Grönland Buz Levhasında Lazer Teknolojisi

LiDAR, Işık Algılama ve Menzil (veya dünyanın neresinde olduğunuza bağlı olarak Lazer RADAR) anlamına gelir ve lazer teknolojisi kullanarak mesafeleri ölçer. Temel olarak yaptığımız tek şey, kısa süreli lazer ışığı darbesinin enstrümanı terk etmesi, havada uçması, bir nesneden sıçraması ve alıcıya geri dönmesi için geçen süreyi ölçmektir.

 

Bu gidiş-dönüş süresini 2’ye böleriz, bu bize tek yönlü uçuş süremizi veya tarayıcıdan nesneye olan mesafeyi verir ve sonra bunu bize bir mesafe veren ışık hızıyla çarparız. Kullandığımız topografik LiDAR sistemleri, görüntülemek istediğimiz her şeyin çok doğru (santimetre altı) 3D modellerini oluşturmak için birbirine çok yakın aralıklarla saniyede yüz binlerce darbe gönderir. Bu araçlardan topladığımız veriler çok ilgi çekici, bilgi açısından zengin materyal oluşturur.

 

Lazer Teknolojisi ile Lidar Enstrümanları

LiDAR enstrümanları, Dave Finnegan (USACE-CRREL) ve Gordon Hamilton‘ın (U-Maine) ATLAS projesi gibi Helheim Buzulu’ndaki buzul akışını ölçen; havadaki sistemler gibi sabit karasal sistemlerden Kuzey Kutbu ve Antarktika’da uzun süredir kullanılmaktadır. IceBridge Operasyonunun bir parçası olan NASA’nın Havadan Topografik Haritalayıcısı (ATM) ve NASA’nın şu anda kendi özel uçağında uçan Kara, Bitki Örtüsü ve Buz Sensörü (LVIS). Ayrıca NASA’nın ICESat’ı ve 2017’de planlanan lansman tarihi ile yaklaşan ICESat-2 görevi gibi uzay kaynaklı sistemler de var. Hatta yakında Grönland ve Alaska’da uçmayı umduğumuz İHA tabanlı bir sistem bile var!

Lidar Enstrümanları
Lidar Enstrümanları

Bu yıl bir dizi farklı amaç için buz kampında TLS kullanmak için eşsiz bir fırsat gördük. Birincil bilim amacı, Rio Behar çevresindeki buzun toplu ablasyon oranını ölçmekti. Bu genellikle ablasyon payları kullanılarak ölçülür, ancak ablasyon paylarını ölçmek zaman alıcıdır ve hataya açık olabilir.

 

Ek olarak, her yere kazık koyamayız, bu nedenle ablasyonu yalnızca belirli noktalarda ölçebiliriz. Bir TLS kullanarak, ablasyonu geniş bir alan üzerinde yüksek uzaysal çözünürlükte, hızlı, doğru ve tahribatsız bir şekilde ölçebileceğimizi ve nehirdeki tesadüfi ölçümlerimizle doğru bir karşılaştırma sağlayabileceğimizi düşünüyoruz. Esneklik, yüksek zamansal ve uzaysal çözünürlük ve işletme maliyeti, karasal bir sistemi bizim için iyi bir seçim haline getirdi.

 

İceSat Projeleri – Karasal Lidar Sistemleri

Maliyet, çözünürlük, toplama oranı ve toplama alanı boyutu arasında her zaman bir ödünleşim vardır. ICESat projeleri devasa alanları (neredeyse tüm gezegeni) toplayabilir, ancak inşa edilmesi ve işletilmesi pahalıdır ve nispeten daha kaba çözünürlüğe sahiptir. Havadaki sistemler uydulardan daha ucuzdur ve daha yüksek çözünürlüklü veriler toplayabilir, ancak küçük çalışma alanlarını yüksek zamansal frekansta toplamak istiyorsanız uçan uçaklar pahalı olur ve çok verimsizdir. Karasal LiDAR Sistemleri (TLS) küçük ve nispeten ucuzdur, Çok yüksek çözünürlüklü verileri (santimetre altı) çok yüksek bir zamansal çözünürlükte toplayabilir (ortamdaki küçük ölçekli değişiklikleri bulmak için birkaç dakikada bir aynı alan).

