Воздушная система лазерного сканирования CZMIL Nova для прибрежного и морского картографирования

 

Высокоточная батиметрия с бесшовной топографией

CZMIL Nova (Coastal Zone Mapping and Imaging Lidar – лазерный сканер для картографирования и отображения прибрежной зоны) компании TELEDYNE Optech - это прорывная воздушная мультисенсорная система, предназначенная для высокоавтоматизированной генерации информации о 3D топографии прибрежных зон, особенно в условиях мутной и непрозрачной воды. Основываясь на успешной программе SHOALS компании Optech и более чем 25-летнем опыте в воздушном лазерном сканировании, CZMIL Nova является единственной воздушной батиметрической системой, протестированной в соответствии с военными стандартами на удар, вибрацию и электромагнитную совместимость, которая подтверждена несколькими правительственными агентствами для регулярного картографирования прибрежных районов.

Эти агентства полагаются на CZMIL Nova по следующим причинам:

1. Система проверена на реальных проектах для получения результатов в таких условиях воды, где другие системы просто оставляют пробелы;

2. Лучшее бесшовное объединение топографических и батиметрических данных в чистых водах до 80 м и непревзойденные результаты в мутных водах;

3. Лучшая рабочая производительность благодаря многофункциональному программному пакету «все в одном» HydroFusion для работы и слияния данных.

 

 

Задействованные технологий включают:

• Широкую полосу охвата для крупномасштабного картографирования и эффективного покрытия;
• Круговой шаблон лазерного сканирования, обеспечивающий два «взгляда» для оптимального обнаружения объекта;
• Мощный лазер с коротким импульсом, позволяющий точно измерять расстояние до земли и глубину воды в различных условиях;
• Программные технологии, основанные на строгом получении батиметрии для воды, слишком мутной для других
  датчиков;

• Сегментированный лидарный детектор, способный одновременно регистрировать высокоплотные топографические и батиметрические данные от одного лазера;
• Полностью интегрированные RGB и гиперспектральные датчики для слияния данных в технологическом процессе HydroFusion;
• Широкая апертура для глубоководного оптического картографирования.

Высокоэффективные лидарные, гиперспектральные и визуальные датчики системы связываются с мощным и простым в использовании программным пакетом HydroFusion, который осуществляет планирование миссий и обработку данных для всех трех датчиков в едином унифицированном интерфейсе. Комбинируя литологические данные и гиперспектральные изображения, полученные CZMIL Nova, в широком спектре физических данных и данных окружающей среды, HydroFusion ускоряет выдачу результатов и улучшает качество результатов, полученных при объединении данных лазерного сканирования и изображения. Сегодня несколько систем CZMIL Nova развернуты в разных странах, собирая бесшовные батиметрические и топографические данные, а также изображения на больших площадях с высокой точностью для своих агентств.

 

ПРИЛОЖЕНИЯ:

• Картографирование береговой линии и управление прибрежными районами;
• Инспекция портов и судоходных каналов;
• Береговой и прибрежной мониторинг эрозии;
• Управление водными экосистемами;
• Быстрая оценка состояния окружающей среды;
• Обнаружение подводных объектов;
• Составление морских карт;
• Реагирование на стихийные бедствия;
• Определение параметров качества воды (IOPs);
• Классификация мелководного морского дна;
• Определение параметров водного столба;
• Классификация бентической среды;
• Быстрое картографирование опасных зон.

 

Система CZMIL была разработана компанией Optech для правительства США при содействии Инженерного корпуса армии США (USACE) и Технического центра экспертизы объединенной воздушно-лидарной батиметрии (JALBTCX). Она была создана и протестирована компанией Optech при содействии Университета Южной Миссисипи (USM).

 

Полнофункциональное программное обеспечение для гидрографического съемки

ПО HydroFusion включает возможности планирование миссий, обработку данных и создание конечных топографических и батиметрических продуктов, в одном удобном для использовании интерфейсе. Это мощный комплексный программный пакет разработан специально для CZMIL Nova и позволяет ускорить доставку данных и продуктов, улучшает качество информационных продуктов, полученных объединением данных лазерного сканирования и изображения. Даже с неквалифицированными операторами HydroFusion автоматически осуществляет сбор 3D данных с высоким разрешением и изображения окружающей среды, объединяя во времени данные лазерного сканирования с гиперспектральными и RGB-изображениями в парадигме слияния данных.

