Populariteten och överkomliga priserna för obemannade luftfarkoster (UAV) har gynnat många industrier genom att minska kostnader och öka personalsäkerheten. Men hur är det med forskarsamhället? Hundratals, om inte tusentals, oberoende forskare och universitet runt om i världen använder dessa UAV:er för att utföra komplexa vetenskapliga experiment på nya sätt.
Vi tenderar att fokusera på industriella och kommersiella tillämpningar av drönare, men ren vetenskap gynnas också av flygets överkomliga priser och tillgänglighet när budgetarna är knappa och tiden för att slutföra experiment är avgörande.
Till exempel samarbetade flera polska forskare i en omfattande studie av kusterosion, med hjälp av flera nya tekniker som luftburen LiDAR och batymetri.
Pawel Tysiac och Rafal Ossowski vid fakulteten för samhällsbyggnads- och miljöteknik vid Gdansks tekniska universitet har, i samarbete med Lukasz Janowski vid Sjöfartsakademin vid Gdynias sjöfartsuniversitet och Damian Moskalewicz vid institutionen för geomorfologi och kvartärgeologi vid fakulteten för oceanografi och geografi vid Gdansks universitet, slutfört en omfattande studie av erosionen av en del av den polska kusten (närmare bestämt en 1,6 km lång sträcka av södra Östersjön).
Artikeln har titeln "Assessment of coastal cliff degradation using drone and orthophoto data and bathymetric LiDAR in Google Earth Engine". Den publicerades i Scientific Reports, januari 2025 och är ett utmärkt exempel på användningen av ny teknik för att samla in data som är avgörande för att förstå hur naturen förändrar geografin.
Vi hade möjlighet att prata med Pawel Tysiac, en av studiens författare, för att bättre förstå vilken inverkan drönare och LiDAR har på deras projekt.
"Traditionella metoder för att övervaka klipperosion kräver vanligtvis arbetsintensivt fältarbete och komplexa beräkningar av rumsliga punktfördelningar med hjälp av traditionella lantmäteritekniker", sa Pawel. "Däremot erbjuder de senaste framstegen inom fjärranalys och maskininlärning nya metoder för att bedöma klippdegradering med större effektivitet och noggrannhet."
Kustförstöring har uppmärksammats av regeringar och forskare runt om i världen i takt med att antalet naturkatastrofer ökar och varje katastrof orsakar mer och mer skador på befolkningar och geografiska miljöer.
"I den här artikeln använder vi termen 'klippdegradering' i stort. Vi definierar den som den övergripande slutliga effekten av förändringar i erosiva kustklippor orsakade av en mängd olika faktorer och processer, inklusive komplexa litologiska och hydrogeologiska miljöer, stormflodsvågsaktivitet, regn, vindblåsningar och mänskliga aktiviteter som leder till utvecklingen av storskaliga rörelser och deras effekter, såsom jordskred, förkastningar, sprickor och skräp", sa Pawel. "Baserat på detta är en viktig premiss för denna studie att det elektromagnetiska vågreflektansspektrumet varierar i områden som drabbas av degradering. När det gäller kustklippor kan förändringar i materialaggregering, vegetation och andra faktorer leda till betydande skillnader."
Idag är fjärranalys standardmetoden för att övervaka kustmiljöer. Genom att använda olika typer av bilder och data som samlats in från satelliter, luftburna plattformar och markbaserade sensorer kan forskare få detaljerad och aktuell spatial information om kustområden. Bilder med snabb upplösning möjliggör observation av förändringar i kustens morfologi över tid och hjälper till att identifiera områden som drabbats hårdast av naturkatastrofer. I det här fallet använde författarna flygfotografering, vilket ger högupplösta bilder som är användbara för detaljerade före-och-efter-jämförelser. Det finns dock problemet med olika belysningstider på bilderna, vilket leder till att olika objekt måste bearbetas. När det gäller fotogrammetri måste flygningar utföras under liknande förhållanden, men det finns fortfarande vissa problem med säsongsvariationer i detta avseende.
”Vi bestämde oss för att använda LiDAR som ett alternativ för att hantera förändrade ljusförhållanden”, säger Pawel. ”LiDAR-data är avgörande för att mäta kustnära topografiska förändringar med hög noggrannhet, vilket hjälper till att filtrera data från vegetation eller isolerade punkter. Den viktigaste produkten av LiDAR är den digitala höjdmodellen (DEM), som används för att skapa en 3D-representation av kustlandskapet. Dessa modeller hjälper till att förstå den rumsliga fördelningen av erosion genom att beräkna modeller över tid.”
Problemet uppstod eftersom den del av kustnära degradering som sker under vattnet spelar en betydande roll för att detta fenomen uppstår, därav beslutet att använda LiDAR som ett batymetriskt verktyg.
Pawel sa: ”Resultaten av studien ger oss insikt i hur kustklippor reagerar på nuvarande och framtida klimatförändringar, särskilt stigande havsnivåer och ökad stormaktivitet.” ”Att förbättra traditionella geotekniska undersökningar genom att använda föreslagna avancerade fjärranalystekniker, såsom användning av drönare och flygburna undersökningar, ger en modell för andra områden som står inför liknande utmaningar. Insikterna från denna studie kan ligga till grund för kustförvaltningspolitiken inte bara i Polen, utan även i andra regioner med liknande geologiska och miljömässiga förhållanden. Effektiva förvaltningsplaner baserade på sådan forskning kan bidra till att minska riskerna för mänskligt liv och infrastruktur som orsakas av erosion och instabilitet vid kustklippor.”
Genom att kombinera informationsinsamling från flyg och sjöfart från autonoma fordon kunde denna grupp forskare förbättra datakvaliteten, precisionen i slutsatserna och tillräckligheten i de åtgärder som vidtagits för att mildra skadorna på geografin och invånarna i de drabbade områdena.
Publiceringstid: 12 februari 2025