地形测量论文精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇地形测量论文范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

1.1教师教的方法

教师教的方法主要有课堂讲授法、多媒体教学法、启发式和案例教学法、研究式教学等。1)课堂讲授法:教师运用生动的语言，把学生所学内容以系统的形式呈现给学生，包括讲述、讲解等基本方式。适当地在授课中利用讨论的形式，让学生发现问题，通过分析解决问题。2)多媒体辅助教学法:利用计算机辅助教学，采用电子教材、网络、CAI课件等多媒体技术制作演示讲稿。既可以利用图像和文字进行说明，又可以结合声音和动画，将测定、测设原理等口述难以说明白的内容清晰直观地演播给学生。如关于角度测量原理、电磁波测距原理、仪器的内部构造等内容可以充分发挥多媒体的优势，加大授课信息量。3)启发式和案例教学法:在课堂教学中，教师在课堂上将知识的重点和难点讲清讲透的前提下，教师提出问题，用问题引导教学，引导学生的学习。在教学中，教师通过与教学内容紧密相关的案例给学生以示范，让学生在对案例的挖掘和思考中进行学习，帮助学生深化理解教学内容。4)研究式教学:以研究为基础，让学生就自己感兴趣的课题进行研究，并撰写研究报告等。该教学方法的优点是能够引导学生对相关问题进行深入的研究，更加牢固地掌握知识。

1.2学生学的方法

1)自主式学习:以学生作为学习的主体，教师起引导和指导的作用。这是学生学习过程中主要的一种实践活动，通过学生独立的实践、分析、质疑、创造等方法来实现学习目标。对培养学生严谨、认真、负责的工作态度具有重要的作用。2)合作式学习:合作学习的形式在于构建一个团队，让学生成为团队的一员，从不同的角度讨论问题，解决问题。学生在合作学习中不仅能够学会认知，而且还能学会组织、学会表达，培养学生的团队协作精神。3)探究式学习:教师提出问题或学生发现问题，由学生去研究，教师给予必要的指导。学生通过调查和实验、采集与处理信息、表达与交流等活动，获取知识和培养创新能力。

2数字地形测量学教学方法的创新实践

2.1课堂教学方法

课堂教学采用讲练结合和多媒体教学、自主式、启发和案例式、研究式等多种方法，巧妙设计课堂进程［2］。对于一些原理性较强、需要理解和计算的内容，采用传统教学方法;对于一些介绍性的内容，采用PowerPoint、网络教学的方法;对学生难以理解的知识，采用动画的课件来表现;对于难以阐述清楚的实践性知识，采用现场演示和录像的方式，使学生易于模仿。课堂讲授突出“三基”即基本概念(原理)、基本方法和基本计算［5］。为了达到“学时少、内容新、能力强、效果好”的目标，在教学中合理组织授课内容。既不要脱离教材，也不要拘泥于教材，及时将测量新知识、新技术(如:全站仪、数字水准仪、GPS技术等)传授给学生，加大测量学知识应用的力度。多媒体教学是目前该门课程课堂授课的主要形式，计算机、投影仪、多媒体课件和绘图软件的灵活使用，能够吸引学生的注意力，帮助学生学习［6］。多媒体课件不是对教材内容的复制，应突出重点，逻辑合理。数字地形测量学课程采用多媒体讲授与板书讲授有机结合方式教学，通过两者的优势互补，实现有关知识的融合与最佳传授。多媒体讲授主要是针对仪器构造、仪器使用、误差理论、控制测量、碎部测量、数字地形图测绘等内容，应用PowerPoint为主制作教学课件。板书讲授主要是针对课程中坐标正反算、导线计算、水准路线计算、误差传播定律应用等重点和难点内容，采用板书形式，结合PPT，循序渐进。讲解中善于提出问题，鼓励学生回答问题，发表自己的见解。强化定性分析，突出分析思路与分析方法。使学生懂得“问题是什么”“解决问题的方法是什么”等。加强学生的联想能力、发散思维能力及发现问题的能力。讲解中与学生互动，为学生留出充分的思维空间，改变教师“一言堂”，以便学生主动思考，帮助加深理解［5］。启发式和案例教学是该课程使用的主要教学方法之一［2］。例如在讲完角度测量和距离测量后提问:建筑物的高度如何测量?斜拉桥索道管倾角如何测量?等富有启发性、思考性问题，启发学生运用所学知识解决实际问题。讲述大比例尺数字地形测图时，让学生结合某区域地形图测绘案例，启发学生从技术设计、图根控制、碎部测量、成果验收、技术总结等相关技术问题进行独立思考与分组讨论，再汇报小组讨论结果，由教师归纳总结。这样培养学生综合解决工程问题的能力和创新意识。

2.2实践教学方法

实践教学主要采用课堂讲授、课间实验和集中实习穿行的教学方法［7］。目前，数字地形测量学课堂讲授50学时，课间实验44学时(计划安排22学时)。对于一些操作性要求较强的内容如水准仪的操作、全站仪的操作、测回法、方向观测法、竖直角测量、三四等水准测量、草图法、全站仪的放样方法等，运用现场演示和观看网上录像资源的方法进行。可以使学生领会测量操作的要领，对于规范操作程序、培养良好的工作习惯，提高学生的专业素质很有帮助。所建立的测绘仪器规范操作视频网站，提供了相关测绘仪器操作视频如全站仪操作、水准仪操作、GPS操作、经纬仪操作、国产全站仪操作等，深受学生欢迎。为了提高课间实验对学生的指导力度和广度，除了课堂讲授教师参加外，还每个班专门配有1～2名实习指导教师。另外，测绘实验中心还全方位对学生开放，学生课余时间可以借仪器进行实习操作，也可以在信息化测绘创新实验室三维地形仿真平台上，学生可以利用周边观测墩上的控制点对三维地形测绘仿真模型进行数字测图仿真实习，对选定的测区制定测图技术方案。还可以利用模型进行一些数字测图技术的专题研究，研究如何提高成图的精度，达到成图的精度要求等。便于学生理解和掌握新技术，培养学生的创新能力。

