水利領(lǐng)域應(yīng)用機(jī)載激光雷達(dá)航測技術(shù)

發(fā)布日期：2019-04-19 23:19 瀏覽量：13452

測繪技術(shù)的更新發(fā)展，讓測繪的成果變得越來越多元化，從傳統(tǒng)的地形圖向“4D”產(chǎn)品、激光點(diǎn)云、三維模型等形式轉(zhuǎn)變。

傳統(tǒng)航空攝影測量技術(shù)是獲取地面三維數(shù)據(jù)最常用方式之一，但作為國家基本比例尺地形圖測繪的重要方法，只能獲取地表裸露區(qū)域的三維信息，在地表植被覆蓋區(qū)域，無法獲取地表的高程信息。

在如此瓶頸之下，20世紀(jì)80年初出現(xiàn)了另一種新的測量技術(shù)，機(jī)載激光雷達(dá)航測（機(jī)載LIDAR）技術(shù)，它能快速精確的獲取大范圍地表三維信息，因而受到人們的重視和廣泛應(yīng)用。

機(jī)載LIDAR可以獲取高精度數(shù)據(jù)高程模型、數(shù)字表面模型、正射影像和數(shù)字線畫圖等產(chǎn)品，同時可以構(gòu)建三維場景和三維模型，與傳統(tǒng)測繪方法相比，具有數(shù)據(jù)產(chǎn)品豐富、精度高、數(shù)據(jù)生產(chǎn)和處理成本低、受天氣影響小等特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通、水利、電力等領(lǐng)域均有著廣泛應(yīng)用。

下面我們就說說在水利領(lǐng)域應(yīng)用機(jī)載激光雷達(dá)航測技術(shù)。

隨著水利行業(yè)信息化、智慧化水平的不斷提高，以及河長制在全國范圍內(nèi)的普遍開展，水利行業(yè)對水利勘測成果的要求，也從傳統(tǒng)地形圖和斷面圖向高精度DEM、DOM、DSM、三維模型等數(shù)據(jù)形式轉(zhuǎn)變。

這時順應(yīng)信息化發(fā)展趨勢的測繪技術(shù)，機(jī)載LIDAR，用其穿透植被，快速獲取大范圍高精度的地面三維信息，受天氣影響小的優(yōu)勢特性，應(yīng)用于水利測繪、水利規(guī)劃設(shè)計、水利工程建設(shè)與管理、水環(huán)境監(jiān)測、河道治理、山洪災(zāi)害調(diào)查、洪澇災(zāi)害、農(nóng)田水利設(shè)計以及河長制等水利工作。

1、水利測繪

水利測繪的主要工作涉及河道、堤防、水工建筑物及水庫庫區(qū)的地形測量，且水利測繪工程大多遠(yuǎn)離主城區(qū)，測區(qū)植被覆蓋茂密，使用傳統(tǒng)航空攝影測量無法獲取堤防頂部及河道周圍多樹木下的高程點(diǎn)，仍需時間進(jìn)行大量外業(yè)實(shí)測才能準(zhǔn)確表達(dá)地形。

另外水庫多位于山區(qū)，用傳統(tǒng)測繪手段對地形復(fù)雜陡峭且多密林區(qū)域測量，效率低且精度也無法保證。

機(jī)載LIDAR有效地克服了茂密植被對測繪工作的影響，能穿透植被獲取真實(shí)的地表三維信息，為河道堤防的地形測繪、水工建筑物的選址及竣工驗(yàn)收、水庫科研階段的勘測和后期庫容計算等水利測繪工作提供了有力的技術(shù)支撐。

2、水利規(guī)劃設(shè)計

水利規(guī)劃設(shè)計是為防治水旱災(zāi)害、合理開發(fā)利用水土資源而制定的總體安排。

傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計工作主要根據(jù)二維圖表規(guī)劃方案和設(shè)計，測繪地形圖難以全面的表達(dá)地形地貌特征，且不夠直觀。

機(jī)載LIDAR獲取準(zhǔn)確連續(xù)的測區(qū)DEM，疊加DOM可構(gòu)建測區(qū)的三維場景，直觀全面的展示了地形地貌，配合地質(zhì)、水文、交通、人口等數(shù)據(jù)，對水利規(guī)劃提供科學(xué)全面的依據(jù)。水利規(guī)劃過程中，涉及移民安置，機(jī)載LIDAR可對測區(qū)房屋進(jìn)行三維建模，估算出房屋面積，還可大致統(tǒng)計林木的株數(shù)，減少實(shí)測工作量。

在水利工程的設(shè)計環(huán)節(jié)，隨著BIM技術(shù)廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)地形圖無法滿足BIM設(shè)計需要，機(jī)載LIDAR生產(chǎn)的DEM和建筑物外部三維模型等數(shù)據(jù)，為BIM技術(shù)在水利工程設(shè)計中的運(yùn)用提供了數(shù)據(jù)支撐。

3、水利工程建設(shè)與管理

大型水利工程建設(shè)前期，機(jī)載LIDAR提供的DEM和DOM產(chǎn)品可使用戶全面掌握測區(qū)的地形、植被、水體等信息，由此可進(jìn)行前期的建設(shè)環(huán)境評估。