HydroFusion (версия 1.2) включает значительные улучшения, которые направлены на ускоренние обработки, повышение точности и универсальности:

• Улучшенный охват данных и точность точек с помощью инструментов обнаружения поверхности при неидеальных условиях поверхности воды;
• Инструмент для геокалибровки осуществляет автоматическую геокалибровку и проверку данных лазерного сканирования;
• Инструмент балансировки цвета улучшает цвет для мозаики изображения камеры, обеспечивая более точными и ценными снимками;
• Автоматические пространственные фильтры устраняют при обработке большинство выбросов данных, сокращая время, необходимое для редактирования облачных точек;
• Для каждого снимка сохраняется целый ряд ценных атрибутов вместе с данными XYZ, которые легко доступны по запросу;
• Оптимизированный инструмент загружает сырые данные лазерного сканирования в локальную рабочую область за время, меньшее чем 50% фактического времени сбора данных;
• Планы миссий можно импортировать и экспортировать в популярные форматы файлов, такие как ESRI SHP и Google KML.

 

ОБЗОР СИСТЕМЫ

Батиметрическая система лазерного сканирования

Гибридная импульсно-лидарная система сканированная CZMIL Nova является продуктом многолетнего опыта Optech в разработке и внедрении ведущих в отрасли батиметрических лидарных датчиков. Его увеличенный зрачок приемника и удвоенное пространственное разрешение обеспечивают создание широкой полосы сканирования, что позволяет быстрее покрывать большие площади и улучшать качество информации из объединенных наборов данных лазерного сканирования и изображения. Высокоэффективный короткий импульс зеленого лазера CZMIL Nova разграничивает водные поверхности и дно даже в мелководных, мутных водах, а рефракционный круговой сканер системы захватывает цели из нескольких направлений, улучшая обнаружение подводных объектов. Наконец, сегментированный детектор системы собирает 7 отраженных сигналов для каждого лазерного снимка с разрешением HydroFusion до 31 дискретных точек от каждого импульса, увеличивая эффективную плотность точек без необходимости использования менее надежных лазеров.

 

Гиперспектральная камера

ITRES CASI-1500H - это гиперспектральная камера формирования изображения системы CZMIL Nova, которая дополняет информацией данные, собранные лазерным сканером, путем захвата спектра между 365 и 1050 нм. Автоматизированное слияние данных и продвинутые алгоритмы, входящие в состав HydroFusion, автоматически обрабатывают гиперспектральные данные для создания карт отражения поверхности и дна, карт хлорофилла и других экологических данных.

Этот дополнительный датчик изображения идеально подходит для правительственных учреждений и научных организаций, которым требуется более подробная информация о проверке качества воды.

 

RGB-камера

Система CZMIL Nova собирает 16-мегапиксельные RGB снимки с помощью цифровой аэрокамеры CS-4800i компании Optech для создания четкой фотомозаики области съемки и затем активизирует создание результатов слияния данных. Для пользователей со специальными требованиями система может быть расширема, чтобы включать в себя линейку камер Optech, в том числе 80-мегапиксельные камеры для получения изображений с высоким разрешением и модели инфракрасных камер со средней и большой длинами волны излучением для сбора тепловых данных о поверхности воды.

 

Инерциальная навигационная система POS AV

Система CZMIL Nova достигает своей ведущей в мире точности с помощью лучшего в своем классе инерциального решения, которое включает высокоточный инерциальный измерительный блок (IMU) и встроенный GNSS приемник. Плотно объединенные инерционные возможности обработки позволяют летательным аппаратам совершать крутые повороты без потери сигналов от GNSS спутников, тем самым увеличивая эффективность и производительность сбора данных.

 

Программное обеспечение CZMIL NAV

Для большей простоты использования оператор контролирует и управляет системой CZMIL Nova и ее тремя датчиками, используя ноутбук с одной программой CZMIL NAV - системой управления полетом. Чтобы снизить эксплуатационные расходы, программа для проверки в воздухе выводит в реальном времени полосу покрытия, а это означает, что самолет никогда не вернется на базу только для того, чтобы найти пробелы данных в покрытии, которые необходимо будет получить при повторной съемке. Диагностика и отображение данных в воздухе позволяют проверить, соответствуют ли получаемые данные требованиям точности.

 

Программное обеспечение HydroFusion

HydroFusion - это единственная программа, которая обеспечивает планирование миссий, контроль качества сбора данных и автоматизированные процессы, которые приводят к получению данных, полученных с помощью трех датчиков CZMIL Nova - лидара, гиперспектрометра и камеры, - производящих различные данные, от обнаружения хлорофилла до бентосной классификации. С помощью HydroFusion потенциально сложная обработка данных съемки морской среды в настоящее время является простым однопоточным решением.

