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深入研究大自然，你就會(huì)更好地理解一切，”引自阿爾伯特·愛(ài)因斯坦。事實(shí)上，深入研究冰川可以幫助我們了解氣候變化。但冰川勘探是出了名的危險(xiǎn)。即使在融水和地形在冰中形成開(kāi)口和洞穴的地方，由于存在崩塌和冰塊掉落的風(fēng)險(xiǎn)，也無(wú)法進(jìn)入。盡管如此，許多基本的物理和生物過(guò)程都發(fā)生在冰川的洞穴和裂縫中，這使它們成為一個(gè)富有挑戰(zhàn)性但富有成果的研究領(lǐng)域。一個(gè)由科學(xué)家和測(cè)量員組成的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了對(duì)巴塔哥尼亞冰川的探險(xiǎn)，以收集有關(guān)冰川流動(dòng)和動(dòng)力學(xué)的數(shù)據(jù)。他們集成了幾種3D激光掃描儀器和技術(shù)：地面激光掃描（TLS）、無(wú)人機(jī)（UAV或“無(wú)人機(jī)”）攝影測(cè)量測(cè)量測(cè)量和GNSS智能天線(xiàn)。

VIGEA虛擬地理機(jī)構(gòu)和巴塔哥尼亞團(tuán)隊(duì)的一部分的勘測(cè)員和洞穴學(xué)家托馬索·桑塔加塔（Tommaso Santagata）表示，技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)了越來(lái)越緊湊的儀器，即使在冰川等野外環(huán)境中也能實(shí)現(xiàn)更快速的數(shù)據(jù)采集和強(qiáng)大的處理能力。“地面激光掃描可以為我們提供大量信息，例如，我們可以將這些信息與衛(wèi)星數(shù)據(jù)合并，以便更好地了解冰川運(yùn)動(dòng)的速度和冰川表面發(fā)生的變化。這個(gè)想法也是為了更好地了解這些變化如何引發(fā)洞穴和環(huán)境中的其他變化“我不在冰川附近，因?yàn)樗鼈兌际窍噙B的。”

阿根廷洛斯冰川國(guó)家公園佩里托·莫雷諾冰川的壯觀景象每年吸引近10萬(wàn)名游客。佩里托莫雷諾冰川是南巴塔哥尼亞冰原形成的48條冰川之一，該冰原覆蓋面積超過(guò)250平方公里，向東延伸超過(guò)30公里。在它的前面，佩里托莫雷諾河穿過(guò)阿根廷湖的布拉索-里科河，形成了一座天然大壩。在變暖和氣候變化的背景下——并將該冰川與該地區(qū)其他冰川區(qū)分開(kāi)來(lái)——佩里托·莫雷諾冰川的冰團(tuán)在過(guò)去半個(gè)世紀(jì)中相對(duì)穩(wěn)定。因此，科學(xué)家們一直在研究冰川如何應(yīng)對(duì)未來(lái)氣候變化。

遠(yuǎn)征

2017年3月，由意大利La Venta Esplorazioni Geografiche和法國(guó)Spélé’s Ice組織的一個(gè)團(tuán)隊(duì)與萊卡地球系統(tǒng)公司（Hexagon的一部分）和幾個(gè)學(xué)術(shù)合作伙伴合作，開(kāi)始研究佩里托莫雷諾冰川。探險(xiǎn)隊(duì)員和項(xiàng)目研究人員試圖更多地了解居住在冰川上的微型動(dòng)植物群，更好地了解冰川動(dòng)力學(xué)和冰川融化的速度。

該小組還希望調(diào)查并繪制至少一個(gè)冰川洞穴的地圖。為此，冰川底部的一個(gè)開(kāi)口，由一條水流切割而成，提供了一個(gè)值得研究的對(duì)象。由于洞穴太危險(xiǎn)，無(wú)法徒步探索，因此在安全距離內(nèi)進(jìn)行了激光掃描和無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量測(cè)量，繪制了洞穴內(nèi)部50-60m部分和洞穴入口周?chē)鷧^(qū)域的地圖。

