不同工程階段的水庫庫區(qū)地形測量方法研究

王 新，李 炳，魏全龍

（濟南市水利建筑勘測設(shè)計研究院有限公司，山東 濟南250101）

隨著測繪科學(xué)技術(shù)的進步，測繪方式從測距量角的原始方式到現(xiàn)代的光電、微波測量，畫圖從平板手繪到現(xiàn)在的數(shù)字化制圖，從二維到三維。在水庫工程建設(shè)的不同階段，應(yīng)充分分析各階段的特點，靈活運用先進的測繪技術(shù)，以省時、省力的測繪方式獲取精確、可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。文章以水庫擴庫增容工程為例，根據(jù)水庫不同環(huán)境條件、不同的工程階段，采用最優(yōu)測繪方法進行了探討[1]。

1 設(shè)計階段庫區(qū)測量方法選擇

1.1 測量方案選擇

項目初步設(shè)計階段需要提供庫區(qū)水下地形基本情況，為水庫庫底開挖、水平鋪塑、湖心島填筑等工程提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和工程量。在初設(shè)階段，水庫仍需承擔(dān)城區(qū)供水任務(wù)，保持水庫日常引供水量不變，因此初設(shè)階段的庫區(qū)測量需要在有水情況下進行。

通過對庫區(qū)原有地形資料分析，結(jié)合實地勘察結(jié)果，庫區(qū)內(nèi)地形高低起伏較大，平均水深在3.5 m，庫區(qū)圍壩內(nèi)壩腳處和庫區(qū)內(nèi)部分區(qū)域水深不足1 m。為精確計算清淤工程量，本次測量采用10 m×10 m方格網(wǎng)測量，結(jié)合項目特點和現(xiàn)場踏勘、測量需要，采用以下兩種測量方法：

1）南方SDE-28S單波速測深儀與GNSS接收機相結(jié)合的方法。在水深超過1 m的區(qū)域采用此方法，這是本工程測量的主要方法。

2）RTK與測桿相結(jié)合的辦法。水深小于1 m的地區(qū)，測深儀的聲速波動范圍較大，無法使用，該區(qū)域采用RTK與測桿相結(jié)合的方法。

測深線布設(shè)要求：1）測深計劃線根據(jù)水庫形狀布設(shè)。本項目將測深計劃線制作為測深儀默認的dxf格式電子軌跡圖，保證測量船按照設(shè)計測深線測量；2）測深線間隔距離，按照規(guī)范和項目要求測深線間隔為10 m；3）測深檢查線垂直于測深線。

定位測量要求：測深定位點間距。設(shè)置GNSS自動采集數(shù)據(jù)模式，測點間隔為2 m，保證滿足10 m×10 m方格網(wǎng)要求。

測量校核方法：1）測深儀施測前確定船載重量，精確量取吃水深度，確定水面高程，進行試航，采集部分數(shù)據(jù)，并通過測深錘測深桿等方式進行重合點數(shù)據(jù)采集，檢校測深儀等相關(guān)參數(shù)。2）測深桿配置測桿端頭托盤，調(diào)節(jié)測桿入水和表層軟泥深度，控制測量誤差。3）測量數(shù)據(jù)結(jié)果檢查。布設(shè)檢查測線，通過測深桿采集數(shù)據(jù)，通過檢查數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)的比較，確定測量誤差。

1.2 測量精度檢查

為驗證最終測量精度，采用測深桿實測的方法隨機抽取150個點進行檢查，通過統(tǒng)計計算，水深測量中誤差為mh=0.12 m，其中最大誤差0.25 m，精度滿足規(guī)范和設(shè)計要求。經(jīng)分析誤差較大的區(qū)域多出現(xiàn)在水深低于1 m及水深突變的深坑或凸起的區(qū)域，后期應(yīng)對這些區(qū)域進行補測修改。

1.3 測量成果分析

通過ARCGIS建立數(shù)字高程模型（DEM），根據(jù)形成的DEM模型分析得知庫區(qū)地形比較復(fù)雜，高低起伏，高程差距較大，經(jīng)統(tǒng)計，庫區(qū)最低高程為13.90 m，最高點高程為18.60 m，平均高程為16.50 m。

2 施工階段測量方法選擇

2.1 測量方案選擇

施工階段，庫區(qū)將水排出，此階段需要對庫區(qū)的原始地貌進行精確測量，根據(jù)設(shè)計庫底高程計算土方量。該階段要求的測量精度為：高程注記點的高程中誤差不超過±0.20 m。根據(jù)庫區(qū)周圍環(huán)境，項目計劃采用精靈Pro4 RTK無人機航空攝影方式采集庫區(qū)地形數(shù)據(jù)。無人機采用先進的飛控系統(tǒng)，雙冗余度慣性測量裝置（IMU）和指南針提供飛行安全性，定位系統(tǒng)采用雙備份GNSS系統(tǒng)，高精度GNSS系統(tǒng)采用實時差分技術(shù)，保證了航線精度和飛行姿態(tài)的穩(wěn)定性，通過合理布設(shè)一定的像控點，作業(yè)精度滿足設(shè)計要求。

1）航線布置與數(shù)據(jù)獲取。無人機根據(jù)設(shè)計范圍自動設(shè)計航線，獲得高分辨率的影像資料。嚴格執(zhí)行《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》（CHZ 3005-2010）的要求，航拍的航線范圍超出測區(qū)邊界線50 m以上，所拍攝影像資料的地面分辨率為0.02 m；能夠表達真實的地物信息，保證庫區(qū)土石方計算精度。

2）模型制作。采用Pix4Dmapper軟件對影像數(shù)據(jù)進行處理，生成測區(qū)數(shù)字正射影像和數(shù)字高程模型以及點云數(shù)據(jù)。

2.2 測量精度檢查

為保證無人機測量精度，采用GNSS-RTK網(wǎng)絡(luò)模式在庫區(qū)隨機測量110個碎部點進行檢查。測量中誤差為mh=0.11 m，其中最大誤差0.21 m，精度滿足規(guī)范和設(shè)計要求。

2.3 成果處理分析

將無人機所攝影數(shù)據(jù)及POS數(shù)據(jù)導(dǎo)入Pix4Dmapper軟件，根據(jù)項目要求設(shè)置好坐標(biāo)系統(tǒng)、投影方式、精度參數(shù)等，選擇生產(chǎn)數(shù)字正色影像、點云數(shù)據(jù)處理即可[2]。

通過對無人機航攝獲取的DEM分析得知庫區(qū)最低高程為13.58 m，最高點高程為18.72 m，平均高程為16.97 m，兩種測量方法獲取的庫區(qū)地形情況基本一致，造成平均高程差距較大的原因主要有兩個方面：

1）測深儀本身測量精度低于無人機航攝精度，特別是在水深不足1 m時測量誤差較大，而在有水情況下人工碎步測量數(shù)據(jù)量有限，造成部分高點數(shù)據(jù)的丟失；

2）兩次測量時間間隔較長，不排除庫區(qū)淤積造成的影響。

3 結(jié)語

根據(jù)工程的不同階段和要求，合理采用先進的測繪技術(shù)和手段，一方面可以解決不利環(huán)境下傳統(tǒng)測量方法無法施測的困難，另一方面也大大縮短了生產(chǎn)工期和工程投資。