水库地形图测绘中多种技术方法的应用分析

彭玉生

(安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，合肥 230000)

1 水库地形图测绘技术概述

在水库地形图测绘中，受到实际地形条件的限制，传统地形图测绘技术存在周期长、人力投入大的问题，且往往无法满足高精度、快速成图的水利工程建设需求。目前，我国在水库测绘技术方面的研究也在不断更新与发展，各种先进的测绘技术得到了推广应用。水库地形图测绘主要分为陆上与水下地形测量，其中，陆上地形测量中，航空摄影测量技术、卫星遥感测量技术、GNSS 测量技术、三维激光扫描测量技术、高精度全站仪测量技术等逐渐成熟并得到了推广应用，较好的满足库区复杂地形测量需要；水下地形测量的难度更高，传统测量技术限制多、工作量大，其由于水底地形、水流状态复杂，河床地势参差不齐，以致于水下地形测量精度较差，目前回声测深仪、电子经纬仪、全站仪、GNSS 导航测量技术、数字化测量系统的出现与推广，为水下地形测量效率、精度的提高提供了重要支撑[1]。从水库地形图测绘实践来看，需要上述多种技术方法的联合应用，方可对水库陆上、水下地形有一个全面、精确的了解，最终为水利工程建设与运行提供可靠的数据与资料支撑。

2 定远县清淤扩容水库地形图测绘任务

2.1 项目背景

定远县位于安徽省东部，地处江淮之间，隶属安徽省滁州市，有土地复垦项目的23座水库分布全县，位置分散。为满足定远县23座清淤扩容水库对水库库容、特征水位影响和水库安全运行影响的复核和分析，需测绘23座清淤扩容水库地形图，地形图测绘比例尺1∶2000，测量范围：库区为坝顶(或防洪墙)高程以下部分，坝区为大坝外坝脚外100m。

2.2 主要技术指标

1)本项目测量采用坐标系统为国家2000大地坐标系，高程系统为1985国家高程基准。

2)库区地形图测绘比例尺：1∶2000，基本等高距0.5m。

3)地形图地物点平面中误差≤1.2m，地形点高程中误差限差陆地≤0.12m水下为0.25m，隐蔽和困难地区可适当放宽。

2.3 测绘具体任务

1)基本控制测量：基本平面高程控制采用RTK连接AHCORS系统在控制点模式下测量，外业测量完成后对原始数据(.Html格式文件)应下载保存，经检查合格后送AHCORS中心解算其投影坐标和正常高。基本平面高程控制根据需要埋设标石(或保留固定标志)，标石间距离一般在2-3km。

2)地形图测量：地形图水上部分采用无人机低空摄影测量系统和无人机记载激光雷达(LiDAR)系统测绘，水下部分采用多波束水下测量系统，RTK配合测深仪或无人测量船进行测量。

3)数字地图编辑：地形图采用EPS三维测图软件绘制，数字文件格式为AUTOCAD格式[2]。

4)库容计算及库容曲线绘制：依据测绘资料编制各水库库容和面积统计表，绘制各水库库容曲线和库面积曲线。

5)成果质量检查：测绘成果质量采用两级检查和一级验收方式控制。测绘成果的过程检查由测绘处技术负责人组织，专职质量检查员和项目负责人参加，过程检查采用全数检查；分管总工组织院技术质量管理部门实施本项目测绘产品的最终检查，最终检查一般采用全数检查；最终检查合格后才能办理产品提交手续。

6)提交成果。

3 水库地形图测绘中多种技术方法的应用

3.1 测绘工作流程

项目测绘实施过程主要包含前期策划、外业测量、内业编辑、地形图外业调回、水库库容计算和库容曲线绘制；测绘成果的过程检查、最终检查和验收，测绘产品的防护、交付和服务等。具体流程见图1。

图1 项目实施技术路线和流程图

3.2 地形图测绘中多种技术方法应用

3.2.1 地形图主要参数

地形图测绘比例尺为1∶2000，采用的平面系统为2000国家大地坐标系，高斯正形投影，3度分带，中央子午线117度；高程系统为1985国家高程基准，基本等高距为0.5m，高程注记至0.1m。地形图地物点平面中误差≤1.2m，地形点高程中误差陆地≤0.12m，水下≤0.25m，隐蔽和困难地区可适当放宽。

