浅谈3S技术在工程管理的应用
[摘要] 当今社会信息技术越来越深刻的影响着人类社会的发展，将信息技术应用于各个行业，这已经成为推动行业发展的战略选择。3S空间集成技术作为信息技术的一个重要分支，已经被应用到建设行业的很多领域，在提高工程项目管理信息化水平方面也必将发挥更大的作用。本文通过对遥感、地理信息系统、全球定位系统技术的基本原理和方法进行简要介绍，并探讨了3S技术在工程建设中的项目选址及用地规划、工程设计、工程施工、工程监理、竣工验收、工程管理及监测等方面应用研究。同时进一步展望了“3Ｓ”技术发展对建筑工程项目管理的作用和地位。
[关键词]遥感技术（RS） 地理信息系统技术（GIS） 全球定位系统技术（GPS） 3S技术 工程项目管理 应用
时代在发展离不开技术支持，实践证明科学技术是第一生产力。3S空间技术在其年轻的生命却在人类进步中发挥着不可磨灭的作用，并将在未来发展继续发光发热。那么首先我将简单介绍下何为“3S”技术。
1、3S技术的简介以及发展
全球定位系统(GPS)、遥感(RS)和地理信息系统(GIS),即“3S”技术，由于其具有快速、实时地采集、存储管理、更新、分析、应用与地球空间分布有关数据的能力，在建筑工程各的项目开发及管理中发挥着越来越重要的作用
1.1 GPS－－全球定位系统
全球定位系统（Global positioning system）是共由三部分组成：地面控制部分、空间部分、用户装置部分。GPS主要特色是全天候、全球覆盖、三维定速定时高精度、快速省时高效率及应用广泛多功能。全球定位系统是由一系列卫星组成，它们24小时提供高精度三维世界范围的定位和导航信息。GPS接收器同时接听3~12颗卫星的信号，从而判断地面上或接近地面的物体的位置，以及它们的移动速度和方向等。
1.2 GIS----地理信息系统
GIS（Geographical information systems）属于空间信息技术，是以地理空间数据库为基础，在计算机软、硬件的支持下,对有关空间数据按地理坐标或空间位置进行预处理、输入、存储、检索、运算、分析、显示、更新和提供应用、研究并处理各种以空间实体及空间关系为主的技术系统。具有采集、管理、分析和输出多种空间信息的能力；具有空间分析、多要素综合分析和预算预报的能力，可为宏观决策管理服务;能实现快速、准确的空间分析和动态监测研究。GIS 已经广泛应用于土地整理项目的设计、审查及日常管理。从项目审查的角度看，单纯使用GIS，至少可以完成以下几项工作：一是根据项目现状图矢量数据（假设申报的材料是真实的），可以重新量算项目区规模和各种地类面积，验证申报数据的准确性。二是根据项目规划图矢量数据，可以重新统计工程内容和工程量，验证是否存在虚报工程量问题。三是以项目区地形图为基础数据源，构建项目区DEM 模型，与矢量规划图叠加后，可以辅助分析项目区地貌特征，判断田块布置及沟路林渠的布置方案是否合理、可行；可以根据田块布置方案和设计高程，判断土方量计算是否合理、准确。
1.3 RS----遥感
遥感（Remote Sensing），遥感技术的基本原理是从远处探测感知物体, 也就是不直接接触物体。遥感主要指从远距离、高空，以至外层空间的平台上，利用可见光、红光、微波等探测仪器，通过摄影或扫描、信息感应、传输或处理,从而识别从远处通过探测仪判别出目标地物的属性。遥感信息, 包括地面遥感、航空遥感和航天遥感个大的方面。航空遥感作为地形图测绘的重要手段已在实践中得到了广泛的应用, 卫星遥感用于测图也正在研究之中并已取得一些意义重大的成果, 基于遥感资料建立数字地面模型进而应用于测绘工作已获得了较多的应用。并RS现己广泛应用于大范围以至全球范围的资源调查与开发、环境变化监测。
1.4 3S集成技术
