水(shuǐ)利領域應用(yòng)機載激光(guāng)雷達航測技術

發布日期：2019-04-19 23:19 浏覽量：7504

測繪技術的(de)更新發展，讓測繪的(de)成果變得(de)越來(lái)越多(duō)元化(huà)，從傳統的(de)地形圖向“4D”産品、激光(guāng)點雲、三維模型等形式轉變。

傳統航空攝影(yǐng)測量技術是獲取地面三維數據最常用(yòng)方式之一，但作爲國家基本比例尺地形圖測繪的(de)重要方法，隻能獲取地表裸露區(qū)域的(de)三維信息，在地表植被覆蓋區(qū)域，無法獲取地表的(de)高(gāo)程信息。

在如此瓶頸之下(xià)，20世紀80年初出現了(le)另一種新的(de)測量技術，機載激光(guāng)雷達航測（機載LIDAR）技術，它能快(kuài)速精确的(de)獲取大(dà)範圍地表三維信息，因而受到人(rén)們的(de)重視和(hé)廣泛應用(yòng)。

機載LIDAR可(kě)以獲取高(gāo)精度數據高(gāo)程模型、數字表面模型、正射影(yǐng)像和(hé)數字線畫(huà)圖等産品，同時(shí)可(kě)以構建三維場(chǎng)景和(hé)三維模型，與傳統測繪方法相比，具有數據産品豐富、精度高(gāo)、數據生産和(hé)處理(lǐ)成本低、受天氣影(yǐng)響小等特點，在農業、林(lín)業、交通(tōng)、水(shuǐ)利、電力等領域均有著(zhe)廣泛應用(yòng)。

下(xià)面我們就說說在水(shuǐ)利領域應用(yòng)機載激光(guāng)雷達航測技術。

随著(zhe)水(shuǐ)利行業信息化(huà)、智慧化(huà)水(shuǐ)平的(de)不斷提高(gāo)，以及河(hé)長(cháng)制在全國範圍内的(de)普遍開展，水(shuǐ)利行業對(duì)水(shuǐ)利勘測成果的(de)要求，也(yě)從傳統地形圖和(hé)斷面圖向高(gāo)精度DEM、DOM、DSM、三維模型等數據形式轉變。

這(zhè)時(shí)順應信息化(huà)發展趨勢的(de)測繪技術，機載LIDAR，用(yòng)其穿透植被，快(kuài)速獲取大(dà)範圍高(gāo)精度的(de)地面三維信息，受天氣影(yǐng)響小的(de)優勢特性，應用(yòng)于水(shuǐ)利測繪、水(shuǐ)利規劃設計、水(shuǐ)利工程建設與管理(lǐ)、水(shuǐ)環境監測、河(hé)道治理(lǐ)、山洪災害調查、洪澇災害、農田水(shuǐ)利設計以及河(hé)長(cháng)制等水(shuǐ)利工作。

1、水(shuǐ)利測繪

水(shuǐ)利測繪的(de)主要工作涉及河(hé)道、堤防、水(shuǐ)工建築物(wù)及水(shuǐ)庫庫區(qū)的(de)地形測量，且水(shuǐ)利測繪工程大(dà)多(duō)遠(yuǎn)離主城(chéng)區(qū)，測區(qū)植被覆蓋茂密，使用(yòng)傳統航空攝影(yǐng)測量無法獲取堤防頂部及河(hé)道周圍多(duō)樹木(mù)下(xià)的(de)高(gāo)程點，仍需時(shí)間進行大(dà)量外業實測才能準确表達地形。

另外水(shuǐ)庫多(duō)位于山區(qū)，用(yòng)傳統測繪手段對(duì)地形複雜(zá)陡峭且多(duō)密林(lín)區(qū)域測量，效率低且精度也(yě)無法保證。

機載LIDAR有效地克服了(le)茂密植被對(duì)測繪工作的(de)影(yǐng)響，能穿透植被獲取真實的(de)地表三維信息，爲河(hé)道堤防的(de)地形測繪、水(shuǐ)工建築物(wù)的(de)選址及竣工驗收、水(shuǐ)庫科研階段的(de)勘測和(hé)後期庫容計算(suàn)等水(shuǐ)利測繪工作提供了(le)有力的(de)技術支撐。

