摘要:研究目的:探索数字化测绘技术在水利工程测量中的具体应用模式，明确应用要点，为水利工程测量提供一定的参考；方法:采用文献法和案例法了解数字测绘技术的发展，结合水利工程实际测量案例进行应用分析。结果:数字测绘技术应用于案例工程，获得了高精度的测量数据。结论:数字化测绘技术在水利工程测量中具有很强的应用优势，并在实际案例中发挥了良好的作用。
关键词:数字化；测绘技术；工程测量
信息技术的快速发展推动了行业变革。现在，数字化测绘技术已经应用到水利工程测量中，使水利工程测量进入数字化发展阶段，帮助工程项目获得准确的测量数据，在准确数据的支持下提高水利工程施工方案的质量，减少人工测量带来的数据误差，并能在一定程度上减少工程量，提高水利工程的测量效率，从而为水利工程项目的后续发展奠定基础。
1数字测绘技术的应用优势
1.1高数据精度
数字测绘技术主要依靠计算机算法和互联网完成数据采集和分析，可以减少水利工程测量过程中的人工干预，避免人为误差的积累，提高测量结果的准确性。数字测绘技术在水利工程测量中最大的应用优势在于获取数据的准确性，可以为工程方案的制定提供依据，保证工程项目的高效推进。
1.2自动控制
借助计算机技术，数字化测绘技术提高了自动化程度，实现了水利工程测量的自动化控制，取代了传统的人工测量方法，使水利工程的数据采集和集成分析更加有序，在自动控制算法的应用下完成数据筛选和算法关联，提高了数据处理质量，减少了数据误差，提升了水利工程测量的自动化水平。
1.3数据兼容性
数字测绘技术具有综合性的特点。在全面采集水利工程数据和地理水文信息的基础上，进行系统化处理，在自动控制的支持下进行精确的坐标定位，测量地形，绘制水利工程图，使水利工程图能够承载更多的信息属性，并增加符号进行处理，保证了水利工程勘测成果能够应用于不同的专业领域，提高了水利工程勘测成果的通用性。
1.4提高测量效率
传统的人工测量不得不依靠大量的人员前往水利工程现场，根据人工测量结果绘制工程图。在此期间，将会产生大量的工作和大量的费用。数字化测绘技术的应用可以减少水利工程测量对人力资源数量的依赖。同时，室外数据采集和室内数据分析同时进行，大大提高了水利工程的勘测效率。
2水利工程测量中的数字测绘技术
2.1数字原图技术
数字原图技术是数字测绘技术的基础技术。利用矢量扫描仪器输入大比例尺原图，水利工程测量人员可以直接利用计算机进行数据分析和转换，准确分析数据和原图信息。在应用数字原图技术时，应建立相应的数据系统，以保证数据图像能够得到很好的应用，在高质量的原图数据支持下，获得清晰直观的实测图像。同时，图像存储在数据系统中，最大程度地保证了图像资源的完整性。同时方便水利工程工作人员使用电子设备查看测量图像。
2.2数字测绘技术
数字测图技术是保证水利工程制图精度的关键技术。该技术具有成本低、设备少、精度高的特点，能有效提高水利工程制图的效果，确保水利工程制图能真实反映该地区的地质水文情况。为进一步保证测绘质量，应与GPS系统、RTK技术、GIS技术等相衔接。，尽可能减少测量干扰，以保证水利工程测绘的应用效果。在水利工程图纸的绘制过程中，主要利用AutoCAD等绘图软件完成数据和图像之间的转换过程，并借助绘图软件方便地查找和修改图纸，人力成本低，绘图质量高。
2.3数字遥感技术
数字遥感技术的应用应以大比例尺影像为基础，调查水利工程数据，通过遥感技术采集关键信息，经处理后获得水利工程影像，为后续工程建设奠定基础。数字遥感技术应与其他测绘技术相配合，最大限度地保证数据的准确性，降低工程建设中发生事故的概率。在数字遥感技术的应用过程中，主要利用各种传感器获取工程数据，并将数据输入计算机进行集成和实现。以此为基础形成地貌影像，为后续工程建设奠定基础。
2.4RTK测量技术
RTK测量技术多用于水利工程中的高程、渠道管线、变形数据的测量，最大程度的提高各测点数据的精度。在水利工程勘测中，渠道管线数据具有长度长、分布广的特点，给渠道管线相关数据的测量带来困难。传统的人工测量很难满足数据精度要求。RTK测量技术可以实现通道管线的快速定位，进而获得准确的数据。水利工程竣工时，可利用RTK测量技术检查水利工程是否变形，观察变形程度，为工程变形调整提供依据。RTK测量技术多用于室外。进行野外测量时，要尽量选择没有高压线和无线电的开阔视野，避免测量仪器的信号干扰。水利工程范围内如有旧测点，应在校准和检定后应用原测点。
