序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇地形測量論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

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1.1教師教的方法

教師教的方法主要有課堂講授法、多媒體教學法、啟發式和案例教學法、研究式教學等。1)課堂講授法:教師運用生動的語言，把學生所學內容以系統的形式呈現給學生，包括講述、講解等基本方式。適當地在授課中利用討論的形式，讓學生發現問題，通過分析解決問題。2)多媒體輔助教學法:利用計算機輔助教學，采用電子教材、網絡、CAI課件等多媒體技術制作演示講稿。既可以利用圖像和文字進行說明，又可以結合聲音和動畫，將測定、測設原理等口述難以說明白的內容清晰直觀地演播給學生。如關于角度測量原理、電磁波測距原理、儀器的內部構造等內容可以充分發揮多媒體的優勢，加大授課信息量。3)啟發式和案例教學法:在課堂教學中，教師在課堂上將知識的重點和難點講清講透的前提下，教師提出問題，用問題引導教學，引導學生的學習。在教學中，教師通過與教學內容緊密相關的案例給學生以示范，讓學生在對案例的挖掘和思考中進行學習，幫助學生深化理解教學內容。4)研究式教學:以研究為基礎，讓學生就自己感興趣的課題進行研究，并撰寫研究報告等。該教學方法的優點是能夠引導學生對相關問題進行深入的研究，更加牢固地掌握知識。

1.2學生學的方法

1)自主式學習:以學生作為學習的主體，教師起引導和指導的作用。這是學生學習過程中主要的一種實踐活動，通過學生獨立的實踐、分析、質疑、創造等方法來實現學習目標。對培養學生嚴謹、認真、負責的工作態度具有重要的作用。2)合作式學習:合作學習的形式在于構建一個團隊，讓學生成為團隊的一員，從不同的角度討論問題，解決問題。學生在合作學習中不僅能夠學會認知，而且還能學會組織、學會表達，培養學生的團隊協作精神。3)探究式學習:教師提出問題或學生發現問題，由學生去研究，教師給予必要的指導。學生通過調查和實驗、采集與處理信息、表達與交流等活動，獲取知識和培養創新能力。

2數字地形測量學教學方法的創新實踐

2.1課堂教學方法

課堂教學采用講練結合和多媒體教學、自主式、啟發和案例式、研究式等多種方法，巧妙設計課堂進程［2］。對于一些原理性較強、需要理解和計算的內容，采用傳統教學方法;對于一些介紹性的內容，采用PowerPoint、網絡教學的方法;對學生難以理解的知識，采用動畫的課件來表現;對于難以闡述清楚的實踐性知識，采用現場演示和錄像的方式，使學生易于模仿。課堂講授突出“三基”即基本概念(原理)、基本方法和基本計算［5］。為了達到“學時少、內容新、能力強、效果好”的目標，在教學中合理組織授課內容。既不要脫離教材，也不要拘泥于教材，及時將測量新知識、新技術(如:全站儀、數字水準儀、GPS技術等)傳授給學生，加大測量學知識應用的力度。多媒體教學是目前該門課程課堂授課的主要形式，計算機、投影儀、多媒體課件和繪圖軟件的靈活使用，能夠吸引學生的注意力，幫助學生學習［6］。多媒體課件不是對教材內容的復制，應突出重點，邏輯合理。數字地形測量學課程采用多媒體講授與板書講授有機結合方式教學，通過兩者的優勢互補，實現有關知識的融合與最佳傳授。多媒體講授主要是針對儀器構造、儀器使用、誤差理論、控制測量、碎部測量、數字地形圖測繪等內容，應用PowerPoint為主制作教學課件。板書講授主要是針對課程中坐標正反算、導線計算、水準路線計算、誤差傳播定律應用等重點和難點內容，采用板書形式，結合PPT，循序漸進。講解中善于提出問題，鼓勵學生回答問題，發表自己的見解。強化定性分析，突出分析思路與分析方法。使學生懂得“問題是什么”“解決問題的方法是什么”等。加強學生的聯想能力、發散思維能力及發現問題的能力。講解中與學生互動，為學生留出充分的思維空間，改變教師“一言堂”，以便學生主動思考，幫助加深理解［5］。啟發式和案例教學是該課程使用的主要教學方法之一［2］。例如在講完角度測量和距離測量后提問:建筑物的高度如何測量?斜拉橋索道管傾角如何測量?等富有啟發性、思考性問題，啟發學生運用所學知識解決實際問題。講述大比例尺數字地形測圖時，讓學生結合某區域地形圖測繪案例，啟發學生從技術設計、圖根控制、碎部測量、成果驗收、技術總結等相關技術問題進行獨立思考與分組討論，再匯報小組討論結果，由教師歸納總結。這樣培養學生綜合解決工程問題的能力和創新意識。

2.2實踐教學方法

實踐教學主要采用課堂講授、課間實驗和集中實習穿行的教學方法［7］。目前，數字地形測量學課堂講授50學時，課間實驗44學時(計劃安排22學時)。對于一些操作性要求較強的內容如水準儀的操作、全站儀的操作、測回法、方向觀測法、豎直角測量、三四等水準測量、草圖法、全站儀的放樣方法等，運用現場演示和觀看網上錄像資源的方法進行。可以使學生領會測量操作的要領，對于規范操作程序、培養良好的工作習慣，提高學生的專業素質很有幫助。所建立的測繪儀器規范操作視頻網站，提供了相關測繪儀器操作視頻如全站儀操作、水準儀操作、GPS操作、經緯儀操作、國產全站儀操作等，深受學生歡迎。為了提高課間實驗對學生的指導力度和廣度，除了課堂講授教師參加外，還每個班專門配有1～2名實習指導教師。另外，測繪實驗中心還全方位對學生開放，學生課余時間可以借儀器進行實習操作，也可以在信息化測繪創新實驗室三維地形仿真平臺上，學生可以利用周邊觀測墩上的控制點對三維地形測繪仿真模型進行數字測圖仿真實習，對選定的測區制定測圖技術方案。還可以利用模型進行一些數字測圖技術的專題研究，研究如何提高成圖的精度，達到成圖的精度要求等。便于學生理解和掌握新技術，培養學生的創新能力。