• Планирование полетов с полетными галсами, параметрами области автоматического исследования, атрибутами сбора данных и графическим глобальным интерфейсом для упрощения поиска, обработки и управления данными по миссиям;
• Автоматическая классификация наземных и водных снимков является стандартной для HydroFusion, а с новой функцией повторной обработки данных могут быть устранены пробелы в данных вблизи береговой линии;
• В средах, где автоматическое очерчивание береговой линии является сложной задачей, неправильно классифицированные снимки могут быть перемаркированы и обработаны «на лету».
• Очень полезный процесс QA/QC тесно интегрирован в процесс обработки.
• Слияния данных от многих датчиков и автоматизированные алгоритмы классификации при сборе батиметрических данных в сложных условиях и составление подробных карт классификации дна;
• Встроенный модуль 3D визуализации для расширенного обнаружения погруженных объектов и анализа характеристик водного столба, включая обнаружение утечек;
• Зональная визуализация, редактирование облачных точек лазерного сканирования и инструменты для создания мозаики орто-изображений.

 

Проникновение в мутною воду

С CZMIL Nova теперь можно лидировать при проникновении в воду, никогда прежде не доступную при воздушной съемке. До сих пор большинство прибрежных зон Земли были закрыты для использования воздушных сканеров, поскольку они содержат мутную или илистую воду (K_d > 0,3 м^-1), которая уменьшает диапазон типичных глубин батиметрических сканеров почти до нуля. Система CZMIL Nova открывает эти области, используя короткий импульс мощного лазерного импульса, большой приемный зрачок оптической системы и самые передовые запатентованные алгоритмы для проникновения в очень мутные воды.

Неопределенное дно (при стандартном подходе) и дно, определенное использованием усовершенствованного процесса модуля Turbid Water пакета HydroFusion

 

Обнаружение объектов

CZMIL Nova - это инструмент, позволяющий безопасно и быстро находить подводные объекты и опасные препятствия. С круговым шаблоном сканирования, который обеспечивает два «взгляда» на каждый объект, короткой длительностью импульса, которая увеличивает вертикальную точность, и 7-сегментным приемником, который увеличивает пространственное разрешение данных лазерного сканирования, CZMIL Nova обнаруживает в воде объекты размером до 1 кубического метра на глубинах до 25 метров. После съемки HydroFusion упрощает поиск и идентификацию целевых объектов с помощью широкого набора инструментов 3D визуализации.

Подводные клетки для рыбы, дно океана и инструменты анализа 3D VOXEL для объектного анализа

 

Точность определения глубины

Линейка батиметрических датчиков CZMIL является самой проверенной воздушной системой для точного определения глубин при различных реальных условиях воды. Несколько систем CZMIL используются государственными агентствами по всему миру, но уникальная способность получать точную информацию не только в чистой воде, и делает эту систему с ее интегрированным рабочим процессом CZMIL HydroFusion незаменимой. Прорывы в чувствительности приемника, длительности импульса, мощности импульсов, эффективности лазера и алгоритмах оптимизации для мелководья, включенные в CZMIL Nova, привнесли и открыли новые цели для воздушной лидарной батиметрии. Сегментированный лидарный детектор улучшает плотность точек за счет захвата семи сегментированных эхосигналов, одного глубоководного канала и одного ИК-канала, что приводит к появлению девяти ображенных сигналов для каждого излученного импульса, а алгоритмы HydroFusion на мелководье позволяют разграничить морскую поверхность от дна даже в мутных и илистых водах.

 

Бесшовная производительность

Программное решение HydroFusion является ключевым фактором превосходного уровня производительности, который последовательно демонстрируется системами CZMIL при захвате, обработке и генерации объединенных данных. Бесшовный покрытие оптимизировано с высокой импульсной мощностью CZMIL Nova и большой апертурой приемника, что снижает уровень потери данных даже на высотах до 1000 метров. Система одновременно способна легко собирать топографические и батиметрические данные, а также интегрироваться с программным обеспечением, которое автоматически настраивает параметры обработки данных для земли и воды. Система CZMIL Nova оптимизирована по весу и энергопотреблению, и может быть установлена на самолетах типа Piper Navajo. Она также имеет прочный корпус, который оптимизирован для полетопригодности и военных стандартов. В сочетании с расширенными функциями сенсорной системы CZMIL Nova, комплексным управлением качеством сбора данных и обработкой с использованием HydroFusion, позволяет извлекать данные из каждого из трех отдельных датчиков, производя десятки или большее число данных для объединения данных. Теперь можно снимать вплоть до береговой линии, не оставляя зазора данных на краю воды. Поистине точная и бесшовная съемка!