LiDAR і Sonar: революція в картографуванні морського дна

Підводний світ залишається однією з найменш досліджених частин нашої планети. Проте останні технологічні досягнення відкривають шлях до його точного картографування. У рамках проєкту Florida Seafloor Mapping Initiative (FSMI) компанія Woolpert у співпраці з державними агенціями США впроваджує унікальний підхід — поєднання топобатиметричного LiDAR (topo-bathy LiDAR) і багатопроменевої Sonar-зйомки (multibeam sonar).
Таке поєднання створює новий рівень точності, швидкості та екологічної інформативності у відтворенні рельєфу морського дна.

Що таке топобатиметричний LiDAR

Топобатиметричний LiDAR — це система лазерного сканування, яка дозволяє вимірювати не лише поверхню суші, але й підводний рельєф у прибережній зоні.
На відміну від звичайного аеро-LiDAR, цей тип використовує зелений лазер з довжиною хвилі приблизно 532 нм, який може проникати крізь товщу чистої води на глибину до 30–50 метрів.

Система працює за принципом часу проходження сигналу:

• лазер випромінює імпульс у напрямку водної поверхні

• частина сигналу відбивається від поверхні, а решта проходить у воду й відбивається від дна

• різниця у часі між цими відбиттями дає змогу обчислити глибину

LiDAR-системи доповнюються GNSS-навігацією та інерціальними системами орієнтації (INS), що забезпечують високу точність позиціонування. Завдяки цьому технологія створює щільні 3D-моделі прибережних зон, де звичайні Sonar-системи не можуть працювати через мілководдя або небезпечні умови для суден.

Що таке багатопроменева Sonar-зйомка

Багатопроменевий Sonar (multibeam echosounder) — це потужний підводний інструмент, який випромінює сотні звукових променів одночасно під різними кутами.
Він вимірює час повернення відбитого сигналу та визначає глибину для кожної точки, створюючи детальну 3D-карту морського дна.

Основні переваги Sonar-технології:

• покриття великих площ під водою з високою точністю

• можливість дослідження глибоководних ділянок (до кількох тисяч метрів)

• відтворення мікрорельєфу морського дна
  

Sonar є незамінним у місцях, де LiDAR не може проникнути через каламутну воду або значну глибину.

Інтеграція LiDAR і Sonar

Поєднання LiDAR (для мілководдя та берегової лінії) і Sonar (для глибших зон) забезпечує безперервну модель рельєфу — від суші до дна океану.
Такий підхід дозволяє:

• створювати єдину топографічно-батиметричну базу даних

• досягати високої деталізації у перехідних зонах (пляжі, лагуни, рифи)

• підвищувати ефективність зйомки, оскільки LiDAR охоплює великі ділянки швидше, ніж суднова техніка

• оптимізувати витрати завдяки комбінованому збору даних

У проєкті FSMI ця інтеграція дозволила створити безперервну 3D-модель узбережжя Флориди — першу такого масштабу у світі.

Топобатиметрична цифрова модель рельєфу (DEM) лідара ділянки Національного парку Драй Тортугас, Флорида, США.

Застосування та користь

• Безпека навігації: виявлення прихованих підводних перешкод і точна оцінка глибин у портових акваторіях.

• Моніторинг екосистем: відстеження стану коралових рифів, морських трав і донних відкладів.

• Управління прибережними ризиками: аналіз змін берегової лінії після ураганів і планування заходів адаптації до кліматичних змін.

• Наукові дослідження: дослідження процесів ерозії, седиментації та біорізноманіття у прибережних зонах.

Попри значні переваги, існують певні обмеження:

• прозорість води впливає на ефективність LiDAR

• турбулентність і хвилювання ускладнюють Sonar-вимірювання

• обробка великих обсягів даних потребує потужних обчислювальних ресурсів

Втім, інтеграція штучного інтелекту, хмарних обчислень і безпілотних платформ поступово зменшує ці обмеження, роблячи дослідження морського дна точнішими, швидшими та доступнішими.

Інтеграція LiDAR і Sonar стала справжнім проривом у сфері морського картографування. Це не просто технічне вдосконалення — це новий стандарт у морській геоінформації, який поєднує точність, швидкість і екологічну орієнтованість.
У майбутньому такі гібридні рішення стануть основою цифрових океанографічних моделей, що допоможуть краще зрозуміти, прогнозувати й захищати моря та прибережні зони.

Джерело: HYDRO International