摘要：研究目的：探究數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在水利工程測(cè)量中的具體應(yīng)用方式，明確應(yīng)用要點(diǎn)，旨在為水利工程測(cè)量提供一定參考；研究方法：選用文獻(xiàn)法及案例法，通過(guò)文獻(xiàn)法了解數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)發(fā)展情況，結(jié)合實(shí)際水利工程測(cè)量案例展開(kāi)應(yīng)用分析；研究結(jié)果：案例工程應(yīng)用數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)得到了高精準(zhǔn)度的測(cè)量數(shù)據(jù)；研究結(jié)論：數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在水利工程測(cè)量中具有較強(qiáng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)且在實(shí)際案例應(yīng)用中發(fā)揮出良好效果。
關(guān)鍵詞：數(shù)字化；測(cè)繪技術(shù)；水利工程測(cè)量
信息科技的快速發(fā)展驅(qū)動(dòng)了行業(yè)變革，現(xiàn)已將數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用到水利工程測(cè)量作業(yè)中，使水利工程測(cè)量進(jìn)入數(shù)字化發(fā)展階段，幫助工程項(xiàng)目獲得精準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)，在精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支持下提高水利工程建設(shè)方案質(zhì)量，減少因人工測(cè)量引起的數(shù)據(jù)誤差，且可在一定程度上縮減工程量，提升水利工程測(cè)量效率，繼而為后續(xù)水利工程項(xiàng)目的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。
1數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
1.1數(shù)據(jù)精度高
數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)主要依托于計(jì)算機(jī)算法及互聯(lián)網(wǎng)完成數(shù)據(jù)采集與分析，可降低水利工程測(cè)量期間的人工干預(yù)，繼而避免人為誤差累計(jì)，提高測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性。數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在水利工程測(cè)量中的最大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)就在于所得數(shù)據(jù)的精度，可為工程方案的制定提供依據(jù)，確保工程項(xiàng)目高效推進(jìn)。
1.2自動(dòng)化控制
數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在計(jì)算機(jī)技術(shù)加持下提高了自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)水利工程測(cè)量自動(dòng)化控制，代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工測(cè)量方式，使水利工程數(shù)據(jù)采集與整合分析更為有序，在自動(dòng)化控制算法應(yīng)用下完成數(shù)據(jù)篩選及算法關(guān)聯(lián)，提高數(shù)據(jù)處理質(zhì)量，減少數(shù)據(jù)誤差，提升水利工程測(cè)量自動(dòng)化水平。
1.3數(shù)據(jù)兼容性
數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)具有綜合性特征，在全面采集水利工程數(shù)據(jù)與地理水文信息基礎(chǔ)上展開(kāi)系統(tǒng)加工，并在自動(dòng)化控制支持下進(jìn)行準(zhǔn)確坐標(biāo)定位，測(cè)量地形并繪制水利工程地圖，使水利工程地圖可承載更多信息屬性，并添加符號(hào)進(jìn)行加工處理，確保水利工程測(cè)量結(jié)果可應(yīng)用在不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，提升水利工程測(cè)量結(jié)果通用性。
1.4提升測(cè)量效率
