國(guó)土空間規(guī)劃背景下機(jī)載雷達(dá)航測(cè)技術(shù)輔助水利景觀規(guī)劃研究

賴遠(yuǎn)智

(廣州市番禺區(qū)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，廣東 廣州 510000)

1 引 言

隨著國(guó)土空間規(guī)劃工作不斷推進(jìn)，越來(lái)越多的規(guī)劃項(xiàng)目逐步展開(kāi)，水利景觀規(guī)劃作為對(duì)城市規(guī)劃、城市發(fā)展、城市化進(jìn)程有直接影響的規(guī)劃項(xiàng)目顯得愈發(fā)重要。人們自古以來(lái)喜歡擇水而居，水景在人們心中已經(jīng)占據(jù)了不可動(dòng)搖的地位[1，2]。然而，水利景觀的打造要考慮諸多問(wèn)題，豐水期和枯水期的水位變化、上下游水庫(kù)對(duì)水位的影響、回水水位的變化等都會(huì)影響水利景觀的規(guī)劃布局，梯級(jí)水利景觀的打造雖能有效解決水位變化對(duì)造景植物、石材、構(gòu)造等的影響，但是變高程景觀打造又對(duì)各階段水面上下游測(cè)繪工作提出更高要求[3，4]。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)已普遍用于農(nóng)業(yè)、消防、建筑等諸多行業(yè)，航測(cè)技術(shù)已相對(duì)成熟，其測(cè)繪過(guò)程不受地形地貌限制，其建模精度可通過(guò)鏡頭、測(cè)繪方法、建模方式的升級(jí)優(yōu)化不斷提高，現(xiàn)已可達(dá)到1∶500地形圖測(cè)繪精度。針對(duì)這一特點(diǎn)，本文將利用無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì)，以RT濕地公園為例研究無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在梯級(jí)水利景觀規(guī)劃中的具體應(yīng)用。

2 研究背景及設(shè)備選型

RT濕地公園位于廣州市番禺區(qū)東南部，該地塊濕地資源條件優(yōu)越，景區(qū)開(kāi)發(fā)條件良好，濕地公園是聚集游客的核心載體、引發(fā)消費(fèi)的重要平臺(tái)，是一個(gè)區(qū)域旅游發(fā)展的基礎(chǔ)和前提[5，6，7]。項(xiàng)目區(qū)屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，氣溫受偏南季候風(fēng)影響，暖濕多雨，風(fēng)力較大，但規(guī)劃區(qū)待測(cè)繪面積不大，因此選用抗風(fēng)阻較好的多旋翼無(wú)人機(jī)FM D2000作為航行設(shè)備。由于本文研究?jī)?nèi)容需要針對(duì)不同水位的水面上下游地形結(jié)構(gòu)分別測(cè)繪，故選用D lidar Ⅱ激光雷達(dá)鏡頭作為航測(cè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備。為進(jìn)一步提高測(cè)繪效率與航測(cè)工作可控性，同時(shí)選取了地面站控制終端、移動(dòng)工作站、無(wú)人機(jī)管家智能系統(tǒng)、RPK-GPS雙定位系統(tǒng)等配合規(guī)劃區(qū)實(shí)勘測(cè)繪[8，9]。

圖1 無(wú)人機(jī)及搭載設(shè)備

3 項(xiàng)目區(qū)域地形淺析

RT濕地公園規(guī)劃范圍，南北總長(zhǎng) 2 km，東西平均長(zhǎng)度 0.8 km，總面積1.5萬(wàn)平方米。RT濕地公園瀕臨浮蓮崗水道和沙灣水道交匯口，考慮到匯口匯水及波浪爬高的影響，水位變化較大，在漲潮情況下更為明顯，針對(duì)這種情況需針對(duì)水位標(biāo)準(zhǔn)下最高水位應(yīng)分別考慮[10]。因此，本文將h+2.6 m(正常蓄水位)至h+7.0 m(設(shè)計(jì)洪水位)高程范圍和h+7.0 m以上高程范圍進(jìn)行初步分區(qū)(標(biāo)準(zhǔn)水位h為參照，波浪爬高及潮汐影響為h+a，a為水位抬升值)，以便進(jìn)一步劃分無(wú)人機(jī)航測(cè)主要區(qū)域[11]。區(qū)域劃分情況如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目區(qū)高程初步劃分示意圖

