水利領(lǐng)域應用機載激光雷達航測技術(shù)

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

傳統航空攝影測量技術(shù)是獲取地面三維數據最常用方式之一，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域的三維信息，在地表植被覆蓋區域，無(wú)法獲取地表的高程信息。

在如此瓶頸之下，20世紀80年初出現了另一種新的測量技術(shù)，機載激光雷達航測（機載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用。

機載LIDAR可以獲取高精度數據高程模型、數字表面模型、正射影像和數字線(xiàn)畫(huà)圖等產(chǎn)品，同時(shí)可以構建三維場(chǎng)景和三維模型，與傳統測繪方法相比，具有數據產(chǎn)品豐富、精度高、數據生產(chǎn)和處理成本低、受天氣影響小等特點(diǎn)，在農業(yè)、林業(yè)、交通、水利、電力等領(lǐng)域均有著(zhù)廣泛應用。

下面我們就說(shuō)說(shuō)在水利領(lǐng)域應用機載激光雷達航測技術(shù)。

隨著(zhù)水利行業(yè)信息化、智慧化水平的不斷提高，以及河長(cháng)制在全國范圍內的普遍開(kāi)展，水利行業(yè)對水利勘測成果的要求，也從傳統地形圖和斷面圖向高精度DEM、DOM、DSM、三維模型等數據形式轉變。

這時(shí)順應信息化發(fā)展趨勢的測繪技術(shù)，機載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，應用于水利測繪、水利規劃設計、水利工程建設與管理、水環(huán)境監測、河道治理、山洪災害調查、洪澇災害、農田水利設計以及河長(cháng)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的地形測量，且水利測繪工程大多遠離主城區，測區植被覆蓋茂密，使用傳統航空攝影測量無(wú)法獲取堤防頂部及河道周?chē)鄻?shù)木下的高程點(diǎn)，仍需時(shí)間進(jìn)行大量外業(yè)實(shí)測才能準確表達地形。

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

機載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、水利規劃設計

水利規劃設計是為防治水旱災害、合理開(kāi)發(fā)利用水土資源而制定的總體安排。

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

機載LIDAR獲取準確連續的測區DEM，疊加DOM可構建測區的三維場(chǎng)景，直觀(guān)全面的展示了地形地貌，配合地質(zhì)、水文、交通、人口等數據，對水利規劃提供科學(xué)全面的依據。水利規劃過(guò)程中，涉及移民安置，機載LIDAR可對測區房屋進(jìn)行三維建模，估算出房屋面積，還可大致統計林木的株數，減少實(shí)測工作量。

在水利工程的設計環(huán)節，隨著(zhù)BIM技術(shù)廣泛的應用，傳統地形圖無(wú)法滿(mǎn)足BIM設計需要，機載LIDAR生產(chǎn)的DEM和建筑物外部三維模型等數據，為BIM技術(shù)在水利工程設計中的運用提供了數據支撐。

3、水利工程建設與管理

大型水利工程建設前期，機載LIDAR提供的DEM和DOM產(chǎn)品可使用戶(hù)全面掌握測區的地形、植被、水體等信息，由此可進(jìn)行前期的建設環(huán)境評估。

在建設和施工階段，根據機載LIDAR搭建施工區的多期三維模型，通過(guò)前后對比快速提取施工變化區域，讓管理人員直觀(guān)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，結合水利專(zhuān)題數據和相關(guān)基礎地理信息數據，對水利工程實(shí)現信息化管理。

4、水環(huán)境監測和河道治理

機載LIDAR提供的DOM產(chǎn)品可以相對直觀(guān)、充分地展示出水環(huán)境的情況，對水質(zhì)富營(yíng)養化、藍藻水華、有機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測。

此外，在河道治理工程中，機載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，可作為堤防設計的基礎數據，同時(shí)也為堤防的檢修和維護提供依據。

5、農田水利

在農田水利設計階段，根據機載LIDAR構建的DEM和三維模型，可以根據地形地形地貌特點(diǎn)，合理選擇農田灌溉方式、進(jìn)行管道統籌布設、優(yōu)化罐區的土地利用的結構等，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(shí)要滿(mǎn)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。

在灌溉階段，機載LIDAR還可用于灌區供水監測，確保灌溉面積與收費面積相符，在灌區工程驗收環(huán)節，還可對灌區工程的長(cháng)度進(jìn)行準確復核。

6、洪澇災害和山洪災害調查

機載LIDAR獲取的高精度DEM可反應河道及其周邊的地形地貌，為洪澇淹沒(méi)分析提供數據基礎，由于機載LIDAR受天氣影響小，在洪災發(fā)生后，可迅速準確獲取潰堤的整體情況以及洪水淹沒(méi)范圍，為防汛調度指揮提供科學(xué)的決策支持。

山洪災害影響區域多位于山區密林，進(jìn)行山洪災害調查時(shí)，傳統航測手段無(wú)法滿(mǎn)足，機載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(hù)輪廓、穿河建筑物等山洪災害相關(guān)要素。

此外，運用機載LIDAR建立易災區的三維模型，并進(jìn)行三維可視化展示，結合虛擬顯示技術(shù)，進(jìn)行災害的仿真預案演練，檢驗預案的科學(xué)性和合理性，把災害造成損失最大化降低。

7、河長(cháng)制湖長(cháng)制

河長(cháng)制由中國各級黨政主要負責人擔任河長(cháng)，負責組織領(lǐng)導相應河湖的管理和保護工作，主要目的是為了加強河湖水域岸線(xiàn)保護、河湖巡查和水行政執法、河湖的動(dòng)態(tài)監測等。

“湖長(cháng)制”，即由湖泊最高層級的湖長(cháng)擔任第一責任人，對湖泊的管理保護負總責，其他各級湖長(cháng)對湖泊在本轄區內的管理保護負直接責任，按職責分工組織實(shí)施湖泊管理保護工作。

機載LIDAR獲取的DOM和DEM數據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)行有效監測和快速定位，方便河長(cháng)快速了解水環(huán)境情況、方便水行政執法。

機載LIDAR作為一種主動(dòng)式對地觀(guān)測系統，具有高精度、高時(shí)效性、受天氣影響小、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，同時(shí)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(wú)法比擬的。

隨著(zhù)水利行業(yè)的信息化、智慧化水平不斷提高，機載LIDAR提供的多元數據產(chǎn)品已在水利行業(yè)的諸多方面得到很好地應用，受限于設備價(jià)格高昂，早期機載LIDAR的普及度較低，隨著(zhù)技術(shù)的革新和商業(yè)化程度的提高，機載LIDAR必將在水利行業(yè)得到更加廣泛的應用。

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