论智慧地球时代水利工程测量新技术

龚 振 文

(云南农业大学水利学院，云南 昆明 650201)

论智慧地球时代水利工程测量新技术

龚 振 文

(云南农业大学水利学院，云南 昆明 650201)

以云南溪洛渡水电站为例，论述了以实时采集和处理海量空间数据、能进行空间信息和智能决策为特征的智慧地球内涵，探讨了智慧测绘在工程控制网布设、地形测量和水利施工放样、变形观测和测绘信息系统等方面的应用情况，最后提出了智慧地球时代水利工程测量的发展方向。

水利工程测量，智慧地球,发展

0 引言

云南地处横断山,高山深谷,纵横交错,湖泊众多,地形复杂、起伏较大,高差达6 000 m,水资源总量位于全国第三，特别适合建设水利水电工程,而现代水利枢纽工程,其工程范围大,建设周期长,建筑众多，结构复杂，施工环境复杂,没有统一、高效快捷的现代测绘技术就无法满足工程精度、进度及质量、安全要求,也很难进行各建筑物协作施工,各设备协作安装，采用常规工程测量技术将无法完成这一艰巨任务。

而21世纪随着科学技术飞速进步,空间技术、信息技术、网络技术将深彻底改变传统工程测量方式,极大提高水利工程测量的效率及技术水平。

1 工程概述

溪洛渡水电站地处云南永善县,金沙江下游，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等综合效益的巨型水电站，是目前世界上最大的地下洞室群工程。电站枢纽由拦河坝、引水发电系统及泄洪建筑物组成，其中引水发电建筑物由水电站进水口、压力管道、主厂房、主变室、尾水调压室、尾水洞、出线井(包括下平洞、竖井下段、上平洞、竖井上段及地面出线场)、通排风系统及地下防渗排水系统等建筑物组成，全部为地下洞室工程，包括导流洞、泄洪洞。

2 智慧地球时代测绘新技术

智慧地球是以数字地球为基础，通过互联网联接现实世界，感知现实世界中的人和物，应用云计算进行计算与控制，为社会发展和大众生活提供智能信息。内容有位置云、遥感云、空天地一体化的传感网,实时GIS、视频与GIS的融合，智能手机、室内与地下空间定位以及导航、空间数据挖掘等等。位置云将手机接收到的导航卫星信号与其他定位相关的传感器信息，通过云计算实时室内外高精度位置数据,遥感云是用云计算充分共享各种复杂分析和处理算法以及相关经验，高效获得各行业所需遥感的数据。

3 水利工程各阶段的测绘新技术应用

3.1 位置云、遥感云技术应用于规划设计阶段的测量工作

金沙江溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县之间的溪洛渡大桥上游,下距宜宾市河道里程约184 km。本工程水库位于四川省凉山彝族自治州与云南省昭通市交界的金沙江峡谷中，淹没影响涉及四川、云南两省沿江的九个县(区)，其中南岸为云南省昭通市的永善、朝阳、巧家、鲁甸四个县(区)。地形起伏非常大，地势险峻,用常规测量仪器将十分困难，应用遥感云以自然的语言解译遥感图像，获得流域规划水资源数据。测绘项目区地形图,河流的横断面及水下地形图,为流域规划、水电站梯级开发方案、坝址选择提供依据,用位置云进行水电站1∶500,1∶1 000的地形图测绘，用空天地一体化的传感网建立地形,地质的三维模型,由此进行坝体、导流洞、泄洪洞、地下厂房等建筑数字化设计。总之用位置云、遥感云技术、空天地一体化的传感网可实时进行大坝、地下洞群、厂房等三维布置,可多方案的比选、进行方案可视化,高效、快速的优化设计。

