黃河干流四川段防洪治理工程測(cè)繪實(shí)踐

昝 鵬 劉彥汐

（四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 611100）

0 引言

黃河流域是我國重要的生態(tài)屏障和經(jīng)濟(jì)帶，在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)安全方面具有十分重要的地位，保護(hù)黃河是事關(guān)中華民族偉大復(fù)興和永續(xù)發(fā)展的千秋大計(jì)。目前，黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展已上升為重大國家戰(zhàn)略?！凹訌?qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)”和“保護(hù)黃河長治久安”成為黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的主要目標(biāo)任務(wù)。

隨著我國進(jìn)入新發(fā)展階段，黃河流域面臨著新的形勢(shì)與問題，黃河源區(qū)作為黃河重要的水源補(bǔ)給區(qū)，亟待加強(qiáng)保護(hù)，提升上游水源涵養(yǎng)生態(tài)功能。黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的重大國家戰(zhàn)略及相關(guān)規(guī)劃都將該地區(qū)定位為水源涵養(yǎng)能力提升、生態(tài)保護(hù)和修復(fù)的重點(diǎn)區(qū)域。做好黃河干流四川段防洪工作，既是保障黃河源區(qū)重點(diǎn)河段防洪安全的需要，也是加強(qiáng)黃河上游水源涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，提升水源能力的基礎(chǔ)，黃河干流四川段防洪治理迎來重大機(jī)遇。為了做好黃河干流四川段防洪工作，筆者等參與了黃河干流四川段防洪治理工程測(cè)繪工作，現(xiàn)對(duì)其總結(jié)。

1 黃河干流四川段概況

黃河干流四川段位于黃河上游河源地區(qū)，地處四川、甘肅、青海三省交界，緊鄰青海省三江源國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，屬于黃河源區(qū)，是黃河重要的水源涵養(yǎng)區(qū)。長期以來，該河段兩岸均未安排治理工程，河道處于自然演變狀態(tài)。沿岸地層上部為沖積砂壤土層或細(xì)砂層，下部為沖積砂礫石層，河岸多為臨河陡坎，岸坡穩(wěn)定性差，一旦洪水過后，沿線岸坡就會(huì)發(fā)生不同程度的坍塌，危及草場(chǎng)、濕地及道路、供電等基礎(chǔ)設(shè)施的防洪安全。此外，河道擺動(dòng)和河岸坍塌也易造成局部草場(chǎng)沙化，威脅濕地保護(hù)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定。黃河干流四川段是四川、甘肅兩省的界河，在四川省境內(nèi)流經(jīng)阿壩藏族羌族自治州的阿壩縣和若爾蓋縣，位于黃河右岸；左岸為甘肅省甘南藏族自治州瑪曲縣。由于瑪曲縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)跨越黃河，因此黃河四川段被分成不連續(xù)的上、下游兩段；上段為阿壩縣段，下段為若爾蓋縣段。黃河干流四川段總長174.00km，其中上段從阿壩縣求吉瑪鄉(xiāng)到瑪曲縣齊哈瑪鄉(xiāng)，河長25.20km；下段從瑪曲縣賈曲河口到若爾蓋縣黑河口，河長148.80km[1]。

2 工程測(cè)繪成果規(guī)格

（1）成果種類：平面、高程控制點(diǎn)成果表，1:2000地形圖（含水下），E級(jí)[2]控制點(diǎn)。

（2）坐標(biāo)系：2000國家大地坐標(biāo)系。

（3）高程系統(tǒng)：1985國家基準(zhǔn)高程。

（4）格式：1:2000地形圖，數(shù)字線劃圖（河道水下地形）以AutoCAD2006版本的dwg格式；控制點(diǎn)成果表（doc格式）；采用500mm×500mm正方形標(biāo)準(zhǔn)分幅，采用圖廓西南角坐標(biāo)編號(hào)，x坐標(biāo)在前，y坐標(biāo)在后，坐標(biāo)公里數(shù)取至0.1km[3]；基本等高距為2.0m[4],基本等高距不能充分顯示地貌特征時(shí)應(yīng)加測(cè)間曲線。

