引言：水利工程建设是国家基础设施建设的重要组成部分，关系国计民生和经济社会可持续发展。作为工程建设的基础，水利工程测量贯穿于规划、勘测、设计、施工、运行、管理的全过程，对工程建设的顺利实施、安全运行、综合效益的发挥具有重要作用。随着水利工程建设规模和复杂程度的不断提高，对测量精度、效率、全面性提出了更高要求。

1水利工程测量对空间信息的需求分析

1.1地形地貌信息

地形地貌是影响水利工程选址、布局和建设的重要因素。水利工程测量需要全面、精确地掌握工程区及其影响范围内的地形地貌特征，包括地形起伏、坡度、坡向、高程、切割深度等^[1]。这些信息是进行水库淹没分析、枢纽布置优化、施工场地规划、料场选址、输水线路设计等的基础。传统的地形测量主要采用大比例尺地形图测绘、野外局部点测量等方法，受制于野外作业条件，测量周期长、劳动强度大、覆盖范围有限。而数字化测绘技术可通过倾斜摄影、激光雷达扫描、合成孔径雷达干涉测量等获取高精度的三维地形信息，并自动生成数字高程模型（DEM），大幅提高了测绘效率和精度^[2]。

1.2水文水资源信息

水文水资源条件是水利工程规划设计和运行调度的重要依据。水利工程测量需要获取工程区及其影响范围内的降水量、径流量、蒸发量、含沙量等水文要素信息，河湖库区的水位、水深、流速、流量等水情信息，地下水埋深、水位动态、水质状况等水资源信息。传统的水文测量主要依靠布设雨量站、水文站等进行定点观测，测站分布不均、覆盖范围有限^[3]。数字化测绘技术可充分利用气象雷达、卫星遥感等，实现降水的空间分布估算；通过河道断面激光扫描，结合流速仪观测建立水位－流量关系曲线；利用航天遥感技术获取大范围的土壤湿度信息；通过物探技术探测地下水分布规律。

1.3土壤地质信息

土壤和地质条件直接关系到水利工程的选址、设计和施工。水利工程测量需要查明工程场地及淹没区的地层结构、岩性特征、地质构造、不良地质现象等，并获取各类土的物理力学性质参数^[4]。传统的工程地质勘察多采用钻探、坑探和物探相结合的方法，可获取准确的点上信息，但局限于线性和零星分布，覆盖面有限。数字化测绘技术如高光谱遥感，可根据地物的光谱特征识别岩性，绘制区域地质图；合成孔径雷达可穿透地表获取地下结构信息；三维激光扫描可建立露头剖面的精细数字模型，并进行稳定性分析。

1.4工程设施信息

水利工程建设往往需要新建和改建各类交通、管线、建筑等设施，并对其进行监测和保护。水利工程测量需要及时准确地掌握各类设施的空间位置、结构形式、运行状态等信息。传统的人工调绘、普查登记等方法效率低、准确性差、及时性不足。数字化测绘技术可快速获取设施的高精度三维信息模型，并通过变化检测及时发现设施的损毁和移位^[5]。

2数字化测绘技术在水利工程测量中的应用

2.1GPS测量技术的应用

以某大型水库工程为例，在库区布设了18个一等GPS控制点，采用静态相对定位模式进行观测，获得高程误差优于5mm的平面位置和高程成果，并通过联合平差与已知国家GPS网点相联系，实现了全库区控制网与国家大地坐标系的无缝衔接。利用GPS技术对坝体、岸坡等进行定期观测，当位移监测值达到预警值时，及时预警并采取处置措施，确保了工程安全。与传统导线测量和水准测量相比，采用GPS技术可缩短2/3的外业工作时间，节约成本约60%，且不受地形、通视等外业条件限制。

表1 GPS控制网精度统计

2.2RS遥感技术的应用

遥感RS技术通过非接触的手段获取目标的电磁波信息，是获取地表信息的重要手段。根据平台和成像原理的不同，遥感技术可分为多光谱、高光谱、高分辨率、合成孔径雷达等类型。多光谱遥感常用于大范围土地利用/覆被制图，如利用Landsat TM影像，通过监督分类获得了某水利枢纽工程及移民安置区的土地利用现状图，并提取耕地、林地、建设用地的面积，估算了淹没损失和占补平衡情况；高光谱遥感可识别地物的精细光谱特征，在水体悬浮物浓度反演、水华监测等方面具有独特优势，如利用高光谱数据估算了三峡库区支流的悬沙浓度，分析了其时空分布规律；雷达遥感穿透能力强，可用于获取地下目标信息，如利用合成孔径雷达（SAR）分析长江流域地表沉降，评估了航运整治工程的安全隐患，为工程优化和防灾减灾提供了依据。

