灵活易用的树莓派相机和计算机，降低了3D冰川建模的成本！

利兹大学的研究人员正在监测秘鲁的凯尔卡亚冰帽，这是世界上仅有的几个热带冰帽之一。

在欧洲成功进行试验之后，利兹大学地理学院的研究人员正在安第斯山脉和喜马拉雅山脉使用树莓派计算机和树莓派高品质相机，建立低成本、长期的冰川退化预警系统。

解决方案	Raspberry Pi 高质量相机 Raspberry Pi 4 Raspberry Pi Zero W
企业规模	大型公共部门组织
行业	科学研究-地理

冰原后退和冰川融化的速度不断加快，这是气候变化速度最明显的标志之一。美国国家航空航天局（NASA）的气候观测结果证实，冰川和冰原融化时增加的水量，以及海水变暖时的膨胀，是导致海平面上升的最大原因。

因此，几项重要研究正在密切监测极地地区的变化速度。其中包括 Arribada 和企鹅观察的研究，它们使用树莓派（Raspberry Pi）相机对特定地区进行长期延时拍摄，测量冰层和冰山分布以及野生动物种群随季节变化的情况。然而，对大陆冰川萎缩的研究较少，主要原因是这些冰川的位置。由讲师利亚姆-泰勒（Liam Taylor）领导的利兹大学地理学院冰川崩塌研究项目团队就是从事这项工作的科学家之一。

挑战

为了有效监测冰川的变化，在进行详细的实地调查的同时，还需要对冰川地貌和正在发生的环境变化进行更大规模的观测。这正是三维扫描和延时摄影可以发挥重要作用的地方。然而，虽然确实存在强大的延时摄影机和环境监测系统，但其高昂的成本令人望而却步，因为在受全球变暖最极端影响的地方，资源往往十分匮乏。正如泰勒所言："事实上，大多数冰川都位于秘鲁、尼泊尔和印度等国家。

通常情况下，生活在这些地区的人们面临着粮食不安全的风险，一旦冰川断裂引发洪水等环境灾难，他们就会突然失去家园。“泰勒解释说："我们正在与当地的原住民社区合作，他们居住的地方距离溃决洪水等真正的风险地点有数百米远。

泰勒说："项目的关键在于，我们能否开发出某种监测技术？"他的团队希望开发出一种可以作为崩塌事件预警系统的东西，在崩塌事件中，冰川碎块脱落，有可能造成大范围的洪水。利兹团队选择把重点放在冰川上，因为 “冰川消退的速度比以往任何时候都快，与之相关的危害也在不断增加，而且全世界越来越多的人容易受到危害的影响”。

鉴于利兹团队的目标之一是为发展中国家的社区提供支持，因此将成本控制在 100 英镑以下是该项目的首要原则。

树莓派系统监控秘鲁维尔卡诺塔山脉奎尔卡亚冰帽的冰层后退情况

解决方案

利兹大学团队的利亚姆-泰勒（Liam Taylor）及其同事邓肯-昆西（Duncan Quincey）和马克-史密斯（Mark Smith）在冰岛完成了一个试验过程。他们建立了十个监控单元，每个单元都由一个 Raspberry Pi 高质量相机和一个 Raspberry Pi Zero W 组成，并用它们创建了菲亚尔斯约库冰川的摄影测量图像。这些相机被放置在一个防风雨外壳内（这是每个相机装置中最昂贵的部分），并被设定为在几个月内按预设时间间隔拍摄快照。这些装置由电池供电，并通过太阳能进行补充，而相机本身的位置则是为了捕捉冰川的线性但重叠的视角。几个月后收集到的照片经 Agisoft Metashape 软件处理后，便可生成逼真的三维场景。利兹大学的地理学家们同时使用无人机对冰川的同一区域进行了测试，并使用 Metashape 处理了这些结果。研究小组比较了每个监测系统的结果子集，包括冰川 250 米长区域的图像。这次试验成功后，他们在距离秘鲁库斯科约 50 英里的科迪亚维尔卡诺塔安装了基于树莓派的监测设备，那里有一系列冰川。在一万多英里以外的印度和尼泊尔，利兹团队支持当地研究人员对喜马拉雅冰川崩塌进行新的调查。在利兹地理学家所掌握的技术知识的帮助下，当地团队正在自行开展研究。团队非常希望他们的工作能让尽可能多的人受益。该系统将始终开放源代码，我们将始终致力于为任何希望实施类似系统以应对自身挑战的公民科学家提供帮助和支持。

利用多个这样的树莓派相机单元，研究人员可以

生成冰川的 3D 模型，以测量它们对气候变化的反应

为什么选择树莓派？该团队的要求很简单：他们需要能够胜任任务的低成本硬件，这些硬件可以从当地经销商处大量购买，而且非常简单，只需几个小时的培训就能安装。利亚姆和同事们考察了他们希望建立冰川监测站的地区附近的街头市场。他们发现树莓派（Raspberry Pi）电脑和摄像头符合他们的所有要求，并且可以以传统硬件成本的一小部分在当地购买。

结果

这些相机所拍摄的令人惊叹的效果，即使与那些配备了专门用于监控任务的功能强大的相机的无人机所拍摄的效果相比，也超出了所有人的预期。树莓派（Raspberry Pi）相机能够捕捉 3D 冰川图像，其质量与无人机类似，而成本却大大降低。更妙的是，由于这项任务对计算能力的要求不高，该系统还可以在超低成本的 Raspberry Pi Zero 上运行。该团队的研究论文评估了 Raspberry Pi 硬件在冰川监测中的适用性，论文将于 2023 年初发表，可免费获取，其中介绍了他们的全部研究成果和分析。

树莓派（Raspberry Pi）照相机装置可以在原地放置数月之久，从而可以进行低成本的定时摄影测量，生成三维模型，其误差公差远在无人机的精度范围之内：令人印象深刻的是，从 1.5 千米的距离看，它们的平均误差小于一米，只需要十台这样的照相机就能生成这种程度的三维细节。无人机会受到恶劣天气的影响，只能在有利条件下飞行，而 Raspberry Pi 相机则不同，它可以在任何天气下工作，只有在研究人员来取 SD 存储卡以便分析照片时才需要人工干预。Raspberry Pi 硬件价格低廉、易于获得，这意味着一旦完成初步培训，当地研究人员就可以迅速组装更多的设备。利兹大学团队特别希望将这项研究交给当地的环境研究团队，让他们掌握相关的技能和知识，并对自己的环境调查拥有自主权。进一步扩展监测装置功能的工作仍在继续：在尼泊尔，一台 Raspberry Pis 将与一台 Raspberry Shake 地震仪和一个麦克风配合使用，以聆听冰川 “呻吟 ”的声音。利兹团队还希望在瑞士-意大利阿尔卑斯山冰川崩塌事件高发区布置传感器，以便提前发出预警，保护生命安全。2022 年底，该团队回到秘鲁参加国际气候峰会，展示他们令人印象深刻的测量研究，并向国家和地方政府表明，这种监测可以成为他们适应气候变化的一部分。他们基于树莓派（Raspberry Pi）的有效而经济的设置，吸引了秘鲁许多政府机构和慈善组织的兴趣。他们正努力去争取更多的资金投入到社区手中，这样他们就可以把钱花在这些我们现在知道有效的 Raspberry Pi 工具上。