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摘要：文章结合了实际的水利渠道改造工程，对数字化测绘的涵义及应用做了介绍。比较系统地分析了该技术在改造工程中横断面图测绘中的运用。并总结出了一些观点，供大家参考。
关键词：渠道改造;横断面;数字化; 测绘技术
Abstract: combining with the actual water channel renovation project, digital surveying and mapping of the meaning and application are introduced. More systematically analyzes the technology in renovation engineering of the surveying and mapping application of cross-sectional figure. And summarizes some points, for your reference.
Keywords: channel modification; Cross-sectional; Digitization; Mapping technology
中图分类号：U282+.5文献标识码：A文章编号：
前言
数字化测图技术已经在水利、建筑、交通等方面广泛地应用了。测绘数字化随着计算机、地面测量仪器、数字化测图软件的应用而迅速发展起来, 老渠道纵、横断面图的数字化测绘,必将取代传统的经纬仪中心导线与水准仪量距法。因此，数字化测绘被广泛用于测绘生产和水利水电工程。
1 数字化测图的涵义
通过计算机对地形空间数据进行处理得到数字地图,需要时也可用数控绘图仪绘制所需的地形图或各种专题地图。数字化测绘具体是指以传统的白纸测图原理为基础,以全站仪、计算机外连输入输出设备硬件、软件的条件下, 采用数字库技术和图形处理方法,把一套野外数据采集到内业制图的全过程,实现了测绘制图全自动化的测量制图系统。主要由数据输入、数据处理和数据输出这3部分组成。人们把这个系统称为数字化测图系统。数字化测图的实质是解析测图, 测得的数据经计算机进行处理后获得内容丰富的电子地图。
2渠道改造工程的概况
根据水利普查的资料统计我国大多河流中游灌区的修建历史悠久，渠道多为土渠,冲涮破坏严重。由于渠道经过多年的运行,渠线方案已经不再是主要的研究对象,它的主要任务是确定渠道的衬砌形式和渠道的纵坡调整。测绘的主要任务也就是为设计人员提供设计的一手的基础资料。渠道的纵断面图和渠道的横断面图,是整个设计工作最基础的工作之一。
3 改造工程的难点以及解决措施
渠道中间经常输水,以满足农业生产,停水的时间几乎很少。按照以前的传统测量方法渠道。中心导线法进行勘测,困难系数太大,埋设标石几乎难以实现。由于渠道现状的特殊性,按照传统的测量模式(中心导线法) 测绘纵、横断面图,往往是难以实现的。另外,传统的测量模式进行老渠道纵横断面图的测量,往往还需要做以下工作:
(1)渠道必须停水。
(2)必须清除影响通视的障碍物( 比如树木等) 。
(3)渠道的中心桩和里程桩必须埋设在渠道中。
4 传统测绘技术的不足
渠道纵、横断面图的传统测绘方法就是渠道中心导线法: 即外业选线在实地上用木桩标定路线的转折点和渠系建筑物(如水闸、涵洞) 的中心位置,并确定中心导线(即沿渠道中心线布设的导线),然后按照不同阶段的要求,按照不同的间距施测纵、横断面图(规划阶段的间距为100至500m,设计阶段的间距为50至100m) 。
