הפופולריות והמחיר הנגיש של כלי טיס בלתי מאוישים (כטב"מים) הועילו לתעשיות רבות על ידי הפחתת עלויות והגברת בטיחות העובדים. אבל מה לגבי הקהילה המדעית? מאות, אם לא אלפי, מדענים ואוניברסיטאות עצמאיות ברחבי העולם משתמשים בכטב"מים אלה כדי לבצע ניסויים מדעיים מורכבים בדרכים חדשות.
אנו נוטים להתמקד ביישומים תעשייתיים ומסחריים של כטב"מים, אך מדע טהור נהנה גם מהזמינות והמחיר הנגיש של התעופה כאשר התקציבים מוגבלים והזמן להשלמת ניסויים הוא קריטי.
לדוגמה, מספר מדענים פולנים שיתפו פעולה במחקר מקיף של סחף חופים, תוך שימוש במספר טכנולוגיות חדשות כגון LiDAR מוטס ובתימטריה.
פאבל טיסיאק ורפאל אוסובסקי מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית באוניברסיטת הטכנולוגיה של גדנסק, בשיתוף פעולה עם לוקאש יאנובסקי מהאקדמיה הימית של האוניברסיטה הימית של גדיניה ודמיאן מוסקלביץ' מהמחלקה לגיאומורפולוגיה וגיאולוגיה רבעונית בפקולטה לאוקיינוגרפיה וגיאוגרפיה של אוניברסיטת גדנסק, הגיעו לשיאם למחקר מקיף על הסחף של חלק מחוף פולין (ליתר דיוק, קטע באורך מייל אחד של דרום הים הבלטי).
המאמר נקרא "הערכת הידרדרות צוקי חוף באמצעות נתוני רחפנים ואורתופוטו ו-LiDAR באטימטרי במנוע Google Earth". הוא פורסם ב-Scientific Reports, ינואר 2025, והוא דוגמה מצוינת לשימוש בטכנולוגיות חדשות לאיסוף נתונים החיוניים להבנת הדרכים שבהן הטבע משנה גיאוגרפיה.
הייתה לנו הזדמנות לשוחח עם פאבל טיסיאק, אחד ממחברי המחקר, כדי להבין טוב יותר את ההשפעה של רחפנים ו-LiDAR על הפרויקט שלהם.
"שיטות מסורתיות לניטור סחף צוקים דורשות בדרך כלל עבודת שטח עתירת עבודה וחישובים מורכבים של התפלגות נקודות מרחבית באמצעות טכניקות מדידת קרקע מסורתיות", אמר פאוול. "לעומת זאת, ההתקדמות האחרונה בחישה מרחוק ולמידת מכונה מציעה שיטות חדשות להערכת התדרדרות צוקים ביעילות ודיוק גדולים יותר."
הידרדרות החופים משכה את תשומת ליבם של ממשלות ומדענים ברחבי העולם ככל שמספר אסונות הטבע עולה וכל אסון גורם נזק רב ויותר לאוכלוסיות ולסביבות גיאוגרפיות.
"במאמר זה, אנו משתמשים במונח 'התדרדרות צוקים' באופן רחב. אנו מגדירים אותו כהשפעה הסופית הכוללת של שינויים בצוקי חוף סחפיים הנגרמים ממגוון גורמים ותהליכים, כולל סביבות ליתולוגיות והידרוגיאולוגיות מורכבות, פעילות גלי סערה, גשמים, נשיבות רוח ופעילויות אנושיות המובילות להתפתחות תנועות בקנה מידה גדול והשפעותיהן, כגון מפולות, שברים, סדקים ופסולת", אמר פאוול. "בהתבסס על כך, הנחת יסוד מרכזית של מחקר זה היא שספקטרום ההחזרה של גלים אלקטרומגנטיים משתנה באזורים המושפעים מההתדרדרות. במקרה של צוקים חופיים, שינויים בצבירת חומרים, צמחייה וגורמים אחרים יכולים להוביל להבדלים משמעותיים."
כיום, חישה מרחוק היא השיטה הסטנדרטית לניטור סביבות חופיות. באמצעות שימוש בסוגים שונים של תמונות ונתונים שנאספו מלוויינים, פלטפורמות מוטסות וחיישנים קרקעיים, חוקרים יכולים לקבל מידע מרחבי מפורט ועדכני על אזורי חוף. תמונות מסגרת ברזולוציה בזמן מאפשרות תצפית על שינויים במורפולוגיה החופית לאורך זמן ומסייעות בזיהוי האזורים שנפגעו ביותר מאסונות טבע. במקרה זה, המחברים השתמשו בצילום אווירי, המספק תמונות ברזולוציה גבוהה שימושיות להשוואות מפורטות של "לפני ואחרי". עם זאת, קיימת בעיה של זמני תאורה שונים בתמונות, מה שמוביל לעיבוד עצמים שונים. מבחינת פוטוגרמטריה, טיסות צריכות להתבצע בתנאים דומים, אך עדיין ישנן כמה בעיות עם שינויים עונתיים בהקשר זה.
"החלטנו להשתמש ב-LiDAR כחלופה להתמודדות עם תנאי תאורה משתנים", אומר פאוול. "נתוני LiDAR חיוניים למדידת שינויים טופוגרפיים חופיים בדיוק גבוה, ועוזרים לסנן נתונים מצמחייה או נקודות מבודדות. התוצר החשוב ביותר של LiDAR הוא מודל הגובה הדיגיטלי (DEM), המשמש ליצירת ייצוג תלת-ממדי של נוף החוף. מודלים אלה עוזרים להבין את ההתפלגות המרחבית של הסחיפה על ידי חישוב מודלים לאורך זמן."
הבעיה התעוררה משום שמרכיב ההידרדרות החופית המתרחש מתחת למים ממלא תפקיד משמעותי בגרימת תופעה זו, ומכאן ההחלטה להשתמש ב-LiDAR ככלי באטימטרי.
פאבל אמר, "תוצאות המחקר נותנות לנו תובנות לגבי האופן שבו צוקי החוף מגיבים לשינויי האקלים הנוכחיים והעתידיים, ובמיוחד עליית מפלס הים ופעילות סופות מוגברת." "שיפור סקרים גיאוטכניים מסורתיים על ידי שימוש בטכנולוגיות חישה מרחוק מתקדמות, כגון שימוש ברחפנים וסקרים אוויריים, מספק מודל לאזורים אחרים העומדים בפני אתגרים דומים. התובנות המתקבלות ממחקר זה יכולות להשפיע על מדיניות ניהול החופים לא רק בפולין, אלא גם באזורים אחרים עם תנאים גיאולוגיים וסביבתיים דומים. תוכניות ניהול יעילות המבוססות על מחקר כזה יכולות לסייע בהפחתת הסיכונים לחיי אדם ולתשתיות הנשקפים מסחף וחוסר יציבות של צוקי החוף."
על ידי שילוב של איסוף מידע אווירי וימי מכלי רכב אוטונומיים, קבוצת מדענים זו הצליחה לשפר את איכות הנתונים, את דיוק המסקנות ואת התאמת הפעולות שננקטו כדי למתן את הנזק לגיאוגרפיה ולתושבי האזורים שנפגעו.
זמן פרסום: 12 בפברואר 2025