蔣春雷

（桂林市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院研究院，廣西 桂林541001）

0 前言

隨著我國西部大開發(fā)的宏偉戰(zhàn)略目標(biāo)付諸實(shí)施西電東送工程序幕已拉開給西部各省市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了無限商機(jī)。通過幾年的開發(fā)靠近內(nèi)地的廣西、貴州、重慶等省市的大中型水電站基本完成勘測(cè)設(shè)計(jì)工作有的已經(jīng)進(jìn)入施工開發(fā)階段有的部分已建成投產(chǎn)各大勘測(cè)設(shè)計(jì)院重心已轉(zhuǎn)移至條件異常艱苦的高山峽谷無人地區(qū)。

1 問題的提出

高山峽谷無人地區(qū)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(chǔ)量的1/3以上。其水電開發(fā)自然條件差工作條件苦可利用的測(cè)繪資料少，開發(fā)難度大。

1.1 自然條件差

這些地區(qū)河段地形基本屬高山峽谷，河道深切地形破碎河流兩側(cè)岸坡較陡，局部岸坡度達(dá)50度以上，且地表多為松散的泥土碎石。人無法行走施測(cè)難度極大，相對(duì)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(cè)量難度較高。

1.2 工作條件苦

這些地區(qū)交通條件差，公路零星分布。密度極低，加上沿線地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，損毀路段多路況較差，汛期通行堵車嚴(yán)重且沿河幾十千米長的無人區(qū)比比皆是，人煙稀少作業(yè)時(shí)聘請(qǐng)臨時(shí)工十分困難。

1.3 可利用的測(cè)繪資料少

這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后，基礎(chǔ)測(cè)繪資料少，已知國家控制點(diǎn)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(guī)劃等階段用途要求。

1.4 業(yè)主時(shí)間要求緊、精度要求高

目前水電投資多元化水電開發(fā)程序簡化，業(yè)主時(shí)間要求緊，勘測(cè)設(shè)計(jì)周期大大縮短，留給測(cè)量的時(shí)間不多，且多個(gè)階段測(cè)量工作一步到位，精度要求相對(duì)較高。如何在這類地區(qū)快速、經(jīng)濟(jì)、有效開展水電測(cè)繪工作將是擺在廣大水電測(cè)繪工作者面前的一道難題。

2 高山峽谷無人區(qū)水電測(cè)繪作業(yè)方案

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

3 控制測(cè)量工作的實(shí)現(xiàn)

控制測(cè)量包括平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量兩部分，要求全測(cè)區(qū)布設(shè)統(tǒng)一的基本控制網(wǎng)。測(cè)區(qū)基本平面控制網(wǎng)基本圖形為邊聯(lián)式沿河布置的帶狀三角形網(wǎng)作業(yè)模式為GPS靜態(tài)測(cè)量精度等級(jí)根據(jù)測(cè)區(qū)大小通常為C級(jí)、D級(jí)或E級(jí)。基本高程控制測(cè)量一般沿河敷設(shè)為附合或支水準(zhǔn)路線二等水準(zhǔn)路線，采用幾何水準(zhǔn)方式施測(cè)三等以下水準(zhǔn)路線，主要采用測(cè)距三角高程代替。測(cè)區(qū)內(nèi)無人區(qū)段多、長短不一、較長區(qū)段可達(dá)六七十千米。多數(shù)相鄰無人區(qū)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(duì)高差達(dá)二三千米的山嶺，測(cè)量難度極高。如何穿越無人區(qū)是測(cè)區(qū)基本控制測(cè)量成敗關(guān)鍵之所在，對(duì)控制測(cè)量設(shè)計(jì)方案選擇起主導(dǎo)作用。