傳統(tǒng)人工測(cè)量須憑借大量人員到水利工程現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)測(cè)量，并根據(jù)人工測(cè)量結(jié)果繪制工程地圖，在此期間將產(chǎn)生較大工作量且造成大量成本，而數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用可減少水利工程測(cè)量作業(yè)對(duì)人力資源數(shù)量的依賴(lài)，同時(shí)室外數(shù)據(jù)采集、室內(nèi)數(shù)據(jù)分析同步進(jìn)行，極大地提高了水利工程測(cè)量效率。
2水利工程測(cè)量中的數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)
2.1數(shù)字化原圖技術(shù)
數(shù)字化原圖技術(shù)為數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)中的基礎(chǔ)技術(shù)，運(yùn)用矢量掃描儀器輸入大比例原圖，水利工程測(cè)量人員可直接運(yùn)用計(jì)算機(jī)展開(kāi)數(shù)據(jù)分析轉(zhuǎn)化，對(duì)數(shù)據(jù)及原圖信息精準(zhǔn)分析。在應(yīng)用數(shù)字化原圖技術(shù)時(shí)，應(yīng)構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)圖像可被良好應(yīng)用，并以高質(zhì)量原圖數(shù)據(jù)為支撐，獲得清晰直觀的測(cè)量圖像，同時(shí)圖像存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)系統(tǒng)內(nèi)，最大程度保證了圖像資源完整，同時(shí)水利工程工作人員可運(yùn)用電子設(shè)備查看測(cè)量圖像，較為便捷。
2.2數(shù)字化成圖技術(shù)
數(shù)字化成圖技術(shù)是確保水利工程圖繪制精度的關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)具有成本低、設(shè)備少、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)，可有效提高水利工程圖效果，確保水利工程圖可真實(shí)反映區(qū)域內(nèi)地質(zhì)水文情況。為進(jìn)一步保證成圖質(zhì)量，應(yīng)與GPS系統(tǒng)、RTK技術(shù)、GIS技術(shù)等形成聯(lián)動(dòng)，盡可能減少測(cè)量干擾，以此保證水利工程圖應(yīng)用效果。水利工程圖繪制期間主要應(yīng)用AutoCAD等繪圖軟件，完成數(shù)據(jù)、圖像間的轉(zhuǎn)換過(guò)程，并在繪圖軟件的幫助下完成圖紙查找與便捷修改，人工成本較低且成圖質(zhì)量較高。
2.3數(shù)字化遙感技術(shù)
數(shù)字化遙感技術(shù)的應(yīng)用須以大比例尺圖像為基礎(chǔ)，調(diào)查水利工程數(shù)據(jù)，通過(guò)遙感技術(shù)采集關(guān)鍵信息，經(jīng)加工處理后獲得水利工程圖像，為后續(xù)工程建設(shè)奠定基礎(chǔ)。數(shù)字化遙感技術(shù)應(yīng)與其他測(cè)繪技術(shù)相配合，最大程度確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性，降低工程施工意外狀況的發(fā)生概率。數(shù)字化遙感技術(shù)應(yīng)用期間，主要運(yùn)用各類(lèi)傳感器獲得工程數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)后進(jìn)行整合實(shí)現(xiàn)，以此為基礎(chǔ)形成地貌圖像，為后續(xù)工程施工奠定基礎(chǔ)。
2.4RTK測(cè)量技術(shù)
RTK測(cè)量技術(shù)多用于測(cè)量水利工程中的高程、渠道管線、變形數(shù)據(jù)，最大程度提高各測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。渠道管線數(shù)據(jù)在水利工程測(cè)量作業(yè)中具有長(zhǎng)度長(zhǎng)、分布廣的特點(diǎn)，導(dǎo)致渠道管線相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量難度較高，傳統(tǒng)人工測(cè)量難以滿(mǎn)足數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度要求，而RTK測(cè)量技術(shù)可實(shí)現(xiàn)渠道管線的快速定位，繼而獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。待水利工程竣工時(shí)，可運(yùn)用RTK測(cè)量技術(shù)檢查水利工程是否存在變形情況，觀測(cè)變形程度，為工程變形調(diào)整作業(yè)提供依據(jù)。RTK測(cè)量技術(shù)多應(yīng)用在室外，執(zhí)行外業(yè)測(cè)量作業(yè)時(shí)，應(yīng)盡可能選擇無(wú)高壓線、無(wú)線電的視野開(kāi)闊區(qū)，避免測(cè)量?jī)x器遭受信號(hào)干擾，若水利工程項(xiàng)目范圍內(nèi)存在舊測(cè)量點(diǎn)，應(yīng)在校準(zhǔn)核驗(yàn)后應(yīng)用原測(cè)量點(diǎn)。
