现代数字化技术和" 3S"技术在水利水电工程测量应用研究 [上一篇] [下一篇]

[ 2013-2-1 7:15:46 | 作者:李桂炎 | 出处:原创 | 天气:晴 ] 字体:

现代数字化技术和" 3S"技术在水利水电工程测量应用研究
   一、摘要

  传统工程测量技术的服务领域主要包括水利水电、 道路交通 、建筑企业等行业。随着经济的发展和社会的进步, 现代数字化技术、全球定位技术(GPS)、地理信息技术(GIS)、遥感技术(RS),其技术特别是在水利水电工程测量行业,其全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能,而且具有良好的抗干扰性和保密性等高效性能,为保证水利工程测量应用奠定良好的基础。

  二、现代数字化技术

  (一)地图数字化处理技术

  在建立各种GIS系统时,对原有地图进行数字化处理,在建库工作中占据了相当大的工作量,水利水电工程测绘部门等都投入相当大的人力和财力。对于已有纸制地图,若其现势性、精度和比例尺能满足要求,就可以利用数字化仪将其输入计算机,经过操作者编辑、修补后生成相应的数字地图。现市场上有手扶跟踪数字化和扫描矢量化等仪器,针对大比例尺地形图,大多数扫描矢量化软件能自动提取多边形信息,高效、便捷、保真的对地图进行数字化处理。

  (二)数字化成图手段技术

  水利水电的大比例尺地形图和工程图的测绘是传统工程测量的重要内容 ,常规的成图方法野外工作量大、作业程序复杂、同时还有繁琐的内业数据处理和绘图工作,成图周期长,产品单一,难以适应社会发展的需要。而数字化成图技术具有精度高、劳动强度小、更新方便、便于保存管理及应用、易于发布等特点。 目前 ,数字化成图技术有内外业一体化和电子平板两种模式。内外业一体化是一种外业数据采集方法,主要设备是GPSRTK、近景摄影仪、3维激光扫描仪、全站仪、电子手簿、"4D"产品(DEM数字高程图形、DOM数字正射影像图形、DRG数字栅格图形、DLG数字线划矢量图形) 等,目前,世界主要发达国家纷纷建立了覆盖本国的数字高程模型系统,中国也在其中,此特点是精度高、操作分工明确、从而具有较高的成图效率。

  三、工程测量中的全球卫星定位技术(GPS)

  GPS是美国从20世纪70年代开始研制,历时20年,系统于1994年全面建成,具有海、陆、空全方位实施三维导航与定位能力的现代卫星导航和定位系统。GPS接收机的改进,广域差分技术、载波相位差分技术的发展,加之美国SA(Selective Availability选择可用性)技术的解除,使得GPS技术在导航、运载工具在水利水电、实时监控、城市规划、工程测量等领域有了更为广泛的应用。

  RTK(Real Time Kinematics,实时动态)技术是在GPS基础上发展起来的、能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维定位结果,并在一定范围内达到厘米级精度的一种GPS定位测量方式,是GPS应用的重大里程碑。在RTK作业模式下,基准站通过数据链和测量控制软件将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,同时通过输入的相应的坐标转换参数和投影参数,实时得到流动站的三维坐标及精度。
四、工程测量中的地理信息(GIS)技术

  GIS是集计算机科学 、空间科学信息科学、测绘遥感科学、环境科学和管理科学等学科为一体的新兴学科。已成为多学科集成并应用于各领域的基础平台和地学空间信息显示的基本手段与工具。其技术优势不仅在于它的集地理数据采集存储、管理、 分析 、三维可视化显示与成果输出于一体的数据流程,还在于它的空间提示、预测预报和辅助决策功能。目前,GIS不仅发展成为一门较为成熟的技术科学,而且在地质矿产、水利水电、、城市规划土地管理、区域开发与国防建设等领域发挥越来越重要的作用。采用GIS、数据库、内外一体化测图、扫描矢量化及全数字摄影测量等技术,为专业信息系统提供及时、准确、标准化、数字化的基础空间信息,以建立各类专业信息系统,从而实现管理的科学化、标准化、信息化、智能化。
五、工程测量中的数字摄影测量技术

