孙挺
大连水利测绘公司 辽宁大连 116000
摘要：测绘技术在经过多年的技术变革后得到了长足发展，无人机测绘，三维激光，多波束声呐测绘等高新技术在测绘各个领域也开始成熟应用，随着测绘技术的大力发展水利方向的测绘应用也从传统的全站仪，RTK等数据获取手段演变为采用无人机，三维激光扫描等多种高效、高精度的三位一体高新技术手段进行测绘。
关键词：水利测绘 三维激光扫描 多波束 水上水下一体化测量
碧流河水库位于辽宁省普兰店市、庄河市和盖州市的交界处，是大连市最大的水源地。水库最大库容为9.34亿m3，正常蓄水量7.14亿m3，死库容0.7亿m3，集水面积2085km2，占流域面积的74.1%。
本次项目的测绘内容及三维数据分析应用：
⑴库区75m高程范围内1:2000数字化地形图测绘，库区测量区域面积120km2，南北直线距离45km，平均宽度3.2km。
⑵建立水上水下三维数字地面模型。
⑶进行水库库容量、清淤量计算。
⑷对水库大坝变形监测、建立数据档案。
1工程测绘难点
1.1地势错综复杂，山地地形为主
碧流河水库测区范围较大，库区周围以高山，丘陵为主，植被茂密，地势错综复杂，流入库区河流繁多，沟壑纵深，库区区域植被覆盖较密，通视条件差。库区部分地区因水体冲刷形成陡崖，地势较为险峻，常规人工接触式测量，劳动强度大、风险高、效率低，无法高质量完成测量任务。
解决方案：
结合库区实地情况采取人工架设固定扫描和移动船载惯导测量两种作业方式。
人工固定扫描采取vz-1000三维激光扫描仪与RTK相结合的作业方式。其中，RTK主要测量部分困难隐蔽地区，以及房屋、道路，vz-1000三维激光扫描仪主要用于获取整个测区点云模型。
移动船载惯导激光扫描作业方式采集库区水域边缘冲刷的陡崖及水域外围人员无法到达的陡峭山地数据。
1.2建立水上、水下三维数字地面模型
碧流河水库水面海拔高度52m，水域面积19.32km2，水域面积较大，形状狭长，水域平均宽度1km，平均水深18m，传统的测深锤+rtk法、水下单波束等测量方法，精度差，单次作业范围小，作业效率低，人员劳动强度大，无法精确测绘库区水下的地形地貌。
解决方案：三维激光扫描仪+GNSS RTK+惯性导航INS +POS MV集成系多源数据融合系统+多波束数据采集系统。本次测量采用先进的美国sonic2024多波束水下地形测量系统，该系统具有高效率、高精度和高分辨率的水下面状地形测量技术，是目前水下最先进的测绘技术，可以得到高精度的水下三维地形数据，可达到超高分辨率1.25cm。
1.3船载扫描模式的误差
误差来源：艏摇 、横摇、纵摇带来的姿态误差；平面位置误差。
解决办法：
POSMV将GNSS数据与IMU的角速度和加速度数据进行融合，从而提供稳定而又精确的定位和定向数据。
POSMV采用微秒级的时间精度对位置（经度、纬度和高程）、方向（横摇角、纵摇角和航向角）、涌浪、速度和性能指标进行同步，从而为客户提供一个整体的、综合性解决方案。
在遇到GPS接收不连续或多路径效应的情况下，具有消除定位漂移和快速重新获取信号的功能。
1.4数据处理
1.4.1固定扫描数据处理
本次陆地扫描采用950m量程，角度分辨率0.06度，产生原始数据80G，处理数据1.5T，各个原始点云处于相互独立的仪器内部坐标系下，首先转换到同一外部坐标系中，点云配准是将不同坐标系中的大量三维空间数据点集转换到统一坐标系中的数学计算过程。
通过使用系统配套软件RISCANPRO多站调整功能，数据精确配准，精度分布均匀。
1.4.2移动船载数据处理
本次船载移动测量，共采集172条测线，原始db格式数据6G，作业天数1.5天。处理流程：数据位置纠正、原始数据释放及导出，碎步点提取。
通过以上步骤处理的点云数据在加入INS惯导和RTK信息后成为整体模型，后处理过程中不再需要粗拼接、精拼接，坐标转换，极大地提高了作业效率，导出的点云数据可以直接被三维数据处理软件使用。
1.5内业数字化地形图
vz-1000激光扫描仪采集的地表三维数据，使用RISCAN PRO软件进行处理，山地点云中有大量非地形数据，利用RISCAN PRO的地形滤波器并结合人工干预检查，很好剔除掉非地面点，过滤后的数据，设定合适间距导出地表碎步点，结合SV300软件，人工进行内业编辑成图。
多波束测量结束后，采用CARIS HIPS软件进行水深后处理，后处理流程为：定位数据检查，姿态数据检查，声速改正，线模式编辑，潮位改正，合并数据，面模式编辑数据处理等，采用软件噪点剔除功能对水下非地面点数据进行剔除，得到超高分辨率，超高精度水下测量三维点云数据，点云数据分辨率达到1.25cm，建立TIN格网，对数据表面建模，形成数字高程模型DEM，完美呈现出碧流河水库水下地形地貌，并对数据进行5m抽稀，导出原始TXT水深数据，结合SV300软件，人工进行内业编辑成图。
