Unterwasser-Kartierung mit bathymetrischem LiDAR

Autor:Reka Vasszi

Schon die antiken Kulturen haben zur Navigation auf See die Wassertiefe gemessen. Heute kennen wir zu diesem Zweck neben Echoloten auf Schiffen auch die Fernüberwachung und Kartierung von Gewässern mittels bathymetrischer LiDAR-Vermessung über luftgestützte Systeme.

Bathymetrische Vermessungen erlauben die Bestimmung der Wassertiefe, die Kartierung der Gewässersohle, die Klassifizierung der Unterwasservegetation und des Lebensraums sowie die Erforschung von marinem Ökosystem, Wasserqualität, Verschmutzungen und hydrodynamischen Prozessen.

Mit der bathymetrischen Produktlinie 4X hat Leica Geosystems eine innovative hochauflösende Technologie zur Kartierung seichter Gewässer und Küstengebiete vorgestellt, deren Punktdichte viermal höher ist als jene früherer Produktgenerationen. Das bathymetrische und topografische LiDAR-SystemLeica Chiroptera 4Xerfasst140.000 Punkte Pro Sekundebis in eineGewässertiefe von 25 Metern。Dieser effiziente LiDAR-Sensor zur Küstenvermessung, der eigens zur Erfassung genauerer Daten für die Umweltüberwachung und Forschung sogar in trüben Gewässern konzipiert wurde, hat sich bei der Kartierung der Halbinsel Cape John in Kanada und der Tonga-Inseln im Pazifik bereits bewährt.

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Erfassung FlacherGewässer

蒂姆·韦伯斯特（Tim Webster）博士，福尔舍尔·贝德（Forscher bei der Geomatics Research Group）（AGRG）社区学院新斯科舍省，战争einer der ersten，der den neuen chiroptera 4x einsetzte，und zwar zwar zur zur vermessung derküsteder kouste der kout der kout der der kul der kul kul balbinsel of halbinsel cape in Kanada in Kanada。

Die Kartierung von flachen Gewässern und Küstengebieten mit herkömmlichen Luftbildaufnahmen kann teuer, zeitaufwändig und aufgrund von Wasserverunreinigungen sehr schwierig sein. Um solche Schwierigkeiten zu vermeiden, Produktivität und Datengenauigkeit zu erhöhen, entschied sich Webster für den Einsatz des bathymetrischen und topografischen LiDAR-Systems Chiroptera 4X in seiner Geomatikforschung.

MIT Seinen Forschungen Verfolgte er Zwei Ziele。Zum Einen Kartierte Das Team DenLebensraum am Gewässerbodenund die bestehende Aquakultur in der Bucht (einschließlich der Infrastruktur für die Krustentierzucht und der Bojen zur Schätzung der produzierten Menge an Biomasse).

Zum Anderen Sollte Einhydrodynamisches Modell entwickelt了,嗯去geeigneten Standorten苏珥癖性neuer Austernfarmen in der Bucht zu suchen, die das Wachstum des empfindlichen Seegrases (Zostera marina) nicht beeinträchtigen. Die Seegraswiesen sind wichtig für Sedimentablagerungen und dienen als Kinderstube für zahlreiche Fischund Krustentierspezies. Damit bilden sie für die Bundesbehörde Fisheries and Oceans Canada (DFO) einen Indikator für die Gesundheit des Ökosystems.

2014 hat Webster mit dem Leica Chiroptera II in den kanadischen Seeprovinzen ähnliche Forschungsarbeiten zur Optimierung der Datenerfassung und Auswertung von in seichten Gewässern erfassten topografisch-bathymetrischen LiDAR-Daten durchgeführt. Dieses Mal hatten der Professor und sein Team die Möglichkeit, den neuen Chiroptera 4X zu nutzen und die Ergebnisse mit jenen von 2014 zu vergleichen. Um dieVerbesserung der Punktwolkendichte und Zielerkennung des neuen Chiroptera 4X zu quantifizieren, nahm das Team eine Gegenüberstellung der Daten von drei verschiedenen Instrumenten vor:

