Investigating snowpack volumes and icing dynamics in the moraine of an Arctic catchment using UAV photogrammetry

Methods for assessing the contribution of the proglacial moraine into the water budget of an Arctic glacier are investigated. High spatial resolution elevation models at different seasons are needed to estimate the volume of ice and snow accumulated during winter in this part of the catchment basin and released into rivers during the melting season. Lidar currently provides the highest resolution for the generation of digital elevation models (DEMs). This paper considers the complementary use of a commercial off-the-shelf DJI Phantom 3 Professional unmanned aerial vehicle (UAV) for acquiring aerial photography, combined with structure-from-motion (SfM) analysis, for DEM computation. DEM differences between datasets acquired in April (maximum snow accumulation) and September (minimum snow cover) yield a volume difference attributed either to snow cover or icing formation. Repeated measurements over a short period highlight the processes of snow-cover storage in the moraine and melting dynamics. Resume Ce travail s'interesse aux methodes permettant d'etablir la contribution de la moraine pro-glaciale dans les ecoulements d'un petit hydrosysteme arctique. Des MNTs a haute resolution spatiale, et a differentes saisons, sont necessaires pour estimer le volume de glace et de neige accumules dans la moraine qui participent ensuite aux ecoulements en periode de fonte. Le LIDAR est actuellement la methode de reference pour generer des MNTs: cet instrument hautement specialise fourni la meilleure resolution. Nous considerons ici, en complement, l'utilisation d'un drone (de type DJi Phantom3) pour l'acquisition d'images aeriennes, combine avec des methodes de traitement des images par photogrammetrie (Structure from Motion). La difference de MNTs entre des jeux de donnees acquis en avril (maximum d'accumulation neigeux) et en septembre (absence de neige ou manteau neigeux minimal) permet de quantifier des volumes, attribues a la fois au manteau neigeux et aux phenomenes d'<< icings >>. Des acquisitions repetees sur un pas de temps court permettent par ailleurs de mettre en evidences les processus lies au stockage de la neige dans la moraine et a la fonte du manteau neigeux. Zusammenfassung Es werden Methoden zur Abschatzung des Beitrags einer eiszeitlichen Morane zum Wasserhaushalt eines arktischen Gletschers untersucht. Hierzu werden hochauflosende Hohenmodelle fur verschiedene Jahreszeiten benotigt, um das Volumen von Eis und Schnee zu ermitteln, das sich im Winter in diesem Teil des Wassereinzugsgebiets bildet und wahrend der Schneeschmelze in Flusse abflie ss t. Mit Lidar werden aktuell die hochsten Auflosungen fur die Generierung Digitaler Hohemmodelle (DHM) erzielt. Dieser Beitrag beschreibt eine erganzende Erfassung mit einer kommerziellen DJI Phantom 3 Drohen (UAV) fur die Erfassung von Luftbildern und die nachfolgende Auswertung mit Structure-From-Motion (SfM) fur die DHM Berechnung. Die Differenzen zwischen Hohenmodellen aus April (maximale Anreicherung mit Schnee) und September (minimale Schneebedeckung) ergeben eine Volumendifferenz entweder aus Schneebedeckung oder Eisbildung. Wiederholte Messungen uber eine kurze Periode zeigen die Prozesse der Schneespeicherung in der Morane und die Dynamik des Schmelzvorganges auf. Resumen Se estudian metodos para evaluar la contribucion de la morrena pro glacial al balance hidrico de un glaciar artico. Para estimar el volumen de hielo y nieve acumulados durante el invierno en esta parte de la cuenca hidrografica y liberarlos en los rios durante la temporada de fusion se necesitan modelos de elevacion de alta resolucion espacial en diferentes estaciones. El Lidar ofrece actualmente la mas alta resolucion para la generacion de modelos digitales de elevacion (MED). En este trabajo se estudia el uso complementario de un vehiculo aereo no tripulado (UAV) del tipo DJI Phantom 3 para la adquisicion de fotografia aerea, combinado con metodos fotogrametricos para el calculo del MED. Las diferencias de MED entre los conjuntos de datos adquiridos en abril (acumulacion maxima de nieve) y septiembre (cobertura minima de nieve) producen una diferencia de volumen atribuida a la cubierta de nieve o a la formacion de hielo. Mediciones repetidas durante un corto periodo destacan los procesos de almacenamiento de la cubierta de nieve en la morrena y la dinamica de fusion. ?? ?????????????????????????????????????????????, ????????????????, ?????????????????????????????????????? (DEM) ?????????????, ?????????? DJI Phantom 3 ????? (UAV) ??????, ???????? (SfM) ?? DEM ??????4??(????)??????9??(????)??? DEM ???, ?????????????????????????????????, ????????????????????