随着“3S”技术的研究和应用逐渐向广度和深度发展,GPS、RS、GIS已由独立平行发展走向相互渗透和综合发展,形成“3S”集成技术,并显示出单独一种技术所没有的优势。集成技术不是一种简单的相加,而是一种有机的结合、在线的连接、实时的处理和系统的综合,“3S”集成技术是当今地球空间信息科学的最前沿领域。在“3S”技术集成系统中,GPS用于实时、快速地提供目标的定向定位信息;RS用于实时或准实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息,发现地球表面的各种变化,及时地对GIS进行数据更新;GIS作为集成系统的基础平台,可对多源时空数据进行综合处理、集成管理、动态存取、即时分析决策,形成一个完整的闭环控制系统。在集成系统的实现和应用过程中,还需解决许多“3S”技术单独应用所未曾遇到的问题,如:实时空间定位,一体化数据管理,数据动态更新,数据实时通讯等关键技术。
2、3S技术在工程建设中的应用
2.1、3S在工程项目规划中的应用
在项目评价与审查阶段，要对一个项目做出科学的判断，至少需要回答三个问题：一是项目的真实性，如项目区的地理位置是否正确，申报的土地利用类型是否与实地相符，是否具备项目实施所必需的路、水、电等基础条件等；二是基础数据的准确性，如申报建设规模是否准确，各种地类面积是否准确，新增耕地潜力计算是否准确等；三是基本技术方案的合理性，如田块布置及沟、路、林、渠等各项工程的布置是否与实际地形相符，土地平整方案是否合理等。要回答上述问题，仅靠研究项目申报材料是不够的，3S 技术为解答这些难题提供了一个切实可行的解决方案。
将规划的项目的地形图输入到GIS中，建立数字高程模型（DEM）可以得到相应的坡度、高程、坡向、坡长、沟壑密度等；利用RS资料通过人工交互判读可以得到该区内的土地利用现状、植被、土壤、地质等GIS数据层；项目区地理位置、坡度分布、高程变化、地物分布等，正确解读这些空间信息是对项目做出科学判断的基础。3S 技术作为一种高效的信息采集、处理、分析手段，可以辅助我们识别项目的真实面目，监测项目的“水分”，使项目决策更具科学性和时效性，为加大项目监管力度，提高项目管理的科学化水平提供了一种新思路。其中，遥感（RS）技术可用于大面积、快速获取项目区各种地物信息，是地物信息采集的主要手段；全球定位系统（GPS）可用于重要地物的快速空间定位，辅助外业踏勘；激光技术结合GPS 技术可以用于快速、精确地采集项目区三维空间信息；地理信息系统（GIS）可对多源空间数据进行综合处理、集成管理和各种空间分析，辅助项目决策。
2.2、3S在工程设计中的应用
在选定项目所在址后，利用已有遥感资料分析该区内的水土保持治理度，以及附近交通、环境、周围经济发展程度情况。利用GPS测出该区一系列地形地貌特征点的坐标数据，通过后处理，求出各特征点的坐标，利用GIS相关软件编制成数字地形模型（DTM），进而建立1：5000~1：2000地形图和1：1000~1：500地形图图层，将对一个或多个横切线进行自动计算并绘制剖面图形，生成横断面图，分析地质情况，并制定相应的施工组织设计和编制施工方案，特别是地基处理和降水处理方案。虽然绘制工程图并不是GIS的专长，但是有部分GIS开发了这样的功能，当然也可使用计算机辅助设计（CAD）软件完成项目三大件工程设计。用这种方法进行工程设计，自动化程度比较高，可提供多方案比较，对设计结果进行修改也相当方便。
2.3、3S在施工管理工作中的应用
在工程项目施工放样中应用，根据已输入在GIS中的建筑分区、项目址地形图和单项工程设计图纸，然后采用GPS的RTK（实时动态测量)技术，基站安设在一已知点上，预先将待定点坐标输入流动站手簿，手持GPS流动站天线，首先确定建筑主体轴线的方向找到定点坐标，把其放样在地面上，然后，用同样方法确定一系列点，和其他平行和垂直的轴线，并在中心线定出的基础上下木桩或龙门板定位。由点到开挖线，确定开挖面或山坡切土区域，这样就完成放样就可以开始组织施工。同样法将辅助设施或各项其他建筑物逐项落实到地面，并用打桩等方法予以确定。
例如某交通部第二公路勘察设计院在某省中线新建公路A至B段位于其省中部进行的“GPS测量用于高程控制测量的尝试”，这种方法要求GPS观测点密度适当，分布比较均匀。利用高精度GPS定位技术精密确定观测点的大地高程差，并根据建立的适当大地水准面数学模型，内插出计算点的高程异常或异常差，从而得出特定点的正常高程。则GPS高程的中误差为±0.039m。而工程中的水准测量误差就相比较大，就算是全站仪误差也比GPS来的大。因此在工程施工中3S技术提高是精度的。