為了做好該課程集中教學實習工作，編寫《數字測圖實習指導書》上、下冊。在指導書內對5周的日程安排、工作任務和工作要求都進行了詳細說明。每年與數字地形測量學對應的數字測圖實習第一輪實習(2周)安排在學校進行，實習的主要任務是掌握三維導線測量及三等水準測量的設計、觀測與計算，主要使用的儀器為全站儀和光學自動安平水準儀。該實習對強化學生使用全站儀和水準儀等基本測量儀器的技能，加深對控制測量基本理論的理解和掌握，提高學生動手能力以及計算、分析、解決問題的能力，培養他們的團隊意識和創新精神具有不可替代的作用。第二輪實習(3周)安排在校外武漢江夏區大花嶺實習基地進行，通過了解地形地貌條件，編制有關設計書，并完成選點、觀測、計算、展點、繪圖、實結等工作。目的在于使學生熟練掌握地物地貌測繪方法，實際體驗地貌與等高線的關系，地貌特征點跑尺的技巧。通過業內數字測圖軟件，形成符合規范的1∶500大比例尺數字地形圖，提高學生綜合分析問題和解決問題的能力。在教學實習中，學生每4～5人分成一組，每組都安排有教師進行野外測量外業指導和室內內業成圖輔導。教學實習結束后，各組上交外業觀測記錄資料、內業計算資料及成果、實結與體會等資料，指導教師根據每組學生的任務完成情況、上交的資料和每名學生的實習表現進行評分，給出數字測圖實習這門課程的成績［8］。

此外，學院每年開展測繪技能大賽，意在促進學生將測繪理論知識與測繪實踐很好地結合起來，強化學生的實踐動手能力。測繪技能大賽分為5個板塊，其中實踐技能(含二級電磁波測距三維導線測量及計算、三等水準測量及計算)和數字測圖內業成圖兩個板塊屬于數字地形測量學課程的內容。在2012年測繪技能大賽中，共有300多名選手參加。作為測繪技能大賽的重要組成部分，比賽對提高學生動手能力、培養團隊協作意識起到極大的促進作用，達到了以賽代練的效果。其中有120名獲獎者。2012年第二屆全國普通高等學校大學生測量技能競賽中我院代表隊憑著深厚的理論功底，嚴謹的工作作風，對測量成果精益求精的精神，取得了一級電磁波測距導線測量二等獎、四等水準測量三等獎、數字測圖一等獎以及團體一等獎的好成績。

3結束語

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【關鍵詞】三維激光掃描；場景掃描；點云；拼接；數據處理；DEM

外業數據采集：

中圖分類號：C37 文獻標識碼：A

1、首先對場景周邊信息進行仔細的現場踏勘，確定待測范圍，選擇最佳設站位置，初步制定施測線路。

2、選擇通視效果較佳的位置擺放標靶并將標靶進行固定，然后使用RTK進行標靶真坐標的采集。

3、架設三維激光掃描儀按照初定施測線路進行場景點云數據的多站采集及全景拍照。在儀器作業過程中我們盡可能的避免人為因素干擾儀器視野而影響掃描數據質量。

4、現場繪制測量過程草圖。對于范圍大或地形復雜的場景，繪制架站點及標靶位置的草圖可以保證內業數據拼接處理時不發生錯誤。

5、對場景拍攝連續可拼接的照片，便于配合掃描草圖了解場景概況。

圖1 場景照片

點云數據處理：

1、多站數據的拼接及坐標轉換

在外業進行的數據采集的多站數據是每站獨立的坐標系統，內業數據處理的時候通過外業采集的各站之間標靶信息及標靶的真坐標在Cyclone軟件中進行自由坐標與真坐標之間的拼接轉換。拼接完成后對點云數據進行抽稀及障礙地形數據的剔除。

2、Truview制作

在Cyclone軟件中利用采集的點云數據及架站點信息及掃描儀拍攝的全景照片制作可在IE中瀏覽的Truview數據。

圖2 Truview瀏覽

3、場景DEM制作

在MicroStation V8中使用Terra scan工具對導出的點云數據進行最優化的坐標分類建立地面模型并進行點云數據篩選處理。

圖3 模型的建立

4、場景三維點云和大場景DEM融合

利用三維激光掃描儀可以迅速獲取場景TIN模型及等高線數據，將生成的TIN模型或者等高線數據和已有的大場景DEM進行融合，從而獲取場景最新現狀數據。

圖4 融合到大場景里(效果圖)

經驗總結：

1. 做好現場注釋，規劃圖和掃描日志。詳細的現場注釋，規劃圖和掃描日志對于所有的掃描操作都是非常重要的。現場注釋或規劃圖應該包含掃描區域的一個計劃草圖，顯示掃描儀和標靶的位置，以及包含每站中標靶位置的標靶信息列表。另外，應該畫出具有透視關系的規劃圖，顯示從掃描儀的位置看到的掃描的景象，以及掃描出的對象和標靶。現場注釋，規劃圖和掃描日志能讓你有序地記錄所有的掃描和掃描中生成的標靶，這些信息也非常有助于后期的拼接和建模。

2. 在有些環境條件不允許的情況下，無法進行RTK測量標靶坐標的時候，可以利用掃描儀進行標靶信息的傳遞，建立測站之間聯系。

參考文獻

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【關鍵詞】地質測繪；測繪技術；應用；發展

引言

地質的測繪主要是運用地質相關的理論對工程項目的建設及地質進行精密的觀測和分析，了解對于建筑區各個工程地質的內在條件和它們之間的密切關系，然后按照測繪比和論文的尺寸把它們更好地繪制在圖紙上，并且通過勘測和試驗等編制成工程地質圖，作為工程勘測的首要的資料，供給對于項目各個部門的參考。對于長期的地質測繪它依靠于經緯儀、平板儀、水準儀這三種較為局限的應用，在未來的發展中，逐漸的采用了相對來說較為先進的技術設備和設計的理念。現代的地質繪圖技術主要依賴于衛星導航定位系統、遙感勘測技術和地理信息系統技術。