为了做好该课程集中教学实习工作，编写《数字测图实习指导书》上、下册。在指导书内对5周的日程安排、工作任务和工作要求都进行了详细说明。每年与数字地形测量学对应的数字测图实习第一轮实习(2周)安排在学校进行，实习的主要任务是掌握三维导线测量及三等水准测量的设计、观测与计算，主要使用的仪器为全站仪和光学自动安平水准仪。该实习对强化学生使用全站仪和水准仪等基本测量仪器的技能，加深对控制测量基本理论的理解和掌握，提高学生动手能力以及计算、分析、解决问题的能力，培养他们的团队意识和创新精神具有不可替代的作用。第二轮实习(3周)安排在校外武汉江夏区大花岭实习基地进行，通过了解地形地貌条件，编制有关设计书，并完成选点、观测、计算、展点、绘图、实结等工作。目的在于使学生熟练掌握地物地貌测绘方法，实际体验地貌与等高线的关系，地貌特征点跑尺的技巧。通过业内数字测图软件，形成符合规范的1∶500大比例尺数字地形图，提高学生综合分析问题和解决问题的能力。在教学实习中，学生每4～5人分成一组，每组都安排有教师进行野外测量外业指导和室内内业成图辅导。教学实习结束后，各组上交外业观测记录资料、内业计算资料及成果、实结与体会等资料，指导教师根据每组学生的任务完成情况、上交的资料和每名学生的实习表现进行评分，给出数字测图实习这门课程的成绩［8］。

此外，学院每年开展测绘技能大赛，意在促进学生将测绘理论知识与测绘实践很好地结合起来，强化学生的实践动手能力。测绘技能大赛分为5个板块，其中实践技能(含二级电磁波测距三维导线测量及计算、三等水准测量及计算)和数字测图内业成图两个板块属于数字地形测量学课程的内容。在2012年测绘技能大赛中，共有300多名选手参加。作为测绘技能大赛的重要组成部分，比赛对提高学生动手能力、培养团队协作意识起到极大的促进作用，达到了以赛代练的效果。其中有120名获奖者。2012年第二届全国普通高等学校大学生测量技能竞赛中我院代表队凭着深厚的理论功底，严谨的工作作风，对测量成果精益求精的精神，取得了一级电磁波测距导线测量二等奖、四等水准测量三等奖、数字测图一等奖以及团体一等奖的好成绩。

3结束语

篇(2)

【关键词】三维激光扫描；场景扫描；点云；拼接；数据处理；DEM

外业数据采集：

中图分类号：C37 文献标识码：A

1、首先对场景周边信息进行仔细的现场踏勘，确定待测范围，选择最佳设站位置，初步制定施测线路。

2、选择通视效果较佳的位置摆放标靶并将标靶进行固定，然后使用RTK进行标靶真坐标的采集。

3、架设三维激光扫描仪按照初定施测线路进行场景点云数据的多站采集及全景拍照。在仪器作业过程中我们尽可能的避免人为因素干扰仪器视野而影响扫描数据质量。

4、现场绘制测量过程草图。对于范围大或地形复杂的场景，绘制架站点及标靶位置的草图可以保证内业数据拼接处理时不发生错误。

5、对场景拍摄连续可拼接的照片，便于配合扫描草图了解场景概况。

图1 场景照片

点云数据处理：

1、多站数据的拼接及坐标转换

在外业进行的数据采集的多站数据是每站独立的坐标系统，内业数据处理的时候通过外业采集的各站之间标靶信息及标靶的真坐标在Cyclone软件中进行自由坐标与真坐标之间的拼接转换。拼接完成后对点云数据进行抽稀及障碍地形数据的剔除。

2、Truview制作

在Cyclone软件中利用采集的点云数据及架站点信息及扫描仪拍摄的全景照片制作可在IE中浏览的Truview数据。

图2 Truview浏览

3、场景DEM制作

在MicroStation V8中使用Terra scan工具对导出的点云数据进行最优化的坐标分类建立地面模型并进行点云数据筛选处理。

图3 模型的建立

4、场景三维点云和大场景DEM融合

利用三维激光扫描仪可以迅速获取场景TIN模型及等高线数据，将生成的TIN模型或者等高线数据和已有的大场景DEM进行融合，从而获取场景最新现状数据。

图4 融合到大场景里(效果图)

经验总结：

1. 做好现场注释，规划图和扫描日志。详细的现场注释，规划图和扫描日志对于所有的扫描操作都是非常重要的。现场注释或规划图应该包含扫描区域的一个计划草图，显示扫描仪和标靶的位置，以及包含每站中标靶位置的标靶信息列表。另外，应该画出具有透视关系的规划图，显示从扫描仪的位置看到的扫描的景象，以及扫描出的对象和标靶。现场注释，规划图和扫描日志能让你有序地记录所有的扫描和扫描中生成的标靶，这些信息也非常有助于后期的拼接和建模。

2. 在有些环境条件不允许的情况下，无法进行RTK测量标靶坐标的时候，可以利用扫描仪进行标靶信息的传递，建立测站之间联系。

参考文献

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【关键词】地质测绘；测绘技术；应用；发展

引言

地质的测绘主要是运用地质相关的理论对工程项目的建设及地质进行精密的观测和分析，了解对于建筑区各个工程地质的内在条件和它们之间的密切关系，然后按照测绘比和论文的尺寸把它们更好地绘制在图纸上，并且通过勘测和试验等编制成工程地质图，作为工程勘测的首要的资料，供给对于项目各个部门的参考。对于长期的地质测绘它依靠于经纬仪、平板仪、水准仪这三种较为局限的应用，在未来的发展中，逐渐的采用了相对来说较为先进的技术设备和设计的理念。现代的地质绘图技术主要依赖于卫星导航定位系统、遥感勘测技术和地理信息系统技术。

