山东海阳核电厂工程海域水下地形图测量

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山东海阳核电厂厂址地处山东半岛东部南翼，主厂址三面临海，首期容量2×1000MW，工程处于可行性研究阶段。按设计要求，需提供核电厂址海域1∶1000、1∶2000两种比例尺各约18km ?２、30km?2及比例尺为1∶10000的170km?2水下地形图。?

海域测区特征：?

a?测区形状不规则，岸线呈半环型，长约6km；入海延伸远，长约5～6km，区域内分布有 海水养殖区。?

b?海底地形复杂，周边入海延伸1km内多分布有暗礁群。?

c?潮汐量大，潮位落差达到30m。?

d?施测时间紧迫、首期的1∶1000、1∶2000两种比例尺的水域地形图要在一个半月内施测 完成，而时间正处于海域气候较为恶劣的秋冬交替季节。?

针对核电工程的特殊性和海域测区的复杂环境条件，华东电力设计院在该测量工程起步前进 行了全面 的策划，并在工程中投入高素质人员，采用最先进的设备(软、硬件)和有效的技术措施，在 山东电力设计院合作下，按规定的工期，高质量地完成了该专项测量工程中的首期任务。?

在该工程中开展了QC小组活动，QC小组的活动成果除已获得了上海市勘测协会、电力部电力 勘测设计一等奖外，还作为电力部推荐成果荣获全国优秀质量管理奖；结合工程实践写成的 差分GPS应用于水域测量的专题论文荣获电力勘测系统优秀论文一等奖。?

2 工程施测面临的问题?

由于工程测区在环境、地形、气候等方面的特殊条件及首期工程工期的急迫性，决定了该 项工程在实施过程中会面临着众多需要解决的问题：?

a?施测方法的优化设计和设备的选择?

从测区的环境与形状条件来看，垂直岸线纵深有6km，采用常规的断面桩法、经纬仪交会法 等作业方式，显然是无法实现平面定位的目的(常规作业方式施测距离无法达到6km) ，加之常规作业中海浪的作用使小船无法稳定。因此，唯有采用最新的高精度、全自动化的SY-118实时差分GPS水域测量系统，才能进行海 域测量任务的施测工作。即使这样，由于是进行大面积的海域测量，其中仍存在着几个技术 环节需要予以解决，如：核电厂址核电独立坐标与国家或地方坐标系统的协调统一问题；SY-118差分GPS水域测量系统的数据采集功能如何与电子平板自动绘图系统SVCAD实现对接。 ?

b?海水养殖区及暗礁区处理?

由于海水养殖与暗礁区的存在，给我们测区测线的设计工作制造了障碍，因为这些区域大部 分处于较重要的地段，测图工作是绝对无法缺省、回避的，因此需要谨慎地设计、施测。?

c?潮间带资料接口?

海水的潮位达到3?0m落差，使得近岸区域水、陆域界线划分难以确定。由于无论水位高低 ，水域测量均采取测到水边线为止的原则，因此需要对水陆域结合部的测量资料进行特殊的 对接处理，防止数据缺失。?

d?潮位改正?

此次工程测量，高程的获取是通过水深与潮位高的合成来实现的。因此，如何有效地获取到 标准的潮位数据是保证高程数据正确性的关键环节。?

e?工期策划?

按照常规作业方法计算工日，首期1∶1000、1∶2000两种比例尺的水域地形图的施测工作需 要三个月才能完成，而今却要在气候恶劣、无法连续全天候作业的条件下，在一个月内施测 完成浪大、流急、暗礁密布的30km?2的海域测量任务。因此，在工程中需要缜密的优化设 计、组织管理，以期实现有效的工期策划。?

3 问题的技术对策?

3?1 采用先进设备和全新的施测方法?

该项工程投入了先进的SY-118差分GPS水域测量设备系统。该系统利用GPS的实时差分功能， 实现自动确定并获取平面点位与高程数据，充分发挥计算机的效能，实现导航、测线预置的 自动化。该系统前期准备(座标系统的转化、采点与绘图的统一)须提前完成。?

a?确定主厂址的中心为座标系的零点，按照设计图纸模式，确定核电座标系与国家或地方 座 标系的转换关系，SY-118差分GPS水域测量系统内部需能识别所定义的转换参数。当SY-118 系统配置纳入核电独立座标系统后，该系统就会实时确定、显示点位在核电独立座标系中的 座标，达到实时定位、测深的双重目的。?

b?处理好SY-118差分GPS水域测量系统与SVCAD电子平板成图系统的数据接口。SY-118差分G PS水测量系统具备的只是点位三维数据的获取功能。而该系统的数据格式却无法令SVCAD自 动绘图系统予以确认。因此，为使SY-118与SVCAD的数据有效对接，技术人员及仪器供应商 共同编制完成了一套潮位修正及格式转换软件-TIDE。该软件的功能项目之一就是把SY-118 系统的数据格式转换成为SVCAD系统确认的格式，实现采点→计算→成图一系列过程的完全 自动化。?

3?2 制定海水养殖与暗礁区的合理施测方案?