  数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理, 应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法 。航空摄影测量是大面积、大比例尺地形测图、地籍测量的重要手段与方法,可以提供数字的、影像的、线划的等多种形式的地图产品。全数字摄影工作站的出现,加上GPS技术在摄影测量中的应用,使得摄影测量向自动化、数字化方向迈进。随着全数字摄影测量系统的应用,摄影测量产品已经从影像图等向"4D"产品转化、智能化,为建立各类专业的信息系统和基础地理信息平台提供了可靠的数据保证。在2012年年初,我国“资源三号”测绘卫星的发射,将提高数据获取能力,改变以购买国外卫星数据为主的局面。加上各地测绘部门配备小飞机、数据采集车,也是为了提升整体获取能力。下一步,在陆海对地观测规划中,包括了测绘的发展规划,其中将推进资源三号卫星后续卫星的研制,研发重力卫星、雷达卫星等测绘系列卫星,为国家基础测绘提供稳定可靠的卫星数据源保障。
六、工程测量中的遥感( RS)技术

  遥感(RS)技术由于大面积的同步观测、时效性、数据的综合性和可比性及经济性等优势,得到快速的普及,多光谱航空摄影和高分辨率的遥感卫星将成为对地观测获取基础地理信息的重要手段。各种中小比例尺地形图都可以利用遥感影像来获取,为应用于工程测量领域的城市基本地形图、地籍图以及各种大、中、小比例地形图的快速更新提供了十分便利的条件。

  七、工程测量中的"3S"集成技术

  "3S"即(GPS、GIS、RS)技术的结合,取长补短,是一个自然的发展趋势,三者之间的相互作用行成了“一个大脑,两只眼睛”的框架,"3S"提供区域信息及空间定位信息,而GIS进行相应的空间分析以便从GPS和RS提供的海量数据中提取有用的信息并进行综合集成,使之成为科学的决策依据。
随着测绘科技的不断进步,水利水电工程测绘必将朝着测量内外作业一体化、数据获取及处理自动化、现代化测量系统控制和行为智能化、测量成果和产品数字化、测量信息管理可视化、信息共享和网络智能化的发展将产生积极的影响。

   一、摘要

  传统工程测量技术的服务领域主要包括水利水电、 道路交通 、建筑企业等行业。随着经济的发展和社会的进步, 现代数字化技术、全球定位技术(GPS)、地理信息技术(GIS)、遥感技术(RS),其技术特别是在水利水电工程测量行业,其全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能,而且具有良好的抗干扰性和保密性等高效性能,为保证水利工程测量应用奠定良好的基础。

  二、现代数字化技术

  (一)地图数字化处理技术

  在建立各种GIS系统时,对原有地图进行数字化处理,在建库工作中占据了相当大的工作量,水利水电工程测绘部门等都投入相当大的人力和财力。对于已有纸制地图,若其现势性、精度和比例尺能满足要求,就可以利用数字化仪将其输入计算机,经过操作者编辑、修补后生成相应的数字地图。现市场上有手扶跟踪数字化和扫描矢量化等仪器,针对大比例尺地形图,大多数扫描矢量化软件能自动提取多边形信息,高效、便捷、保真的对地图进行数字化处理。

  (二)数字化成图手段技术

  水利水电的大比例尺地形图和工程图的测绘是传统工程测量的重要内容 ,常规的成图方法野外工作量大、作业程序复杂、同时还有繁琐的内业数据处理和绘图工作,成图周期长,产品单一,难以适应社会发展的需要。而数字化成图技术具有精度高、劳动强度小、更新方便、便于保存管理及应用、易于发布等特点。 目前 ,数字化成图技术有内外业一体化和电子平板两种模式。内外业一体化是一种外业数据采集方法,主要设备是GPSRTK、近景摄影仪、3维激光扫描仪、全站仪、电子手簿、"4D"产品(DEM数字高程图形、DOM数字正射影像图形、DRG数字栅格图形、DLG数字线划矢量图形) 等,目前,世界主要发达国家纷纷建立了覆盖本国的数字高程模型系统,中国也在其中,此特点是精度高、操作分工明确、从而具有较高的成图效率。

