Cartografía de ecosistemas de praderas marinas en Noruega con el LiDAR YellowScan Navigator
Desafío
El Instituto Noruego de Investigación del Agua (NIVA) es el socio principal de SeaBee, la infraestructura noruega para la investigación, cartografía y vigilancia con drones en las zonas costeras. Como parte de esta iniciativa, el NIVA se propuso estudiar los ecosistemas de praderas marinas, que capturan y almacenan grandes cantidades de CO₂. El objetivo era investigar cuánto carbono se almacena y comprender mejor los efectos del clima y los impactos humanos en estos hábitats costeros sumergidos clave.
Los métodos de seguimiento tradicionales carecían de la resolución necesaria para las aguas costeras poco profundas y dinámicas. Para solucionarlo, el NIVA se propuso crear un modelo tridimensional de un lecho sumergido de praderas marinas utilizando LiDAR topobastimétrico, con el fin de cuantificar el volumen del hábitat de las praderas marinas y estimar el carbono almacenado en la biomasa aérea (hojas).
Como instituto de investigación, el NIVA también necesitaba una solución accesible y fácil de usar, que proporcionara un hardware y un software robustos que pudieran manejar científicos y técnicos sin formación especializada en LiDAR.
Fotos del despliegue sobre el terreno del Navegador, facilitadas por Robert Nøddebo Poulsen.
Solución
Para conseguirlo, el NIVA desplegó el YellowScan Navigator, un sistema LiDAR topobatimétrico montado en un UAV, emparejado con un dron Hexadrone Tundra 2 equipado con brazos de rotor de resistencia. El Navigator se complementó con los módulos CloudStation de Coloración y Clasificación del Terreno, que permiten un procesamiento intuitivo de los datos y una separación precisa entre la vegetación y el lecho marino.
El sistema resultó accesible y fácil de usar para el equipo de científicos y técnicos, mientras que la asistencia de YellowScan proporcionó información puntual sobre los ajustes de los instrumentos y la resolución de problemas durante la campaña.
Capturas de pantalla de la nube de puntos en la zona de estudio.
Parámetros de la misión
Tamaño de la encuesta: 0,09 km² – 12,64 millones de puntos (50 m de elevación); 0,05 km² – 12,65 millones de puntos (25 m de elevación)
- Vuelos: 2 en total
- Tiempo de vuelo: 24 min (50 m) | 22 min (25 m)
- Altitud y velocidad de vuelo: 25 m y 50 m | 5 m/s
- Equipamiento:
- Navegador YellowScan + módulo de cámara
- UAV Tundra 2 (Hexadrone, Francia)
- CloudStation Coloración y Clasificación del Terreno
- CloudCompare (para inspección/limpieza manual)
Captura de pantalla de las nubes de puntos en la zona de estudio.
Captura de pantalla de las nubes de puntos en la zona de estudio.
Resultados
El YellowScan Navigator proporcionó densidades de puntos de 70 pts/m² a 50 m AGL y 125 pts/m² a 25 m AGL, con precisiones horizontales y verticales de entre 0,01 y 0,015 m según la altura de vuelo.
Utilizando la función de Clasificación del Terreno del software YellowScan CloudStation, la nube de puntos sin procesar se separó en tierra, superficie del agua, ruido en la columna de agua y fondo marino. Tras la limpieza manual, sólo se conservaron los puntos del fondo marino y se refinaron con un modelo de Bosque Aleatorio, en el que la intensidad del punto era la variable más importante, para distinguir la vegetación del verdadero fondo marino (arena y roca).
Este flujo de trabajo permitió crear Modelos Digitales de Superficie (MDS) de alta resolución del dosel vegetal y Modelos Digitales del Terreno (MDT) del lecho marino, ambos con una resolución de 10 cm. Al sustraer el MDT del MDS se obtuvieron los primeros modelos de altura del dosel de las praderas marinas sumergidas con este nivel de detalle, lo que permitió al NIVA cuantificar el volumen del hábitat y estimar la captura de carbono en la biomasa aérea.
Desde el punto de vista científico, el Navegador proporcionó densidades de nubes de puntos de un orden de magnitud superior a los levantamientos LiDAR aerotransportados, lo que permitió un modelado 3D sin precedentes de la vegetación sumergida. El sistema demostró ser preciso, reproducible, rentable y de manejo intuitivo, mientras que las herramientas de clasificación y corrección de intensidad de CloudStation agilizaron considerablemente el procesamiento. En comparación con el LiDAR aerotransportado, el Navigator aerotransportado por drones permitió realizar estudios que no sólo eran más baratos y seguros de desplegar, sino también más fácilmente reproducibles para futuras campañas de vigilancia de hábitats en aguas poco profundas.
El sistema LiDAR YellowScan Navigator parece ideal tanto para investigadores como para gestores de recursos naturales, con un procesamiento intuitivo y rápido de datos de nubes de puntos de alta calidad. Este sistema representa el siguiente paso adelante para la cartografía de hábitats de aguas poco profundas, facilitando resultados rentables, reproducibles y de alta resolución en relación con los métodos tradicionales de topografía.
Modelo de altura del dosel impuesto sobre una imagen RGB de dron del lugar de estudio, incluido el lecho de hierba marina estudiado.