2、水(shuǐ)利規劃設計

水(shuǐ)利規劃設計是爲防治水(shuǐ)旱災害、合理(lǐ)開發利用(yòng)水(shuǐ)土資源而制定的(de)總體安排。

傳統的(de)規劃設計工作主要根據二維圖表規劃方案和(hé)設計，測繪地形圖難以全面的(de)表達地形地貌特征，且不夠直觀。

機載LIDAR獲取準确連續的(de)測區(qū)DEM，疊加DOM可(kě)構建測區(qū)的(de)三維場(chǎng)景，直觀全面的(de)展示了(le)地形地貌，配合地質、水(shuǐ)文、交通(tōng)、人(rén)口等數據，對(duì)水(shuǐ)利規劃提供科學全面的(de)依據。水(shuǐ)利規劃過程中，涉及移民安置，機載LIDAR可(kě)對(duì)測區(qū)房(fáng)屋進行三維建模，估算(suàn)出房(fáng)屋面積，還(hái)可(kě)大(dà)緻統計林(lín)木(mù)的(de)株數，減少實測工作量。

在水(shuǐ)利工程的(de)設計環節，随著(zhe)BIM技術廣泛的(de)應用(yòng)，傳統地形圖無法滿足BIM設計需要，機載LIDAR生産的(de)DEM和(hé)建築物(wù)外部三維模型等數據，爲BIM技術在水(shuǐ)利工程設計中的(de)運用(yòng)提供了(le)數據支撐。

3、水(shuǐ)利工程建設與管理(lǐ)

大(dà)型水(shuǐ)利工程建設前期，機載LIDAR提供的(de)DEM和(hé)DOM産品可(kě)使用(yòng)戶全面掌握測區(qū)的(de)地形、植被、水(shuǐ)體等信息，由此可(kě)進行前期的(de)建設環境評估。

在建設和(hé)施工階段，根據機載LIDAR搭建施工區(qū)的(de)多(duō)期三維模型，通(tōng)過前後對(duì)比快(kuài)速提取施工變化(huà)區(qū)域，讓管理(lǐ)人(rén)員(yuán)直觀掌握工程進度，能有效提高(gāo)施工和(hé)管理(lǐ)效率。

工程完成後，還(hái)可(kě)利用(yòng)三維模型，結合水(shuǐ)利專題數據和(hé)相關基礎地理(lǐ)信息數據，對(duì)水(shuǐ)利工程實現信息化(huà)管理(lǐ)。

4、水(shuǐ)環境監測和(hé)河(hé)道治理(lǐ)

機載LIDAR提供的(de)DOM産品可(kě)以相對(duì)直觀、充分(fēn)地展示出水(shuǐ)環境的(de)情況，對(duì)水(shuǐ)質富營養化(huà)、藍藻水(shuǐ)華、有機污染程度及水(shuǐ)體清澈透明(míng)程度、排污口排水(shuǐ)污染程度等均能做(zuò)到良好的(de)監測。

此外，在河(hé)道治理(lǐ)工程中，機載LIDAR可(kě)穿透植被，對(duì)河(hé)道沿岸地方進行掃描，可(kě)獲取精确的(de)堤防三維信息，可(kě)作爲堤防設計的(de)基礎數據，同時(shí)也(yě)爲堤防的(de)檢修和(hé)維護提供依據。

5、農田水(shuǐ)利

在農田水(shuǐ)利設計階段，根據機載LIDAR構建的(de)DEM和(hé)三維模型，可(kě)以根據地形地形地貌特點，合理(lǐ)選擇農田灌溉方式、進行管道統籌布設、優化(huà)罐區(qū)的(de)土地利用(yòng)的(de)結構等，還(hái)可(kě)進行水(shuǐ)力計算(suàn)，灌溉對(duì)水(shuǐ)源的(de)水(shuǐ)位、水(shuǐ)量都有要求，确定灌溉方式時(shí)要滿足其所需要的(de)控制高(gāo)程，DEM及其派生地形因子可(kě)爲灌溉中水(shuǐ)頭損失提供依據。

