河川マッピングのための地形・水深LiDAR：補完的ソリューション
河川水路と氾濫原のモデリング
主要な河川敷や小規模な河川敷のマッピング、特に河川移動の調査には、さまざまな地図作成方法が必要です。トポグラフィLiDARは、センチメートルレベルの精度と植生を貫通する強力な能力で河床をモデル化するのに理想的である。しかし、河床の水没部分を地図化することはできないため、データを完成させるために第2の方法が必要となる。
地形法と水深法の組み合わせ
場所によっては、アクセスしやすいため、河床のさまざまな流れのパターンを特徴付けるために、定期的に横断することができる。この従来の方法は、多くの状況において信頼性が高く効果的であり、センチメートルレベルの精度を提供する。しかし、オペレータは、森林や険しい河川環境、深いゾーン、または強い流れの中を移動する際に課題に直面する可能性がある。
このような場合、ボートやエコーサウンダーを搭載した水上ドローンを使用するのが、流れが緩やかであまり混雑していない水路では効果的である。また、機材を運搬するためには、現場へのアクセスの良さも必要となる。
メソッドの相補性
ポールやサウンダーを使用するような従来の水深測定法は、地形LiDARと組み合わせることで、強固な地図データベースを作成することができる。しかし、地形データと水深データの統合には時間がかかり、陸上データと海中データの間にギャップや不連続性が生じる可能性があります。
新しい包括的な方法：トポ・バシメトリックLiDAR
地形・水深LiDARは、ドローンによる取得により、水層、水没部、堤防を含む河床をモデル化することができます。デジタルモデリングは1回の作業で行われるため、水深データと地形データは、比類のない連続性を持って同時に生成されます。
このため、河床の両側に50メートルの堤防がある300メートルの河川を10分で地図化することができる。しかも、データ処理時間は2時間未満である。この処理によって作成されたデジタル地形モデル（DTM）は、2つの異なるデジタルモデルを統合することなく、水中データと地上データの統一された地理的基礎を提供する。水底のポイント密度は20～50ポイント/m²である。
地形・水深測定LiDARの植生を透過する能力により、湿地帯と樹木の茂った土手との間のデータの連続性が確保される。河岸植生は地形データに統合されています。
レーザー技術の限界
主な制限は、光が水を透過し、底で反射する能力である。エコー・サウンダーと異なり、レーザーは細かい堆積物を伝搬しない。生成されたポイントは、シルトや泥などの堆積物の高さを考慮せずに水深を表します。
性能限界はセッキ単位で表され、セッキディスクを用いて測定される。
YellowScan Navigatorトポ・バイトメトリックLiDARは2つのセキ深度までデータを取得することができます。
河川では、セキ深度が3メートルなら、5～6メートルの深いプールをマッピングできる。光線の反射は基質の色調に左右されるため、この技術を導入し、データを処理する際には考慮しなければならない。
植生が川を覆っている断面の例。水深2m以上の水中でもデータは連続している。
沖積林を考慮しながら河川をマッピングすることは、最も効果的な方法で環境問題に取り組むための有用な基礎となる。LiDARデータ解析ツールを使用して、ポイントの性質を分類し、特に植生を他のデータから分離することができます。これにより、河岸の起伏を区別し、浸食の兆候を検出し、密生した植生に隠れた二次河床を特定することができます。
沖積林が密生する水路の例
植生のある立面図。
データ分類ビュー。
地上＋ウォータービュー。
ポイントのカラーリングと基板の性質 ：
LiDARデータを写真と組み合わせると、カラー点群データを生成することができます。これはカメラ内蔵のYellowScan Navigator LiDARが提供する機能です。
水と底の透明度によって、川底の自然の色を見分けることができる。
水深データには、水生植物が「ノイズ」として現れることがある。海藻の「パッチ」の識別は、ポイントのカラーリングと連動して行うことができる。
左側はタイプ別に分類されたデータ。右側はカラー化されたデータ。
2つのビューを組み合わせることで、水生植物の表面積と体積を推定し、詳細なデータ分析を改善することができる。
分水路と水理構造物を含む水路のマッピング
植生を含む立面図
歩いて地図を作るには、コンテクストが複雑なこともある。例えば、分水路と元の河床の間の特性の変化。ドローンLiDARは物件に立ち入ることなく物件をスキャンする。
その形状や大きさに応じて、構造物がデジタル地形モデルに表示される。ただし、水門や地下水路がある場合は、より正確な寸法を得るために地形を測量する必要がある。
侵食モニタリング
ドローンを使ったマッピングの再現性は、洪水後の浸食跡を追跡するための資産である。河川の流動性調査では、地形水深測定LiDARは、問題のある場所を特定して測定し、堤防浸食による土砂量を評価するための正確なデータを提供する。
川の浸食の様子。
左は、浸食された地域の上流にある急勾配の植生した堤防を示す断面。右は、浸食が激しい急勾配の堤防を示す断面。
深さ3.16mの竪穴の急勾配で植生した土手の可視化。
植生した土手の高さは簡単に測ることができる。ここでは11m以上の高低差がある。LiDARデータの分類
CloudStationでデータの性質に応じて分類されたデータを可視化。この自動化された機能は、フィールドデータを活用するための第一歩である。この自動分類を改良して、対応するデータクラスにポイントを割り当てることも可能です。
地形レリーフと植生を、”水 “レイヤーを使用せず、複数のコンポーネント（植生、気泡、浮遊粒子など）にリンクする可能性のある水中に浮遊するポイントを使用せずに視覚化。
地形レリーフの視覚化。これは主に鉱物の下地や岩の露頭と関連している。
結論
地形・水深測定LiDAR技術は、測量士や科学者が使用する従来の堅牢な手法を補完するものです。河川マッピングのための航空装置は新しいものではありませんが、生成されるデータの性質は進化しています。
河川の地図作成に航空機を使用することは目新しいことではないが、変わったのは作成されるデータの性質である。
レーザーが水面下に浸透する能力に関する限界は、この技術が澄んだ水の状態で、できれば減水期に使用されなければならないことを意味する。地形・水深測定LiDARを搭載できるドローンを配備するには、現行の規制に従ってミッションを計画できる有資格のパイロットが必要である。空域によっては保護されている場合がある。この場合、許可を得る必要がある。
ミッションや作成するデータにもよりますが、地形・水深測定LiDARにはいくつかの利点があります：
- 起伏の多い場所や森林地帯など、さまざまな地形に容易に展開できる。
- 迅速なデータ収集と処理。
- 陸上データと水中データを統合した単一のデジタル地形モデル。
- フライトプランの再利用により、高精度なマッピング作業の再現性を実現。
トポ・バイトメトリックLiDARは、すべての河川マッピングやモニタリング・プロトコルに取って代わることはできないが、大規模なマッピングには非常に価値がある。
