山東海陽核電廠工程海域水下地形圖測(cè)量

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山東海陽核電廠廠址地處山東半島東部南翼，主廠址三面臨海，首期容量2×1000MW，工程處于可行性研究階段。按設(shè)計(jì)要求，需提供核電廠址海域1∶1000、1∶2000兩種比例尺各約18km ?２、30km?2及比例尺為1∶10000的170km?2水下地形圖。?

海域測(cè)區(qū)特征：?

a?測(cè)區(qū)形狀不規(guī)則，岸線呈半環(huán)型，長(zhǎng)約6km；入海延伸遠(yuǎn)，長(zhǎng)約5～6km，區(qū)域內(nèi)分布有 海水養(yǎng)殖區(qū)。?

b?海底地形復(fù)雜，周邊入海延伸1km內(nèi)多分布有暗礁群。?

c?潮汐量大，潮位落差達(dá)到30m。?

d?施測(cè)時(shí)間緊迫、首期的1∶1000、1∶2000兩種比例尺的水域地形圖要在一個(gè)半月內(nèi)施測(cè) 完成，而時(shí)間正處于海域氣候較為惡劣的秋冬交替季節(jié)。?

針對(duì)核電工程的特殊性和海域測(cè)區(qū)的復(fù)雜環(huán)境條件，華東電力設(shè)計(jì)院在該測(cè)量工程起步前進(jìn) 行了全面 的策劃，并在工程中投入高素質(zhì)人員，采用最先進(jìn)的設(shè)備(軟、硬件)和有效的技術(shù)措施，在 山東電力設(shè)計(jì)院合作下，按規(guī)定的工期，高質(zhì)量地完成了該專項(xiàng)測(cè)量工程中的首期任務(wù)。?

在該工程中開展了QC小組活動(dòng)，QC小組的活動(dòng)成果除已獲得了上海市勘測(cè)協(xié)會(huì)、電力部電力 勘測(cè)設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)外，還作為電力部推薦成果榮獲全國優(yōu)秀質(zhì)量管理獎(jiǎng)；結(jié)合工程實(shí)踐寫成的 差分GPS應(yīng)用于水域測(cè)量的專題論文榮獲電力勘測(cè)系統(tǒng)優(yōu)秀論文一等獎(jiǎng)。?

2 工程施測(cè)面臨的問題?

由于工程測(cè)區(qū)在環(huán)境、地形、氣候等方面的特殊條件及首期工程工期的急迫性，決定了該 項(xiàng)工程在實(shí)施過程中會(huì)面臨著眾多需要解決的問題：?

a?施測(cè)方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)和設(shè)備的選擇?

從測(cè)區(qū)的環(huán)境與形狀條件來看，垂直岸線縱深有6km，采用常規(guī)的斷面樁法、經(jīng)緯儀交會(huì)法 等作業(yè)方式，顯然是無法實(shí)現(xiàn)平面定位的目的(常規(guī)作業(yè)方式施測(cè)距離無法達(dá)到6km) ，加之常規(guī)作業(yè)中海浪的作用使小船無法穩(wěn)定。因此，唯有采用最新的高精度、全自動(dòng)化的SY-118實(shí)時(shí)差分GPS水域測(cè)量系統(tǒng)，才能進(jìn)行海 域測(cè)量任務(wù)的施測(cè)工作。即使這樣，由于是進(jìn)行大面積的海域測(cè)量，其中仍存在著幾個(gè)技術(shù) 環(huán)節(jié)需要予以解決，如：核電廠址核電獨(dú)立坐標(biāo)與國家或地方坐標(biāo)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一問題；SY-118差分GPS水域測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能如何與電子平板自動(dòng)繪圖系統(tǒng)SVCAD實(shí)現(xiàn)對(duì)接。 ?

b?海水養(yǎng)殖區(qū)及暗礁區(qū)處理?

