Воздушная лазерная съемка- 3 часть
Руководство на 2025 год

Часть III: Батиометрический LiDAR

Воздушная лазерная батиметрия (ALB), также называемая батиметрическим лазерным сканированием или батиметрическим лидаром, представляет собой метод измерения глубины прибрежных мелководий или внутренних водоемов с использованием импульсного сканирующего лазера. В то время как инфракрасные волны, используемые для топографических лидаров, не могут проникать сквозь воду, подходят длины волн зеленого и синего спектров видимого света , поскольку ослабление сигнала наименьшее на длинах волн около 460-550 нм. Большинство батиметрических лидарных датчиков используют длину волны λ=532 нм, что является результатом удвоения частоты обычного инфракрасного лазера Nd:YAG, работающего при λ=1064 нм. С момента изобретения лазеров в 1960-х годах также появлялись сообщения об использовании зеленых лазеров. Хотя обнаружение подводных объектов было первым применением, сегодня ALB в основном используется для съемки и мониторинга мелководных прибрежных районов, портовых сооружений и судоходных каналов. Возросшая скорость измерений с помощью современных датчиков также позволяет использовать этот метод активного дистанционного зондирования для картографирования и мониторинга небольших стоячих или текущих внутренних водоемов.

Принцип измерения

 Лазер, установленный на бортовой платформе (самолет, вертолет, беспилотный летательный аппарат) излучает очень короткие лазерные импульсы в зеленом диапазоне длин волн. Лазерный импульс проходит через атмосферу, возможно , взаимодействует с объектами над водоемом (растительностью, линиями электропередач и т.д.) и затем попадает на поверхность воды. Там лазерный луч отражается, с одной стороны, и преломляется - с другой, когда он попадает в оптически более плотную водную среду на границе раздела воздух-вода. Направление отраженного луча зависит от угла падения на поверхность воды и от показателей преломления в воздухе и воде. Соотношение между направление и скорость входящего (со стороны воздуха) и выходящего (со стороны воды) лучей света описываются законом преломления Снелла:

aL и aW обозначают углы между направлением нормали к водной поверхности и направлением со стороны воздуха (aL ) и со стороны воды (aW ) лазерный луч, cL и cW- скорости распространения лазерного импульса в воздухе и воде, а nL и nW- соответствующие показатели преломления. Показатель преломления в вакууме равен 1,0 при температуре сухого воздуха (15 °C, 1013,25 мбар) около 1,0003, а в чистой воде - 1,333. Пожалуйста, обратите внимание, что показатель преломления в воде немного отличается в зависимости от углового отклонения и скорости распространения. В первом случае фазовая скорость собственного лазерного излучения определяется решающее значение имеет групповая скорость лазерного импульса. В толще воды лазерный луч взаимодействует с водой и взвешенными частицами донных отложений, и сигнал как рассеивается, так и поглощается. Непрерывное прямое рассеяние приводит к гиперболическому коническому увеличению размера лазерного пятна с увеличением глубины воды. Объемное обратное рассеяние, в свою очередь, вызывает отражение лазерного сигнала от толщи воды обратно к приемнику, где регистрируемая амплитуда асимметрично падает после первого пика от поверхности воды. Часть лазерного излучения в конечном итоге излучение достигает дна водоема (морского дна, дна реки и т.д.), где оно отражается и частично поглощается, в зависимости от коэффициента отражения материала дна. После обратного прохождения через толщу воды и атмосферу небольшая часть испускаемого излучения, отраженного от дна, достигает приемника.

Аналогично топографическому лазерному сканированию, время прохождения в оба конца может быть измерено путем регистрации временных меток излученного импульса и принятого эхо -сигнала (системы дискретного эхо-сигнала). Благодаря сложное взаимодействие излучения на границе раздела воздух-вода, в толще воды и на дне, однако большинство доступных датчиков ALB регистрируют всю форму сигнала (исходящий импульс и полученный эхо-отклик), дискретизированную во времени, с частотой дискретизации 1-5 ГГц. Сигналы могут быть проанализированы в режиме онлайн во время полета или при последующей обработке, если оцифрованный сигнал также хранится на диске. В обоих случаях анализ сигналов позволяет получить радиометрическую информацию в дополнение к времени (расстоянию) полета в оба конца. Интенсивность сигнала зависит от диапазона измерения от атмосферных параметров (влажности), шероховатости водной поверхности, мутности воды, глубины и отражательной способности поверхности дна. Зависимости схематично представлены на рисунке 1

