Повітряна система лазерного сканування CZMIL Nova для прибережного і морського картографування

 

Високоточна батиметрія с безшовною топографією

CZMIL Nova (Coastal Zone Mapping and Imaging Lidar – лазерний сканер для картографування і відображення прибережної зони) компанії TELEDYNE Optech - це проривна повітряна мультисенсорная система, призначена для високоавтоматизованої генерації інформації про 3D топографії прибережних зон, особливо в умовах каламутної і непрозорої води. Грунтуючись на успішній програмі SHOALS компанії Optech і більш ніж 25-річному досвіді в повітряному лазерному скануванні, CZMIL Nova є єдиною повітряною батиметричною системою, протестованою відповідно до військових стандартів на удар, вібрацію і електромагнітну сумісність, яка підтверджена декількома урядовими агентствами для регулярного картографування прибережних районів.

Ці агентства покладаються на CZMIL Nova з наступних причин:

1. Система перевірена на реальних проектах для отримання результатів в таких умовах води, де інші системи просто залишають прогалини;

2. Найкраще безшовне об'єднання топографічних і батиметричних даних в чистих водах до 80 м і неперевершені результати в каламутних водах;

3. Краща робоча продуктивність завдяки багатофункціональному програмному пакету «все в одному»HydroFusion для роботи і злиття даних.

 

 

Задіяні технології включають:

• Широку смугу охоплення для великомасштабного картографування та ефективного покриття;
• Круговий шаблон лазерного сканування, що забезпечує два «погляди» для оптимального виявлення об'єкта;
• Потужний лазер з коротким імпульсом, що дозволяє точно вимірювати відстань до землі та глибину води в різних умовах;
• Програмні технології, засновані на строгому одержанні батиметрії для води, надто каламутної для інших датчиків.

• Сегментований лідарний детектор, здатний одночасно реєструвати високощільні топографічні та батиметричні дані від одного лазера;
• Повністю інтегровані RGB та гіперспектральні датчики для злиття даних у технологічному процесі HydroFusion;
• Широка апертура для глибоководного оптичного картографування.

 

Високоефективні лідарні, гіперспектральні та візуальні датчики системи пов'язуються з потужним та простим у використанні програмним пакетом HydroFusion, який здійснює планування місій та обробку даних для всіх трьох датчиків у єдиному уніфікованому інтерфейсі. Комбінуючи літологічні дані та гіперспектральні зображення, отримані CZMIL Nova, у широкому спектрі фізичних даних та даних навколишнього середовища, HydroFusion прискорює видачу результатів та покращує якість результатів, отриманих при об'єднанні даних лазерного сканування та зображення. Сьогодні кілька систем CZMIL Nova розгорнуті у різних країнах, збираючи безшовні батиметричні та топографічні дані, а також зображення на великих площах із високою точністю для своїх агенцій.

 

 

ЗАСТОСУВАННЯ:

• Картографування берегової лінії і управління прибережними районами;
• Інспекция портів і судоходних каналів;
• Береговий и прибережний моніторинг ерозії;
• Управління водними екосистемами;
• Швидка оцінка стану навколишнього середовища;
• Виявлення підводних об'єктів;
• Складання морських карт;
• Реагування на стихійні лиха;
• Визначення параметрів якості води (IOPs);
• Класифікація мілководного морського дна;
• Визначення параметрів водного стовпа;
• Класифікація бентичного середовища;
• Швидке картографування небезпечних зон.

 

Система CZMIL була розроблена компанією Optech для уряду США за сприяння Інженерного корпусу армії США (USACE) і Технічного центру експертизи об'єднаної повітряно-лідарної батиметрія (JALBTCX). Вона була створена і протестована компанією Optech за сприяння Університету Південної Міссісіпі (USM).

 

Полнофункціональне програмне забезпечення для гідрографічної зйомки

ПО HydroFusion включає можливості планування місій, обробку даних і створення кінцевих топографічних і батиметричних продуктів, в одному зручному для використання інтерфейсі. Це потужний комплексний програмний пакет розроблений спеціально для CZMIL Nova і дозволяє прискорити доставку даних і продуктів, покращує якість інформаційних продуктів, отриманих об'єднанням даних лазерного сканування і зображення. Навіть з некваліфікованими операторами HydroFusion автоматично здійснює збір 3D даних з високою роздільною здатністю і зображення навколишнього середовища, об'єднуючи в часі дані лазерного сканування з гіперспектральних і RGB-зображеннями в парадигмі злиття даних.

