Miehittämättömien ilma-alusten (UAV) suosio ja kohtuuhintaisuus ovat hyödyttäneet monia teollisuudenaloja vähentämällä kustannuksia ja parantamalla henkilöstön turvallisuutta. Mutta entä tiedeyhteisö? Sadat, ellei tuhannet, itsenäiset tiedemiehet ja yliopistot ympäri maailmaa käyttävät näitä UAV-laitteita monimutkaisten tieteellisten kokeiden suorittamiseen uusilla tavoilla.
Keskitymme yleensä miehittämättömien ilma-alusten teollisiin ja kaupallisiin sovelluksiin, mutta myös puhdas tiede hyötyy ilmailun kohtuuhintaisuudesta ja saatavuudesta, kun budjetit ovat tiukat ja kokeiden loppuun saattaminen on kriittistä.
Esimerkiksi useat puolalaiset tiedemiehet tekivät yhteistyötä kattavassa rannikkoeroosiota koskevassa tutkimuksessa käyttäen useita uusia teknologioita, kuten ilmasta tehtävää LiDAR-mittausta ja batymetriaa.
Gdańskin teknillisen yliopiston rakennus- ja ympäristötekniikan tiedekunnan tutkijat Pawel Tysiac ja Rafal Ossowski ovat yhteistyössä Gdynian meriyliopiston meriakatemian Lukasz Janowskin ja Gdańskin yliopiston valtamerentutkimuksen ja maantieteen tiedekunnan geomorfologian ja kvartäärigeologian laitoksen tutkijoiden kanssa saaneet aikaan kattavan tutkimuksen Puolan rannikon osan (tarkemmin sanottuna 1 mailin pituisen eteläisen Itämeren alueen) eroosiosta.
Artikkelin otsikko on "Rannikkokallioiden hajoamisen arviointi drone- ja ortofotodatan sekä batymetrisen LiDARin avulla Google Earth Enginessä". Se julkaistiin Scientific Reports -lehdessä tammikuussa 2025, ja se on erinomainen esimerkki uusien teknologioiden käytöstä sellaisten tietojen keräämiseen, jotka ovat kriittisiä luonnon maantieteen muutosten ymmärtämiseksi.
Meillä oli tilaisuus keskustella tutkimuksen yhden tekijän, Pawel Tysiacin, kanssa ymmärtääksemme paremmin droonien ja LiDARin vaikutusta heidän projektiinsa.
"Perinteiset menetelmät kallioiden eroosion seurantaan vaativat tyypillisesti työlästä kenttätyötä ja monimutkaisia laskelmia paikkatietojen pistejakaumista perinteisillä maanmittaustekniikoilla", Pawel sanoi. "Sitä vastoin kaukokartoituksen ja koneoppimisen viimeaikaiset edistysaskeleet tarjoavat uusia menetelmiä kallioiden rappeutumisen arvioimiseksi tehokkaammin ja tarkemmin."
Rannikkoalueiden tilan heikkeneminen on herättänyt hallitusten ja tutkijoiden huomion ympäri maailmaa, kun luonnonkatastrofien määrä kasvaa ja jokainen katastrofi aiheuttaa yhä enemmän vahinkoa väestölle ja maantieteellisille ympäristöille.
"Tässä artikkelissa käytämme termiä 'kallioiden rapautuminen' laajasti. Määrittelemme sen erosiivisten rannikkokallioiden muutosten kokonaisvaltaiseksi lopulliseksi vaikutukseksi, jonka aiheuttavat useat tekijät ja prosessit, mukaan lukien monimutkaiset litologiset ja hydrogeologiset ympäristöt, myrskyaaltojen aktiivisuus, sademäärät, tuulen puhallus ja ihmisen toiminta, jotka johtavat laajamittaisten liikkeiden kehittymiseen ja niiden vaikutuksiin, kuten maanvyörymiin, siirroksiin, halkeamiin ja roskiin", Pawel sanoi. "Tämän perusteella tutkimuksen keskeinen lähtökohta on, että sähkömagneettisten aaltojen heijastusspektri vaihtelee rapautumisen vaikutusalueilla. Rannikkokallioiden tapauksessa materiaaliaggregaation, kasvillisuuden ja muiden tekijöiden muutokset voivat johtaa merkittäviin eroihin."
