水利管線工程地質(zhì)測繪中的數(shù)字化填圖技術(shù)

陳 耿

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院，南寧 530023）

水利管線工程地質(zhì)測繪中的數(shù)字化填圖技術(shù)

陳 耿

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院，南寧 530023）

水利管線工程一般具有長度長、范圍小、穿越地形多樣、地質(zhì)條件要求相對簡單且設(shè)計方案多變等特點。傳統(tǒng)的基于紙質(zhì)地圖的地質(zhì)測繪方法在管線工程地質(zhì)測繪中存在現(xiàn)場視野狹窄、定點較慢、效率較低等缺點。數(shù)字化填圖技術(shù)的出現(xiàn)使得地質(zhì)測繪工作的效率大幅提高，已成為當(dāng)前外業(yè)工作發(fā)展的一個重要方向。但開發(fā)專用的數(shù)字化填圖軟件存在周期長、費用高、兼容性差等不利因素。利用現(xiàn)有的地圖軟件則可在規(guī)避諸多不利因素的同時，保證質(zhì)量、提高效率、節(jié)約成本。以百色水庫灌區(qū)輸水管道為例，介紹了現(xiàn)場數(shù)字化填圖的方法及成果。

管線工程；數(shù)字化填圖；奧維；地質(zhì)測繪；GPS

1 概述

百色水庫灌區(qū)位于廣西百色市轄區(qū)內(nèi)，屬于桂西北季節(jié)性旱災(zāi)比較嚴重的地區(qū)。現(xiàn)擬利用百色水庫水源通過輸水管線送水到各灌片以解決作物灌溉、養(yǎng)殖用水等問題。灌區(qū)涉及3個縣（區(qū)）的12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總計135個村屯；灌溉耕、園地總計130萬畝，是桂西北重要的民生水利項目。輸水干管管線擬采用管徑1.8～4.0m的鋼管，總長約172km。

按照工作要求，本次僅對其中的一部分管線進行地質(zhì)測繪和勘探。傳統(tǒng)的基于紙質(zhì)材料加手工定點的地質(zhì)測繪方法難以滿足工作進度和精度要求。而將奧維地圖和GPS技術(shù)相結(jié)合進行數(shù)字化填圖，使得地質(zhì)測繪工作在滿足精度要求的前提下實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測，并可隨設(shè)計方案的改變實時調(diào)整，能夠有效的避免重復(fù)和遺漏，也可對設(shè)計的臨時變更做出積極的響應(yīng)，極大地提高了工作效率，節(jié)約了外業(yè)勘測的工作成本。

2 工作流程

地質(zhì)測會數(shù)字化填圖工作流程見圖1。

3 地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫的建立

為了進行數(shù)字化填圖，必須建立本工程的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫。收集到的資料包括：區(qū)域地質(zhì)圖（1/20萬）、地形圖（1/10 000）、工程區(qū)高清影像圖（0.5m分辨率）、管線布置平面圖，所有資料均統(tǒng)一至WGS84坐標(biāo)系。

本次數(shù)字化填圖利用基于安卓系統(tǒng)的平板電腦或手機完成（IOS系統(tǒng)也可使用），硬件系統(tǒng)為目前的主流設(shè)備，其便攜性、普適性均較好。地圖軟件則為較成熟的奧維地圖（版本為5.1.8，本次使用級別為VIP5），其操作界面為中文界面，人機智能交互性強。

圖1 地質(zhì)測繪數(shù)字化填圖工作流程圖

數(shù)據(jù)庫搭建過程簡單，僅為對收集到的資料進行校正、配準(zhǔn)和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等工作。為保證數(shù)據(jù)定位準(zhǔn)確，要求配準(zhǔn)后的柵格文件誤差一個象元，即0.5m。

4 現(xiàn)場數(shù)字化填圖

本次地質(zhì)測繪的管線長度約100km，外業(yè)有效工作時間8d，共完成數(shù)字化定點120余個，每個地質(zhì)點拍攝照片/視頻3～5張/段，并勾繪、復(fù)核了各類地質(zhì)界線，完善了地質(zhì)信息。與傳統(tǒng)工作方法相比，本次數(shù)字化填圖主要有以下主要優(yōu)點：

（1）基于紙質(zhì)地圖的地質(zhì)測繪方法存在視野狹窄、參照物少、定位困難而導(dǎo)致難以準(zhǔn)確定點，現(xiàn)通過衛(wèi)星影像圖+GPS定位技術(shù)，使得現(xiàn)場定點迅速而精確。值得一提的是，該系統(tǒng)可在WIFI環(huán)境中提前下載好工程區(qū)高清影像圖（見圖2），即可在野外無手機信號的情況下實現(xiàn)精確的即時定位（見圖3）。一般來說，影像圖下載至16級（最高20級）即可滿足野外地質(zhì)測繪工作的需要。需要注意的是，地圖等級越高，其分辨率也越高，但同時占用設(shè)備的內(nèi)存也越大。