在水利工程设计中,只有纵断面图还不能满足水闸、涵洞、路桥等专业设计及计算土石方数量等方面的要求时,则必须测绘出表示线路两侧起伏情况的横断面图。在线路上, 一般应在里程桩和线路纵、横方向地形明显变化处测绘横断面图。采用经纬仪测量横断面时, 将仪器安置于中线桩上,读取中线桩两侧各地形变化点的视距和垂直角,计算各测点相对于中桩的水平距离和高差(适用于地势起伏较大的地方)。采用水平仪测量横断面时,由方向架定断面的方向,皮尺量距,水平仪测量高差(适用于地势平区) 。
5 数字化测绘技术
（一）偏支导线数字化
偏支导线数字化成图法是以渠线一侧的导线点为图根点,对渠道中心点和断面点以及各建筑物的特征点进行数字化三维数据的采集,并结合CASS软件成图系统,绘制渠道纵横断面图的全过程。
（1）偏支导线数字化成图外业工作
(a)选点埋石。
(b)导线测量:
选用图根导线点作为测区的首级控制,沿着渠道的一侧灵活布设支导线路线,导线点的间距一般不宜超过500m, 布设形式为支导线测量。
(c)水准测量:
高程点的埋设可与导线点为一体,否则,必须要联测图根导线点。水准测量进行闭合平差计算。进行闭合水准测量平差计算的同时,只分析闭合水准路线的闭合差是否满足限差的要求。平差所需要的距离可用导线的距离代替。
(d) 导线点坐标的推算以及高程计算:由于老渠线一般不长,导线测量不要求进行联测,也不要求闭合,支导线测量只进行导线的坐标推算,不进行平差计算。
(e)数字化采集,碎步(纵、横断面) 测量:碎步测量可采用全站仪进行数字化自动采集,然后运用计算机进行机助成图。碎步测量数据采集的间隔根据地形条件而定,灵活处理。
第一,从渠道的0+000开始,可沿着渠堤(选择平而直的一侧),依据钢尺或皮尺每50m打一木桩,并用记号笔编写里程的编号。在渠道断面变化较大的地方,要进行加桩测量。
第二,里程桩的标定工作完成之后,就可以进行渠道纵、横断面图的测量工作。首先,在图根导线点上安置全站仪,并且利用控制测量中所得到的成果,对全站仪进行测站设置,且进入碎步点采集模式。
然后对中棱镜进行采集。此时,最关键的环节就是跑尺员的工作。跑尺员首先需要熟悉断面测量的用途,并具有判断地形变化特征点的能力,才能做到不漏测、不重测。在指挥员的指挥下,跑尺员要借助方向架,使所测的断面一定要与渠道的中轴线垂直。一个断面至少需要6 个碎步点(特征点)。在本例中,从左到右,共测了11个碎步点。至此,一个完整的断面就完成了,其他断面的测量方式,依次类推。
5.2偏支导线数字化成图内业工作
(1)全站仪数据的导入:借助南方CASS成图软件,很容易实现全站仪与计算机之间的数据传输。
(2) 计算机繪图:
利用已经传入计算机的数据文件, 就可以实现渠道纵横断面图的快速绘制。
第一步, 展野外测点的代码;
第二步, 展野外测点的高程;
第三步, 根据野外测点的代码,用多段(复合)线画出渠道的中心线; 如图1所示的A1A2的连线。然后利用CASS成图软件的工程应用之功能, 根据图上高程点绘制渠道的纵断面图
第四步,用多段(复合)线连接渠道的断面线,如图1所示的垂直于A1A2 的连线。然后利用CA SS成图软件的工程应用之功能,根据图上高程点绘制渠道的一个横断面图。
(3) 绘图仪出图:
绘图仪出图,是整个渠道纵横断面图测绘的最后一个环节,也是测绘成果的集中体现。
图1 数字化横断面图的测绘示意
6 数字化测量时应注意的问题
(1)外业数字化采集
测量员与跑尺员必须密切配合,对中杆的高度可能随时都要发生改变,跑尺员切记要告诉测量员;数字化数据采集时,对讲机等通讯设备不可缺少,出工前一定要充足电;跑尺员要认真考虑和分析地物的特征点,必须避免漏测的现象;跑尺员在立对中杆时,必须要放到位置,避免测出的失真;
由于渠道中常有水,跑尺员必须下水,用目测的方法,去测定渠道的坡脚和渠中的点位与高程;跑尺员必须在方向指挥员的指挥下,完成断面的测量,否则,可能会造成所测断面与渠线不垂直;在人员允许的情况下,最好有3到4人来
(2)内业处理