Взаимодействие лазерного света с водой

В части I этого руководства мы обсудили общее соотношение между излучаемой мощностью PT и принимаемой мощностью PR. Для протяжённых целей, т. е. целей, размер которых превышает площадь лазерного пятна, уравнение взаимодействия лазера и радара можно упростить до следующего вида:

В уравнении 2 PTf суммирует все параметры, которые можно считать постоянными для одного полетного задания, а именно передаваемую мощность PT, диаметр апертуры приемника D, а также атмосферные и специфические для датчика коэффициенты потерь nATM и nSYS.

Остальными параметрами, влияющими на принимаемую мощность PR , являются диапазон измерения R и поперечное сечение обратного рассеяния σ. Последнее включает в себя все свойства объекта, т.е. коэффициент отражения и телесный угол обратного рассеяния (см. часть I, Уравнение 3). Ослабление лазерного излучения происходит в атмосфере, но по большей части в водной среде. Как указывалось выше, когда зеленый лазерный сигнал попадает на поверхность воды, часть сигнала отражается на границе раздела воздух-вода, в то время как оставшаяся часть проникает в водоем и отражает с самого низа. Для лазерных лучей, падающих на воду, мы можем дополнительно разделить сигналы, поступающие от поверхности воды (PWS), толщи воды (PWC) и дна водоема (PWB ), а также фоновое излучение PBK.

Следующие уравнения 5–7 описывают отдельные вклады от (i) поверхности воды, (ii) водного столба и (iii) дна, суммированные в уравнении 4:

Доля общей мощности принимаемого сигнала, отраженная от водной поверхности PWS, определяется альбедо поверхности LO , которое, в свою очередь, зависит от шероховатости водной поверхности и угла падения лазерного луча на нормаль к водной поверхности. Поскольку лазерные лучи, падающие на поверхность воды перпендикулярно, вызывают очень сильное обратное рассеяние, которое может привести к насыщению приемника, батиметрические лазерные сканеры обычно используют коническое сканирование с постоянным углом наклона от надира, составляющим около 15-20°. Из-за высокой доли зеркального отражения прямые отражения от поверхности воды можно обнаружить только в том случае, если поверхность слегка рябит. PWS также зависит от функции объемного рассеяния β(φ).
 
Сигнал от водной толщи PWC зависит от диапазона измерения под водой rw, и в нем преобладают рассеяние и поглощение, описываемые коэффициентом диффузного ослабления k, который характеризует оптические свойства воды (т.е. мутность). nw - это показатель преломления воды, который является фактором потерь, объясняющим тот факт, что не вся энергия обратного рассеяния достигает детектора (см. рис. 1). В дополнение ко всем параметрам, описанным выше, на вклад PWB водного дна влияет коэффициент отражения RB морского дна. Светлый песок (прибрежные районы) или гравий (внутренние реки) обладают высокой отражательной способностью и, таким образом, способствуют проникновению на глубину. Напротив, илистый грунт или темная, затопленная растительность отрицательно влияют на достижимую глубину.

