“天空地水工”一體化監(jiān)測感知網(wǎng)—“空”（測雨雷達、激光雷達）

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       2026年全國水利工作會議上，水利部部長李國英發(fā)布重要講話，針對“十五五”目標實施，提到繼續(xù)完善“天空地水工”一體化監(jiān)測感知系統(tǒng)，同時針對2026年水利重點工作，要系統(tǒng)謀劃推進數(shù)字孿生水利體系建設，構建“天空地水工”一體化監(jiān)測感知系統(tǒng)。

       我們前面提到，“空”主要是利用無人機、高塔等設施設備，搭載激光雷達、天氣雷達、測雨雷達等監(jiān)測儀器，實現(xiàn)對水域岸線、蓄滯洪區(qū)、山洪易發(fā)區(qū)等重點區(qū)域的地形、雨水情等要素監(jiān)測采集，實現(xiàn)針對中小尺度高精度動態(tài)信息的監(jiān)測感知。

 

（一）測雨雷達

       測雨雷達是一種專門用于探測降水系統(tǒng)（雨、雪、冰雹等）的氣象雷達，工作在X波段（頻率約9.3~9.5 GHz），具有高靈敏度、高分辨率、強降水探測能力強等特點。在水利行業(yè)部署的測雨雷達通常具備雙偏振技術（可區(qū)分雨滴、冰晶、地面雜波，提高降水估測精度）、低仰角掃描（更貼近地表，捕捉近地面強降雨）、快速體掃模式（1–2分鐘完成一次全空域掃描，滿足短臨預報需求）、水利定制化算法（針對流域地形、雨型特征優(yōu)化反演模型）。

       測雨雷達的核心目標是看得見“云中雨”，算得準“落地雨”，防得住“山洪災害”。

測雨雷達的主要技術特點

1、高時空分辨率

       測雨雷達的空間分辨率達 60~250 米，可識別小尺度的對流單體，同時掃描周期 為1~2 分鐘，可捕捉降雨快速演變過程。

2、三維立體探測

       測雨雷達可獲取從云底到高空的降水粒子分布、強度、相態(tài)，支持生成垂直剖面圖、等高平面圖、定量降水估測等產(chǎn)品。

3、雙偏振技術提升精度

       測雨雷達利用差分反射率、相關系數(shù)、比差分相移等參數(shù)，可以區(qū)分雨、雪、冰雹，同時抑制地物雜波（如山體、建筑），從而提高強降雨估測準確性（誤差可控制在15%以內）。

4、水利定制化處理

       通過融合數(shù)字高程模型（DEM） 進行地形遮擋校正，再結合流域匯流模型，將雷達降雨估測直接轉化為面雨量、入流過程線，同時也可支持與山洪模型、水文模型的無縫對接。

5、組網(wǎng)協(xié)同觀測

       多部雷達組網(wǎng)可消除單站盲區(qū)（如山區(qū)遮擋），水利部正在推進重點流域測雨雷達組網(wǎng)工程（如長江、珠江、海河）。

測雨雷達典型應用場景

1、山洪災害精細化預警

       利用測雨雷達，實時監(jiān)測山洪溝上游“云中雨”強度與移動路徑，提前30~60分鐘發(fā)出靶向預警，精準到村、到戶，結合“叫應”機制，預警信息直達責任人。

2、中小河流洪水預報

       利用測雨雷達，可提供高精度面雨量，替代稀疏雨量站插值。結合這些高精度數(shù)據(jù)驅動分布式水文模型，有效提升洪峰流量、到達時間的預測精度，解決“有雨無站、有站無雨”難題。

3、水庫與水利工程調度

       實時掌握庫區(qū)及上游集雨區(qū)降雨分布，支撐預泄騰庫、錯峰調度決策，防止因局部強降雨導致溢洪或漫壩。（三峽水庫調度中心接入周邊4部測雨雷達數(shù)據(jù)，汛期調度響應時間縮短40%）

4、城市內澇監(jiān)測與應對

       在城市布設小型X波段雷達，監(jiān)測“列車效應”暴雨，同時結合管網(wǎng)模型，預測積水點，可為應急排澇提供精準雨情支持。

5、極端天氣過程復盤與模型校準

       利用測雨雷達保存完整的降雨三維過程數(shù)據(jù)，用于水文模型參數(shù)率定、預警閾值優(yōu)化，有效支撐數(shù)字孿生流域“預演”功能。

       測雨雷達是“天空地水工”體系中“空”基感知的“降雨之眼”。它以高時空分辨率、三維立體探測、水利定制化為核心優(yōu)勢，實現(xiàn)了從“看不見云中雨”到“算得準落地雨”的跨越。在山洪防御、中小河流預警、水庫調度等關鍵業(yè)務中，已成為現(xiàn)代水利不可或缺的“硬核”裝備。隨著組網(wǎng)加密與智能算法升級，測雨雷達將持續(xù)夯實智慧水利的感知底座，筑牢水旱災害防御的“第一道防線”。