HydroFusion (версія 1.2) включає значні поліпшення, які спрямовані на прискорення обробки, підвищення точності і універсальності:

• Покращене охоплення даних і точність точок за допомогою інструментів виявлення поверхні при неідеальних умовах поверхні води;
• Інструмент для геокалібровки здійснює автоматичну геокалібровку і перевірку даних лазерного сканування;
• Інструмент балансування кольору покращує колір для мозаїки зображення камери, забезпечуючи більш точними і цінними знімками;
• Автоматичні просторові фільтри усувають при обробці більшість викидів даних, скорочуючи час, необхідний для редагування хмарних точок;
• Для кожного знімка збережеться цілий ряд цінних атрибутів разом з даними XYZ, які легко доступні за запитом;
• Оптимізований інструмент завантажує сирі дані лазерного сканування в локальну робочу область за час, менший ніж 50% фактичного часу збору даних;
• Плани місій можна імпортувати і експортувати в популярні формати файлів, такі як ESRI SHP і Google KML.

 

ОГЛЯД СИСТЕМИ

Батиметрична система лазерного сканування

Гібридна імпульсно-лідарного система сканування CZMIL Nova є продуктом багаторічного досвіду Optech в розробці і впровадженні провідних в галузі батиметричних лідарних датчиків. Його збільшена зіниця приймача і подвоєне просторову роздільну здатність забезпечують створення широкої смуги сканування, що дозволяє швидше покривати великі площі і покращувати якість інформації з об'єднаних наборів даних лазерного сканування і зображення. Високоефективний короткий імпульс зеленого лазера CZMIL Nova розмежовує водні поверхні і дно навіть в мілководних, каламутних водах, а рефракції круговий сканер системи захоплює цілі з декількох напрямків, покращуючи виявлення підводних об'єктів. Нарешті, сегментований детектор системи збирає 7 відбитих сигналів для кожного лазерного знімка з дозволом HydroFusion до 31 дискретних точок від кожного імпульсу, збільшуючи ефективну щільність точок
без необхідності використання менш надійних лазерів.

 

Гіперспектральна камера

ITRES CASI-1500H - це гіперспектральних камера формування зображення системи CZMIL Nova, яка доповнює інформацією дані, зібрані лазерним сканером, шляхом захоплення спектра між 365 і 1050 нм. Автоматизоване злиття даних і просунуті алгоритми, що входять до складу HydroFusion, автоматично обробляють гіперспектральні дані для створення карт відбиття поверхні і дна, карт хлорофілу та інших екологічних даних.

Цей додатковий датчик зображення ідеально підходить для урядових установ і наукових організацій, яким потрібна більш детальна інформація про перевірку якості води.

 

RGB-камера

Система CZMIL Nova збирає 16-мегапіксельні RGB знімки за допомогою цифрової аерокамери CS-4800i компанії Optech для створення чіткої фотомозаїка області зйомки і потім активує створення результатів злиття даних. Для користувачів зі спеціальними вимогами система може бути розширена, щоб включати в себе лінійку камер Optech, в тому числі 80-мегапіксельні камери для отримання зображень з високою роздільною здатністю і моделі інфрачервоних камер з середньою і великою довжиною хвилі
випромінювання для збору теплових даних про поверхню води.

 

Інерціальна навігаційна система POS AV

Система CZMIL Nova досягає своєї провідної в світі точності за допомогою кращого в своєму класі інерциальному рішенні, яке включає високоточний інерційний вимірювальний блок (IMU) і вбудований GNSS приймач. Щільно об'єднані інерційні можливості обробки дозволяють літальним апаратам здійснювати круті повороти без втрати сигналів від GNSS супутників, тим самим збільшуючи ефективність і продуктивність збору даних.

 

Програмне забезпечення CZMIL NAV

Для більшої простоти використання оператор контролює і управляє системою CZMIL Nova і її трьома датчиками, використовуючи ноутбук з однією програмою CZMIL NAV - системою управління польотом. Щоб знизити експлуатаційні витрати, програма для перевірки в повітрі виводить в реальному часі смугу покриття, а це означає, що літак ніколи не повернеться на базу тільки для того, щоб знайти прогалини даних в покритті, які необхідно буде отримати при повторній зйомці. Діагностика та відображення даних в повітрі дозволяють перевірити, чи відповідають ці дані вимогам точності.

Програмне забезпечення HydroFusion

HydroFusion - це єдина програма, яка забезпечує планування місій, контроль якості збору даних і автоматизовані процеси, які призводять до отримання даних, отриманих за допомогою трьох датчиків CZMIL Nova - лидара, гіперспектрометра і камери, - виробляють різні дані, від виявлення хлорофілу до бентозної класифікації. За допомогою HydroFusion потенційно складна обробка даних зйомки морського середовища в даний час є простим однопоточним рішенням.