2.5GIS技术
GIS技术在各种测绘作业中发挥着不可替代的作用。通过提取空之间的地理信息，可以得到详细的数据和图形。应用GIS技术时，需要建立数据库，方便测量人员搜索和查询测量数据。在实测数据的基础上，需要绘制水利工程图，在GIS空之间定义模型，通过GIS空之间的模型分析获得地理图形，从而促进水利工程的顺利建设。水利勘测人员可以通过操作GIS系统对数据进行管理，将数字测绘技术获得的数据输入其中，逐步建立水利工程数据库。经过数据处理，他们可以得到准确的测量结果，如图1所示。六分仪、经纬仪和水准仪是传统测量方法中使用的仪器设备。在测量期间，他们容易受到各种因素的制约，无法获得准确的数据，这将导致测量周期较长，从而大大增加项目成本[1]。GIS系统的应用改变了获取信息的方式，同时可以借助GIS系统对水利工程建设进行动态监控。
2.6无人机测绘技术
在一些水利工程中，使用直升机进行巡视勘测，但成本较高。为了弥补直升机测绘的缺陷，可以引入无人机测绘技术。水利工程测量人员根据实际情况制定并预设无人机的飞行路线，无人机在进行测量数据时会自动航行，采集水利工程所需的数据[2]。无人机数据采集完成后，直接传输到地面设备系统，实现实时数据分析。此外，如果在数据分析过程中发现数据异常或飞行轨迹偏差，可以及时调整无人机的飞行轨迹，保证无人机的测绘效果。无人机测绘技术可以与GIS系统和三维建模软件联动，建立水利工程区域三维模型，定义范围内不规则桩的距离和形状，从而高质量地完成水利工程测量。以地质调查为例，无人机可以用来广泛收集数据和信息，预测滑坡、泥石流等灾害，保障水利工程的顺利进行。
3 GPS测绘技术在水利工程测量中的应用案例分析
3.1项目概述
以某水利工程为例，该工程涉及河道工程、排水泵站、截污管道、蓄水闸坝、蓄水池等。河道总长3095米，水深约3米。据调查，河底淤泥有1.2米深。本水利工程的勘测内容主要是地形勘测，工程范围内的地形多为丘陵和平地，植被、建筑物和地物的结构不均匀分散。该水利工程现有资料不完整，部分地区没有数字正射影像和数字线划图。对于这部分区域，必须采用数字测绘技术进行测量，经过数据处理，才能得到高精度的水利工程地形图。
3.2方案设计
为了满足案例工程建设的需要，对现有的数字测绘技术进行了分析，主要利用数字原图技术、数字测图技术、GIS技术和GPS系统来完成水利工程测量。本水利工程采用矢量图形扫描仪采集数据，经软件处理后转换成工程地形图。应用数字原图技术时，应注意原图与测量结果的关系，尽可能避免误差。在这项技术应用中，为了提高测量精度，应用了特征匹配和最小二乘匹配，并引入了多级图像金字塔匹配算法，以保证在这项水利工程中获得的图像的连接点能够均匀分布。据计算，这次的匹配精度为0.1像素。数字化后的原图可与水利工程区域情况相匹配，通过灵活调整图片的匹配程度，保证影像效果。数字化原始地图技术没有重叠度和加密区域的信息限制，所以在这个带工程案例中，数字化原始地图技术发挥了很好的作用。由于工程案例不测量整个区域，只测量没有数字正射影像和数字线划图的部分，因此在水利工程测量中，将采用内外一体化的方式进行作业，利用数字测图技术提高作业效率，降低测绘成本。在数字测图技术应用于工程实例的过程中，只需借助一些辅助设施，就可以完成工程测量，而且效果极佳。在实际应用期间，水利工程勘测人员基于模块提取获取高精度点云，进而生成数字高程模型数据，用于真实呈现水利工程勘测区域的地形地貌。在数字高程模型数据和空成果的支持下，对正射影像进行调整，并进行光线校正、色彩统一，最终得到反映水利工程实际情况的标准影像。GPS是导航定位系统，具有三维定位导航功能。借助空星座系统和用户设备系统，实现水利工程全天候定位导航。在案例工程测量中，GPS系统主要用于精确定位待测点、线、面，并通过GPS系统的处理模块将数据转换为三维坐标。