水庫(kù)地形圖測(cè)繪中多種技術(shù)方法的應(yīng)用分析

彭玉生

(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司，合肥 230000)

1 水庫(kù)地形圖測(cè)繪技術(shù)概述

在水庫(kù)地形圖測(cè)繪中，受到實(shí)際地形條件的限制，傳統(tǒng)地形圖測(cè)繪技術(shù)存在周期長(zhǎng)、人力投入大的問(wèn)題，且往往無(wú)法滿足高精度、快速成圖的水利工程建設(shè)需求。目前，我國(guó)在水庫(kù)測(cè)繪技術(shù)方面的研究也在不斷更新與發(fā)展，各種先進(jìn)的測(cè)繪技術(shù)得到了推廣應(yīng)用。水庫(kù)地形圖測(cè)繪主要分為陸上與水下地形測(cè)量，其中，陸上地形測(cè)量中，航空攝影測(cè)量技術(shù)、衛(wèi)星遙感測(cè)量技術(shù)、GNSS 測(cè)量技術(shù)、三維激光掃描測(cè)量技術(shù)、高精度全站儀測(cè)量技術(shù)等逐漸成熟并得到了推廣應(yīng)用，較好的滿足庫(kù)區(qū)復(fù)雜地形測(cè)量需要；水下地形測(cè)量的難度更高，傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)限制多、工作量大，其由于水底地形、水流狀態(tài)復(fù)雜，河床地勢(shì)參差不齊，以致于水下地形測(cè)量精度較差，目前回聲測(cè)深儀、電子經(jīng)緯儀、全站儀、GNSS 導(dǎo)航測(cè)量技術(shù)、數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)的出現(xiàn)與推廣，為水下地形測(cè)量效率、精度的提高提供了重要支撐[1]。從水庫(kù)地形圖測(cè)繪實(shí)踐來(lái)看，需要上述多種技術(shù)方法的聯(lián)合應(yīng)用，方可對(duì)水庫(kù)陸上、水下地形有一個(gè)全面、精確的了解，最終為水利工程建設(shè)與運(yùn)行提供可靠的數(shù)據(jù)與資料支撐。

2 定遠(yuǎn)縣清淤擴(kuò)容水庫(kù)地形圖測(cè)繪任務(wù)

2.1 項(xiàng)目背景

定遠(yuǎn)縣位于安徽省東部，地處江淮之間，隸屬安徽省滁州市，有土地復(fù)墾項(xiàng)目的23座水庫(kù)分布全縣，位置分散。為滿足定遠(yuǎn)縣23座清淤擴(kuò)容水庫(kù)對(duì)水庫(kù)庫(kù)容、特征水位影響和水庫(kù)安全運(yùn)行影響的復(fù)核和分析，需測(cè)繪23座清淤擴(kuò)容水庫(kù)地形圖，地形圖測(cè)繪比例尺1∶2000，測(cè)量范圍：庫(kù)區(qū)為壩頂(或防洪墻)高程以下部分，壩區(qū)為大壩外壩腳外100m。

2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

1)本項(xiàng)目測(cè)量采用坐標(biāo)系統(tǒng)為國(guó)家2000大地坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

2)庫(kù)區(qū)地形圖測(cè)繪比例尺：1∶2000，基本等高距0.5m。

3)地形圖地物點(diǎn)平面中誤差≤1.2m，地形點(diǎn)高程中誤差限差陸地≤0.12m水下為0.25m，隱蔽和困難地區(qū)可適當(dāng)放寬。

2.3 測(cè)繪具體任務(wù)

1)基本控制測(cè)量：基本平面高程控制采用RTK連接AHCORS系統(tǒng)在控制點(diǎn)模式下測(cè)量，外業(yè)測(cè)量完成后對(duì)原始數(shù)據(jù)(.Html格式文件)應(yīng)下載保存，經(jīng)檢查合格后送AHCORS中心解算其投影坐標(biāo)和正常高?；酒矫娓叱炭刂聘鶕?jù)需要埋設(shè)標(biāo)石(或保留固定標(biāo)志)，標(biāo)石間距離一般在2-3km。

2)地形圖測(cè)量：地形圖水上部分采用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)和無(wú)人機(jī)記載激光雷達(dá)(LiDAR)系統(tǒng)測(cè)繪，水下部分采用多波束水下測(cè)量系統(tǒng)，RTK配合測(cè)深儀或無(wú)人測(cè)量船進(jìn)行測(cè)量。