绘制纵横断面图的技术人员,首先要熟悉野外工作的每一个环节。在绘制纵横断面图之前,首先,必须要确定该渠道的中心线。由于老渠道是改建工程,在碎步采集时,用目测法所测定的渠道的中心点, 有可能不在所确定的中心线上,这样,真正的断面中心点就缺少了高程。
可以参照断面上前后两点的高程,用内插法计算出该中心点的高程, 并且展绘在图面上。用多段(复合)线连接渠道的断面线时,起始方向非常重要,一般情况下,选择按从上游到下游,从左到右的原则。绘制纵断面图时,为了明显地表示地面的起伏情况,一般取高程比例尺比里程比例尺大10倍或50倍。纵断面图上应尽可能详细地表示出水工建筑物的进出口的底高程以及顶高程。绘制横断面图时,为了计算方便, 纵横比例尺应一致,一般选取1B100或1B200。绘制出的横断面图上必须标记清楚中心线的位置及高程。
7工作总结
偏支导线数字化采集方法,不但精度高、速度快,而且三维坐标( x、y、h)同时测出,十分方便数字化测图的高精度,不但在于其是全解析的, 而且由于电子仪器的优点,测程远、精度高、工作效率高,大大缩短了作业周期, 还保证了测绘产品质量。计算机绘图,既方便了测绘人员,也大大提高了设计人员的工作效率。因此,该技术所拥有的先进性和实用性,必将在水利工程测绘工作中具有广阔的应用前景,渠道也将成为数字渠道。
8 结论
数字化测图技术在我国水利工程的建设、规划、设计、研究中已经走过了从无到有一直到今天的多种方式并存的历程, 在科技飞速发展的今天, 水利工程测量内外作业一体化、数据获取及处理自动化、测量过程控制和系统行为智能化、测量成果和产品数字化、测量管理可视化、共享和传播网络化的局面, 已经使传统意义的测量发生了巨大的变革。
参考文献
1 SL 197- 97, 水利水电工程测量规范[ S] 1
2 李青岳, 陳永奇等1 工程测量学[M ] . 北京: 测绘出版社, 19951
3 牛志宏, 徐启杨1 水利工程测量[M ] . 北京: 中国水利水电出版社, 20051
4 顾孝烈, 鲍峰1 测量学[ M] . 上海: 同济大学出版社,19991
关键词：渠道改造;横断面;数字化; 测绘技术
Abstract: combining with the actual water channel renovation project, digital surveying and mapping of the meaning and application are introduced. More systematically analyzes the technology in renovation engineering of the surveying and mapping application of cross-sectional figure. And summarizes some points, for your reference.
Keywords: channel modification; Cross-sectional; Digitization; Mapping technology
中图分类号：U282+.5文献标识码：A文章编号：
前言
数字化测图技术已经在水利、建筑、交通等方面广泛地应用了。测绘数字化随着计算机、地面测量仪器、数字化测图软件的应用而迅速发展起来, 老渠道纵、横断面图的数字化测绘,必将取代传统的经纬仪中心导线与水准仪量距法。因此，数字化测绘被广泛用于测绘生产和水利水电工程。
1 数字化测图的涵义
通过计算机对地形空间数据进行处理得到数字地图,需要时也可用数控绘图仪绘制所需的地形图或各种专题地图。数字化测绘具体是指以传统的白纸测图原理为基础,以全站仪、计算机外连输入输出设备硬件、软件的条件下, 采用数字库技术和图形处理方法,把一套野外数据采集到内业制图的全过程,实现了测绘制图全自动化的测量制图系统。主要由数据输入、数据处理和数据输出这3部分组成。人们把这个系统称为数字化测图系统。数字化测图的实质是解析测图, 测得的数据经计算机进行处理后获得内容丰富的电子地图。