圖2 提前下載工程區(qū)影像圖

（2）管線穿越的地形以丘陵、山地為主，地貌則以沖溝、河谷、坡地為主，地形地貌較復(fù)雜。采用數(shù)字化填圖技術(shù)，通過前期建立的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫，利用該系統(tǒng)可在野外迅速的進行定位、判明管線的穿越地段和方向、導(dǎo)航至布置的勘探點，使得填圖更具有針對性，極大的提高了工作效率。

（3）地質(zhì)人員在進行地質(zhì)測繪的同時，對局部選線不合理的地方可與設(shè)計人員進行溝通，便于及時作出調(diào)整；還可將當(dāng)天的工作成果上傳至云端，使得后方校審人員可隨時從云端下載、檢查工作成果，并及時反饋、指導(dǎo)現(xiàn)場人員。通過云端，不同的外業(yè)地質(zhì)測繪小組（最多達5組）可下載、共享對方的數(shù)據(jù)（見圖5）。

圖3 野外定點標(biāo)簽界面圖

圖4 野外定點（部分）示意圖

圖5 云端下載外業(yè)工作成果圖

（4）經(jīng)過現(xiàn)場10余個控制點、標(biāo)志點驗證，平板電腦或手機的GPS精度能控制在5m范圍以內(nèi)，大多數(shù)的誤差僅為2～3m，這基本可以滿足比例尺為1∶2 000的管線平面工程地質(zhì)測繪的工作要求，在提高效率的同時保證了工作精度，達到了預(yù)期的效果。

5 成果應(yīng)用

通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、關(guān)聯(lián)點參照，可將數(shù)字化填圖技術(shù)成果導(dǎo)出至地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫中，現(xiàn)場記錄的視頻、照片及文本信息科統(tǒng)一存儲至地質(zhì)點或地質(zhì)界線上，地質(zhì)點和地質(zhì)界線還可以導(dǎo)出至CAD文件中，方便后期使用（見圖6）。

圖6 管線地質(zhì)測繪工作成果（部分）

6 結(jié)論及展望

數(shù)字化填圖技術(shù)自推廣實施以來，已應(yīng)用于多個水電、水利及港口工程，其成本低、效率高、精度好的特點在工程地質(zhì)測繪工作中體現(xiàn)出了較大的技術(shù)優(yōu)勢，國內(nèi)多家設(shè)計院和公司也在逐步開發(fā)相關(guān)的地質(zhì)測繪專用軟件，但其成本均較高，一般高達數(shù)百萬元[1，2]。利用市場現(xiàn)有的主流硬件設(shè)備和較成熟的商業(yè)地圖軟件，將其應(yīng)用于水利管線工程或其他線路工程的地質(zhì)測繪工作中，可在滿足工作要求的前提下大幅降低開發(fā)應(yīng)用成本。此外，可以預(yù)計，隨著我國“北斗”系統(tǒng)的逐漸成熟，基于“北斗”系統(tǒng)的數(shù)字化填圖技術(shù)的應(yīng)用前景必將更加廣闊，值得進一步推廣和研究。

[1] 梁昌玉.水電工程地質(zhì)體三維建模及可視化研究[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2010.

[2] 水利水電規(guī)劃設(shè)計院.水利水電工程地質(zhì)手冊[M].北京：水利電力出版社，1985.

（責(zé)任編輯：劉征湛）

Application of digital mapping technique in geological surveying and mapping of water pipeline engineering

CHEN Geng
（Guangxi Water and Power Design Institute,Nanning 530023,China）

The water pipeline engineering is generally characterized by long length,small scope,running through area with variable terrain and relatively simple geological conditions,multiple design schemes.The traditional geological mapping method based on paper maps has the shortcomings such as narrow field of view,slower fixed-point and low efficiency.Digital mapping technique is able to greatly improve the efficiency of geological mapping,and has become the development direction of field work.However,the development of special digital mapping software has the disadvantages of long period,high cost and poor compatibility.Utilization of existing map software can avoid many disadvantages while ensuring quality,improving efficiency and saving cost.Taking the water pipeline work of Baise Reservoir Irrigation Zone as example,an introduction was made on the method and achievements of field digital mapping.

Pipeline engineering;digital mapping technique;Omap;geological surveying and mapping;GPS

P642

B

1003-1510（2016）04-0028-03

2016-04-12

陳 耿（1981-）男，安徽池州人，廣西水利電力勘測設(shè)計研究院工程師，碩士，從事水利水電勘察設(shè)計工作。