1、工程地质测绘

工程地质测绘是岩土工程勘察的基础工作，在诸项勘察方法中最先进行。按一般勘察程序，主要是在可行性研究和初步勘察阶段安排此项工作。但在详细勘察阶段为了对某些专门的地质问题作补充调查，也进行工程地质测绘。

工程地质测绘是运用地质、工程地质理论，对与工程建设有关的各种地质现象进行观察和描述，初步查明拟建场地或各建筑地段的工程地质条件。将工程地质条件诸要素采用不同的颜色、符号，按照精度要求标绘在一定比例尺的地形图上，并结合勘探、测试和其他勘察工作的资料，编制成工程地质图。这一重要的勘察成果可对场地或各建筑地段的稳定性和适宜性做出评价。

根据研究内容的不同，工程地质测绘可分为综合性测绘和专门性测绘两种。综合性工程地质测绘是对场地或建筑地段工程地质条件要素的空间分布以及各要素之间的内在联系进行全面综合的研究，为编制综合工程地质图提供资料。在测绘地区如果从未进行过相同的或更大比例尺的地质或水文地质测绘，那就必须进行综合性工程地质测绘。专门性工程地质测绘是对工程地质条件的某一要素进行专门研究，如第四纪地质、地貌、斜坡变形破坏等；研究它们的分布、成因、发展演化规律等。所以专门性测绘是为编制专用工程地质图或工程地质分析图提供资料的。无论何种工程地质测绘，都是为工程的设计、施工服务的，都有其特定的研究目的。

2、现代测绘技术的应用

现代测绘技术作为一门新的信息科学在经济和社会可持续发展的诸多领域正发挥着愈来愈大的作用。在这里主要介绍现代测绘技术在矿山测量方面、湿地方面、水利工程方面和地理信息系统的发展情况。

2.1矿山测量方面

遥感技术在矿山测量中的应用已经历了较长的时间，并积累了丰富的经验。应用遥感资料，可获取矿区实时、动态、综合的信息源，对矿区环境进行监测，为矿区环境保护提供决策支持。遥感资料用于找矿、矿区地质条件研究、煤层顶底板研究等方面都已得到应用，所有这些，都说明遥感技术应用于矿山测量是矿山测量实现其现代任务的重要保证。

2.2湿地方面

利用遥感技术对湿地生物资源的分布、生长状况及其变化进行估测。利用遥感技术多层次、多时相的动态监测功能获得及时可靠的数据，通过地理信息系统技术进行相关数据的实时更新，并对这些数据进行空间分析，可得到湿地的动态变化情况。

2.3水利工程方面

遥感技术能够实时地对大江、大河和湖水水位进行监测，可实时监测洪水灾害面积。RS和GIS集成能及早预报洪水淹没范围和干旱灾情范围，为防灾、抗灾提供准确信息。在水利枢纽工程竣工后，需对水库大坝、大型桥梁等进行连续的、精密的监测。现代测绘技术提供了连续、实时的安全运行监控手段。

2.4地理信息系统的发展

从系统角度看，在未来的几十年内，地理信息系统（GIS）将向着数据标准化（Interoperable GIS）、数据多维化（3D&4D GIS）、系统集成化（Component GIS）、系统智能化（Cyber GIS）、平台网络化（Web GIS）和应用社会化（数字地球DE）的方向发展。Interoperable GIS 互操作地理信息系统（Interoperable GIS）是GIS系统集成平台，它实现在异构环境下多个地理信息的系统或其应用系统之间的互相通信和协作，以完成某一特定任务。Web GIS 基于WWW的地理信息系统（Web GIS）是利用Internet技术在Web上空间信息供用户浏览和使用。Digital Earth 它是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现和认识，其核心思想是用数字化手段统一地处理地球问题和最大限度地利用信息资源，从而完成数字地球的核心功能，光缆、卫星通信技术以及计算机网络等技术则完成海量空章数据的传输任务。

3地质测绘技术发展

3.1大地控制测量。

控制测量是地质测绘的基础，地质矿区布设平面控制的方法，一是在国家一、二等三角控制下进行三、四等三角点的加密，另一是在国家一、二等三角点下不能加密情况下布设独立的三、四等三角或五秒小三角锁网作为矿区基本“平面控制.独立的三角锁网必须测定锁网的起算边长。我单位在上世纪末期引入载波静态相对定位技术即多台套GPS接收机结合后处理软件以来，精密控制测量就不再限制于通视条件、距离条件这些因素，控制测量的工作模式有了很大的改观，对于相对独立断点分布的矿区工程点不再需要长远距离的测三角锁从其他地方引入控制点，只需从起算点采用边点连接跳跃式地可以直接引入到测区，极大地简化了工作步骤，节省了时间和人力。

3.2地形测量技术。

地形测量的加密图根控制，传统的方法是在矿区基本控制点下布设测角图根线形锁及测角交会点，现在则采用导线测量、GPSRTK模式，极大地减少工作量，也提高了精度。

地形测量是地质测绘工作重要的任务，长期以来的测图方法，以大平扳仪测图，至今在大比例尺地形测图中仍然是普遍采用的主要手段之一。但是占主导地位的已经是全野外数字化测量了，采用全站仪、RTK一天的工作量已是大平板仪所不能比拟，完全不可同日而语了。

4、结语

现代科学技术发展的综合化整体方向极大地影响着现代测绘科学的发展趋势，这种趋势表现在现代测绘新理论的概括性增强，测绘新技术的技术综合程度提高，各专业学科之间的相互交叉与渗透，测绘学与其它门类科学的联系增强加大，测绘学吸收和移植其它学科成果的速度加快，这种学科内外的综合化发展，将使现代测绘学不断开拓出新的领域。测绘将成为构建“数字地球”、“数字中国”的主力军。

5、参考文献：

[1]曹幼元，贺跃光. PDA GPS在地质测绘中的应用[J].测绘技术装备，2005，（4）.