本次地形图测量范围为定远县23座清淤扩容水库，库区为坝顶(或防洪墙)高程以下部分，坝区为大坝外坝脚外100m。

3.2.2 地形图测绘多种方法

本次地形图水上部分采用无人机低空摄影测量系统和无人机记载激光雷达(LiDAR)系统测绘，水下部分采用多波束水下测量系统，RTK配合测深仪或无人测量船测量；测绘流程为外业低空摄影、影像数据处理、水下高程数据测量，地形图内业编辑和外业调绘[3]。

1)外业低空摄影：

采用优飞飞鹭UV-10和拓普康天狼星无人机航测系统进行低空摄影，相片分辨率≤10cm，航向重叠度>80%，旁向重叠度>60%。飞行前应参照飞行时气候条件(风力，风向、能见度，太阳高度角等)制定飞行计划；飞行时飞机姿态应保持平稳，航摄影像应清晰，如遇阴天和多云天气，能见度较低时应适量降低航高，提高影像分辨率。外业飞行摄影时应使用机身RTK实时定位曝光点坐标，机身RTK测量时应采用本工程基本平面高程控制测量输出的坐标转换参数进行各曝光点坐标解算。外业飞行结束后，应填写航摄飞行记录表，并对获取的影像数据进行检查。检查的主要内容为：航摄范围的满足度，航摄数据完整性，影像的清晰度，重叠度，色彩的柔和度及影像上有无大面积云影、烟影、反光、污点等缺陷。

采用专业软件对影像数据进行处理，并输出数字正射影像图(DOM)、数字高程模型(DEM)等数据，并对输出的DOM、DEM等数据的质量进行检查，并绘制DEM、DOM分幅图和“无人机低空摄影过程检查表”。

影像数据处理后，输出可供地形图和管理范围线测绘的正射影像图(DOM)和数字高程模型(DEM)，DOM和DEM的分辨率为0.1m。采用专业软件对DOM和DEM进行分幅，DOM和DEM的分幅标准和文件名应同地形图分幅一致，图幅尺寸为50cm×50cm正方形，绘制图幅接图表，接图表按真坐标绘制，绘制比例尺为1∶50000。

2)水下地形测量：

水库水下地形采用多波束测深系统进行扫测、RTK配合测深仪或无人测量船测量。每次测深前、后在测区对测深仪进行现场比对，测前、测后所测改正数之差≤0.1m；扫测主测线宜平行于等深线总方向，检查线垂直于主测线方向均匀布设；扫趟间应重叠，其重叠宽度≥定位中误差的1.5倍。

在水深测量过程中，应实时监控测深数据的覆盖情况和测深信号的质量，发现覆盖不足或水深数据漏空，测深信号质量不满足精度要求等情况时应及时进行补测或重测；外业测量结束后，再次核实多波束测深系统的关键参数设置，做好数据转换工作。

在数据转换前，应正确选取测量船只配置文件、滤波参数，在确保数据完整的前提下剔除导航、水深等数据的粗差和数据抽稀，使得数据处理时的显示效果更合理；对经过数据处理后的数据进行检核，读取3-5个水深点的三维坐标值，以检验其正确性；根据测量面积、水深点总数、水下地形特征，合理设置构造DTM模型的参数，采用系统软件生成水下DTM模型，做到准确反映水下地貌总体趋势且不遗漏特征地形点；自动生成水下等深线，通过编辑和修改以获得最佳效果的水下地形图[4]。

3)地形图内业绘制：

地形图采用EPS三维测图软件绘制，数字文件格式为AUTOCAD格式。地形图采用《国家基本比例尺地图图式第一部分：1∶500 1∶1000 1∶2000地形图图式》(GB/T 20257.1—2017)标准绘制，地形图中各类地理要素的符号应符合图式要求。地形图中各类地理要素的测绘和取舍应符合国家基本比例尺地图图式第一部分：1∶500 1∶1000 1∶2000地形图图式》(GB/T 20257.1—2017)和《水利水电工程测量规范》(SL197—2017)第6.2.6、6.2.7、6.2.8条款的要求。

4 结 语

综上所述，为了更合理的开发水资源，保证水利工程安全稳定运行，必须对水库陆上、水下地形有一个全面的了解，由此对水库地形图测绘工作提出了更高的要求。目前，我国测绘技术在处于一个日新月异的快速发展状态，测绘自动化、智能化的实现为水库地形图测绘工作的开展提供了重要支撑，在实际测绘工作中需根据具体情况合理选择测绘技术方法，通过多种方法联合应用，获得全面的、精确的测绘数据，为水库工程建设与运行提供可靠保障。