用测深激光雷达绘制水下地形

作者:河Vasszi

为航海目的测量水深可以追溯到古代文明。随着几个世纪以来技术的发展，除了舰载回声测深外，通过机载系统进行的激光雷达水深测量，也更容易实现对水体的远程监测和测绘。

水深测量允许专业人员测量水深，绘制水下地形，分类淹没的植被和栖息地，以及研究海洋生态，水质，污染物溢出和水动力学。

通过4X深度测量产品线，徕卡Geosystems引入了一种用于浅水和海岸测绘的创新高分辨率技术，与以前的机载系统版本相比，将点密度提高了四倍。的徕卡翼手目4 x，水深和地形激光雷达系统，捕获每秒140,000点覆盖浅水区，一直到25米的深度．这种高效的海岸测量激光雷达传感器，旨在为环境监测、研究和测量提供更准确的数据，即使在浑浊的水域，证明了它在绘制加拿大约翰角半岛和太平洋汤加群岛的效率。

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改进浅水探测

来自新斯科舍省社区学院的应用几何学研究小组(agg)的研究科学家蒂姆·韦伯斯特博士是首批使用新型翼手目4X来调查加拿大约翰角半岛沿海地带的科学家之一。

利用传统的航空摄影或基于船的回声测深仪方法绘制浅水区和沿海地区的地图，由于海水的清晰度和不可预见的天气条件，不仅成本高、耗时长，而且具有挑战性。为了克服这些挑战，提高生产率和数据准确性，Webster决定在他的测绘研究中使用手翼目4X测深和地形激光雷达。

测绘学研究的目的有两方面。首先，团队绘制了底栖生物的栖息地以及海湾现有的水产养殖，包括绘制贝类基础设施的地图，以及估计有多少生物量正在增长的浮标。

研究的第二个目的是建立水动力模型协助租用新的蚝场，并在不损害敏感生物的情况下，建议在海湾附近的适当地点目前或所谓的大叶藻。大叶藻床是许多鱼类和贝类的沉积物沉积和苗圃的重要场所，因此它被加拿大渔业和海洋(DFO)用作生态系统健康指标。

韦伯斯特2014年在加拿大海事地区进行了类似的研究，研究如何利用Leica手翼目II优化浅水地形-水深激光雷达调查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。来量化点云密度和目标识别的改进研究小组比较了三种测量仪器捕捉到的数据:

• 翼手目二世
• 翼手目4 x
• 多波束回声测深仪。

这个几何实验包括在不同的水深测量四个1立方米的立方体，以确定细节水平和由三个不同的传感器提供的数据。

研究小组使用4X翼手目在海湾上空飞行，收集了调查目标的信息，并将2014年的地形和海底数据与2018年进行的实验数据进行了比较。研究人员利用三种不同的调查方法捕捉到的四个立方体和其他平面目标进行比较:

• 点云密度
• 正投影马赛克
• 数字高程模型
• 激光雷达振幅。

利用中波形数据导出的离散点对捕获数据进行分析徕卡激光雷达测量工作室用于激光雷达原始数据点云生成和清理的后处理软件。

“这个特殊的实验是量化4X手翅目的准确性和细节水平，我们对结果非常满意，”韦伯斯特报道。“结果表明，与其他设备相比，点密度显著增加，提高了目标细节、检测极限，并有可能实现更直接的底栖点分类。”

利用手翅目4X的近红外激光地形数据采集和绿色激光水深数据采集，研究小组精确捕捉水下特征，并生成虚拟现实海拔模型，以研究底栖动物栖息地。此外，研究人员还提出了不破坏大叶藻栖息地的可持续牡蛎养殖地点。

“4X手翅目昆虫的这种进步是一种点密度方面的重大突破它提高了我们绘制沿海区域地图的分辨率。”韦伯斯特说。“在任何目标检测很重要的应用中，我都能看到4X手翅目在水文和考古学等行业的好处。”

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安全可靠地通过太平洋水域

太平洋是一个文化极为多元的地区，有1000多种语言，然而，连接它们的是水。海洋和沿海地区长期以来一直是太平洋生活方式的组成部分。太平洋沿岸国家的经济、交通和文化都是建立在海军和海洋基础设施以及海洋生态系统的基础上的。尽管海上航行在群岛上扮演着重要的角色南太平洋地图绘制得不充分．

浅水深度范围数据对于海上航行安全以及在沿海地区或浅海地区建造港口、管道和任何其他基础设施都至关重要。如果没有关于水深和水下特征和海底峡谷的确切位置的准确信息，经济和可持续发展就会受到负面影响。

iXBlue与项目合作伙伴Geomatics Data Solutions(现在的Woolpert, Inc.)和EOMAP Australia被要求绘制汤加群岛和周边地区的地图，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，这是一个旨在安全可靠地通过太平洋，同时保护环境和允许太平洋岛屿经济发展的总体方案。该项目由新西兰外交和贸易部(MFAT)与新西兰土地信息(LINZ)合作发起。

汤加王国，一个波利尼西亚群岛，由169个岛屿，大约横跨800公里在南太平洋在汤加，农业、渔业和林业提供了大部分就业机会，因此，关于陆地和浅水地貌的详细数据可以支持该群岛的可持续发展。

考虑到相对较大的区域需要高分辨率的测量和制图，LINZ需要一个智能的解决方案，以最大限度地利用紧张的预算。iXBlue与EOMAP Australia和Geomatics Data Solutions一起应用了多传感器方法收集地形和水深数据,包括:

• 采用卫星深度测量法(SDB)
• 机载激光测深
• 多波束回声探测器(MBES)
• 潮汐计安装及基准计算。

深发展测量是非常有效的工具，在绘制大范围的可见水深，然而在陆地和水下获取高分辨率数据使用手翅目4X ALB。

翼手tera 4X安装在Cessna 441飞机上，用于获取汤加和纽埃的数据，包括贝弗里奇礁(Beveridge Reef)，覆盖大约a面积633平方公里．Geomatics Data Solutions的专家收集了陆上和海上的高分辨率水深和地形数据，并将手翅目4X和SDB的结果进行了比较。

“与翼手目II相比，4X翼手目的额外密度使我们能够运行空间算法，同时减少我们从数据集意外删除海底物体的风险。换句话说，它提高了我们的目标识别概率。”测绘数据解决方案公司的卡罗尔·洛克哈特说。

除了海底的水深数据，Geomatics data Solutions从使用翼手tera 4X获得的一个意想不到的好处是，高密度的水深激光数据在陆地上的穿透能力得到了提高，即使在地形激光无法穿透的密集植被上也能提供全覆盖。

“当地利益相关者将收到完整的图像和地形深度数据集，因此他们也可以受益于新翼手目4X提供的高分辨率数据，并可以将数据用于其他目的，除了改善海图。”洛克哈特解释道。

的不同测量设备的组合方法提供了全部的知识导航的重要特征和附加的地形信息的岛屿。多亏了新发布的手翅目4X技术，专家们以四倍于以前可能的探测密度进行了调查．