走向印尼的海岸线基地地图

利用激光雷达测深技术可以大大提高印度尼西亚海岸线数据的准确性。在本文中，作者描述了激光雷达测深技术如何应用于巽他海峡的一段海岸线。

海洋或海岸区域的确定取决于海岸线数据的可用性，因为它是基于海岸线参考(见图1)。如果基于准确的海岸线数据，印尼主权区域的定义可以得到改进。不幸的是，2019年，印尼只有10.8万公里海岸线的约8%可以获得1万比例尺的海岸线基线地图。因此，海岸线数据是通过整合高程数据(数字高程模型;通过地形和水深测量获得的陆地和海洋DEM)。然而，印度尼西亚的地形条件是独特的，具有浅水特征。此外，一些沿海地区是内陆海，利用探测传感器等技术很难进入。因此，需要一种替代方法来加快印度尼西亚利用激光雷达技术进行测深活动的海岸线数据的提供。大规模改善海岸线数据的可得性预期将有益于国民经济，特别是海事部门。

机载激光海洋测深学

激光雷达(光探测和测距)是使用主动传感器的遥感系统的一部分，它的工作原理是比较传输信号与反射信号的特性;即脉冲传播时间、波长和反射角度的差异。在激光雷达测深应用中，所使用的激光是一种可以穿透水底的绿光。当激光击中水面时，一部分激光波向四面八方反射折射，另一部分穿透水面。激光雷达测深的基本原理如图2所示。

印度尼西亚获得激光雷达测深技术

为了加快国家海岸线数据的可用性，2020年在巽他海峡附近开展了机载激光雷达测深。差动定位方法被用来提供一个精度为10cm的飞机位置。所有得到的位置都参考了印度尼西亚的大地基准面SRGI2013。使用的高度约为600米，飞行线之间的距离为280米。较高的高度可以在保持点云密度的同时有效增加覆盖面积，激光雷达可以在单次飞行中进行大范围的采集。激光雷达的测深能力约为每天145公里，总测绘海岸线为1000公里。巽他海峡激光雷达测深采集深度达5米，因为测量位置不完全在清水中。在这种情况下，激光雷达测深采集只用了两个月就完成了整个感兴趣区域(AoI)。基于这种能力，印尼群岛可以快速绘制地图;然而，在数据采集过程中最大的困难是巽他海峡附近地区的雨季。

在爪哇南部还有其他困难，因为该地区被高海浪控制(高海浪状态控制)。在水深测量中，水面被认为是一个水平的反射面，在这个反射面中，激光束根据离最低点的光束角度折射入水中。如果表面产生波纹，激光就会向各个方向折射，改变激光束的入射角。这使得激光很难穿透这些区域的水底。因此，激光在水下折射出的光束路径的几何形状取决于其上方水面的条件。由激光雷达测深结果提取的DEM数据如图3所示。如图所示，海岸周围的物体可以被详细绘制，包括水域。

机载激光雷达测深细节水平

激光雷达测深利用红外测量陆地地形，绿色激光测量海底地形。因此，激光雷达测深可以生成单一的陆、海无缝DEM，生成的DEM基于相同的参考系统，大大方便了数据集成过程。此外，激光雷达测深可以在声波传感器难以测量的浅水或珊瑚礁等区域进行，如图4所示。图4还显示，使用激光雷达测深法可以非常清楚地描绘有珊瑚的浅水区，而多波束测深法只能绘制较不详细的海床图。因此，激光雷达测深产生高分辨率DEM数据，使海岸线的提取过程更容易。

机载激光雷达测深效果

在获取海洋DEM数据时，测深技术的能力约为50线公里/天。此外，海洋与陆地DEM的集成需要进行耗时的地形测量，由于采集数据时使用的技术不同，测量条件不同，在陆地与海洋DEM的集成过程中会出现问题。此外，由于所使用的参考文献不同，也存在问题，导致DEM高程值不一致。虽然测深传感器的测深结果非常准确，但测深传感器不能用于浅水和难以到达的地区。

然而，激光雷达测深可以在一次飞行中获得大范围的数据，这使得它在时间上非常高效。它绘制海岸线的能力高达每天145公里。因此，与目前使用的技术相比，激光雷达测深几乎可以将测量时间减半。有了这种能力，将激光雷达测深技术用于水文测量活动可带来许多好处，特别是在数据采集的成本效率方面。因此，激光雷达测深技术是非常值得考虑的一种方法，以加快在印度尼西亚的大规模海岸线地图的可用性。

激光雷达测深精度评估

对精度进行了评估，将DEM的精度与激光雷达测深结果进行了比较。此外，z坐标(包括陆地和部分海岸)与使用精确GNSS工具的实地测量值进行了比较。因此，精度测试是在海岸周围和可以使用GNSS大地测量设备访问的水域进行的。精度评价结果表明，激光雷达测深精度为0.3m，置信水平为90%。这些结果符合印度尼西亚的垂直精度标准。因此，激光雷达测深结果可用于绘制比例尺为1:5 000的地图。

结论

激光雷达测深测量在浅水区和无法进入的地区非常有效，例如在印度尼西亚的群岛地区。另一个优势是，激光雷达测深可以产生无缝DEM，使陆地数据与海洋数据易于集成。此外，飞机的高海拔飞行距离意味着激光雷达测深测量单次飞行覆盖面积大。这些优势可以帮助加快在印度尼西亚海岸线的可用性。

应该指出，水深激光雷达测量的成功在很大程度上取决于绿色激光穿透水柱的能力。因此，水深激光雷达测量取决于环境条件，如水的浑浊度、水面平面和天气条件。因此，激光雷达测深非常适合在印度尼西亚水域清澈平静、受非显性沉积物过程影响的地区使用。但在水质较差的沿海地区，激光雷达测深系统对水体底部的渗透能力下降，需要利用测深传感器和地面方法进行数据采集。这种技术的结合获得了最大的效果。