王超

（贵州省水利水电勘测设计院，贵州 贵阳 550000）

1 概述

因地形条件等的限制，传统测绘技术应用于水库地形图测绘方面，存在施测周期长、投入大，测量精度差，很难为水利工程建设提供切实可行的方案。当前，随着科学技术的不断进步，各种先进的测绘技术开始在水库地形图测绘方面得到应用，如陆地地形测量中的三维激光扫描测量、GNSS 测量、卫星遥感测量、高精度全站仪测量技术等，可较好适应库区复杂地形；水下地形测量中回声测深仪、GNSS 导航仪、电子经纬仪等技术仪器的应用，在克服水下复杂地形及水流流态的同时，为水下地形高精度测量提供了保证。可见，水库地形图测绘实践中必须联合应用多种技术，从而为水库工程建设运行提供可靠数据。

2 水库地形图测绘技术的应用

2.1 工程概况

道真县关坝水库位于道真县旧城镇关坝村，芙蓉江一级支流关坝河上，最低海拔390 m，坝址以上集雨面积为67.40 km2，属于以灌溉为主，兼具防洪、养殖、景观等综合效益的小型水库。测区有少许水田及旱地，有部分退耕还林地，大多为茂密林地，交通条件一般；蓄水湖面积较大，同时还包括大坝、输水隧洞、溢洪道等结构物的建设任务；毒蛇（五步蛇）较多，测量难度较大。为展开该水库拟建情况的全面调查，水库管理部门决定对库区地形图展开测绘。

受设计处委托，以国家2 000 大地坐标系和1 985 国家高程基准为依据，展开道真县关坝水库工程初设阶段的测绘任务，任务有1∶500地形图测量、1∶2 000输水管线地形图测量、GPS控制测量、河道断面测量。地形图地物点平面误差不超出1.20 m，地形点高程误差陆地及水下限差不超出0.12 m 和0.25 m，对于测量难度大且隐蔽区域应适当放宽。

2.2 测绘任务

该水库地形图测绘任务主要包括基本平面高程控制测量、地形图测量、文件编辑、库容及面积曲线绘制、测绘质量检查等。①基本平面高程控制测量：在控制点模式下通过RTK 连接AHCORS 系统展开基本平面高程控制测量，下载并以Html格式保存外业测量中得到的原始数据，筛查合格后传送至AHCORS 中心进行投影坐标及高程解算。根据测绘需要按照2～3 km 间距埋设标石，便于对基本平面高程展开控制。②地形图测量：通过无人机LiDAR 系统及无人机低空摄影测量系统展开水上测绘，同时使用多波束水下测量系统展开水下测绘。无人机LiDAR系统设备参数取值见表1，库区航摄因子设置情况见表2，根据库区形状及成图比例尺要求以及航摄分区、航线敷设原则，在综合考虑施测期间气候条件影响的基础上，进行航线布设，并调整航线间距及飞行参数。③文件编辑：图片形式的测绘结果通过EPS三维测图软件绘制，数据文件则以AUTOCAD格式输出。④绘制库容及面积曲线：结合所得到的测绘资料编制所测水库库容及面积统计表，并生成库容及面积曲线。⑤测绘质量检查：测绘处技术负责人组织水库地形图测绘成果“两级检查，一级验收”过程，项目负责人与质量检查员全程参与；院技术质量管理部门最终检查测绘成果，合格后办理提交。

表1 无人机LiDAR系统设备参数表

表2 库区航摄因子设置情况表

2.3 测绘过程及结果

2.3.1 布置像控点

结合该水库地形条件，在整个测区内按照Z字形布置像控点，并在地形复杂、隐蔽区域设置穿插检查点，保证获取1∶1 000 数字线划图。通过分析库区实际情况，像控条件缺失，故在具体测绘过程中必须承担测量高程点，提升测绘结果精度。