[2]魏建华，张展，许月光.工程地质测绘中的几个研究对象[J].黑龙江水利科技，1999，（4）.

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【关键词】水利工程；3S测量技术；河道测量；动态监测；研究与应用

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技术的含义

3S技术是遥感(RS)、地理信息系统(GIS)及全球定位系统(GPS)的统称。是多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。能够对空间实体快速地进行精确定位，同时宏观地获取信息，对所得到的特定位置空间信息进行综合分析。

2. 3S技术的特点

遥感(RS)技术是一种卫星遥感技术，不直接接触目标或现象就能收集信息，并据此进行识别与分类。即在地球不同高度平台上使用某种传感器，收集地球各类地物反射或发射的电磁波信息，对这些电磁波信息进行加工处理，用特殊方法判读解译，从而达到识别、分类的目的，为科研工程的生产应用服务。

地理信息系统(GIS)技术是以空间数据为研究对象，在各种地理图形的基础上，以计算机为工具对空间数据进行录入、编辑、判读存储、查询、显示和综合分析应用的技术系统。

全球定位系统(GPS)技术是一种全新的现代定位方法，具有多功能、高效率、高精度的特点，可在全球任意地点，为任意多个用户同时提供几乎是瞬时的三维测速、三维定位服务，极大地改变了传统的定位技术和导航技术，并已逐渐在越来越多的领域中取代了常规光学和电子仪器。

随着3S技术在测绘科学中的应用日趋成熟并广泛应用到水文测量中，河道水文测量的效率和精度有了很大程度的提高。下面作者结合河道测量、冲淤变化监测等案例加以分析。

3. 河道水文测量传统方法存在的缺陷

河道测量是以河道治理和水量调度为应用目的，涉及测量及描述水下泥表面及相邻地带的物理特性的应用科学。长期以来，河道水文测量常利用六分仪、经纬仪、水准仪测定，这些传统的测量方法，不仅测量周期长、精度低，而且劳动强度大、测量标志耗费大，不能满足河道动态监测及河流治理、防洪减灾的需要。

河道水下地形测量及容积、冲淤量的计算是水文测量的基础业务之一，及时了解河道变化及冲淤变化资料，为水资源合理调度、泥沙有效控制、防洪减灾正确决策、灌溉和发电等各项科学管理工作提供基本依据。河道主流变化分析主要是反映河势情况。通常包括对河道平面形态变化、河道纵剖面变化及深泓线变化情况的分析等。

河道冲淤分析是河道演变分析的重要环节，工程中常采用断面法，即利用河道槽蓄量的大小变化判断河道的冲淤。该方法的前提是断面间距能够正确的测定，断面间水底地形和河床变化规则，而且无支流。而实际地形的变化错综复杂，河床参差不齐，所以这种方法计算的冲淤量无法准确反映河道的冲淤变化情况。

4. 3S测量技术的应用

4.1 利用遥感图像获取所需河道水文信息。以遥感手段获得的河道信息通过信息提取产生需要的专题图像，通过计算机的图像校正、图像增强、图像分类、图像变换及图像数据结构的转换，将遥感信息作为信息源提供给GIS。在对遥感图像进行判读解译和相关分析之前，必须首先对遥感图像进行投影变换和几何纠正处理。为保证遥感图像与地形图保持地理几何位置的一致性，须对遥感影像进行相应的投影变换，最后将图像处理结果转换成GIS能够接受的数据格式。

充分利用图形资料(尤其是电子地图，对非电子形式的图形资料要进行数字化，建立起矢量图形库)和图像资料，以便提取高程数据以建立数字高程模型(DEM)，以及对遥感图像进行几何配准和校正。产生数字高程模型后，就可以利用GIS软件提供的地形分析功能进行等高线计算、水面面积和体积计算、冲淤量计算、坡度坡向的分析和计算等。

4.2 遥感动态监测。遥感动态监测就是对同一区域运用不同时相的遥感图像，以获得区域变化的遥感影像。动态变化监测已成为遥感应用的一个主要方面，多时相、多种类型的传感器对同一地区进行定期或不定期的资源与环境调查，能及时、准确、宏观地反映客观情况。以多时相遥感影像为数据源，通过重点分析最佳组合波段的选择和水体信息特征提取的图像处理方法，为遥感技术在水环境方面的研究提供一定的理论依据。同时，利用数字遥感技术实现随时间变化的水域动态监测和枯水期、丰水期的水域变化的动态监测，为防洪、抗洪、水资源合理调度、河道规划治理工作提供科学依据。

4.3 水深遥感冲淤变化分析。水深遥感是利用可见光在水体内的穿透能力，通过飞机、卫星等遥感平台，利用辐射计、摄影机等遥感设备，将水下一定深度范围内的立体单元信息按照一定的规则采集下来，再通过信息处理软件分离出可见光空透的水体厚度信息，即可获得水深。利用入水辐射强度与水深、水体浑浊度之间的关系，通过测定、处理辐射强度来量测水深。在研究河床冲淤时，常常因实测资料遗缺无法进行系统分析和比较。

遥感信息获取便捷，水深遥感研究已取得初步成果，因此在缺乏某一阶段实测资料的情况下，可利用历史阶段遥感资料推求出水深，从而实现冲淤分析的目的。考虑到用某一时相遥感资料所得水深精度较实测地形精度差。用实测地形与遥感所得地形直接产生河床冲淤值，误差会很大。而用两个时相遥感水深计算河床冲淤能满足分析精度的要求。