针对测区内暗礁区面积大、海水养殖分布广，为保证工程测量的成图质量，经过仔细研究， 在暗礁区施测中，采取“大潮期施测、小船只入礁”的原则，利用小船在大潮期首先施测近 岸礁石区，然后施测深海区，交叉进行，保证作业的连续性。对于大范围的海水养殖区，采用“先圈后点”的方法，首先快速施测养殖区的周边点，然后 在晴朗天气、无风浪的时段利用小船进入养殖区，穿插施测点位，有效保证点位的密度，达 到设计的要求。?

3?3 水、陆域结合部重叠施测的处理?

水域测区岸线长、水位落差大，为保证海陆域结合部的测图精度与质量，采取了“海域测到 高潮位、陆域测到低潮位”的原则，对结合部进行重叠施测，做到一方面进行水、陆域测图 工作的互校；另一方面避免结合部位产生点位缺失。?

3?4 优化测线设计和施测方法?

1∶1000与1∶2000两种比例尺水域地形图测区中，1∶1000测区包含于1∶2000测区之中，约 占其3/5。1∶2000测区的范围是30km?2。如果分别施测1∶1000与1∶2000地形图，则施 测的范围相当于50km?2以上。虽采用先进的自动化仪器设备，依然是很难在规定的期限内 完成任务，同时测区重复测量也不够合理。因此，我们从优化设计测线与施测方式两方面入 手，采取最合理的测线设计原则与施测方式，从而达到了缩短工期的目标。按照规定，比例尺为1∶1000的地形图测线间隔为30m，而1∶2000测线间隔是60m。为了实现 两种比例尺地形图同时施测，采取了间隔施测法。首先以60m间隔施测到1∶2000测线，然后 插测边界截止于1∶1000测区边界的测线。测线设计过程中规定了数据记录方式(时间距离)、记录间隔等，贮存于系统配置文件CFG中 ，并在运行过程中通过计算机进行修订。例如，1∶1000地形图点间隔是20m，而1∶2000则 是40m。因此，施测1∶2000测线时，其作为插测线的一部分，我们手动调节记录间隔为20m 一点，保证其既满足1∶1000地形图的需要，又满足1∶2000地形图的需求，同时可以 初步起到校核作用。?

3?5 潮位数据的有效获取与修正?

由于潮位变化、设备精度等原因，需对差分GPS直接施测平面点位水深数据进行潮位修正， 我们采用RTD技术，利用SY-118差分GPS水域测量系统，采集三维点位座标(平面和水深)，再用较精确观测的潮位高来求知水底高程。?

于是，我们预先编制了潮位修正软件-TIDE，软件包含了以下两种功能：?

(1)采用二次样条法对潮位数据进行内插，拟合出微小时间段内的潮位变化趋势。?

(2)据点位水深与相应潮位高求算水底点位高程?

为保证观测到的潮位数据能够有效地反映出潮位的变化趋势，采取了变间隔施测法，即在潮 位变化大的时段内，缩小观测间隔，而在潮位变化小的时间段内，则略微放宽限度，同时利 用TIDE软件对其进行距离、时间内插，从而有效的保证了数据的精确度。?

3?6 成果图纸的编排与CAD成图?

海阳核电工程水域测区面积共30km?2，需提供的两种比例尺的地形图共170幅。这样大面积 的 水域测区的规划、图幅接边、整饰工作量是相当大的，由于我们采用了自动化成图系统，利 用SVCAD系统的自动规划图幅功能，在施测之前首先将全面积的区域按照400×500的图幅分 割开来，这样整个区域的施测结果就可以分别裁入各图幅。利用SVCAD系统进行等高线的勾制，地性线的形成等一系列工作。该系统形成的等高线具有 计算精确、美观、平滑的特点，形成的等高线能很好地反映水底的变化趋势。SVCAD系统的绘图工作结束后，利用SVCAD的图形转换功能，将图形转换成AUTOCAD图形，通 过AUTOCAD系统进行图纸的边框修饰，内容注记、打印，最终使SY-118差分GPS水域测量系统 所获得的数据以等高线的方式完美直观地表现在工程图纸上。?

4 结束语?

核电厂附近海域水下地形图测量是一项重要的基础性工作。它为水工、围堤等构筑物(其中 有部分与核安全有关)设计提供依据。同时又是将来水工数、物模型试验的输入参数。因此 ，测量成果必须满足工程设计所要求的精度和质量。?

工程中，我们获得了成功。总结起来，有以下两条经验可供参考：?

(1)必须采用先进的、高效的差分GPS水域测量设备及一整套的配套软件。具有优良性能的软 、硬件系统，是实施核电工程项目水下地形测量的硬件基础。?

(2)针对测区环境条件特征，制定切实可行、技术有效的技术方案和技术措施是使工程测量 能顺利实施及成果质量的重要保证。?

参考文献?

［1］刘基余、李征航、李洪涛等?《全球定位系统原理及其应用》?

［2］王广运、郭秉义、李洪涛等?《差分GPS应用》