王超

（貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)院，貴州 貴陽 550000）

1 概述

因地形條件等的限制，傳統(tǒng)測繪技術(shù)應(yīng)用于水庫地形圖測繪方面，存在施測周期長、投入大，測量精度差，很難為水利工程建設(shè)提供切實(shí)可行的方案。當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種先進(jìn)的測繪技術(shù)開始在水庫地形圖測繪方面得到應(yīng)用，如陸地地形測量中的三維激光掃描測量、GNSS 測量、衛(wèi)星遙感測量、高精度全站儀測量技術(shù)等，可較好適應(yīng)庫區(qū)復(fù)雜地形；水下地形測量中回聲測深儀、GNSS 導(dǎo)航儀、電子經(jīng)緯儀等技術(shù)儀器的應(yīng)用，在克服水下復(fù)雜地形及水流流態(tài)的同時(shí)，為水下地形高精度測量提供了保證?？梢?，水庫地形圖測繪實(shí)踐中必須聯(lián)合應(yīng)用多種技術(shù)，從而為水庫工程建設(shè)運(yùn)行提供可靠數(shù)據(jù)。

2 水庫地形圖測繪技術(shù)的應(yīng)用

2.1 工程概況

道真縣關(guān)壩水庫位于道真縣舊城鎮(zhèn)關(guān)壩村，芙蓉江一級(jí)支流關(guān)壩河上，最低海拔390 m，壩址以上集雨面積為67.40 km2，屬于以灌溉為主，兼具防洪、養(yǎng)殖、景觀等綜合效益的小型水庫。測區(qū)有少許水田及旱地，有部分退耕還林地，大多為茂密林地，交通條件一般；蓄水湖面積較大，同時(shí)還包括大壩、輸水隧洞、溢洪道等結(jié)構(gòu)物的建設(shè)任務(wù)；毒蛇（五步蛇）較多，測量難度較大。為展開該水庫擬建情況的全面調(diào)查，水庫管理部門決定對庫區(qū)地形圖展開測繪。

受設(shè)計(jì)處委托，以國家2 000 大地坐標(biāo)系和1 985 國家高程基準(zhǔn)為依據(jù)，展開道真縣關(guān)壩水庫工程初設(shè)階段的測繪任務(wù)，任務(wù)有1∶500地形圖測量、1∶2 000輸水管線地形圖測量、GPS控制測量、河道斷面測量。地形圖地物點(diǎn)平面誤差不超出1.20 m，地形點(diǎn)高程誤差陸地及水下限差不超出0.12 m 和0.25 m，對于測量難度大且隱蔽區(qū)域應(yīng)適當(dāng)放寬。

2.2 測繪任務(wù)

該水庫地形圖測繪任務(wù)主要包括基本平面高程控制測量、地形圖測量、文件編輯、庫容及面積曲線繪制、測繪質(zhì)量檢查等。①基本平面高程控制測量：在控制點(diǎn)模式下通過RTK 連接AHCORS 系統(tǒng)展開基本平面高程控制測量，下載并以Html格式保存外業(yè)測量中得到的原始數(shù)據(jù)，篩查合格后傳送至AHCORS 中心進(jìn)行投影坐標(biāo)及高程解算。根據(jù)測繪需要按照2～3 km 間距埋設(shè)標(biāo)石，便于對基本平面高程展開控制。②地形圖測量：通過無人機(jī)LiDAR 系統(tǒng)及無人機(jī)低空攝影測量系統(tǒng)展開水上測繪，同時(shí)使用多波束水下測量系統(tǒng)展開水下測繪。無人機(jī)LiDAR系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)取值見表1，庫區(qū)航攝因子設(shè)置情況見表2，根據(jù)庫區(qū)形狀及成圖比例尺要求以及航攝分區(qū)、航線敷設(shè)原則，在綜合考慮施測期間氣候條件影響的基礎(chǔ)上，進(jìn)行航線布設(shè)，并調(diào)整航線間距及飛行參數(shù)。③文件編輯：圖片形式的測繪結(jié)果通過EPS三維測圖軟件繪制，數(shù)據(jù)文件則以AUTOCAD格式輸出。④繪制庫容及面積曲線：結(jié)合所得到的測繪資料編制所測水庫庫容及面積統(tǒng)計(jì)表，并生成庫容及面積曲線。⑤測繪質(zhì)量檢查：測繪處技術(shù)負(fù)責(zé)人組織水庫地形圖測繪成果“兩級(jí)檢查，一級(jí)驗(yàn)收”過程，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人與質(zhì)量檢查員全程參與；院技術(shù)質(zhì)量管理部門最終檢查測繪成果，合格后辦理提交。

表1 無人機(jī)LiDAR系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)表

表2 庫區(qū)航攝因子設(shè)置情況表

2.3 測繪過程及結(jié)果

2.3.1 布置像控點(diǎn)

結(jié)合該水庫地形條件，在整個(gè)測區(qū)內(nèi)按照Z字形布置像控點(diǎn)，并在地形復(fù)雜、隱蔽區(qū)域設(shè)置穿插檢查點(diǎn)，保證獲取1∶1 000 數(shù)字線劃圖。通過分析庫區(qū)實(shí)際情況，像控條件缺失，故在具體測繪過程中必須承擔(dān)測量高程點(diǎn)，提升測繪結(jié)果精度。

在制作數(shù)字刺點(diǎn)片時(shí)，必須以分辨率在0.10 m以上的清晰原始影像為背景影像，并選取棱角顯著、近乎直角的邊角以及道路交叉口中心等能分辨出細(xì)小單位的特征地物為參照物。

