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用测绘技术支撑生态环保建设——专访中交(天津)生态环保设计研究院有限公司总工程师李素江

时间:2018-06-08 点击:

        我国经济发展进入高质量发展的新时代。生态环保成为贯穿发展的一条生命线。近期,习总书记深入长江沿线考察,特别强调了要把修复生态环境摆在压倒性位置。国家发改委编制并印发《“十三五”重点流域水环境综合治理建设规划》,针对流域水环境的突出问题,推行分类施策,按照重要河流、重要湖库、重大调水工程沿线、近岸海域、城市黑臭水体等五大重点治理方向,实行限定目标,加强综合治理。

        水环境生态综合治理、修复工程涉及区域面积大、影响因素多。对疏浚行业来说,重要的一环是要推进精准、精确疏浚,必须高质量地治理污染源,并且在治理过程中规避二次污染。而这一切的前提是要依靠先进的现代测绘技术。现代测绘技术在数字化、信息化时代发展很快,尤其疏浚行业的测绘技术,始终保持持续的创新进步。它的发展使人们在各种生产和研究活动中能够更好地了解地球表层各种运动的时空表现,其信息获取的实时性、准确性及信息处理等方面在生态环境保护中表现出突出的优势。

        本期“专家论生态”专栏,我们邀请中交(天津)生态环保设计研究院有限公司总工程师李素江介绍测绘技术对生态环保过程的重要作用。


中交(天津)生态环保设计研究院有限公司总工程师李


        李总工深耕海洋测绘领域,具有很高的造诣。他表示,海洋测绘技术历史久远,可以追溯到几百年前的大航海时代,天航局发展海洋测量技术也有100多年的历史。1902年秋天海河工程局在大沽北炮台附近设立了大沽零点,从此天津地区有了大沽高程(大沽高程系,目前天津地区仍广泛使用的高程系统),岁月更迭,海洋测量伴随天航局一直发展到了今天。到如今,天航局测绘队伍已经拥有国际一流的海洋测绘技术和装备,完全有能力支撑天航局走出国门,到国际舞台上进行竞争。

        李总工向记者介绍了天航局世界先进的测量设备与强大的测绘专业技术能力。 

        “测绘业务的竞争就是技术和装备的竞争,先进的装备必然带来先进的技术。目前我们拥有国际一流的海洋测量装备和技术,多波束测深系统、侧扫声呐、海洋磁力仪、GNSS定位设备等等,均为国际一线品牌,与世界四大疏浚公司平齐。我们的测绘技术更是有独到之处,2017年11月份,‘复杂工况下的疏浚工程测量关键技术’被水运协会鉴定为国际先进水平。”李总工向记者介绍了免像控无人机快速测绘技术、基于潮汐调和分析及余水位差分的潮位推算等技术。

        免像控无人机快速测绘技术利用免像控无人机测绘装备,可以快速进行1:500大比例尺地形图的测绘。该套设备除具有常规的无人机摄影测量功能外,还带有超高位置更新率(100Hz)的RTK定位设备,拍摄相片过程中,实时进行厘米级精度的三维定位,保证每张照片上均由三维定位点,从而达到免像控的功能。经测试,该套系统的平面、高程测量精度可以满足1:500测图的需求。

无人机航摄正射影像图

基于潮汐调和分析及余水位差分的潮位推算技术是一项能够解决“向外海延伸距离很长的大型航道,仅使用岸边的单个水位站根本无法满足水深测量的需要”这一问题的技术。


常规情况下单水位站控制范围示意图

        使用水位差分推算技术可以解决这一问题。通过采集一段连续的水位数据(一般为1个月),使用调和分析的方法获得天文潮基本常数,就可以进行该地任意时刻的潮位预报。预报潮位的精度是有限的,一般会有几十cm的偏差,还达不到水深测量的精度要求。但在百公里范围内,同一时刻各处的预报潮位偏差是基本一致的。利用这一特性,计算出位于岸边已知站的预报水位与实测水位的差值——余水位,再使用已知站的余水位去订正未知站的预报水位,这样就得到了其余各站与真实水位非常接近的精确水位,这一过程就是所谓的水位差分推算。无论是水深测量的水位改正,还是挖泥船在远离陆地施工时的实时水位都可以利用这种方法获得。

        天航局利用这项技术完成了多个大型疏浚工程的水位保障,如在沧州港综合港区,港池内与60km外的航道外段瞬时水位差最大可达±1m。通过为以“程、途、恒、远”为代表的几乎所有天航局自航耙吸式挖泥船配备的潮位实时推算系统,避免了因水位误差造成的巨大废方浪费。

        测绘技术在水生态环保工程规划中也发挥着重要的作用,记者向李总工请教了相关的应用案例。

        李总工表示,现代测量装备具有小型化、集成化、智能化、高精度、高速度的特点,智能无人机、无人艇设备已在生态环保规划中地形、地貌的快速获取上发挥着重要作用。如在成都两江(锦江、沱江)生态清淤、绿道建设规划项目上,天航局就利用无人机测绘技术,在短时间内快速获取了锦江流域、沱江流域近500平方公里的影像数据,形成了正射影像图,为两江规划提供了第一手现势性极强的基础资料。

        测绘技术在水环境综合治理和水生态保护体系中发挥极为重要的作用。采访的最后,记者向李总工请教了测绘技术未来的发展方向。

        李总工告诉记者,随着水环境生态建设的蓬勃发展,对测绘技术也提出了更高的要求,具体表现在三个方面,还需不断创新和研发:

        一是随着市场需求的改变,测量装备需要表现出小型化、集成化、智能化、高精度、高速度的特点。无人机、无人艇等智能测量技术拥有广阔的发展前景,如无人机搭载多光谱设备进行黑臭水体的监测和检测、无人机搭载高清晰度拍照设备快速进行排污口监测、利用无人艇进行水质、土质取样等等。

        二是目前的环境治理表现出由治理污染源及周围地区的地方性环境污染拓展为治理区域性和全球性的环境污染的趋势,而环境保护也由技术性和应激性转为政策性和预防性的环境监测保护。基于互联网+的测绘地理信息系统平台结合3S技术(GIS、RS、GNSS)将会在水环境生态监控、预警等方面发挥重要作用。

        三是高精度的四维地貌(三维地形+时间)模型应用于区域水环境生态研究、区域环境保护、区域生态构建研究等。

(编辑:严杭)

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