3)數(shù)字地圖編輯：地形圖采用EPS三維測(cè)圖軟件繪制，數(shù)字文件格式為AUTOCAD格式[2]。

4)庫(kù)容計(jì)算及庫(kù)容曲線繪制：依據(jù)測(cè)繪資料編制各水庫(kù)庫(kù)容和面積統(tǒng)計(jì)表，繪制各水庫(kù)庫(kù)容曲線和庫(kù)面積曲線。

5)成果質(zhì)量檢查：測(cè)繪成果質(zhì)量采用兩級(jí)檢查和一級(jí)驗(yàn)收方式控制。測(cè)繪成果的過(guò)程檢查由測(cè)繪處技術(shù)負(fù)責(zé)人組織，專(zhuān)職質(zhì)量檢查員和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人參加，過(guò)程檢查采用全數(shù)檢查；分管總工組織院技術(shù)質(zhì)量管理部門(mén)實(shí)施本項(xiàng)目測(cè)繪產(chǎn)品的最終檢查，最終檢查一般采用全數(shù)檢查；最終檢查合格后才能辦理產(chǎn)品提交手續(xù)。

6)提交成果。

3 水庫(kù)地形圖測(cè)繪中多種技術(shù)方法的應(yīng)用

3.1 測(cè)繪工作流程

項(xiàng)目測(cè)繪實(shí)施過(guò)程主要包含前期策劃、外業(yè)測(cè)量、內(nèi)業(yè)編輯、地形圖外業(yè)調(diào)回、水庫(kù)庫(kù)容計(jì)算和庫(kù)容曲線繪制；測(cè)繪成果的過(guò)程檢查、最終檢查和驗(yàn)收，測(cè)繪產(chǎn)品的防護(hù)、交付和服務(wù)等。具體流程見(jiàn)圖1。

圖1 項(xiàng)目實(shí)施技術(shù)路線和流程圖

3.2 地形圖測(cè)繪中多種技術(shù)方法應(yīng)用

3.2.1 地形圖主要參數(shù)

地形圖測(cè)繪比例尺為1∶2000，采用的平面系統(tǒng)為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，高斯正形投影，3度分帶，中央子午線117度；高程系統(tǒng)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，基本等高距為0.5m，高程注記至0.1m。地形圖地物點(diǎn)平面中誤差≤1.2m，地形點(diǎn)高程中誤差陸地≤0.12m，水下≤0.25m，隱蔽和困難地區(qū)可適當(dāng)放寬。

本次地形圖測(cè)量范圍為定遠(yuǎn)縣23座清淤擴(kuò)容水庫(kù)，庫(kù)區(qū)為壩頂(或防洪墻)高程以下部分，壩區(qū)為大壩外壩腳外100m。

3.2.2 地形圖測(cè)繪多種方法

本次地形圖水上部分采用無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)和無(wú)人機(jī)記載激光雷達(dá)(LiDAR)系統(tǒng)測(cè)繪，水下部分采用多波束水下測(cè)量系統(tǒng)，RTK配合測(cè)深儀或無(wú)人測(cè)量船測(cè)量；測(cè)繪流程為外業(yè)低空攝影、影像數(shù)據(jù)處理、水下高程數(shù)據(jù)測(cè)量，地形圖內(nèi)業(yè)編輯和外業(yè)調(diào)繪[3]。

1)外業(yè)低空攝影：

采用優(yōu)飛飛鷺UV-10和拓普康天狼星無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行低空攝影，相片分辨率≤10cm，航向重疊度>80%，旁向重疊度>60%。飛行前應(yīng)參照飛行時(shí)氣候條件(風(fēng)力，風(fēng)向、能見(jiàn)度，太陽(yáng)高度角等)制定飛行計(jì)劃；飛行時(shí)飛機(jī)姿態(tài)應(yīng)保持平穩(wěn)，航攝影像應(yīng)清晰，如遇陰天和多云天氣，能見(jiàn)度較低時(shí)應(yīng)適量降低航高，提高影像分辨率。外業(yè)飛行攝影時(shí)應(yīng)使用機(jī)身RTK實(shí)時(shí)定位曝光點(diǎn)坐標(biāo)，機(jī)身RTK測(cè)量時(shí)應(yīng)采用本工程基本平面高程控制測(cè)量輸出的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行各曝光點(diǎn)坐標(biāo)解算。外業(yè)飛行結(jié)束后，應(yīng)填寫(xiě)航攝飛行記錄表，并對(duì)獲取的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。檢查的主要內(nèi)容為：航攝范圍的滿足度，航攝數(shù)據(jù)完整性，影像的清晰度，重疊度，色彩的柔和度及影像上有無(wú)大面積云影、煙影、反光、污點(diǎn)等缺陷。