2渠道改造工程的概况
根据水利普查的资料统计我国大多河流中游灌区的修建历史悠久，渠道多为土渠,冲涮破坏严重。由于渠道经过多年的运行,渠线方案已经不再是主要的研究对象,它的主要任务是确定渠道的衬砌形式和渠道的纵坡调整。测绘的主要任务也就是为设计人员提供设计的一手的基础资料。渠道的纵断面图和渠道的横断面图,是整个设计工作最基础的工作之一。
3 改造工程的难点以及解决措施
渠道中间经常输水,以满足农业生产,停水的时间几乎很少。按照以前的传统测量方法渠道。中心导线法进行勘测,困难系数太大,埋设标石几乎难以实现。由于渠道现状的特殊性,按照传统的测量模式(中心导线法) 测绘纵、横断面图,往往是难以实现的。另外,传统的测量模式进行老渠道纵横断面图的测量,往往还需要做以下工作:
(1)渠道必须停水。
(2)必须清除影响通视的障碍物( 比如树木等) 。
(3)渠道的中心桩和里程桩必须埋设在渠道中。
4 传统测绘技术的不足
渠道纵、横断面图的传统测绘方法就是渠道中心导线法: 即外业选线在实地上用木桩标定路线的转折点和渠系建筑物(如水闸、涵洞) 的中心位置,并确定中心导线(即沿渠道中心线布设的导线),然后按照不同阶段的要求,按照不同的间距施测纵、横断面图(规划阶段的间距为100至500m,设计阶段的间距为50至100m) 。
在水利工程设计中,只有纵断面图还不能满足水闸、涵洞、路桥等专业设计及计算土石方数量等方面的要求时,则必须测绘出表示线路两侧起伏情况的横断面图。在线路上, 一般应在里程桩和线路纵、横方向地形明显变化处测绘横断面图。采用经纬仪测量横断面时, 将仪器安置于中线桩上,读取中线桩两侧各地形变化点的视距和垂直角,计算各测点相对于中桩的水平距离和高差(适用于地势起伏较大的地方)。采用水平仪测量横断面时,由方向架定断面的方向,皮尺量距,水平仪测量高差(适用于地势平区) 。
5 数字化测绘技术
（一）偏支导线数字化
偏支导线数字化成图法是以渠线一侧的导线点为图根点,对渠道中心点和断面点以及各建筑物的特征点进行数字化三维数据的采集,并结合CASS软件成图系统,绘制渠道纵横断面图的全过程。
（1）偏支导线数字化成图外业工作
(a)选点埋石。
(b)导线测量:
选用图根导线点作为测区的首级控制,沿着渠道的一侧灵活布设支导线路线,导线点的间距一般不宜超过500m, 布设形式为支导线测量。
(c)水准测量:
高程点的埋设可与导线点为一体,否则,必须要联测图根导线点。水准测量进行闭合平差计算。进行闭合水准测量平差计算的同时,只分析闭合水准路线的闭合差是否满足限差的要求。平差所需要的距离可用导线的距离代替。
(d) 导线点坐标的推算以及高程计算:由于老渠线一般不长,导线测量不要求进行联测,也不要求闭合,支导线测量只进行导线的坐标推算,不进行平差计算。
(e)数字化采集,碎步(纵、横断面) 测量:碎步测量可采用全站仪进行数字化自动采集,然后运用计算机进行机助成图。碎步测量数据采集的间隔根据地形条件而定,灵活处理。
第一,从渠道的0+000开始,可沿着渠堤(选择平而直的一侧),依据钢尺或皮尺每50m打一木桩,并用记号笔编写里程的编号。在渠道断面变化较大的地方,要进行加桩测量。
第二,里程桩的标定工作完成之后,就可以进行渠道纵、横断面图的测量工作。首先,在图根导线点上安置全站仪,并且利用控制测量中所得到的成果,对全站仪进行测站设置,且进入碎步点采集模式。