• Chiroptera II
• Chiroptera 4x
• Mehrstrahl-Echolot

FürDieses实验Wurden Vier Jeweils Einen KubikmetergroßeWürfel在Unterschiedlichen Wassertiefen Vermessen，Um Die daten und Daten und den und den den den den den den den den den denaillierungsgrad der verschiedenen sensoren zu vergegleichen。

Beim Überfliegen der Bucht mit dem Chiroptera 4X sammelte das Forschungsteam Informationen über die Vermessungsziele und glich sie mit den Daten des Geländes und des Gewässerbodens von 2014 und 2018 ab. Anhand der vier Würfel und anderer Ziele, die mit den drei verschiedenen Vermessungsmethoden erfasst worden waren, verglichen die Forscher:

• Punktwolkendichte
• Orthofotomosaiken
• 数字höHenmodelle
• LiDAR-Amplitude

Die Analyse der erfassten daten erfolgte mit der speziellen bathymetrie-softwareLeica Survey Studio(LSS). Mit LSS werden aus den gemessenen Daten Punktwolken generiert, Klassifizierungen vorgenommen und zusätzliche Informationen aus der Wellenform der Laserstrahlen gewonnen.

„Dieses Experiment diente der Analyse der Genauigkeit und des Detaillierungsgrads des Chiroptera 4X. Die Ergebnisse sprechen für sich“, berichtet Webster.„Sie zeigen eine erhebliche Erhöhung der Punktdichte im Vergleich zu den anderen Messverfahren, genauere Details, und ermöglichen eine bessere Klassifizierung von Punkten am Gewässerboden.“

Durch die Nutzung des Nahinfrarot-Lasers des Chiroptera 4X für die Sammlung topografischer Daten in Kombination mit einem grünen Laser für die bathymetrische Datenerfassung gelang es dem Forschungsteam, Unterwasserobjekte präzise zu erfassen und Höhenmodelle des Gewässerbodens zu generieren. Außerdem schlugen die Forscher Standorte für die nachhaltige Bewirtschaftung von Austernfarmen vor, welche die Seegraswiesen unbeeinträchtigt lassen.

„ der aktuelle chiroptera 4x Bringt EinenEntscheidenden durchbruch hinsichtlich der punktdichteund verbessert die Auflösung unserer Küstenkartierung“, lobt Webster.„Bei jeder Anwendung, bei der die Zielerkennung von Bedeutung ist, bietet der Chiroptera 4X in Disziplinen wie Hydrografie und Archäologie einen Zusatznutzen.“

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Sichere Navigation Durch Den Pazifik

Der Pazifik Ist Eine地区，Durch Durch Extrem Hohe，Kulturlelleverlelleverlesitätgeprägtist。Davon Zeugen Schon Dieüber1.000 Sprachen，在Seinem Einzugsgebiet Gesprochen Werden中死亡。都是diesevölkerund ihren gemeinsamen lebensstil eint，sind das meer und dieküste。Wirtschaft，verkehr und kultur der der derpazifischengewässersind auf die marine infrrastruktur und dasökosystemdes ozeans des ozeans angewiesen。obwohl die seefahrt imsüdpazifikeine wichtige rolle spielt，ist das gebietunzureichend kartiert。

Tiefenbereichsdaten flacher Gewässer sind kritisch für die sichere Navigation auf See, aber auch für den Bau von Häfen, Pipelines und anderen Infrastrukturanlagen im Küstenbereich oder in seichten Offshore-Zonen. Das Fehlen präziser Angaben über die Wassertiefe und die exakte Position von Unterwasserobjekten und -schluchten wirkt sich negativ auf die wirtschaftliche und nachhaltige Entwicklung aus.

iXBlue erhielt, gemeinsam mit den Projektpartnern Geomatics Data Solutions (nunmehr Woolpert, Inc.) und EOMAP Australia, den Auftrag, für den Inselstaat Tonga und die umliegenden Gebiete die Wassertiefen präzis zu messen und 3D-Daten des Meeresbodens zu erfassen, um die Seekarten indieser地区明显Zu verbessern。

Die Projektabwicklung erfolgte im Rahmen der Pacific Regional Navigation Initiative (PRNI) zur Gewährleistung sicherer, zuverlässiger Schiffspassagen durch den Pazifik bei gleichzeitigem Schutz der Umwelt und Weiterentwicklung der Wirtschaftssysteme der pazifischen Inselstaaten. Gefördert wurde das Projekt vom neuseeländischen Außen- und Handelsministerium gemeinsam mit Land Information New Zealand (LINZ).

