SUMMARY
Along with the intensive development of remote sensing and digital photogrammetry, the application of Unmanned Aerial Systems (UAS) provides excellent opportunities for high-precision surveys of the Bulgarian Black Sea coastal zone (BBSCZ). The integrity of these photomapping studies requires inclusion of the submarine coastal slope, as it represents an indivisible part of the BBSCZ. The combination of erosional/abrasional, depositional and technogenic types of coast allows for testing various surveying approaches using different types of drones, thus facilitating the selection of the most suitable methodology depending on the particular location and its spatial properties. The aim of the present article is to demonstrate a methodology for the extraction of digital surface models and raster orthomosaics with ground resolution finer than 5 cm from drone imagery data. These geospatial products represent a fundamental prerequisite for studying highly erratic coastal land- and bedforms. The photomapping and subsequent data processing workflow for the extraction of an integral digital terrain model, covering both the terrestrial and underwater sectors of the coastal zone, are thoroughly described herein. The interpretative analysis of the spatial geomorphic pattern is exemplified for two representative case study sites within the BBSCZ.
Key words: unmanned aerial systems, digital surface model, bathymetry, Byala, Ikantalaka, Bulgarian Black Sea Coastal Zone
РЕЗЮМЕ
Наред с интензивното развитие на дистанционните методи и дигиталната фотограметрия, приложението на безпилотните летателни системи (БЛС) предоставя отлични възможности за прецизни измервания на Българската черноморска крайбрежна зона (БЧКЗ), чието интегрално картографиране включва и подводния брегови склон в качеството му на неделима част от БЧКЗ. Разнообразието от абразионен, акумулативен и техногенен бряг предоставя възможност за тестване на набор от подходи за заснемане на БЧКЗ с различни типове БЛС, което от своя страна улеснява избора на най-подходяща методика в съответствие с типа бряг и неговите пространствени характеристики. С настоящата статия се цели да се демонстрира методика за заснемане с БЛС и генериране на дигитални модели на релефа, съчетани с растерни ортомозайки с разделителна способност под 5 cm на базата на изображения от БЛС, които са основополагащи за изследване на силно изменчиви форми на бреговия и дънния релеф. Подробно са описани методиката на заснемане, процедурите по обработка на получените данни и генерирането на интегрален теренен модел на сушата и подводната част от бреговата зона. На примера на два представителни района от БЧКЗ са дадени анализ и интерпретация на геоморфоложката пространствена структура.
Ключови думи: безпилотни летателни системи, дигитален модел на повърхността, батиметрия, Бяла, Иканталъка, Българска черноморска крайбрежна зона.
1.ВЪВЕДЕНИЕ
Морската крайбрежна зона е силно динамична система, чиито релеф е оформен в резултат на ендогенни, екзогенни и локални океанографски процеси, като вълнение, приливи и отливи, вариации на морското ниво поради метеорологични и евстатични причини и др. Именно този динамичен характер на бреговите океанографски процеси формират нейния съвременен морфоложки облик. Преходно-морският характер на бреговата зона предполага комплексен анализ на процесите, влияещи върху нейните свойства и структура в пространствено-времеви аспект. Изследванията на съвременните брегови процеси, пространственото разпространение на флората и фауната, различните видове брегови инженерни дейности, пространственото планиране и интегрираното управление на биологични и минерални ресурси изискват прилагане на иновативни технологии, които улесняват едромащабното картографиране на наблюдаваните явления.
Генерирането на дигитални (цифрови/числени) модели на повърхността – ДМП (Digital Surface Models - DSMs) и дигитални модели на релефа - ДМР (Digital Terrain Models – DTMs) са основа за изучаването геоморфологията на релефа, геологията и процесите, протичащи не само на сушата, но и под водата. Развитието на моделните изследвания върху морфодинамичните условия в бреговата зона налага разделителната способност на входните геопространствени данни да бъде сведена до под 0.5 m/pix, докато мониторинга на ерозионните и акумулативни процеси дори под 5 cm/pix.
Традиционните дистанционни методи за заснемане на релефа, като лидарно заснемане, батиметрично лидарно заснемане, многолъчево и сонарно заснемане, невинаги са финансово рентабилни и реализуеми за малки по обхват райони, или плитководни зони. От друга страна, традиционните геодезически и GNNS измервания към момента не позволяват пълноплощни изследвания, а в контекста на силно фрагментирания български бряг, който е трудно достъпен на места, те по-скоро придобиват контролен статус.
Именно тези недостатъци на традиционните дистанционни методи стимулират бързото развитие на безпилотното въздушно заснемане (БВЗ) през последното десетилетие [28]. В световната научна практика, дистанционно-управляемите БЛС (Unmanned Aerial Systems/Vehicles – UAS/UAV или Remotely-Piloted Aerial Systems - RPAS), наричани още дронове, навлизат с изключително бързи темпове в картографирането. Прилагането им в геоложкото, геоморфоложкото и ландшафтно картографиране [10], [15], батиметрията [7], [8], мониторинга на бреговата зона [19], [25], [18], картирането на местообитания [27] и др. e общо възприето и неизменно се налага като първостепенен метод. Основните причини за все по-масовото им използване на БВЗ са оптимизираните разходи, възможността за контрол на качеството и разделителната способност в реално време на изходните данни, както и не на последно място безпроблемното заснемане на трудно достъпни места [9].
Към настоящия момент са генерирани ДМП с разделителна способност под 0.5 m/pix за 141 km
31
ПРИЛОЖЕНИЕ НА БЕЗПИЛОТНОТО ВЪЗДУШНО ФОТОГРАМЕТРИЧНО ЗАСНЕМАНЕ ЗА КАРТОГРАФИРАНЕ НА БЪЛГАРСКАТА ЧЕРНОМОРСКА КРАЙБРЕЖНА ЗОНА И ПОДВОДНИЯ РЕЛЕФ
Д-р инж. Богдан Проданов, ИО-БАН, д-р Илиян Коцев, АГКК
инж. Тодор Ламбев, ИО-БАН, проф. д-р инж. Любомир Димитров, ИО-БАН
ГКЗ 1-2 ' 2020