Popularność i przystępność cenowa bezzałogowych statków powietrznych (BSP) przyniosły korzyści wielu branżom poprzez redukcję kosztów i zwiększenie bezpieczeństwa personelu. A co ze środowiskiem naukowym? Setki, jeśli nie tysiące, niezależnych naukowców i uniwersytetów na całym świecie wykorzystuje te BSP do przeprowadzania złożonych eksperymentów naukowych w nowy sposób.
Zazwyczaj skupiamy się na przemysłowych i komercyjnych zastosowaniach bezzałogowych statków powietrznych, ale czysta nauka również korzysta z przystępności cenowej i dostępności lotnictwa, gdy budżety są ograniczone, a czas potrzebny na przeprowadzenie eksperymentów ma kluczowe znaczenie.
Przykładowo, kilku polskich naukowców współpracowało przy kompleksowym badaniu erozji wybrzeża, wykorzystując nowe technologie, takie jak lotniczy LiDAR i batymetria.
Paweł Tysiac i Rafał Ossowski z Wydziału Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Gdańskiej, we współpracy z Łukaszem Janowskim z Akademii Morskiej Uniwersytetu Morskiego w Gdyni i Damianem Moskalewiczem z Katedry Geomorfologii i Geologii Czwartorzędu na Wydziale Oceanografii i Geografii Uniwersytetu Gdańskiego, przeprowadzili kompleksowe badanie erozji fragmentu polskiego wybrzeża (dokładniej, 1-milowego odcinka południowego Bałtyku).
Artykuł nosi tytuł „Ocena degradacji klifów nadbrzeżnych z wykorzystaniem danych z dronów, ortofotomap i batymetrycznego LiDAR-u w Google Earth Engine”. Został opublikowany w czasopiśmie „Scientific Reports” w styczniu 2025 roku i stanowi doskonały przykład wykorzystania nowych technologii do gromadzenia danych, które mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia, w jaki sposób natura zmienia geografię.
Mieliśmy okazję porozmawiać z Pawłem Tysiacem, jednym z autorów badania, aby lepiej zrozumieć wpływ dronów i LiDAR-u na ich projekt.
„Tradycyjne metody monitorowania erozji klifów zazwyczaj wymagają pracochłonnych prac terenowych i skomplikowanych obliczeń przestrzennego rozkładu punktów z wykorzystaniem tradycyjnych technik geodezyjnych” – powiedział Paweł. „Z kolei najnowsze postępy w teledetekcji i uczeniu maszynowym oferują nowe metody oceny degradacji klifów z większą wydajnością i dokładnością”.
Degradacja wybrzeży przyciągnęła uwagę rządów i naukowców na całym świecie, a rosnąca liczba klęsk żywiołowych powoduje coraz większe szkody wśród ludności i w środowisku geograficznym.
„W niniejszym artykule termin »degradacja klifów« używamy szeroko. Definiujemy go jako ogólny, ostateczny wpływ zmian w erozyjnych klifach nadbrzeżnych, spowodowanych różnymi czynnikami i procesami, w tym złożonymi środowiskami litologicznymi i hydrogeologicznymi, falami sztormowymi, opadami deszczu, wiatrem i działalnością człowieka, które prowadzą do rozwoju ruchów na dużą skalę i ich skutków, takich jak osuwiska, uskoki, szczeliny i gruzowisko” – powiedział Paweł. „W związku z tym, kluczowym założeniem niniejszego badania jest to, że widmo odbicia fal elektromagnetycznych zmienia się na obszarach dotkniętych degradacją. W przypadku klifów nadbrzeżnych zmiany w agregacji materiału, roślinności i innych czynnikach mogą prowadzić do znacznych różnic”.
Obecnie teledetekcja jest standardową metodą monitorowania środowiska przybrzeżnego. Wykorzystując różnego rodzaju obrazy i dane zebrane z satelitów, platform lotniczych i czujników naziemnych, naukowcy mogą uzyskać szczegółowe i aktualne informacje przestrzenne o obszarach przybrzeżnych. Zdjęcia ramowe o wysokiej rozdzielczości pozwalają na obserwację zmian w morfologii wybrzeża w czasie i pomagają zidentyfikować obszary najbardziej dotknięte klęskami żywiołowymi. W tym przypadku autorzy wykorzystali zdjęcia lotnicze, które zapewniają obrazy o wysokiej rozdzielczości, przydatne do szczegółowych porównań stanu przed i po. Występuje jednak problem z różnym czasem oświetlenia na zdjęciach, co prowadzi do różnic w obiektach podlegających przetwarzaniu. Z punktu widzenia fotogrametrii loty muszą być wykonywane w podobnych warunkach, ale nadal występują pewne problemy związane z sezonowymi wahaniami w tym zakresie.
„Zdecydowaliśmy się na wykorzystanie LiDAR-u jako alternatywy dla zmieniających się warunków oświetleniowych” – mówi Paweł. „Dane LiDAR są niezbędne do pomiaru zmian topografii wybrzeża z dużą dokładnością, pomagając filtrować dane z roślinności lub pojedynczych punktów. Najważniejszym produktem LiDAR-u jest Numeryczny Model Terenu (DEM), który służy do tworzenia trójwymiarowej reprezentacji krajobrazu wybrzeża. Modele te pomagają zrozumieć przestrzenny rozkład erozji poprzez obliczanie modeli w czasie”.
Problem pojawił się, ponieważ składnik degradacji wybrzeża, który ma miejsce pod wodą, odgrywa znaczącą rolę w powodowaniu tego zjawiska, stąd decyzja o wykorzystaniu LiDAR-u jako narzędzia batymetrycznego.
Paweł powiedział: „Wyniki badania dają nam wgląd w to, jak klify nadmorskie reagują na obecne i przyszłe zmiany klimatu, w szczególności na wzrost poziomu morza i wzmożoną aktywność sztormową”. „Ulepszenie tradycyjnych badań geotechnicznych poprzez wykorzystanie proponowanych zaawansowanych technologii teledetekcji, takich jak drony i pomiary lotnicze, stanowi wzór dla innych obszarów stojących przed podobnymi wyzwaniami. Wiedza uzyskana w ramach tego badania może stanowić podstawę polityki zarządzania wybrzeżem nie tylko w Polsce, ale także w innych regionach o podobnych warunkach geologicznych i środowiskowych. Skuteczne plany zarządzania oparte na takich badaniach mogą pomóc w zmniejszeniu zagrożeń dla życia ludzkiego i infrastruktury, jakie erozja i niestabilność klifów nadmorskich stwarzają”.
Łącząc informacje zbierane drogą lotniczą i morską przez pojazdy autonomiczne, grupa naukowców była w stanie poprawić jakość danych, precyzję wniosków i adekwatność działań podejmowanych w celu złagodzenia szkód wyrządzonych geografii i mieszkańcom dotkniętych obszarów.
Czas publikacji: 12 lutego 2025 r.