（二）激光雷達

       激光雷達是一種遙感技術：利用激光測距原理，通過快速發(fā)射數(shù)萬至百萬點/秒的激光束，測量目標物體的距離、形狀和反射特性，從而生成高密度、高精度的三維點云數(shù)據(jù)。

       將激光雷達安裝在無人機或有人機上，可用于大范圍測繪；同時借助地面上的移動激光雷達可進行工程局部精細掃描；借助其穿透植被、厘米級精度、全天候作業(yè)等核心能力，在復雜地形、植被覆蓋或應急場景下激光雷達具有不可替代的優(yōu)勢。

       在“天空地水工”體系中，“空”層承擔中小尺度、高精度、動態(tài)更新的空中感知任務。激光雷達是實現(xiàn)高精度三維地形與水文要素感知的核心手段，作用可概括為：“看得穿（植被）、測得準（地形）、建得真（模型）”。

激光雷達的主要技術特點

1、高精度三維建模

       激光雷達平面精度5~10 cm，高程精度3~8 cm，優(yōu)于傳統(tǒng)的攝影測量，同時點云密度可達 100~500 點/平方米，支持精細地貌的刻畫。

2、植被穿透能力

       近紅外或綠光波段激光可穿透樹葉間隙，獲取真實地面，可對森林覆蓋下的河道、滑坡體、堤防基礎等隱蔽地形實現(xiàn)精準測繪。

3、多平臺適配

       可集成于固定翼無人機、多旋翼無人機、直升機，小型化激光雷達系統(tǒng)已廣泛用于水利無人機作業(yè)。

4、水陸一體化探測

       綠光激光（532 nm）可穿透清澈水體（深度0.5~50 m），同時獲取水面、水下地形、河床形態(tài)，適用于淺水河道、湖泊、海岸帶。

5、與多源數(shù)據(jù)融合

       可同步搭載RGB相機、IMU/GNSS、高光譜傳感器，生成真彩色點云、數(shù)字表面模型（DSM）、數(shù)字高程模型（DEM）、正射影像等多維產(chǎn)品。

激光雷達的典型應用場景

1、高精度數(shù)字高程模型（DEM）構建

       為水文模型、山洪及洪水演進提供基礎地形底圖，替代傳統(tǒng)人工測繪，效率提升10倍以上。

2、河道與岸線精細化管理

       提取河道中心線、斷面、灘槽邊界、岸坡坡度，監(jiān)測岸線侵蝕、淤積變化，評估非法采砂影響，支撐河道整治、生態(tài)修復工程設計。

3、山洪災害風險區(qū)劃

       獲取山洪溝三維形態(tài)、匯流路徑、坡度、匯水面積，結合降雨數(shù)據(jù)，精準計算臨界雨量與危險等級，劃定高風險村落與逃生通道。

4、水利工程安全監(jiān)測

       掃描大壩、堤防、閘站表面形變與裂縫，通過多期點云比對，檢測毫米級沉降或位移，評估滑坡體、崩塌體穩(wěn)定性。

5、蓄滯洪區(qū)與洪泛區(qū)建模

       精確刻畫微地形起伏（如田埂、道路、房屋），提升洪水淹沒模擬精度，準確預測積水深度與范圍，支撐人員轉移路線規(guī)劃與財產(chǎn)損失評估。

6、應急災后快速評估

       災后24小時內可完成受災區(qū)域三維重建，量化滑坡體積、河道堵塞量、房屋損毀數(shù)量，為搶險救援與恢復重建提供決策依據(jù)。

       激光雷達是“天空地水工”體系中“空”基感知的“三維之眼”。它以高精度、穿透性、三維化為核心優(yōu)勢，解決了傳統(tǒng)光學遙感和地面測量難以克服的地形盲區(qū)問題，為水利行業(yè)提供了從宏觀流域到微觀工程的全尺度空間感知能力。

       隨著設備小型化、成本降低和AI解譯技術成熟，激光雷達正從“高端測繪工具”轉變?yōu)樗麡I(yè)務常規(guī)化、智能化的核心支撐技術，在數(shù)字孿生水利和現(xiàn)代水治理體系中扮演著越來越重要的角色。

 

 

來源：公眾號毅觀察