Коррекция рефракции

Как объяснялось выше, лазерная батиметрия — это двухсредный метод измерений. Лазерный луч преломляется на границе раздела воздух-вода, и скорость распространения уменьшается при входе в оптически более плотную водную среду. Для вычисления точных трёхмерных координат точки дна необходимо определить точку пересечения лазерного луча с поверхностью воды для каждого лазерного импульса. Кроме того, необходимо знать величину и ориентацию наклона водной поверхности. Точку преломления можно определить индивидуально для каждого лазерного импульса, если по форме отраженного эхосигнала можно определить как водную поверхность, так и дно. Это особенно актуально для классической конструкции датчика ALB с коаксиальным излучением первичного инфракрасного излучения и зелёного лазерного излучения, полученного из него. Инфракрасный канал даёт информацию о поверхности воды, но не проникает в толщу воды. Зелёный канал, в свою очередь, даёт информацию о дне и может также содержать отражения от поверхности воды.
Однако в зависимости от фактического угла падения лазерного луча на нормаль к поверхности воды может оказаться невозможным обнаружить эхо-сигнал от поверхности воды ни в зелёном, ни в инфракрасном канале. Это особенно актуально для очень гладких водных поверхностей (например, внутреннего озера в спокойный день) или в ситуациях, когда лазерный луч падает на сторону фронта водной волны, обращённую от датчика. В частности, для малогабаритных батиметрических датчиков коаксиальное излучение обеих длин волн больше не является стандартным. Вместо этого используются отдельные инфракрасные сканеры с выравниванием по надиру, поскольку интенсивность сигнала, рассеянного обратно от поверхности воды, особенно высока, когда лазерные лучи падают на неё ортогонально из-за зеркального отражения. Некоторые сканеры также вообще обходятся без инфракрасного канала. Поэтому в большинстве случаев коррекция рефракции основана на сеточной 2,5D-модели водной поверхности, которая интерполируется по всем доступным отражениям от поверхности. В то время как для стоячих и проточных внутренних водоёмов можно предположить статическую поверхность воды, для приложений в прибрежных районах необходимо учитывать динамику водной поверхности, чтобы учесть движение волн. В последнем случае модель поверхности может быть рассчитана только на основе смежных по времени лазерных эхо-сигналов.
На практике коррекция рефракции осуществляется с применением закона преломления Снеллиуса. Для этого сначала необходимо определить точку пересечения лазерного луча с моделью водной поверхности. Лазерная линия определяется началом и направлением луча. Трассировка луча лазерной линии и пересечение с сеткой модели водной поверхности дают точку пересечения, в которой луч отклоняется. Согласно закону преломления Снеллиуса, угол падения со стороны воды (αW) можно рассчитать по уравнению 1 на основе известного угла падения со стороны воздуха αL и показателей преломления в воздухе и воде (nL, nW).

Расстояние, пройденное в водной толще, определяется разницей между полным временем прохождения и временем прохождения в атмосфере. Время пролёта в атмосфере рассчитывается на основе известного расстояния между источником лазерного луча и точкой пересечения с поверхностью воды, а также скорости света в воздухе. Зная приведённую скорость распространения (групповую скорость) в воде и направление подводного лазерного луча, можно рассчитать трёхмерное положение точек дна с поправкой на рефракцию.

На рисунке 2 показаны исходные и скорректированные по рефракции точки для короткого участка реки. Как видно из исходных точек лазерного луча, представленных на рисунке 2а в перспективном виде, раскрашенных по интенсивности, облако точек содержит бесшовные точки русла реки и области сухого берега. Интенсивность точек уменьшается с увеличением глубины воды. Помимо точек поверхности земли, также регистрируются некоторые точки поверхности воды и водной толщи, все с относительно низкой интенсивностью (синего цвета). Обратите внимание, что сплошного покрытия точками поверхности воды нет. Особенно в очень мелководной части участка отсутствуют точки поверхности воды, и для получения непрерывной модели поверхности воды необходима экстраполяция. На рисунке 2b показана смоделированная поверхность воды (синий цвет), а также исходные (красный) и скорректированные с учётом рефракции (зелёный) лазерные точки на дне воды. Хорошо видно, что (i) скорректированные точки в целом имеют меньшую глубину из-за меньшей скорости распространения волн в воде и (ii) величина коррекции меняется с глубиной воды.

Глубина проникновения и общие концепции датчиков

Помимо оптических свойств воды, достижимая глубина проникновения также в значительной степени зависит от параметров конкретного устройства. Наиболее важными влияющими факторами являются размер передающей и приемной оптики и их эффективность, качество электронных и электрооптических компонентов (например, приемных диодов, аналого-цифровых преобразователей) и передаваемая мощность лазера. Производители датчиков определяют характеристики батиметрического лазерного сканера как факторы, связанные либо с глубиной Секки, либо с коэффициентом диффузного затухания k. Глубина Секки (SD), названная в честь итальянского священника и астронома 19 века Анджело Секки, является эмпирическим показателем, характеризующим мутность воды и обозначающим глубину, на которой белый или черно-белый диск диаметром 20-30 см больше не виден невооруженным глазом.

Таблица 1: Основные параметры топографических батиметрических лазерных сканеров космического назначения, бортовых и беспилотных летательных аппаратов.

