Assessing multitemporal water-level changes with uav-based photogrammetry

Unmanned aerial vehicle (UAV) images and structure-from-motion (SfM) methodology allow very high resolution surface reconstruction. This fairly low-cost and time-saving method is used for northern bog hydrology characterisation. The primary interest of this study lies in seasonally changing bog pool water levels. The study site is located in a potential conflict zone where water extraction from an underground oil shale mine threatens protected wetlands. The study involves two test areas that were surveyed three times, allowing spatio-temporal quantification of seasonal changes of the bog surface. Aerial lidar data and manual measurements were used to assess the quality of SfM surfaces and discrepancies between the different methods were analysed. Overall, there is a good fit between the methods used, validating the use of SfM methodology in a natural wetland environment. This study demonstrates that the nearby mine is influencing the seasonal water-level fluctuations of the protected wetland. Resume Les images acquises par drone et les methodes de structure a partir du mouvement (SfM) permettent la reconstruction de surface a tres haute resolution. Cette approche particulierement bon marche et rapide est utilisee pour la caracterisation hydrologique des tourbieres nordiques. Le principal interet de cette etude est lie aux variations saisonnieres du niveau d'eau des mares de tourbieres. Le site d'etude est situe dans une zone humide a risque de conflit, menacee par l'extraction d'eau dans une mine souterraine de schiste bitumineux. L'etude porte sur deux sites experimentaux, qui ont ete releves trois fois pour une quantification spatio-temporelle des variations saisonnieres de la surface de la tourbiere. Des donnees lidar aeriennes et des mesures manuelles ont permis d'evaluer la qualite des surfaces SfM et les ecarts entre les differentes methodes ont ete analyses. On observe dans l'ensemble une bonne concordance entre les methodes utilisees, ce qui valide l'usage de methodes SfM dans un milieu naturel marecageux. Cette etude montre que la mine proche a une influence sur les fluctuations saisonnieres du niveau d'eau de cette tourbiere protegee. Zusammenfassung Die Kombination von Bildern von Unbemannten Drohnen (UAV) und die Methoden des Structure from Motion (SfM) erlauben eine sehr detaillierte Oberflachenrekonstruktion. Diese sehr kostengunstige und zeitsparende Kombination wird fur die Charakterisierung der Hydrologie nordischer Sumpflandschaften genutzt. Das Hauptinteresse dieser Studie liegt in der Erfassung jahreszeitlich veranderter Wasserstande in Tumpeln der Feuchtgebiete. Die Untersuchungsgebiete liegen in einer potentiellen Konfliktzone, wo die Entnahme von Wasser durch ein olschieferbergwerk die geschutzten Feuchtgebiete bedroht. Zwei Gebiete wurden dreimal vermessen, womit eine raumlich-zeitliche Quantifizierung jahreszeitlicher Anderungen der Oberflache des Sumpfes moglich wird. Als Solldaten wurden flugzeuggestutzte Laserdaten und manuelle Vermessungen durchgefuhrt, um die Qualitat der SfM-Oberflachen und Unterschiede zw. verschiedenen Auswertemethoden zu ermitteln. Insgesamt kann bestatigt werden, dass alle eingesetzten SfM-Methoden nur wenige Unterschiede untereinander aufweisen und somit fur naturliche Feuchtgebiete einsetzbar sind. Die Studie zeigt auch, dass das nahgelegene Bergwerk die jahreszeitlichen Schwankungen der Wasserstande in den geschutzten Feuchtgebieten beeinflusst. Resumen Las imagenes de vehiculos aereos no tripulados (UAV) y las tecticas de correspondencia de estructura de movimiento (SfM) permiten la reconstruccion superficial en muy alta resolucion. Este metodo de bajo costo y ahorro de tiempo se utiliza para la caracterizacion de la hidrologia del pantano del norte. El principal interes de este estudio radica en los cambios estacionales del nivel de agua en el pantano. El area de estudio esta situado en una zona potencialmente conflictiva donde la extraccion de agua de una mina subterranea amenaza los humedales protegidos. El estudio contiene dos areas de prueba que fueron examinadas tres veces, permitiendo la cuantificacion espacio-temporal de los cambios estacionales de la superficie del pantano. Se utilizaron datos lidar aereos y mediciones manuales para evaluar la calidad de las superficies obtenidas mediante SfM y se analizaron las discrepancias entre los diferentes metodos. En general, existe un buen ajuste entre los metodos utilizados, validando el uso de la metodologia SfM en un entorno natural de humedales. Este estudio demuestra que la mina cercana influye en las fluctuaciones estacionales del nivel de agua del humedal protegido. ?? ??? (UAV) ??????????? (SfM) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????, ??????????????????????????????, ????????, ????????????????????????????????????????SfM???????, ????????????????????, ???????????????, ?????????????????SfM???????????, ??????????????????????????