3s技术在土木工程中的应用.doc
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4、技术在各类土木工程的各阶段中都有广泛的应用。充分有效地应用测绘新技术,可以大大地提高土木工程测控技术的自动化程度,可以很好地控制施工质量,保证施工进度和安全生产。关键词:3S技术 土木工程 现代测量仪器 应用当前,世界上许多国家综合应用3S技术,在资源、环境、城市、交通、电力、农业、军事等诸多领域开展了许多卓有成效的监测、规划、分析、评价与管理决策工作,这不仅实现了常规技术方法无法达到的技术要求,而且取得了不可估量的巨大的综合效益。1、 什么叫“3S” “3S”是全球定位系统(GPS,Global Positioning System)、地理信息系统(GIS,Geographic Inform
5、ation System)、遥感(RS,Remote Sensing)的总称,是近年来发展迅速、应用广泛的新技术”。全球定位系统(GPS)是美国自20世纪70年代初开始研制的新一代卫星导航和定位系统,它具有全球性、全天候、全方位、连续快速和实时的高准确度三维导航、定位和校时等功能。 地理信息系统(GIS)是以采集、存储、描述、检索、分析和应用与空间位置有关的相应属性信息的计算机系统,它是集计算机学、地理学、测绘遥感学、环境科学、空间科学、信息科学、管理科学和现代通讯技术为一体的一门新兴边缘学科。地理信息系统具有采集、检验与编辑数据,对数据进行操作、存储与组织分析等基本功能。遥感(RS)是指从远
6、距离高空以及外层空间的各种平台上利用可见光、红外、微波等电磁渡探测仪器,通过摄影和扫描、信息感应、传输和处理,从而研究地面物体的形状、大小、位置及环境的相互关系与变化的现代科学技术。“3S”集成是指将遥感、空间定位系统和地理信息系统这三种对地观测新技术有机地集成在一起。但是,“3S”技术GPS+RS+GIS,有些专家学者认为还应有数字摄影测量系统DPS和专家系统ES即“5S”。但不管是“3S”还是“5S”,都应有现代通信技术和通信手段的参与。可见,“3S”技术应等于(plGPS+p2 RS+p3 GIS+pi ITS)(pi为权)。这已经取得了统一性认识。1998年美国副总统戈尔提出数字地球的
7、概念后,数字地球实际上成为了“3S”的代名词,但“3S”不是数字地球的全部,而是其一部分”。现在经常提到的“3S”一体化技术也是指在对地观测系统中,将遥感技术和全球定位系统采集到的地面信息,进行数字化处理后输入地理信息系统加以储存、处理、分析和更新,以便直接为国民经济建设和科学研究服务的集成系统。2、3S技术的发展及现状 全球卫星定位系统(GPS)是新一代的卫星导航系统,主要由CPS卫星、地面监控系统和用户设备三部分组成,产生于6 0年代末。当时,斯坦福大学等研究机构应军事上的要求,研制了一种导航卫星目前它已经历了三个发展阶段。GPS具有全球连续覆盖、导航定位精度高、速度快、抗干扰性强的特点,
8、而且它为一免费系统,只需单向的通信(从卫星到接收机),即可提供任何地点使用者的即时定位服务。利用GPS技术、地理信息系统(GLS)技术和无线通讯网的有机结台,建立用于移动目标的监控指挥系统,不仅拓展了GPS的应用范围,而且在技术上是完全可行的。近年来,GPS发展很快,其发展前景更为诱人:GPS与RS结合,能对遥感影像进行几何校正。GPS与GIS提供的电子地图相结合,可用于车、船的导航等等,应用前景十分广阔。自国际地球动力学服务中心(IGS)开始运作以来,GPS这一现代空间卫星定位技术用于国家或地区大范围的监测取得显著成效,这一定位手段用于小范围高精度的形变监测近年来亦逐步在国内外受到重视。随着
9、GPS接收机硬件性能的提高和软件处理技术的精化,小范围形变监测中运用这一高精度、了广泛的应用,并且效果显著。全天候定位手段的潜力将会日益发挥出来。作为地理信息的自动处理与分析系统,GIS的功能贯穿数据采集一分析一决策的全部过程,它不仅能存储、管理数字、文字信息,而且能管理图形、图像二维,甚至是二维以上的那些信息,因此其存储信息量大,能形象生动地把所需要的信息提供给用户。多媒体信息处理是近几年来计算机技术发展的一个重要方面,GIS中的图像、图形就是一种多媒体信息。随此技术的发展,GIS也将更进一步提高。目前人们已经将图像和声音连接到GIS的图形位置上,让计算机自动插报查询和分析结果。分布式计算机