2项目创新点和先进点——多种全新的测绘技术新应用
2.1陆地数据采集的新手段——VZ-1000三维激光扫描仪
是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新革命。
它通过高速激光扫描测量的方法，大面积、高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。由于其具有快速性，不接触性，实时、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化等特性，其应用推广会像GPS一样引起测量技术的又一次革命
传统测量概念里，所测的的数据最终输出的都是二维结果（如CAD出图），在测量仪器里全站仪，GPS比重居多，但测量的数据都是二维形式的， 在逐步数字化的今天，三维已经逐渐的代替二维，因为其直观是二维无法表示的，三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X，Y，Z点的信息，还包括R，G，B颜色信息，同时还有物体反色率的信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉。
先进的vz-1000三维激光扫描系统进行野外数据采集，系统采用最先进的近红外高性能激光技术，其主要优势在于结合高速的扫描装置，可以非接触式的，快速获取高精度、高分辨率点云，最大测距为1.4km。
精度：
100m处单次扫描精度为5mm，最大有效测量速率为每秒30万点，在恶劣环境下也能获取高精度，高质量的点云数据。真正的实景复制技术、真三维、可量测。
2.2数据采集的新平台模式——移动船载三维激光扫描模式
将vz-1000三维激光扫描仪固定在双体船顶部，通过两端架设2台天宝高精度GNSS RTK准确提供实时位置，加上POS MV精度超高的陀螺仪ins在同外部辅助GNSS RTK相结合，为工作船只和传感器提供连续的，精确的位置和方将三维激光扫描仪安装于船体中轴线上向数据并实时对船体纵摇、横摇、艏摇姿态信息进行采集。
2.3全新的水下数据采集的新手段——高精度声呐设备多波束
Sonic2024多波束测深系统具有设计紧凑、重量轻、运输及作业方便等优势，扫描采集到的数据具有高分辨率，全覆盖的特点。Caris后处理软件能够输出完整的水深分布图、水深等值图、高程图和3D 水下地形图。
性能：美国sonic2024多波束水下地形测量系统，该系统具有高效率、高精度和高分辨率的水下面状地形测量技术
精度：Sonic2024是目前水下最先进的测绘技术，可以得到高精度的水下三维地形数据，可达到超高分辨率1.25cm。
系统组成：多波束声呐、数据采集显示计算机、GPS、光纤罗经及运动传感器、表层声速仪、声速剖面仪。
2.4成果完美的展现及工程应用
碧流河水库三维点云数据的完美展现。水下数字高程模型DEM，水下地形完美呈现，利用强大的多功能的点云后处理软件全面的对点云数据进行处理和应用，制作高精度数字高程模型DEM。
利用高精度数字高程模型DEM融合影像信息制作，进行库容计算，清淤量计算，洪水淹没分析，水系分布分析等。
水库大坝变形监测、建立数据档案。
总结语：本次对碧流河水库75m高程线以下采用全新的水上三维扫描技术、水下多波束技术进行全方位的测量，测量结果真实反映了碧流河水库现状的库区形态，并形成了1：2000数字化库区地形图，建立水上水下三维数字地面模型。
经济效益：水域面积较大，水域平均宽度1km，平均水深18m。传统的测深锤+rtk法、水下单波束等测量方法，精度差，单次作业范围小，作业效率低，人员劳动强度大，无法精确测绘库区水下的地形地貌。本次测量采用先进的美国sonic2024多波束水下地形测量系统，该系统具有高效率、高精度和高分辨率的水下面状地形测量技术，是目前水下最先进的测绘技术，可以得到高精度的水下三维地形数据，节省人力，效率高。
社会效益：碧流河水库建成至今已有30多年，水库来水条件及库容发生了变化，碧流河水库水资源的有效利用、防洪度汛、运行管理等都与库容息息相关，利用水库数字化地形图资料，开展碧流河淤积计算及库容复核、水库大坝变形监测、建立数据档案等，具有一定的社会效益。
环境效益：库区1:2000数字化三维地形图，为水库环保、绿化设计提供支撑，从而带动改善并美化周边环境，促进了流域生态和谐，对环境保护起到了积极的作用。
参考文献：
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