在灌溉階段，機載LIDAR還(hái)可(kě)用(yòng)于灌區(qū)供水(shuǐ)監測，确保灌溉面積與收費面積相符，在灌區(qū)工程驗收環節，還(hái)可(kě)對(duì)灌區(qū)工程的(de)長(cháng)度進行準确複核。

6、洪澇災害和(hé)山洪災害調查

機載LIDAR獲取的(de)高(gāo)精度DEM可(kě)反應河(hé)道及其周邊的(de)地形地貌，爲洪澇淹沒分(fēn)析提供數據基礎，由于機載LIDAR受天氣影(yǐng)響小，在洪災發生後，可(kě)迅速準确獲取潰堤的(de)整體情況以及洪水(shuǐ)淹沒範圍，爲防汛調度指揮提供科學的(de)決策支持。

山洪災害影(yǐng)響區(qū)域多(duō)位于山區(qū)密林(lín)，進行山洪災害調查時(shí)，傳統航測手段無法滿足，機載LIDAR可(kě)穿透植被獲取地表高(gāo)程，進而提取出河(hé)道地形、居民戶輪廓、穿河(hé)建築物(wù)等山洪災害相關要素。

此外，運用(yòng)機載LIDAR建立易災區(qū)的(de)三維模型，并進行三維可(kě)視化(huà)展示，結合虛拟顯示技術，進行災害的(de)仿真預案演練，檢驗預案的(de)科學性和(hé)合理(lǐ)性，把災害造成損失最大(dà)化(huà)降低。

7、河(hé)長(cháng)制湖長(cháng)制

河(hé)長(cháng)制由中國各級黨政主要負責人(rén)擔任河(hé)長(cháng)，負責組織領導相應河(hé)湖的(de)管理(lǐ)和(hé)保護工作，主要目的(de)是爲了(le)加強河(hé)湖水(shuǐ)域岸線保護、河(hé)湖巡查和(hé)水(shuǐ)行政執法、河(hé)湖的(de)動态監測等。

“湖長(cháng)制”，即由湖泊最高(gāo)層級的(de)湖長(cháng)擔任第一責任人(rén)，對(duì)湖泊的(de)管理(lǐ)保護負總責，其他(tā)各級湖長(cháng)對(duì)湖泊在本轄區(qū)内的(de)管理(lǐ)保護負直接責任，按職責分(fēn)工組織實施湖泊管理(lǐ)保護工作。

機載LIDAR獲取的(de)DOM和(hé)DEM數據可(kě)以有效确定河(hé)道範圍及水(shuǐ)上漂浮物(wù)、污染物(wù)，還(hái)可(kě)以對(duì)非法采砂、水(shuǐ)域占用(yòng)、圍墾湖泊等違法行爲進行有效監測和(hé)快(kuài)速定位，方便河(hé)長(cháng)快(kuài)速了(le)解水(shuǐ)環境情況、方便水(shuǐ)行政執法。

機載LIDAR作爲一種主動式對(duì)地觀測系統，具有高(gāo)精度、高(gāo)時(shí)效性、受天氣影(yǐng)響小、自動化(huà)程度高(gāo)等特點，同時(shí)可(kě)穿透植被獲取地表高(gāo)程信息，其優勢是其他(tā)測量手段無法比拟的(de)。

随著(zhe)水(shuǐ)利行業的(de)信息化(huà)、智慧化(huà)水(shuǐ)平不斷提高(gāo)，機載LIDAR提供的(de)多(duō)元數據産品已在水(shuǐ)利行業的(de)諸多(duō)方面得(de)到很好地應用(yòng)，受限于設備價格高(gāo)昂，早期機載LIDAR的(de)普及度較低，随著(zhe)技術的(de)革新和(hé)商業化(huà)程度的(de)提高(gāo)，機載LIDAR必将在水(shuǐ)利行業得(de)到更加廣泛的(de)應用(yòng)。