Корзина
Leica Geosystems Kazakhstan (Лейка Геосистемс Казахстан)
+77273031717
+77172554466
Корзина

Топографическая съемка Последнего рубежа

Автор: Кутальмис Сайлам (Kutalmis Saylam), июнь 2016

Аляска - наименее густонаселенный, но самый большой по площади штат в Соединенных Штатах Америки. Аляска известна своим разнообразным ландшафтом и холодным климатом, поэтому в зимние месяцы путешествовать там непросто. В северных районах штата, где простирается тундра и зима очень сурова, широко используются ледяные дороги, поскольку это необходимо для транспортировки ресурсов. Так как в штате находится более 3 миллионов озер, общая площадь которых составляет более 20 акров, необходимо четкое понимание ландшафта с целью определения безопасного и экологически рационального места для строительства дорог. Сотрудники Бюро прикладной геологии (далее - Бюро), исследовательского подразделения Техасского университета в Остине, отправились туда для проведения съемки с целью получить лучшее представление об этой необитаемой местности, используя систему для воздушной лидарной съемки «Leica Chiroptera» для исследования Северного склона Аляски.

Уникальный ландшафт

Микрорельеф Северного склона Аляски состоит из различных водоемов с вероятными местами обитания рыб и подтопляемых территорий в пределах арктической тундры. Мелкие талые озера глубиной, в основном, менее 2-х метров являются одним из основных составляющих тундрового ландшафта, где они занимают около 20 процентов от общей площади. Всего лишь несколько недель в году они не покрыты льдом, и поэтому мы запланировали начать свою экспедицию в середине июля и закончить в начале августа.
Глубина, нарастание льда и убывание озер определяют их пригодность для обитания живности и водной фауны, а также для промышленного развития. Предполагается, что в этой местности толщина льда составляет от 1,5 до 2 м, а вода, скорее всего, находится ниже в центральных бассейнах этих озер, если их глубина более 2 м. Результаты исследования были особенно важны, поскольку они определяют озера глубиной более 2 м, подходящие для строительства ледяных дорог, но с вероятной средой обитания рыб. Ожидалось, что полученные данные также будут очень полезны для экологической и гидрологической экспертизы этой местности.

«Тысячи озер с различной степенью мутности воды, разбросанные по всему району съемки, и сложные погодные условия, ограничивающие возможности аэросъемки, конечно, усложняли задачу», говорит Джон Эндрюс, ученый-исследователь Бюро, ответственный за общее материально-техническое обеспечение. «Однако с помощью лидарной съемки мы смогли получить очень подробные и точные топографические и батиметрические данные в тех районах, где традиционные методы съемки были бы невозможны».

Полет с двойной эффективностью съемки

Чтобы охватить весь район аэросъемки мы исследовали в общей сложности 95 аэрогеофизических профиля, при этом номера профилей увеличивались в западном направлении. Средняя протяженность аэрогеофизических профиля составляла около 50 км. Для обеспечения полного охвата расстояние между аэрогеофизическими профилями составляло 160 - 180 м, ширина  покрытия аэросъемки составляла 280 - 290 м. Чтобы уравновесить изменяющийся профиль земли (30 м на севере, 95 м на юге), во время полета контролировалось атмосферное давление для поддержания постоянной высоты полета и полосы обзора над землей.

Система «Chiroptera» использует два лидарных сканера для получения топографических и батиметрических данных. Данные топографического лидара (длина волны красной области видимого спектра) излучались при частоте 300 кГц и использовались для получения трехмерных позиционных данных с высоким разрешением о высоте растительности и рельефа земной поверхности. Данные батиметрического лидара (длина волны зелёной области видимого спектра) излучались при частоте 35 кГц и использовались для получения статистических данных о водоемах, таких как глубина, объем воды и размер площади. Мы также получили ИК-изображение и изображение естественного цвета на 400 м и 1700 м, соответственно, для наглядного представления и проведения ортокоррекции.

«Технологической основой этого проекта была система для воздушной лидарной съемки и построения изображений «Chiroptera», говорит Джон Хапп, ученый-исследователь Бюро, ответственный за обработку полевых данных и настройку системы. «Одновременное получение изображений с высоким разрешением с данными лидара позволило нам легко определить водоемы, характеристики растительности, заболоченные земли и возвышенности, сэкономив время и затраты по сравнению с любым другим традиционным типом съемки».

Для обоих лидарных сканеров среднее вертикальное смещение составило менее 1 см, в то время как стандартное отклонение составило 3 см по сравнению с наземными опорными точками покрытия ВПП аэропорта Дедхорс. Процедура калибровки применялась для обоих сканеров в отдельности, где средние искажения тангажа и крена составили менее 2,6 см.

«Мы также проанализировали и исправили очевидные ошибки калибровки системы ЛИДАР, вызванные в основном неправильными углами поворота крена, тангажа и рыскания инерциальной навигационной системы (ИНС). Эти ошибки могут быть обнаружены с помощью анализа смежных или противолежащих полос лидара»,  говорит Хапп. «Теоретически, если нет вращательных перекосов, точки лидара, фиксируемые из разных полос, должны точно совпадать друг с другом на свободной поверхности; и хотя мы не рассчитываем на абсолютную точность данных, на практике мы сможем достичь очень точных результатов».

Быстрый и более точный анализ данных

Комплект для лидарной съемки Leica LLSS v2.09 был использован для преобразования комплекта исходных данных в соответствующий промышленным стандартам LAS1.2 для вывода данных. Поскольку наборы данных LAS - в двоичном формате, они обеспечивают быстрый и легкий доступ к информации, как с целью анализа, так и для визуализации. Наборы данных от обоих сканеров были расположены мозаикой  1 х 1 км, чтобы сократить объем необходимых вычислений для просмотра и анализа данных. В результате мы получили 829 мозаики по всей площади съемки, и каждая мозаика включала в себя 20-метровую буферную зону в каждом направлении для создания бесшовной 1 м цифровой модели местности для целей картографирования.

Глубина самого глубокого водоема составила 3,5 м. Из 4 697 исследованных водоемов 3 837 (81,7 %) были отнесены к категории мелких или очень мелких с глубиной менее 1 м. Только 4,6 % (всего 216) водоемов имели глубину более 2 м. Средняя глубина всех водоемов составила 0,67 м. В общей сложности 3 014 водоемов (64,1 %) содержали менее 1000 м3 воды, тогда как объем воды в 1 683 озерах составил более 1000 м3 (35,9 %). Средний объем воды всех исследованных водоемов составил 12 771 м3 (3 373 741 галлон).

«Передовая технология системы «Chiroptera» позволила предоставить точные, подробные и экономически эффективные результаты, позволившие проанализировать батиметрические особенности и особенности микрорельефа отдаленного места на земле», говорит Эндрюс. «Водоемы всех форм и размеров – приречье, заболоченные участки и возвышенности, холмы и плоскогорье, а также все остальные особенности местности  были нанесены на карту и подвергнуты быстрому и точному анализу».

Reporter 75 - Mapping the last frontier

Предыдущие статьи