水利工程施工新技术的应用探讨

吴飞飞

(南昌市水利规划设计院，南昌 330009)



水利工程施工新技术的应用探讨

吴飞飞

(南昌市水利规划设计院，南昌 330009)

水利工程施工技术是否先进直接影响整个工程质量及工程经济与社会效益的发挥，在现代科学技术不断进步的背景下，水利工程施工新技术也得到长足发展，文章对GIS技术和数据库技术、GPS定位技术等在水利工程施工中的应用进行了探讨，以期对新技术与水利工程施工的高效结合提供借鉴指导。

水利工程；施工；GIS技术；GPS定位技术

0 前 言

水利工程施工规模较大、建设周期长，对施工环境会产生较大扰动，施工机械及工程爆破等施工过程对环境会产生较大的影响与破坏，为此，探讨水利工程施工新技术的应用，对于加强环境保护，充分发挥水利工程的经济效益、社会效益及生态效益意义重大。

1 水利工程施工新技术的应用

1.1GIS技术和数据库技术

1.1.1GIS技术概述

GIS(GeograpHicInformationSystem)是地理信息系统的简称，该系统由计算机、地理数据和用户三方组成，结合可视化平台及地理数据空间属性的基础上，将图形与数据有机结合，是传统地图学与现代技术有机融合的一项空间技术，可以实现量大繁杂的水利信息的采集、存储、分析、管理。当前GIS技术已经广泛应用于水利工程施工的各个环节，例如国家防洪抗旱(灾)总指挥部所开发的“区域性防洪减灾信息系统”便是基于GIS技术所开发的。GIS应用于水利工程施工的时间不长，通过三维全景将施工总布置进行虚拟化展现，可以将工程各分部在时间和空间上的相互关系直观展现出来，并进行水利工程与建筑物施工全过程的动态仿真演示与可视化分析、查询和统计，直观而清晰表现出水利工程施工的动态过程。

1.1.2GIS技术支持下的水利工程施工信息管理

水利工程勘察资料的收集与管理在过去一直以纸质档案为主，并借助常用的档案管理软件及数据库进行分类与管理，无法实现信息共享、信息利用率低，信息表现形式单一，无法表现水利工程勘察信息所具有的空间特性。而通过GIS技术进行空间数据处理与管理既能表现信息所附带的空间信息，又具有强大的图形图像属性处理能力与转换能力，并提供相应的处理、转换、制图等功能，并将已有的岩层、构造、水文等物理力学性质勘察资料与GIS数据有机融合、重新构造、形象展现，并实现与关系数据库之间的关联。

图1 空间实体数据之间的关系

从上图可以看出，数字高程DEM模型与正射影像都属于栅格数据格式，两者的叠加便形成水利工程施工的数字三维场景(3DScene)，二维GIS数据是矢量格式，两者与投影、坐标系等大地参照系存在空间依存关系，而三维场景中，这些图形及符号等三位模型对象仍通过OID与数据库中的专业属性表格相互关联，并通过面向数据库模型将二维与三维模型特征集成为具有智能特征的对象实体，并实现水利工程施工信息的传递、转换与共享。

1.1.3 基于GIS的AutoCAD制图与管理技术

AutoCAD是常用的计算机辅助制图软件，常用于土木建筑、地质测绘、水利工程、航空航天等领域的二维绘图、文档设计和三维设计，国内许多研究院所在广泛研究AutoCAD与GIS集成方法的基础上，结合自动化制图之需要，利用数据库技术，开发出了地质自动成图软件，兼具参数化绘图、图形信息自动查询、图元数据处理分析多种功能。系统在保留AutoCAD传统绘图功能的基础上，提高了制图速度与效率，为水利工程设计施工制图工作提供了便利。

