高山峡谷无人区水利测绘技术分析

蒋春雷

（桂林市水利水电勘测设计院研究院，广西 桂林541001）

0 前言

随着我国西部大开发的宏伟战略目标付诸实施西电东送工程序幕已拉开给西部各省市的经济发展带来了无限商机。通过几年的开发靠近内地的广西、贵州、重庆等省市的大中型水电站基本完成勘测设计工作有的已经进入施工开发阶段有的部分已建成投产各大勘测设计院重心已转移至条件异常艰苦的高山峡谷无人地区。

1 问题的提出

高山峡谷无人地区人烟稀少大中型河流多、比降大水力资源十分丰富占全国水能资源储量的1/3以上。其水电开发自然条件差工作条件苦可利用的测绘资料少，开发难度大。

1.1 自然条件差

这些地区河段地形基本属高山峡谷，河道深切地形破碎河流两侧岸坡较陡，局部岸坡度达50度以上，且地表多为松散的泥土碎石。人无法行走施测难度极大，相对高差大气候垂直分带明显，河床比降大滩陡水，急行船困难水下地形测量难度较高。

1.2 工作条件苦

这些地区交通条件差，公路零星分布。密度极低，加上沿线地质灾害频发，损毁路段多路况较差，汛期通行堵车严重且沿河几十千米长的无人区比比皆是，人烟稀少作业时聘请临时工十分困难。

1.3 可利用的测绘资料少

这些地区经济发展相对落后，基础测绘资料少，已知国家控制点密度低。 一般没有 1：1 万地形图，仅有 1：5 万、1：10 万等中小比例尺，地形图精度较低不能满足河流水电规划等阶段用途要求。

1.4 业主时间要求紧、精度要求高

目前水电投资多元化水电开发程序简化，业主时间要求紧，勘测设计周期大大缩短，留给测量的时间不多，且多个阶段测量工作一步到位，精度要求相对较高。如何在这类地区快速、经济、有效开展水电测绘工作将是摆在广大水电测绘工作者面前的一道难题。

2 高山峡谷无人区水电测绘作业方案

高山峡谷无人区水电测绘主要内容包括：测区控制测量、1：1万地形图绘制、河道断面测量等。 在高山峡谷无人区开展测量工作难度极大而且精度要求高、时间紧，采用常规测量方式将无法完成这些测绘工作。如控制测量跨越无人区、无人区地形图测绘等问题。必须采用较先进的测量仪器设备和测绘新技术，才能完成水电测绘工作。主要测绘作业方案如下：基本平面控制网一般布设GPS工程控制网，基本高程控制一般沿河敷设为附合或支水准路线，二等水准路线采用几何水准方式，施测三等以下水准路线主要采用测距三角高程代替。测区1：1万地形图测绘、河道断面图测绘、建筑物区大比例尺地形图测绘、库区用地图测绘主要采用航空摄影测量方式。河道纵断面图深泓线、河道横断面和建筑物区大比例尺地形图水下地形测量部分主要采用数字测深仪进行。测区航空摄影测量采用GPS辅助空中三角测量或POSIMU/DGPS辅助航空摄影测量技术完成。

3 控制测量工作的实现

控制测量包括平面控制测量和高程控制测量两部分，要求全测区布设统一的基本控制网。测区基本平面控制网基本图形为边联式沿河布置的带状三角形网作业模式为GPS静态测量精度等级根据测区大小通常为C级、D级或E级。基本高程控制测量一般沿河敷设为附合或支水准路线二等水准路线，采用几何水准方式施测三等以下水准路线，主要采用测距三角高程代替。测区内无人区段多、长短不一、较长区段可达六七十千米。多数相邻无人区之间只通人行小路，距公路几十上百千米且需翻越多座相对高差达二三千米的山岭，测量难度极高。如何穿越无人区是测区基本控制测量成败关键之所在，对控制测量设计方案选择起主导作用。

3.1 无人区平面控制测量方案

目前用于控制测量的GPS接收机主要分单频测量型GPS接收机和双频测量型GPS接收机。单频测量型GPS接收机相对定位测量有效距离在20kin以内，而双频测量型GPS接收机相对定位测量有效距离可达100kin以上。因此基本平面控制测量穿越无人区可采用（短边和长边）两种作业方案。建议采用双频GPS静态测量长边作业方案开展工作。由于无人区主要位于电站库区内河道纵横断面、库区用地图等主要测量工作已通过航空摄影测量的方式解决库区可少布设或不布设平面控制点，但规范要求测区平面控制网为统一整体网无人区。长度一般大于规范C级CPS网，平均边长超过15km规定，但满足规范B级GPS网平均边长70km要求，故采用双频GPS直接在无人区首尾各布设一对点，参照B级网方法观测。观测后采用专门的软件对全网进行基线解算和平差计算。该方案缺点是要求采用双频GPS接收机观测和专用软件解算优点是人力物力花费小耗时短工作安全度高。

