陡河水库数字高程模型的建立与应用

2021-01-06王桂青

河北水利 2021年2期

□王桂青

随着摄影测量的发展和与计算机的结合应用，以数字形式来表示地形特征，使地图制作不仅工作强度降低，而且查看、分析、应用更加方便快捷。陡河水库地形特征包括陆域和水域，用两种不同方法制作数字高程模型：利用航空摄影测量方法采集数据，生成陆域数字高程模型；利用多波束回声水下地形测量方法生成水下地形图，水下地形图等高线数字化生成水域数字高程模型。

1.数字高程模型的建立

1.1 陆域1：2000 地形图测绘

控制点的收集包括：陡河水库周边保存完好的唐山市基础平面控制网点资料3 个，这3 个点具有2000 国家大地坐标系成果，水准控制点2 个，经检测控制点精度可靠。使用7 台GPS 双频静态接收机进行D 级GPS 控制点测设，新测设16 个平面控制点。高程控制测量采用4 等水准测量，由已知点E1 开始，采用环线测量，通过符合线连接各个GPS 控制点，并和已知高程控制点遵唐14 连接，后闭合回E1。

3 个已知平面控制点、高程控制点E1 和16 个待测设点共20 个组成平面控制网，全面覆盖所测设区域，形成基线65 条、重复基线9 条、同步环41 个、异步环31 个。最差重复基线相对中误差1：175862，重复基线检查合格；最差同步环总长23.56km，环线全长闭合差18.9mm，限差24.3mm，同步环检查合格；最差异步环环线总长14.61km，全长闭合差13.6mm，限差236.9mm，异步环检查合格。约束平差后GPS 网点点位中误差4.7mm，GPS 网最弱边相对精度1：736620，满足GBT 18314-2009 全球定位系统(GPS)测量规范要求。4 等水准测量观测前水准仪及标尺均进检定，平差后点位高程中误差9mm，满足规范要求。

陆域地形图测量采用无人机航拍成图，使用翔宇Ⅰ型电动固定翼无人机及尼康D810I 数码相机，机组人员选择在3 月25 日—4 月15 日完成航摄任务，航摄计划使用韦加无人机单反相机航拍软件计算参数。航摄因子为：飞行高度600m，地面分辨率8.36cm，航向重叠度70%，旁向重叠度50%，拍照间距123.42m。此次航拍任务共飞行9 个架次，航拍面积约190km2，飞行航线103条，获取航拍照片6482 张。全部航拍成果100%进行检查，符合规范要求。像控点布设：航向方向按照3～4 条基线、旁向方向按照1～2 航带进行布设，所布点能有效控制成图范围，测区接头处不得有漏洞。

GPS 所测地面控制点数据不能满足航摄要求，利用空中三角测量加密地面控制点，成果用于航摄相片绝对定向。通过对影像的定向计算，自动生成模型的核线影像，逐模型进行匹配，对计算机不能识别的水面、人工建筑、森林等人工进行编辑，直到满足精度要求，将匹配后的视差格网投影于地面坐标系并进行计算处理，自动拼接，生成测区区域DEM 数据，DEM 格网间距采用2.0m×2.0m。DEM 生成后，导入立体模型，逐点进行检查，对于精度不达标处须增加特征点、线。通过DLG 外业实测地面高程注记点作为高程检查点，用于DEM 高程精度检测。

根据单张航片的内外方位元素和数字高程模型DEM，采用微分纠正软件对各个模型的数字化航空像片进行影像重采样，纠正影像因地面起伏、飞机倾斜等因素引起的失真，将中心投影转换为垂直投影，从而得到单张像片的正射影像。单片正射影像经调色、匀光、镶嵌、裁切、检查编辑等步骤，生成标准分幅的正射影像图DOM，DOM 地面分辨率为0.2m。

1.2 水域1∶500 地形图测绘

水下地形测量主要采用中海达iBeam8120 多波束回声测深仪测量。测深仪的姿态传感器安装在能准确反映测船或多波束换能器姿态的位置，其方向线平行于船的首尾线。作业前测定定位天线与姿态传感器的相对关系，启动计算机装入声呐参数和声速测量文件，输入导航测线，启动多波束测深系统，进行现场声速剖面测量，测量过程中根据实际情况对声呐参数进行修改。综合声波测量、定位、船姿、声速剖面等信息，进行数据处理，经过参数改正，计算波束脚印的坐标和深度，绘制陡河水库1∶500 水下地形图。浅水区由于长满水草，影响传感器信号发射和采集，对该区域平面位置点采用GPS 采集，测深杆采集高程信息。水下地形图采集高程数据，采用扫描仪半自动采集，然后进行内差构建TIN，通过TIN 生成水域DEM。

2.数字高程模型在陡河水库的应用

2.1 库区淹没范围显示

利用Global Mapper 软件打开库区正射影像图DOM，可以看到陡河水库库区及周边概略全貌，在图片上绘制等高线，可看到等高线内淹没范围，如想更加详细地了解某一范围的淹没情况，可在另一图层打开此区域DEM 图形，快速查看这一区域建筑信息，也可设置初始淹没范围线，通过高程数据递加或递减来演示库水位上涨或下降所造成的库区淹没。