Trabalho premiado no mapeamento da temperatura da água
Assim como os rios correm para o mar, as águas subterrâneas dos aquíferos se infiltram no oceano. Mas como a água percola através do solo, ela está exposta a nutrientes, metais e patógenos que podem ser transportados com ela, contribuindo para o ciclo geoquímico dos oceanos e perturbando potencialmente um ecossistema costeiro vulnerável.
É um grande problema, pois os nutrientes descarregados no mar por descarga de águas subterrâneas submarinas (SGD) podem exceder os dos rios.
"A localização de fontes de descarga de águas subterrâneas submarinas é importante porque muitas vezes transporta poluentes, por exemplo, nutrientes de sistemas de esgoto ou da agricultura", explica Raymond Moore, um estudante de pós-graduação da Universidade da Carolina do Norte, Wilmington. "Entretanto, a localização precisa do SGD é um desafio porque a distribuição ao longo da linha costeira não é uniforme, nem o volume das águas subterrâneas é descarregado".
A pesquisa de Moore na Universidade da Carolina do Norte em Wilmington foi projetada para abordar a ambiguidade associada às fontes de descarga de águas subterrâneas submarinas: "Combinamos imagens de infravermelho térmico de sistema aéreo não tripulado de última geração com a mais nova tecnologia de monitoramento SGD contínuo e autônomo", diz ele.
A pesquisa rendeu a Moore e sua equipe o primeiro lugar para estudantes no Concurso de Cartazes de Pesquisa da UAS com a inscrição: "Integrando Sensoriamento Remoto Infravermelho Térmico de Veículo Aéreo Multiespectral e Não Tripulado com Medições de Radão In-Situ para Detecção de Descarga Submarina de Águas Submarinas na Baía de Onslow, NC ".
O Concurso de Cartazes de Pesquisa UAS, patrocinado pela Pix4D
A Pix4D teve o orgulho de patrocinar a primeira competição de pôsteres de pesquisa da UAS na Reunião Anual da Associação Americana de Geógrafos (AAG) em abril passado.
Tanto estudantes quanto não-alunos foram convidados a entrar. A competição foi julgada pelo treinador técnico sênior da Pix4D, Jeffrey Miller, juntamente com Adam Matthews, Ph.D, professor assistente da Western Michigan University, e Anthony Cummings, Ph.D, professor assistente da University of Texas em Dallas.
A Pix4D também oferece licenças educacionais para a próxima geração de fotogrametristas.
Falamos mais com o vencedor do primeiro lugar Raymond Moore sobre seu projeto e a inspiração por trás dele.
Detalhes do projeto
| Localização | Carolina do Norte, EUA |
| Hardware | eBee Plus drone profissional sensor senseFly thermoMAP Medidor multiparamétrico de qualidade da água Detector Radon |
| Software | PIX4Dmapper |
| Membros da equipe | Raymond Moore, Eman Ghoneim, Dave Wells, Peter Zamora Departamentode Ciências da Terra e dos Oceanos, Universidade da Carolina do Norte de Wilmington |
| GSD | 14 cm |
Protegendo as águas costeiras
"Eu me considero um defensor da costa e a motivação por trás da avaliação do SGD é desenvolver métodos para evitar a degradação de nossa qualidade da água costeira", diz Moore.
"A idéia do projeto nasceu quando eu era um assistente de pesquisa de graduação na Universidade do Havaí em Manoa, sob o comando da Dra. Henrietta Dulai. Na UH, implementamos técnicas de monitoramento autônomo de radônio em uma lagoa costeira para investigar a descarga de águas subterrâneas submarinas".
Neste projeto, Moore levou as coisas ainda mais longe: além de medir o rádon, a equipe capturou imagens térmicas para rastrear com precisão as mudanças de temperatura causadas pela descarga de águas subterrâneas.
Mapeando o oceano com uma câmera térmica
Os locais do estudo só eram acessíveis por barco, e como o fluxo máximo SGD ocorre na maré baixa, a janela de vôo foi limitada. Devido às limitações da bateria do zangão, foram necessários vários vôos para imaginar toda a região.
Os dados foram coletados com um drone profissional eBee Plus equipado com um sensor senseFly thermoMAP capaz de detectar mudanças mínimas de temperatura.
A água é difícil de reconstruir em um ortomosaico: no entanto, a equipe não estava tão concentrada na água quanto na temperatura.
"A descarga de águas subterrâneas ao longo da costa da Carolina do Norte é predominantemente mais fria do que a água ambiente do oceano e, como uma proporção significativa da descarga é fresca, ela flutua flutuantemente na superfície do oceano", explica Moore. "Isto nos permite observar as características de mistura das águas subterrâneas com métodos de imagem térmica de alta resolução".
Para garantir a precisão, a equipe usou gelo para pontos de controle de imagens térmicas no solo.
Assim como imagens aéreas, a condutividade, temperatura e profundidade da água in-situ e o rastreador de águas subterrâneas Isotopes foram registrados com um medidor multiparamétrico de qualidade da água e um detector de radônio. As medições eram registradas de forma contínua e autônoma em intervalos de trinta minutos em múltiplos ciclos de maré.
No entanto, nem tudo correu bem.
Evitando de forma estreita uma queda de zangão
Moore recorda: "Um desafio emocionante que enfrentamos ao pilotar o eBee foi um quase acidente com um avião de inspeção LIDAR".