3.2 无人区高程控制测量方案

采用传统测量作业方法基本高程控制网无法穿过无人区，具体作业方法是等级水准路线布设至无人区两端使用GPS高程进行检测，而对于距国家已知高程点达几十上百千米且需翻越多座相对高差达二三千米的山岭，相邻无人区之间地段高程控制可采用GPS高程。观测与基本平面控制同时进行，但在相邻无人区段前后的两对点均要求按高等级水准精度联测高程以提高GPS网高程拟合精度。

3.3 河道断面测量工作的实现

河道的断面测量包括河道纵断匾和河道横断面测量两项工作。河道纵断面测量内容包括测定工作水位、同时水位、深泓线、里程、支流汇口、过河建筑、道路、耕地、居民点、滩险、桥等的高程、位置等并标识有关断面名称。传统测量方法一般采用等外水准或测距三角高程测量但无法施测无人区。河道横断面测量一般按地形测量点精度施测除无人区横断面外部分断面位置河岸地形陡峭地表为松散的泥土碎石或杂草难于行人或测量设站同样无法采用传统的全站仪人工立尺或“电子经纬仪免棱镜测距仪”的方式测量。最佳作业方法采用大比例尺航空摄影测量。 大比例尺航空摄影一般在枯水季节实施摄影间隔时间短水位变幅极小摄影时的工作水位可视为同时水位。由于河道滩陡水急纵断面深泓线测量一般采用测深仪测量若采用铅鱼、插杆的传统测量方式测量精度太差或无法实施。为安全着想测量一般采用从下游往上游逐步推进方式进行。

3.4 大比例尺航空摄影测量技术

高分辨率卫星影像在作大量地面控制点无人区实施难度非常大情况下，可以测绘1：1万地形图，但精度不能满足建筑物区大比例尺地形图、库区用地图、河道断面等测量要求，费用与大比例尺航空摄影相当，而大比例尺航空摄影测量除能够完成这些工作外，还能进行规划专业库区淹没实物指标调查、制作内容详尽的正射影像图等。若采用先进的辅助航空摄影测量技术，可少用或不用地面控制点资料，为此推荐使用大比例尺辅助航空摄影测量。水电工程测区一般为带状测区，沿天然河道布置宽度通常只有几千米，航空摄影时须划为多个小分区才能覆盖测区。采用普通技术航空摄影测量航测外业工作量大。由于存在无法穿越无人区全野外布设，像控点方案不具备可操作性区域网布点，方案由于要求每个摄影分区均匀布设9个以上平高点和3排高程点同样难以实施。采用辅助航空摄影测量技术航测外业工作量大大减小，主要是在航摄前要布设几个地面基站。最新的辅助航空摄影测量技术有两种：GPS辅助空中三角测量和POSIMU/DGPS辅助航空摄影测量。GPS辅助空中三角测量是利用安装在飞机上与航摄仪相连接的，一台GPS接收机和设在地面基准站上，至少两台接收机同步连续地观测GPS卫星信号，同时获取航空摄影航摄仪快门开启瞬间脉冲，通过GPS载波相位测量差分定位技术的离线后处理，获取航摄仪曝光时刻相机中心的三维坐标，并在每个摄影分区四角增设四个平高控制点，并用这四个点成果联合机载GPS天线，相位中心坐标进行全区域一组漂移误差改正参数的区域联合平差，确定相片外方位元素的一种辅助航空摄影测量技术。

4 结束语

通过引进测量新技术、新装备在高山峡谷无人区水电测绘工作中的应用，一方面，减少测量外业工作时间降低，勘测外业生产成本提高，勘测工作效率加快设计工作进度缩短，水电能源开发周期；另一方面，降低在高山峡谷无人或少人区测绘工作的危险性，提高安全作业系数。目前全国大型水电开发重心转移到西藏地区及滇藏、川藏结合带，其水电测绘工作可采用相似的测量技术与方法。