技術(shù)

巴塔哥尼亞探險(xiǎn)隊(duì)提供了另一個(gè)例子，說(shuō)明了新的儀器和技術(shù)（本例中為激光掃描和無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量）是如何*改變地理測(cè)量的。桑塔加塔說(shuō)：“這些技術(shù)越來(lái)越多地用于地質(zhì)研究，如洞穴或冰面和冰體積變化的計(jì)算。”。“三維激光掃描技術(shù)可以在幾分鐘內(nèi)獲取數(shù)百萬(wàn)個(gè)由三維坐標(biāo)表示的點(diǎn)，這些點(diǎn)在復(fù)雜的多方面表面上具有的空間密度。密集的點(diǎn)云包含大量數(shù)據(jù)，可用于表示和分析。”

在佩里托·莫雷諾探險(xiǎn)隊(duì)中，該團(tuán)隊(duì)使用了徠卡掃描站P40，該掃描站可在高達(dá)270m的距離內(nèi)捕獲高質(zhì)量3D數(shù)據(jù)和高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）成像。激光掃描儀由徠卡CS35平板電腦控制，這也使團(tuán)隊(duì)成員能夠在現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證部分處理的數(shù)據(jù)。“立即處理數(shù)據(jù)非常容易，”Santagata評(píng)論道。“如果你已經(jīng)獲得了所有的數(shù)據(jù)，那么在這個(gè)領(lǐng)域你可以馬上看到，這真是太棒了。”

兩小時(shí)內(nèi)掃描八次

為了避免陽(yáng)光直射，在下午晚些時(shí)候進(jìn)行了八次激光掃描，耗時(shí)約兩小時(shí)。集成在激光掃描儀中的攝像頭用于生成彩色點(diǎn)云并拍攝360°全景圖像。在30-70米高度進(jìn)行了兩次無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量飛行。他們制作了大約120張DNG文件格式的地理參考照片。

為了了解冰層的日常運(yùn)動(dòng)和消融情況，研究小組使用了徠卡Viva GS16。這是一種“自學(xué)習(xí)”GNSS智能天線(xiàn)，意味著該儀器設(shè)計(jì)用于區(qū)分強(qiáng)信號(hào)和弱信號(hào)或噪聲信號(hào)，并僅對(duì)提供性能的信號(hào)進(jìn)行磨練。導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)智能天線(xiàn)用于獲取無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量測(cè)量的地面控制點(diǎn)測(cè)量值，并確定冰川南北地帶的速度和高程變化。通過(guò)將儀器與CS35平板電腦配對(duì)，團(tuán)隊(duì)可以再次驗(yàn)證并直接在現(xiàn)場(chǎng)部分處理數(shù)據(jù)。該裝置能夠測(cè)量冰川邊緣和中心的冰流速度，并在四天的實(shí)地工作中觀察冰川表面形態(tài)的變化。“即使在這么短的時(shí)間內(nèi)，這些變化也是顯著的！”一位探險(xiǎn)隊(duì)員驚嘆不已。

在交互式三維模型中可視化數(shù)據(jù)

為了對(duì)齊點(diǎn)云并創(chuàng)建三維模型，調(diào)查團(tuán)隊(duì)使用了徠卡旋風(fēng)點(diǎn)云處理軟件。然后，利用徠卡旋風(fēng)3DR對(duì)模型進(jìn)行進(jìn)一步處理，從激光掃描和攝影測(cè)量數(shù)據(jù)中獲得多種輸出和細(xì)節(jié)。Cyclone 3DR處理大多數(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式，因此團(tuán)隊(duì)可以將激光掃描數(shù)據(jù)與無(wú)人機(jī)拍攝的圖像合并以創(chuàng)建模型。為了與團(tuán)隊(duì)外的同事共享3D數(shù)據(jù)，他們使用了徠卡地理系統(tǒng)公司的免費(fèi)JetStream Viewer。這使得任何人——即使是沒(méi)有3D建模經(jīng)驗(yàn)的人——都可以輕松查看和操作點(diǎn)云。