其原因是:尽管遥感水深误差大，但从反演所得的断面图来看，遥感水深误差存在诸多综合因素的影响，两个时相遥感水深误差表现形式基本一样，所以差值减少了系统误差，削减了由遥感信息源转换成水深信息时的误差。此方法计算的结果与用实测地形资料计算的结果基本一致，能满足河床演变分析和冲淤量计算的要求。故水深遥感方法可以在地形资料短缺情况下进行长时段河床演变分析以补充缺测的资料。若将GIS与水深遥感技术相结合，可实现水下地形图数字化，也可以很方便地得到所测水域不同时段、不同冲刷深度(或淤积厚度)的冲淤分布。

5. GIS技术在河道测量中的应用

GIS是水文资料管理的重要工具。在GIS中还有计算距离、曲率、表面积、周长等工具，即用即得，利用DEM模型可以很方便得到某点的高程。河道演变分析主要是冲淤分析。GIS利用DEM模型数据能立即计算出两冲淤监测断面间的冲淤量，不仅便捷且精度大为提高。

河道某断面图的绘制、某地冲淤过程的累积图等，可直接从图上提取数据并自动绘制成图。所有这些GIS功能对于分析河道演变的成因、了解河道演变规律都有着十分积极的意义。GIS技术用于水下地形的冲淤变化分析比传统分析方法更加科学合理、精确度高。

6. RTK技术的应用

促进GPS技术向更深、更广、更新的方向发展，它既克服了常规测量要求点间通视、费工费时而且精度不均匀、外业不能实时了解测量成果和测量精度的缺点，同时又避免了GPS静态定位及快速静态相对定位需要进行后处理，避免了业后处理中发现精度不合乎要求，需进行返工的困扰，RTK实时三维精度可以达到厘米级，大大减轻了测量作业的劳动强度并提高了作业效率。为水下地形测量和GIS前端数据采集提供了有利保障。GPS接收机进行定位测量，测深仪进行水深测量，再加上专业测绘软件和绘图仪便可组成河道测量自动化系统。工程中对采集到的水下地形点的平面、高程数据进行检查校核后，将其输入专业的数字地形图成图软件和断面图成图软件中进行处理，即可得到高精度的数字地形图和断面图。

7. 结束语

总而言之，3S技术的广泛应用，给河道、水库监测管理以及水文测量的勘测带了很大的方便，为河道水文勘测及动态监测、管理方面提供一个崭新的前景。

参考文献

［1］ 期刊论文3S技术在河道测量中的应用-水科学与工程技2007(2).

［2］ 黎三喜.水利工程中GPS静态测量探讨《甘肃水利水电技术》2009年第10期.

［3］ 王力赓.RTK技术在水利工程测量中的应用与研究《治淮》2009年第7期.

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关键词：RTK，地形测量精度分析

 

1引　言

GPS定位技术的快速发展给现在的测绘行业带来了彻底性的革命。它具有操作简便、定位精度高、不受天气与通视条件的限制等优点,越来越受到测绘行业的青睐。为进一步验证GPS - RTK技术在测量中的精度情况,本文结合在金华金东区实施的1 ∶500的地形图测绘任务,通过对比作业方法和精度准确性验证,说明了利用RTK 技术测绘大比例尺数字地形图能大大减轻工作量、提高工作效率。

2RTK工作原理

GPS 实时动态测量(Real- Time Kinematic)简称RTK,具体作业方法是在已知点上设置一台GPS 接收机作为基准站, 并将一些必要的数据如基准站的坐标、高程、坐标转换参数等输入GPS控制手簿,一至多台GPS 接收机设置为流动站。基准站和流动站同时接受卫星信号, 基准站将接收到的卫星信号通过基准站电台发送到流动站, 流动站接收到的卫星信号与基准站发来的信号传输到控制手簿进行实时差分及平差处理, 实时得到本站的坐标和高程及其实测精度, 并随时将实测精度和预设精度指标进行比较,一旦实测精度达到预设精度指标,手簿将提示测量人员是否接受该成果,接受后手簿将测得的坐标、高程及精度同时记录进手簿。

3影响RTK作业精度的因素

1、系统因素

RTK设备本质上是一种动态的GPS设备,它同样也存在GPS 设备的测量误差,包括GPS 信号的自身误差、GPS 信号的传输误差、GPS 接收机的误差。RTK品牌较多,RTK设备的优劣不仅影响测量精度,而且也影响成果的可靠性。RTK设备的影响因子主要包括数据链、天线类型和处理软件等。因此RTK应选择操作方便、性能稳定可靠、故障率低、可靠性高的仪器设备。这些都可认为是RTK 设备的系统误差。

2、人为因素

技术设计方案的合理性和准确性对测量成果的质量和可靠性也起着重大的影响。例如基准站的选择、坐标系的选择、观测时间的选择等。2) RTK进行动态测量作业需要接收基准站的信号,而基准站的对中整平误差和量高误差都直接影响移动站设备的定位精度。3) 移动站的标杆是否立直,标高是否准确也都直接影响其定位精度。

4RTK的转换参数

RTK测量是在WGS - 84坐标系中进行的,而各种工程测量是在国家坐标系统(80, 54)或地方坐标系,这之间存在着不同坐标系间的一系列转换。在GPS静态测量中,坐标转换是在后处理时进行的。而RTK是实时给出需测定的点位坐标,这使得求定转换参数工作尤为重要。转换参数一般是利用重合点的两套坐标值通过一定的数学模型进行计算。重合点数必须至少有3个以上的国家坐标系(80, 54)控制点或地方坐标控制点,利用Bur2sa模型解求7个转换参数。

