绘制最后的边界

阿拉斯加是美国人口最少但最大的州。以其多样的景观和寒冷的天气而闻名，在冬季旅行可能很困难。在该州北部地区，冻土带广阔，冬季气候恶劣，冰路的使用非常普遍，也是运输资源的必要条件。由于该州有300多万个湖泊，面积超过20英亩，因此需要对景观有一个清晰的了解，才能最好地确定在哪里可以安全、可持续地修建这些道路。得克萨斯大学奥斯汀分校的一个研究单位——经济地质学局（DealthEngory），着手绘制一个这片野生边疆的一部分，并利用徕卡翼翅目机载激光雷达系统在2014对阿拉斯加北坡进行调查，以更好地了解当地的生境。

独特的风景
阿拉斯加北坡微地形支撑着北极苔原环境中各种潜在的鱼类栖息地水体和湿地区域。一般来说，深度不到2米的浅融湖是该地区苔原景观的主要组成部分，约占总面积的20%。它们在一个日历年中只有几个星期完全不结冰，因此我们相应地安排了实地考察，从7月中旬开始，到8月初结束。

湖泊的深度、冰的生长和衰退决定了它们是否适合野生动物和水生动物以及工业发展的栖息地。假设该区域的积冰厚度为1.5至2 m，如果水深超过2 m，则液态水最有可能位于这些湖泊的中央盆地下方。调查结果尤其重要，因为它们将揭示深度超过2米的湖泊，适合修建冰路，但具有潜在的鱼类栖息地。预计调查结果也将有助于该地区的其他环境和水文评估。

负责地面实况调查和全面后勤保障的研究科学家约翰·安德鲁斯（John Andrews）说：“由于数千个湖泊（浊度不同）散布在整个调查区域，且恶劣的天气条件限制了航空调查活动，这当然不是一项容易的任务。”。“然而，通过机载激光雷达测量，我们能够在传统测量方法不可行的地区获得非常详细和精确的地形和水深数据。”

以双倍扫描功率飞行
共飞行了95条测线，覆盖整个测量区域，测线数量在西风方向增加。平均航线约50公里长。为确保完全覆盖，飞行线间距设置为160至180米，其中地面激光条带足迹计算为280至290米宽。为了补偿不断变化的地面高程（北面30米，南面95米），在飞行期间对大气压力进行了监测，以保持恒定的飞行高度和地面以上的线束。

翼手目使用两台激光雷达扫描仪获取地形和水深数据。来自地形激光雷达（红色波长）的数据以300 kHz的频率发射，用于获取植被高度和地球地形的高分辨率三维位置数据。来自测深激光雷达（绿色波长）的数据以35 kHz的频率发射，用于确定与水有关的统计数据；例如深度、体积和面积大小。我们还分别收集了400米和1700米处的彩色红外和自然色图像，用于视觉参考和正射校正。

“该项目的技术基石是翼手目机载激光雷达和成像系统，”该局负责现场数据处理和系统校准的研究科学家John Hupp说。“同时利用激光雷达数据收集高分辨率图像，使我们能够轻松区分水体、植被特征、湿地和高地，与任何其他传统类型的调查相比，节省了我们的时间和成本。”

对于两台激光雷达扫描仪，平均垂直偏移测量值小于1 cm，而标准偏差计算值约为3 cm，与在Deadhorse机场跑道路面收集的地面控制点相比。校准程序分别应用于两台扫描仪，其中测量的平均横摇和俯仰偏差小于2.6 cm。

Hupp说：“我们还检查并纠正了任何明显的激光雷达系统校准误差，这些误差主要是由不正确的惯性导航系统（INS）滚动、俯仰和偏航的旋转角度引起的。这些误差可以通过分析相邻和俯仰的激光雷达条带来检测。”。“理论上，如果没有预先发送旋转偏差，则从不同条带注册的激光雷达点应在无障碍表面上无缝匹配；尽管预计不会有完美的结果，但我们可以在实践中获得非常接近的结果。”

更快、更准确的数据分析
徕卡激光雷达测量套件LLSS v2.09用于将原始数据文件转换为工业标准LAS1.2进行输出。由于LAS数据集采用二进制格式，因此可以快速、方便地访问信息，用于分析或可视化目的。两台扫描仪的数据集平铺到1 x 1 km，以简化数据查看和分析的计算要求。因此，我们在整个测量区域生成了829个地砖，每个地砖在每个方向都包含一个20米的缓冲区，以生成无缝的1米数字高程模型（DEM），用于绘图。

计算的最深水体为3.5m。在分析的4697个水体中，3837个（81.7%）被划分为浅层或极浅层，测量深度小于1m。只有4.6%（总共216个）的水体深度超过2.0米。所有水体的平均深度计算为0.67 m。

共有3014个水体（64.1%）的水量不足1000 m3，而据计算，1683个湖泊的水量超过1000 m3（35.9%）。所有分析水体的平均体积计算为12771 m3（3373741 gal）。

安德鲁斯说：“翼手目的先进技术提供了准确、详细和经济高效的结果，允许对世界偏远地区的微地形和水深特征进行分析。”。“河流环境、湿地和高地、丘陵和平地以及所有其他地形特征的各种形状和大小的水体都被快速准确地绘制和分析。”

作者：库塔米斯·赛拉姆