2.5GIS技術(shù)
GIS技術(shù)在各類(lèi)測(cè)繪測(cè)量作業(yè)中均發(fā)揮不可替代的作用，通過(guò)提取空間地理信息獲得詳細(xì)數(shù)據(jù)及圖形。GIS技術(shù)應(yīng)用時(shí)須構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，便于測(cè)量人員檢索與查詢(xún)測(cè)量數(shù)據(jù)，在獲得實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上繪制水利工程圖，明確GIS空間模型，并通過(guò)GIS空間模型分析獲得地理圖形，促進(jìn)水利工程項(xiàng)目順利建設(shè)。水利工程測(cè)量人員可通過(guò)操作GIS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，將數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)所得數(shù)據(jù)輸入其中，逐步構(gòu)建成水利工程數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后即可得到精準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果，具體如圖1所示。六分儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀為傳統(tǒng)測(cè)量方式所應(yīng)用的儀器設(shè)備，測(cè)量期間易受到各類(lèi)因素制約而無(wú)法獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)且會(huì)產(chǎn)生較長(zhǎng)測(cè)量周期，極大地提高工程成本[1]。GIS系統(tǒng)的應(yīng)用轉(zhuǎn)變了信息獲取方式，同時(shí)可在GIS系統(tǒng)幫助下動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)水利工程建設(shè)情況。
2.6無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)
在部分水利工程項(xiàng)目中，采用直升機(jī)開(kāi)展巡檢測(cè)量作業(yè)，但成本較高。為彌補(bǔ)直升機(jī)測(cè)繪缺陷，可引入無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，水利工程測(cè)量人員根據(jù)實(shí)際情況制定與預(yù)設(shè)無(wú)人機(jī)飛行航線，無(wú)人機(jī)在執(zhí)行測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)自動(dòng)航行，并采集水利工程所需數(shù)據(jù)[2]。無(wú)人機(jī)完成數(shù)據(jù)采集后將直接傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，此外，若在數(shù)據(jù)分析期間發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異�；蚝骄�偏離，可及時(shí)調(diào)整無(wú)人機(jī)飛行航線，以此保證無(wú)人機(jī)測(cè)繪效果。無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)可與GIS系統(tǒng)、三維建模軟件達(dá)成聯(lián)動(dòng)，搭建水利工程區(qū)域性三維模型，明確范圍內(nèi)不規(guī)則堆體距離與形狀，以此高質(zhì)量完成水利工程測(cè)量作業(yè)。以地質(zhì)勘察測(cè)量為例，可運(yùn)用無(wú)人機(jī)廣泛收集數(shù)據(jù)信息，預(yù)測(cè)滑坡、泥石流等災(zāi)害，確保水利工程項(xiàng)目順利推進(jìn)。
3水利工程測(cè)量中應(yīng)用GPS測(cè)繪技術(shù)的實(shí)例分析
3.1工程概況
以某水利工程項(xiàng)目為例，其涉及河道工程、排澇泵站、截污管道、蓄水閘壩、調(diào)蓄池等內(nèi)容，河道全長(zhǎng)3095米，水深3米左右，據(jù)勘察，存在1.2米深的河底淤泥。該水利工程測(cè)量?jī)?nèi)容以地形測(cè)量為主且項(xiàng)目范圍內(nèi)地形多為丘陵與平地，植被、建筑體、地物等結(jié)構(gòu)呈不均勻分散。該水利工程項(xiàng)目現(xiàn)有資料不全且部分區(qū)域無(wú)數(shù)字正攝影圖像與數(shù)字線劃地圖，對(duì)該部分區(qū)域，須采用數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)數(shù)據(jù)加工處理后獲得高度精準(zhǔn)的水利工程項(xiàng)目地形圖。
3.2方案設(shè)計(jì)
為滿(mǎn)足案例工程建設(shè)所需，分析了現(xiàn)有數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)，主要采用數(shù)字化原圖技術(shù)、數(shù)字化成圖技術(shù)、GIS技術(shù)、GPS系統(tǒng)完成該水利工程測(cè)量工作。在該水利工程中，借助矢量圖掃描儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將軟件處理后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為工程地形圖。應(yīng)用數(shù)字化原圖技術(shù)時(shí)應(yīng)注意，需重視測(cè)繪原圖與測(cè)量結(jié)果間的聯(lián)系，盡可能避免誤差，本次技術(shù)應(yīng)用時(shí)，為提高測(cè)量精準(zhǔn)度，應(yīng)用特征匹配與最小二乘匹配，引入多級(jí)影像金字塔匹配算法，保證該水利工程項(xiàng)目中所獲得的圖像連接點(diǎn)可均勻分布，據(jù)計(jì)算，本次匹配精準(zhǔn)達(dá)0.1個(gè)像素。數(shù)字化原圖可與水利工程區(qū)域情況相配合，可通過(guò)靈活調(diào)整圖片匹配度確保圖像效果且數(shù)字化原圖技術(shù)無(wú)重疊度、加密區(qū)信息限制，因此在該帶狀工程案例中，數(shù)字化原圖技術(shù)發(fā)揮出了良好效果。由于工程案例并非測(cè)量全部區(qū)域，而是僅測(cè)量無(wú)數(shù)字正攝影圖像與數(shù)字線劃地圖的部分，因此在水利工程測(cè)量期間，將采用內(nèi)外部一體化的模式展開(kāi)工作，并運(yùn)用數(shù)字化成圖技術(shù)提升工作效率，縮減測(cè)繪作業(yè)成本。數(shù)字化成圖技術(shù)在工程案例應(yīng)用期間，僅在部分輔助設(shè)施的幫助下就完成工程測(cè)量工作且效果優(yōu)異。在實(shí)際應(yīng)用期間，水利工程測(cè)量人員完成模塊提取基礎(chǔ)上獲得高精度點(diǎn)云，以此為基礎(chǔ)生成數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，用以真實(shí)呈現(xiàn)水利工程測(cè)區(qū)地形地貌，在數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)與空三成果支持下面，調(diào)整正射影像，并糾正勻光，統(tǒng)一色調(diào)，并做分幅處理，最終獲得了反映水利工程實(shí)際情況的標(biāo)準(zhǔn)影像。GPS系統(tǒng)為導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有三維定位與導(dǎo)航功能，在空間星座系統(tǒng)、用戶(hù)設(shè)備系統(tǒng)幫助下，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程的全天候定位導(dǎo)航。在案例工程測(cè)量期間，主要運(yùn)用GPS系統(tǒng)完成了待測(cè)點(diǎn)、線、面的精準(zhǔn)定位，并借助GPS系統(tǒng)處理模塊，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維坐標(biāo)。GPS系統(tǒng)在該次水利工程測(cè)量作業(yè)中切實(shí)發(fā)揮出了其高精度優(yōu)勢(shì)，在距離水利工程測(cè)量基線50千米內(nèi)，所得圖像精度為1×10-6。在實(shí)際應(yīng)用期間，根據(jù)水利工程測(cè)量要求確定GPS選點(diǎn)，并做好埋設(shè)標(biāo)號(hào)，將GPS接收裝置安裝在埋設(shè)點(diǎn)處，使無(wú)線電發(fā)射源與GPS接收裝置之間存在至少50m間隔，同時(shí)保證GPS接收裝置15°范圍內(nèi)無(wú)任何障礙物，設(shè)定觀測(cè)模式，即可完成GPS觀測(cè)[3]。借助地理信息系統(tǒng)完成了空間模型搭建，確保該工程在后續(xù)建設(shè)施工中仍可應(yīng)用到精準(zhǔn)數(shù)據(jù)及相應(yīng)地理圖像。案例工程測(cè)量作業(yè)執(zhí)行期間，將所收集到的數(shù)據(jù)均輸入至GIS系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)整合，為數(shù)據(jù)查看應(yīng)用提供了便利。使用電磁波三角高程法控制高程，使用全站儀（HY02）從兩條路線（左側(cè)TC01、GOSF、GPSE；右側(cè)TC02、GOSF、GPSE）同時(shí)測(cè)量，兩條路線于一點(diǎn)（GPSE）集合，形成高程測(cè)量回路。如圖2所示，布置高程測(cè)量路線。為了避免大氣折光對(duì)高程測(cè)量的影響，使用對(duì)向觀測(cè)方法完成測(cè)量，選擇盡量平緩路線進(jìn)行測(cè)量。完成每日測(cè)量后數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳至系統(tǒng)中，便于數(shù)據(jù)分析。
3.3數(shù)據(jù)分析
