中科院天山冰川站与广西水电院联合开展机载激光雷达测量技术 在冰川科学研究中的应用研讨会并进行实地试验

我国是中低纬度山地冰川最为发育的国家，在气候变暖背景下全球冰川呈现不同程度退缩，最近几十年尤为明显。冰川作为“固态水库”其水资源是制约我国西北干旱地区社会经济发展和维系生态系统可持续发展的关键要素，开展冰川科学研究具有重要意义。

通过冰川研究现状分析，目前开展的冰川研究方法在冰川数据整体性、数据精度性、采集效率性及人身安全性等方面仍存在一定局限，科学研究并努力探索冰川研究新技术、新方法至关重要。机载激光雷达测量技术（Light Detection and Ranging, LiDAR）作为冰川研究新技术、新方法其展现出巨大的应用潜力，已运用于北极和南极地区的冰川积雪研究，但在我国内陆（如天山、阿尔泰山、青藏高原等）高海拔、高落差、极端天气地区的冰川积雪研究中应用较少。

图1 乌鲁木齐河源1号冰川

中国科学院西北生态环境资源研究院新疆天山冰川国家野外科学观测研究站携手广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院有限责任公司，联合举办机载激光雷达测量技术在冰川科学研究中的应用研讨会，并在2023年及2024年开展两期的冰川实地调研与试验。此次合作旨在深化双方在冰川科学研究项目上的合作，并共同推进科研课题的申报工作。

2023年9月，中国科学院西北生态环境资源研究院、广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院有限责任公司以及新疆维吾尔自治区气象局在天山冰川国家野外科学观测研究站联合举办了一场关于无人机机载激光雷达测量技术在冰川科学研究中应用的现场研讨会，并在天山冰川区进行了无人机冰川实地航测试验。会议中，各方就各自专业领域进行了深入汇报。中国科学院西北生态环境资源研究院分享了新疆冰川的研究进展，广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院有限责任公司介绍了机载激光雷达技术的最新发展及其在冰川测绘中的潜在应用，新疆维吾尔自治区气象局则提供了新疆冰川区气象条件的详细分析。

与会专家学者们还就机载激光雷达测量技术在冰川研究中的广泛应用进行了热烈讨论，包括冰川边界的精确识别、冰川表面高程的精细测量、冰川体积的准确估算、冰川热力学和动力学模拟、冰川湖泊变化的监测、冰川岩屑覆盖的提取以及冰川裂隙分布的监测等多个方面。同时，专家们也探讨了无人机机载激光雷达在冰川测绘中面临的技术挑战，如冰川表面激光反射和散射问题的解决方案、适应高海拔和高落差复杂地形的策略、应对极端气象条件的措施，以及海量点云数据的处理和分析等关键问题。

图2 机载激光雷达测量技术在冰川科学研究中的应用现场研讨会议

此外于2023年9月、2024年10月在新疆天山冰川区对乌鲁木齐河源1号冰川开展两次无人机机载激光雷达冰川实地试验。

图3 机载激光雷达冰川应用实地试验

经过两个周期的冰川实地试验，获得乌鲁木齐河源1号冰川区激光点云（Point Cloud）、正射影像（DOM）、三维模型（3D）及数字高程模型（DEM）数据。

图4 冰川区激光点云（Point Cloud）

图5 冰川区正射影像（DOM）

图6 冰川区三维模型（3D）

图7 冰川区数字高程模型（DEM）

图8 冰川区RTK和LiDAR数据在平面和高程方面的误差量及其数值分布

由图可知，机载激光雷达设备和技术获取的冰川激光点云、正射影像、三维模型和数字高程模型涵盖整条冰川，无数据空洞，整体性较好，完整度达到100%。通过统计学方法对比分析发现冰川区RTK和LiDAR数据两者在平面和高程方面都具有较好的一致性，平面和高程中误差分别为7.2 cm（X方向）、7.2 cm（Y方向）、10.2 cm（XY方向），6.4 cm（Z方向），误差值满足冰川科学观测要求。

通过冰川实地试验验证了机载激光雷达测量技术在冰川科学研究中的应用可行性，实现了无人机在高海拔、高落差，较低温、高强风、雨雪天频发等苛刻冰川区域航空测量技术突破，提升了冰川数据获取的整体性、精度性及采集效率，减少了人为观测安全风险，为我国冰川科学研究提供高精度数据基础和科学依据，增添我国冰川科学研究新质生产力。