由于海水養(yǎng)殖與暗礁區(qū)的存在，給我們測(cè)區(qū)測(cè)線的設(shè)計(jì)工作制造了障礙，因?yàn)檫@些區(qū)域大部 分處于較重要的地段，測(cè)圖工作是絕對(duì)無法缺省、回避的，因此需要謹(jǐn)慎地設(shè)計(jì)、施測(cè)。?

c?潮間帶資料接口?

海水的潮位達(dá)到3?0m落差，使得近岸區(qū)域水、陸域界線劃分難以確定。由于無論水位高低 ，水域測(cè)量均采取測(cè)到水邊線為止的原則，因此需要對(duì)水陸域結(jié)合部的測(cè)量資料進(jìn)行特殊的 對(duì)接處理，防止數(shù)據(jù)缺失。?

d?潮位改正?

此次工程測(cè)量，高程的獲取是通過水深與潮位高的合成來實(shí)現(xiàn)的。因此，如何有效地獲取到 標(biāo)準(zhǔn)的潮位數(shù)據(jù)是保證高程數(shù)據(jù)正確性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。?

e?工期策劃?

按照常規(guī)作業(yè)方法計(jì)算工日，首期1∶1000、1∶2000兩種比例尺的水域地形圖的施測(cè)工作需 要三個(gè)月才能完成，而今卻要在氣候惡劣、無法連續(xù)全天候作業(yè)的條件下，在一個(gè)月內(nèi)施測(cè) 完成浪大、流急、暗礁密布的30km?2的海域測(cè)量任務(wù)。因此，在工程中需要縝密的優(yōu)化設(shè) 計(jì)、組織管理，以期實(shí)現(xiàn)有效的工期策劃。?

3 問題的技術(shù)對(duì)策?

3?1 采用先進(jìn)設(shè)備和全新的施測(cè)方法?

該項(xiàng)工程投入了先進(jìn)的SY-118差分GPS水域測(cè)量設(shè)備系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用GPS的實(shí)時(shí)差分功能， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)確定并獲取平面點(diǎn)位與高程數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的效能，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、測(cè)線預(yù)置的 自動(dòng)化。該系統(tǒng)前期準(zhǔn)備(座標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化、采點(diǎn)與繪圖的統(tǒng)一)須提前完成。?

a?確定主廠址的中心為座標(biāo)系的零點(diǎn)，按照設(shè)計(jì)圖紙模式，確定核電座標(biāo)系與國家或地方 座 標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，SY-118差分GPS水域測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部需能識(shí)別所定義的轉(zhuǎn)換參數(shù)。當(dāng)SY-118 系統(tǒng)配置納入核電獨(dú)立座標(biāo)系統(tǒng)后，該系統(tǒng)就會(huì)實(shí)時(shí)確定、顯示點(diǎn)位在核電獨(dú)立座標(biāo)系中的 座標(biāo)，達(dá)到實(shí)時(shí)定位、測(cè)深的雙重目的。?

b?處理好SY-118差分GPS水域測(cè)量系統(tǒng)與SVCAD電子平板成圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口。SY-118差分G PS水測(cè)量系統(tǒng)具備的只是點(diǎn)位三維數(shù)據(jù)的獲取功能。而該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式卻無法令SVCAD自 動(dòng)繪圖系統(tǒng)予以確認(rèn)。因此，為使SY-118與SVCAD的數(shù)據(jù)有效對(duì)接，技術(shù)人員及儀器供應(yīng)商 共同編制完成了一套潮位修正及格式轉(zhuǎn)換軟件-TIDE。該軟件的功能項(xiàng)目之一就是把SY-118 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成為SVCAD系統(tǒng)確認(rèn)的格式，實(shí)現(xiàn)采點(diǎn)→計(jì)算→成圖一系列過程的完全 自動(dòng)化。?

3?2 制定海水養(yǎng)殖與暗礁區(qū)的合理施測(cè)方案?