式中ΔX , ΔY , ΔZ为平移参数, Ex , Ey , Ez旋转参数,δμ为尺度变化参数。当测区范围较小时，可不考虑尺度比和旋转参数, 令δμ = 0, Ex , Ey , Ez为0,

在解求转换参数时应注意:

1、已知点的选取应最好在测区的四周及中心,能有效控制施测范围,且均匀分布。

2、为保证施测精度要求,应选择不少于3 个控制点进行转换参数求解,一般3～5个为宜,采取同一基准或

不同基准点求取2～3组参数值,选择残差较小、精度较高的一组使用,且应预留多余点进行检核。

3、对于高程要求比较高的地区,应根据地区的地形情况求解垂直方向的转换参数,对平地、丘陵地、山地应分别求解垂直转换参数。

5 RTK定位精度验证

1、在0～5 km, 3～10 km范围内,选择同一基准站,求解两组转换参数,对同一点进行两次观测,将其结果与四等GPS点进行比较。。其结果见表1。

表1　RTK定位精度检测结果( 1)

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关键词：LiDAR；铁路勘察设计，DEM；DLG

中图分类号：TN958.98文献标识码：A文章编号：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

机载激光雷达技术（LiDAR）是一种全新的遥感技术，自上世纪90年代在德国首次出现商用样机系统以来，因其高精度和高效率，在地形测绘方面得到快速发展。目前，全球已经有几十套商用系统在使用，主要实用系统有：Topscan、Optech、TopEye、Saab、Fli-map、TopoSys、HawkEye、Leica ALS50/60系列、Falcon等。

上世纪90年代中后期至今，美国、德国、加拿大、澳大利亚、瑞典和芬兰等国家，先后成功应用这项技术进行了地形测量、森林资源调查与评估、三维城市建模等试验与工程实践。特别是芬兰和德国，已经采用这项技术建立了全国或者大部分国土的DEM，达到了理想的效果。目前在国内已经有接近20套LiDAR设备，其中，北京星天地信息科技有限公司、山西亚太数字遥感新技术有限公司、广西桂能信息工程有限公司、广州建通测绘技术开发有限公司以及东方道迩公司等单位已经先后开展了实验和工程飞行，主要用于生产数字高程模型（DEM）、正射影像（DOM），进而制作线划图（DLG）等。本研究将使用LiDAR技术对铁路勘察工程设计进行研究与试验，介绍其主要产品及应用并对经济效益进行评价。

二、机载激光雷达技术系统构成与工作原理

（一）机载激光雷达技术简介

LiDAR系统是一种新型的综合应用激光测距仪、IMU、GPS的快速测量系统，可以直接测得地面物体各个点的三维坐标。机载的激光雷达系统通常还集成高分辨率数码相机，用于获取目标影像。从功能上看，机载激光扫描系统是基于激光测距技术、GPS技术和惯性导航技术这三种技术集成的一个软硬件系统，其主要目的是为了获取高精度的数字表面模型（DSM）。

目前，LiDAR提供的直接数据产品为：点云数据，DSM，DEM，DOM。经过后处理可以快速生成等高线、高程点、横纵断面图，完成路线设计需要的专项测绘内容（如架空管线的净空、交叉角度测绘等），并提供工程设计模型和景观设计模型等。

（二）LiDAR的主要系统构成

主要系统构成包括：

1.扫描仪组件：激光发射器、激光信号接收器、机械组件、扫描镜及窗口、接口板。

2.设备支持系统：系统控制器、飞机位置及姿态测量系统、检流控制器、激光电源、电源分配器、控制计算机、连接电缆。

3.附属软件：包括项目飞行设计及对记录数据进行后处理（滤波、分类等）处理。

4.控制/显示器：激光发射指标器、音频告警器、电路熔断器、系统诊断数据输出、控制接口。

（三）主要工作原理

通过DGPS（或PPP）和IMU求得航机线上任意采样时刻激光发射中心的空间坐标和设备的空间姿态，内插后能够获取任意时刻激光光束的姿态和发射中心的空间坐标，通过激光测量激光发射中心到地面的距离，可以求得每一个激光脚点的空间三维坐标。另外，利用DGPS/IMU可以直接获取每一张照片的外方位元素，可以快速制作DOM成果。最后将激光点数据和数码影像进行联合处理得到高精度的正射影像和数字高程模型。

三、机载激光雷达的应用

机载激光雷达能够快速获取数字地表模型（DSM），同时，配套的中画幅数码相机可以获得同步的数码相片，经过加工处理可获得数字高程模型、分类信息、航空相片的立体像对和正射影像图。目前还没有成熟的专业接口供铁路勘察设计工程中使用机载激光雷达成果，因此，如何将机载激光雷达勘测成果与众多设计专业手段无缝结合，从海量基础信息中快速提取或检索有用的信息为各专业设计所用，是机载激光雷达技术应用于铁路勘察设计的关键。

结合铁路勘察设计特点和工程应用实践，一方面将机载激光雷达技术成果进行加工，提供满足专业应用的专题成果，另一方面，改进专业设计勘察设计流程，提出新的设计理念，以便更加有效地利用海量的基础信息，提高设计质量和设计效率。

利用机载激光雷达技术提供的高精度、高分辨率数字地面模型和正射影像图，结合铁路专业设计要求，主要生产以下几种产品（见图4）：

1.工点地形图。它是针对铁路设计的控制工点，在施工图阶段做的更加详细的勘测工作，以保证设计资料的精度和准确性。如：桥址地形、隧道进出口等；

2.断面图。主要包括纵断面和横断面，一般它们的精度高于地形图的精度。主要用于保证设计线路的平顺性和计算工程数量的准确性；

3.数字正射影像地形图。这是线划图的替代产品，通过将正射影像图叠加等高线、专业调查的地质界线、自然保护区等矢量信息，而形成的一种地形图，它的信息量更加丰富，更加直观；