1、工程地質測繪

工程地質測繪是巖土工程勘察的基礎工作，在諸項勘察方法中最先進行。按一般勘察程序，主要是在可行性研究和初步勘察階段安排此項工作。但在詳細勘察階段為了對某些專門的地質問題作補充調查，也進行工程地質測繪。

工程地質測繪是運用地質、工程地質理論，對與工程建設有關的各種地質現象進行觀察和描述，初步查明擬建場地或各建筑地段的工程地質條件。將工程地質條件諸要素采用不同的顏色、符號，按照精度要求標繪在一定比例尺的地形圖上，并結合勘探、測試和其他勘察工作的資料，編制成工程地質圖。這一重要的勘察成果可對場地或各建筑地段的穩定性和適宜性做出評價。

根據研究內容的不同，工程地質測繪可分為綜合性測繪和專門性測繪兩種。綜合性工程地質測繪是對場地或建筑地段工程地質條件要素的空間分布以及各要素之間的內在聯系進行全面綜合的研究，為編制綜合工程地質圖提供資料。在測繪地區如果從未進行過相同的或更大比例尺的地質或水文地質測繪，那就必須進行綜合性工程地質測繪。專門性工程地質測繪是對工程地質條件的某一要素進行專門研究，如第四紀地質、地貌、斜坡變形破壞等；研究它們的分布、成因、發展演化規律等。所以專門性測繪是為編制專用工程地質圖或工程地質分析圖提供資料的。無論何種工程地質測繪，都是為工程的設計、施工服務的，都有其特定的研究目的。

2、現代測繪技術的應用

現代測繪技術作為一門新的信息科學在經濟和社會可持續發展的諸多領域正發揮著愈來愈大的作用。在這里主要介紹現代測繪技術在礦山測量方面、濕地方面、水利工程方面和地理信息系統的發展情況。

2.1礦山測量方面

遙感技術在礦山測量中的應用已經歷了較長的時間，并積累了豐富的經驗。應用遙感資料，可獲取礦區實時、動態、綜合的信息源，對礦區環境進行監測，為礦區環境保護提供決策支持。遙感資料用于找礦、礦區地質條件研究、煤層頂底板研究等方面都已得到應用，所有這些，都說明遙感技術應用于礦山測量是礦山測量實現其現代任務的重要保證。

2.2濕地方面

利用遙感技術對濕地生物資源的分布、生長狀況及其變化進行估測。利用遙感技術多層次、多時相的動態監測功能獲得及時可靠的數據，通過地理信息系統技術進行相關數據的實時更新，并對這些數據進行空間分析，可得到濕地的動態變化情況。

2.3水利工程方面

遙感技術能夠實時地對大江、大河和湖水水位進行監測，可實時監測洪水災害面積。RS和GIS集成能及早預報洪水淹沒范圍和干旱災情范圍，為防災、抗災提供準確信息。在水利樞紐工程竣工后，需對水庫大壩、大型橋梁等進行連續的、精密的監測。現代測繪技術提供了連續、實時的安全運行監控手段。

2.4地理信息系統的發展

從系統角度看，在未來的幾十年內，地理信息系統（GIS）將向著數據標準化（Interoperable GIS）、數據多維化（3D&4D GIS）、系統集成化（Component GIS）、系統智能化（Cyber GIS）、平臺網絡化（Web GIS）和應用社會化（數字地球DE）的方向發展。Interoperable GIS 互操作地理信息系統（Interoperable GIS）是GIS系統集成平臺，它實現在異構環境下多個地理信息的系統或其應用系統之間的互相通信和協作，以完成某一特定任務。Web GIS 基于WWW的地理信息系統（Web GIS）是利用Internet技術在Web上空間信息供用戶瀏覽和使用。Digital Earth 它是對真實地球及其相關現象統一性的數字化重現和認識，其核心思想是用數字化手段統一地處理地球問題和最大限度地利用信息資源，從而完成數字地球的核心功能，光纜、衛星通信技術以及計算機網絡等技術則完成海量空章數據的傳輸任務。

3地質測繪技術發展

3.1大地控制測量。

控制測量是地質測繪的基礎，地質礦區布設平面控制的方法，一是在國家一、二等三角控制下進行三、四等三角點的加密，另一是在國家一、二等三角點下不能加密情況下布設獨立的三、四等三角或五秒小三角鎖網作為礦區基本“平面控制.獨立的三角鎖網必須測定鎖網的起算邊長。我單位在上世紀末期引入載波靜態相對定位技術即多臺套GPS接收機結合后處理軟件以來，精密控制測量就不再限制于通視條件、距離條件這些因素，控制測量的工作模式有了很大的改觀，對于相對獨立斷點分布的礦區工程點不再需要長遠距離的測三角鎖從其他地方引入控制點，只需從起算點采用邊點連接跳躍式地可以直接引入到測區，極大地簡化了工作步驟，節省了時間和人力。

3.2地形測量技術。

地形測量的加密圖根控制，傳統的方法是在礦區基本控制點下布設測角圖根線形鎖及測角交會點，現在則采用導線測量、GPSRTK模式，極大地減少工作量，也提高了精度。

地形測量是地質測繪工作重要的任務，長期以來的測圖方法，以大平扳儀測圖，至今在大比例尺地形測圖中仍然是普遍采用的主要手段之一。但是占主導地位的已經是全野外數字化測量了，采用全站儀、RTK一天的工作量已是大平板儀所不能比擬，完全不可同日而語了。

4、結語

現代科學技術發展的綜合化整體方向極大地影響著現代測繪科學的發展趨勢，這種趨勢表現在現代測繪新理論的概括性增強，測繪新技術的技術綜合程度提高，各專業學科之間的相互交叉與滲透，測繪學與其它門類科學的聯系增強加大，測繪學吸收和移植其它學科成果的速度加快，這種學科內外的綜合化發展，將使現代測繪學不斷開拓出新的領域。測繪將成為構建“數字地球”、“數字中國”的主力軍。

5、參考文獻：

[1]曹幼元，賀躍光. PDA GPS在地質測繪中的應用[J].測繪技術裝備，2005，（4）.

[2]魏建華，張展，許月光.工程地質測繪中的幾個研究對象[J].黑龍江水利科技，1999，（4）.