• Планування польотів з польотними галсами, параметрами області автоматичного дослідження, атрибутами збору даних і графічним глобальним інтерфейсом для спрощення пошуку, обробки та управління даними по місіям;
• Автоматична класифікація наземних і водних знімків є стандартною для HydroFusion, а з новою функцією повторної обробки даних можуть бути усунені прогалини в даних поблизу берегової лінії;
• У середовищах, де автоматичне окреслення берегової лінії є складним завданням, неправильно класифіковані знімки можуть бути перемарковані і оброблені «на льоту»;
• Дуже корисний процес QA / QC тісно інтегрований в процес обробки;
• Злиття даних від багатьох датчиків і автоматизовані алгоритми класифікації при зборі батіметричних даних в складних умовах і складання детальних карт класифікації дна;
• Вбудований модуль 3D візуалізації для розширеного виявлення занурених об'єктів і аналізу характеристик водного стовпа, включаючи виявлення витоків;
• Зональна візуалізація, редагування хмарних точок лазерного сканування і інструменти для створення мозаїки орто-зображень.

 

Проникнення в каламутною воду

З CZMIL Nova тепер можна лідирувати при проникненні в воду, ніколи раніше не доступну при повітряної зйомці. До цих пір більшість прибережних зон Землі були закриті для використання повітряних сканерів, оскільки вони містять каламутну або мулисту воду (K_d> 0,3 м^-1), яка зменшує діапазон типових глибин батиметричних сканерів майже до нуля. Система CZMIL Nova відкриває ці області, використовуючи короткий імпульс потужного лазерного імпульсу, великий приймальну зіницю оптичної системи і самі передові запатентовані алгоритми для проникнення в дуже каламутні води.

Невизначене дно (при стандартному підході) і дно, визначене використанням вдосконаленого процесу модуля Turbid Water пакета HydroFusion

 

Виявлення об'єктів

CZMIL Nova - це інструмент, що дозволяє безпечно і швидко знаходити підводні об'єкти і небезпечні перешкоди. З круговим шаблоном скануванням, який забезпечує два «погляди» на кожен об'єкт, короткою тривалістю імпульсу, яка збільшує вертикальну точність, і 7-сегментним приймачем, який збільшує просторову роздільну здатність даних лазерного сканування, CZMIL Nova виявляє в воді об'єкти розміром до 1 кубічного метра на глибинах до 25 метрів. Після зйомки HydroFusion спрощує пошук і ідентифікацію цільових об'єктів за допомогою широкого набору інструментів 3D візуалізації.

Підводні клітки для риби, дно океану і інструменти аналізу 3D VOXEL для об'єктного аналізу

 

Точність визначення глибини

Лінійка батиметричних датчиків CZMIL є найбільш перевіреної повітряною системою для точного визначення глибин при різних реальних умовах води. Кілька систем CZMIL використовуються державними агентствами по всьому світу, але унікальна здатність отримувати точну інформацію не тільки в чистій воді, і робить цю систему з її інтегрованим робочим процесом CZMIL HydroFusion незамінною. Прориви в чутливості приймача, тривалості імпульсу, потужності імпульсів, ефективності лазера і алгоритмах оптимізації для мілководдя, включені в CZMIL Nova, привнесли і відкрили нові цілі для повітряної лідарної батиметрії. Сегментований лідарний детектор покращує щільність точок за рахунок захоплення семи сегментованих ехосигналів, одного глибоководного каналу і одного ІК-каналу, що призводить до появи дев'яти сигналів для кожного випущеного імпульсу, а алгоритми HydroFusion на мілководді дозволяють розмежувати морську поверхню від дна навіть у мутних та мулистих водах.

 

Безшовна продуктивність

Програмне рішення HydroFusion є ключовим фактором чудового рівня продуктивності, який послідовно демонструється системами CZMIL при захопленні, обробці і генерації об'єднаних даних. Безшовне покриття оптимізовано з високою імпульсною потужністю CZMIL Nova і великою апертурою приймача, що знижує рівень втрати даних навіть на висотах до 1000 метрів. Система одночасно здатна легко збирати топографічні і батиметричні дані, а також інтегруватися з програмним забезпеченням, яке автоматично налаштовує параметри обробки даних для землі і води. Система CZMIL Nova оптимізована за вагою і енергоспоживанням, і може бути встановлена ​​на літаках типу Piper Navajo. Вона також має міцний корпус, який оптимізований для польотопригодності і військових стандартів. У поєднанні з розширеними функціями сенсорної системи CZMIL Nova, комплексним управлінням якістю збору даних і обробкою з використанням HydroFusion, дозволяє отримувати дані з кожного з трьох окремих датчиків, виробляючи десятки або більше число даних для об'єднання даних. Тепер можна знімати аж до берегової лінії, не залишаючи зазору даних на краю води. Воістину точна і безшовна зйомка!