4.专项测绘。针对特殊的专业需求而进行的详细勘测工作。如：水文断面、涵轴测量、电线垂度等；

5.工程中的土石方自动计算、坡度、坡向的计算等；

6.快速构建三维虚拟场景，城市建模等。

此外，还可利用高分辨率的影像进行专业调查、地质判视等，便于指导外业工作，提高外业勘测的针对性和合理性。

四、技术、经济效益和推广应用前景

（一）机载激光雷达测量技术与常规航测方法的经济比较

1.两种技术手段外业控制测量的比较。LIDAR所需的外业控制点与常规航测外控的比较，以II级地形1：2000航测地形图测绘（常规航测单航带100km）为例。

（1）首级平面和高程控制网工作内容和数量是基本相同的。

（2）LIDAR系统要求每5-7km测量一个平面和高程控制点，每30km测量一处高程校正区，这样100km线路需要布设平高控制点17个，高程校正区3个。而常规航测方法，采用150mm焦距的航摄仪拍摄，需要75个平高控制点；采用210mm焦距的航摄仪拍摄，需要150个平高控制点。

（3）LIDAR系统不因地形等级的变化而改变外业平高控制点的数量（适当的宽度，如不大于10km）。而常规航测方法会随着宽度的增加而成倍增加外控点的数量。

2.横断面切绘的经济比较。以张唐铁路定测为例，相对于采用Lidar技术平均1000-1200个横断面/人天的工作效率，常规航测方法每人每天只能切绘300-400个横断面，可见工作效率提高了3-4倍，对企业发展带来了巨大的经济效益。

3.地形图制作的经济比较。以II级地形1：2000地形图测绘为例。

因为LIDAR具有高效生成DEM的优势，所以在生成等高线、高程点等具有高程信息的地形信息时具有更高的效率，在这个方面，采用Lidar技术平均效率为12-15平方公里/（人.天），常规航测方法每人每天只能测绘2-3平方公里；

航测方法在立体模型下获取（除等高线、高程点之外）矢量信息具有更大的优势，而LIDAR则因其自身离散性获取能力比较弱，适合于小面积的（除等高线、高程点之外）矢量信息获取。

（二）成功案例及分析

经过试验与实践，LiDAR技术已成功用于多个铁路项目的勘测设计项目，减少了内业制图的压力，缩短了项目工期，在铁路各专业使用中反映良好，取得了显著的经济效益。以某工程为例，泛亚铁路某段全长257Km，由于距离遥远，地处国外，而且铁路过境区域存在大量地雷区域，给外业工作带来极大不便。考虑到地理因素和方案局部变动的因素，项目在实际操作中抛弃传统外业测量加航测制图的作业方式，直接采用机载激光雷达系统，一次性获取铁路过境区域长257km，宽4km的雷达点云数据和数码影像数据，利用该数据圆满完成了无外业控制测量情形的1：10000和1：2000的地形图成图任务，不仅避免了人力物力消耗和地雷区作业的危险性，而且在内业成图中，大胆使用数字正射影像地形图代替传统的DLG，取得了制作者和使用者均满意的双赢局面。

（三）推广应用前景

机载激光雷达测量技术具有巨大的发展空间和潜力，作为一种新技术，还有许多发展空间，特别是在数据处理算法以及软件和系统的开发等方面。随着用户数量的增加，其应用领域将越来越广，特别是随着激光技术的进一步发展，将促进机载激光雷达技术的革新。在铁三院于2009年率先在国内将机载激光雷达技术应用于铁路勘察设计并取得巨大成功后，今年铁一院、铁二院、铁四院都陆续定购了机载激光雷达并加大了人力投入，可见由于其精度高、成本低、周期短等特点在铁路行业已经被广泛关注。铁路行业之外，水利、公路、电力、农林等行业也在积极开展相关的研究和应用。

参考文献：

[1]孟宪军.铁路勘察设计虚拟现实技术的研究[J].高速铁路精密测量理论及测绘新技术应用国际学术研讨会论文集

[2]王长进.基于机载激光雷达的铁路勘测技术研究[J].高速铁路精密测量理论及测绘新技术应用国际学术研讨会论文集

[3]高文峰,王长进.铁路勘测中使用机载激光雷达测绘横断面相关问题的探讨[J].铁路航测,2010

[4]高文峰,王长进.GPS基站布设对机载激光雷达精度影响的研究[J].高速铁路精密测量理论及测绘新技术应用国际学术研讨会论文集

[5]徐祖舰.机载激光雷达测量技术及工程应用实践[M].武汉:武汉大学出版社,2009

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论文摘 要：现代信息技术在水文领域中的应用不断完善和发展，特别是在最近几年之中，ANN技术、3S技术与水文模型的整合研究的发展，有助于开创水文研究的新领域。本文主要通过对RS、ANN、GIS、GPS等技术的研究，从防汛抗旱、水文预报、保护水环境生态、水土保持这四个方面，阐述了现代信息技术在水文领域的应用