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【關鍵詞】水利工程；3S測量技術；河道測量；動態監測；研究與應用

Application of water conservancy measurement 3S technology

Li Gang

(Yili Prefecture, Xinjiang Water Resources and Electric Power Survey and Design Institute Yining Xinjiang 835000)

【Abstract】Into the era of digital information, 3S technology continues to develop, update, put into the field of application is more widely. Measured in water conservancy and hydropower engineering industry, their pluripotency, global, all-weather, continuous and real-time precision three-dimensional navigation and positioning, but also has good noise immunity and confidentiality efficient performance measured in order to ensure water conservancy laid the foundation. The article combines the case of river measurement, erosion and deposition change monitoring, application of the 3S measurement techniques in water projects.

【Key words】Hydraulic engineering;3S measurement techniques;River measurement;Dynamic monitoring;Research and Application

1. 3S技術的含義

3S技術是遙感(RS)、地理信息系統(GIS)及全球定位系統(GPS)的統稱。是多學科高度集成的對空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應用的現代信息技術。能夠對空間實體快速地進行精確定位，同時宏觀地獲取信息，對所得到的特定位置空間信息進行綜合分析。

2. 3S技術的特點

遙感(RS)技術是一種衛星遙感技術，不直接接觸目標或現象就能收集信息，并據此進行識別與分類。即在地球不同高度平臺上使用某種傳感器，收集地球各類地物反射或發射的電磁波信息，對這些電磁波信息進行加工處理，用特殊方法判讀解譯，從而達到識別、分類的目的，為科研工程的生產應用服務。

地理信息系統(GIS)技術是以空間數據為研究對象，在各種地理圖形的基礎上，以計算機為工具對空間數據進行錄入、編輯、判讀存儲、查詢、顯示和綜合分析應用的技術系統。

全球定位系統(GPS)技術是一種全新的現代定位方法，具有多功能、高效率、高精度的特點，可在全球任意地點，為任意多個用戶同時提供幾乎是瞬時的三維測速、三維定位服務，極大地改變了傳統的定位技術和導航技術，并已逐漸在越來越多的領域中取代了常規光學和電子儀器。

隨著3S技術在測繪科學中的應用日趨成熟并廣泛應用到水文測量中，河道水文測量的效率和精度有了很大程度的提高。下面作者結合河道測量、沖淤變化監測等案例加以分析。

3. 河道水文測量傳統方法存在的缺陷

河道測量是以河道治理和水量調度為應用目的，涉及測量及描述水下泥表面及相鄰地帶的物理特性的應用科學。長期以來，河道水文測量常利用六分儀、經緯儀、水準儀測定，這些傳統的測量方法，不僅測量周期長、精度低，而且勞動強度大、測量標志耗費大，不能滿足河道動態監測及河流治理、防洪減災的需要。

河道水下地形測量及容積、沖淤量的計算是水文測量的基礎業務之一，及時了解河道變化及沖淤變化資料，為水資源合理調度、泥沙有效控制、防洪減災正確決策、灌溉和發電等各項科學管理工作提供基本依據。河道主流變化分析主要是反映河勢情況。通常包括對河道平面形態變化、河道縱剖面變化及深泓線變化情況的分析等。

河道沖淤分析是河道演變分析的重要環節，工程中常采用斷面法，即利用河道槽蓄量的大小變化判斷河道的沖淤。該方法的前提是斷面間距能夠正確的測定，斷面間水底地形和河床變化規則，而且無支流。而實際地形的變化錯綜復雜，河床參差不齊，所以這種方法計算的沖淤量無法準確反映河道的沖淤變化情況。

4. 3S測量技術的應用

4.1 利用遙感圖像獲取所需河道水文信息。以遙感手段獲得的河道信息通過信息提取產生需要的專題圖像，通過計算機的圖像校正、圖像增強、圖像分類、圖像變換及圖像數據結構的轉換，將遙感信息作為信息源提供給GIS。在對遙感圖像進行判讀解譯和相關分析之前，必須首先對遙感圖像進行投影變換和幾何糾正處理。為保證遙感圖像與地形圖保持地理幾何位置的一致性，須對遙感影像進行相應的投影變換，最后將圖像處理結果轉換成GIS能夠接受的數據格式。

充分利用圖形資料(尤其是電子地圖，對非電子形式的圖形資料要進行數字化，建立起矢量圖形庫)和圖像資料，以便提取高程數據以建立數字高程模型(DEM)，以及對遙感圖像進行幾何配準和校正。產生數字高程模型后，就可以利用GIS軟件提供的地形分析功能進行等高線計算、水面面積和體積計算、沖淤量計算、坡度坡向的分析和計算等。

4.2 遙感動態監測。遙感動態監測就是對同一區域運用不同時相的遙感圖像，以獲得區域變化的遙感影像。動態變化監測已成為遙感應用的一個主要方面，多時相、多種類型的傳感器對同一地區進行定期或不定期的資源與環境調查，能及時、準確、宏觀地反映客觀情況。以多時相遙感影像為數據源，通過重點分析最佳組合波段的選擇和水體信息特征提取的圖像處理方法，為遙感技術在水環境方面的研究提供一定的理論依據。同時，利用數字遙感技術實現隨時間變化的水域動態監測和枯水期、豐水期的水域變化的動態監測，為防洪、抗洪、水資源合理調度、河道規劃治理工作提供科學依據。

4.3 水深遙感沖淤變化分析。水深遙感是利用可見光在水體內的穿透能力，通過飛機、衛星等遙感平臺，利用輻射計、攝影機等遙感設備，將水下一定深度范圍內的立體單元信息按照一定的規則采集下來，再通過信息處理軟件分離出可見光空透的水體厚度信息，即可獲得水深。利用入水輻射強度與水深、水體渾濁度之間的關系，通過測定、處理輻射強度來量測水深。在研究河床沖淤時，常常因實測資料遺缺無法進行系統分析和比較。

遙感信息獲取便捷，水深遙感研究已取得初步成果，因此在缺乏某一階段實測資料的情況下，可利用歷史階段遙感資料推求出水深，從而實現沖淤分析的目的。考慮到用某一時相遙感資料所得水深精度較實測地形精度差。用實測地形與遙感所得地形直接產生河床沖淤值，誤差會很大。而用兩個時相遙感水深計算河床沖淤能滿足分析精度的要求。

