کاربردهای پهپاد در مطالعات ژئومورفولوژی

فن آوری های مبتنی بر ماهواره و هواپیمای بدون سرنشین جزء روش های متداول سنجش از دوری هستند که در میزان منطقه پوشش، وضوح طیفی، مکانی و زمانی با سنسورهای پردازنده متفاوت، دارای مزایا و معایب مختلف هستند. امروزه ثابت شده است که سنجش از راه دور ماهواره ای و هوایی در بسیاری از پژوهش های علوم زمین، دارای ابزاری قدرتمند و گسترده هستند. در طی سال های اخیر پهپادها از به روزترین و پرکاربردترین و همچنین متداول ترین ابزار های نقشه برداری محسوب می شود.

افزایش توجه به پهپاد می تواند به دلایل زیر باشد:

۱- کارایی پرواز: پهپاد ها می توانند در محدوده ایده آل در ارتفاعات (۱۰۰ متر تا ۳۰۰۰۰ متر) مختلف پرواز کنند و دارای درجه بالایی از استقلال (۱ تا ۴۸ ساعت) هستند. استفاده از پهپادها یا هواپیماهای بدون سرنشین کوچک، امکان جمع آوری سریع تصاویر هوایی را در ارتفاعات کم و متوسط از هر دو زاویه عمودی و و مورب فراهم می کنند.

۲- سازگاری با انواع ماموریت ها

۳- ارزان بودن: پهپاد با اندازه های متغیر و وزن نسبتاً کم، امکان انجام عملیات با هزینه کم را فراهم می آورند. این در صورتی است که سایر وسایل معمولی پروازی هزینه های بسیاری دارند.

در مطالعات ژئومورفولوژیکی مبتنی بر نقشه، نیاز به داده هایی است که بتوان تغییرات را به صورت زمانی (روزانه، فصلی و سالانه) و (مکانی در ابعاد کوچک و متوسط) با دقت بالا شناسایی نمود. استفاده از ابزارهای نقشه برداری زمینی مانند توتال استیشن و GPS علاوه بر هزینه و وقت گیر بودن در همه ی لندفرم های ژئومورفیک قابل استفاده نبوده یا تهیه داده ها با استفاده از آنها بسیار دشوار است. لذا استفاده از پهپادها این شرایط را برای تهیه داده ها فراهم می نماید.

علاوه بر تصاویر دو بعدی، با استفاده از پهپادها و تکنیک SFM4 می توان ویژگی های سه بعدی عوارض را از توالی تصاویر دو بعدی تهیه نمود. این تکنیک فتوگرامتری داده های توپوگرافی با قدرت تفکیک بالا (کمتر از ۰٫۱ متر) را فراهم می نمایند که در مطالعات ژئومورفولوژیکی بسیار با اهمیت هستند.

در زیر به برخی از کاربردهای پهپادها در ژئومورفولوژی اشاره شده است:

۱- ژئومورفولوژی رودخانه ای :

استفاده از پهپادها کاربرد زیادی در مطالعات رودخانه ای دارد. فرسایش کناره رود به عنوان یکی از منابع بالقوه تولید رسوب بوده و تهدیدی جدی برای سازه های رودخانه ای محسوب می شود. پهپادها با تهیه تصاویر با کیفیت بالا و قابلیت تبدیل به مدل ارتفاعی رقومی (DEM) قادرند توپوگرافی بستر خشک رودها و کرانه رود را با دقت بالا نمایش دهند. مهمترین کاربردهای پهپادها (UAV) در سیستم های رودخانه ای عبارتند از: تهیه نقشه توپوگرافی کانال رود، تهیه نقشه ژئومورفولوژی رودخانه، طبقه بندی بوم های آبی، نقشه اندازه ذرات رسوبی، نقشه هم عمق (باتیمتری)، نقشه پوشش گیاهی رودخانه، بررسی تغییرات ژئومورفیک رودخانه، پایش بازیابی رود.

۲- ژئومورفولوژی ساحلی :

مناطق ساحلی تغییرات مورفولوژیکی پیچیدهای را در مقیاس های مختلف زمانی و مکانی تجربه می کنند. سیستم ساحلی نیازمند اطلاعات دقیق توپوگرافی برای شبیه سازی فرسایش ساحلی، سیلاب دریایی و ارزیابی بودجه رسوبات ساحلی است. پایش تکامل سیستم های ساحلی با استفاده از تکنیک های متعددی انجام می شود که یکی از بهترین ابزار اندازه گیری میزان تغییرات ارتفاعی در خط ساحلی استفاده از پهپاد (UAV) است.

تپه های ماسه ای از لندفرم های مناطق ساحلی، هستند که درک ضعیفی از دینامیک آنها وجود دارد. لذا برای مدل سازی واقعی از سیستم تپه – ساحل، تحلیل رفتار هوا و دریا و دانش تفصیلی از مورفومتری تپه ها ضروری است. برای نمونه می توان به تحقیقات گونکالوز و هنریکو (۲۰۱۵)، آلکیمانتاس و همکاران (۲۰۱۸) و الپورت فائورت و همکاران (۲۰۱۹) که دینامیک تپه های ماسه ای ساحلی و تغییرات ارتفاعی آنها را با استفاده از پهپاد و تصاویر حاصله با قدرت تفکیک ۰٫۱ متر مورد بررسی قرار دادند، اشاره کرد.