采用專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并輸出數(shù)字正射影像圖(DOM)、數(shù)字高程模型(DEM)等數(shù)據(jù)，并對(duì)輸出的DOM、DEM等數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行檢查，并繪制DEM、DOM分幅圖和“無(wú)人機(jī)低空攝影過(guò)程檢查表”。

影像數(shù)據(jù)處理后，輸出可供地形圖和管理范圍線測(cè)繪的正射影像圖(DOM)和數(shù)字高程模型(DEM)，DOM和DEM的分辨率為0.1m。采用專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)DOM和DEM進(jìn)行分幅，DOM和DEM的分幅標(biāo)準(zhǔn)和文件名應(yīng)同地形圖分幅一致，圖幅尺寸為50cm×50cm正方形，繪制圖幅接圖表，接圖表按真坐標(biāo)繪制，繪制比例尺為1∶50000。

2)水下地形測(cè)量：

水庫(kù)水下地形采用多波束測(cè)深系統(tǒng)進(jìn)行掃測(cè)、RTK配合測(cè)深儀或無(wú)人測(cè)量船測(cè)量。每次測(cè)深前、后在測(cè)區(qū)對(duì)測(cè)深儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)，測(cè)前、測(cè)后所測(cè)改正數(shù)之差≤0.1m；掃測(cè)主測(cè)線宜平行于等深線總方向，檢查線垂直于主測(cè)線方向均勻布設(shè)；掃趟間應(yīng)重疊，其重疊寬度≥定位中誤差的1.5倍。

在水深測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)深數(shù)據(jù)的覆蓋情況和測(cè)深信號(hào)的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)覆蓋不足或水深數(shù)據(jù)漏空，測(cè)深信號(hào)質(zhì)量不滿足精度要求等情況時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)或重測(cè)；外業(yè)測(cè)量結(jié)束后，再次核實(shí)多波束測(cè)深系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置，做好數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作。

在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前，應(yīng)正確選取測(cè)量船只配置文件、濾波參數(shù)，在確保數(shù)據(jù)完整的前提下剔除導(dǎo)航、水深等數(shù)據(jù)的粗差和數(shù)據(jù)抽稀，使得數(shù)據(jù)處理時(shí)的顯示效果更合理；對(duì)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，讀取3-5個(gè)水深點(diǎn)的三維坐標(biāo)值，以檢驗(yàn)其正確性；根據(jù)測(cè)量面積、水深點(diǎn)總數(shù)、水下地形特征，合理設(shè)置構(gòu)造DTM模型的參數(shù)，采用系統(tǒng)軟件生成水下DTM模型，做到準(zhǔn)確反映水下地貌總體趨勢(shì)且不遺漏特征地形點(diǎn)；自動(dòng)生成水下等深線，通過(guò)編輯和修改以獲得最佳效果的水下地形圖[4]。

3)地形圖內(nèi)業(yè)繪制：

地形圖采用EPS三維測(cè)圖軟件繪制，數(shù)字文件格式為AUTOCAD格式。地形圖采用《國(guó)家基本比例尺地圖圖式第一部分：1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖圖式》(GB/T 20257.1—2017)標(biāo)準(zhǔn)繪制，地形圖中各類(lèi)地理要素的符號(hào)應(yīng)符合圖式要求。地形圖中各類(lèi)地理要素的測(cè)繪和取舍應(yīng)符合國(guó)家基本比例尺地圖圖式第一部分：1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖圖式》(GB/T 20257.1—2017)和《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》(SL197—2017)第6.2.6、6.2.7、6.2.8條款的要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，為了更合理的開(kāi)發(fā)水資源，保證水利工程安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須對(duì)水庫(kù)陸上、水下地形有一個(gè)全面的了解，由此對(duì)水庫(kù)地形圖測(cè)繪工作提出了更高的要求。目前，我國(guó)測(cè)繪技術(shù)在處于一個(gè)日新月異的快速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，測(cè)繪自動(dòng)化、智能化的實(shí)現(xiàn)為水庫(kù)地形圖測(cè)繪工作的開(kāi)展提供了重要支撐，在實(shí)際測(cè)繪工作中需根據(jù)具體情況合理選擇測(cè)繪技術(shù)方法，通過(guò)多種方法聯(lián)合應(yīng)用，獲得全面的、精確的測(cè)繪數(shù)據(jù)，為水庫(kù)工程建設(shè)與運(yùn)行提供可靠保障。