国土空间规划背景下机载雷达航测技术辅助水利景观规划研究

赖远智

(广州市番禺区城市规划设计院，广东 广州 510000)

1 引 言

随着国土空间规划工作不断推进，越来越多的规划项目逐步展开，水利景观规划作为对城市规划、城市发展、城市化进程有直接影响的规划项目显得愈发重要。人们自古以来喜欢择水而居，水景在人们心中已经占据了不可动摇的地位[1，2]。然而，水利景观的打造要考虑诸多问题，丰水期和枯水期的水位变化、上下游水库对水位的影响、回水水位的变化等都会影响水利景观的规划布局，梯级水利景观的打造虽能有效解决水位变化对造景植物、石材、构造等的影响，但是变高程景观打造又对各阶段水面上下游测绘工作提出更高要求[3，4]。无人机航测技术已普遍用于农业、消防、建筑等诸多行业，航测技术已相对成熟，其测绘过程不受地形地貌限制，其建模精度可通过镜头、测绘方法、建模方式的升级优化不断提高，现已可达到1∶500地形图测绘精度。针对这一特点，本文将利用无人机航测技术的综合优势，以RT湿地公园为例研究无人机航测技术在梯级水利景观规划中的具体应用。

2 研究背景及设备选型

RT湿地公园位于广州市番禺区东南部，该地块湿地资源条件优越，景区开发条件良好，湿地公园是聚集游客的核心载体、引发消费的重要平台，是一个区域旅游发展的基础和前提[5，6，7]。项目区属亚热带海洋性季风气候，气温受偏南季候风影响，暖湿多雨，风力较大，但规划区待测绘面积不大，因此选用抗风阻较好的多旋翼无人机FM D2000作为航行设备。由于本文研究内容需要针对不同水位的水面上下游地形结构分别测绘，故选用D lidar Ⅱ激光雷达镜头作为航测数据采集设备。为进一步提高测绘效率与航测工作可控性，同时选取了地面站控制终端、移动工作站、无人机管家智能系统、RPK-GPS双定位系统等配合规划区实勘测绘[8，9]。

图1 无人机及搭载设备

3 项目区域地形浅析

RT湿地公园规划范围，南北总长 2 km，东西平均长度 0.8 km，总面积1.5万平方米。RT湿地公园濒临浮莲岗水道和沙湾水道交汇口，考虑到汇口汇水及波浪爬高的影响，水位变化较大，在涨潮情况下更为明显，针对这种情况需针对水位标准下最高水位应分别考虑[10]。因此，本文将h+2.6 m(正常蓄水位)至h+7.0 m(设计洪水位)高程范围和h+7.0 m以上高程范围进行初步分区(标准水位h为参照，波浪爬高及潮汐影响为h+a，a为水位抬升值)，以便进一步划分无人机航测主要区域[11]。区域划分情况如图2所示。

图2 项目区高程初步划分示意图

图2中，规划范围外主要以山地地形为主，规划范围以内主要以河滩地为主，h+2.6 m至h+7.0 m高程范围为正常蓄水位主要影响区域范围，根据该区域形状及地块分布情况，划定景观规划区(即待航测区域)范围为虚线框内区域。

4 规划区域航测分析

上文所述景观规划区(即待航测区域)下游存在一处拦蓄工程，经过无人机航测，该区域南侧边界距离此拦蓄工程 2.63 km，该区域北侧边界距离拦蓄工程 3.97 km。本文针对该区域内十年一遇洪水标准(P=10%)进行了洪水计算，经计算，上坝址 2.63 km到 3.97 km区间内，最高回水水位分别为h+10.20 m、h+10.66 m。