10、环境也将普遍用于GIS领域,高速的远程通讯网络使人们可以从远程G1S图像数据库中调用数据进行地理分析和图形显示,在很大的范围内实现GIS数据共享。空间分析能力是地理信息系统区别于其他计算机系统的根本区别,也是GIS的核心功能;而模型分析功能是GIS应用深化的重要标志。目前从软件系统看,GIS和RS已发展到联合进行空间分析的阶段,两者之间几乎可以达到无缝的连接。利用遥感获得各种影像,通过影像处理输入到GIS中。同时对于变化的数据,也可由遥感器得到后直接用来更新GIS中的数据库,进行动态监测,提供变化的趋势。例如利用遥感影像获得洪水泛滥的区域,再与该地区原有的存在GIS中的有关信息套合,进行叠加分
11、析,就可得到被洪水淹没的农田、房屋等统计数据,提供受害人数及损失情况,以作出应急救援措施。叉如,利用航空遥感数据更新GIS中原有城市的道路、房屋、绿地等。当系统引入GPS,其功能就更强了。它能对遥感影像进行精确的坐标定位,在遥感影像上选择若干明显的地物点,实地用GPS接收机测出它的坐标,可以用来进行影像几何校正。同时用GPS测量方法代替航空摄影中的象控点联测,能节省大量人力、物力,大大提高作业效率。特别是在精度要求很高的地区或不便用航测方法进行摄影的区域,采用cPS测量进行GIS的数据采集要比野外人工测量方便得多,效率高得多。目前GPS接收机的精度已比较高,体积也很小,重景越来越轻,便于携带,
12、使用也十分方便。随着该机精度的进一步提高,使用更方便和价格的降低,必将在与RS和GIS的结台中发挥更大的作用。3、3S技术在土木工程中的应用 3.1在土木工程勘察设计阶段的应用勘测施工的坐标框架即控制网的建立,已由GPS 定位代替传统的三角测量。目前除大范围(400km2 以上)控制测量以外,GPS 定位从静态定位后处理向实时动态定位方向发展;从单纯的精密定位处理向特定勘测施工坐标系建立方向发展。为了减少重复,施工控制网还要求满足未来精密监控的要求。在大型的建设工程,如:南水北调工程,地形图的测绘已完全采用全数字摄影测量技术和野外数字测图技术。在中、小型建设工程,主要用野外数字测图技术测绘地形
13、图。目前,勘测技术开始向机载激光测量和CCD 航摄集成技术过渡,以获取真三维数字地形图。利用数字地形图可以实现三维虚拟现实,在三维可视化可量测景观上呈现多种工程设计方案,实现各种工程设计仿真,并及时计算出相应的土石方工程量,做出环境协调评估,以提供最优化设计方案。又如,利用全数字摄影测量或数字测图技术建立的数字地面模型(DTM),应用GIS 的分析决策功能,可以方便快速地进行水库大坝选址、库容计算、引水渠修建、受益范围等设计工作。为开发利用水资源提供科学依据。3.2在土木工程施工阶段的应用土木工程施工阶段一方面是施工建设和现场管理,如土石方验收、线路施测、工程定位、放样等采取了大量的现代数字测
14、绘手段。目前除大量采用全站仪数字测量外,还有三维近地激光影像扫描、RTKGPS实时测图与施工放样、航空摄影或地面摄影测量等方法可进行实时的工程进程管理,还可以辅以移动通信和网络通信等手段,实现远程实时监控。另一方面,利用智能全站仪或GPS 与GIS 集成技术可实现工程机械的自动化运行和工程安全及质量监控。智能全站仪可以控制机械掘进(隧道)的位置和方向,GPS 可以实时定出施工车辆的位置和姿态,从而实现开挖和掘进的自动化。例如挖土机、推土机和压土机,装上精密实时GPS 定位设备,配上装有工程管理GIS的机载计算机,可实现现场土方自动填挖控制和工程量精密计算,科学、可靠,节约工程成本。如果这些设备