數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用效果可直接決定水利工程測(cè)量成果，繼而影響后續(xù)項(xiàng)目施工建設(shè)。為檢測(cè)成圖效果及精準(zhǔn)度，須將區(qū)域網(wǎng)平差作為精度標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)多余控制點(diǎn)實(shí)測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)及攝影測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)獲得區(qū)域網(wǎng)平差數(shù)值，如公式（1）~公式（3）所示。上述公式中，μX、μY、μZ為三維空間坐標(biāo)系坐標(biāo)點(diǎn)的區(qū)域網(wǎng)平差，X控、X攝分別代表多余控制點(diǎn)實(shí)測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)及攝影測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)的X坐標(biāo)；Y控、Y攝分別代表Y坐標(biāo)；Z控、Z攝分別代表Z坐標(biāo)；nx、ny、nz則代表測(cè)控點(diǎn)個(gè)數(shù)。經(jīng)測(cè)算后，得出該水利工程測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差絕對(duì)定向精度要求與內(nèi)業(yè)加密點(diǎn)精度要求，如表1、表2所示。在案例工程中，運(yùn)用6臺(tái)AshtechGPS單幀接收裝置進(jìn)行基線測(cè)量，并根據(jù)±（5mm+1ppm×D）的精準(zhǔn)度要求設(shè)置水利工程GPS數(shù)據(jù)網(wǎng)，其中D測(cè)量距離。GPS數(shù)據(jù)網(wǎng)的設(shè)置應(yīng)確保衛(wèi)星截至高度角超出15°，并可在水利工程測(cè)量作業(yè)中成功觀測(cè)至少4個(gè)有效觀測(cè)數(shù)。案例工程進(jìn)行數(shù)據(jù)精度控制時(shí)，確保數(shù)字化測(cè)繪時(shí)段至少持續(xù)60min，平均重復(fù)測(cè)繪點(diǎn)數(shù)超過(guò)1.6，取各時(shí)段的天線高度數(shù)值2次，發(fā)現(xiàn)數(shù)值觀測(cè)誤差值低于3mm[4]。為了最大程度地保證案例工程測(cè)量質(zhì)量，使數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)切實(shí)發(fā)揮出其原有效果，在進(jìn)行精度控制時(shí)，將數(shù)據(jù)剔除率保持在10%以?xún)?nèi)，須檢測(cè)同步環(huán)閉合差與異步環(huán)閉合差，以此保證測(cè)量所得數(shù)據(jù)精準(zhǔn)。案例工程中，環(huán)閉合差結(jié)果如下：閉合差低于5mm的環(huán)個(gè)數(shù)為122個(gè)，占47.5%；閉合差處于5mm~10mm的環(huán)個(gè)數(shù)為75個(gè)，占29.3%；閉合差處于10mm~20mm的環(huán)個(gè)數(shù)為52個(gè)，占20.4%；閉合差處于20mm~25mm的環(huán)個(gè)數(shù)為10個(gè)，占3.9%。測(cè)繪基線殘差值結(jié)果如下：Vx區(qū)間內(nèi)，低于5mm的殘差值占比為90.3%，處于5mm~10mm的殘差值占比為9.2%，處于10mm~20mm的殘差值占比為0.9%；Vy區(qū)間內(nèi)，低于5mm的殘差值占比為79.9%，處于5mm~10mm的殘差值占比為18.3%，處于10mm~20mm的殘差值占比為2.2%；Vz區(qū)間內(nèi)，低于5mm的殘差值占比為86.9%，處于5mm~10mm的殘差值占比為12.1%，處于10mm~20mm的殘差值占比為1.3%。
4結(jié)語(yǔ)
綜上所述，數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在水利工程測(cè)量作業(yè)中具有測(cè)量精度高、自動(dòng)化控制、數(shù)據(jù)兼容性、提升測(cè)量效率的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)階段主要應(yīng)用數(shù)字化原圖技術(shù)、數(shù)字化成圖技術(shù)、數(shù)字化遙感技術(shù)、RTK測(cè)量技術(shù)、GIS技術(shù)、無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)等數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用期間，應(yīng)根據(jù)水利工程實(shí)際情況選擇適宜的測(cè)繪技術(shù)，形成技術(shù)組合，以此幫助水利工程測(cè)量工程順利開(kāi)展。
參考文獻(xiàn)
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