好科學(xué)

隨著變暖和氣候變化的發(fā)展，科學(xué)界面臨的關(guān)鍵問(wèn)題是冰川融化的程度和速度，以及這對(duì)地球上的生命意味著什么。我們確信的一件事是，地理信息學(xué)將是找到答案的關(guān)鍵。

佩里托·莫雷諾探險(xiǎn)隊(duì)標(biāo)志著一條新的探險(xiǎn)路線(xiàn)，這條路線(xiàn)可以追溯到19世紀(jì)的阿根廷探險(xiǎn)家和學(xué)者弗朗西斯科·莫雷諾（Francisco Moreno），佩里托·莫雷諾冰川就是以此命名的。研究冰川數(shù)十年的專(zhuān)家們目睹了冰川變薄和消融的驚人速度。Perito Moreno冰層相對(duì)穩(wěn)定，這使其成為一種異常現(xiàn)象。但這座冰川也在變薄。這里的冰川正在以的速度后退，一些低海拔地區(qū)的冰川預(yù)計(jì)將在未來(lái)25年內(nèi)*消失。這一過(guò)程大大促進(jìn)了海平面上升，并對(duì)該地區(qū)城市淡水供應(yīng)的可持續(xù)性、農(nóng)業(yè)和水力發(fā)電的未來(lái)提出了疑問(wèn)，因?yàn)檫@些往往取決于冰川或積雪徑流。

緊湊、功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集儀器和技術(shù)，以及可在現(xiàn)場(chǎng)訪(fǎng)問(wèn)的直觀數(shù)據(jù)處理解決方案，使這次考察能夠帶回大量的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析，這是一個(gè)精確的記錄，可以用來(lái)測(cè)量冰層的進(jìn)一步變化，并為目的創(chuàng)建3D模型。

啟發(fā)和教育

項(xiàng)目產(chǎn)出已經(jīng)激勵(lì)和教育下一代專(zhuān)業(yè)人員。考察結(jié)束后，制作了來(lái)自3D模型和交互式3D模型的360°照片。2019年在意大利撒丁島舉行的國(guó)際洞穴學(xué)會(huì)議上，參觀者可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡來(lái)探索該模型，以獲得對(duì)冰川內(nèi)部浮雕的更深刻體驗(yàn)。3D模型現(xiàn)在可以在線(xiàn)公開(kāi)獲取。

值得注意的是，洞穴的3D激光掃描并非此次探險(xiǎn)的主要目標(biāo)。這些技術(shù)和儀器有機(jī)會(huì)在實(shí)地、在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間、適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)使用，從而能夠獲得這一重要的數(shù)據(jù)收集。這些數(shù)據(jù)現(xiàn)在可以用于比較，以便更好地了解這部分冰川未來(lái)的變化。這是未來(lái)值得追求的目標(biāo)。

參與項(xiàng)目的組織

洛杉磯冰川國(guó)家公園，拉本塔，斯佩爾冰，米蘭大學(xué)BiCCA，巴黎自然歷史博物館，巴黎狄德羅大學(xué)，佛羅倫薩大學(xué)，波羅尼亞大學(xué)，維吉亞-虛擬地理機(jī)構(gòu)，和徠卡地球系統(tǒng)-部分六邊形。

學(xué)科交叉

巴塔哥尼亞探險(xiǎn)隊(duì)的主要目標(biāo)是從冰錐中收集微生物樣本，冰錐是冰川上的灰色粉末沉積物。由于顏色較深，它們?cè)诒嫔闲纬煽锥矗瑸槲⑸鷳B(tài)系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了空間。通過(guò)攝影測(cè)量，VIGEA的Tommaso Santagata創(chuàng)建了一個(gè)由該團(tuán)隊(duì)生物學(xué)家取樣的主要冰錐的3D模型，展示了在野外使用多功能和可管理儀器的價(jià)值。