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GIM INTERNATIONAL报道-利用eBee无人机对格陵兰岛冰川进行研究
 
GIM INTERNATIONAL报道-利用eBee无人机对格陵兰岛冰川进行研究
来源:北京天弘基业科技发展有限公司   加入时间:2018-05-22    作者:天弘基业技术工程部    阅读:1323

本文来自GIM INTERNATIONAL 2018-4-19日报道

绘制极地地区地图是一项具有挑战性但又至关重要的任务,有助于科学家和研究人员更好地了解地球及其气候是如何变化的。传统意义上的地面技术限制了活动范围和数据质量。在本文中,作者讨论了如何在格陵兰岛使用无人机解决方案来成功监测伊奇普·塞米亚冰川上裂缝的形成和冰流的演变行为,从而提供了传统手段不可能达到的洞察水平。

近几十年来,极地地区的变化已上升到公众意识的最前沿,冰川和冰盖的迅速气候驱动变化引起科学家和普通民众的注意。收集用于更好地了解这些领域的变化数据及其极端变化背后的规律变得越来越重要,然而,在地球上最苛刻的条件下,这种任务是非常具有挑战性的。事实证明,无人机的使用有助于促进这一领域的研究,不仅有助于克服重大的安全和后勤保障,而且为这一领域的专业人员提供了更多的见解。

苏黎世大学地理系冰川学和地貌动力学系主任安德烈亚斯·维埃里博士领导的一个研究小组一直在利用无人机技术在格陵兰冰原的出口冰川Eqip冰川(也称为“Eqip Sermia” (伊奇普·塞米亚))实现这一目标。位于格陵兰岛西部的这一海洋终端冰川是该岛最活跃的冰川之一,每天都有大块的冰块定期脱落(图1)。作为瑞士国家科学基金会(SNSF)在2015年至2017年期间资助的一个项目的一部分,维埃里博士和他的同事收集了数据,以监测冰川几何形状和冰流速随时间的演变。该小组的目的是利用这些数据来调查决口的形成和破冰过程(冰山破入海洋的机制),以提高预测这种海洋终端冰川未来退缩和质量损失的能力。

评估方案:

考虑到极地地区的环境,历史证明像维埃利博士这样的研究小组很难绘制这样的地形图。根据类似项目的经验,小组知道,传统的地面技术,如激光扫描或使用卫星的遥感方法,将无法提供所需的深度和质量。虽然卫星图像提供了地形的广阔视野,但捕获的图像通常具有低的时间和空间分辨率,使得难以获得达到研究详细过程的标准数据。维埃利博士的团队在阿尔卑斯山使用地面激光扫描方法时发现,处理过程往往很困难,产生的数据受到阴影的影响。此外,这种基于地面的方法需要大量的时间和劳力,在北极地区这样恶劣、复杂的气候中,这种方法不是最佳选择。

面对地面设备面临的这些挑战,并考虑到需要收集高精度准确的数据以创建比较精准的数字高程模型(DEM),维埃利博士及其团队得出结论,无人机可提供最有效和高效的解决方案。空中航测的方法提供了重要的后勤保障和安全优势,这意味着该小组可以安全地绘制以前无法到达的冰川另一侧的地图,并根据需要收集更高分辨率的数据。

此前,该团队曾在一系列项目中使用senseFly eBee系列无人机,包括在高山环境中,所以选择这一解决方案来绘制伊奇普冰川的地图,并从中收集数据(图2)。eBee是一款完全自主、易于使用的专业测绘无人机,重量仅为700克,一次飞行就能覆盖12平方公里,使维埃利博士和他的同事在几分钟内就能快速部署并升空。使用了真彩色RGB有效载荷,索尼WX相机能够捕获高分辨率航空摄影,以分米分辨率创建精确和详细的DEMs。此外,eBee的预安装全球定位系统(GPS)功能使该团队能够避免指南针导航的必要性,从而将弱磁场对格陵兰岛的影响降到最低。

航测任务:

总共需要六次飞行才能为整个冰川创建完整的DEM,这一过程在2015年至2017年期间进行了八次。在每次飞行之前,内置的eMotion软件使团队能够评估项目的可行性,提前规划飞行路线和加载海拔数据,有助于简化流程并优化分析数据所花费的时间。在这样一个具有挑战性的环境中飞行,飞行前研究小组必须考虑冰川周围地区的天气条件和海拔高度。例如,由于冰川只能从一侧进入,如果风把无人机吹得太远,可能无法收回。除了可能影响作业的安全和成功飞行之外,有限的无障碍环境还对小组建立地面控制点的能力产生了连锁影响,然而,该地区以往的飞行意味着一些GCP已经建立并可以用于这项任务。

为了绘制伊奇普冰川的20平方公里冰川消融前部区域的地图,每个DEM采集任务都部署了一至两名研究小组成员。根据天气情况,每四至五天重复执行一次任务。该数据首先使用Pix4Dmapper软件进行处理,以创建高度详细的DEMs,然后用于导出高程变化图。此外,研究小组还使用自己研发的相互关联软件,利用这些数据监测冰川表面的流场是如何逐年演变的。从这一分析中,研究小组发现冰川每天流动12米——这是一个重要的速度值——并获得了对流场结构的新认识,这最终将有助于他们更好地理解冰裂作用的整个过程(图4 )。

综合结论

维埃利博士和他的苏黎世大学团队利用senseFly eBee作为解决方案重要的组成部分,可以从数据获取到数据分析,并且能够在项目的每年不到三周的时间里就可收集到冰川的高度准确、专业的航测数据——这是使用卫星图像或地面技术不可能实现的壮举。使用eBee收集的数据已经大大促进了团队的研究,补充了额外的低分辨率卫星图像,以提供对该区域和演变过程的全面了解。预计2018年夏季将有更多的无人机飞行项目,该团队未来计划利用创新的热成像技术,将其研究扩展到阿尔卑斯地形上覆盖的冰川。获得这些详细的、综合的数据将有助于团队继续扩大他们对地球上最遥远、最恶劣环境的深入研究。


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