日本机载激光雷达测深进展（一）日本启动测量90%沿岸水深项目

海洋地图项目利用航空测深绘制日本90%沿海20m以浅区域，是日本海道协会（JHA）和日本财团的一个联合项目。

迄今为止，只有不到2%的日本沿海水域得到了测绘，严重拖累了在海洋事故、防灾减灾、篮碳以及生物多样性保护等领域的研究和技术进步。这个与日本海道协会合作的项目是日本财团推动解决这些问题的一个部分。

该项目是日本第一个使用机载激光雷达测深(ALB)的项目，旨在大约十年内绘制完成日本大约35000公里海岸线大约90%的海洋地图。到目前为止，JHA还不能绘制这些浅水区的详细地图。这个项目总预算200亿日元。日本财团多年来一直致力于成立一个基金会，并积极培养人才将海洋的财富移交给子孙后代，激发人们特别是青少年对海洋的兴趣，不断地认识海洋。
海洋地图项目实施的原因

传统上，日本沿海20m以浅区域的地形测量主要是通过船只进行的。近年来，ALB测深逐渐兴起，但是目前使用ALB测量的日本沿海水域不到大约2%。从飞机上获取的水下地形数据不仅非常精确，而且比从船上测量更为详细。大范围精细水下地形数据可用于解释海洋中发生的各种现象，有助于预防海洋事故和防灾减灾，增强生物多样性保护和海洋环境教育方面的技术和研究。
ALB技术特征

ALB原理是从空中发射红外和绿色激光，在20m以浅且海水透明区域进行水深测量。这使得从陆地到船舶无法到达的浅水区进行大面积、高效率和无缝数据采集成为可能。
保护海洋资源正当时

纵观历史，人们与海洋生活在一起，海洋也将人们聚集在一起，成为不同国家、语言和文化的桥梁。除了海洋资源，人们还受益于海洋对天气和气候的调节作用。然而，近年来，气候变化和其他因素导致了海洋环境的变化，造成了前所未有的生态危机，削弱了人与海洋的关系。人类一直在开发利用海洋，那么未来我们需要负起责任保护海洋。因此，本项目旨绘制蕴含丰富知识的海洋地图，维系人与海洋之间的和谐，保护宝贵的海洋资源，惠泽后代。

(左上:现有若狭湾西部海图（6337-4)，由日本海道协会提供，ALB能绘制珊瑚礁的详细地形(右上)并建立三维图像(右下)）

日本机载激光雷达测深进展

2003年，日本海岸警卫队(JCG)采用机载激光雷达测深(ALB)来提高浅海近岸地区的水深数据质量(包括更新海图)。这些产品用于保护该国30000公里的海岸线(世界第六长)和确保航行安全。在浅水区，船舶测量困难，ALB具有在短时间内有效测量大面积区域的优势，已被私营企业采用。然而，其他政府机构和私营企业仍然继续使用传统方法进行海岸线测量、水深测量和河流测量，因为ALB的初始投资较高。

2011年3月日本福岛大地震的发生是一个转折点，因为人们重新认识到沙滩、沙丘和海边森林在一定程度上减轻了灾害，沿海地区不应简单按照海岸线来管理，而应该以海岸线、陆地、河流和海洋组成的整体统一管理。地震后，JCD在11天内利用ALB对日本东北太平洋沿岸灾区的海底地形进行了调查，并向公众发布了结果。ALB展示了其在短时间内以高分辨率、高效和安全地勘测广阔海域，以及从陆地到海洋(反之亦然)连续获取地形的卓越性能。

日本大部分人口集中在河口附近的洪水易发区，洪水泛滥时可能遭受严重破坏。因此，河流必须定期勘测，以检查其地形，用于防洪对策规划和各种基础设施的维护。这需要大量的人力。尽管ALB最初是为海洋测量而开发的，在劳动力短缺的今天，ALB在弥补测量工程师短缺方面发挥重要作用。

2012年，亚洲航空测量有限公司(AAS)进行了使用ALB测深的可行性研究，在2013年和2014年使用租赁的ALB设备在日本的河流和海洋执行了密集的试验。在试验评估的基础上，AAS于2015年采用了徕卡地质系统公司的Chiroptera II，在完成操作测试后，于2016年2月开始调查日本的多个测区。

日本大约70%的陆地是山地和森林。ALB勘测飞机必须在地面上方保持较低的飞行高度(400至600米)，这使得ALB无法测量山区内蜿蜒河流。在这种情况下，AAS不得不使用固定翼飞机调查海域，使用直升机调查河流。AAS在2016年从日本政府机构获得了ALB勘测合同，这些工作订单预计还会增加。

案例1(海洋):沿海地区（Nanki Shirahama）

测区位于纪伊半岛（ Kii Peninsula）西南侧的Ria沙滩，形似两个斗篷，东侧有1条河流，一个渔港位于河口的右侧。沙滩长1.5km，离岸约100米处有分离式防波堤和人工鱼礁，是ALB测量的理想试验场。

防波堤和礁石的向陆一侧水深较浅。防波堤和礁石之间水域比周围区域深3米。流入海湾的河床上发现波纹痕迹。在河口拐弯处有大于10m的深坑。

NMB(Teledyne Reson公司SeaBat8125的窄波束回声测深仪)和ALB (Chiroptera II)测量对比结果表明两个系统测得的水深相差10～20cm，满足国际海道测量组织ALB水深测量标准的“IHO 1b”要求。

虽然ALB的测深极限约为20米(约为Secchi深度的1.3倍)，但整个区域的勘测在约2小时内完成，而在船上勘测同一区域则需要约一周时间。

案例2(海洋):疏浚航道(Nakagusukuwan港)

由于水深较浅，船舶测量困难，而且船只频繁通过。ALB完美地解决了这些问题，获得了完整地形数据。

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案例3(河流):桥柱下游河床冲刷(Jinzu River)

ALB通过倾斜测量获取桥下水深地形。河深3米，桥柱周围的区域被侵蚀了2米，侵蚀区域大约20平方米。在侵蚀区的下游侧形成奇形怪状的条纹。

案例4:(河流):湍急的河流(Joganji River)中维护控制侵蚀和沉积的设施

Joganji 河全长56公里，垂直落差3000米，是世界上最陡的河流之一。大量的沉积物从上游被带走，被洪谷SABO大坝截留。

为了获得ALB性能的最大效果，调查选择在雪季进行，因为从大坝落下的水会引起混浊和气泡。

参考文献

https://www.gim-international.com/content/news/japan-launches-project-to-map-90-of-coastal-waters

https://lidarmag.com/2017/09/20/introduction-of-airborne-lidar-bathymetry-in-japan/

https://ihr.iho.int/articles/airborne-lidar-bathymetry/