基于无人机LiDAR技术的欺骗岛福斯特港海岸线高精度地形测绘数据集

为解决南极海岸线变化监测中数据分辨率不足的问题，西班牙研究团队利用搭载LiDAR传感器的无人机，在2024-2025南极科考季完成福斯特港35公里海岸线的厘米级测绘，创建首个完整地形数据集FosterCoast，包含DEM、正射影像和点云数据，为极地冰川演化、火山活动监测及应急救援提供高精度空间基准。

　　

南极这片冰雪大陆正以惊人的速度经历气候变化，其中海岸带作为海冰消融与火山活动的交汇区，其形态变化直接关系到生态系统稳定性与人类活动安全。然而，欺骗岛这类火山岛的特殊性使其被全球冰川研究忽视——卫星遥感受云层干扰，传统测绘又难以覆盖其险峻地形。更棘手的是，这座拥有20次喷发记录的活火山，其马蹄形福斯特港湾区既是科考重地又是旅游热点，但现有地图仍沿用混杂的坐标系，连应急救援都缺乏精确地形参照。

西班牙国家研究委员会(CSIC)海洋科学研究所的Alejandro Román团队在《Scientific Data》发表突破性成果，利用大疆M300无人机搭载Zenmuse L2 LiDAR传感器，通过13次飞行获取5631张高分辨率影像，结合后处理动态定位(PPK)技术，构建厘米级精度的FosterCoast数据集。这是首个完整覆盖火山口湾区的无人机测绘成果，其DEM水平误差<10cm、垂直误差<5cm，远超REMA参考模型的2米分辨率，为极地研究树立新标杆。

关键技术包括：(1)大疆禅思L2传感器组合方案，集成240Hz激光雷达与200Hz IMU，在-20℃极端环境下工作；(2)PPK动态定位技术，通过西班牙地理研究所(IGN)的GNSS基站校正，替代传统地面控制点(GCP)；(3)Pix4D Mapper软件半分辨率密集匹配算法，确保雪地/水域等均质区域的点云质量；(4)标准化数据处理流程，产出LAS格式点云、GeoTIFF格式DEM及正射影像。

【数据记录】

数据集按13个航次分RAW与Topo两类压缩包，命名规则"YYYYMMDD_ID_PRO_L2"包含日期、区域编号、产品类型（OR/DEM/PC）及传感器标识。例如20250203_01_DEM_L2代表2025年2月3日在1号区域（入口点）生成的DEM数据。

【技术验证】

与REMA模型对比显示1.124m RMSE，但关键区域如捕鲸湾（ID03）因人工建筑特征明显，平面误差仅0.5cm。特殊场景中，智利窗（ID02）因积雪导致点云间隙，而火山口湖（ID07）水域通过Vieira分类法人工清理异常点。IMU轨迹误差控制在0.005m内，验证了PPK在无GCP场景的可靠性。

【应用价值】

该数据集突破性地实现四维应用：(1)安全领域，更新阿根廷 deception 站周边疏散路线；(2)生态监测，追踪帽带企鹅群落（ID01）的厘米级栖息地变化；(3)冰川学应用，计算黑冰川（ID05）崩解体积；(4)火山学研究，通过1970年火山口（ID07）DEM分析岩浆房形变。研究团队特别指出，Murature凝灰岩（ID09）的20cm间距点云首次揭示其受潮汐侵蚀的微地形特征。

这项研究不仅填补了南极火山岛高精度地形数据的空白，更开创了无人机LiDAR在极端环境下的作业范式。随着气候变暖加剧，FosterCoast将持续为理解"冰川-火山-海洋"耦合系统提供关键空间框架，其数据处理模板（附于Figshare）可直接应用于其他极地科考任务。正如审稿人所言，这是"南极测绘从卫星时代迈向无人机厘米级时代的重要里程碑"。