3.2 位置云、遥感云,室内与地下空间定位技术应用于施工阶段的测量工作

1)位置云应用于控制网测量。

由于水电站是大型工程，应用位置云实时获得首级施工控制网,加密施工控制网的三维坐标,为水电站各部位细部施工放样提供依据。

2)位置云应用于大型水电站的施工测量。

当进行水工隧洞施工测量时,用位置云技术进行洞外、洞内控制测量、联系测量、隧洞中心线放样、开挖断面和衬砌断面的放样等测量工作,也可用于进行大坝的施工放样包括坝轴线的测设、清基中的放样工作、坝体分块控制线的测设、坝体浇筑中的放样工作，也可进行水电站厂房施工控制网的建立、基础开挖测量、厂房建筑放样测量等设备机组的安装测量。位置云的应用使得放样工作高效,快捷,实现了智慧放样。

3)室内与地下空间定位技术应用。

溪洛渡水电站地下工程测量工作量巨大,需应用先进测量技术,在水工隧洞中GPS无法使用，应采用传感器和地面无线信号方式进行定位。就可进行水工隧洞开挖轮廊线放样，测量开挖的断面，进行竣工断面图及浇筑回填情况的测绘工作。如加上TMS隧道测量技术，测量人员只需要进行简单的操作，就可以使机载程序驱动全站仪自动测量，可完成隧道测量各项工作。TMS隧道测量技术大大提高了测量的精度和效率。

3.3 水电站运营管理阶段变形监测

由在变形监测领域的应用GPS 、三维激光扫描仪、测量机器人、D-InSAR组成位置云自动完成大坝观测点的采集、传输、处理、分析、变形危害预警等工作。将实现多层次集成化变形监测,将实现网络化处理与分析变形数据。

对水电站各水工建筑及设施进行三维仿真,分析处理安全监测数据,并进行动态模拟;能直观、快捷、准确地了解和分析建筑物的安全状况,作出科学决策。利用计算机、通信网络、微电子、3S技术(遥感、地理信息系统、全球定位系统)等一系列高新技术对水利行业进行全面技术升级和改造，建造数字水利，能很大程度提高水利施工的安全性、可靠性、高效性，提高大坝安全监测的自动化、智能化水平，也能进行水电站的监测、控制、优化、调度、生产、决策,使水电站更安全、稳定、经济的运行。

3.4 现代测绘技术应用于水利工程规划设计及管理

1)云计算应用于水利工程建设管理。

云计算指通过网络获得应用所需的资源及服务(硬件、平台、软件),它能实现水利工程规划、设计,计算软件高效开发及共享，能把水利工程现场施工质量和进度监控数据通过云网站，实时传输至数据中心，进行实时分析和处理，实时提供智能信息服务和控制。为工程施工监控管理提供决策支持，保证了工程质量,安全与稳定，实现了水利建设项目在线监管,互联网、平板电脑、传感设备等新技术在水利工程设计中的应用将全面实现水利工程设计的数字化,信息化，智能化。总之云计算将全面应用到水利工程全过程,包括水利工程智能化方案咨询、规划设计、定制开发、设备提供、施工管理、系统集成及增值服务。

2)移动GIS在水利工程中的应用。

该系统是以移动互联网为支撑、以智能手机或平板电脑为终端、结合GNSS或基站为定位手段的GIS系统。这种智能工程客户端通过拍照获得逼真的三维地形图。由智能工程客户端通过云数据库得到相关水文资料，再结合工程设计标准，通过一个专业的坝体结构设计软件形成一系列满足安全和强度要求的坝体结构。最后，我们可以把经济可接受条件、工期要求、淹没范围、对当地古木文物的影响等诸多方面作为约束条件，在这个“坝群”中寻找最优解即为最终设计坝体，为实际工程设计提供初步设计成果。建立局域网络，通过手机上的各类传感器建立一个动态的、智能的施工进度宏图。这个宏图系统最大化可以观察整个项目的施工现场，最小化可以测量每个施工地点的温度，气候变化等具体施工条件，并通过云计算给出智能高效的任务分配。这样，可以迅速高效的应对突发状况，在危险即将到来时云端向设计部门给出各种所需参数并返回实时画面，帮助设计人员第一时间制定排危方案。

