'Bieżące wydarzenia: NASA i USGS znalazły nowy sposób pomiaru przepływu rzek
Zespół naukowców i inżynierów z NASA i U.S. Geological Survey (USGS) współpracował, aby sprawdzić, czy mały pilotowany dron, wyposażony w specjalistyczny ładunek, może pomóc w tworzeniu szczegółowych map szybkości przepływu wody. Rzeki dostarczają słodką wodę do naszych społeczności i gospodarstw, zapewniają domy dla różnych stworzeń, transportują ludzi i towary oraz wytwarzają energię elektryczną. Przepływy rzek mogą jednak również przenosić zanieczyszczenia w dół rzeki lub gwałtownie wzrosnąć, stwarzając zagrożenie dla ludzi, dzikiej przyrody i mienia. Ponieważ NASA kontynuuje swoje zaangażowanie w lepsze zrozumienie naszej planety, naukowcy pracują nad odpowiedzią na pytanie, w jaki sposób możemy być na bieżąco z tym, gdzie i jak szybko zmieniają się przepływy rzek?
Naukowcy NASA i USGS połączyli siły, aby stworzyć pakiet instrumentów - mniej więcej wielkości galonu mleka - o nazwie River Observing System (RiOS). Jest on wyposażony w kamery termowizyjne i wizyjne do śledzenia ruchu elementów powierzchni wody, laser do pomiaru wysokości, czujniki nawigacyjne, komputer pokładowy i system komunikacji bezprzewodowej. W 2023 r. naukowcy zabrali RiOS w teren w celu przetestowania wzdłuż odcinka rzeki Sacramento w północnej Kalifornii i planują powrócić na trzeci i ostatni test terenowy jesienią 2024 r.
"Umieszczenie RiOS nad rzeką w celu oceny wydajności systemu w warunkach rzeczywistych jest niezwykle ważne" - powiedział Carl Legleiter, główny badacz USGS w ramach wspólnego projektu NASA-USGS StreamFlow. "Podczas tych lotów testowych wykazaliśmy, że ładunek pokładowy może być wykorzystywany do wykonywania obliczeń - przeprowadzania analiz - w czasie niemal rzeczywistym, podczas gdy dron leci nad rzeką. Był to jeden z naszych najważniejszych celów: umożliwienie minimalnego opóźnienia między momentem pozyskania obrazów a uzyskaniem szczegółowych informacji na temat aktualnych prędkości i wzorców przepływu w rzece."
Aby zrealizować tę wizję obliczeń pokładowych, zespół wykorzystuje oprogramowanie typu open source w połączeniu z własnym kodem do tworzenia map prędkości powierzchni wody lub pola przepływu z serii zdjęć wykonanych w czasie.
"Można by pomyśleć, że musimy być w stanie zobaczyć dyskretne, fizyczne obiekty - takie jak patyki, muł lub inne zanieczyszczenia, gdy poruszają się w dół rzeki - aby oszacować prędkość przepływu, ale nie zawsze tak jest, ani nie zawsze jest to możliwe" - powiedział Legleiter. "Używając bardzo czułej kamery na podczerwień, zamiast tego wykrywamy ruch subtelnych różnic w temperaturze wody niesionej w dół rzeki".
Te same niewielkie różnice temperatury pojawiają się również wszędzie tam, gdzie występują falowania - na przykład na granicy między powietrzem a wodą lub lodem poniżej. Wiedząc o tym, członkowie zespołu StreamFlow z NASA wykorzystali to zjawisko na swoją korzyść podczas opracowywania metod dla ewentualnych przyszłych lądowych misji planetarnych, aby nawigować w odległych i trudnych do zobaczenia środowiskach, w tym na Europie, lodowym księżycu krążącym wokół Jowisza.
uland wong
Współbadacz i kierownik projektu StreamFlow z ramienia NASA
"Oblodzone powierzchnie stwarzają trudne warunki wizualne, takie jak brak kontrastu" - powiedział Uland Wong, współbadacz i kierownik projektu StreamFlow z ramienia NASA w Ames Research Center w Dolinie Krzemowej w Kalifornii. "Nasza technologia może precyzyjnie śledzić statyczną powierzchnię oblodzonego terenu podczas lotu nad nim lub ruchomą powierzchnię, taką jak woda, podczas unoszenia się nad nią, aby zapewnić bezpieczeństwo statku kosmicznego podczas zbierania cennych danych".
Aby przygotować się do testów terenowych na rzece Sacramento, zespół NASA zbudował symulator robotyki, aby uruchomić tysiące wirtualnych lotów dronów nad terenem testowym rzeki Sacramento przy użyciu pól przepływu modelowanych przez USGS. Symulacje te pomagają zespołowi stworzyć inteligentne oprogramowanie zdolne do wyboru najlepszych tras lotu drona i zapewniające efektywne wykorzystanie ograniczonej mocy baterii.
Kolejnym krokiem w ramach partnerstwa jest opracowanie przez NASA technik zwiększania autonomii systemu. Naukowcy chcą wykorzystać obliczenia przepływów rzecznych - wykonywane na pokładzie w czasie rzeczywistym - aby wskazać, gdzie dron powinien lecieć dalej.
"Czy dron spada w dół, aby uzyskać dane o lepszej rozdzielczości o określonej lokalizacji, czy też pozostaje wysoko i rejestruje widok szerokokątny" - postawił Wong. "Jeśli zidentyfikuje obszary, które płyną szczególnie szybko lub wolno, czy dron może szybciej wykryć obszary powodzi?".
USGS obsługuje obecnie rozległą sieć tysięcy zautomatyzowanych mierników strumieni i stałych kamer zainstalowanych na mostach i brzegach rzek w celu monitorowania przepływów rzek w czasie rzeczywistym w całym kraju.
"Drony mogą umożliwić nam wykonywanie pomiarów w znacznie większej liczbie obszarów, potencjalnie pozwalając naszej sieci być większą, solidniejszą i bezpieczniejszą dla naszych techników do monitorowania i konserwacji" - powiedział Paul Kinzel, współbadacz StreamFlow w USGS. "Drony mogą pomóc utrzymać naszych ludzi i sprzęt z dala od niebezpieczeństw, a także powiedzieć nam, jak zmienia się środowisko w czasie w jak największej liczbie lokalizacji."
Aby uzyskać więcej informacji o tym, jak NASA poprawia życie na Ziemi poprzez innowacje klimatyczne i technologiczne, odwiedź:
http://www.nasa.gov/earth
Projekt StreamFlow jest wynikiem współpracy naukowców z oddziału teledetekcji hydrologicznej USGS, inżynierów systemów bezzałogowych statków powietrznych z USGS National Innovation Center oraz naukowców z Intelligent Robotics Group w NASA Ames. Koncepcja ładunku Streamflow została zademonstrowana w ramach badań początkowo finansowanych z grantu z USGS National Innovation Center, a obecnie jest wspierana przez program NASA Advanced Information Systems Technology, który jest zarządzany przez agencję Earth Science Technology Office. Testy terenowe zostały przeprowadzone we współpracy z National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA) Southwest Fisheries Science Center, które pomogło zebrać bezpośrednie pomiary prędkości przepływu rzeki i zapewniło dostęp do terenu, który jest własnością Nature Conservancy.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