  三、工程测量中的全球卫星定位技术(GPS)

  GPS是美国从20世纪70年代开始研制,历时20年,系统于1994年全面建成,具有海、陆、空全方位实施三维导航与定位能力的现代卫星导航和定位系统。GPS接收机的改进,广域差分技术、载波相位差分技术的发展,加之美国SA(Selective Availability选择可用性)技术的解除,使得GPS技术在导航、运载工具在水利水电、实时监控、城市规划、工程测量等领域有了更为广泛的应用。

  RTK(Real Time Kinematics,实时动态)技术是在GPS基础上发展起来的、能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维定位结果,并在一定范围内达到厘米级精度的一种GPS定位测量方式,是GPS应用的重大里程碑。在RTK作业模式下,基准站通过数据链和测量控制软件将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,同时通过输入的相应的坐标转换参数和投影参数,实时得到流动站的三维坐标及精度。
四、工程测量中的地理信息(GIS)技术

  GIS是集计算机科学 、空间科学信息科学、测绘遥感科学、环境科学和管理科学等学科为一体的新兴学科。已成为多学科集成并应用于各领域的基础平台和地学空间信息显示的基本手段与工具。其技术优势不仅在于它的集地理数据采集存储、管理、 分析 、三维可视化显示与成果输出于一体的数据流程,还在于它的空间提示、预测预报和辅助决策功能。目前,GIS不仅发展成为一门较为成熟的技术科学,而且在地质矿产、水利水电、、城市规划土地管理、区域开发与国防建设等领域发挥越来越重要的作用。采用GIS、数据库、内外一体化测图、扫描矢量化及全数字摄影测量等技术,为专业信息系统提供及时、准确、标准化、数字化的基础空间信息,以建立各类专业信息系统,从而实现管理的科学化、标准化、信息化、智能化。
五、工程测量中的数字摄影测量技术

  数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理, 应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法 。航空摄影测量是大面积、大比例尺地形测图、地籍测量的重要手段与方法,可以提供数字的、影像的、线划的等多种形式的地图产品。全数字摄影工作站的出现,加上GPS技术在摄影测量中的应用,使得摄影测量向自动化、数字化方向迈进。随着全数字摄影测量系统的应用,摄影测量产品已经从影像图等向"4D"产品转化、智能化,为建立各类专业的信息系统和基础地理信息平台提供了可靠的数据保证。在2012年年初,我国“资源三号”测绘卫星的发射,将提高数据获取能力,改变以购买国外卫星数据为主的局面。加上各地测绘部门配备小飞机、数据采集车,也是为了提升整体获取能力。下一步,在陆海对地观测规划中,包括了测绘的发展规划,其中将推进资源三号卫星后续卫星的研制,研发重力卫星、雷达卫星等测绘系列卫星,为国家基础测绘提供稳定可靠的卫星数据源保障。
六、工程测量中的遥感( RS)技术

  遥感(RS)技术由于大面积的同步观测、时效性、数据的综合性和可比性及经济性等优势,得到快速的普及,多光谱航空摄影和高分辨率的遥感卫星将成为对地观测获取基础地理信息的重要手段。各种中小比例尺地形图都可以利用遥感影像来获取,为应用于工程测量领域的城市基本地形图、地籍图以及各种大、中、小比例地形图的快速更新提供了十分便利的条件。

  七、工程测量中的"3S"集成技术

  "3S"即(GPS、GIS、RS)技术的结合,取长补短,是一个自然的发展趋势,三者之间的相互作用行成了“一个大脑,两只眼睛”的框架,"3S"提供区域信息及空间定位信息,而GIS进行相应的空间分析以便从GPS和RS提供的海量数据中提取有用的信息并进行综合集成,使之成为科学的决策依据。
随着测绘科技的不断进步,水利水电工程测绘必将朝着测量内外作业一体化、数据获取及处理自动化、现代化测量系统控制和行为智能化、测量成果和产品数字化、测量信息管理可视化、信息共享和网络智能化的发展将产生积极的影响。

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