VÚGTK 46 262

[Unmanned aerial vehicles for glaciological studies]

Ken Whitehead. - In: GIM int. - ISSN 1566-9076. - Roč.24, č.10 (2010), s.26-29 : 4 obr. - Res.angl.

Abstrakt: V červenci 2010 provedli výzkumníci geografického oddělení univerzity v Calgary letecké mapování ledovce Fountain na ostrově Bylot v kanadském arktickém území pomocí leh-kého bezpilotního letadélka. V 16 letových řadách bylo pořízeno celkem 148 snímků při průměrné výšce letu 300 m nad povrchem ledovce. Byl vytvořen podrobný model povrchu ledovce a ortofoto s rozlišením 10 cm. Výsledky budou využity ke studiu změn hmotnosti ledovce a odto-kových poměrů.

V posledních letech byl kladen zvláštní důraz na dokumentaci účinků klimatických změn v arktických oblastech. Výzkum rychle se měnících ledovcových oblastí vyžaduje přesná a pravi-delná měření, která jsou podkladem pro kvantifikaci parametrů jako jsou hmotnostní bilance, rychlost ústupu a dynamika odtoku vody. S příchodem malých bezpilotních leteckých nosičů je možné provádět nízkonákladové letecké mapování malých území. K pořizování snímků z nízké letové výšky se používají kompaktní kamery. Za předpokladu, že jsou k dispozici spolehlivé po-zemní vlícovací body a vhodná kalibrace kamery je možné dosáhnout dobré výsledky.

Úkol

Cílem práce bylo provést podrobné zaměření koncové oblasti ledovce Fountain s použitím lehkého bezpilotního letadla (LBL). Výsledný 3D model a ortofotomozaika budou sloužit jako přesná výchozí data pro výzkum tání ledovce a dynamiky jeho povrchu.

Lokalizace

Zkoumané území je situováno na ostrově Bylot v arktické Kanadě (obr.1) . Fountain je po-měrně malý arktický ledovec o délce asi 15 km a šířce asi 1,3 km u jeho ústí. Počátkem 90.let začal ledovec rychle ustupovat s rychlostí více než 10 m za rok (na základě družicových snímků).

Obr.1. Mapa ukazující polohu ledovce Fountain a snímek družice Landsat znázorňující okolí ledovce

Výzkumníci z Univerzity Calgary studovali oblast kolem ledovce Fountain po několik let. Běžný výzkum zahrnoval vzájemné působení ledovce a věčně zmrzlé půdy, hydrologii ledovce a dynamiku povrchu ledovce.

Arktické ledovce jako je ledovec Fountain mají tendenci pomalého tečení a často vykazují vysokou úroveň setrvačnosti odezvy na vnější podněty. Tím se značně liší od horských ledovců mírného pásma, jejichž tání je mnohem rychlejší a vykazují mnohem rychlejší odezvu na změny klimatických podmínek. Na rozdíl od těchto ledovců jsou informace o vlivu klimatických změn na arktické ledovce dosud velmi sporadické.

Konfigurace lehkého bezpilotního letadla

Systém LBL použitý pro měření poskytla společnost Accuas Inc. ze Salmon Arm (Britská Kolumbie). Společnost používá běžně LBL jako nosiče pro leteckou fotogrammetrii a mapování pro inženýrské účely v malých měřítkách a odhad objemu surovin. Pro tento projekt bylo použito LBL Outlander (obr.2 a 3). Toto letadlo má rozpětí křídel 2,5 m a je schopné nést zátěž o hmot-nosti 0,5 kg. Vzhledem k tomuto omezení nese letadlo lehkou kameru Panasonic Lumix LX3. Před letem je plán letu zadán autopilotu. Během letu palubní přijímač zaznamenává polohu a au-topilot provádí nezbytné úkony k udržování letového kurzu. Po skončení letu je stažen záznam letu. Ten obsahuje informace o poloze a orientaci všech snímků pořízených během letu.

Obr.2 Před vypuštěním bezpilotního letadla. V pozadí ledovec Fountain

Obr.3 Zdařilý start LBL

Měření vlícovacích bodů

Před letem je provedeno zaměření na ledovci stabilizovaných vlícovacích bodů. Tyto body vyznačené červenými terči o průměru 30 cm byly umístěny po 200-300 metrech a napříč konce ledovce. Větší terče o průměru 60 cm byly umístěny na morénách sousedících s ledovcem. Po-zemní lícovací body byly zaměřeny pomocí RTK GPS (kinematický GPS v reálném čase) s přesností v poloze i výšce lepší než 5 cm.

Plánování letu

K dosažení snímků s požadovaným rozlišením 10 cm bylo nutné zvolit výšku letu 300 m nad povrchem ledovce. Ledovec Fountain se nachází v hornaté oblasti a je obklopen mnoha vrcholy o výšce přes 1000 m, což si vyžádalo pečlivé plánování letu. Výška ledovce v zaměřovaném území kolísá asi o 180 m. Pro eliminaci proměnlivosti měřítka snímků a mezer v překrytu snímků byly letové řady nalétávány napříč ledovce ve směru sever-jih a výška letu v sousedící řadě byla snížena o 12 m.

Plánování letu bylo prováděno pomocí softwaru Mission Planner vyvinutého v Accuas. Meze-ry v překrytu byly vyloučeny překrytem mezi snímky v řadě i mezi řadami 65%, což je typická hodnota pro mapování pomocí LBL. Ke zpracování by stačilo použít každou druhou letovou řa-du. Během letu bylo pořízeno celkem 148 snímků.

Zpracování

Zpracování snímků bylo provedeno v kanceláři Accuas s použitím softwaru Trimble´s Inpho. Byla použita každá druhá řada a nadbytečné snímky ze zbývajících řad byly použity pro větší překryt při zpracování strmých svahů okolních hor.Šest vlícovacích bodů rozmístěných na ploše ledovce bylo použito jako kontrolní body k nezávislému odhadu přesnosti triangulace. Zbývající vlícovací body byly použity pro blokové vyrovnání a byla jim přisouzena přesnost v poloze i výšce 5 cm.

Vlícovací body použité v blokovém vyrovnání měly střední chybu lepší než 10 cm v X,Y, a Z. Všechny kontrolní body měly horizontální opravy lepší než 25 cm v X a Y a nejhorší rozdíl ve výšce byl 54 cm. Uvedená přesnost více než dostatečně splňuje požadavky projektu. S použitím softwaru Inpho byl vytvořen digitální model povrchu ledovce s rozlišením 1 m. Ten byl použit ke zhotovení řady ortofoto, které byly zpracovány pomocí softwaru OrthoVista do ortofoto mozaiky s rozlišením 10 cm (obr.4). Výsledná tištěná mapa v měřítku 1:1000 má rozměry 1,5x1,5 m.

Obr.4. Ortofotomozaika ledovce složená z 95 snímků. Křížky vyznačují rohy sítě 200x200 m

Závěr

Použití LBL umožnilo získat podrobné ortofoto a model povrchu koncové oblasti ledovce Fountain za dostupnou cenu. Data získaná mapováním pomohou k výzkumu účinků klimatických a environmentálních podmínek na ledovec Fountain. Lehká bezpilotní letadla nabízí mnoho vý-hod pro terénní výzkum v odlehlých oblastech. Letecké mapování s vysokým rozlišením může být provedeno s vysokým rozlišením, ekonomicky a za přijatelný čas. V případě rychlých změn může být provedeno několik letů během jedné sezóny.