RS技术在水文领域中的应用分析

遥感技术，即RS技术广泛应用于对旱情的检测与评估、检测水质、监测和评价土壤侵蚀和洪涝灾害等水文领域之中，取得了明显的经济效益。在洪涝灾害之中经常会使用遥感技术。紧急救灾、灾后重建和快速反应是遥感技术应用集中的主要方面。例如，我国早在80年代就利用了MSS数据检测到了三江平原的洪涝灾害。之后民政局、中科院和水利部门都进行了相关的研究工作，在实践之中取得了显著的成效。遥感技术可以大幅度的减少洪涝灾害的损失，尤其是在灾后重建等当面，与其他普通手段相比具有全面性、客观性和快捷性的优势。遥感技术评估在灾害的监测评估方面也有了显著的发展。通过对土壤表面发射的电磁能量来测量估计土壤的湿度，再加上实测数据的支持，可以实现对旱情的遥感监测。同时还可以通过对作物的长势、地表温度的监测来监测旱情。通过了解不同地域的具体情况，建立针对它们的具体模型。我国目前建立在遥感技术基础之上的监测模型包括热惯量模型、作物缺水指数模型、植被指数模型和植被地表温度空间模型、气象模型、水文模型和微波模型等。使用遥感技术可以更快速和更低廉的获取大面积土壤的水分信息。因为监测模型的简繁程度有很大差异，所以遥感技术的使用范围和使用精度也有不同。我国目前已经建立了初步的旱情遥感技术监测体系，在一些试点地区获得了显著的成效。遥感技术在水质监测之中也有很大的作用。运用遥感监测技术，可以动态的监测地表水质在时间和空间上参数的变化情况，具体表现在对湿地的评价、和测定水质参数等方面。遥感技术在水质监测方面的应用已经开始在实践生产之中使用，随着它在水质监测领域的地位更加重要，它的发展也不断完善。

GPS技术在水文领域中的应用分析

全球卫星定位系统，即GPS技术，具有自动化、高效率、精确度高、全天候的优点，成功应用于工程测量、航空摄影、资源勘测、地球动力学、大地测量、水文领域之中，取得巨大的社会效益和经济效益。水利信息与空间地理位置有很大的关系，GPS可以更准确的获取水利信息的空间位置，可以运用在减灾防汛和水下地形测量等方面。使用全球卫星定位技术，可以及时准确的定位灾害的发生地点，尤其是在使用了无线通话功能之后，实现了双向的通话功能，使指挥中心和灾害现场能够自由及时的对象，方便二者进行沟通，对紧急情况做出应急反应。以往在汛期来临时，在大堤上排查险情，在发现了险情隐患之后，通过对讲机向指挥部门汇报，耽误了抢险时间，而且无法准确的描述出险情发生的位置。一旦报警系统上运用了GPS技术，能够在第一时间将灾害的发生地点和灾害类别传送到指挥中心，可以对险情做出有效的反应。在运送抢险物资的车辆中，安装GPS监控系统，编码后的汽车可以将其定位信息传送到指挥中心，指挥中心在接受到定位信号之后，可以将移动的船只和车辆的位置在地图上动态的显示出来。再配合电子地图，例如公路交通图、水系分配图、居民区分布图、物资仓库分布图等，利用网络的分析功能，可以将抢险物资以更快捷的方式送入受灾群众手中。而水下地形的测量在水库、港口、码头和桥梁的建设之中起着很大的作用，尤其是在减灾防洪的过程之中，会带来巨大的社会效益。

3 GIS技术在水文领域中的应用分析

地理信息系统，即GIS，是在计算机软件和硬件系统的支持下的特定的空间信息系统，可以采集地球表层的相关地理分布数据，同时对数据进行储存、运算、分析、管理、描述和显示。我国目前的地理信息系统已经广泛的使用在减灾防汛、水土保持、水环境等水文领域。在减灾防汛的领域之中，GIS技术可以预测预报城市的积水和退水状况、管理更新现有的排水设施情况、对排水设施进行设计和规划。规划城市绿地的面积和位置。分析暴雨的空间特征、对积水街道和暴雨的分布进行可视化的显示、储存具有分辨率高、层次多、更新频率快的数据，并对数据进行维护和管理。地理信息系统在再请评估方面也有很大的作用，例如管理基础背景数据、查询空间和属性数据、对数据进行统计、显示和检索。GIS技术在水土保持之中的应用十分全面。主要包括判断是否发生土壤侵蚀、土壤侵蚀的程度划分、计算土壤侵蚀量、评价水土保持的效益、泥沙输移的状况、预测和模拟土壤的侵蚀过程等。在水土保持之中往往直接使用GIS作为建立模型的平台，这是与GIS在其他领域的使用中最大的区别。遥感技术、地理信息技术和全球卫星定位系统，即3S技术的集成使用为空间信息的管理、分析、应用、更新、获取和存储等方面提供了技术支撑。使用RS技术采集图像信息，使用GPS技术提供主要的位置信息，最后使用GIS使用一些技术手段，例如分析应用和图像处理等。将这三个技术紧密的结合起来，可以提供精确的数据资料的文本资料，可以通过动态电子地图的使用查看不同水文领域的信息，同时可以借助人工神经网络的实施，对洪峰流量、降水等水文要素进行科学、合理的分析，为减灾防汛提供科学的依据。

4 ANN技术在水文领域中的应用分析

ANN技术，即人工神经网络技术，是使用数学方法对自然神经或人脑进行模拟和抽象，是一种模仿人脑结构的信息处理系统。在水文领域，ANN技术主要可以进行洪水的预报和降雨流量预报等。人工神经网络技术具有适应能力强、计算速度快和自主学习能力强的功能。首先对输入条件和输出条件进行分析。输入条件包括降雨历时、降雨量、降雨过程、河道基流等。输出条件包括出口段面的流量信息。输入层、输出层和隐层这三个部分一起构成了降雨径流的预报模型。防洪的非工程性措施是洪水预报，做出及时的洪水预报可以帮助相关部门制定准确可行的防洪决策。ANN技术在水文预报方面的作用主要通过实测资料，使用神经元的模拟关系，模拟影响洪水的其他因素和洪水之间的关系。

5 结语

总之，现代化的信息技术支持可以促进水文信息化建设，本文讲述的RS技术、GIS技术、GPS技术和ANN技术都在水文领域之中得到了广泛的使用。随着社会主义现代化进程的不断加快，国家过度重视信息的基础设施建设，使水文技术和现代信息技术共同发展。

参考资料：

[1] 陈洁.遥感和水问题 [M]．北京：人民水利水电出版社，2005，40，47．