3 技術(shù)指標(biāo)

3.1 地形圖精度要求

地形圖的測(cè)制采用中誤差作為衡量精度的指標(biāo)，最大誤差不大于2倍中誤差。地物點(diǎn)對(duì)于附近野外控制點(diǎn)的平面位置中誤差、高程注記點(diǎn)及等高線相對(duì)于附近野外控制點(diǎn)高程中誤差不應(yīng)大于表1和表2的規(guī)定，特殊和困難地區(qū)可按照地形類別放寬0.5倍。

表1 地形圖高程精度要求（單位：m）

表2 地形圖平面精度要求（單位：m）

3.2 E級(jí)GPS網(wǎng)的精度要求

GPS布設(shè)遵循從整體到局部，梯次發(fā)展，逐級(jí)控制的原則。測(cè)區(qū)布設(shè)302個(gè)GPS點(diǎn)作為測(cè)區(qū)平面和高程控制基礎(chǔ)起算點(diǎn)，基礎(chǔ)起算點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在測(cè)區(qū)施測(cè)范圍以外，以達(dá)到控制目的。302個(gè)GPS點(diǎn)連接四川省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)提供的服務(wù)，進(jìn)行GPS快速靜態(tài)相對(duì)定位觀測(cè)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，得到基礎(chǔ)起算點(diǎn)。

基礎(chǔ)起算點(diǎn)控制作業(yè)時(shí)，平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量一起進(jìn)行。GPS接收機(jī)及主要技術(shù)精度要求應(yīng)不低于表3～表5的規(guī)定。

表3 E級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)接收機(jī)的選用

表4 E級(jí)GPS靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量的基本技術(shù)要求

表5 E級(jí)GPS網(wǎng)主要技術(shù)精度要求

觀測(cè)時(shí)應(yīng)盡量量取儀器高2次（測(cè)前、測(cè)后）至毫米，并記錄于觀測(cè)手簿中，2次讀數(shù)較差不大于3㎜，并將中數(shù)輸入GPS接收機(jī)中。

3.3 水下地形測(cè)量精度要求

（1）圖根點(diǎn)相對(duì)于鄰近平面控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不應(yīng)大于圖上0.1mm。

（2）高程控制測(cè)量精度不應(yīng)低于四等水準(zhǔn)測(cè)量要求。

（3）水下地形點(diǎn)的平面位置精度不應(yīng)超過表6的規(guī)定，困難地區(qū)可放寬0.5倍。深度測(cè)量中誤差不應(yīng)超過表7的規(guī)定。

表6 水下地形點(diǎn)平面位置精度

表7 深度測(cè)量中誤差

3.4 其他規(guī)定

（1）各類要素接邊應(yīng)過渡自然，不得改變其形狀和相關(guān)位置，地貌拼接不得產(chǎn)生變形。接邊處的各要素應(yīng)分類正確，保持其屬性值一致。

（2）DLG數(shù)據(jù)必須進(jìn)行接邊處理，相鄰圖幅數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)接邊以內(nèi)圖廓線為準(zhǔn)進(jìn)行相互拼接。接邊內(nèi)容包括數(shù)學(xué)精度、位置精度、屬性內(nèi)容和注記。一般情況下，本幅圖負(fù)責(zé)東、北圖廓邊與相鄰圖幅圖廓邊的接邊工作，當(dāng)相鄰的西、南圖幅為已成圖或已完成最終驗(yàn)收時(shí)，后期生產(chǎn)的圖幅應(yīng)與前期數(shù)據(jù)接邊。完成接邊處理的要素應(yīng)協(xié)調(diào)合理，屬性一致。

（3）圖幅接邊時(shí)地物平面位置和等高線接邊較差一般不得大于表1和表2所列中誤差的2倍，最大不應(yīng)大于2.5倍。

4 工作方案的實(shí)施

4.1 地形圖測(cè)繪

該項(xiàng)目地形圖比例尺為1:2000，根據(jù)測(cè)區(qū)地形情況的擬定采用無人機(jī)航空攝影的方式完成地面數(shù)據(jù)采集。內(nèi)業(yè)對(duì)原始影像和影像POS文件進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。結(jié)合外業(yè)像控成果，進(jìn)行空三加密，恢復(fù)立體，導(dǎo)入檢查點(diǎn)檢測(cè)模型定向精度，立體測(cè)圖，質(zhì)量檢查，成果輸出。