其原因是:盡管遙感水深誤差大，但從反演所得的斷面圖來看，遙感水深誤差存在諸多綜合因素的影響，兩個時相遙感水深誤差表現形式基本一樣，所以差值減少了系統誤差，削減了由遙感信息源轉換成水深信息時的誤差。此方法計算的結果與用實測地形資料計算的結果基本一致，能滿足河床演變分析和沖淤量計算的要求。故水深遙感方法可以在地形資料短缺情況下進行長時段河床演變分析以補充缺測的資料。若將GIS與水深遙感技術相結合，可實現水下地形圖數字化，也可以很方便地得到所測水域不同時段、不同沖刷深度(或淤積厚度)的沖淤分布。

5. GIS技術在河道測量中的應用

GIS是水文資料管理的重要工具。在GIS中還有計算距離、曲率、表面積、周長等工具，即用即得，利用DEM模型可以很方便得到某點的高程。河道演變分析主要是沖淤分析。GIS利用DEM模型數據能立即計算出兩沖淤監測斷面間的沖淤量，不僅便捷且精度大為提高。

河道某斷面圖的繪制、某地沖淤過程的累積圖等，可直接從圖上提取數據并自動繪制成圖。所有這些GIS功能對于分析河道演變的成因、了解河道演變規律都有著十分積極的意義。GIS技術用于水下地形的沖淤變化分析比傳統分析方法更加科學合理、精確度高。

6. RTK技術的應用

促進GPS技術向更深、更廣、更新的方向發展，它既克服了常規測量要求點間通視、費工費時而且精度不均勻、外業不能實時了解測量成果和測量精度的缺點，同時又避免了GPS靜態定位及快速靜態相對定位需要進行后處理，避免了業后處理中發現精度不合乎要求，需進行返工的困擾，RTK實時三維精度可以達到厘米級，大大減輕了測量作業的勞動強度并提高了作業效率。為水下地形測量和GIS前端數據采集提供了有利保障。GPS接收機進行定位測量，測深儀進行水深測量，再加上專業測繪軟件和繪圖儀便可組成河道測量自動化系統。工程中對采集到的水下地形點的平面、高程數據進行檢查校核后，將其輸入專業的數字地形圖成圖軟件和斷面圖成圖軟件中進行處理，即可得到高精度的數字地形圖和斷面圖。

7. 結束語

總而言之，3S技術的廣泛應用，給河道、水庫監測管理以及水文測量的勘測帶了很大的方便，為河道水文勘測及動態監測、管理方面提供一個嶄新的前景。

參考文獻

［1］ 期刊論文3S技術在河道測量中的應用-水科學與工程技2007(2).

［2］ 黎三喜.水利工程中GPS靜態測量探討《甘肅水利水電技術》2009年第10期.

［3］ 王力賡.RTK技術在水利工程測量中的應用與研究《治淮》2009年第7期.

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關鍵詞：RTK，地形測量精度分析

 

1引　言

GPS定位技術的快速發展給現在的測繪行業帶來了徹底性的革命。它具有操作簡便、定位精度高、不受天氣與通視條件的限制等優點,越來越受到測繪行業的青睞。為進一步驗證GPS - RTK技術在測量中的精度情況,本文結合在金華金東區實施的1 ∶500的地形圖測繪任務,通過對比作業方法和精度準確性驗證,說明了利用RTK 技術測繪大比例尺數字地形圖能大大減輕工作量、提高工作效率。

2RTK工作原理

GPS 實時動態測量(Real- Time Kinematic)簡稱RTK,具體作業方法是在已知點上設置一臺GPS 接收機作為基準站, 并將一些必要的數據如基準站的坐標、高程、坐標轉換參數等輸入GPS控制手簿,一至多臺GPS 接收機設置為流動站。基準站和流動站同時接受衛星信號, 基準站將接收到的衛星信號通過基準站電臺發送到流動站, 流動站接收到的衛星信號與基準站發來的信號傳輸到控制手簿進行實時差分及平差處理, 實時得到本站的坐標和高程及其實測精度, 并隨時將實測精度和預設精度指標進行比較,一旦實測精度達到預設精度指標,手簿將提示測量人員是否接受該成果,接受后手簿將測得的坐標、高程及精度同時記錄進手簿。

3影響RTK作業精度的因素

1、系統因素

RTK設備本質上是一種動態的GPS設備,它同樣也存在GPS 設備的測量誤差,包括GPS 信號的自身誤差、GPS 信號的傳輸誤差、GPS 接收機的誤差。RTK品牌較多,RTK設備的優劣不僅影響測量精度,而且也影響成果的可靠性。RTK設備的影響因子主要包括數據鏈、天線類型和處理軟件等。因此RTK應選擇操作方便、性能穩定可靠、故障率低、可靠性高的儀器設備。這些都可認為是RTK 設備的系統誤差。

2、人為因素

技術設計方案的合理性和準確性對測量成果的質量和可靠性也起著重大的影響。例如基準站的選擇、坐標系的選擇、觀測時間的選擇等。2) RTK進行動態測量作業需要接收基準站的信號,而基準站的對中整平誤差和量高誤差都直接影響移動站設備的定位精度。3) 移動站的標桿是否立直,標高是否準確也都直接影響其定位精度。

4RTK的轉換參數

RTK測量是在WGS - 84坐標系中進行的,而各種工程測量是在國家坐標系統(80, 54)或地方坐標系,這之間存在著不同坐標系間的一系列轉換。在GPS靜態測量中,坐標轉換是在后處理時進行的。而RTK是實時給出需測定的點位坐標,這使得求定轉換參數工作尤為重要。轉換參數一般是利用重合點的兩套坐標值通過一定的數學模型進行計算。重合點數必須至少有3個以上的國家坐標系(80, 54)控制點或地方坐標控制點,利用Bur2sa模型解求7個轉換參數。

式中ΔX , ΔY , ΔZ為平移參數, Ex , Ey , Ez旋轉參數,δμ為尺度變化參數。當測區范圍較小時，可不考慮尺度比和旋轉參數, 令δμ = 0, Ex , Ey , Ez為0,