2.4、3S在监理工作中的应用
在项目实施管理阶段，为了及时了解项目的实施进展情况，防患于未然，必须跟踪项目的实施过程，监测项目是否按预期进度施工，是否按规划设计方案施工。3S 技术已广泛应用于国土资源监测的各个领域，也必然成为土地整理项目动态监测的最实用、最高效的辅助工具，可以将3S 技术与到项目区实地检查相结合作为项目动态监测的日常手段。
监理工程师监理项目质量过程中，可以根据项目规划设计已经建立起来的电子图纸，利用GPS与笔记本电脑连接，在GIS中打开所定项目施工的图集，针对现场的建设情况迅速作出以下三大控制、两管理：1、进度方面：主要是控制项目施工进度到雨季期或农忙期的控制，比较实际工程完成量与计划的比较，保持进度施工；2、质量方面：按设计要求进行测定：如利用GPS测定各特征点的高程、基槽、沟槽内外的坡度控制等，同时得到工程量；3、投资方面：根据工程进度和核实的工程量和工程质量，签发支付凭证，上报业主单位，支付资金给予施工单位。4、合同管理：检查、监督建设各方合同计划任务完成情况的同时，利用先进的3S技术来测量工程变更及新增工程部分，研究处理变更并进一步将变更部分管理到项目信息系统中，便于最终的工程验收。5、信息管理：将所有关的信息追加到项目建设施工系统中，并在信息系统的基础上建立成为监理信息系统。这种监理手段准确、快捷、科学，节省人力、物力及财力。
2.5、3S在项目竣工验收的应用
在项目工程验收：用GPS的RTK技术，首先利用GPS测量的经纬度对坝址中心线位置与原设计资料已输入在GIS中的位置对比，确定建筑物沉降量与设计有无变化，同时测量建筑总面积、辅助面积；其次观测工程主要指标，如建筑物主体体顶高程、层高、进深、梁柱截面、挖填土方量。如果原设计资料已输入计算机或用GIS管理，可以把GPS观测数据输入GIS系统，由计算机分析工程施工完成指标与设计值的差别，评价工程质量。
2.6、工程管理及监测中的应用
在项目建设完成后，将项目的所有技术经济指标作为非空间属性数据分层次建立在下古墓地理信息系统（GIS），便于下一步的监测及管理。包括：设计的各种数据图纸、竣工时的各类数据图纸、同时逐项目兴建年度（每年一层）管理图层主要针对工程的正常运行、正常的管理和工程存在的问题：如有无裂缝、沉降、坡路面滑坡及建筑物之间的路面隆起现象。数据的来源通过使用宏观上采用高分辨率RS技术来确定，在高分辨率影像上找明显地物点，基于已建立的控制网进行外业观测，求出一系列地物点坐标，作为高分辨率影像几何精纠正的依据用于动态监测；根据航测成图的要求，选一部分地物特征点，经GPS外业观测，求出点的三维坐标，作为影像控制点坐标，建立立体模型，采集有关数据，用于进行重点区域的监测。微观上采用GPS的RTK实时动态技术，把GPS的基站放在已建控制网的某已知点上，流动站沿基础底线、墙边线、楼顶连续采集点的坐标，绘制出三维曲线，作为动态监测的基础，定期用同样方法观测，可以比较精确采集到沉降量和偏移距离、风荷载及地震荷载的抵抗强度等
结束语：3S 技术是提高项目决策质量、强化项目监管力度、提高行业工作水平和效率的一种有效手段。今后，在加大已有研究成果推广应用力度的基础上，应进一步深入研究，逐步构建起一套成熟的3S 技术支撑体系。利用现代先进的“ 3S”测绘技术, 特别是现代先进测绘技术的综合利用, 不仅有利于工程项目规划建设过程中如土地整理的潜力调查、专项规划以及土地整理项目管理等方面土地信息的采集, 大幅度提高规划决策的实效性, 还可以大幅度的降低该过程中的人力、物力、财力的投人。
主要参考文献：
1. 赵吉先等 3S集成技术在数字公路中的应用 测绘通报 2007.2
2. 孙志斌 3S技术集成及其在公路工程中的应用 岩土工程界 2006.2
3.高向军等 3S 技术在土地整理项目管理中的应用实践与展望
4. 丰传华等 土地整理与“3S”测绘技术 遥感与应用
5.史明昌等，3S技术在水土保持中的应用，中国水土保持，2002.5
6. 许晓光等 3S技术在土地利用数据库建设和管理中的应用 ，遥感技术与应用，2008.2
7、汤国安等，ArcView地理信息系统空间分析方法，科学出版社，北京，2002