針對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)暗礁區(qū)面積大、海水養(yǎng)殖分布廣，為保證工程測(cè)量的成圖質(zhì)量，經(jīng)過仔細(xì)研究， 在暗礁區(qū)施測(cè)中，采取“大潮期施測(cè)、小船只入礁”的原則，利用小船在大潮期首先施測(cè)近 岸礁石區(qū)，然后施測(cè)深海區(qū)，交叉進(jìn)行，保證作業(yè)的連續(xù)性。對(duì)于大范圍的海水養(yǎng)殖區(qū)，采用“先圈后點(diǎn)”的方法，首先快速施測(cè)養(yǎng)殖區(qū)的周邊點(diǎn)，然后 在晴朗天氣、無風(fēng)浪的時(shí)段利用小船進(jìn)入養(yǎng)殖區(qū)，穿插施測(cè)點(diǎn)位，有效保證點(diǎn)位的密度，達(dá) 到設(shè)計(jì)的要求。?

3?3 水、陸域結(jié)合部重疊施測(cè)的處理?

水域測(cè)區(qū)岸線長(zhǎng)、水位落差大，為保證海陸域結(jié)合部的測(cè)圖精度與質(zhì)量，采取了“海域測(cè)到 高潮位、陸域測(cè)到低潮位”的原則，對(duì)結(jié)合部進(jìn)行重疊施測(cè)，做到一方面進(jìn)行水、陸域測(cè)圖 工作的互校；另一方面避免結(jié)合部位產(chǎn)生點(diǎn)位缺失。?

3?4 優(yōu)化測(cè)線設(shè)計(jì)和施測(cè)方法?

1∶1000與1∶2000兩種比例尺水域地形圖測(cè)區(qū)中，1∶1000測(cè)區(qū)包含于1∶2000測(cè)區(qū)之中，約 占其3/5。1∶2000測(cè)區(qū)的范圍是30km?2。如果分別施測(cè)1∶1000與1∶2000地形圖，則施 測(cè)的范圍相當(dāng)于50km?2以上。雖采用先進(jìn)的自動(dòng)化儀器設(shè)備，依然是很難在規(guī)定的期限內(nèi) 完成任務(wù)，同時(shí)測(cè)區(qū)重復(fù)測(cè)量也不夠合理。因此，我們從優(yōu)化設(shè)計(jì)測(cè)線與施測(cè)方式兩方面入 手，采取最合理的測(cè)線設(shè)計(jì)原則與施測(cè)方式，從而達(dá)到了縮短工期的目標(biāo)。按照規(guī)定，比例尺為1∶1000的地形圖測(cè)線間隔為30m，而1∶2000測(cè)線間隔是60m。為了實(shí)現(xiàn) 兩種比例尺地形圖同時(shí)施測(cè)，采取了間隔施測(cè)法。首先以60m間隔施測(cè)到1∶2000測(cè)線，然后 插測(cè)邊界截止于1∶1000測(cè)區(qū)邊界的測(cè)線。測(cè)線設(shè)計(jì)過程中規(guī)定了數(shù)據(jù)記錄方式(時(shí)間距離)、記錄間隔等，貯存于系統(tǒng)配置文件CFG中 ，并在運(yùn)行過程中通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行修訂。例如，1∶1000地形圖點(diǎn)間隔是20m，而1∶2000則 是40m。因此，施測(cè)1∶2000測(cè)線時(shí)，其作為插測(cè)線的一部分，我們手動(dòng)調(diào)節(jié)記錄間隔為20m 一點(diǎn)，保證其既滿足1∶1000地形圖的需要，又滿足1∶2000地形圖的需求，同時(shí)可以 初步起到校核作用。?

3?5 潮位數(shù)據(jù)的有效獲取與修正?

由于潮位變化、設(shè)備精度等原因，需對(duì)差分GPS直接施測(cè)平面點(diǎn)位水深數(shù)據(jù)進(jìn)行潮位修正， 我們采用RTD技術(shù)，利用SY-118差分GPS水域測(cè)量系統(tǒng)，采集三維點(diǎn)位座標(biāo)(平面和水深)，再用較精確觀測(cè)的潮位高來求知水底高程。?

