Инновации в геодезии и картографии
От моделирования прибрежных оползней до составления карт геологических угроз, мониторинга активных лавовых куполов и управления биоразнообразием, Ли Джонс объясняет, как беспилотное и наземное LiDAR-сканирование изменило получение изображений для экологических исследований.
За последние два десятилетия технологический прогресс привел к тому, что применение и использование наземной системы обнаружения света и дальнометрии (более известной как LiDAR) значительно расширилось, изменив нашу способность лучше измерять, контролировать и моделировать Землю.
LiDAR, являясь одним из видов дистанционного зондирования, использует импульсы света, направленные на цель, для измерения вертикальных расстояний с высокой точностью, что значительно повышает нашу способность создавать высококачественные 3D карты с большей скоростью и точностью. На самом деле, геодезия остается одним из самых быстрорастущих мировых рынков, движимых технологиями. Сочетая в себе науку и технологию, она объединяет более конкретные дисциплины и технологии геодезии, геодезической съемки, картографии, позиционирования, навигации, картографии, дистанционного зондирования, фотограмметрии и географических информационных систем (ГИС).
Специалисты в области геодезии и геоматики сегодня могут использовать различные программные средства, спутниковые, гидролокационные технологии 3D-сканирования и беспилотники. Хотя LiDAR является лишь одним из инструментов в нашем арсенале, это быстро развивающийся и захватывающий пример того, как методы и технологии, используемые для сбора, распространения и хранения географических данных, быстро меняются; меняется даже способ обработки и представления данных.
3D-картографирование с помощью LiDAR
В прошлом LiDAR обычно использовался для обеспечения безопасности, полиции и военных. Но его исключительная способность быстро составлять карты и предоставлять данные о больших площадях означает, что в последнее время он нашел применение в изучении береговой линии, лесного хозяйства, ледников и городов, которые из-за их плотности и разной высоты часто очень сложно ориентировать и составлять карты пешком и слишком сложно измерять со спутника.
Возможность относительно легко и быстро создавать трехмерные высокодетализированные карты может предоставить ученым, специалистам по охране природы и государственным служащим информацию, необходимую для понимания биоразнообразия территории, геологической истории, неожиданных перепадов рельефа и изменений с течением времени. Высокоточные карты рельефа и береговой линии особенно важны в таких областях, как управление наводнениями и прибрежными районами, мониторинг экосистем и управление биоразнообразием.
Исследования на основе мобильного картографического решения (MMS)
Британская геологическая служба (BGS) в настоящее время находится на переднем крае исследований наземного лидарного сканирования (TLS) и мобильного картографического решения (MMS) для картирования, мониторинга и моделирования геоопасностей. За 20-летний период было проведено более 400 исследований на более чем 200 объектах, как в Великобритании, так и за рубежом. За это время компания использовала эти технологии для широкого применения в области наук о Земле, инженерной геологии, геоопасностей и изменения климата, включая моделирование рельефа внутренних и прибрежных оползней, эрозии береговой линии, активно растущих куполов вулканической лавы, отступающих ледников, устойчивости и проседания горных пород, эрозии почвы и геосохранения.
В 2000 году BGS стала первой организацией за пределами горнодобывающей промышленности, которая использовала TLS в качестве инструмента для измерения изменений. В паре с глобальной навигационной спутниковой системой (GNSS) мы смогли измерять, отслеживать и моделировать геоморфологические особенности оползней в Великобритании в цифровом формате. Чаще всего наш подход сочетает воздушное сканирование LiDAR с мобильным картографическим решением (MMS), которое можно носить на спине.
MMS может снимать и собирать данные в помещении, на улице и под землей, а в паре с GNSS позволяет ученым получить наземный эквивалент воздушного LiDAR-сканирования и создать 3D-модель. Он сочетает в себе пять камер с обзором 360 градусов и два профилометра LiDAR с ультралегким шасси из углеродного волокна. При добавлении внешнего источника света возможно точное сканирование туннелей и пещерных систем (см. исследование пещер Ноттингема). Система также может быть смонтирована на автомобиле для мобильного картирования больших территорий или на столбе для спуска в пустоты или карстовые воронки.
Возможности комбинированных технологий
Важно отметить, что MMS позволяет специалистам по ликвидации последствий стихийных бедствий получать данные в 3D, пешком, в опасных зонах; а в сочетании с SLAM (одновременная локализация и картирование), которая использует особенности, полученные при сканировании, для ориентации конечного облака точек, и высокоточным IMU (инерциальный измерительный блок), который отслеживает 3D-перемещение устройства, достигается точное позиционирование даже во время перебоев в работе GNSS. Эта способность объединить различные технологии (LiDAR, GNSS, БПЛА, InSAR) для создания системы, превосходящей сумму своих частей, позволила создать мощный инструмент для исследований и промышленности.
Современные устройства GNSS работают с субсантиметровой точностью и могут быть использованы для точной съемки нелинейных объектов, включая водотоки, где глубина дна не может быть зарегистрирована так же легко, как другие объекты. BGS также находится в процессе разработки недорогой системы GNSS в качестве надежного «одноразового» решения для мониторинга движения оползня, скорости течения ледника, вулканической деформации, эволюции побережья или дифференциального оседания грунта. Кроме того, БПЛА теперь могут быть оснащены цифровыми камерами, тепловыми детекторами, многоспектральными камерами и сканерами LiDAR для получения высокоточных данных с полным охватом 2D и 3D моделей.
Благодаря огромному технологическому прогрессу в области геодезии и геоматики, теперь можно считать, что карта может изменить наши знания о Земле, нашем воздействии на нее, а также нашу способность адаптироваться и создавать устойчивость к быстро меняющейся окружающей среде.
31.03.2023, 1280 просмотров.