表2常用遥感数据的分辨率和应用

2.3GIS技术的应用

在南水北调中线工程设计阶段，利用GIS对流域水资源、用水需求、输水路线等多源异构数据进行了综合分析，论证了调水规模和效益，优化了总体布局；在东江供水工程运行期，基于GIS平台构建了输水调度一体化系统，实现了对闸泵群、渠系水情的实时监控和优化调度。利用GIS强大的空间分析功能，可进行工程选址、用地规划、泥沙淤积分析等，为工程决策提供科学支撑。另一方面，GIS也是多源测绘成果的集成与共享平台，可将不同坐标系、不同格式的测绘数据进行无缝整合，建立工程地理空间基础框架，实现"一张图"管理和可视化决策。

2.4数字化成图技术的应用

以某水库工程为例，利用无人机获取正射影像，经数据处理生成了1:2000的数字正射影像图（DOM）和数字高程模型（DEM），通过人机交互矢量化得到数字线划图（DLG），相比传统测图可缩短工期50%以上，平面、高程精度优于0.2m，满足了设计和施工放样的需要。在城市防洪规划中，利用机载雷达自动提取建筑物高度和轮廓信息，并与地形图叠加分析，论证了超标建筑物对行洪的影响。在管线工程竣工测量中，利用管线探测仪采集地下管线的三维信息，通过数字化成图得到管线竣工图，实现了管线数据的精细化管理。

2.5RTK测量技术的应用

RTK（Real-time Kinematic）是载波相位实时动态差分GPS技术，通过数据链路将基准站观测数据实时发送给流动站，并解算出流动站的三维坐标。RTK测量具有厘米级的定位精度，可实现外业数据的实时采集与处理，已成为工程施工测量的主流技术。在某引调水工程施工期，采用RTK技术对输水隧洞、渡槽、倒虹管等建筑物进行了放样和竣工测量，避免了复杂地形条件下的导线测量和水准测量，每公里隧洞工期可缩短3～5天，平面、高程放样精度满足设计要求。在水工建筑物变形监测中，利用RTK技术可实现高频率、自动化观测，及时掌握建筑物的稳定性变化。

3水利工程测量中数字化测绘技术应用实例分析

3.1工程概况

以某大型水利枢纽工程为例，该工程位于我国西南山区，地形起伏大、交通不便，建设规模大、技术要求高。工程建设内容包括混凝土双曲拱坝、地下厂房、输水系统等，涉及控制测量、地形测量、施工测量、变形监测等各个测绘专业。为保障工程建设进度和质量，项目部充分利用数字化测绘技术手段，采用"GPS控制网+全数字摄影测量+RTK施工测量"的一体化测绘技术模式，实现了工程建设全过程的精细化测绘和信息化管理。

3.2技术方案设计

（1）高程基准传递。在坝区附近选择基岩出露、地质条件稳定的地区，利用水准仪施测2个I等水准点，采用GPS静态相对定位与国家高程基准联测，建立工程独立高程基准，并用水准测量向枢纽及各施工支线传递。

（2）平面控制测量。利用GPS网进行整体控制，在库区及施工区布设25个一等GPS网点，网型呈环状，平均边长15km，采用GPS静态相对定位法观测，固定解算后与已知国家GPS点联合平差，形成高精度GPS控制网。在此基础上加密二等、三等GPS点，并用RTK技术测设导线点，形成全域控制网。

（3）地形测量。采用地面立体数字摄影测量，获取1:2000地形图。针对库区地形复杂、植被覆盖度高的特点，采用无人机低空摄影获取高分辨率影像，通过倾斜摄影测量建立真三维模型。在场地平整区采用车载移动测量系统快速采集地形，提高作业效率。

（4）断面地形测量。利用RTK技术布设断面控制点，采用无人船测深仪获取水下地形，并与岸线RTK数据联测，获得完整的库盆地形。在水文站设置断面采用RTK与声呐联测，建立水位－流量关系曲线。

（5）施工控制测量。利用RTK技术对建筑物、料场、渣场、施工支洞等进行放样和竣工测量。坝体采用液压自动化泄水监测系统，获取淹没体积。

3.3外业数据获取

（1）控制测量。利用32个全站仪同步观测，采用环闭合路线独立导线的方法施测水准，全程约280km，各等级环线闭合差小于规范限差。利用16台双频GPS接收机对一、二等点进行8小时静态观测，重复设站率达到40%，独立解算各基线并联合平差，中误差优于3mm。利用RTK布设500余个三、四等导线点，采用网络RTK技术实现厘米级定位。