3.1 無人區(qū)平面控制測(cè)量方案

目前用于控制測(cè)量的GPS接收機(jī)主要分單頻測(cè)量型GPS接收機(jī)和雙頻測(cè)量型GPS接收機(jī)。單頻測(cè)量型GPS接收機(jī)相對(duì)定位測(cè)量有效距離在20kin以內(nèi)，而雙頻測(cè)量型GPS接收機(jī)相對(duì)定位測(cè)量有效距離可達(dá)100kin以上。因此基本平面控制測(cè)量穿越無人區(qū)可采用（短邊和長邊）兩種作業(yè)方案。建議采用雙頻GPS靜態(tài)測(cè)量長邊作業(yè)方案開展工作。由于無人區(qū)主要位于電站庫區(qū)內(nèi)河道縱橫斷面、庫區(qū)用地圖等主要測(cè)量工作已通過航空攝影測(cè)量的方式解決庫區(qū)可少布設(shè)或不布設(shè)平面控制點(diǎn)，但規(guī)范要求測(cè)區(qū)平面控制網(wǎng)為統(tǒng)一整體網(wǎng)無人區(qū)。長度一般大于規(guī)范C級(jí)CPS網(wǎng)，平均邊長超過15km規(guī)定，但滿足規(guī)范B級(jí)GPS網(wǎng)平均邊長70km要求，故采用雙頻GPS直接在無人區(qū)首尾各布設(shè)一對(duì)點(diǎn)，參照B級(jí)網(wǎng)方法觀測(cè)。觀測(cè)后采用專門的軟件對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行基線解算和平差計(jì)算。該方案缺點(diǎn)是要求采用雙頻GPS接收機(jī)觀測(cè)和專用軟件解算優(yōu)點(diǎn)是人力物力花費(fèi)小耗時(shí)短工作安全度高。

3.2 無人區(qū)高程控制測(cè)量方案

采用傳統(tǒng)測(cè)量作業(yè)方法基本高程控制網(wǎng)無法穿過無人區(qū)，具體作業(yè)方法是等級(jí)水準(zhǔn)路線布設(shè)至無人區(qū)兩端使用GPS高程進(jìn)行檢測(cè)，而對(duì)于距國家已知高程點(diǎn)達(dá)幾十上百千米且需翻越多座相對(duì)高差達(dá)二三千米的山嶺，相鄰無人區(qū)之間地段高程控制可采用GPS高程。觀測(cè)與基本平面控制同時(shí)進(jìn)行，但在相鄰無人區(qū)段前后的兩對(duì)點(diǎn)均要求按高等級(jí)水準(zhǔn)精度聯(lián)測(cè)高程以提高GPS網(wǎng)高程擬合精度。

3.3 河道斷面測(cè)量工作的實(shí)現(xiàn)

河道的斷面測(cè)量包括河道縱斷匾和河道橫斷面測(cè)量兩項(xiàng)工作。河道縱斷面測(cè)量內(nèi)容包括測(cè)定工作水位、同時(shí)水位、深泓線、里程、支流匯口、過河建筑、道路、耕地、居民點(diǎn)、灘險(xiǎn)、橋等的高程、位置等并標(biāo)識(shí)有關(guān)斷面名稱。傳統(tǒng)測(cè)量方法一般采用等外水準(zhǔn)或測(cè)距三角高程測(cè)量但無法施測(cè)無人區(qū)。河道橫斷面測(cè)量一般按地形測(cè)量點(diǎn)精度施測(cè)除無人區(qū)橫斷面外部分?jǐn)嗝嫖恢煤影兜匦味盖偷乇頌樗缮⒌哪嗤了槭螂s草難于行人或測(cè)量設(shè)站同樣無法采用傳統(tǒng)的全站儀人工立尺或“電子經(jīng)緯儀免棱鏡測(cè)距儀”的方式測(cè)量。最佳作業(yè)方法采用大比例尺航空攝影測(cè)量。 大比例尺航空攝影一般在枯水季節(jié)實(shí)施攝影間隔時(shí)間短水位變幅極小攝影時(shí)的工作水位可視為同時(shí)水位。由于河道灘陡水急縱斷面深泓線測(cè)量一般采用測(cè)深儀測(cè)量若采用鉛魚、插桿的傳統(tǒng)測(cè)量方式測(cè)量精度太差或無法實(shí)施。為安全著想測(cè)量一般采用從下游往上游逐步推進(jìn)方式進(jìn)行。

