水利水电工程测量技术的研究

熊 群 汪细刚

（江西铜安工程集团有限公司，江西 高安 330800）

引言

水利水电工程测量一般包括控制测量、地形测量、施工测量、水下测量、竣工测量和变形监测等几部分内容，由于大量采用新仪器、新方法，对经典大地测量技术、卫星定位技术（GPS）、数字摄影测量与遥感技术（RS）、GIS技术、地籍与界线测量及多种专业工程测量技术的不断融合，涵盖了线路测量、地籍与界线测量、施工测量、计量测量等方面内容，水利水电工程测量服务领域得到了不断拓宽。

1 控制测量技术

控制测量则是一切水利水电工程测量工作的基础。随着科学技术的发展，水利水电控制测量由传统控制测量过渡到现代控制测量模式，即以GPS等空间定位技术为主、传统测绘方法为辅，快速高效、高精度确定空间点位的三维坐标。

水利水电工程控制测量按水利水电工程阶段和服务内容划分为测图控制网和专用控制网两种类型，包含平面控制和高程控制两方面测量技术。水利水电工程平面控制网测量技术由传统的三角（锁）网发展为三边网、边角网、导线网、GPS网、混合网等现代控制网测量技术，近年来GPS卫星定位技术得到广泛应用：大区域测图控制网基本采用GPS控制网技术，中小区域测图平面控制网采用GPS控制网作为首级网或采用多种设备观测的混合网；专用平面控制网主要采用边角同测网，部分工程采用GPS布设首级网或直接布设为GPS混合网。水利水电工程高程控制网测量仪器从光学水准仪发展到自动安平水准仪再到数字水准仪、液体静力水准系统。观测方法从人工读数发展到自动读数纪录、自动观测，作业方式从单一的几何水准发展到测距三角高程、静力水准、GPS拟合水准等多元作业方式。数字水准仪具有测量速度快、精度高、使用方便、劳动强度轻、可实现内外业一体化等优点得到了广泛应用。布置了数量足够分布均匀的高程控制点的小型GPS网，GPS高程可达到四等水准侧量的精度；高差不大的平原、丘陵地区可采用GPS高程开展三、四跨河水准测量；若测区建立了高精度的精化大地水准面，长距离的GPS高程可达到二等水准测量的精度。

2 数字地形测绘技术

随着全站仪和计算机技术的普及应用，形成了多种大比例尺地形图的数字测绘方法，开发出具有自主知识版权的优秀数字成图软件，采用三维测绘技术，不仅可满足地形图和专业图测绘成图，还可进行GIS前端数据采集与更新。

数字化测绘技术作业模式主要采用电子平板模式、数字测记模式和数字摄影测量模式（含数字近景摄影测量模式）。

电子平板数字测图系统：全站仪+便携机（即电子平板）+地形图绘图软件，包括测站和镜站两种作业方式，其特点是模拟传统白纸成图，作业直观，无需编码，测绘不易产生错漏，但便携机电池使用时间短（通常为3h左右）、相对笨重且稳定性差，比较适合平坦地区、城镇地区地形测图，不适合环境条件恶劣的水利水电工程地形图测绘。

测记法数字测图系统：全站仪/GPSRTK+（电子手薄+）草图+带有地物编码的地形图内业绘图软件。缺点是作业不直观，测量点号与草图点号可能产生不一致，易产生地物错漏，对现场绘制草图人员要求较高，但适合各类环境数字地形图测绘。

掌上数字测图系统：全站仪+掌上测图系统（即掌上电脑）+地形图内业绘图软件。掌上数字测图系统克服了笔记本电脑电子平板的缺点，发挥笔记本电脑、电子手薄、掌上平板的优点，可视化界面，人性化设计，操作简单，携带方便，环境适应性强，是目前较为理想的野外测绘数据采集及成图工具。

3 变形监测技术

变形监测又称变形测量或变形观测，是对被监测对象或物体（简称变形体）进行测量，确定其空间位置及内部形态的变化特征。变形监测按其变形监测部位分为外部变形监测（外观）和内部变形监测（内观）两部分，涉及测量学范畴的工作主要为外部变形监测。外部变形监测按变形方向可分为水平位移监测和垂直位移监测。水利水电工程外部变形监测包括变形监测基准网测量、工作基点测量、变形体变形监测、监测资料分析等内容，常用水利水电工程外部变形监测方法主要有以下几种：

3.1 大地测量法

大地测量方法是变形监测的经典方法，可完成变形监测基准网测量、工作基点测量、变形体变形监测等工作，侧量设备采用电子水准仪、精密全站仪（或测量机器人），测量方法包括传统的三角测量、几何水准测量、交会测量和现代的边角测量、三角高程测量等方法。大地测量方法主要特征：利用常规大地测量仪器，理论和方法成熟，测量数据可靠，观测费用相对较低，但观测时间长，劳动强度高，精度受到观测条件影响较大，观测和数据处理的自动化和智能化程度较低。

3.2 基准线测量法

基准线法是水平位移变形监侧的常用方法，土石坝、重力坝、支墩坝等直线形大坝的坝体、坝基一般采用引张线法、真空激光准直法和垂线法观测，若坝体较短可采用视准线法、大气激光准直法观测；拱坝坝体坝基主要采用垂线法或大地测量法观测；近坝区岩体、高边坡、滑坡体水平位移监测主要采用大地测量法、视准线法和垂线法。

3.3 液体静力水准测量方法

垂直位移监测技术主要有水准测量、三角高程测量、液体静力水准测量技术，目前发展最快的是液体静力水准测量技术。液体静力水准测量系统特别适用于坝体廊道内高程观测及高程传递，它通过各种类型的传感器侧量容器的液面高度，可同时获取数十乃至数百个监测点的高程，具有高精度、遥测、自动化、可移动和持续测量等特点。两容器间的距离可达数十公里，如用于跨河与跨海峡的水准测量；通过一种压力传感器，允许两容器之间的高差从过去的数厘米达到数米。

4 水下地形测量技术

传统的水下地形测量采用一般多以经纬仪、电磁波测距仪及标尺、标杆为主要工具，用断面法或极坐标法及交会法定位，用测深杆和测深锤来采集水深数据，这种方法存在作业效率低，误差大等诸多缺点，近来已经很少被采用。近年来随着卫星定位技术的发展，DGPS、GPS RTK及CORS系统配合多波束测深仪进行水下地形测量得到了广泛的应用。DGPS（差分全球定位系统）是以某已知点作为基准点，基准点的GPS接收机连续接收卫星信号，并与已知点的位置进行比较，确定当时误差的伪距修正值，将这些修正值通过无线电台接收，用户接收机接收修正值来实时校正GPS信号，它具有全天侯、实时连续、高精度等特点。目前GPS RTK及CORS系统定位已达到厘米级的定位精度，并且能够做到实时无验潮测量。以上几种定位技术进行水下地形测量与岸上基准点交会法、极坐标法等定位技术相比，具有极大的优势，特别是较大面积的水下地形测量，可以大大缩短工作周期，减轻劳动强度。

5 结束语

随着测绘新技术发展和测绘新设备应用，水利水电工程测量技术得到了日新月异的发展。水利水电工程测量技术发展趋势和方向是：测量数据采集和处理的自动化、实时化、数字化；测量数据管理的科学化、标准化、规格化；测量数据传播与应用的网络化、多样化、社会化。

[1]王晏民,洪立波等.现代工程测量技术发展与应用,2007(4)

[2]专业测绘与工程测量[J].测绘文摘，2009，(03).

[3]卓健成.测量工程的现代发展动态[J].冶金测绘，1993，(01).