高山峽谷無人區水利測繪技術分析

蔣春雷

（桂林市水利水電勘測設計院研究院，廣西 桂林541001）

0 前言

隨著我國西部大開發的宏偉戰略目標付諸實施西電東送工程序幕已拉開給西部各省市的經濟發展帶來了無限商機。通過幾年的開發靠近內地的廣西、貴州、重慶等省市的大中型水電站基本完成勘測設計工作有的已經進入施工開發階段有的部分已建成投產各大勘測設計院重心已轉移至條件異常艱苦的高山峽谷無人地區。

1 問題的提出

高山峽谷無人地區人煙稀少大中型河流多、比降大水力資源十分豐富占全國水能資源儲量的1/3以上。其水電開發自然條件差工作條件苦可利用的測繪資料少，開發難度大。

1.1 自然條件差

這些地區河段地形基本屬高山峽谷，河道深切地形破碎河流兩側岸坡較陡，局部岸坡度達50度以上，且地表多為松散的泥土碎石。人無法行走施測難度極大，相對高差大氣候垂直分帶明顯，河床比降大灘陡水，急行船困難水下地形測量難度較高。

1.2 工作條件苦

這些地區交通條件差，公路零星分布。密度極低，加上沿線地質災害頻發，損毀路段多路況較差，汛期通行堵車嚴重且沿河幾十千米長的無人區比比皆是，人煙稀少作業時聘請臨時工十分困難。

1.3 可利用的測繪資料少

這些地區經濟發展相對落后，基礎測繪資料少，已知國家控制點密度低。 一般沒有 1：1 萬地形圖，僅有 1：5 萬、1：10 萬等中小比例尺，地形圖精度較低不能滿足河流水電規劃等階段用途要求。

1.4 業主時間要求緊、精度要求高

目前水電投資多元化水電開發程序簡化，業主時間要求緊，勘測設計周期大大縮短，留給測量的時間不多，且多個階段測量工作一步到位，精度要求相對較高。如何在這類地區快速、經濟、有效開展水電測繪工作將是擺在廣大水電測繪工作者面前的一道難題。

2 高山峽谷無人區水電測繪作業方案

高山峽谷無人區水電測繪主要內容包括：測區控制測量、1：1萬地形圖繪制、河道斷面測量等。 在高山峽谷無人區開展測量工作難度極大而且精度要求高、時間緊，采用常規測量方式將無法完成這些測繪工作。如控制測量跨越無人區、無人區地形圖測繪等問題。必須采用較先進的測量儀器設備和測繪新技術，才能完成水電測繪工作。主要測繪作業方案如下：基本平面控制網一般布設GPS工程控制網，基本高程控制一般沿河敷設為附合或支水準路線，二等水準路線采用幾何水準方式，施測三等以下水準路線主要采用測距三角高程代替。測區1：1萬地形圖測繪、河道斷面圖測繪、建筑物區大比例尺地形圖測繪、庫區用地圖測繪主要采用航空攝影測量方式。河道縱斷面圖深泓線、河道橫斷面和建筑物區大比例尺地形圖水下地形測量部分主要采用數字測深儀進行。測區航空攝影測量采用GPS輔助空中三角測量或POSIMU/DGPS輔助航空攝影測量技術完成。

3 控制測量工作的實現

控制測量包括平面控制測量和高程控制測量兩部分，要求全測區布設統一的基本控制網。測區基本平面控制網基本圖形為邊聯式沿河布置的帶狀三角形網作業模式為GPS靜態測量精度等級根據測區大小通常為C級、D級或E級?；靖叱炭刂茰y量一般沿河敷設為附合或支水準路線二等水準路線，采用幾何水準方式施測三等以下水準路線，主要采用測距三角高程代替。測區內無人區段多、長短不一、較長區段可達六七十千米。多數相鄰無人區之間只通人行小路，距公路幾十上百千米且需翻越多座相對高差達二三千米的山嶺，測量難度極高。如何穿越無人區是測區基本控制測量成敗關鍵之所在，對控制測量設計方案選擇起主導作用。

3.1 無人區平面控制測量方案

目前用于控制測量的GPS接收機主要分單頻測量型GPS接收機和雙頻測量型GPS接收機。單頻測量型GPS接收機相對定位測量有效距離在20kin以內，而雙頻測量型GPS接收機相對定位測量有效距離可達100kin以上。因此基本平面控制測量穿越無人區可采用（短邊和長邊）兩種作業方案。建議采用雙頻GPS靜態測量長邊作業方案開展工作。由于無人區主要位于電站庫區內河道縱橫斷面、庫區用地圖等主要測量工作已通過航空攝影測量的方式解決庫區可少布設或不布設平面控制點，但規范要求測區平面控制網為統一整體網無人區。長度一般大于規范C級CPS網，平均邊長超過15km規定，但滿足規范B級GPS網平均邊長70km要求，故采用雙頻GPS直接在無人區首尾各布設一對點，參照B級網方法觀測。觀測后采用專門的軟件對全網進行基線解算和平差計算。該方案缺點是要求采用雙頻GPS接收機觀測和專用軟件解算優點是人力物力花費小耗時短工作安全度高。

