陡河水庫數字高程模型的建立與應用

□王桂青

隨著攝影測量的發展和與計算機的結合應用，以數字形式來表示地形特征，使地圖制作不僅工作強度降低，而且查看、分析、應用更加方便快捷。陡河水庫地形特征包括陸域和水域，用兩種不同方法制作數字高程模型：利用航空攝影測量方法采集數據，生成陸域數字高程模型；利用多波束回聲水下地形測量方法生成水下地形圖，水下地形圖等高線數字化生成水域數字高程模型。

1.數字高程模型的建立

1.1 陸域1：2000 地形圖測繪

控制點的收集包括：陡河水庫周邊保存完好的唐山市基礎平面控制網點資料3 個，這3 個點具有2000 國家大地坐標系成果，水準控制點2 個，經檢測控制點精度可靠。使用7 臺GPS 雙頻靜態接收機進行D 級GPS 控制點測設，新測設16 個平面控制點。高程控制測量采用4 等水準測量，由已知點E1 開始，采用環線測量，通過符合線連接各個GPS 控制點，并和已知高程控制點遵唐14 連接，后閉合回E1。

3 個已知平面控制點、高程控制點E1 和16 個待測設點共20 個組成平面控制網，全面覆蓋所測設區域，形成基線65 條、重 復 基 線9 條、同 步 環41 個、異步環31 個。最差重復基線相對中誤差1：175862，重復基線檢查合格；最差同步環總長23.56km，環線全長閉合差18.9mm，限差24.3mm，同步環檢查合格；最差異步環環線總長14.61km，全長閉合差13.6mm，限差236.9mm，異步環檢查合格。約束平差后GPS 網點點位中誤差4.7mm，GPS 網最弱邊相對精度1：736620，滿足GBT 18314-2009 全球定位系統(GPS)測量規范要求。4 等水準測量觀測前水準儀及標尺均進檢定，平差后點位高程中誤差9mm，滿足規范要求。

陸域地形圖測量采用無人機航拍成圖，使用翔宇Ⅰ型電動固定翼無人機及尼康D810I 數碼相機，機組人員選擇在3 月25 日—4 月15 日完成航攝任務，航攝計劃使用韋加無人機單反相機航拍軟件計算參數。航攝因子為：飛行高度600m，地面分辨率8.36cm，航向重疊度70%，旁向重疊度50%，拍照間距123.42m。此次航拍任務共飛行9 個架次，航拍面積約190km2，飛行航線103條，獲取航拍照片6482 張。全部航拍成果100%進行檢查，符合規范要求。像控點布設：航向方向按照3～4 條基線、旁向方向按照1～2 航帶進行布設，所布點能有效控制成圖范圍，測區接頭處不得有漏洞。

GPS 所測地面控制點數據不能滿足航攝要求，利用空中三角測量加密地面控制點，成果用于航攝相片絕對定向。通過對影像的定向計算，自動生成模型的核線影像，逐模型進行匹配，對計算機不能識別的水面、人工建筑、森林等人工進行編輯，直到滿足精度要求，將匹配后的視差格網投影于地面坐標系并進行計算處理，自動拼接，生成測區區域DEM 數據，DEM 格網間距采用2.0m×2.0m。DEM 生成后，導入立體模型，逐點進行檢查，對于精度不達標處須增加特征點、線。通過DLG 外業實測地面高程注記點作為高程檢查點，用于DEM 高程精度檢測。

根據單張航片的內外方位元素和數字高程模型DEM，采用微分糾正軟件對各個模型的數字化航空像片進行影像重采樣，糾正影像因地面起伏、飛機傾斜等因素引起的失真，將中心投影轉換為垂直投影，從而得到單張像片的正射影像。單片正射影像經調色、勻光、鑲嵌、裁切、檢查編輯等步驟，生成標準分幅的正射影像圖DOM，DOM 地面分辨率為0.2m。

1.2 水域1∶500 地形圖測繪

水下地形測量主要采用中海達iBeam8120 多波束回聲測深儀測量。測深儀的姿態傳感器安裝在能準確反映測船或多波束換能器姿態的位置，其方向線平行于船的首尾線。作業前測定定位天線與姿態傳感器的相對關系，啟動計算機裝入聲吶參數和聲速測量文件，輸入導航測線，啟動多波束測深系統，進行現場聲速剖面測量，測量過程中根據實際情況對聲吶參數進行修改。綜合聲波測量、定位、船姿、聲速剖面等信息，進行數據處理，經過參數改正，計算波束腳印的坐標和深度，繪制陡河水庫1∶500 水下地形圖。淺水區由于長滿水草，影響傳感器信號發射和采集，對該區域平面位置點采用GPS 采集，測深桿采集高程信息。水下地形圖采集高程數據，采用掃描儀半自動采集，然后進行內差構建TIN，通過TIN 生成水域DEM。

2.數字高程模型在陡河水庫的應用

2.1 庫區淹沒范圍顯示

利用Global Mapper 軟件打開庫區正射影像圖DOM，可以看到陡河水庫庫區及周邊概略全貌，在圖片上繪制等高線，可看到等高線內淹沒范圍，如想更加詳細地了解某一范圍的淹沒情況，可在另一圖層打開此區域DEM 圖形，快速查看這一區域建筑信息，也可設置初始淹沒范圍線，通過高程數據遞加或遞減來演示庫水位上漲或下降所造成的庫區淹沒。

2.2 斷面長度計算

通過鼠標依次點擊DOM 圖形中的2 點，自動顯示出2 點間的距離，如想知道某一水位對應的水面面積，則點擊這一水域多個斷面的點，得到各個斷面長度，面積可通過公式自動進行計算。

2.3 橫斷面圖繪制

Global Mapper 軟件自帶橫斷面圖繪制功能，通過鼠標依次點DOM 圖形中的2 點，形成一條線，通過軟件的橫斷面圖繪制功能，自動生成這條線所對應的橫斷面圖，如在某一區域有填挖施工，用這一方法能夠快速繪出多個橫斷面圖，并在此基礎上進行設計。

3.結語

陡河水庫數字高程模型的建立，得益于采用現代成圖技術，大大縮短了測圖時間，通過計算機進行檢核，保證了圖形數據的準確性，由于圖形是數據的顯現，通過軟件將數據加載到計算機，生成三維立體圖形，對地形的觀察更直觀、精細，還可快速地進行計算，使圖形的利用更加方便、快捷。□