（2）摄影测量。利用6架无人机进行航飞控制，飞行高度200m，航向重叠度80%，旁向重叠度70%，分区块进行立体像对采集，共获取影像12000余幅。利用车载移动测量系统获取道路两侧30m范围内的地形地貌信息，测区面积10平方公里，点云密度优于100点/平方米。

（3）水下地形测量。利用多波束测深系统和RTK组合，获取水库、渠道、尾水渠135km的水下地形，测量频率200kHz，量程0.5—300m，最高分辨率1cm，并与岸线地形无缝衔接。

（4）施工放样测量。利用15台RTK对边坡开挖、混凝土浇筑、钢结构安装等进行全天候放样，单次精度优于5cm。利用全站仪配合反射prism对衬砌洞室进行断面测量，间隔1m，全面监测开挖质量。

3.4内业数据处理

（1）摄影测量数据处理。利用空中三角测量解算POS参数，并对12000余幅影像进行匹配、纠正，生成1:2000数字正射影像图（DOM）和数字表面模型（DSM），栅格分辨率0.2m。通过人机交互解析等高线、地物界线等，制作1:2000数字线划图（DLG）。提取建筑物、交通等地物信息，建立地理信息数据库。

（2）点云数据处理。对车载点云数据进行配准、滤波，并与控制点联合平差，生成高精度点云模型。进行地面分类和特征提取，自动生成等高线、道路边界等矢量要素，并与DLG数据融合，丰富地形图信息。

（3）三维建模。综合利用倾斜摄影、激光雷达、声纳等数据，通过纹理映射、人机交互编辑等，建立覆盖工程全域的高精细三维模型。通过参数化建模，构建水工建筑物BIM模型，实现设计、施工、运行的一体化应用。

（4）成果数据入库。将所有测绘成果通过空间数据引擎组织入库，采用对象关系型数据库进行一体化存储管理，并通过Web服务形式共享发布，为工程管理、施工仿真、运行调度等提供基础空间框架。

3.5精度评定与分析

（1）坐标精度。通过16个一等GPS点8小时静态观测，独立重复率15%，各基线RMS值优于1cm。联合平差后，坐标较差中误差分别为mx=1.2mm，my=1.3mm，mz=1.5mm，内符合精度优于1:300000。经与二等点、导线点检核，点位误差±3cm。对场地2000余个棱镜控制点坐标检核表明，RTK内外符合精度±(8mm+1×10-6D)。

（2）高程精度。I等水准测量成果中误差±0.5mmkm-1/2，约1/4规范限差。施工水准测量环线闭合差小于±15mmkm-1/2，满足规范要求。利用水准测量结果对RTK法高程成果进行检核，中误差±2cm，系统性偏差3mm，满足施工放样要求。

（3）地形图精度。经野外抽检，1:2000数字线划图地物点平面位置中误差±0.20m，高程中误差±0.15m，相对误差1/10000，满足1:2000地形图精度要求。利用声呐和RTK联测水下地形，水深中误差±(0.1m+0.5%H)，H为水深。对DSM进行野外峰值点、鞍部点高程抽检，中误差±0.5m。

（4）三维模型精度。利用高密度点云对三维模型进行检验，地物点位精度优于0.2m。将三维模型与施工图纸、隐蔽工程等资料进行比对，一致性达95%以上。通过与竣工测量、变形监测等多源数据的综合分析，证实了三维模型的几何精度和语义完整性。

结语：

实践表明，综合利用多种数字化测绘技术，形成全空间、全时段、全要素的立体测绘体系，可显著提高水利工程测量的效率、精度和信息化水平，为工程建设的精细化管理、智能化施工提供高质量的空间信息保障。未来，数字化测绘技术将在水利工程建设领域得到更加广泛深入的应用，并不断与新一代信息技术深度融合，形成测绘－设计－施工－运维一体化的智慧水利新模式，推动水利工程高质量发展。

参考文献：

[1]胡勤涛.数字化测绘技术在水利工程测量中的应用[J].信息记录材料,2019,20(02):15-16.

[2]钟海民.数字化测绘技术在工程测量中的应用[J].建筑技术开发,2019,46(01):101-102.

[3]李德兰.数字化测绘技术在水利工程测量中的应用研究[J].居舍,2018,(34):37.

[4]于思博.数字化测绘技术在水利工程测量中的应用探讨[J].黑龙江水利科技,2018,46(11):128-129.

[5]王殿斌.数字化测绘技术在水利工程测量中的应用研究[J].居舍,2018,(33):65.