La popolarità e la convenienza dei velivoli a pilotaggio remoto (UAV) hanno portato benefici a molti settori, riducendo i costi e aumentando la sicurezza del personale. Ma che dire della comunità scientifica? Centinaia, se non migliaia, di scienziati indipendenti e università in tutto il mondo utilizzano questi velivoli per condurre complessi esperimenti scientifici in modi nuovi.
Tendiamo a concentrarci sulle applicazioni industriali e commerciali dei droni, ma anche la scienza pura trae vantaggio dalla convenienza e dalla disponibilità dell'aviazione quando i budget sono limitati e il tempo per completare gli esperimenti è fondamentale.
Ad esempio, diversi scienziati polacchi hanno collaborato a uno studio completo sull'erosione costiera, utilizzando diverse nuove tecnologie come il LiDAR aereo e la batimetria.
Pawel Tysiac e Rafal Ossowski della Facoltà di Ingegneria civile e ambientale dell'Università tecnologica di Danzica, in collaborazione con Lukasz Janowski dell'Accademia marittima dell'Università marittima di Gdynia e Damian Moskalewicz del Dipartimento di geomorfologia e geologia quaternaria della Facoltà di oceanografia e geografia dell'Università di Danzica, hanno portato a termine uno studio completo dell'erosione di una parte della costa polacca (più precisamente, un tratto di 1 miglio del Mar Baltico meridionale).
L'articolo è intitolato "Valutazione del degrado delle falesie costiere utilizzando dati di droni e ortofoto e LiDAR batimetrico in Google Earth Engine". È stato pubblicato su Scientific Reports nel gennaio 2025 e rappresenta un ottimo esempio dell'uso delle nuove tecnologie per raccogliere dati essenziali per comprendere i modi in cui la natura modifica la geografia.
Abbiamo avuto l'opportunità di parlare con Pawel Tysiac, uno degli autori dello studio, per comprendere meglio l'impatto dei droni e del LiDAR sul loro progetto.
"I metodi tradizionali di monitoraggio dell'erosione delle falesie richiedono in genere un intenso lavoro sul campo e calcoli complessi della distribuzione spaziale dei punti utilizzando tecniche di rilevamento topografico tradizionali", ha affermato Pawel. "Al contrario, i recenti progressi nel telerilevamento e nell'apprendimento automatico offrono nuovi metodi per valutare il degrado delle falesie con maggiore efficienza e precisione".
Il degrado costiero ha attirato l'attenzione dei governi e degli scienziati di tutto il mondo, poiché il numero di disastri naturali è in aumento e ogni disastro provoca danni sempre maggiori alle popolazioni e agli ambienti geografici.
"In questo articolo, utilizziamo il termine 'degrado delle scogliere' in senso lato. Lo definiamo come l'impatto complessivo finale dei cambiamenti nelle scogliere costiere erosive causati da una varietà di fattori e processi, tra cui ambienti litologici e idrogeologici complessi, attività delle onde di tempesta, precipitazioni, vento e attività umane che portano allo sviluppo di movimenti su larga scala e ai loro impatti, come frane, faglie, fessure e detriti", ha affermato Pawel. "In base a ciò, una premessa fondamentale di questo studio è che lo spettro di riflettanza delle onde elettromagnetiche varia nelle aree interessate dal degrado. Nel caso delle scogliere costiere, i cambiamenti nell'aggregazione dei materiali, nella vegetazione e in altri fattori possono portare a differenze significative."
Oggi, il telerilevamento è il metodo standard per il monitoraggio degli ambienti costieri. Utilizzando vari tipi di immagini e dati raccolti da satelliti, piattaforme aeree e sensori terrestri, i ricercatori possono ottenere informazioni spaziali dettagliate e aggiornate sulle aree costiere. Immagini a fotogramma con risoluzione tempestiva consentono di osservare i cambiamenti nella morfologia costiera nel tempo e aiutano a identificare le aree più colpite da disastri naturali. In questo caso, gli autori hanno utilizzato la fotografia aerea, che fornisce immagini ad alta risoluzione utili per confronti dettagliati prima e dopo. Tuttavia, esiste il problema dei diversi tempi di illuminazione sulle immagini, che comportano oggetti diversi da elaborare. In termini di fotogrammetria, i voli devono essere condotti in condizioni simili, ma permangono alcuni problemi dovuti alle variazioni stagionali.
"Abbiamo deciso di utilizzare il LiDAR come alternativa per gestire le mutevoli condizioni di illuminazione", afferma Pawel. "I dati LiDAR sono essenziali per misurare i cambiamenti topografici costieri con elevata precisione, aiutando a filtrare i dati dalla vegetazione o da punti isolati. Il prodotto più importante del LiDAR è il Modello Digitale di Elevazione (DEM), che viene utilizzato per creare una rappresentazione 3D del paesaggio costiero. Questi modelli aiutano a comprendere la distribuzione spaziale dell'erosione calcolando i modelli nel tempo."
Il problema è sorto perché la componente di degrado costiero che si verifica sott'acqua gioca un ruolo significativo nel causare questo fenomeno, da qui la decisione di utilizzare il LiDAR come strumento batimetrico.
Pawel ha affermato: "I risultati dello studio ci forniscono informazioni su come le falesie costiere stanno rispondendo ai cambiamenti climatici attuali e futuri, in particolare all'innalzamento del livello del mare e all'aumento dell'attività delle tempeste". "Il potenziamento delle indagini geotecniche tradizionali mediante l'utilizzo di tecnologie avanzate di telerilevamento, come l'uso di droni e rilievi aerei, fornisce un modello per altre aree che affrontano sfide simili. Le informazioni acquisite da questo studio possono orientare le politiche di gestione costiera non solo in Polonia, ma anche in altre regioni con condizioni geologiche e ambientali simili. Piani di gestione efficaci basati su tali ricerche possono contribuire a mitigare i rischi per la vita umana e le infrastrutture posti dall'erosione e dall'instabilità delle falesie costiere".
Combinando la raccolta di informazioni aeree e marittime da veicoli autonomi, questo gruppo di scienziati è riuscito a migliorare la qualità dei dati, la precisione delle conclusioni e l'adeguatezza delle azioni intraprese per mitigare i danni alla geografia e agli abitanti delle aree colpite.
Data di pubblicazione: 12 febbraio 2025