4.1.1 航飛設(shè)計(jì)

根據(jù)測(cè)區(qū)地形以及成圖比例尺的要求，擬定1:2000地形圖地面分辨率不大于5cm，航向重疊80%、旁向重疊60%，具體航線設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)測(cè)區(qū)和任務(wù)范圍進(jìn)行規(guī)劃，在包含測(cè)圖范圍的情況下航線數(shù)盡量少。

4.1.2 像片控制測(cè)量

像片控制測(cè)量是在實(shí)地測(cè)定用于空三加密或直接用于測(cè)圖定向的像片控制點(diǎn)平面位置和高程的測(cè)量。像片控制主要采用RTK模式測(cè)量，平面坐標(biāo)使用轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換為工程坐標(biāo)系；像控點(diǎn)精度滿足圖根點(diǎn)精度要求。

4.1.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

采集獲取的原始數(shù)據(jù)有數(shù)碼影像、影像POS文件、飛行航線數(shù)據(jù)，飛行記錄文件等。需要對(duì)每個(gè)架次的相片數(shù)量和POS文件的記錄內(nèi)容對(duì)應(yīng)核實(shí)，確認(rèn)沒有漏片、黑片，并編輯相片名與POS記錄名一一對(duì)應(yīng)。檢查航攝影像是否色彩清晰均勻，反差適中，必要時(shí)對(duì)原始影像進(jìn)行色彩調(diào)整，以確保影像清晰易于判讀。當(dāng)采集原始影像的坐標(biāo)信息與成果坐標(biāo)不一致，將影像POS文件中的坐標(biāo)信息進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，保持與成果坐標(biāo)系一致。

4.1.4 空三加密

可采用光束法區(qū)域網(wǎng)平差模型進(jìn)行平差解算，其理論是利用中心投影的共線條件方程，通過每個(gè)像點(diǎn)的坐標(biāo)觀測(cè)值，按照最小二乘原理平差，得到各加密點(diǎn)坐標(biāo)?？梢哉{(diào)整POS信息對(duì)平差計(jì)算的權(quán)重。新建工程后，準(zhǔn)確地設(shè)置相機(jī)文件、導(dǎo)入經(jīng)過預(yù)處理的影像數(shù)據(jù)和POS數(shù)據(jù)。建立內(nèi)部金字塔影像之后，進(jìn)行連接點(diǎn)的自動(dòng)、半自動(dòng)匹配?？梢韵热斯ち繙y(cè)像控點(diǎn)后，再進(jìn)行連接點(diǎn)的匹配，匹配的準(zhǔn)確性更高，手動(dòng)編輯的工作量更少。檢查空三成果滿足技術(shù)設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范的要求后，可進(jìn)行立體模型的創(chuàng)建。

4.1.5 創(chuàng)建立體模型

創(chuàng)建立體模型后，先進(jìn)行精度檢查后才可以進(jìn)行立體測(cè)圖。將檢查點(diǎn)成果導(dǎo)入立體模型中，對(duì)照外業(yè)檢查點(diǎn)，在立體模型下量測(cè)每個(gè)檢查點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程值，并與外業(yè)成果進(jìn)行比對(duì)，檢查其精度是否滿足要求。

4.1.6 立體測(cè)圖

立體測(cè)圖可先采集地物、再繪制等高線、高程點(diǎn)。地物采集以定位為主，用適當(dāng)?shù)姆?hào)對(duì)地物進(jìn)行判讀和量測(cè)。對(duì)于水系要素、交通要素、管線及附屬設(shè)施要素、植被與土質(zhì)要素、地貌要素（等高線的采集、高程點(diǎn)的注記、其他地貌要素的表示）、圖幅接邊按既有規(guī)范和技術(shù)設(shè)計(jì)書的要求執(zhí)行。

