Wyzwanie
Norweski Instytut Badań Wodnych (NIVA) jest głównym partnerem projektu SeaBee – norweskiej infrastruktury do badań, mapowania i monitoringu z wykorzystaniem dronów w strefie przybrzeżnej.
W ramach tej inicjatywy NIVA prowadzi badania nad ekosystemami trawy morskiej, które pochłaniają i magazynują duże ilości CO₂. Celem było zbadanie, ile węgla jest magazynowane oraz lepsze zrozumienie wpływu zmian klimatycznych i działalności człowieka na te kluczowe siedliska przybrzeżne.
Tradycyjne metody monitoringu nie zapewniały wystarczającej rozdzielczości dla płytkich, dynamicznych wód przybrzeżnych.
Aby rozwiązać ten problem, NIVA postawiła sobie za cel stworzenie trójwymiarowego modelu podwodnych łąk trawy morskiej z wykorzystaniem topobatymetrycznego LiDAR-u. Dzięki temu możliwe było:
- określenie objętości siedliska,
- oszacowanie ilości węgla magazynowanego w biomasie nadziemnej (liściach).
Integracja
Tundra 2
Rozwiązanie
Navigator
Opinia eksperta
„System YellowScan Navigator LiDAR wydaje się idealnym rozwiązaniem dla badaczy oraz osób zarządzających zasobami naturalnymi.
Oferuje intuicyjne i szybkie przetwarzanie danych oraz wysokiej jakości chmurę punktów.
To kolejny krok naprzód w mapowaniu płytkich siedlisk wodnych – umożliwia uzyskanie powtarzalnych, dokładnych i wysokorozdzielczych wyników, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów w porównaniu do tradycyjnych metod pomiarowych.”
Charles P. Lavin
PhD, badacz
Norwegian Institute for Water Research (NIVA) & SeaBee
SUCCESS STORY
Rozwiązanie
Aby osiągnąć ten cel, NIVA wykorzystała system YellowScan Navigator – topobatymetryczny LiDAR montowany na UAV – połączony z dronem Hexadrone Tundra 2 wyposażonym w ramiona o zwiększonej wytrzymałości i czasie lotu.
Navigator został uzupełniony o moduły CloudStation: Colorization oraz Terrain Classification, co umożliwiło intuicyjne przetwarzanie danych oraz precyzyjne oddzielenie roślinności od dna morskiego.
System okazał się dostępny i łatwy w obsłudze dla zespołu naukowców i techników, a wsparcie YellowScan zapewniało szybki feedback w zakresie konfiguracji sprzętu i rozwiązywania problemów w trakcie kampanii pomiarowej.
Parametry misji
- Powierzchnia pomiaru:
- 0,09 km² – 12,64 mln punktów (wysokość 50 m)
- 0,05 km² – 12,65 mln punktów (wysokość 25 m)
- Liczba lotów: 2
- Czas lotu:
- 24 min (50 m)
- 22 min (25 m)
- Wysokość i prędkość lotu:
- Sprzęt:
- YellowScan Navigator + moduł kamery
- UAV Tundra 2 (Hexadrone, Francja)
- Oprogramowanie:
- CloudStation Colorization & Terrain Classification
- CloudCompare (do ręcznej inspekcji i czyszczenia danych)
Wyniki
System YellowScan Navigator osiągnął gęstość chmury punktów:
- 70 pkt/m² przy wysokości 50 m AGL
- 125 pkt/m² przy wysokości 25 m AGL
Dokładność pozioma i pionowa wynosiła od 0,01 do 0,015 m, w zależności od wysokości lotu.
Dzięki funkcji Terrain Classification w oprogramowaniu YellowScan CloudStation surowa chmura punktów została podzielona na:
- ląd,
- powierzchnię wody,
- szum w kolumnie wody,
- dno morskie.
Po ręcznym czyszczeniu pozostawiono wyłącznie punkty dna, które następnie doprecyzowano przy użyciu modelu Random Forest, gdzie kluczowym parametrem była intensywność punktów – pozwalająca odróżnić roślinność od rzeczywistego dna (piasek i skały).
Ten workflow umożliwił stworzenie wysokorozdzielczych:
- DSM (Digital Surface Models) – dla pokrywy roślinnej
- DTM (Digital Terrain Models) – dla dna morskiego
oba w rozdzielczości 10 cm.
Odjęcie DTM od DSM pozwoliło uzyskać pierwsze modele wysokości pokrywy roślinnej trawy morskiej na tak szczegółowym poziomie, co umożliwiło:
- określenie objętości siedliska,
- oszacowanie ilości węgla magazynowanego w biomasie nadziemnej.
Z naukowego punktu widzenia Navigator zapewnił gęstość chmury punktów o rząd wielkości większą niż klasyczne lotnicze pomiary LiDAR, umożliwiając bezprecedensowe modelowanie 3D roślinności podwodnej.
System okazał się:
- dokładny,
- powtarzalny,
- opłacalny kosztowo,
- intuicyjny w obsłudze.
Dodatkowo klasyfikacja i korekcja intensywności w CloudStation znacząco przyspieszyły przetwarzanie danych.
W porównaniu do klasycznego LiDAR-u lotniczego, system Navigator montowany na dronie umożliwił pomiary, które są:
- tańsze,
- bezpieczniejsze w realizacji,
- łatwiejsze do powtórzenia w przyszłych kampaniach monitoringu płytkich wód.