Типичные значения SDs составляют 10-25 м для очень чистых прибрежных вод, 3-10 м для высокогорных рек и озер с прозрачной водой, 0,5–1,5 м для крупных рек с высоким содержанием наносов или прибрежных районов с сильным течением (например, Северное море). В зависимости от области применения датчики ALB можно условно разделить на два класса. Для измерения мелководных зон с глубиной менее 10 м используются системы с короткой длительностью импульса (1-2 нс), малой расходимостью луча (0,7-2 мрад) и низкой мощностью лазера. Короткая длительность импульса позволяет различать эхо-сигналы от поверхности воды и от земли даже на очень мелководных участках с глубиной воды ≤20 см. Относительно низкая расходимость луча (например, 1 мрад = диаметр пятна лазерного сканирования 50 см на высоте 500 м) также обеспечивает хорошее горизонтальное разрешение. Как правило, такие системы имеют высокую частоту измерения (> 100 кГц), но ограничены в максимально достижимой глубине проникновения (1-2 SD) из-за сравнительно низкой мощности лазера. Их называют топобатиметрическими лазерными сканерами, поскольку, помимо измерения глубины воды, они также могут фиксировать рельеф сухой части прибрежной зоны, обеспечивая плавный переход между водой и сушей (см. рис. 2).

В отличие от этого, чисто батиметрические датчики нацелены на максимальную глубину проникновения. В системах этого класса используются мощные лазеры. Более высокая энергия достигается главным образом за счет большей длительности импульса (около 7 нс). Для обеспечения безопасности глаз лазерный луч расширен. Типичное расхождение луча в 7 мрад соответствует лазерному сканирующему пятну (отпечатку ноги) диаметром 3,5 м на поверхности воды с высоты полета 500 м. Типичные частоты измерений, составляющие около 30-40 кГц, значительно ниже, чем для топобатиметрических систем. С помощью таких датчиков можно достичь глубины проникновения около 3 SD, что соответствует глубине около 50 м в очень чистой воде.

Для всех систем достижимая глубина проникновения также зависит от угла падения на поверхность воды. Хотя большая часть энергии рассеивается от поверхности воды за счет зеркального отражения, когда лазерный луч попадает в воду перпендикулярно, угол падения около 20° оказался оптимальным компромиссом для съемки как поверхности воды, так и дна (см. рис. 1). По этой причине в лазерной батиметрии обычно используются сканеры Palmer, создающие круговую диаграмму направленности, поскольку каждый испускаемый лазерный луч попадает на поверхность воды под приблизительно постоянным углом падения.

Датчики и платформы

Датчики для регистрации батиметрии в отдельности или топографии и батиметрии вместе в настоящее время используются на различных платформах-носителях, таких как спутники, самолеты, вертолеты и беспилотные летательные аппараты. Датчик ATLAS (Advanced Topographic Laser Altimeter System), установленный на спутнике ICESat-2, является примером космического лазерного датчика с батиметрическими возможностями. ATLAS использует технологию однофотонного лидара. Его основное применение - съемка криосферы Земли, но поскольку датчик использует зеленый лазер (λ=532 нм), он также обеспечивает батиметрию на мелководье с умеренной проникающей способностью около 1 SD. Данные ICESat-2 часто используются в качестве справочных для спектральной батиметрии, основанной на оптических спутниковых снимках, например, Sentinel-2. С помощью этой системы невозможно составить подводную карту с высоким разрешением из-за большого диаметра лазерного луча (14 м) и отсутствия механизма сканирования.

С другой стороны, лазерные батиметрические датчики, устанавливаемые на беспилотных летательных аппаратах, появились в продаже примерно с 2018 года. Компактные топобатиметрические сканеры обеспечивают максимально возможное пространственное разрешение при размерах лазерного следа в дециметровом диапазоне и потенциальной плотности точек до 100 точек/м2 и более. Недостатком сбора батиметрических данных с помощью беспилотных летательных аппаратов является площадь покрытия, которая ограничена из-за малых высот и скоростей полета беспилотных летательных аппаратов и их ограниченной продолжительности полета - примерно 20-30 минут.