圖2中，規(guī)劃范圍外主要以山地地形為主，規(guī)劃范圍以內(nèi)主要以河灘地為主，h+2.6 m至h+7.0 m高程范圍為正常蓄水位主要影響區(qū)域范圍，根據(jù)該區(qū)域形狀及地塊分布情況，劃定景觀規(guī)劃區(qū)(即待航測(cè)區(qū)域)范圍為虛線框內(nèi)區(qū)域。

4 規(guī)劃區(qū)域航測(cè)分析

上文所述景觀規(guī)劃區(qū)(即待航測(cè)區(qū)域)下游存在一處攔蓄工程，經(jīng)過(guò)無(wú)人機(jī)航測(cè)，該區(qū)域南側(cè)邊界距離此攔蓄工程 2.63 km，該區(qū)域北側(cè)邊界距離攔蓄工程 3.97 km。本文針對(duì)該區(qū)域內(nèi)十年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)(P=10%)進(jìn)行了洪水計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，上壩址 2.63 km到 3.97 km區(qū)間內(nèi)，最高回水水位分別為h+10.20 m、h+10.66 m。

回水計(jì)算成果及淹沒(méi)水位 表1

因此，本文將運(yùn)用FM D2000無(wú)人機(jī)搭載D lidar Ⅱ激光雷達(dá)鏡頭針對(duì)梯級(jí)水利景觀規(guī)劃區(qū)進(jìn)行航測(cè)，由于該區(qū)域水位高程變化范圍為h+2.6 m至h+10.7 m，故地表高程變化范圍將大于 8.1m，同時(shí)，本文研究?jī)?nèi)容為不同水位變化對(duì)地表面積及分布情況所產(chǎn)生的景觀規(guī)劃布局變化，故高程測(cè)量是測(cè)繪的核心內(nèi)容之一[11]。為保障航測(cè)效果，采用V75、V150變高飛行，即無(wú)人機(jī)以激光雷達(dá)鏡頭底端分別距離垂直地面 75 m、150 m進(jìn)行變高度航測(cè)?？v向影像重疊率設(shè)定為70%，橫向影像重疊率設(shè)定為40%，共采集航測(cè)影像682張，通過(guò)Pix 4D Mapper平臺(tái)進(jìn)行無(wú)人機(jī)點(diǎn)云投影建模，可得到實(shí)景三維模型，航測(cè)期間水位高程h+3.0 m。D lidar Ⅱ激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集可以有效過(guò)濾掉植被和水體更好地反映地表結(jié)構(gòu)，但是也無(wú)法直觀反映航測(cè)區(qū)域植被、建筑、影像等的原貌[11，12]，為更直觀的分析說(shuō)明，本文將建筑、植物、地表紋理等模型進(jìn)行重塑后植入到實(shí)景三維成果中，得到實(shí)景三維模型效果圖，如圖3所示。

圖3 實(shí)景三維建模效果圖

圖4 規(guī)劃區(qū)剖面位置示意圖

為進(jìn)一步研究梯級(jí)水利景觀規(guī)劃區(qū)河、灘變化及暗礁(水下地丘)分布情況，本文在實(shí)景三維模型選取多個(gè)截面進(jìn)行了剖切分析，限于文章篇幅，本文以A-A剖面為例進(jìn)行分析說(shuō)明，A-A剖面位置如圖4所示，A-A剖面縱斷面示意圖(為使剖面更加直觀、形象，已對(duì)剖面進(jìn)行了效果處理)如圖5所示。

