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作者:赵曰瑕 刘文国 朱燕
1 概 述
3S 技术是RS 遥感(Remote Sensing) 、GIS 地理信息系统( Geograp hicallnformation System) 、GPS 全球定位系统( Global Position System) 的统称。因这三个概念的相应英文中都分别含一个S 而得名。3S 技术构成了地球信息科学的主要技术支撑, 是人类在空间信息时代进行全球变化研究、实现可持续发展战略的最为关键的技术手段。3S 技术以其快速、准确、集成为特点, 在水利、土地利用规划、精准农业、林业资源管理、城市地籍、森林火灾管理、环境保护等方面取得积极进展, 还蕴涵更广阔的应用前景。其中, GIS 地理信息系统是“3S”系统中的核心部分。RS、GPS 服务于GIS , 它们在3S 体系中各自充当着不同的角色, RS 遥感技术是信息采集的主力, 它从空中拍摄遥感图像, 收集地面地理资料, 为GIS 提供地图数据; GPS全球定位系统是对遥感图像(像片) 及从中提取的信息进行精确定位, 赋予坐标, 或通过实地测量, 确定坐标, 定位由RS 获取的图形信息, 以输送经定位后的地图数据供GIS 制图; GIS 地理信息系统是信息的“大管家”, 在获取由RS、GPS 提供的数据后, 通过GIS 系统软件绘制地图, 并建立相关的数据库。将这三者有机的组合, 3S 就实现了一个动态的、可视的、不断更新的、通过计算机网络能够传输的、三维立体的、不同地域和层次都可以使用的、“活”的系统。
2 “3S”技术在山东水利测绘中的应用
2.1 GPS 在水利测绘方面的应用
GPS 定位系统具有定位精度高, 实时定位速度快, 提供三维坐标, 操作简便, 全天候作业及全球地面连续覆盖等特点, 在山东省水利测绘方面得到广泛应用。
2.1.1 平面控制测量
在南水北调东线一期工程、胶东地区引黄调水工程、沂沭泗河洪水东调南下测量工程中, 淘汰了常规的导线测量的控制方式, 根据工程的实际需要, 利用GPS 静态定位、快速静态定位和实时动态定位技术(简称RTK) 控制网测量和部分碎部测量。其基本优点为首先是高精度, 应用实践已经证明, GPS 相对定位精度在50km 以内可达10~6ppm。在300~1500m 工程精密定位中, 1h以上观测的解其平面位置误差小于1mm ; 其次观测时间短, 20km 以内相对静态定位, 仅需15~20min , 应用RTK 测量时, 当每个流动站与基准站相距在15km 以内时, 流动站观测时间每站观测仅需几秒钟。
2.1.2 放样测量
在水利工程测量过程中, 采取RTK 点放样和线路放样, 采用点放样时,首先将放样点坐标和静态网中的坐标转换参数一起上传到GPS 流动站中, 然后根据所放点标识进行实地放样, 放样精度可以控制在5cm 以内。进行线路放样时首先在室内根据线路中心线的弯道元素编制线路中心线文件, 将该文件和坐标转换参数上传到CPS 流动站接收机, 在实地依桩号和所放点与中心线的关系进行现场放样。利用GPS 的放样功能在线路断面端点的放样和南水北调东线一期工程以及胶东地区引黄调水工程的征地边界放样工作中发挥了很大的作用。 2.1.3 航空摄影测量外业像控
在水利工程中, 一般的测区都是条带狭长型, 线路一般较长, 而且测区一般树林茂密, 通视条件差, 而像控点布设一般较为分散, 像控点间距离较远,采用传统的控制测量模式不仅费时费力, 而且也很难保证成果精度质量和工期的进度, 而采用GPS 就很容易解决以上问题了, 在较短的时间内就完成了外业像控点的采集工作。
2.1.4 高程测量