Nykyään kaukokartoitus on rannikkoalueiden ympäristöjen seurannan standardimenetelmä. Hyödyntämällä erilaisia satelliiteista, ilma-alustoista ja maanpäällisistä antureista kerättyjä kuvia ja dataa tutkijat voivat saada yksityiskohtaista ja ajantasaista paikkatietoa rannikkoalueista. Oikea-aikaiset kuvat mahdollistavat rannikkoalueiden morfologian muutosten havaitsemisen ajan kuluessa ja auttavat tunnistamaan luonnonkatastrofien eniten koettelemat alueet. Tässä tapauksessa kirjoittajat käyttivät ilmakuvausta, joka tarjoaa korkean resoluution kuvia, jotka ovat hyödyllisiä yksityiskohtaisiin ennen ja jälkeen -vertailuihin. Kuvissa on kuitenkin ongelmana eri valaistusajat, jotka johtavat eri kohteiden käsittelyyn. Fotogrammetrian kannalta lennot on suoritettava samanlaisissa olosuhteissa, mutta tässä suhteessa on edelleen joitakin vuodenaikojen vaihteluihin liittyviä ongelmia.
"Päätimme käyttää LiDARia vaihtoehtona muuttuvien valaistusolosuhteiden käsittelemiseksi", Pawel sanoo. "LiDAR-data on välttämätöntä rannikoiden topografisten muutosten mittaamiseksi suurella tarkkuudella, ja se auttaa suodattamaan tietoja kasvillisuudesta tai yksittäisistä pisteistä. LiDARin tärkein tuote on digitaalinen korkeusmalli (DEM), jota käytetään rannikkomaiseman 3D-esityksen luomiseen. Nämä mallit auttavat ymmärtämään eroosion alueellista jakautumista laskemalla malleja ajan kuluessa."
Ongelma syntyi, koska rannikoiden huonontumisen vedenalainen komponentti on merkittävässä roolissa tämän ilmiön syntymisessä, minkä vuoksi LiDARia päätettiin käyttää batymetrisena työkaluna.
Pawel sanoi: "Tutkimuksen tulokset antavat meille käsityksen siitä, miten rannikkokalliot reagoivat nykyiseen ja tulevaan ilmastonmuutokseen, erityisesti merenpinnan nousuun ja lisääntyneeseen myrskytoimintaan." "Perinteisten geoteknisten tutkimusten parantaminen hyödyntämällä ehdotettuja edistyneitä kaukokartoitusteknologioita, kuten dronejen ja ilmasta tehtävien tutkimusten käyttöä, tarjoaa mallin muille alueille, jotka kohtaavat samanlaisia haasteita. Tästä tutkimuksesta saadut näkemykset voivat ohjata rannikkoalueiden hoitopolitiikkaa paitsi Puolassa, myös muilla alueilla, joilla on samanlaiset geologiset ja ympäristöolosuhteet. Tällaiseen tutkimukseen perustuvat tehokkaat hoitosuunnitelmat voivat auttaa lieventämään rannikkokallioiden eroosion ja epävakauden aiheuttamia riskejä ihmishenkille ja infrastruktuurille."
Yhdistämällä autonomisten ajoneuvojen ilma- ja meritiedonkeruun tämä tiedemiesryhmä pystyi parantamaan tiedon laatua, johtopäätösten tarkkuutta ja vahinkojen lieventämiseksi tehtyjen toimien riittävyyttä vahinkojen aiheuttamille maantieteellisille olosuhteille ja asukkaille.
Julkaisun aika: 12. helmikuuta 2025