На сегодняшний день самая большая группа датчиков управляется самолетами или вертолетами с обычных высот полета около 500-750 м. Большинство производителей топографических лазерных сканеров топографического класса также предлагают топобатиметрические сканеры (Teledyne Geospatial, Leica Geosystems, RIEGL Laser Measurement Systems). Сканеры, перевозимые самолетами, весят около 30-300 кг и часто оснащаются камерами наряду с лазерными сканерами. Некоторые сканеры используют либо отдельные глубокие каналы для максимального проникновения на глубину (3 SD), либо один или несколько мелких каналов для увеличения пространственного разрешения (1,5-2,5 SD). Большинство доступных сканеров также оснащены инфракрасным (ИК) лазерным каналом, либо в виде отдельного сканера, либо в классической концепции с синхронным и коаксиальным излучением с зеленым лазерным каналом. Эти системы представляют собой компромисс между хорошим пространственным разрешением и высокой площадью покрытия.

В таблице 1 приведены системные параметры отдельных современных приборов, эксплуатируемых с космических, бортовых и беспилотных платформ. Если в таблице 1 указано более одного зеленого канала (λ=515/532 нм), то первый относится к глубокому, а второй - к мелкому каналу. Частота измерений и расхождение лазерных лучей соответствуют одному и тому же порядку (зеленый/глубокий, зеленый/мелкий, инфракрасный). Результирующие диаметры лазерного следа указаны только для зеленых каналов и указывают диапазон наименьших и наибольших размеров лазерного пятна с учетом изменения расходимости луча датчика и высоты полета. На рисунке 3 показаны виды приборов, перечисленных в таблице 1.
CZMIL SuperNova (Teledyne Geospatial) и HawkEye-5 (Leica Geosystems) являются примерами датчиков, оснащенных различными глубоководными и мелководными каналами, а также ИК-каналом. В CZMIL SuperNova используется концепция сегментированного поля зрения, при которой семь сегментов мелководья образуют большее поле зрения глубокого канала. Прибор обеспечивает синхронное и коаксиальное излучение импульсов зеленого и инфракрасного лазеров. Глубинный канал датчика CZMIL имеет максимальную глубину проникновения, равную 3 SD. Датчик HawkEye-5 состоит из двух отдельных лазерных сканеров: глубинного модуля HawkEye-5 и устройства для мелководья Chiroptera-5. Модуль deep обеспечивает хорошую глубину проникновения - 2,5 SD при умеренной частоте следования импульсов (PRR) 40 кГц, а модуль shallow Chiroptera-5 проникает на глубину 2 SD при PRR 200 кГц. Leica Geosystems анонсировала CoastalMapper - топобатиметрическую систему, состоящую из топографического сканера (Hyperion3) и нового батиметрического сканера (Theia), интегрированного в составную сенсорную головку. Сканер обеспечивает максимальный охват площади при батиметрической съемке за счет большого угла обзора (50°) и большой высоты полета (800 м).

Сканеры семейства VQ-800-G от RIEGL LMS, в свою очередь, обладают самым высоким разрешением среди всех сканеров, устанавливаемых на самолетах или вертолетах. Батиметрический сканер VQ-880-GII обеспечивает малый диаметр лазерного луча (42 см) на малой высоте полета (600 м) и высокую плотность точек благодаря высокой частоте повторения импульсов (700 кГц) для батиметрического сканера. VQ-860-G оптимизирован для использования в вертолетах массой менее 20 кг и имеет настраиваемую пользователем расходимость луча 1-6 мрад и угол обзора приемника (3-18 мрад). В результате размер лазерного пятна составляет 15 см при полете на высоте 150 м с наименьшим расхождением луча в 1 мрад. Однако наилучшая глубина проникновения в 2,5 SD достигается при низком PRR (50 кГц) и широком лазерном луче (6 мрад). Все сканеры семейства VQ-800-G имеют короткую длительность импульса - около 1,5 нс, что удобно для измерения очень мелких глубин воды (около 20 см).