DasKönigreichTonga，Ein Aus169 Inselnbestehender polynesischer Archipel, erstreckt sich im Südpazifik über eine Länge von ca.800公里。在汤加（Tonga）enfallen of auf die die die die die die die die die die die die die land und forstwirtschaft sowie die die fischerei。DeShalbKönnendetailliertedatenüberobjekte inSeichtenGewässerndie nachhaltige Entwicklung der Inselgruppefördern。

Angesichts der relativ großen Fläche, die eine hochaufgelöste Vermessung und Kartierung erfordert, suchte LINZ nach einer intelligenten Lösung zur optimalen Ausschöpfung des knappen Budgets. iXBlue, EOMAP Australia und Geomatics Data Solutions entschieden sich für dieAnwendung verschiedener Technologien zur Sammlung topografischer und bathymetrischer Daten, darunter:

• 卫星来源的测深（SDB）
• Airborne Laser Bathymetry (ABL)
• Mehrstrahl-Echolot
• gezeitenpegelmessungen和Datumsberechnungen

SDB-VERMESSUNGEN SIND EINE SEHR EFFEKTIVE METHODE ZUR KARTIERUNGGROßerFlächen和Ermittlung Von Wassertiefen。Zur Erfassung hochaufgelöster Daten an Land und unter WasserWurde Jedoch Die Chiroptera 4X-Alb-Technologie Eingesetzt。

Zur Erfassung von Daten für Tonga und Niue einschließlich des Beveridge-Riffs in einem ca.633 Quadratkilometer großen Gebietwurde der chiroptera 4x in einer cessna 441 angebracht。Die Fachleute Von Geomatics数据解决方案SAMMELTEN SOWOHLHOCHAUFGELöstebathymetrische als auch topografische daten an dderKüsteand derküsteund und und und verglichen die ergebnisse de ergebnisse des chiroptera des chiroptera des chiroptera 4x mit der der sdb。

„Im Vergleich zum Chiroptera II werden mit dem Chiroptera 4X erheblich höhere Punktdichten erreicht. Durch den Einsatz spezieller Algorithmen werden damit zum einen räumliche Informationen mit deutlich besserer Detaillierung gewonnen. Und zum anderen wird so das Risiko minimiert, auf dem Meeresboden befindliche Objekte versehentlich zu entfernen. Anders ausgedrückt, wird dadurch unsere Zielerfassungswahrscheinlichkeit erhöht“, erklärt Carol Lockhart von Geomatics Data Solutions.

Neben den浴甲甲型的Daten des Meeresbodens War einer der unerwarteten deReTeile，von denen Geomatics数据解决方案Durch Durch Durch Durch die nutzung des chiroptera 4x Proforierte，Die die verbesserte durchbesserte durchbesserte durchdringdringdringdringnemend dichterenentymentymentymentymentymentymentymentermenterrischen lasemertischen laserdaten a in list。因此，Konnte Sogar Bei Bei Dichtem Bewuchs，Der Mit Dem topografischen Laser Nicht ZuBewältigenWar，der Boden desGeländeskomplett Erfastst werden。

„Die Verantwortlichen vor Ort erhalten die kompletten Bilddaten und den topografisch-bathymetrischen Datensatz, damit sie die mit dem neuen Chiroptera 4X erfassten Daten neben der Verbesserung der Seekarten auch flexibel für andere Zwecke einsetzen können“，所以洛克哈特。

Derkombinierte Ansatz mit unterschiedlichen Sensorenhat wichtige Erkenntnisse über allenavigationsrelevanten Objekte und weitere topografische Informationenüber die Inseln geliefert. Dank der 4X-Technologie des neuen Chiroptera konnteDie Datenerfassung Mit Dem vierfachen der Punktdichte，Die noch beimvorgängermodellMöglich战争，Erfolgen。