15、安装了相关工作控制器件和CCD 摄像机,可像“自动控制玩具车”一样实现远程无人驾驶和工程量自动计算,大大提高了危险或有环境污染地区工程机械施工效率,有效保护了施工人员的安全健康。3.3 在工程竣工运行阶段中的应用按照国家规范,所有大型建设项目竣工之后都要进行竣工测绘同时还要提供多种工程运行期间的测试文档、图表资料。现代测绘技术能够快速地获取这些数据和信息,并实现数字化管理。例如,利用野外数字测图、GPS 测图和DPS 测图技术进行竣工图的测绘,并按数字工程的要求进入三维可视化、网络化GIS工程管理信息系统,以作为工程验收评估和今后长期安全运行的原始依据。在公路、铁路、水电站、大桥、摩天大楼等工
16、程竣工后,稳定、高效、安全的运行是第一位的。现代测绘技术提供了连续、实时的运行安全监控和工程病害监控手段。例如,公路、铁路的“3S”集成技术道路病害诊断车是当前世界上正在兴起的快速监测技术。桥梁、高层建筑物、大坝、山体滑坡等的连续、实时变形监测已开始采用GPS、智能全站仪(测量机器人)和数字垂线仪等技术,它们都具有全自动、全天候、无人值守的特点,综合其他工业传感器,可实现全自动、无人或少人值守的工程运行方式。又如,利用三维激光影像扫描仪可以对监测对像(大坝、桥梁)进行全方位的监测,几秒钟即可对上百万个监测点的扫描数据进行毫米级分析,可以随时准确了解观测对象整体变形的情况。3.4 在城市建设中的
17、应用在城市建设工程中(如:道路建设、建筑工程、勘察规划)现已普遍应用全站仪或GPS 测控指挥施工,监测施工安全。在城市地下管线的施工与管理,也与现代测绘技术密切相关。为了城市避免城市地面的开挖,安装地下管道越来越多使用顶管技术。在地下管道顶管施工中,使用自动跟踪全站仪可以应用自动引导测量系统控制顶管掘进的位置和方向,从而实现掘进定位的自动化。目前,大中城市都在用数字测图技术或全数字摄影测量技术测绘城市数字地形图及城市数字景观图,用于道路、城市功能区、各类管线的规划、设计。为了使用、维护、管理好城市市政公共设施(如道路、各类地上、地下管线、电杆路灯、公交站台、地下设施井盖、公共服务网点等等)许多
18、城市都在建立城市公共信息管理系统或城市地下管线管理系统。RTK GPS、全站仪、数字管线探测仪等是主要的数据采集工具,通用的地理信息系统GIS 软件(如MAP GIS)是主要的管理系统开发平台。现代的城市市政工程管理已与“3S”技术密不可分。4、展望鉴于3S系统的优良性能和广泛的应用领域各国对此均非常重视,投入了不少人力、财力进行开发、研究。我国也将3S列入重点研究项目之一。3s技术有着广阔的发展前景,其于工程上的应用亦有待进一步开发:(1)谋求G1S的智能化发展;(2)进一步提高GPS技术实时差分的测量精度,使之满足不同精度要求的工程施工的需要;(3)3S集成是当今空间科学领域的一个研究前沿
19、,具有相当的难度,目前理论研究仍落后于实际应用。如GPS可精确定位,但没有属性,GIS只具有查询、检索和分析功能,数据输入和采集是“瓶颈”,因此3S须结合使用,取长补短。5、结语现代测绘技术自动化、数字化的程度已经很高,我们从事土木工程的建设者应努力掌握现代测绘新技术,自觉地应用现代测绘新技术,以促使土木工程测控技术自动化,使工程建设安全高效的进行。参考文献:1汪劭玮,3S技术研究进展及其在工程中的应用,凉山大学学报,2002年第四期第一卷2段志华、杨晓明,测绘新技术促进土木工程测控技术自动化,城市建设,2009年35期3陈丽华主编,测量学,浙江大学出版社下面是古文鉴赏,不需要的朋友可以下载后
20、编辑删除!谢谢!九歌湘君屈原朗诵:路英君不行兮夷犹,蹇谁留兮中洲。美要眇兮宜修,沛吾乘兮桂舟。令沅湘兮无波,使江水兮安流。望夫君兮未来,吹参差兮谁思。驾飞龙兮北征,邅吾道兮洞庭。薜荔柏兮蕙绸,荪桡兮兰旌。望涔阳兮极浦,横大江兮扬灵。扬灵兮未极,女婵媛兮为余太息。横流涕兮潺湲,隐思君兮陫侧。桂棹兮兰枻,斫冰兮积雪。采薜荔兮水中,搴芙蓉兮木末。心不同兮媒劳,恩不甚兮轻绝。石濑兮浅浅,飞龙兮翩翩。交不忠兮怨长,期不信兮告余以不闲。朝骋骛兮江皋,夕弭节兮北渚。她含着笑,切着冰屑悉索的萝卜,她含着笑,用手掏着猪吃的麦糟,她含着笑,扇着炖肉的炉子的火,她含着笑,背了团箕到广场上去晒好那些大豆和小麦,大堰河
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