Предполагаемая платформа-носитель для VQ-840-GL представляет собой многокоптерный беспилотный летательный аппарат. Прибор весит менее 10 кг, включая GNSS и IMU, и может использоваться беспилотными летательными аппаратами с максимальной взлетной массой (MTOM) 25-30 кг. С помощью этого датчика можно получить очень маленькие лазерные следы размером менее 1 дм и высокую плотность точек >50 точек/м2 при медленном полете (например, 5 м/с), низкой высоте полета (например, 50 м) и узком луче (1 мрад). Хотя VQ-840-G доступен примерно с 2018 года, в последнее время появилось больше батиметрических лазерных сканеров на базе беспилотных летательных аппаратов. Например, YellowScan Navigator - это очень компактный датчик весом менее 4 кг с глубиной проникновения 2 SD при частоте измерения 20 кГц. Эта система, предназначенная только для использования в режиме green, может работать на высотах от 50 до 100 м. Бортовой батиметрический сканер малой дальности (ABS-SR) от Fraunhofer IPM предназначен для полетов на малых высотах - до 15 м. Сканер синхронно излучает зеленый и инфракрасный импульсы, как это используется в классической концепции ALB. Поскольку расширение луча происходит с помощью линз в приборе, сканер выдает лазерный луч с постоянным диаметром 5 см. Это делает датчик особенно интересным для обнаружения небольших объектов, таких как подводная растительность, кучи или небольшие валуны.

Примеры наборов топобатиметрических данных

На рисунке 4 показана затенённая область ЦМР, наложенная на цветовую карту глубин воды и изолинии глубины 1 м, полученные на основе топобатиметрических данных CZMIL SuperNova (Teledyne Geospatial)1. Благодаря глубоководному каналу удалось проникнуть на глубину более 30 м. Топографический канал и несколько мелководных каналов обеспечивают высокое разрешение топографии в сухопутной части сцены.

На рисунке 5 показано цветное трёхмерное облако точек одной взлётно-посадочной полосы, полученное с помощью сенсора Leica CoastalMapper. Данные были собраны во время испытательного полёта с шириной полосы 800 м и обработаны с помощью программного обеспечения Leica HxMap. Облако точек демонстрирует плавный переход от воды к суше и полное покрытие рельефа, растительности, зданий и батиметрии.

Последний пример, представленный на рисунке 6, представляет собой трёхмерное облако точек высокого разрешения участка предальпийской реки Пиелах в Австрии, полученное в октябре 2024 года с помощью топобатиметрического лазерного сканера RIEGL VQ-840-GL3. Более яркие тона на графике соответствуют более высокой отражательной способности. На графике показаны все точки, классифицированные как сухая земля, растительность и дно. Для лучшей читаемости точки, классифицированные как водная поверхность, водная толща и выбросы, были отброшены. Рисунок 6 демонстрирует преимущества очень высокого пространственного разрешения (высокая плотность точек, малая зона действия лазера). Например, в облаке точек можно чётко идентифицировать отдельные небольшие валуны в русле реки, а также подводную растительность в середине реки. Это открывает путь к детальному гидродинамическому численному моделированию и картированию местообитаний.

Области применения

Спектр применения ALB широк и постоянно расширяется благодаря достижениям в области универсальности и миниатюризации датчиков. Основные области применения включают:
Обнаружение подводных объектов: ALB изначально разрабатывался для военных целей для обнаружения подводных объектов. Сегодня он широко применяется в гражданских морских операциях, включая обеспечение безопасности портов, безопасную навигацию автономных подводных аппаратов и мониторинг безопасности побережья. Обнаружение небольших объектов требует передовых методов анализа формы волн. Использование ALB на базе БПЛА позволило дополнительно повысить разрешение, что позволяет идентифицировать такие объекты, как валуны или искусственный мусор.

3D-картирование подводного рельефа: Картирование подводного рельефа остается основным применением ALB. Это критически важно для создания точных морских карт, особенно в мелководных прибрежных и портовых зонах. Достижения в области технологий улучшили глубину проникновения, и даже спутниковые системы теперь вносят свой вклад в прибрежную батиметрию. Для небольших внутренних водоемов, таких как реки и озера, необходимые данные обеспечиваются топобатиметрическими датчиками высокого разрешения, установленными на платформах с экипажем или дистанционно управляемыми. Кроме того, данные ALB все чаще систематически интегрируются в национальные и региональные картографические исследования.