4.2 水下地形圖測(cè)繪

水下地形測(cè)量采用智能無人測(cè)量船測(cè)量。無人船是一種通過遙控方式或者自主航行方式，借助精確衛(wèi)星定位和自身傳感按照預(yù)設(shè)任務(wù)在水面航行，同步開展水域測(cè)繪等活動(dòng)的智能化水面機(jī)器人。無人船標(biāo)配搭載高分辨率視頻系統(tǒng)，用戶可以在電腦端和手機(jī)端查看視頻數(shù)據(jù)，還提供聲光告警功能和實(shí)時(shí)語音通話功能；通過實(shí)時(shí)高清視頻，可以判斷船頭情況進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻避障，通過報(bào)警和通話極大提高了無人船的通行安全。

5 主要問題

5.1 交通閉塞路況差

河岸兩段人跡罕至，無完善的交通設(shè)施；道路情況差，進(jìn)、出場(chǎng)不便；左、右兩岸繞路嚴(yán)重；車輛涉水行駛，易陷車；天氣變化不定，道路泥濘不堪等都影響測(cè)繪作業(yè)的開展。

5.2 蓄電池失水頻繁容量低

高海拔地區(qū)的低氣壓和低溫對(duì)蓄電池都有影響。低氣壓導(dǎo)致蓄電池的安全閥容易開啟，開啟頻繁就會(huì)導(dǎo)致失水，所以在高海拔地區(qū)使用，循環(huán)壽命可能因?yàn)槭s短；而低溫雖然對(duì)蓄電池的壽命有好處，但是對(duì)電池的容量會(huì)有一定影響，比如零下20℃時(shí)電池的容量只有70%，所以低溫會(huì)減少蓄電池的容量。

5.3 餐食不便、住宿差

該項(xiàng)目測(cè)繪工作時(shí)間長達(dá)5個(gè)多月，吃、住問題相當(dāng)突出。大部分河段距離村鎮(zhèn)和聚居點(diǎn)遠(yuǎn)，為避免在進(jìn)、出場(chǎng)上花費(fèi)太多時(shí)間，當(dāng)設(shè)備電能充沛時(shí)就近居住在臨近的民宿之中；當(dāng)設(shè)備亟待充電時(shí)，則趕至臨近的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。民宿的住宿條件比較差，鄉(xiāng)鎮(zhèn)相對(duì)較好。午餐主要通過攜帶自熱食品和干糧解決，早、晚餐則在住宿點(diǎn)解決。

5.4 支持理解不容易

作業(yè)過程中得到了沿線大多數(shù)牧民的支持和理解，如提供吃、住、飲等方面的便利，幫助解決陷車、引路等問題。對(duì)破壞的草飼料場(chǎng)等，按600元/次的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行賠付。但仍然有少數(shù)牧民不認(rèn)可賠付標(biāo)準(zhǔn)，不認(rèn)同各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的解釋和說明，給測(cè)繪工作造成了困難。

6 結(jié)束語

黃河干流四川段防洪治理工程測(cè)繪作業(yè)于2020年9月3日開始，歷時(shí)5個(gè)多月，于2021年1月10日結(jié)束。全部外業(yè)工作由2組8人（不含向?qū)Ъ懊窆ぃ?，采用了包括全站儀、GNSS接收機(jī)、無人機(jī)及配套航測(cè)相機(jī)、SDK無人船、筆記本電腦、越野車輛等設(shè)備，完成了岸上地形測(cè)量、水下地形測(cè)量及E級(jí)[2]GNSS控制測(cè)量等工作；期間損失2臺(tái)無人機(jī)，報(bào)廢越野車2輛。黃河干流四川段的測(cè)繪工作克服了交通閉塞路況差、蓄電池失水頻繁容量低、餐食不便住宿差、支持理解不如意等問題，按時(shí)、按質(zhì)完成了測(cè)繪工作，為黃河干流四川段防洪治理工程的開展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為保護(hù)黃河上游水源涵養(yǎng)區(qū)、落實(shí)國家重大戰(zhàn)略和規(guī)劃、促進(jìn)民族團(tuán)結(jié)、鞏固脫貧攻堅(jiān)做出了堅(jiān)實(shí)有力的保障和支持。