Bitmap+智慧水库
随着摄影测量法、激光雷达技术和超声波定位技术的发展，利用无人机和无人船作为设备载体，可以将其运用于水库地形测量，在定位上采用GNSS和多基站网络RTK技术，提高测绘效率的同时保证了数据的精度。现场测绘中利用无人机+激光雷达获取水库岸边界数据及岸上地形数据，利用无人船+超声波测深仪采集水深进而获取水下地形，内业通过将水下地形和岸上地形数据融合处理，即可获取水库保护范围内的完整地形。利用生成的地形数据采用等高线容积法，计算不同水位高程下水库的容积，将水位和库容一一对应即可得出相应的水库库容曲线。
作业水库集雨面积2.15 k㎡，水库总库容106.6万m³，正常库容78.0万m³，死库容3.5万m³。水库下游有成片居民房，农田4500余亩，人口3200余人。
图 1-1 水库测绘区域
采用无人机搭载激光雷达配合无人船搭载单波束测探系统分别进行岸边和水下地形测量，完成水库的库容数据测量。
图 1-2 无人机水上地形测量
图 1-3 无人机航线规划
图 1-4 无人机实时地形测量
图 1-5 无人船水下地形测量
图 1-6 无人船航线规划
图 1-7 无人船实施数据测量
水库库容测量根据外业获取数据建立库区DEM，绘制等高线闭合曲线，内插水库各特征水位线，等高线插求点中误差参照《1∶500 1∶1000 1∶2000 外业数字测图规程》（GB/T 14912-2017）中相关规定，采用等高线容积法计算库容，等高线容积法计算水库库容是一种计算精度较高的方法之一，根据库容特征数据采集获取的基础数据提取精确的等高线数据，准确量算出各水位高程等高线的面积，通过模型计算出不同水位的水库库容。该计算模型建立在把水体按不同高程面微分成n层梯形体，整体库容由n层梯形体体积积分求得。
图 1-8 激光点云数据
图 1-9 水下点云数据
图 1-10 水库地形图
图 1-11 水库DEM
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水位（m） |
库容（万m³） |
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348 |
0 |
|
348.5 |
0.0083713 |
|
349 |
0.0569183 |
|
349.5 |
0.3039951 |
|
350 |
0.9167876 |
|
350.5 |
2.0668841 |
|
351 |
3.7061601 |
|
351.5 |
5.7934135 |
|
352 |
8.3957355 |
|
352.5 |
11.6831926 |
|
353 |
15.6913525 |
|
353.5 |
20.6104332 |
|
354 |
26.6173346 |
|
354.5 |
33.8931296 |
|
355 |
42.4357656 |
|
355.5 |
51.9767019 |
|
356 |
62.257796 |
|
356.5 |
85.9645383 |
|
357 |
98.0745536 |
|
357.5 |
110.9676028 |
|
358 |
124.7507762 |
|
358.5 |
139.366266 |
|
359 |
154.7880952 |
|
359.5 |
171.0816404 |
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360 |
188.2332852 |
图1-12 水库库容数据
图 1-13 水库库容曲线
通过倾斜摄影及水库水下地形数据采集，结合水库工程CAD等数据，基于BIM + GIS 技术构建工程区域空间数据，打造工程 L3 级数据底板，为建立精细化水利数字孪生场景提供数据支撑。水库区主要建筑物包括泄洪闸、引水闸、拦河坝、引水隧洞、电站厂房等，针对水库周边大场景进行高精度遥感建模，并对水库大坝及库区进行倾斜摄影测量，建立水利工程仿真三维模型，针对工程建设主体内容及原坝址区域进行 BIM 模型的建设，运用三维融合 技术将遥感模型、BIM 模型进行无缝集成，为工程数字孪生及智慧水库建设打下坚实基础。
图 2-1 水库倾斜摄影
图 2-2 水库数字孪生模型
以水库数字孪生模型为基础，接入水利工程、水文等基础信息，动态采集水库的水情、雨情、工情、监测图像等信息，构建相应的数字变生体，综合分析水利工程当前运行的状况和历史过程，通过相关模型演算未来发展趋势，并运用建立的水库调度和安全分析的预警指标体系，实现异常智能化识别和自动化预警报警，并在数字孪生场景中进行过程模拟，与知识库中预案对比，为决策指令提供借鉴依据，提高水库安全运行管理水平，保护控制范围内人民生命、财产安全。