3.2 無人區高程控制測量方案

采用傳統測量作業方法基本高程控制網無法穿過無人區，具體作業方法是等級水準路線布設至無人區兩端使用GPS高程進行檢測，而對于距國家已知高程點達幾十上百千米且需翻越多座相對高差達二三千米的山嶺，相鄰無人區之間地段高程控制可采用GPS高程。觀測與基本平面控制同時進行，但在相鄰無人區段前后的兩對點均要求按高等級水準精度聯測高程以提高GPS網高程擬合精度。

3.3 河道斷面測量工作的實現

河道的斷面測量包括河道縱斷匾和河道橫斷面測量兩項工作。河道縱斷面測量內容包括測定工作水位、同時水位、深泓線、里程、支流匯口、過河建筑、道路、耕地、居民點、灘險、橋等的高程、位置等并標識有關斷面名稱。傳統測量方法一般采用等外水準或測距三角高程測量但無法施測無人區。河道橫斷面測量一般按地形測量點精度施測除無人區橫斷面外部分斷面位置河岸地形陡峭地表為松散的泥土碎石或雜草難于行人或測量設站同樣無法采用傳統的全站儀人工立尺或“電子經緯儀免棱鏡測距儀”的方式測量。最佳作業方法采用大比例尺航空攝影測量。 大比例尺航空攝影一般在枯水季節實施攝影間隔時間短水位變幅極小攝影時的工作水位可視為同時水位。由于河道灘陡水急縱斷面深泓線測量一般采用測深儀測量若采用鉛魚、插桿的傳統測量方式測量精度太差或無法實施。為安全著想測量一般采用從下游往上游逐步推進方式進行。

3.4 大比例尺航空攝影測量技術

高分辨率衛星影像在作大量地面控制點無人區實施難度非常大情況下，可以測繪1：1萬地形圖，但精度不能滿足建筑物區大比例尺地形圖、庫區用地圖、河道斷面等測量要求，費用與大比例尺航空攝影相當，而大比例尺航空攝影測量除能夠完成這些工作外，還能進行規劃專業庫區淹沒實物指標調查、制作內容詳盡的正射影像圖等。若采用先進的輔助航空攝影測量技術，可少用或不用地面控制點資料，為此推薦使用大比例尺輔助航空攝影測量。水電工程測區一般為帶狀測區，沿天然河道布置寬度通常只有幾千米，航空攝影時須劃為多個小分區才能覆蓋測區。采用普通技術航空攝影測量航測外業工作量大。由于存在無法穿越無人區全野外布設，像控點方案不具備可操作性區域網布點，方案由于要求每個攝影分區均勻布設9個以上平高點和3排高程點同樣難以實施。采用輔助航空攝影測量技術航測外業工作量大大減小，主要是在航攝前要布設幾個地面基站。最新的輔助航空攝影測量技術有兩種：GPS輔助空中三角測量和POSIMU/DGPS輔助航空攝影測量。GPS輔助空中三角測量是利用安裝在飛機上與航攝儀相連接的，一臺GPS接收機和設在地面基準站上，至少兩臺接收機同步連續地觀測GPS衛星信號，同時獲取航空攝影航攝儀快門開啟瞬間脈沖，通過GPS載波相位測量差分定位技術的離線后處理，獲取航攝儀曝光時刻相機中心的三維坐標，并在每個攝影分區四角增設四個平高控制點，并用這四個點成果聯合機載GPS天線，相位中心坐標進行全區域一組漂移誤差改正參數的區域聯合平差，確定相片外方位元素的一種輔助航空攝影測量技術。

4 結束語

通過引進測量新技術、新裝備在高山峽谷無人區水電測繪工作中的應用，一方面，減少測量外業工作時間降低，勘測外業生產成本提高，勘測工作效率加快設計工作進度縮短，水電能源開發周期；另一方面，降低在高山峽谷無人或少人區測繪工作的危險性，提高安全作業系數。目前全國大型水電開發重心轉移到西藏地區及滇藏、川藏結合帶，其水電測繪工作可采用相似的測量技術與方法。