"Estávamos pilotando o drone na ilha de Masonboro uma semana depois que o furacão Florença passou por Wilmington. Este era um vôo padrão que tínhamos completado várias vezes antes. É claro, verificamos o espaço aéreo para ter certeza de que não havia nenhum vôo conflitante. Tudo estava indo exatamente como planejado quando no horizonte notamos uma grande aeronave de recreio se aproximando a uma altitude alarmantemente baixa".
"Tomamos medidas evasivas imediatas para pousar o drone com segurança e evitar um acidente. Não há espaço para erros quando é preciso fazer uma descida rápida".Moore continua: "A situação foi intensa devido a este estudo de localização em uma ilha barreira de apenas 300 metros de largura. Tínhamos duas opções para o pouso: poderíamos fazer uma descida rápida em espiral no local atual da eBee ou retornar ao local de decolagem para um pouso pré-determinado com uma direção de aproximação modificada. Rapidamente decidimos que a segunda opção era a chamada dada a limitação do espaço para erro que vem com equipamento elétrico caro voando muito perto da água aberta"!
"Felizmente, o zangão fez um pouso seguro. Momentos depois, o avião passou diretamente por cima bem dentro de nosso espaço aéreo. O sensor ligado ao avião estava enviando raios laser verdes (LIDAR) para baixo sobre nós. Este avião estava avaliando o impacto pós-furacão Florença na Ilha de Masonboro".
Processamento de imagens térmicas em PIX4Dmapper
De volta à terra com segurança, os dados foram importados para o Pix4Dmapper. Moore e a equipe criaram orto-mosaicos precisos que identificaram plumas SGD dentro da região da pesquisa.
Em comparação com as técnicas de rastreamento químico comumente usadas, o uso de análise geoespacial de dados térmicos é um método mais econômico, espacialmente preciso e eficiente em termos de tempo para monitorar o SGD.
Resultados premiados
Antes de usar sistemas aéreos não tripulados para imagens térmicas, a ambigüidade espacial e temporal dificultava a avaliação do SGD. No entanto, com a metodologia desenvolvida por Moore e sua equipe, o fluxo SGD pode ser quantitativamente avaliado. Moore observa que "Há uma demanda por mais pesquisa apoiando a conexão entre estas variáveis em uma variedade de cenários geológicos".
O uso inovador dos zangões e do Pix4Dmapper rendeu a Moore e à equipe o primeiro lugar para os estudantes na primeira competição de pôsteres de pesquisa da UAS.
Moore conclui: "Eu adoraria seguir uma carreira em que pudesse continuar minha pesquisa como defensor de nossas regiões costeiras". É nossa responsabilidade proteger e monitorar nossas zonas costeiras, detectando, investigando e eventualmente mitigando qualquer fonte de poluição potencialmente ameaçadora".
"Eu imagino o mapeamento de drones como parte do meu futuro. Este projeto me permitiu desenvolver minhas habilidades de pilotagem, bem como demonstrar mais uma utilidade prática de imagens de zangões".
Pix4D gostaria de agradecer e reconhecer todos os vencedores e participantes do concurso. Clique nos links para baixar os cartazes dos participantes.
Estudantes
Primeiro Lugar
Raymond Moore, Universidade da Carolina do Norte - Wilmington
Segundo lugar
Duncan MacIntosh, California State University - Long Beach
- Práticas de levantamento na Idade do Drone: Uma Avaliação de Precisão e Declive de Produtos Derivados de UAV
Terceiro lugar (gravata)
Austin Bush, Universidade de Auburn
Terceiro lugar (gravata)
Christina Woehrle, Universidade Estadual de Oklahoma
Outros Participantes Estudantes
Amanda Adams, Universidade da Virgínia Ocidental
Jonathon Chester, Penn State University
- Influência da Seleção de Software na Correspondência de Elevação 2D e 3D usando a sUAS Estrutura- de Movimento e Fotogrametria Multi-Visão-Stereo
Sophie-Min Thomson, Universidade de Denver
Zachary Schwab, Universidade Estadual de Saginaw Valley
- Examinando os efeitos da resolução espacial na capacidade das imagens de UAV para detectar as espécies vegetais invasoras Phragmites australis no Refúgio Nacional de Vida Selvagem de Shiawassee, Michigan, EUA
Não-estudantes
Primeiro Lugar
Chad Freed, Widener University
Segundo lugar
Andrew Lyons, Universidade da Califórnia
Terceiro lugar
Scott Graves, Southern Connecticut State University
Pix4D também gostaria de agradecer à AAG por sediar a sessão, assim como ao Dr. Cummings e Mathews por suas contribuições. Estamos ansiosos para trabalhar com a AAG para sediar outra sessão de pôsteres de pesquisa bem sucedida em 2020!
Referências
1: McCoy, C., Corbett, D., Cable, J., e Spruill, R., 2007, Caracterização hidrogeológica de aqüíferos da planície costeira do sudeste e descarga de águas subterrâneas para Onslow Bay, Carolina do Norte (EUA): Journal of Hydrology, v. 339, p. 159-171. Voltar ao artigo
2: Moore, W.S., Krest, J., Taylor, G., Roggenstein, E., Joye, S., Lee, R., 2002, Evidência térmica da troca de água através de um aquífero costeiro: implicações para os fluxos de nutrientes: Geophysical Research Letters, v. 29, p. 49-51. Voltar ao artigo
