انجمن هیدرولیک ایران نشریه علمی هیدرولیک 2345-4237 مقالات آماده انتشار 2026 05 30 Assessment of Airborne LiDAR Data Accuracy for Elevation Extraction of Water Distribution Network Junctions: Implications for Hydraulic Modeling Assessment of Airborne LiDAR Data Accuracy for Elevation Extraction of Water Distribution Network Junctions: Implications for Hydraulic Modeling 244562 10.30482/jhyd.2026.578513.1760 FA محمد الماسی نیا Department of Geography, Payame Noor University, PO BOX 19395-3697 Tehran, Iran.Email: 0009-0003-8144-6150 وان محمد امین‌الدین وان حسین School of Civil Engineering, Universiti Sains Malaysia ,Engineering Campus ,14300 Nibong Tebal, Pulau Pinang. محد سانوسی سام احمد دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علوم مالزی، پردیس مهندسی، 14300 نیبونگ تبال Journal Article 2026 02 27 Background: Accurate elevation data of network junctions are fundamental parameters in hydraulic modeling of water distribution systems. Traditional surveying methods including optical leveling and ground-based GPS, despite their high accuracy, are prohibitively expensive and time-consuming for extensive urban networks. This study evaluates the capability of airborne LiDAR data for decimeter-accuracy elevation extraction of water distribution network junctions and assesses the implications for hydraulic modeling.<br>Methods: Airborne LiDAR data with a density of 4.2 points/m² were acquired from the Taman Mutiara Rini residential area, Johor Bahru, Malaysia (2.8 km²). A 1-meter resolution Digital Elevation Model (DEM) was generated using the natural neighbors interpolation algorithm in ArcGIS. Elevation values were extracted for 4,823 network junctions (valves, fittings, hydrants, and meter-boxes) using the Extract Values to Points tool. Validation was performed using 32 independent ground control points surveyed by GPS-RTK with sub-2 cm accuracy. Statistical indicators including Mean Error (ME), Root Mean Square Error (RMSE), and Maximum Absolute Error (MAE) were calculated. The implications for hydraulic modeling were assessed through comparative analysis with standard elevation data sources.<br>Findings: The generated DEM exhibited a mean error of +0.03 m, RMSE of 0.11 m, and maximum absolute error of 0.24 m. The minimum detectable elevation difference was 0.08 m, equivalent to a slope of 0.08% over 100 m, which is sufficient for determining natural pipe slopes in PVC networks with 150 mm diameter (recommended minimum slope: 0.1-0.5%). Spatial error analysis revealed that 81.2% of control points (26 points) had errors below 0.05 m, concentrated in open areas, while 15.6% (5 points) showed errors between 0.05-0.10 m, and only 3.1% (1 point) exhibited an error of 0.24 m, located in areas with dense vegetation cover. Comparative analysis with conventional elevation sources (1:50,000 topographic maps) indicated RMSE reduction from 2.5 m to 0.11 m, representing a 95% improvement in vertical accuracy.<br>Conclusion: Airborne LiDAR data with moderate point density (4 points/m²) provides sufficient vertical accuracy (RMSE = 0.11 m) for extracting elevation values of water distribution network junctions in flat urban areas. This accuracy meets the requirements for hydraulic modeling applications including pressure zone analysis, leakage detection, and EPANET model calibration. The methodology can reduce field surveying costs by 90-95% and enable rapid updating of GIS databases for water utilities. The findings have direct implications for improving the accuracy of hydraulic models and supporting evidence-based decision making in urban water infrastructure management. زمینه: ارتفاع دقیق گره‌های شبکه توزیع آب از پارامترهای اساسی در مدل‌سازی هیدرولیکی است. روش‌های سنتی ترازیابی و GPS زمینی علیرغم دقت بالا، برای شبکه‌های وسیع شهری پرهزینه و زمان‌بر هستند.<br>هدف: این پژوهش با هدف ارزیابی دقت داده‌های LiDAR هوابرد در استخراج ارتفاع گره‌های شبکه توزیع آب و کاربرد آن در مدل‌سازی هیدرولیکی انجام شده است.<br>روش پژوهش: داده‌های LiDAR با چگالی ۴.۲ نقطه در مترمربع از منطقه تامان موتیارا رینی، مالزی (۲.۸ کیلومترمربع) اخذ شد. مدل رقومی ارتفاع با قدرت تفکیک ۱ متر تولید و مقادیر ارتفاعی برای ۴۸۲۳ گره شبکه استخراج گردید. اعتبارسنجی با ۳۲ نقطه کنترل زمینی GPS-RTK و شاخص‌های ME، RMSE و MAE انجام شد.<br>یافته‌ها: DEM تولیدی دارای RMSE برابر ۰.۱۱ متر و میانگین خطای ۰.۰۳+ متر بود. کمترین اختلاف ارتفاع قابل تشخیص ۰.۰۸ متر (شیب ۰.۰۸٪) به‌دست آمد. ۸۱.۲٪ نقاط کنترل خطای کمتر از ۰.۰۵ متر داشتند. مقایسه با نقشه‌های توپوگرافی ۱:۵۰۰۰۰ بهبود ۹۵٪ در دقت عمودی را نشان داد. روش LiDAR هزینه را ۹۹.۷٪ و زمان را ۸۹٪ کاهش می‌دهد.<br>نتیجه‌گیری: داده‌های LiDAR هوابرد با چگالی متوسط، دقت عمودی کافی برای استخراج ارتفاع گره‌های شبکه توزیع آب فراهم می‌کنند و بهبود قابل توجهی در تحلیل مناطق فشار، تشخیص نشت و تعیین جهت جریان ایجاد می‌نمایند. https://jhyd.iha.ir/article_244562_6a8131f527c71abdf9e1ced6bdaac676.pdf