GPS系统在这次水利工程测量中发挥了其高精度的优势。在水利工程测量基线50公里范围内，获得的影像精度为1×10-6。实际应用时，根据水利工程的测量要求，确定GPS的位置，做好埋设标记，在埋设点安装GPS接收机，使无线电发射机与GPS接收机之间至少间隔50m，同时保证GPS接收机15°范围内无障碍物，设置观测模式完成GPS观测[3]。借助地理信息系统，建立空模型，确保项目在后续建设中仍能应用准确的数据和相应的地理影像。在案例调查的执行过程中，所有收集到的数据都被输入到GIS系统中，实现了数据的集成，为数据的查看和应用提供了方便。用电磁波三角高程测量法控制高程，用全站仪(HY02)从两条路线(TC01，GOSF，GPSE；在左边；TC02，GOSF，GPSE在右侧)同时测量，两条路线在一点(GPSE)汇合，形成高程测量环。如图2所示，布置高程测量路线。为了避免大气折射对高程测量的影响，采用对向观测法完成测量，并选择尽可能平缓的路线进行测量。每天测量后，数据会自动上传到系统，方便数据分析。
3.3数据分析
数字测绘技术的应用效果可以直接决定水利工程的勘测成果，进而影响后续工程的建设。为了检验成图效果和精度，应以区域网平差为精度标准，根据多余控制点和摄影测量坐标点的实测坐标点，求得区域网平差值，如式(1)至式(3)所示。上式中，μX，μY，μZ为坐标点在三维空坐标系中的区域网平差，X-control和X-photography分别代表冗余控制点的实测坐标点和摄影测量坐标点的X坐标；Y-control和Y-photo分别代表Y坐标；Z控和Z拍分别代表Z坐标；Nx、ny和nz代表测量和控制点的数量。经计算，得出本水利工程测区网平差的绝对定向精度要求和室内加密点的精度要求，如表1和表2所示。案例工程采用6台AshtechGPS单帧接收机进行基线测量，水利工程GPS数据网按照(5mm+1ppm× d)的精度要求布设，其中d为距离。GPS数据网的设置应保证卫星的截止高度角超过15°，在水利工程测量中至少能成功观测到4次有效观测值。在案例项目的数据精度控制过程中，确保数字化测绘周期至少持续60min，平均重复测绘点数超过1.6个。每个周期的天线高度值取两次，发现数值观测误差值小于3mm[4]。为了最大限度地保证案例工程的测量质量，使数字化测绘技术发挥其应有的作用，在精度控制时应使数据剔除率保持在10%以内，并检测同步环和异步环的闭合差，以保证测量数据的准确性。项目中闭合差结果如下:闭合差小于5mm的环数为122个，占47.5%；闭合差在5mm ~ 10mm之间的环数为75个，占29.3%。闭合差在10mm ~ 20mm之间的环数为52个，占20.4%。闭合差20mm~25mm的环数为10个，占3.9%。基线残差值测绘结果如下:Vx区间，5mm以下残差值占90.3%，5mm-10mm之间占9.2%，10mm-20mm之间占0.9%；在Vy区间，5mm以下的残值为79.9%，5mm-10mm之间的残值为18.3%，10mm-20mm之间的残值为2.2%。在Vz范围内，5毫米以下的残值为86.9%，5毫米至10毫米之间的残值为12.1%，10毫米至20毫米之间的残值为1.3%。
4结论
综上所述，数字化测绘技术在水利工程测量中具有测量精度高、自动控制、数据兼容、提高测量效率等优点。目前主要应用数字原图技术、数字测图技术、数字遥感技术、RTK测量技术、GIS技术、无人机测绘技术等数字测绘技术。在实际应用中，应根据水利工程的实际情况，选择合适的测绘技术，形成技术组合，以帮助水利工程测绘的顺利开展。
引用
[1]潘，。数字测绘技术在水利水电工程建设中的应用[J].中国新技术与新产品，2022 (07): 97-99。
葛存扣。基于水利测量的数字测绘技术应用研究[J].工程建设与设计，2022 (18): 253-254。
冯辉。数字化测量技术的优势及其在水利工程测量中的应用[J].河南水利与南水北调，2022，49 (05): 89-90。
[4]张勇。现代工程测量新技术在水利工程中的应用研究[J].滁州职业技术学院学报，2022，18 (03): 64-66。