在解求轉換參數時應注意:

1、已知點的選取應最好在測區的四周及中心,能有效控制施測范圍,且均勻分布。

2、為保證施測精度要求,應選擇不少于3 個控制點進行轉換參數求解,一般3～5個為宜,采取同一基準或

不同基準點求取2～3組參數值,選擇殘差較小、精度較高的一組使用,且應預留多余點進行檢核。

3、對于高程要求比較高的地區,應根據地區的地形情況求解垂直方向的轉換參數,對平地、丘陵地、山地應分別求解垂直轉換參數。

5 RTK定位精度驗證

1、在0～5 km, 3～10 km范圍內,選擇同一基準站,求解兩組轉換參數,對同一點進行兩次觀測,將其結果與四等GPS點進行比較。。其結果見表1。

表1　RTK定位精度檢測結果( 1)

篇(6)

關鍵詞：LiDAR；鐵路勘察設計，DEM；DLG

中圖分類號：TN958.98文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 03-0000-02

Airborne LIDAR Technology in Railway Survey and Design Application and Benefit Analysis

Han Zujie

(Railway Third Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Tianjin300142,China)

Abstract:Airborne laser radar technology (LiDAR) is a new remote sensing technology,because of its high precision and efficiency,in terms of rapid development of topographic mapping,currently nearly 20 sets of LiDAR systems.This paper studies LiDAR technology in railway engineering survey and design the content,products,and effects,on the basis of aerial photogrammetry and traditional methods are compared to prove LiDAR technology in the railway survey and design of the feasibility and superiority.

Keywords:LiDAR;Railway survey and design;DEM;DLG

一、引言

機載激光雷達技術（LiDAR）是一種全新的遙感技術，自上世紀90年代在德國首次出現商用樣機系統以來，因其高精度和高效率，在地形測繪方面得到快速發展。目前，全球已經有幾十套商用系統在使用，主要實用系統有：Topscan、Optech、TopEye、Saab、Fli-map、TopoSys、HawkEye、Leica ALS50/60系列、Falcon等。

上世紀90年代中后期至今，美國、德國、加拿大、澳大利亞、瑞典和芬蘭等國家，先后成功應用這項技術進行了地形測量、森林資源調查與評估、三維城市建模等試驗與工程實踐。特別是芬蘭和德國，已經采用這項技術建立了全國或者大部分國土的DEM，達到了理想的效果。目前在國內已經有接近20套LiDAR設備，其中，北京星天地信息科技有限公司、山西亞太數字遙感新技術有限公司、廣西桂能信息工程有限公司、廣州建通測繪技術開發有限公司以及東方道邇公司等單位已經先后開展了實驗和工程飛行，主要用于生產數字高程模型（DEM）、正射影像（DOM），進而制作線劃圖（DLG）等。本研究將使用LiDAR技術對鐵路勘察工程設計進行研究與試驗，介紹其主要產品及應用并對經濟效益進行評價。

二、機載激光雷達技術系統構成與工作原理

（一）機載激光雷達技術簡介

LiDAR系統是一種新型的綜合應用激光測距儀、IMU、GPS的快速測量系統，可以直接測得地面物體各個點的三維坐標。機載的激光雷達系統通常還集成高分辨率數碼相機，用于獲取目標影像。從功能上看，機載激光掃描系統是基于激光測距技術、GPS技術和慣性導航技術這三種技術集成的一個軟硬件系統，其主要目的是為了獲取高精度的數字表面模型（DSM）。

目前，LiDAR提供的直接數據產品為：點云數據，DSM，DEM，DOM。經過后處理可以快速生成等高線、高程點、橫縱斷面圖，完成路線設計需要的專項測繪內容（如架空管線的凈空、交叉角度測繪等），并提供工程設計模型和景觀設計模型等。

（二）LiDAR的主要系統構成

主要系統構成包括：

1.掃描儀組件：激光發射器、激光信號接收器、機械組件、掃描鏡及窗口、接口板。

2.設備支持系統：系統控制器、飛機位置及姿態測量系統、檢流控制器、激光電源、電源分配器、控制計算機、連接電纜。

3.附屬軟件：包括項目飛行設計及對記錄數據進行后處理（濾波、分類等）處理。

4.控制/顯示器：激光發射指標器、音頻告警器、電路熔斷器、系統診斷數據輸出、控制接口。

（三）主要工作原理

通過DGPS（或PPP）和IMU求得航機線上任意采樣時刻激光發射中心的空間坐標和設備的空間姿態，內插后能夠獲取任意時刻激光光束的姿態和發射中心的空間坐標，通過激光測量激光發射中心到地面的距離，可以求得每一個激光腳點的空間三維坐標。另外，利用DGPS/IMU可以直接獲取每一張照片的外方位元素，可以快速制作DOM成果。最后將激光點數據和數碼影像進行聯合處理得到高精度的正射影像和數字高程模型。

三、機載激光雷達的應用

機載激光雷達能夠快速獲取數字地表模型（DSM），同時，配套的中畫幅數碼相機可以獲得同步的數碼相片，經過加工處理可獲得數字高程模型、分類信息、航空相片的立體像對和正射影像圖。目前還沒有成熟的專業接口供鐵路勘察設計工程中使用機載激光雷達成果，因此，如何將機載激光雷達勘測成果與眾多設計專業手段無縫結合，從海量基礎信息中快速提取或檢索有用的信息為各專業設計所用，是機載激光雷達技術應用于鐵路勘察設計的關鍵。

結合鐵路勘察設計特點和工程應用實踐，一方面將機載激光雷達技術成果進行加工，提供滿足專業應用的專題成果，另一方面，改進專業設計勘察設計流程，提出新的設計理念，以便更加有效地利用海量的基礎信息，提高設計質量和設計效率。