GPS 测量资料与水准测量资料相结合, 来确定区域性大地水准面的高程是一种有效的方法。这种方法要求GPS 观测点具有水准测量资料且密度适当, 分布比较均匀。利用高精度GPS 定位技术精密确定观测点的大地高程差, 并根据建立的适当大地水准面数学模型, 内插出计算点的高程异常或异常差, 从而得出特定点的正常高。经过实践证明, 采用静态定位方法测出的大地高差误差△h/ D 可达到3~4ppm , 当距离小于20km时, 可达到厘米级精度; 引入高级水准点, 进行高程转换后。在平原和丘陵地中误差可达到±5cm ,山区也可以达到±15cm , 因此可以完全代替四等水准。
在南水北调东线一期工程、胶东地区引黄调水工程、沂沭泗河洪水东调南下工程中, 多次利用RTK技术进行纵、横断面测量, 地形数据点的采集工作, 大大提高了作业质量和生产效率。
2.2 RS 和GPS 相结合在水利测绘方面的应用
自2000 年以来, 山东省水利勘测设计院在RS和GPS 新技术利用方面有了实质性的突破, 填补了该院测绘技术在这方面的空白。作业方式为航空摄影测量飞机拍摄航空照片, 采用Vexcel 3000 和U1t ra Scan 5000 高精度扫描仪对构成立体像对的航片及中心片(主片) 进行扫描数字化, 生成TIFF格式影像数据文件。利用山东省水利设计院引进的武汉适普公司研制开发的VirtuoZO312 全数字化摄影测量系统对影像数据和GPS 外业像控资料进行空中三角测量、估算空三加密精度、全野外碎部点采集、数字高程模型生成和编辑、数字正摄影像生成、正摄影像测图和数字线化图编辑并生成线划图, 然后进行野外补调, 最后编辑生成最终的线划图, 并转换成Auto2CAD 的DWG格式的图形文件。经实践证明, 采用RS 和GPS 技术与传统的测图方式相比较, 不仅大大提高了图形的精度和产品质量, 也提高了工作效率, 降低了劳动强度, 收到了可观的经济效益。
2.3 GIS 技术在水利测绘行业的应用
由于技术和投资等方面的原因, GIS 技术在水利工程中的应用只是初步阶段, 但前景非常广阔,现仅将初步尝试和部分构想作以回顾。
2.3.1 利用GIS 技术实现部分水利工程测绘成果的信息化管理
利用GIS 强大的地理数据的集成、存储功能对于GPS、RS 获得水利工程数据和产品入库, 进行测绘成果系统化管理。为进一步实现GIS 的查询、分析等功能提供了良好的基础。该管理系统的开发是以美国ESRI 公司研制的ARC/ INFO 软件做基本平台, 以Micro sof t VisualBasic 6 或者Microsof t Visual C+ + 开发平台为辅助平台来实现其功能的。本次GIS 系统的建立主要完成了南水北调东线一期工程南四湖至东平湖段、韩庄运河段、东平湖至济南段。
2.3.2 建立测区的三维地面模型DTM
将地形原始数据( GPS、全站仪等采集数据)输入到系统, 经过数据过滤后转化为三维矢量数据,进一步生成三维地面模型DTM。利用内插手段, 可以生成更高精度的DTM。DTM 在经纹理、光照等图先渲染操作, 即生成逼真的整个测区数字地形模型, 为调水工程的线路规划设计和调整提供了很重要的参考价值。
2.3.3 实现整个工程布置的动态可视化
通过生成的数字地形模型, 和全野外数字化测绘的建筑物局部地形图的叠加套合和虚拟现实技术,可以能够实现整个工程布置的动态演示和景观模拟。
3 3S 技术在水利测绘中的展望
伴随着计算机软、硬件以及网络的发展, 3S 技术在水利现代化中起着并将继续起着至关重要的作用。借助于3S 技术的强大技术支持, 将基础地理背景信息、水文气象信息、地震地质信息、水利工程信息等诸多相关信息揉合在一起, 建设一个多方位、多尺度的静动态的辅助决策平台, 将会更进一步推动全省水利事业的发展。
[ 本帖最后由 ljmtidilgw 于 2007-10-14 09:11 编辑 ] |
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