由圖5可知，本文所述梯級(jí)水利景觀規(guī)劃區(qū)內(nèi)的大部分區(qū)域位于水庫(kù)消落區(qū)和正常蓄水位以上灘地區(qū)，小部分位于死庫(kù)容區(qū)。長(zhǎng)期處于正常蓄水位以上的灘地約占區(qū)域內(nèi)總面積的50%，主要分布為三大區(qū)塊，最核心的區(qū)塊位于臨河岸側(cè)，該區(qū)域地塊相對(duì)較大，可利用空間較大；遠(yuǎn)離河岸側(cè)則以水域?yàn)橹?，基本不具備灘岸?guī)劃條件；河岸與水域之間的其他地塊呈散點(diǎn)狀分布，受河水消落影響較大，其景觀規(guī)劃需要結(jié)合水位變化、波浪爬高、水利沖蝕等因素綜合考慮[13，14]。

圖5 研究范圍剖面示意圖

5 規(guī)劃思路及效果

針對(duì)上文研究成果，梯級(jí)水利景觀規(guī)劃區(qū)主要分兩大板塊進(jìn)行考慮。一部分是河岸灘地片區(qū)，該片區(qū)長(zhǎng)期處于水位線以上，地塊相對(duì)較大，可利用空間較大，故以長(zhǎng)期休憩的建筑物、商業(yè)配套、游戲娛樂(lè)設(shè)施等需要考慮防洪且占地面積較大的濕地公園配套設(shè)施為主；另一部分是島礁地片區(qū)，該片區(qū)隨著水位線的變化或裸露出水面形成陸地，或被河水淹沒(méi)形成暗礁，不適合規(guī)劃疏水設(shè)施，宜結(jié)合地區(qū)植被及景觀特色，打造梯級(jí)水利景觀[15]。本文將主要圍繞該區(qū)域進(jìn)行梯級(jí)水利景觀規(guī)劃，針對(duì)本文航測(cè)成果，結(jié)合灘地分布情況及高程范圍對(duì)該區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃布局。具體如圖6所示。

圖6 梯級(jí)景觀規(guī)劃示意圖

結(jié)合上文研究梯級(jí)水利景觀規(guī)劃區(qū)河、灘變化及暗礁(水下地丘)分布情況測(cè)繪成果，依托回水灣良好的生態(tài)自然本底及生物多樣性，本文所述RT濕地公園梯級(jí)水利景觀規(guī)劃將以濕地保護(hù)與梯級(jí)景觀打造為基礎(chǔ)進(jìn)行規(guī)劃。各區(qū)域根據(jù)不同水域的深淺條件及步行景觀性，將棧道修建成錯(cuò)落有致、形態(tài)各異的游憩步道。為與水位變化形成呼應(yīng)，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)景觀“一步一景”的效果，不同的景觀節(jié)點(diǎn)設(shè)置不同特色的景觀臺(tái)，以不同親水型鄉(xiāng)土植物為基調(diào)，用多層次植物營(yíng)造疏密有致、韻律感強(qiáng)、空間豐富的河道植物景觀。根據(jù)河道不同駁岸形式、主題劃分等以金雞菊，梭魚(yú)草，水生美人蕉等植物串聯(lián)整個(gè)河道，修復(fù)水利生態(tài)環(huán)境、統(tǒng)籌梯級(jí)水利景觀。以打造兼具觀景、生態(tài)與休閑娛樂(lè)功能的景觀島和景觀廊道，實(shí)現(xiàn)RT濕地公園梯級(jí)水利景觀依水而動(dòng)、錯(cuò)落有致。

6 結(jié)論與展望

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)有效解決了濱水地區(qū)測(cè)繪工作難于實(shí)施、測(cè)繪精度難于把控的問(wèn)題，有效利用了無(wú)人機(jī)航測(cè)不受地形地貌限制、激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集不受水域及植被影響的綜合優(yōu)勢(shì)，有效分析了核心研究區(qū)域的陸地、水體交互變化情況，為RT濕地公園梯級(jí)水利景觀規(guī)劃工作順利展開(kāi)創(chuàng)造條件，為國(guó)土空間規(guī)劃工作有序推進(jìn)奠定基礎(chǔ)，具有較大的研究意義與良好的應(yīng)用前景。