利用機載激光雷達技術提供的高精度、高分辨率數字地面模型和正射影像圖，結合鐵路專業設計要求，主要生產以下幾種產品（見圖4）：

1.工點地形圖。它是針對鐵路設計的控制工點，在施工圖階段做的更加詳細的勘測工作，以保證設計資料的精度和準確性。如：橋址地形、隧道進出口等；

2.斷面圖。主要包括縱斷面和橫斷面，一般它們的精度高于地形圖的精度。主要用于保證設計線路的平順性和計算工程數量的準確性；

3.數字正射影像地形圖。這是線劃圖的替代產品，通過將正射影像圖疊加等高線、專業調查的地質界線、自然保護區等矢量信息，而形成的一種地形圖，它的信息量更加豐富，更加直觀；

4.專項測繪。針對特殊的專業需求而進行的詳細勘測工作。如：水文斷面、涵軸測量、電線垂度等；

5.工程中的土石方自動計算、坡度、坡向的計算等；

6.快速構建三維虛擬場景，城市建模等。

此外，還可利用高分辨率的影像進行專業調查、地質判視等，便于指導外業工作，提高外業勘測的針對性和合理性。

四、技術、經濟效益和推廣應用前景

（一）機載激光雷達測量技術與常規航測方法的經濟比較

1.兩種技術手段外業控制測量的比較。LIDAR所需的外業控制點與常規航測外控的比較，以II級地形1：2000航測地形圖測繪（常規航測單航帶100km）為例。

（1）首級平面和高程控制網工作內容和數量是基本相同的。

（2）LIDAR系統要求每5-7km測量一個平面和高程控制點，每30km測量一處高程校正區，這樣100km線路需要布設平高控制點17個，高程校正區3個。而常規航測方法，采用150mm焦距的航攝儀拍攝，需要75個平高控制點；采用210mm焦距的航攝儀拍攝，需要150個平高控制點。

（3）LIDAR系統不因地形等級的變化而改變外業平高控制點的數量（適當的寬度，如不大于10km）。而常規航測方法會隨著寬度的增加而成倍增加外控點的數量。

2.橫斷面切繪的經濟比較。以張唐鐵路定測為例，相對于采用Lidar技術平均1000-1200個橫斷面/人天的工作效率，常規航測方法每人每天只能切繪300-400個橫斷面，可見工作效率提高了3-4倍，對企業發展帶來了巨大的經濟效益。

3.地形圖制作的經濟比較。以II級地形1：2000地形圖測繪為例。

因為LIDAR具有高效生成DEM的優勢，所以在生成等高線、高程點等具有高程信息的地形信息時具有更高的效率，在這個方面，采用Lidar技術平均效率為12-15平方公里/（人.天），常規航測方法每人每天只能測繪2-3平方公里；

航測方法在立體模型下獲取（除等高線、高程點之外）矢量信息具有更大的優勢，而LIDAR則因其自身離散性獲取能力比較弱，適合于小面積的（除等高線、高程點之外）矢量信息獲取。

（二）成功案例及分析

經過試驗與實踐，LiDAR技術已成功用于多個鐵路項目的勘測設計項目，減少了內業制圖的壓力，縮短了項目工期，在鐵路各專業使用中反映良好，取得了顯著的經濟效益。以某工程為例，泛亞鐵路某段全長257Km，由于距離遙遠，地處國外，而且鐵路過境區域存在大量地雷區域，給外業工作帶來極大不便。考慮到地理因素和方案局部變動的因素，項目在實際操作中拋棄傳統外業測量加航測制圖的作業方式，直接采用機載激光雷達系統，一次性獲取鐵路過境區域長257km，寬4km的雷達點云數據和數碼影像數據，利用該數據圓滿完成了無外業控制測量情形的1：10000和1：2000的地形圖成圖任務，不僅避免了人力物力消耗和地雷區作業的危險性，而且在內業成圖中，大膽使用數字正射影像地形圖代替傳統的DLG，取得了制作者和使用者均滿意的雙贏局面。

（三）推廣應用前景

機載激光雷達測量技術具有巨大的發展空間和潛力，作為一種新技術，還有許多發展空間，特別是在數據處理算法以及軟件和系統的開發等方面。隨著用戶數量的增加，其應用領域將越來越廣，特別是隨著激光技術的進一步發展，將促進機載激光雷達技術的革新。在鐵三院于2009年率先在國內將機載激光雷達技術應用于鐵路勘察設計并取得巨大成功后，今年鐵一院、鐵二院、鐵四院都陸續定購了機載激光雷達并加大了人力投入，可見由于其精度高、成本低、周期短等特點在鐵路行業已經被廣泛關注。鐵路行業之外，水利、公路、電力、農林等行業也在積極開展相關的研究和應用。

參考文獻：

[1]孟憲軍.鐵路勘察設計虛擬現實技術的研究[J].高速鐵路精密測量理論及測繪新技術應用國際學術研討會論文集

[2]王長進.基于機載激光雷達的鐵路勘測技術研究[J].高速鐵路精密測量理論及測繪新技術應用國際學術研討會論文集

[3]高文峰,王長進.鐵路勘測中使用機載激光雷達測繪橫斷面相關問題的探討[J].鐵路航測,2010

[4]高文峰,王長進.GPS基站布設對機載激光雷達精度影響的研究[J].高速鐵路精密測量理論及測繪新技術應用國際學術研討會論文集

[5]徐祖艦.機載激光雷達測量技術及工程應用實踐[M].武漢:武漢大學出版社,2009

篇(7)

論文摘 要：現代信息技術在水文領域中的應用不斷完善和發展，特別是在最近幾年之中，ANN技術、3S技術與水文模型的整合研究的發展，有助于開創水文研究的新領域。本文主要通過對RS、ANN、GIS、GPS等技術的研究，從防汛抗旱、水文預報、保護水環境生態、水土保持這四個方面，闡述了現代信息技術在水文領域的應用

