Cartographie des écosystèmes d’herbiers marins en Norvège avec le YellowScan Navigator LiDAR
Défi
L’Institut norvégien de recherche sur l’eau (NIVA) est le principal partenaire de SeaBee, l’infrastructure norvégienne pour la recherche, la cartographie et la surveillance par drone dans la zone côtière. Dans le cadre de cette initiative, le NIVA a voulu étudier les écosystèmes d’herbiers marins, qui capturent et stockent de grandes quantités de CO₂. L’objectif était d’étudier la quantité de carbone stockée et de mieux comprendre les effets du climat et de l’activité humaine sur ces habitats côtiers submergés essentiels.
Les méthodes de surveillance traditionnelles n’ont pas la résolution nécessaire pour les eaux côtières dynamiques et peu profondes. Pour remédier à cette situation, NIVA a entrepris de créer un modèle tridimensionnel d’un herbier submergé à l’aide d’un LiDAR topo-bathymétrique, afin de quantifier le volume de l’habitat de l’herbier et d’estimer le carbone stocké dans la biomasse aérienne (feuilles).
En tant qu’institut de recherche, NIVA avait également besoin d’une solution accessible et facile à utiliser, fournissant du matériel et des logiciels robustes pouvant être utilisés par des scientifiques et des techniciens n’ayant pas de formation spécialisée en LiDAR.
Photos du déploiement de Navigator sur le terrain, fournies par Robert Nøddebo Poulsen.
Solution
Pour ce faire, NIVA a déployé le YellowScan Navigator, un système LiDAR topo-bathymétrique monté sur drone, associé à un drone Hexadrone Tundra 2 équipé de bras rotatifs d’endurance. Le Navigator a été complété par les modules CloudStation Colorization et Terrain Classification, permettant un traitement intuitif des données et une séparation précise de la végétation et du fond marin.
Le système s’est avéré accessible et facile à utiliser pour l’équipe de scientifiques et de techniciens, tandis que l’assistance de YellowScan a fourni un retour d’information opportun sur les réglages des instruments et le dépannage au cours de la campagne.
Captures d’écran du nuage de points dans la zone d’étude.
Paramètres de la mission
Taille de l’enquête : 0,09 km² – 12,64 millions de points (50 m d’altitude) ; 0,05 km² – 12,65 millions de points (25 m d’altitude)
- Vols : 2 au total
- Durée de vol : 24 min (50 m) | 22 min (25 m)
- Altitude et vitesse de vol : 25 m et 50 m | 5 m/s
- Équipement :
- YellowScan Navigator + module caméra
- Drone Tundra 2 (Hexadrone, France)
- Colorisation et classification du terrain dans CloudStation
- CloudCompare (pour l’inspection/nettoyage manuel)
Capture d’écran des nuages de points dans la zone d’étude.
Capture d’écran des nuages de points dans la zone d’étude.
Résultats
Le YellowScan Navigator a fourni des densités de points de 70 pts/m² à 50 m AGL et de 125 pts/m² à 25 m AGL, avec des précisions horizontales et verticales comprises entre 0,01 et 0,015 m en fonction de la hauteur de vol.
En utilisant la fonction de classification des terrains du logiciel YellowScan CloudStation, le nuage de points brut a été séparé en terre, surface de l’eau, bruit de la colonne d’eau et fond marin. Après un nettoyage manuel, seuls les points du fond marin ont été conservés et affinés à l’aide d’un modèle Random Forest, où l’intensité des points est la variable la plus importante, afin de distinguer la végétation du véritable fond marin (sable et roche).
Ce processus a permis de créer des modèles numériques de surface (MNS) à haute résolution du couvert végétal et des modèles numériques de terrain (MNT) du fond marin, tous deux à une résolution de 10 cm. La soustraction du MNT du MNS a produit les premiers modèles de hauteur de canopée des herbiers submergés à ce niveau de détail, ce qui a permis à NIVA de quantifier le volume de l’habitat et d’estimer la capture du carbone dans la biomasse aérienne.
Sur le plan scientifique, le Navigator a fourni des nuages de points d’une densité supérieure d’un ordre de grandeur à celle des relevés LiDAR aéroportés, permettant une modélisation 3D sans précédent de la végétation submergée. Le système s’est avéré précis, reproductible, rentable et d’utilisation intuitive, tandis que les outils de classification et de correction d’intensité de CloudStation ont considérablement accéléré le traitement. Comparé au LiDAR aéroporté, le Navigator embarqué sur drone a permis d’effectuer des relevés non seulement moins coûteux et plus sûrs, mais aussi plus facilement reproductibles pour les futures campagnes de surveillance de l’habitat en eaux peu profondes.
Le système LiDAR YellowScan Navigator semble idéal pour les chercheurs et les gestionnaires de ressources naturelles, avec un traitement intuitif et rapide des données de nuages de points de haute qualité. Ce système représente la prochaine étape pour la cartographie des habitats en eaux peu profondes, facilitant des résultats rentables, reproductibles et à haute résolution par rapport aux méthodes traditionnelles d’arpentage.
Modèle de hauteur de la canopée imposé sur une image de drone RVB du site d’étude, y compris l’herbier de zostère étudié.
