浅谈3S技术在水利工程测量中的应用

李亚新

（长春市水利勘测设计研究院，吉林 长春 130062）

水利不仅是国民经济中的基础设施，而且在基础设施中处于首位。作为国民经济基础设施的水利行业同样面临着信息化建设的问题，水利信息化是水利现代化的基础和重要标志。从国家到地方，从领导到大众，水利行业信息化确实引起了重视，并建立了众多的水利信息系统，但普遍存在着网络功能弱、数据共享能力弱、数据更新手段受限、数据可视化手段单一、系统各自为政和缺乏决策支持分析能力等弱点。

GPS是一种可以定时与测距的空间交汇的导航系统，通过接收卫星信息来给出（记录）地球上任意地点的三维坐标以及载体的运行速度，同时它还可给出准确的时间信息，具有记录地物属性的功能。90年代以后，GPS技术开始应用在水利行业中。“3S”技术是英文遥感技术（Remote Sensing RS）、地理信息系统（Geographical information System GIS）、全球定位系统（Global Positioning System GPS）这三种技术名词中最后一个单词字头的统称，是数字水利的支撑技术。

1 什么是3S技术

3S技术是遥感(RS)、地理信息系统(GIS)及全球定位系统(GPS)的统称。是一门具有信息采集、分析、处理、管理等功能的多学科、多专业的现代新技术。已经在很多行业被广泛应用，通过此项技术可以很轻松得到待测位置的环境空间信息，并可以分析建立相关数学模型，进而起到管理的功能。

2 3S技术的特点

3S技术中的卫星遥感技术，简称RS，通过高空卫星可以实现远程无接触的勘测，并采集相关信息，获取其分类的信息。这项技术的优点就在于不管待测环境有多复杂，勘测可以替代人的现场勘测，直接利用电磁波的多普勒效应，利用波的反射，可以产生待测地区的相关信息，并通过模型进行识别、分类，最后能够对后续的科学研究服务。

3S技术中的地理信息系统，简称GIS，主要的作用是对卫星遥感勘测空间数据进行分析处理，分析地理图形，利用计算机相关的专门软件，可以编辑、分析数据，一般是能够得到一些空间构造，或者是三维的空间地理图形。

GPS是全球定位系统技术的英文缩写，是建立在卫星通信技术上的一个应用，被广泛应用与军事、工农业生产等等领域，它的特点就是可以在全球范围内，提供快速的定位、测速和导航等功能服务，在军事前沿，GPS技术已经演化的更加全面，而且变得无所不能了。结合现代光学，GPS技术大大改善了传统定位导航不精确的缺点，将定位导航还有高清晰成像相结合，成为目前军事、工业生产等方面的高精尖技术。

随着3S技术在测绘科学中的应用日趋成熟并广泛应用到水文测量中，传统河道的水文监测，既费时费力，也不准确，采用新技术后其效率和准确度有了很大提高

3 水利测量传统方法存在的缺陷

传统的河道检测，我们采用经纬仪、六分仪、水准测试仪等，这些仪器手工测量，劳动强度很大，而且受地理环境影响，待测位置有很大限制，因此在测量待测地带的物理性质时，就会产生很多的困难，比如山洪、泥石流等自然灾害发生时，传统测试方法就显得费工费力，不出力，无效率。

分析流量的变化主要反映河道的变化情况。通常包括一对河道形态变化，河流纵剖面变化和深泓线变化。水下地形、体积的测量，以冲淤量计算水文测量为基础，可以及时了解冲淤变化的河流情况，通过此项分析可以做到水资源的合理调度，沉积物控制，为科学管理工作提供了决策依据。

在传统的检测是忽视河流动力学方面研究的。在许多检测方法中，我们经常用截面法，即利用河道槽蓄量变化判断河床。该方法的前提是部分间距可以准确测量，部分之间的海底地形和河床变化规则没有区分。而实际地形变化复杂，河床不平，所以这种方法计算的冲淤量无法准确反映河床变化。

4 3S技术应用前景与展望

3S技术在水利信息化中的发展不仅与计算机硬件和操作系统、原数据库的建设，数据仓库、数据挖掘、网络、数据库管理与自动成像等技术的发展是紧密相关的，而且与水利行业信息化的进程，尤其是数字化的进程紧密相关。在技术上已经发展并逐步成熟，而且在水利行业开始应用的主要有以下几个趋势：

4.1 网络化

将计算机技术与网络技术紧密结合，实现分部的计算分析，实时的资源共享和信息查询服务等功能，建立水利测量信息化平台，实现检测联动和信息共享。

4.2 集成化

水利信息化进程中的3S技术在实际应用中不仅要通过数据接口将RS、GIS、GPS严格地、紧密地、系统地集合起来，成为一个大规模的应用系统。当然还要与MIS或OA系统紧密结合，才可以达到各个功能的完美实现。因此，3S技术与外部系统无缝集成是必然的发展趋势。

4.3 以数学模型和决策分析为支撑

要让新的测量技术发挥最大功能，仅仅得到一些图片或者是数据这是远远不够的，因此我们的水利测量人员要发挥软件的所有功能，利用特有分析功能，建立相关数学模型，利用这些很专业的算法和更深入的比对分析，最后可以得到较准确地计算结果，这些结果对于相关部门的决策实施起到了重要的指导作用。

4.4 实时三维和虚拟现实技术

水利问题不是一尘不变的，往往需要我们有前瞻性，很多时间序列和动态问题，需要技术人员实现能够通过各种技术手段能够得到相关信息。因此，加上时间维的3S技术应用需求很广。三维尤其是灾时的三维3S系统为各种水利信息提供了更为直观的表现方式。在调水线路沿线贯穿飞行，城市及蓄滞区洪水演进，水利工程布置，大坝及堤防等工情信息的表达、地面与地下结合的地质构造描述、水流流动的i维表现、厂房或结构内部的描述、库区的描述、宏观地形地貌表现、通视性分析等等方面使用得特别多或者是特别有前景，而且它也是虚拟或仿真的基础。

5 GIS技术在河道测量中的应用

GIS是作为重要应用工具还具有计算距离、表面积、周长等功能，使用方便，简单易学。GIS利用dem模型数据能立即计算出两冲淤监测断面间的冲淤量，不仅便捷且精度大为提高。利用dem模型可以很方便得到某点的高程。河道演变分析主要是冲淤分析。河道某断面图的绘制、某地冲淤过程的累积图等，可直接从图上提取数据并自动绘制成图。

6 RTK技术的应用

促进GPS技术向更深、更广、更新的方向发展，它既克服了常规测量要求点间通视、费工费时而且精度不均匀、外业不能实时了解测量成果和测量精度的缺点，同时又避免了GPS静态定位及快速静态相对定位需要进行后处理，避免了业后处理中发现精度不合乎要求，需进行返工的困扰，RTK实时三维精度可以达到厘米级，大大减轻了测量作业的劳动强度并提高了作业效率。

要在水利行业更好地应用和发展3S技术，必须加强标准化、规范化的基础建设，大力开展基础数据库的建设。此外还要加快提高3S技术的应用水平，充分发挥3S现有的和潜在的功能，并且与网络计算机等高新技术以及水利行业本身的技术紧密地结合在一起。为水利信息化和现代化作出它应有的贡献。

[1]闫 新，杨永辉.3S技术在水利建设领域中的应用讨论[J].黑龙江水利科技，2008（02）.

[2]3S技术在河道测量中的应用.水科学与工程技，2007（02）.

[3]黎三喜.水利工程中GPS静态测量探讨[J].甘肃水利水电技术，2009（10）.