3)空间信息网格应用于水利工程。

它是在信息网格上运行的天、空、地一体化地球空间数据获取、信息处理、知识发现和智能服务的新一代整体集成的实时/准实时空间信息系统。由位置云、遥感云、空天地一体化的传感网进行水电站测区的空间分析、预测、决策，完成水电站工程规划设计及管理工作。它可为水电站工程选址、大坝及堤防,各水工建筑,水电站厂房的规划、设计、施工管理工作提供信息服务。

4)泛在测绘技术应用于水利工程。

泛在测绘是可使用户随时随地创建和使用地图来解决空间问题的能力或环境,应用三维实时实景数字地图技术,智能感知网,实时信息获取技术：实时卫星定位技术、激光扫描等移动测图技术，智能传感技术、摄影测量与遥感技术、视频测图技术,高速信息传递技术：泛在网络，智能信息处理技术：三维建模及虚拟现实技术，泛在测绘技术为水电站规划设计及管理提供优质信息服务区,并对水库水情,生态环境,大坝安全进行实时性监测及分析。

4 智慧地球时代水利工程测量新技术的展望

空天地一体化信息网络是通过数据链路把空间各种卫星及地面、海上、空中和深空中的用户、飞行器以及各种通信平台进行互联互通，在空间平台(卫星)进行信息准确获取、快速处理和高效传输的一体化高速宽带大容量信息网络，它是把陆基、天基、空基一体化的综合对地观测网络。实现时空信息加工与处理的自动化、智能化与实时化,该系统可应用到水电站中流域水资源调查,规划,水资源开发方案论证,洪水预报,大坝安全监测,水电站库区地质灾害监测及救灾,水电站安全运行及堤防,各水工建筑,水电站厂房、公路、桥梁、隧道工程规划设计管理在线监测,实现实景化水电站工程规划设计管理。

把互联网应用于水利工程,建立水利工程局域网络,利用互联网平台，提高水利工程测量数据的供给和共享能力,利用互联网平台提供工程测量数据综合服务，进行工程测量数据和地理信息成果在线服务，可以在互联网背景下进行水电站规划,设计,管理工作。

5 结语

智慧地球能自动获得数据,应用云计算进行实时分析和处理，实时提供智能信息服务,以实现对人和物的感知、控制和智能服务。而互联网、云计算、大数据组成智慧测绘技术在水利工程中的创新应用，是能够实时、智能地采集和处理海量空间数据，为水利工程提供空间信息和智能知识服务的智慧测绘，使水利工程中规划,设计,管理工作实现数字化、一体化、智慧化,使云南水资源开发更环保，规划方案更科学合理，工程设计、施工、管理更精准及高效。

[1] 李德仁.智慧地球时代测绘地理信息学的新使命[J].测绘科学，2012(11)：19-25.

[2] 祝细根.溪洛渡水电站泄洪洞开挖施工测量技术[J].人民长江，2009(3)：39-41.

[3] 周 冰.工程测量中的测绘新技术研究[J].测绘与空间地理信息，2012(2)：77-80.

Discussion on new hydraulic engineering measurement technology in smarter planet times

Gong Zhenwen

(CollegeofHydraulic,YunnanUniversityofAgriculture,Kunming650201,China)

Taking Yunnan Xiluodu hydropower station as an example, the paper discusses contents of smarter planet, such as timely collection, processing massive spatial data, spatial information and intelligent decision, explores the application conditions of smarter mapping in engineering controlling network setting, morphology measurement, hydraulic construction sampling, deformation detection and mapping information system and so on, and finally puts forward the development trend of hydraulic engineering measurement in smarter planet times.

hydraulic engineering measurement, smarter planet, development

2015-06-27

龚振文(1963- )，男，副教授

1009-6825(2015)25-0208-02

TU198

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