С развитием коммерческого рынка беспилотных летательных аппаратов стали появляться новые подходы к их использованию, позволяющие вести мониторинг природной и антропогенной среды. С помощью БПЛА имеется возможность получать материалы высокого разрешения в региональных масштабах, за относительно небольшую стоимость.
В настоящей работе измерения с оптической и FLIR камеры, установленной на БПЛА DJI enterprise 2 dual, использовались для изучения динамики плюма реки Бельбек. Река Бельбек является важным природным и хозяйственным водным объектом для г. Севастополя, на ней построен водозабор и проводятся многочисленные исследования по выносу речного материала в море. Камеры, установленные на БПЛА, способны вести съемку параллельно друг другу. FLIR камера с микроболометром на оксиде ванадия, горизонтальным углом обзора в 57°и диафрагмой f/1.1, имеет максимальный размер изображения 640×480(360) пикселей и диапазон температур от -15 С до +400 С с точностью до ±5%.
Измерения проводились в июле 2021 г после периода сильных ливневых дождей, приведших к резкой интенсификации речного cтока. Инфракрасная и оптическая камеры позволили четко отделить речной плюм от общей, морской, водной массы вследствие разницы их температур и оптических характеристик: речной плюм имел температуру около 17 градусов Цельсия, тогда как поверхность моря около 23 градусов. Видеосъёмка FLIR-камеры позволила наблюдать эволюцию потока плюма, образование неустойчивостей и вихревых структур вдоль его струи. Для нахождения скоростей потока речного плюма, был использован метод взаимной корреляция. Видео сегментировалось на отдельные области размером 4x3 или 16x9 пикселей для каждого кадра видеосъемки. После удаления из каждой области среднего значения всей области, применялся алгоритм взаимной корреляция, для всех полученных матриц из выделенных областей на соседних по времени кадрах. После перевода результатов взаимной корреляции в метрическую систему координат, удалось определить скорость распространения потока речного плюма, которая достигала 1 м/с в мелководной части акватории, в районе устья реки. Кроме этого, были зафиксированы динамические образования и эволюция характеристик вихревых структур.
Данные оптической съемки с камеры БПЛА позволяют наблюдать изменчивость плюма в поле взвешенного вещества. Одной из ярких особенностей динамики потока является наличие подповерхностной, вследствие разницы температур, волны, распространяющейся от устья реки. В работе на основе видеосъемки в оптическом канале были рассчитаны динамические характеристики образуемой потоком волны и исследовано их влияния на оптические свойства водной массы. Использование преобразование Радона и взаимной корреляции дало возможность рассчитать скорость образуемой волны и её длину. Таким образом, данные БПЛА дают уникальную возможность определять динамические характеристики морской среды с очень высоким пространственным разрешением до 50 см, которые открывают новые возможности для дистанционного зондирования океана.
Работа выполнена при поддержке грантов РНФ 21-77-10052 и РФФИ 19-05-00479

Ключевые слова: беспилотные летательные аппараты, речной плюм, инфракрасная камера, оптическая камера, взаимная корреляция

Литература:

Osadchiev, A., Barymova, A., Sedakov, R., Zhiba, R., & Dbar, R. (2020). Spatial structure, short-temporal variability, and dynamical features of small river plumes as observed by aerial drones: case study of the Kodor and Bzyp river plumes. Remote Sensing, 12(18), 3079.
Kubryakov, A. A., Lishaev, P. N., Chepyzhenko, A. I., Aleskerova, A. A., Kubryakova, E. A., Medvedeva, A. V., & Stanichny, S. V. (2021). Impact of Submesoscale Eddies on the Transport of Suspended Matter in the Coastal Zone of Crimea Based on Drone, Satellite, and In Situ Measurement Data. Oceanology, 61(2), 159-172.

Презентация доклада

Дистанционные исследования поверхности океана и ледяных покровов

263