Применение в экологии: ALB обеспечивает мониторинг окружающей среды как в прибрежных зонах, так и во внутренних водоемах. Он используется для оценки отражательной способности морского дна, а также для обнаружения, классификации и моделирования бентосных местообитаний. Эти возможности ценны для сохранения и управления местообитаниями, а также для проектов по восстановлению рек. Экологическая значимость ALB продолжает расти, особенно в контексте международных экологических директив и рамок.

Прибрежная и речная геоморфология: ALB используется для анализа как долгосрочных изменений, так и краткосрочной динамики, например, вызванной гидропиками. Высокое пространственное разрешение делает его ценным инструментом для изучения эрозии, переноса наносов и морфологии рек. Данные ALB также составляют основу для гидродинамического и гидродинамического моделирования, поддерживая различные приложения, связанные с водными ресурсами, и экологические приложения. Оценка мутности: Хотя мутность ограничивает глубину проникновения ALB, она также представляет собой ценный параметр окружающей среды. Системы ALB, особенно те, которые способны анализировать всю форму волны, могут использоваться для оценки мутности и качества воды, поддерживая непрерывный мониторинг.

Оценка рисков и управление стихийными бедствиями: В связи с учащением экстремальных погодных явлений в связи с изменением климата, своевременное и подробное картографирование прибрежных и пойменных территорий имеет решающее значение. ALB способствует оценке как до, так и после стихийных бедствий, предоставляя ценные данные для обеспечения готовности к стихийным бедствиям, реагирования на них и восстановления после них. Он дополняет другие методы дистанционного зондирования и натурных измерений в комплексных стратегиях управления рисками.

Обнаружение и картирование макрофитов: Мы сталкиваемся с быстрыми изменениями структуры и состава подводной растительности, ускоряемыми изменением климата. Обнаружение, картирование и мониторинг требуют использования датчиков высокого разрешения и гибких платформ, работающих с малых высот. Лазерные сканеры на базе БПЛА являются идеальным решением. Их концепциям и применению посвящена четвертая, заключительная часть руководства по бортовому лидару.

Доктор Готфрид Мандльбургер изучал геодезию в Венском техническом университете, где в 2006 году получил докторскую степень, а в 2021 году защитил диссертацию по фотограмметрии на тему «Батиметрия с использованием активной и пассивной фотограмметрии». В апреле 2024 года он был назначен профессором кафедры оптической батиметрии в Венском техническом университете. Его основные научные направления включают топографическую и батиметрическую лидарную съемку с пилотируемых и беспилотных платформ, мультимедийную фотограмметрию, батиметрию по многоспектральным изображениям и разработку научного программного обеспечения. Готфрид Мандльбургер является председателем рабочей группы по лидарам Немецкого общества фотограмметрии, исследований и геоинформатики (DGPF) и научным делегатом Австрии в EuroSDR. За публикации по батиметрии с использованием активной и пассивной фотограмметрии он получил награды ISPRS и ASPRS за лучшие статьи.

Дополнительная информация

Abdallah, H., N. Baghdadi et al., 2012. Wa-LiD. A new lidar simulator for waters, IEEE Geoscience Remote Sensing Letters, DOI: 10.1109/LGRS.2011.2180506.
Guenther, G., A. Cunningham, P. Laroque and D. Reid, 2000. Meeting the accuracy challenge in airborne lidar bathymetry, Proceedings of the 20th EARSeL Symposium: Workshop on Lidar Remote Sensing of Land and Sea, Dresden, Germany.
Mandlburger, G., 2020. A review of airborne laser bathymetry for mapping of inland and coastal waters, Journal of Applied Hydrography, 116: 6–15.
Parrish, C.E., L.A. Magruder et al., 2019.
Validation of ICESat-2 ATLAS bathymetry and analysis of ATLAS’s bathymetric
mapping performance, Remote Sensing, DOI: 10.3390/rs11141634.
Philpot, W. (ed.), 2019. Airborne Laser Hydrography II, Cornell University Library (eCommons), Cornell. https://ecommons.cornell.edu/handle/1813/66666.
1 Данные были собраны во время калибровочного полета вблизи острова Фьёлёй (Ставангер, Норвегия) и любезно предоставлены компанией Field.
2 Изображение любезно предоставлено компанией Leica Geosystems.
3 Данные этого примера доступны в открытом доступе (DOI: 10.48436/
taz19-r6618).