在建設(shè)和施工階段，根據(jù)機(jī)載LIDAR搭建施工區(qū)的多期三維模型，通過前后對比快速提取施工變化區(qū)域，讓管理人員直觀掌握工程進(jìn)度，能有效提高施工和管理效率。

工程完成后，還可利用三維模型，結(jié)合水利專題數(shù)據(jù)和相關(guān)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，對水利工程實(shí)現(xiàn)信息化管理。

4、水環(huán)境監(jiān)測和河道治理

機(jī)載LIDAR提供的DOM產(chǎn)品可以相對直觀、充分地展示出水環(huán)境的情況，對水質(zhì)富營養(yǎng)化、藍(lán)藻水華、有機(jī)污染程度及水體清澈透明程度、排污口排水污染程度等均能做到良好的監(jiān)測。

此外，在河道治理工程中，機(jī)載LIDAR可穿透植被，對河道沿岸地方進(jìn)行掃描，可獲取精確的堤防三維信息，可作為堤防設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時也為堤防的檢修和維護(hù)提供依據(jù)。

5、農(nóng)田水利

在農(nóng)田水利設(shè)計階段，根據(jù)機(jī)載LIDAR構(gòu)建的DEM和三維模型，可以根據(jù)地形地形地貌特點(diǎn)，合理選擇農(nóng)田灌溉方式、進(jìn)行管道統(tǒng)籌布設(shè)、優(yōu)化罐區(qū)的土地利用的結(jié)構(gòu)等，還可進(jìn)行水力計算，灌溉對水源的水位、水量都有要求，確定灌溉方式時要滿足其所需要的控制高程，DEM及其派生地形因子可為灌溉中水頭損失提供依據(jù)。

在灌溉階段，機(jī)載LIDAR還可用于灌區(qū)供水監(jiān)測，確保灌溉面積與收費(fèi)面積相符，在灌區(qū)工程驗(yàn)收環(huán)節(jié)，還可對灌區(qū)工程的長度進(jìn)行準(zhǔn)確復(fù)核。

6、洪澇災(zāi)害和山洪災(zāi)害調(diào)查

機(jī)載LIDAR獲取的高精度DEM可反應(yīng)河道及其周邊的地形地貌，為洪澇淹沒分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，由于機(jī)載LIDAR受天氣影響小，在洪災(zāi)發(fā)生后，可迅速準(zhǔn)確獲取潰堤的整體情況以及洪水淹沒范圍，為防汛調(diào)度指揮提供科學(xué)的決策支持。

山洪災(zāi)害影響區(qū)域多位于山區(qū)密林，進(jìn)行山洪災(zāi)害調(diào)查時，傳統(tǒng)航測手段無法滿足，機(jī)載LIDAR可穿透植被獲取地表高程，進(jìn)而提取出河道地形、居民戶輪廓、穿河建筑物等山洪災(zāi)害相關(guān)要素。

此外，運(yùn)用機(jī)載LIDAR建立易災(zāi)區(qū)的三維模型，并進(jìn)行三維可視化展示，結(jié)合虛擬顯示技術(shù)，進(jìn)行災(zāi)害的仿真預(yù)案演練，檢驗(yàn)預(yù)案的科學(xué)性和合理性，把災(zāi)害造成損失最大化降低。

7、河長制湖長制

河長制由中國各級黨政主要負(fù)責(zé)人擔(dān)任河長，負(fù)責(zé)組織領(lǐng)導(dǎo)相應(yīng)河湖的管理和保護(hù)工作，主要目的是為了加強(qiáng)河湖水域岸線保護(hù)、河湖巡查和水行政執(zhí)法、河湖的動態(tài)監(jiān)測等。

“湖長制”，即由湖泊最高層級的湖長擔(dān)任第一責(zé)任人，對湖泊的管理保護(hù)負(fù)總責(zé)，其他各級湖長對湖泊在本轄區(qū)內(nèi)的管理保護(hù)負(fù)直接責(zé)任，按職責(zé)分工組織實(shí)施湖泊管理保護(hù)工作。

機(jī)載LIDAR獲取的DOM和DEM數(shù)據(jù)可以有效確定河道范圍及水上漂浮物、污染物，還可以對非法采砂、水域占用、圍墾湖泊等違法行為進(jìn)行有效監(jiān)測和快速定位，方便河長快速了解水環(huán)境情況、方便水行政執(zhí)法。

機(jī)載LIDAR作為一種主動式對地觀測系統(tǒng)，具有高精度、高時效性、受天氣影響小、自動化程度高等特點(diǎn)，同時可穿透植被獲取地表高程信息，其優(yōu)勢是其他測量手段無法比擬的。

隨著水利行業(yè)的信息化、智慧化水平不斷提高，機(jī)載LIDAR提供的多元數(shù)據(jù)產(chǎn)品已在水利行業(yè)的諸多方面得到很好地應(yīng)用，受限于設(shè)備價格高昂，早期機(jī)載LIDAR的普及度較低，隨著技術(shù)的革新和商業(yè)化程度的提高，機(jī)載LIDAR必將在水利行業(yè)得到更加廣泛的應(yīng)用。

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