TLS ile lazer teknoloji
TLS ile lazer teknoloji

Bu verileri, aynı zamanda, hızla değişen kriyosferde TLS için yeni kullanımları test ederken, buz kampı sırasında toplanan diğer verilerin kalitesini iyileştirmeye ve doğruluğunu değerlendirmeye yardımcı olmak için kullanmayı planlıyoruz. Bu verilerin birkaç ek planlı kullanımı şunları içerir:

  • Fotogrametrik teknikler kullanılarak oluşturulan sayısal yükseklik modellerinin (DEM’ler) doğruluğunu değerlendirmek ve hava ve uzay platformlarında toplanan görüntüler
  • Çalışma alanımızdaki her enstrüman, ablasyon kazığı, bayrak, meteoroloji istasyonu ve GPS baz istasyonunun hassas coğrafi konumu

 

Çözmemiz gereken en büyük sorun, veri toplarken tarayıcıyı tamamen hareketsiz tutmaktı. Zaman içindeki değişimi ölçmek için, her yeni taramayı bir önceki günden taramalara kaydetmemiz gerekiyor ve bunu, tarayıcının ve GPS’in görüş alanına yerleştirilmiş dışta yansıtıcı bantlı alüminyum silindirlerin bir kombinasyonunu kullanarak yapıyoruz. ölçümler. Bu sabit nesneleri, taramaları birbirine bağlamak için kullanabiliriz, ancak yalnızca hafta boyunca hareket etmezlerse kullanılır. Bağlantı noktaları hareket ederse, günlük kayıt zayıf olacaktır.

 

Ablasyon Bölgesinde Buz Kütlelerinin Ölçümleri

Kullandığımız parametreler, her taramanın tamamlanmasının yaklaşık 32 dakika sürmesiyle sonuçlandı. Tarayıcı, bir tarama sırasında erime veya rüzgar nedeniyle hareket ederse veya kayarsa, veriler bozulacak ve yeniden toplanması gerekecektir. Ablasyon bölgesinde buz üzerinde kontrol ağının mümkün olduğu kadar stabil hale getirilmesi, her şeyin hareket ettiği bir ortam, biraz ekstra çalışma gerektiriyordu. Tripodun eridiği veya hareket ettiği miktarı en aza indirmek, toplayabildiğimiz en iyi verileri toplamanın anahtarıydı.

Grönland Buz Levhasında lazer teknolojisi
Grönland Buz Levhasında lazer teknolojisi

Riegl tarafından yapılan VZ-400 adlı bir TLS kullanıldı. Küçük, büyük bir mutfak robotu büyüklüğünde, yaklaşık 40 libre ağırlığında ve optimum koşullarda 400-600 metre menzile sahip. Lazer, elektromanyetik spektrumun kızılötesi kısmında 1550 nanometrede çalışır, bu harika çünkü kimsenin gözlerine zarar vermez ve çoğu ortamda iyi çalışır. Projemizin bir dezavantajı, ıslak karın 1550 nm’de siyah asfalt ile aynı yansımaya sahip olmasıdır, bu nedenle maksimum etkili menzilimiz 400 metre değil 100 metredir. Yine de sorun değil, çünkü tarayıcının yerden yüksekliği (yaklaşık 6 veya 7 fit) nedeniyle, ablasyon çizimlerimizdeki buz tümsekleri verilerde gölgelere neden olur.

 

LiDAR reflektörleri, buzun içine yeterince derin delinmiş 2 metre uzunluğundaki alüminyum direklerin üzerine yerleştirildi, böylece yüzeyden sadece 10 veya 20 santimetre yukarıda kaldı. Biraz daha sağlamlık eklemek için, ip ve v-dişli çapalar kullanarak direkleri buza gerdik. Ayrışma kabuğunun ilk ~20 cm’sini kazarak ve özel tasarlanmış tripod ayaklarını buz vidalarıyla buza sabitleyerek tarayıcıyı ve tripodu stabilize ettik. Daha sonra, ayakların etrafındaki erimeyi en aza indirmek için tripodun ayaklarını gömdük (yılın bu zamanı çok önemli, çünkü güneş hiç batmıyor!). Bu ayaklar, tarayıcının ablasyon hızını ve buna bağlı hareketini yavaşlatmak için tarayıcının ağırlığını daha geniş bir yüzey alanına dağıtmaya yardımcı oldu.

One thought on “Grönland Buz Levhasında Lazer Teknolojisi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir