利用水深激光雷达测绘水下地形

作者：雷卡·瓦西

用于航海目的的测量水深将返回古代文明。由于技术通过了几个世纪以来，除了基于船舶的回声，除了由空机系统进行的LiDAR碱度调查，远程监测和水体的测绘变得更加可用。

水深测量允许专业人员测量水深，绘制水下地形图，对水下植被和栖息地进行分类，以及研究海洋生态、水质、污染物泄漏和水动力学。

凭借4X水深测量产品线，徕卡地理系统公司为浅水和海岸测绘引入了创新的高分辨率技术，与以前的机载系统版本相比，点密度增加了四倍。这个徕卡Chiroptera 4x.，水深和地形激光雷达系统，捕获每秒140,000点覆盖浅海地区，直至25米深. 这种高效的海岸测量激光雷达传感器旨在为环境监测、研究和测量提供更精确的数据，即使在浑浊的水中也能如此，它展示了其绘制加拿大约翰角半岛和太平洋汤加群岛地图的效率。

---

改进浅水探测

蒂姆·韦伯斯特（Tim Webster博士）来自新斯科舍省社区学院的应用地理研究小组（Agrg）的研究科学家是第一个使用新的Chiroptera 4x来调查加拿大Cape John Peninsula沿海地区的沿海区。

由于水的清澈度和不可预见的天气条件，使用传统航空摄影或船载回声测深仪方法绘制浅水和沿海地区地图可能成本高昂、耗时且具有挑战性。为了克服这些挑战，提高生产率和数据准确性，韦伯斯特决定在他的地理信息学研究中使用翼手目4X测深和地形激光雷达。

地理信息学研究的目的是双重的。首先，团队绘制了地图底栖栖息地以及海湾现有的水产养殖，包括贝类基础设施和浮标的测绘，以估算生物量的增长。

研究的第二个目标是建立一个水动力模型帮助租赁新的牡蛎养殖场，并在不损害敏感区域的情况下，建议海湾周围的适当位置Zostera Marina或者所谓的鳗草。鳗草床对于沉积物沉积和许多鱼类和贝类物种的苗圃非常重要，因此加拿大渔业和海洋部（DFO）将其用作生态系统健康指标。

2014年，韦伯斯特在加拿大海洋地区开展了类似的研究，研究如何利用徕卡翼手目II优化浅水地形测深激光雷达测量的数据收集和后处理。这一次，教授和他的团队有机会部署新的翼手目4X，并将捕获的数据与2014年的结果进行比较。到量化点云密度和目标识别的改进在新的Chiroptera 4X中，团队比较了三个测量仪器的捕获数据：

• 翼手目II
• 翼手目4X
• 多波束回声测深仪。

这项地理信息学实验涉及在不同水深对四个1立方米立方体进行目标测量，以确定三个不同传感器提供的详细程度和数据。

研究小组驾驶翼手目4X在海湾上空飞行，收集了有关测量目标的信息，并将2014年捕获的地形和海床数据与2018年进行的本次实验数据进行了比较。研究人员使用三种不同的调查方法捕获的四个立方体和其他平面目标进行比较：

• 点云密度
• Orthophoto马赛克
• 数字高程模型
• 激光雷达振幅。

使用从波形数据中的离散点完成对捕获数据的分析徕卡激光雷达测量工作室点云生成和原始LIDAR数据清洁的后处理软件。

“这种特殊的实验是量化Chiroptera 4X细节的准确性和水平，我们对结果非常满意，”报告韦伯斯特。“结果表明，与其他设备相比，点密度显著增加，目标细节、探测极限和更直接的海底点分类潜力都有所改善。”

利用翼手目4X的近红外激光进行地形数据采集，结合绿色激光进行水深数据采集，研究团队精确捕捉水下特征，并生成虚拟现实高程模型，以研究底栖栖息地。此外，研究人员还提出了在不破坏鳗草栖息地的情况下进行牡蛎养殖的可持续地点。

“这种Chiroptera 4X的进步是一个在点密度方面的重大突破它提高了我们海岸带地图的分辨率。”韦伯斯特说。“在目标检测很重要的任何应用中，我会看到水文和考古等行业的Chiroptera 4X的益处增加。”

---

通过太平洋水域安全可靠

太平洋是一个文化多样性极强的地区，1000多种语言的使用证明了这一点，然而，连接它们的是水。长期以来，海洋和沿海一直是太平洋生活方式的组成部分。共享太平洋水域的人的经济、运输和文化是建立在该海域提供的海军和海洋基础设施和生态系统的基础上的。尽管海上航行在该群岛起着关键作用，但南太平洋的海图不够清晰。

浅水深度范围数据对于安全的海洋航行至关重要，以及沿海地区或浅海上区域的港口，管道和任何其他基础设施的建设。没有关于水深的精确信息和水下特征和潜艇峡谷的确切位置，经济和可持续发展受到了负面影响。

iXBlue与项目合作伙伴Geomatics Data Solutions（现为Woolpert，Inc.）和EOMAP Australia一起被要求绘制汤加群岛及其周围地区的地图，以提供3D水深信息并改进该地区的海图。

该项目是太平洋区域航行倡议（PRNI）的一部分，该倡议是一项总体方案，旨在安全可靠地通过太平洋，同时保护环境，使太平洋岛屿经济得以发展。该项目由新西兰外交和贸易部（MFAT）与新西兰土地信息局（LINZ）合作赞助。

汤加王国，波利尼西亚群岛，包括169个岛屿，横跨约800公里在南太平洋。在汤加，农业，渔业和林业提供大部分就业，因此，陆地和浅水特征的详细数据可以支持岛屿集团的可持续发展。

考虑到相对较大的区域需要高分辨率的测量和制图，林茨需要一个智能解决方案来最大限度地利用紧张的预算。iXBlue与EOMAP Australia和Geomatics数据解决方案一起应用了收集地形和水深数据的多传感器方法， 包含：

• 卫星测深（SDB）
• 机载激光测深（ABL）
• 多波束回声测深仪（MBES）
• 潮汐仪表安装和基准计算。

SDB调查是绘制大面积可见水深图的非常有效的工具，但是捕获陆地和水下的高分辨率数据使用Chiroptera 4X ALB。

Chirooptera 4x安装在Cessna 441中，以获取汤加和纽埃的数据，包括Beveridge Reef，覆盖大约一个633平方公里面积. Geomatics数据解决方案专家收集了陆地和海上的高分辨率测深和地形数据，并将翼手目4X与SDB的结果进行了比较。

“与Chiroptera II相比，Chiroptera 4X具有额外的密度，使我们能够运行空间算法，同时降低意外从数据集中移除海底物体的风险。换句话说，它提高了我们的目标识别概率。”地理信息数据解决方案的卡罗尔·洛克哈特说。

除了海底的碱基数据旁边，使用Chiroptera 4X获得的出乎意料的地理数据解决方案之一是更好的密集沐浴激光数据在陆地上的渗透，即使在茂密的植被上也能够完全覆盖，其中Topo激光没有渗透。

“当地利益相关者将收到完整的图像和topo bathy数据集，因此他们还可以从新翼手目4X提供的高分辨率数据中获益，并可以将这些数据用于改进海图之外的其他目的。”解释了锁骨。

这不同测量设备的组合方法提供所有知识的完整知识重要导航特征和附加地形信息岛屿的一部分。多亏了新发布的翼手目的4倍技术，专家们以比以前可能高出四倍的探测密度进行了调查。