回水计算成果及淹没水位 表1

因此，本文将运用FM D2000无人机搭载D lidar Ⅱ激光雷达镜头针对梯级水利景观规划区进行航测，由于该区域水位高程变化范围为h+2.6 m至h+10.7 m，故地表高程变化范围将大于 8.1m，同时，本文研究内容为不同水位变化对地表面积及分布情况所产生的景观规划布局变化，故高程测量是测绘的核心内容之一[11]。为保障航测效果，采用V75、V150变高飞行，即无人机以激光雷达镜头底端分别距离垂直地面 75 m、150 m进行变高度航测。纵向影像重叠率设定为70%，横向影像重叠率设定为40%，共采集航测影像682张，通过Pix 4D Mapper平台进行无人机点云投影建模，可得到实景三维模型，航测期间水位高程h+3.0 m。D lidar Ⅱ激光雷达数据采集可以有效过滤掉植被和水体更好地反映地表结构，但是也无法直观反映航测区域植被、建筑、影像等的原貌[11，12]，为更直观的分析说明，本文将建筑、植物、地表纹理等模型进行重塑后植入到实景三维成果中，得到实景三维模型效果图，如图3所示。

图3 实景三维建模效果图

图4 规划区剖面位置示意图

为进一步研究梯级水利景观规划区河、滩变化及暗礁(水下地丘)分布情况，本文在实景三维模型选取多个截面进行了剖切分析，限于文章篇幅，本文以A-A剖面为例进行分析说明，A-A剖面位置如图4所示，A-A剖面纵断面示意图(为使剖面更加直观、形象，已对剖面进行了效果处理)如图5所示。

由图5可知，本文所述梯级水利景观规划区内的大部分区域位于水库消落区和正常蓄水位以上滩地区，小部分位于死库容区。长期处于正常蓄水位以上的滩地约占区域内总面积的50%，主要分布为三大区块，最核心的区块位于临河岸侧，该区域地块相对较大，可利用空间较大；远离河岸侧则以水域为主，基本不具备滩岸规划条件；河岸与水域之间的其他地块呈散点状分布，受河水消落影响较大，其景观规划需要结合水位变化、波浪爬高、水利冲蚀等因素综合考虑[13，14]。

图5 研究范围剖面示意图

5 规划思路及效果

针对上文研究成果，梯级水利景观规划区主要分两大板块进行考虑。一部分是河岸滩地片区，该片区长期处于水位线以上，地块相对较大，可利用空间较大，故以长期休憩的建筑物、商业配套、游戏娱乐设施等需要考虑防洪且占地面积较大的湿地公园配套设施为主；另一部分是岛礁地片区，该片区随着水位线的变化或裸露出水面形成陆地，或被河水淹没形成暗礁，不适合规划疏水设施，宜结合地区植被及景观特色，打造梯级水利景观[15]。本文将主要围绕该区域进行梯级水利景观规划，针对本文航测成果，结合滩地分布情况及高程范围对该区域进行规划布局。具体如图6所示。

图6 梯级景观规划示意图

结合上文研究梯级水利景观规划区河、滩变化及暗礁(水下地丘)分布情况测绘成果，依托回水湾良好的生态自然本底及生物多样性，本文所述RT湿地公园梯级水利景观规划将以湿地保护与梯级景观打造为基础进行规划。各区域根据不同水域的深浅条件及步行景观性，将栈道修建成错落有致、形态各异的游憩步道。为与水位变化形成呼应，实现梯级景观“一步一景”的效果，不同的景观节点设置不同特色的景观台，以不同亲水型乡土植物为基调，用多层次植物营造疏密有致、韵律感强、空间丰富的河道植物景观。根据河道不同驳岸形式、主题划分等以金鸡菊，梭鱼草，水生美人蕉等植物串联整个河道，修复水利生态环境、统筹梯级水利景观。以打造兼具观景、生态与休闲娱乐功能的景观岛和景观廊道，实现RT湿地公园梯级水利景观依水而动、错落有致。

6 结论与展望

无人机航测技术有效解决了滨水地区测绘工作难于实施、测绘精度难于把控的问题，有效利用了无人机航测不受地形地貌限制、激光雷达数据采集不受水域及植被影响的综合优势，有效分析了核心研究区域的陆地、水体交互变化情况，为RT湿地公园梯级水利景观规划工作顺利展开创造条件，为国土空间规划工作有序推进奠定基础，具有较大的研究意义与良好的应用前景。