项目背景

水利工程是我国国民经济的基础产业，对国民经济发展与人民财产安全影响重大。水库库容的大小决定着水库调节径流的能力和它所能提供的效益指标的大小。我国水库近9万座，基本覆盖境内所有大江大河，其中，超10亿立方米蓄水量的大型水库共有70余座。在大型水库中，有一部分因年限久远、地理信息资料不准确，存在库容方量与设计库容存在误差的情况；还有一些，则因泥沙淤积导致年久失修。对于这些大型水库而言，使用更加先进的测量手段进行库容方量的复核至关重要。

随着无人机和无人船技术的发展，将其运用于水库地形测量已成为当今水利工程的发展趋势。通过利用无人船获取水下高程、利用无人机获取水库岸边界数据及岸上地形数据，水下地形和水库库容计算都已不是难题。

项目地点：湖北省黄冈市红安县凤庄水库

作业过程

本次项目采用华微3号无人测量船+无人机搭载AA450激光雷达的方式进行测量，采用i93视觉RTK作为无人机基站。无人机、无人船搭载激光雷达+单波束（多波束）测深仪，形成“水上水下一体化无人测量”。

水下地形测量

准备工作

主要分以下几个步骤：①RTK基站的架设；②控制点的校准及结果验证；③布置测线及自动导航任务点的规划；④无人船下水前动力、通讯检测。

测线测量

①开始测量前，与定位设备校对时间，启动测量软件，打开导航文件并设置好定位参数和记录参数，进入测量状态，为测船导航，引导测船进入需要测量的断面位置，按图上 0.4cm测点间距进行测点定位和测深。

②检测线的测量方法及测量精度与主测线相同。检测线的定位点间距可以根据测量比例加密至在规定范围内与主测线保证有重合点（图上1mm范围）。要求每一条检 查线与主测线的交叉点都进行比较，对无法比较的离散测点，根据绘制的水下等高线进行图解。

③由于在测量过程中，计算机按规定的测点间距进行测点定位和测深，所以水下地形特征点（最深点、最浅点）有可能漏测，内业整理时，根据测深仪测深记录上的模拟记录信号 , 在原始每秒数据中提取特征点三维坐标及水深。

水下地形测量

数据处理

即单波束测量数据的处理，数据处理采用华测自主开发的HydroSurvey 7导航软件，软件集成数据采集及后处理于一体，支持标准的GPGGA数据接入，支持标准的SDDPT水深数据的接入，支持dwg/dxf格式地图的导入，支持图层编辑、隐藏和显示等功能，是水下地形测量的好帮手。

根据在不同高程下水库的不同面积求出相对应的库容，并得出相应的库容曲线。要绘制库容曲线，需要在不同时间段进行不同库容量的测量计算，统计汇总近几年的库容数据，生成对应水库的库容曲线。采用绘图软件绘制水库库容等高线图。

水下高程点以及面积库容计算

激光雷达测量

基站架设

①基站架设于测区的起飞点附近；

②一方面通过电台为多波束测深系统提供RTK定位数据；

③一方面采集静态数据，数据记录间隔为1s或者2s，设置采样频率为5Hz；

④基站静态数据采集时间长于机载雷达工作时间，以保证机载雷达自身的静态精度。

激光雷达作业流程

①传感器参数设置：主要包含激光扫描仪和相机参数设置。本项目试验中，扫描仪转速设置为100线/秒。

②开始工程：开始POS数据采集，待工程开始后，需要使设备保持静止状态并持续3分钟，目的是为了确保获得更多静态历元后期进行平差处理。

③惯导初始化：使无人机先静止3分钟后起飞进行“8”字飞行后，然后进入航线开始正式数据采集。

④开始采集：进入测区后点击“开始采集”,即开始点云数据采集。

⑤采集结束：点击“结束采集”关闭激光数据采集；结束采集之后，无人机和设备继续静止3分钟 。静止完毕后，停止工程，结束POS数据采集。

⑥下载数据：整个工程结束后，在通电状态下，可连接数据传输线拷贝POS数据和原始激光数据。

数据后处理

点云解算：使用华测CoPre2.0软件，将原始激光数据与照片数据进行融合解算，生成点云数据。

DOM制作：使用华测CoPre2.0软件，将原始激光数据与照片数据进行融合解算，生成DOM正射影像。

DOM制作与成果

地面点分类：使用华测Coprocess软件对测区点云进行地面点分类处理，提取所需地面点数据。

数字高程模型制作：基于分类地面点云数据，使用华测点云处理软件coprocess完成DEM制作。

DEM制作与成果

数据成果一览

01：激光点云原始数据

02：水下地形原始数据

03：数字正射影像

04：机载彩色点云

05：数字高程模型

06：数字线划图

07：水位与水面面积及湖容关系

08：1:1000 地形图（含电子图）

09：库容曲线图表

作业依据

1. GB/T202571-2017 国家基本比例尺地图图式第一部分《 1:500  、1:1000 、1:2000地形图图式》；

2. CJJ/T73-2019 《卫星定位城市测量技术规范》；

3. SL 197-2019《水利水电工程测量规范》；

4. CJJT 8-2011 《城市测量规范》；

5. CH/T 2009-2010 《全球定位系统实时动态测量（ RTK）技术规范》；

6. GB 6962-2005《1:500、1:1000、1:2000比例尺地形图航空摄影规范》；

7. GB/T 19294-2003《航空摄影技术设计规范》；

8. GB/T 18316-2008《数字测绘产品检查验收规定和质量评定标准》 ；

9. GB 7931-2008《1:500、1:1000、1：2000地形图航空摄影测量外业规范》；

10. GB 7930-2008《1:500、1:1000、1：2000地形图航空摄影测量内业规范》。

11. GB//T 12898-2009《国家三、四等水准测量规范》；

12. GB/T 18316-2008《数字测绘成果质量检查与验收》；

13. GB/T 24356-2009《测绘成果质量检查与验收》；

14. CH/T 1004-2005《测绘技术设计规定》。

无人机和无人船等新技术的使用，提高了水库地形的获取精度及库容的计算精度，不仅降低成本，提高效率，而且推动了水利科技的进步，具有实践意义，可用于大规模河道，水库地形测量。外业效率较传统方式提升10倍以上。

使用无人船搭载单、多波束测深仪以及无人机搭载激光雷达，可以更快更高效地得出三维库容数据，目标清晰可见。通过以数字化方式创建水库的虚拟模型，丰富了水库测绘成果，拓展了水库虚拟行为模拟、监测预报、综合分析新的实力。