關壩水庫地形圖測繪技術的應用

王超

（貴州省水利水電勘測設計院，貴州 貴陽 550000）

1 概述

因地形條件等的限制，傳統測繪技術應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提供切實可行的方案。當前，隨著科學技術的不斷進步，各種先進的測繪技術開始在水庫地形圖測繪方面得到應用，如陸地地形測量中的三維激光掃描測量、GNSS 測量、衛星遙感測量、高精度全站儀測量技術等，可較好適應庫區復雜地形；水下地形測量中回聲測深儀、GNSS 導航儀、電子經緯儀等技術儀器的應用，在克服水下復雜地形及水流流態的同時，為水下地形高精度測量提供了保證。可見，水庫地形圖測繪實踐中必須聯合應用多種技術，從而為水庫工程建設運行提供可靠數據。

2 水庫地形圖測繪技術的應用

2.1 工程概況

道真縣關壩水庫位于道真縣舊城鎮關壩村，芙蓉江一級支流關壩河上，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、養殖、景觀等綜合效益的小型水庫。測區有少許水田及旱地，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，同時還包括大壩、輸水隧洞、溢洪道等結構物的建設任務；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查，水庫管理部門決定對庫區地形圖展開測繪。

受設計處委托，以國家2 000 大地坐標系和1 985 國家高程基準為依據，展開道真縣關壩水庫工程初設階段的測繪任務，任務有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。地形圖地物點平面誤差不超出1.20 m，地形點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域應適當放寬。

2.2 測繪任務

該水庫地形圖測繪任務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、測繪質量檢查等。①基本平面高程控制測量：在控制點模式下通過RTK 連接AHCORS 系統展開基本平面高程控制測量，下載并以Html格式保存外業測量中得到的原始數據，篩查合格后傳送至AHCORS 中心進行投影坐標及高程解算。根據測繪需要按照2～3 km 間距埋設標石，便于對基本平面高程展開控制。②地形圖測量：通過無人機LiDAR 系統及無人機低空攝影測量系統展開水上測繪，同時使用多波束水下測量系統展開水下測繪。無人機LiDAR系統設備參數取值見表1，庫區航攝因子設置情況見表2，根據庫區形狀及成圖比例尺要求以及航攝分區、航線敷設原則，在綜合考慮施測期間氣候條件影響的基礎上，進行航線布設，并調整航線間距及飛行參數。③文件編輯：圖片形式的測繪結果通過EPS三維測圖軟件繪制，數據文件則以AUTOCAD格式輸出。④繪制庫容及面積曲線：結合所得到的測繪資料編制所測水庫庫容及面積統計表，并生成庫容及面積曲線。⑤測繪質量檢查：測繪處技術負責人組織水庫地形圖測繪成果“兩級檢查，一級驗收”過程，項目負責人與質量檢查員全程參與；院技術質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LiDAR系統設備參數表

表2 庫區航攝因子設置情況表

2.3 測繪過程及結果

2.3.1 布置像控點

結合該水庫地形條件，在整個測區內按照Z字形布置像控點，并在地形復雜、隱蔽區域設置穿插檢查點，保證獲取1∶1 000 數字線劃圖。通過分析庫區實際情況，像控條件缺失，故在具體測繪過程中必須承擔測量高程點，提升測繪結果精度。

在制作數字刺點片時，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小單位的特征地物為參照物。

以該水庫測區內已經布置的E 級控制網為基礎，應用GPS+RTK技術，并在技術人員的帶領下展開測量，固定觀測時長控制在20 s。在相應測量作業結束后，技術人員在數字刺點片上刺出對應點位，并合理描述點位信息。完成測量控制任務后全面檢查數據質量，確保數據精度不小于0.03 m，以確保達到外業控制測量精度要求。

2.3.2 外業攝影

外業低空攝影主要使用拓普康天狼星SIRIUS PRO無人機航測系統及北京優飛RTK無人機展開，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施測期間的風力、風向、能見度等制定合理的飛行計劃，施測期間飛行器姿態必須平穩，所獲取的影像必須清晰。外業施測過程中，必須借助機身RTK進行點坐標實時定位曝光，并展開基本平面高程控制測量輸出的坐標轉換參數解算各曝光點坐標。外業攝影結束后，必須及時填寫飛行記錄，篩查影像數據，重點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。

應用專業軟件處理影像數據，輸出分辨率為0.10 m的數字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）和文檔對象模型（Document Object Model，DOM）等數據，同時對輸出結果展開質量檢查，繪制各類數據分幅圖及外業低空攝影過程、結果檢查表。借助專業軟件對數字高程模型和文檔對象模型數據進行分幅，分幅標準及文件名必須與地形圖保持一致，圖幅尺寸均統一為50 cm×50 cm，按照真實坐標及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展開關壩水庫水下地形掃射，同時通過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束后均應展開測深儀現場比對，并將測前測后改正數之差控制在0.10 m以內。主掃測線必須和等深線總方向平行，檢查線則應與主測線方向垂直；掃趟間重疊寬度應不小于定位中誤差的1.5倍。

關壩水庫庫區水深測量時，必須加強測深數據覆蓋率及測深信號質量的實時監控，對于水深數據漏空、覆蓋不足及質量精度不符合要求的情況必須及時補測。結束外業測量后，應再次全面核查多波束測深系統關鍵參數，在準確選用測船配置文件、濾波參數，保證數據完整的基礎上將導航、水深等數據粗差剔除并對剩余數據抽稀處理。校核無誤后讀取3～5 個水深點的三維坐標，進行篩查檢驗；基于測區面積、水深點分布、水下地形特征選取數字地形（Digital Terrain Model，DTM）模型參數，并通過系統軟件自動生成水下數字地形模型，準確體現水下地形地貌；同時自動生成水下等深線，在修改及重新編輯后得到水下地形測繪圖。

2.3.4 內業繪制地形圖

應用清華大學的土木系與北京清華山維公司聯合開發的EPS電子平板三維測圖軟件系統并按照《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》的具體要求繪制關壩水庫地形圖，輸出AUTOCAD 格式的數字文件，確保所得到的地形測繪圖中地理要素符號全部滿足圖式要求。

3 結論

綜上所述，隨著行業對水資源開發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。測繪自動化、智能化技術在關壩水庫地形圖測繪中的聯合應用，使水庫地形圖測繪過程中外業工作量減小，內業智能化程度提高，受天氣等外界因素的影響也比傳統航測減小，得到高精度的DOM 及DEM 等地形圖結果，不僅為管理部門深入了解水庫基本情況、運行實際、潛在病害及加固養護等提供了保證，也為水庫水利資源的合理配置與高效利用奠定了基礎。