在制作数字刺点片时，必须以分辨率在0.10 m以上的清晰原始影像为背景影像，并选取棱角显著、近乎直角的边角以及道路交叉口中心等能分辨出细小单位的特征地物为参照物。

以该水库测区内已经布置的E 级控制网为基础，应用GPS+RTK技术，并在技术人员的带领下展开测量，固定观测时长控制在20 s。在相应测量作业结束后，技术人员在数字刺点片上刺出对应点位，并合理描述点位信息。完成测量控制任务后全面检查数据质量，确保数据精度不小于0.03 m，以确保达到外业控制测量精度要求。

2.3.2 外业摄影

外业低空摄影主要使用拓普康天狼星SIRIUS PRO无人机航测系统及北京优飞RTK无人机展开，影像分辨率不超出10 cm，航向及旁向重叠度在80%和60%以上。低空飞行摄影前根据施测期间的风力、风向、能见度等制定合理的飞行计划，施测期间飞行器姿态必须平稳，所获取的影像必须清晰。外业施测过程中，必须借助机身RTK进行点坐标实时定位曝光，并展开基本平面高程控制测量输出的坐标转换参数解算各曝光点坐标。外业摄影结束后，必须及时填写飞行记录，筛查影像数据，重点检查航摄范围的吻合度、影像资料完整性、清晰度及重叠度等。

应用专业软件处理影像数据，输出分辨率为0.10 m的数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）和文档对象模型（Document Object Model，DOM）等数据，同时对输出结果展开质量检查，绘制各类数据分幅图及外业低空摄影过程、结果检查表。借助专业软件对数字高程模型和文档对象模型数据进行分幅，分幅标准及文件名必须与地形图保持一致，图幅尺寸均统一为50 cm×50 cm，按照真实坐标及1∶50 000的比例尺绘制图幅接图表。

2.3.3 水下地形测量

采用多波束测深系统展开关坝水库水下地形扫射，同时通过RTK与测深仪或无人测量船的配合施测。每次施测前及测量结束后均应展开测深仪现场比对，并将测前测后改正数之差控制在0.10 m以内。主扫测线必须和等深线总方向平行，检查线则应与主测线方向垂直；扫趟间重叠宽度应不小于定位中误差的1.5倍。

关坝水库库区水深测量时，必须加强测深数据覆盖率及测深信号质量的实时监控，对于水深数据漏空、覆盖不足及质量精度不符合要求的情况必须及时补测。结束外业测量后，应再次全面核查多波束测深系统关键参数，在准确选用测船配置文件、滤波参数，保证数据完整的基础上将导航、水深等数据粗差剔除并对剩余数据抽稀处理。校核无误后读取3～5 个水深点的三维坐标，进行筛查检验；基于测区面积、水深点分布、水下地形特征选取数字地形（Digital Terrain Model，DTM）模型参数，并通过系统软件自动生成水下数字地形模型，准确体现水下地形地貌；同时自动生成水下等深线，在修改及重新编辑后得到水下地形测绘图。

2.3.4 内业绘制地形图

应用清华大学的土木系与北京清华山维公司联合开发的EPS电子平板三维测图软件系统并按照《国家基本比例尺地图图式第1 部分：1∶500、1∶1 000、1∶2 000 地形图图式》的具体要求绘制关坝水库地形图，输出AUTOCAD 格式的数字文件，确保所得到的地形测绘图中地理要素符号全部满足图式要求。

3 结论

综上所述，随着行业对水资源开发利用要求的不断提高，必须对水库陆上及水下地形展开深入了解，这也对水库地形图测绘工作提出更高要求。测绘自动化、智能化技术在关坝水库地形图测绘中的联合应用，使水库地形图测绘过程中外业工作量减小，内业智能化程度提高，受天气等外界因素的影响也比传统航测减小，得到高精度的DOM 及DEM 等地形图结果，不仅为管理部门深入了解水库基本情况、运行实际、潜在病害及加固养护等提供了保证，也为水库水利资源的合理配置与高效利用奠定了基础。