以該水庫測區(qū)內(nèi)已經(jīng)布置的E 級(jí)控制網(wǎng)為基礎(chǔ)，應(yīng)用GPS+RTK技術(shù)，并在技術(shù)人員的帶領(lǐng)下展開測量，固定觀測時(shí)長控制在20 s。在相應(yīng)測量作業(yè)結(jié)束后，技術(shù)人員在數(shù)字刺點(diǎn)片上刺出對應(yīng)點(diǎn)位，并合理描述點(diǎn)位信息。完成測量控制任務(wù)后全面檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，確保數(shù)據(jù)精度不小于0.03 m，以確保達(dá)到外業(yè)控制測量精度要求。

2.3.2 外業(yè)攝影

外業(yè)低空攝影主要使用拓普康天狼星SIRIUS PRO無人機(jī)航測系統(tǒng)及北京優(yōu)飛RTK無人機(jī)展開，影像分辨率不超出10 cm，航向及旁向重疊度在80%和60%以上。低空飛行攝影前根據(jù)施測期間的風(fēng)力、風(fēng)向、能見度等制定合理的飛行計(jì)劃，施測期間飛行器姿態(tài)必須平穩(wěn)，所獲取的影像必須清晰。外業(yè)施測過程中，必須借助機(jī)身RTK進(jìn)行點(diǎn)坐標(biāo)實(shí)時(shí)定位曝光，并展開基本平面高程控制測量輸出的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)解算各曝光點(diǎn)坐標(biāo)。外業(yè)攝影結(jié)束后，必須及時(shí)填寫飛行記錄，篩查影像數(shù)據(jù)，重點(diǎn)檢查航攝范圍的吻合度、影像資料完整性、清晰度及重疊度等。

應(yīng)用專業(yè)軟件處理影像數(shù)據(jù)，輸出分辨率為0.10 m的數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）和文檔對象模型（Document Object Model，DOM）等數(shù)據(jù)，同時(shí)對輸出結(jié)果展開質(zhì)量檢查，繪制各類數(shù)據(jù)分幅圖及外業(yè)低空攝影過程、結(jié)果檢查表。借助專業(yè)軟件對數(shù)字高程模型和文檔對象模型數(shù)據(jù)進(jìn)行分幅，分幅標(biāo)準(zhǔn)及文件名必須與地形圖保持一致，圖幅尺寸均統(tǒng)一為50 cm×50 cm，按照真實(shí)坐標(biāo)及1∶50 000的比例尺繪制圖幅接圖表。

2.3.3 水下地形測量

采用多波束測深系統(tǒng)展開關(guān)壩水庫水下地形掃射，同時(shí)通過RTK與測深儀或無人測量船的配合施測。每次施測前及測量結(jié)束后均應(yīng)展開測深儀現(xiàn)場比對，并將測前測后改正數(shù)之差控制在0.10 m以內(nèi)。主掃測線必須和等深線總方向平行，檢查線則應(yīng)與主測線方向垂直；掃趟間重疊寬度應(yīng)不小于定位中誤差的1.5倍。

關(guān)壩水庫庫區(qū)水深測量時(shí)，必須加強(qiáng)測深數(shù)據(jù)覆蓋率及測深信號(hào)質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對于水深數(shù)據(jù)漏空、覆蓋不足及質(zhì)量精度不符合要求的情況必須及時(shí)補(bǔ)測。結(jié)束外業(yè)測量后，應(yīng)再次全面核查多波束測深系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)，在準(zhǔn)確選用測船配置文件、濾波參數(shù)，保證數(shù)據(jù)完整的基礎(chǔ)上將導(dǎo)航、水深等數(shù)據(jù)粗差剔除并對剩余數(shù)據(jù)抽稀處理。校核無誤后讀取3～5 個(gè)水深點(diǎn)的三維坐標(biāo)，進(jìn)行篩查檢驗(yàn)；基于測區(qū)面積、水深點(diǎn)分布、水下地形特征選取數(shù)字地形（Digital Terrain Model，DTM）模型參數(shù)，并通過系統(tǒng)軟件自動(dòng)生成水下數(shù)字地形模型，準(zhǔn)確體現(xiàn)水下地形地貌；同時(shí)自動(dòng)生成水下等深線，在修改及重新編輯后得到水下地形測繪圖。

2.3.4 內(nèi)業(yè)繪制地形圖

應(yīng)用清華大學(xué)的土木系與北京清華山維公司聯(lián)合開發(fā)的EPS電子平板三維測圖軟件系統(tǒng)并按照《國家基本比例尺地圖圖式第1 部分：1∶500、1∶1 000、1∶2 000 地形圖圖式》的具體要求繪制關(guān)壩水庫地形圖，輸出AUTOCAD 格式的數(shù)字文件，確保所得到的地形測繪圖中地理要素符號(hào)全部滿足圖式要求。

3 結(jié)論

綜上所述，隨著行業(yè)對水資源開發(fā)利用要求的不斷提高，必須對水庫陸上及水下地形展開深入了解，這也對水庫地形圖測繪工作提出更高要求。測繪自動(dòng)化、智能化技術(shù)在關(guān)壩水庫地形圖測繪中的聯(lián)合應(yīng)用，使水庫地形圖測繪過程中外業(yè)工作量減小，內(nèi)業(yè)智能化程度提高，受天氣等外界因素的影響也比傳統(tǒng)航測減小，得到高精度的DOM 及DEM 等地形圖結(jié)果，不僅為管理部門深入了解水庫基本情況、運(yùn)行實(shí)際、潛在病害及加固養(yǎng)護(hù)等提供了保證，也為水庫水利資源的合理配置與高效利用奠定了基礎(chǔ)。