于是，我們預(yù)先編制了潮位修正軟件-TIDE，軟件包含了以下兩種功能：?

(1)采用二次樣條法對(duì)潮位數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插，擬合出微小時(shí)間段內(nèi)的潮位變化趨勢(shì)。?

(2)據(jù)點(diǎn)位水深與相應(yīng)潮位高求算水底點(diǎn)位高程?

為保證觀測(cè)到的潮位數(shù)據(jù)能夠有效地反映出潮位的變化趨勢(shì)，采取了變間隔施測(cè)法，即在潮 位變化大的時(shí)段內(nèi)，縮小觀測(cè)間隔，而在潮位變化小的時(shí)間段內(nèi)，則略微放寬限度，同時(shí)利 用TIDE軟件對(duì)其進(jìn)行距離、時(shí)間內(nèi)插，從而有效的保證了數(shù)據(jù)的精確度。?

3?6 成果圖紙的編排與CAD成圖?

海陽核電工程水域測(cè)區(qū)面積共30km?2，需提供的兩種比例尺的地形圖共170幅。這樣大面積 的 水域測(cè)區(qū)的規(guī)劃、圖幅接邊、整飾工作量是相當(dāng)大的，由于我們采用了自動(dòng)化成圖系統(tǒng)，利 用SVCAD系統(tǒng)的自動(dòng)規(guī)劃圖幅功能，在施測(cè)之前首先將全面積的區(qū)域按照400×500的圖幅分 割開來，這樣整個(gè)區(qū)域的施測(cè)結(jié)果就可以分別裁入各圖幅。利用SVCAD系統(tǒng)進(jìn)行等高線的勾制，地性線的形成等一系列工作。該系統(tǒng)形成的等高線具有 計(jì)算精確、美觀、平滑的特點(diǎn)，形成的等高線能很好地反映水底的變化趨勢(shì)。SVCAD系統(tǒng)的繪圖工作結(jié)束后，利用SVCAD的圖形轉(zhuǎn)換功能，將圖形轉(zhuǎn)換成AUTOCAD圖形，通 過AUTOCAD系統(tǒng)進(jìn)行圖紙的邊框修飾，內(nèi)容注記、打印，最終使SY-118差分GPS水域測(cè)量系統(tǒng) 所獲得的數(shù)據(jù)以等高線的方式完美直觀地表現(xiàn)在工程圖紙上。?

4 結(jié)束語?

核電廠附近海域水下地形圖測(cè)量是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作。它為水工、圍堤等構(gòu)筑物(其中 有部分與核安全有關(guān))設(shè)計(jì)提供依據(jù)。同時(shí)又是將來水工數(shù)、物模型試驗(yàn)的輸入?yún)?shù)。因此 ，測(cè)量成果必須滿足工程設(shè)計(jì)所要求的精度和質(zhì)量。?

工程中，我們獲得了成功?？偨Y(jié)起來，有以下兩條經(jīng)驗(yàn)可供參考：?

(1)必須采用先進(jìn)的、高效的差分GPS水域測(cè)量設(shè)備及一整套的配套軟件。具有優(yōu)良性能的軟 、硬件系統(tǒng)，是實(shí)施核電工程項(xiàng)目水下地形測(cè)量的硬件基礎(chǔ)。?

(2)針對(duì)測(cè)區(qū)環(huán)境條件特征，制定切實(shí)可行、技術(shù)有效的技術(shù)方案和技術(shù)措施是使工程測(cè)量 能順利實(shí)施及成果質(zhì)量的重要保證。?

參考文獻(xiàn)?

［1］劉基余、李征航、李洪濤等?《全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用》?

［2］王廣運(yùn)、郭秉義、李洪濤等?《差分GPS應(yīng)用》