表1 基于GIS的AutoCAD技术的实现

1.2GPS定位技术

1.2.1GPS定位技术概述

GPS(GlobalPositioningSystem)全球定位技术可以为系统内用户提供实时的精准的三维位置、三维运动速度等信息，且系统抗干扰能力强，在环境监测、水利工程施工、灾害预报、农业监测等领域运用日益广泛。GPS定位技术既能为水利工程施工与兴建提供精准的测量数据信息，又能为完建的水工工程实时监测提供便利，该技术在三峡工程、南水北调工程、葛洲坝等水利工程施工与管理中都曾采用。

GPS定位技术包括地面监控和空间星座两部分，其中的地面监控部分由包括卫星监测站、主控站和信息注入站在内的5个地面测站组成，GPS的用户设备包括接收机硬件和处理软件两部分，用户通过接收机硬件接收GPS卫星信号，并通过处理软件对信号加以处理并将其转换为地理位置、速度等可用信息，并为水利工程施工管理提供指导。GPS定位技术与传统的信息收集处理技术相比，具有显著的优势：①定位精度高，GPS在50km范围内定位精度可以达到1×10-6-2×10-6，在100-500km范围内定位精度可以达到1×10-6-1×10-7，1000km范围内定位精度可以达到1×10-9；②测站间无需通视便可根据水利工程施工需要灵活选点定位，且不受天气干扰，在任何时间地点全天候连续观测；③观测历时短，20km范围内静态定位只需要15-20min。

1.2.2GPS定位技术在水利工程施工的应用

1)GPS定位技术用于大坝、滑坡变形监测

水利工程施工过程中及施工后的运营期间，必须对大坝进行变形、滑坡监测，运用GPS定位技术监测的区域不大，但是监测点的布设应密集而合理，一般是在具有代表性的区域范围内布设观测点，并在离监测点较为合适的位置建立基准点，并在此架设GPS信号接收机，在连续的几期观测后获得变形点的坐标、具体位置及变化情况等信息，以此为基础建立大坝突变模型，进而分析大坝变形、滑坡等的变动规律并为大坝除险加固提供指导。通过全站仪也可以获取大坝监测点高精度位置的坐标数据，但是全站仪所需人力较多，而是用GPS技术进行观测则可以大大节省人力，简化外业操作，但是仪器费用较高，为此河海大学研制出了GPS一机多天线系统，该系统中只需在总部安装一台GPS接收机，在监测点只需安装天线并使之与接收机相连，从而大大降低监测系统的硬件安装成本。

2)GPS定位技术用于截流施工

截流施工工期都比较紧张，其中的水下作业条件较差，受水下地形资料准确性的影响较大，传统的人工测量手段无法保证监测数据的准确性，且比较耗时，远远无法满足截流施工水下作业的需要。而GPS定位技术可以克服上述人工测量的缺陷，保证截流施工的顺利进行，GPS定位技术中的差分系统可以进行水下地形实时监测，待系统完成水深数据采集和定位后，会利用处理软件进行数字化成图，为截流施工水下作业提供精确、实时的数据支撑。

3)GPS实时测控系统

作为水利工程施工过程中所推广采用的新技术，GPS实时测控系统既可以直接用于地面采样点的自动快速精准定位，又可以用于多级布网、加密等复杂性测量工作。通过GPS定位技术进行高精度控制网的布设，并选定若干个固定点作为施测基准点，以此为中心进行连续观测，GPS定位技术所具有的优势可以在几分钟内在10-20mm的范围实现精准定位。

2 结 论

通过加强新技术在水利工程施工中的应用，既可以大大提高监测与测量精度，为工程施工提供科学指导，又可以解放人力，提升测量工作效率，此外还可以通过加强环境影响监测减轻水利工程施工过程对环境的不利影响，建立综合考虑水资源生态功能、环境保护功能的水利工程综合开发建设新模式。

[1]高承恩，李德明.南水北调工程总干渠安阳段施工测量中GPSRTK技术的应用[J].水利技术监督，2016(01)：90-92.

[2]王国庆.新时期水利工程中GPS测绘新技术的发展及作用研究[J].吉林农业，2013(05)：92-93.

1007-7596(2017)02-0131-03

2017-02-14

吴飞飞(1961-)，男，江西南昌人，工程师。

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