RS技術在水文領域中的應用分析

遙感技術，即RS技術廣泛應用于對旱情的檢測與評估、檢測水質、監測和評價土壤侵蝕和洪澇災害等水文領域之中，取得了明顯的經濟效益。在洪澇災害之中經常會使用遙感技術。緊急救災、災后重建和快速反應是遙感技術應用集中的主要方面。例如，我國早在80年代就利用了MSS數據檢測到了三江平原的洪澇災害。之后民政局、中科院和水利部門都進行了相關的研究工作，在實踐之中取得了顯著的成效。遙感技術可以大幅度的減少洪澇災害的損失，尤其是在災后重建等當面，與其他普通手段相比具有全面性、客觀性和快捷性的優勢。遙感技術評估在災害的監測評估方面也有了顯著的發展。通過對土壤表面發射的電磁能量來測量估計土壤的濕度，再加上實測數據的支持，可以實現對旱情的遙感監測。同時還可以通過對作物的長勢、地表溫度的監測來監測旱情。通過了解不同地域的具體情況，建立針對它們的具體模型。我國目前建立在遙感技術基礎之上的監測模型包括熱慣量模型、作物缺水指數模型、植被指數模型和植被地表溫度空間模型、氣象模型、水文模型和微波模型等。使用遙感技術可以更快速和更低廉的獲取大面積土壤的水分信息。因為監測模型的簡繁程度有很大差異，所以遙感技術的使用范圍和使用精度也有不同。我國目前已經建立了初步的旱情遙感技術監測體系，在一些試點地區獲得了顯著的成效。遙感技術在水質監測之中也有很大的作用。運用遙感監測技術，可以動態的監測地表水質在時間和空間上參數的變化情況，具體表現在對濕地的評價、和測定水質參數等方面。遙感技術在水質監測方面的應用已經開始在實踐生產之中使用，隨著它在水質監測領域的地位更加重要，它的發展也不斷完善。

GPS技術在水文領域中的應用分析

全球衛星定位系統，即GPS技術，具有自動化、高效率、精確度高、全天候的優點，成功應用于工程測量、航空攝影、資源勘測、地球動力學、大地測量、水文領域之中，取得巨大的社會效益和經濟效益。水利信息與空間地理位置有很大的關系，GPS可以更準確的獲取水利信息的空間位置，可以運用在減災防汛和水下地形測量等方面。使用全球衛星定位技術，可以及時準確的定位災害的發生地點，尤其是在使用了無線通話功能之后，實現了雙向的通話功能，使指揮中心和災害現場能夠自由及時的對象，方便二者進行溝通，對緊急情況做出應急反應。以往在汛期來臨時，在大堤上排查險情，在發現了險情隱患之后，通過對講機向指揮部門匯報，耽誤了搶險時間，而且無法準確的描述出險情發生的位置。一旦報警系統上運用了GPS技術，能夠在第一時間將災害的發生地點和災害類別傳送到指揮中心，可以對險情做出有效的反應。在運送搶險物資的車輛中，安裝GPS監控系統，編碼后的汽車可以將其定位信息傳送到指揮中心，指揮中心在接受到定位信號之后，可以將移動的船只和車輛的位置在地圖上動態的顯示出來。再配合電子地圖，例如公路交通圖、水系分配圖、居民區分布圖、物資倉庫分布圖等，利用網絡的分析功能，可以將搶險物資以更快捷的方式送入受災群眾手中。而水下地形的測量在水庫、港口、碼頭和橋梁的建設之中起著很大的作用，尤其是在減災防洪的過程之中，會帶來巨大的社會效益。

3 GIS技術在水文領域中的應用分析

地理信息系統，即GIS，是在計算機軟件和硬件系統的支持下的特定的空間信息系統，可以采集地球表層的相關地理分布數據，同時對數據進行儲存、運算、分析、管理、描述和顯示。我國目前的地理信息系統已經廣泛的使用在減災防汛、水土保持、水環境等水文領域。在減災防汛的領域之中，GIS技術可以預測預報城市的積水和退水狀況、管理更新現有的排水設施情況、對排水設施進行設計和規劃。規劃城市綠地的面積和位置。分析暴雨的空間特征、對積水街道和暴雨的分布進行可視化的顯示、儲存具有分辨率高、層次多、更新頻率快的數據，并對數據進行維護和管理。地理信息系統在再請評估方面也有很大的作用，例如管理基礎背景數據、查詢空間和屬性數據、對數據進行統計、顯示和檢索。GIS技術在水土保持之中的應用十分全面。主要包括判斷是否發生土壤侵蝕、土壤侵蝕的程度劃分、計算土壤侵蝕量、評價水土保持的效益、泥沙輸移的狀況、預測和模擬土壤的侵蝕過程等。在水土保持之中往往直接使用GIS作為建立模型的平臺，這是與GIS在其他領域的使用中最大的區別。遙感技術、地理信息技術和全球衛星定位系統，即3S技術的集成使用為空間信息的管理、分析、應用、更新、獲取和存儲等方面提供了技術支撐。使用RS技術采集圖像信息，使用GPS技術提供主要的位置信息，最后使用GIS使用一些技術手段，例如分析應用和圖像處理等。將這三個技術緊密的結合起來，可以提供精確的數據資料的文本資料，可以通過動態電子地圖的使用查看不同水文領域的信息，同時可以借助人工神經網絡的實施，對洪峰流量、降水等水文要素進行科學、合理的分析，為減災防汛提供科學的依據。

4 ANN技術在水文領域中的應用分析

ANN技術，即人工神經網絡技術，是使用數學方法對自然神經或人腦進行模擬和抽象，是一種模仿人腦結構的信息處理系統。在水文領域，ANN技術主要可以進行洪水的預報和降雨流量預報等。人工神經網絡技術具有適應能力強、計算速度快和自主學習能力強的功能。首先對輸入條件和輸出條件進行分析。輸入條件包括降雨歷時、降雨量、降雨過程、河道基流等。輸出條件包括出口段面的流量信息。輸入層、輸出層和隱層這三個部分一起構成了降雨徑流的預報模型。防洪的非工程性措施是洪水預報，做出及時的洪水預報可以幫助相關部門制定準確可行的防洪決策。ANN技術在水文預報方面的作用主要通過實測資料，使用神經元的模擬關系，模擬影響洪水的其他因素和洪水之間的關系。

5 結語

總之，現代化的信息技術支持可以促進水文信息化建設，本文講述的RS技術、GIS技術、GPS技術和ANN技術都在水文領域之中得到了廣泛的使用。隨著社會主義現代化進程的不斷加快，國家過度重視信息的基礎設施建設，使水文技術和現代信息技術共同發展。

參考資料：

[1] 陳潔.遙感和水問題 [M]．北京：人民水利水電出版社，2005，40，47．