淺談3S技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用

李亞新

（長春市水利勘測設(shè)計研究院，吉林 長春 130062）

水利不僅是國民經(jīng)濟中的基礎(chǔ)設(shè)施，而且在基礎(chǔ)設(shè)施中處于首位。作為國民經(jīng)濟基礎(chǔ)設(shè)施的水利行業(yè)同樣面臨著信息化建設(shè)的問題，水利信息化是水利現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和重要標志。從國家到地方，從領(lǐng)導(dǎo)到大眾，水利行業(yè)信息化確實引起了重視，并建立了眾多的水利信息系統(tǒng)，但普遍存在著網(wǎng)絡(luò)功能弱、數(shù)據(jù)共享能力弱、數(shù)據(jù)更新手段受限、數(shù)據(jù)可視化手段單一、系統(tǒng)各自為政和缺乏決策支持分析能力等弱點。

GPS是一種可以定時與測距的空間交匯的導(dǎo)航系統(tǒng)，通過接收衛(wèi)星信息來給出（記錄）地球上任意地點的三維坐標以及載體的運行速度，同時它還可給出準確的時間信息，具有記錄地物屬性的功能。90年代以后，GPS技術(shù)開始應(yīng)用在水利行業(yè)中?！?S”技術(shù)是英文遙感技術(shù)（Remote Sensing RS）、地理信息系統(tǒng)（Geographical information System GIS）、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System GPS）這三種技術(shù)名詞中最后一個單詞字頭的統(tǒng)稱，是數(shù)字水利的支撐技術(shù)。

1 什么是3S技術(shù)

3S技術(shù)是遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)及全球定位系統(tǒng)(GPS)的統(tǒng)稱。是一門具有信息采集、分析、處理、管理等功能的多學(xué)科、多專業(yè)的現(xiàn)代新技術(shù)。已經(jīng)在很多行業(yè)被廣泛應(yīng)用，通過此項技術(shù)可以很輕松得到待測位置的環(huán)境空間信息，并可以分析建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型，進而起到管理的功能。

2 3S技術(shù)的特點

3S技術(shù)中的衛(wèi)星遙感技術(shù)，簡稱RS，通過高空衛(wèi)星可以實現(xiàn)遠程無接觸的勘測，并采集相關(guān)信息，獲取其分類的信息。這項技術(shù)的優(yōu)點就在于不管待測環(huán)境有多復(fù)雜，勘測可以替代人的現(xiàn)場勘測，直接利用電磁波的多普勒效應(yīng)，利用波的反射，可以產(chǎn)生待測地區(qū)的相關(guān)信息，并通過模型進行識別、分類，最后能夠?qū)罄m(xù)的科學(xué)研究服務(wù)。

3S技術(shù)中的地理信息系統(tǒng)，簡稱GIS，主要的作用是對衛(wèi)星遙感勘測空間數(shù)據(jù)進行分析處理，分析地理圖形，利用計算機相關(guān)的專門軟件，可以編輯、分析數(shù)據(jù)，一般是能夠得到一些空間構(gòu)造，或者是三維的空間地理圖形。

GPS是全球定位系統(tǒng)技術(shù)的英文縮寫，是建立在衛(wèi)星通信技術(shù)上的一個應(yīng)用，被廣泛應(yīng)用與軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等等領(lǐng)域，它的特點就是可以在全球范圍內(nèi)，提供快速的定位、測速和導(dǎo)航等功能服務(wù)，在軍事前沿，GPS技術(shù)已經(jīng)演化的更加全面，而且變得無所不能了。結(jié)合現(xiàn)代光學(xué)，GPS技術(shù)大大改善了傳統(tǒng)定位導(dǎo)航不精確的缺點，將定位導(dǎo)航還有高清晰成像相結(jié)合，成為目前軍事、工業(yè)生產(chǎn)等方面的高精尖技術(shù)。

隨著3S技術(shù)在測繪科學(xué)中的應(yīng)用日趨成熟并廣泛應(yīng)用到水文測量中，傳統(tǒng)河道的水文監(jiān)測，既費時費力，也不準確，采用新技術(shù)后其效率和準確度有了很大提高

3 水利測量傳統(tǒng)方法存在的缺陷

傳統(tǒng)的河道檢測，我們采用經(jīng)緯儀、六分儀、水準測試儀等，這些儀器手工測量，勞動強度很大，而且受地理環(huán)境影響，待測位置有很大限制，因此在測量待測地帶的物理性質(zhì)時，就會產(chǎn)生很多的困難，比如山洪、泥石流等自然災(zāi)害發(fā)生時，傳統(tǒng)測試方法就顯得費工費力，不出力，無效率。

分析流量的變化主要反映河道的變化情況。通常包括一對河道形態(tài)變化，河流縱剖面變化和深泓線變化。水下地形、體積的測量，以沖淤量計算水文測量為基礎(chǔ)，可以及時了解沖淤變化的河流情況，通過此項分析可以做到水資源的合理調(diào)度，沉積物控制，為科學(xué)管理工作提供了決策依據(jù)。