3.4 大比例尺航空攝影測(cè)量技術(shù)

高分辨率衛(wèi)星影像在作大量地面控制點(diǎn)無人區(qū)實(shí)施難度非常大情況下，可以測(cè)繪1：1萬地形圖，但精度不能滿足建筑物區(qū)大比例尺地形圖、庫區(qū)用地圖、河道斷面等測(cè)量要求，費(fèi)用與大比例尺航空攝影相當(dāng)，而大比例尺航空攝影測(cè)量除能夠完成這些工作外，還能進(jìn)行規(guī)劃專業(yè)庫區(qū)淹沒實(shí)物指標(biāo)調(diào)查、制作內(nèi)容詳盡的正射影像圖等。若采用先進(jìn)的輔助航空攝影測(cè)量技術(shù)，可少用或不用地面控制點(diǎn)資料，為此推薦使用大比例尺輔助航空攝影測(cè)量。水電工程測(cè)區(qū)一般為帶狀測(cè)區(qū)，沿天然河道布置寬度通常只有幾千米，航空攝影時(shí)須劃為多個(gè)小分區(qū)才能覆蓋測(cè)區(qū)。采用普通技術(shù)航空攝影測(cè)量航測(cè)外業(yè)工作量大。由于存在無法穿越無人區(qū)全野外布設(shè)，像控點(diǎn)方案不具備可操作性區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)，方案由于要求每個(gè)攝影分區(qū)均勻布設(shè)9個(gè)以上平高點(diǎn)和3排高程點(diǎn)同樣難以實(shí)施。采用輔助航空攝影測(cè)量技術(shù)航測(cè)外業(yè)工作量大大減小，主要是在航攝前要布設(shè)幾個(gè)地面基站。最新的輔助航空攝影測(cè)量技術(shù)有兩種：GPS輔助空中三角測(cè)量和POSIMU/DGPS輔助航空攝影測(cè)量。GPS輔助空中三角測(cè)量是利用安裝在飛機(jī)上與航攝儀相連接的，一臺(tái)GPS接收機(jī)和設(shè)在地面基準(zhǔn)站上，至少兩臺(tái)接收機(jī)同步連續(xù)地觀測(cè)GPS衛(wèi)星信號(hào)，同時(shí)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(cè)量差分定位技術(shù)的離線后處理，獲取航攝儀曝光時(shí)刻相機(jī)中心的三維坐標(biāo)，并在每個(gè)攝影分區(qū)四角增設(shè)四個(gè)平高控制點(diǎn)，并用這四個(gè)點(diǎn)成果聯(lián)合機(jī)載GPS天線，相位中心坐標(biāo)進(jìn)行全區(qū)域一組漂移誤差改正參數(shù)的區(qū)域聯(lián)合平差，確定相片外方位元素的一種輔助航空攝影測(cè)量技術(shù)。

4 結(jié)束語

通過引進(jìn)測(cè)量新技術(shù)、新裝備在高山峽谷無人區(qū)水電測(cè)繪工作中的應(yīng)用，一方面，減少測(cè)量外業(yè)工作時(shí)間降低，勘測(cè)外業(yè)生產(chǎn)成本提高，勘測(cè)工作效率加快設(shè)計(jì)工作進(jìn)度縮短，水電能源開發(fā)周期；另一方面，降低在高山峽谷無人或少人區(qū)測(cè)繪工作的危險(xiǎn)性，提高安全作業(yè)系數(shù)。目前全國大型水電開發(fā)重心轉(zhuǎn)移到西藏地區(qū)及滇藏、川藏結(jié)合帶，其水電測(cè)繪工作可采用相似的測(cè)量技術(shù)與方法。