然后对中棱镜进行采集。此时,最关键的环节就是跑尺员的工作。跑尺员首先需要熟悉断面测量的用途,并具有判断地形变化特征点的能力,才能做到不漏测、不重测。在指挥员的指挥下,跑尺员要借助方向架,使所测的断面一定要与渠道的中轴线垂直。一个断面至少需要6 个碎步点(特征点)。在本例中,从左到右,共测了11个碎步点。至此,一个完整的断面就完成了,其他断面的测量方式,依次类推。
5.2偏支导线数字化成图内业工作
(1)全站仪数据的导入:借助南方CASS成图软件,很容易实现全站仪与计算机之间的数据传输。
(2) 计算机繪图:
利用已经传入计算机的数据文件, 就可以实现渠道纵横断面图的快速绘制。
第一步, 展野外测点的代码;
第二步, 展野外测点的高程;
第三步, 根据野外测点的代码,用多段(复合)线画出渠道的中心线; 如图1所示的A1A2的连线。然后利用CASS成图软件的工程应用之功能, 根据图上高程点绘制渠道的纵断面图
第四步,用多段(复合)线连接渠道的断面线,如图1所示的垂直于A1A2 的连线。然后利用CA SS成图软件的工程应用之功能,根据图上高程点绘制渠道的一个横断面图。
(3) 绘图仪出图:
绘图仪出图,是整个渠道纵横断面图测绘的最后一个环节,也是测绘成果的集中体现。
图1 数字化横断面图的测绘示意
6 数字化测量时应注意的问题
(1)外业数字化采集
测量员与跑尺员必须密切配合,对中杆的高度可能随时都要发生改变,跑尺员切记要告诉测量员;数字化数据采集时,对讲机等通讯设备不可缺少,出工前一定要充足电;跑尺员要认真考虑和分析地物的特征点,必须避免漏测的现象;跑尺员在立对中杆时,必须要放到位置,避免测出的失真;
由于渠道中常有水,跑尺员必须下水,用目测的方法,去测定渠道的坡脚和渠中的点位与高程;跑尺员必须在方向指挥员的指挥下,完成断面的测量,否则,可能会造成所测断面与渠线不垂直;在人员允许的情况下,最好有3到4人来
(2)内业处理
绘制纵横断面图的技术人员,首先要熟悉野外工作的每一个环节。在绘制纵横断面图之前,首先,必须要确定该渠道的中心线。由于老渠道是改建工程,在碎步采集时,用目测法所测定的渠道的中心点, 有可能不在所确定的中心线上,这样,真正的断面中心点就缺少了高程。
可以参照断面上前后两点的高程,用内插法计算出该中心点的高程, 并且展绘在图面上。用多段(复合)线连接渠道的断面线时,起始方向非常重要,一般情况下,选择按从上游到下游,从左到右的原则。绘制纵断面图时,为了明显地表示地面的起伏情况,一般取高程比例尺比里程比例尺大10倍或50倍。纵断面图上应尽可能详细地表示出水工建筑物的进出口的底高程以及顶高程。绘制横断面图时,为了计算方便, 纵横比例尺应一致,一般选取1B100或1B200。绘制出的横断面图上必须标记清楚中心线的位置及高程。
7工作总结
偏支导线数字化采集方法,不但精度高、速度快,而且三维坐标( x、y、h)同时测出,十分方便数字化测图的高精度,不但在于其是全解析的, 而且由于电子仪器的优点,测程远、精度高、工作效率高,大大缩短了作业周期, 还保证了测绘产品质量。计算机绘图,既方便了测绘人员,也大大提高了设计人员的工作效率。因此,该技术所拥有的先进性和实用性,必将在水利工程测绘工作中具有广阔的应用前景,渠道也将成为数字渠道。
8 结论
数字化测图技术在我国水利工程的建设、规划、设计、研究中已经走过了从无到有一直到今天的多种方式并存的历程, 在科技飞速发展的今天, 水利工程测量内外作业一体化、数据获取及处理自动化、测量过程控制和系统行为智能化、测量成果和产品数字化、测量管理可视化、共享和传播网络化的局面, 已经使传统意义的测量发生了巨大的变革。
参考文献
1 SL 197- 97, 水利水电工程测量规范[ S] 1
2 李青岳, 陳永奇等1 工程测量学[M ] . 北京: 测绘出版社, 19951
3 牛志宏, 徐启杨1 水利工程测量[M ] . 北京: 中国水利水电出版社, 20051
4 顾孝烈, 鲍峰1 测量学[ M] . 上海: 同济大学出版社,19991