在傳統(tǒng)的檢測是忽視河流動力學(xué)方面研究的。在許多檢測方法中，我們經(jīng)常用截面法，即利用河道槽蓄量變化判斷河床。該方法的前提是部分間距可以準確測量，部分之間的海底地形和河床變化規(guī)則沒有區(qū)分。而實際地形變化復(fù)雜，河床不平，所以這種方法計算的沖淤量無法準確反映河床變化。

4 3S技術(shù)應(yīng)用前景與展望

3S技術(shù)在水利信息化中的發(fā)展不僅與計算機硬件和操作系統(tǒng)、原數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫管理與自動成像等技術(shù)的發(fā)展是緊密相關(guān)的，而且與水利行業(yè)信息化的進程，尤其是數(shù)字化的進程緊密相關(guān)。在技術(shù)上已經(jīng)發(fā)展并逐步成熟，而且在水利行業(yè)開始應(yīng)用的主要有以下幾個趨勢：

4.1 網(wǎng)絡(luò)化

將計算機技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合，實現(xiàn)分部的計算分析，實時的資源共享和信息查詢服務(wù)等功能，建立水利測量信息化平臺，實現(xiàn)檢測聯(lián)動和信息共享。

4.2 集成化

水利信息化進程中的3S技術(shù)在實際應(yīng)用中不僅要通過數(shù)據(jù)接口將RS、GIS、GPS嚴格地、緊密地、系統(tǒng)地集合起來，成為一個大規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。當然還要與MIS或OA系統(tǒng)緊密結(jié)合，才可以達到各個功能的完美實現(xiàn)。因此，3S技術(shù)與外部系統(tǒng)無縫集成是必然的發(fā)展趨勢。

4.3 以數(shù)學(xué)模型和決策分析為支撐

要讓新的測量技術(shù)發(fā)揮最大功能，僅僅得到一些圖片或者是數(shù)據(jù)這是遠遠不夠的，因此我們的水利測量人員要發(fā)揮軟件的所有功能，利用特有分析功能，建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型，利用這些很專業(yè)的算法和更深入的比對分析，最后可以得到較準確地計算結(jié)果，這些結(jié)果對于相關(guān)部門的決策實施起到了重要的指導(dǎo)作用。

4.4 實時三維和虛擬現(xiàn)實技術(shù)

水利問題不是一塵不變的，往往需要我們有前瞻性，很多時間序列和動態(tài)問題，需要技術(shù)人員實現(xiàn)能夠通過各種技術(shù)手段能夠得到相關(guān)信息。因此，加上時間維的3S技術(shù)應(yīng)用需求很廣。三維尤其是災(zāi)時的三維3S系統(tǒng)為各種水利信息提供了更為直觀的表現(xiàn)方式。在調(diào)水線路沿線貫穿飛行，城市及蓄滯區(qū)洪水演進，水利工程布置，大壩及堤防等工情信息的表達、地面與地下結(jié)合的地質(zhì)構(gòu)造描述、水流流動的i維表現(xiàn)、廠房或結(jié)構(gòu)內(nèi)部的描述、庫區(qū)的描述、宏觀地形地貌表現(xiàn)、通視性分析等等方面使用得特別多或者是特別有前景，而且它也是虛擬或仿真的基礎(chǔ)。

5 GIS技術(shù)在河道測量中的應(yīng)用

GIS是作為重要應(yīng)用工具還具有計算距離、表面積、周長等功能，使用方便，簡單易學(xué)。GIS利用dem模型數(shù)據(jù)能立即計算出兩沖淤監(jiān)測斷面間的沖淤量，不僅便捷且精度大為提高。利用dem模型可以很方便得到某點的高程。河道演變分析主要是沖淤分析。河道某斷面圖的繪制、某地沖淤過程的累積圖等，可直接從圖上提取數(shù)據(jù)并自動繪制成圖。

6 RTK技術(shù)的應(yīng)用

促進GPS技術(shù)向更深、更廣、更新的方向發(fā)展，它既克服了常規(guī)測量要求點間通視、費工費時而且精度不均勻、外業(yè)不能實時了解測量成果和測量精度的缺點，同時又避免了GPS靜態(tài)定位及快速靜態(tài)相對定位需要進行后處理，避免了業(yè)后處理中發(fā)現(xiàn)精度不合乎要求，需進行返工的困擾，RTK實時三維精度可以達到厘米級，大大減輕了測量作業(yè)的勞動強度并提高了作業(yè)效率。

要在水利行業(yè)更好地應(yīng)用和發(fā)展3S技術(shù)，必須加強標準化、規(guī)范化的基礎(chǔ)建設(shè)，大力開展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。此外還要加快提高3S技術(shù)的應(yīng)用水平，充分發(fā)揮3S現(xiàn)有的和潛在的功能，并且與網(wǎng)絡(luò)計算機等高新技術(shù)以及水利行業(yè)本身的技術(shù)緊密地結(jié)合在一起。為水利信息化和現(xiàn)代化作出它應(yīng)有的貢獻。

[1]閆 新，楊永輝.3S技術(shù)在水利建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用討論[J].黑龍江水利科技，2008（02）.

[2]3S技術(shù)在河道測量中的應(yīng)用.水科學(xué)與工程技，2007（02）.

[3]黎三喜.水利工程中GPS靜態(tài)測量探討[J].甘肅水利水電技術(shù)，2009（10）.