از دیگر لندفرم های ساحلی دهانه های جزر و مدی ایجاد شده در زبانه های ماسه ای هستند که النگ و همکاران (۲۰۱۶) تغییرات توپوگرافی دهانه جزر و مدی را با استفاده از UAV با تصاویر با قدرت تفکیک ۰٫۱ متر مورد ارزیابی قرار دادند و با این تکنیک محیط جزر و مدی را پایش نمودند و اشکال بستر، طول موج آنها و مناطق فرسایشی یا رسوب گذاری را به صورت کمی مدل سازی کردند. مانسینی و همکاران (۲۰۱۷) با استفاده از تصاویر تهیه شده از پهپاد میزان عقب نشینی صخره ها و پرتگاه های دریایی را اندازه گیری کردند. علاوه بر این برای ترسیم نیمرخ ساحلی هم می توان از داده های پهپادها استفاده نمود.

۳-فرسایش آبی:

فرسایش آبی مهمترین عامل حمل و جابجایی رسوب در سطح جهان است. از میان انواع فرسایش آبی، فرسایش گالی ۵۰ تا ۸۰ درصد مجموع رسوبات مناطق خشک و نیمه خشک را شامل می شود. فقدان روش مناسب برای مستندسازی و پایش گالی موجب کمبود داده های کمی می شود. استفاده از پهپادها و تهیه تصاویر با کیفیت بالا و ایجاد DEM می تواند تهیه مدل سه بعدی از گالی ها، اندازه گیری تغییرات مساحت و حجم گالی و میزان پسروی هدکت ها را فراهم نماید. تغییرات سریع ابعاد گالی ها با پایش های دورهای و تکرار تصویربرداری به دقت بالایی قابل ردیابی است. هم چنین طبقه بندی گالی ها بر اساس مورفولوژی آنها در چشم اندازهای مختلف، اندازهگیری تغییرات فرسایش شیاری و بدلندها امکانپذیر خواهد بود.

۳-حرکات تودهای:

حرکات تودهای انواع مختلفی از حرکات خاک و سنگ مانند زمین لغزش ها، ریزش ها، مخروط های واریزه ای، جریان های گلی و سولیفلوکسیون و غیره را شامل می شود. حرکات تودهای یک مشکل بزرگ در مناطق کوهستانی هستند. ریزش برف و باران سنگین می تواند شرایط وقوع زمین لغزش را فراهم نماید. لذا حرکت زمین لغزش ها و پایش آنها بسیار اهمیت دارد. روش های زیادی برای پایش زمین لغزش وجود دارد که از مشاهدات میدانی و عکسبرداری تا تکنیک های پیچیده تر مانند نقشه برداری زمینی، تصاویر ماهوارهای و بررسی های ژئوالکتریک را شامل می شود. استفاده از UAVها به علت سرعت در عمل، هزینه مناسب، پایش را در زمان های مختلف امکانپذیر می سازد. این پایش در خصوص سایر حرکات تودهای هم مقدور است.

۴-فرایندهای یخچالی:  

یخچال ها شاخص های خوبی از اقلیم حال و گذشته هستند و دینامیک آنها به تغییرات کم در مقدار بارش و دما هم حساس هستند. لذا پایش گستره یخچال ها، بیالن و سرعت سطحی یخچال ها با استفاده از تصاویر پهپادها شاخص خوبی برای اثرات نوسانات اقلیمی است. در این خصوص، باردوج و همکاران (۲۰۱۶) در قالب یک مقاله مروری، کاربرد پهپادها را در مطالعات یخچال های قطبی و آلپی از سال ۲۰۰۷ تا ۲۰۱۶ مورد بررسی قرار دادند.

۵-لندفرم های آنتروپوژنیک (لندفیل):

لندفیل مکانی است که نخاله ها و زباله ها در آن انباشته می شود، از این رو یک لندفرم آنتروپوژنیک محسوب می شود. آلودگی آب و خاک، بوی زباله و حتی انفجار از اثرات لندفیل ها است. هر لندفیل یک دوره زمانی دارد و انباشت، ذخیره و فشرده سازی پسماندها موجب تغییرات حجمی در آن می شود. این تغییرات با تکنیک های نقشه برداری قابل اندازه گیری است. این تکنیک ها مستلزم اندازه گیری تعدادی نقاط زمینی است و تعداد کم نمونه ها برای تعیین دقیق تغییرات حجم کافی نیست. علاوه بر نقص تکنیکی این روش ها زمان بر بوده و به علت تماس مستقیم نقشه برداران با پسماندها خطرناک است.

لذا جهت پایش لندفیل ها و بررسی تغییرات حجمی آنها برای تصمیم گیری مهم است. به علاوه، ایجاد لندفیل ها خصوصاً بر روی دامنه ها با افزایش بارگزاری می تواند منجر به وقوع زمین لغزش و رها شدن حجم زیادی از نخاله ها به سیستم رودخانه شده یا مستقیما برای ساکنین اطراف ایجاد خطر نماید. استفاده از پهپادها و تهیه تصاویر متعدد با تفکیک بالا و بدون تماس زمینی و تکرار در دوره های زمانی کوتاه تکنیک مناسبی برای این موضوع است. در زیر لندفیل بابل به عنوان نمونه که توسط پهپاد مورد برررسی قرار گرفته است به نمایش در آمده است.

۶-سایر مطالعات:

علاوه بر مواردی که در قسمت های فوق به آن اشاره شد. این روش در سایر زمینه های ژئومورفولوژیک هم مورد استفاده قرار گرفته است که برخی از آنها عبارتند از : تپه ماسه های بیابانی، تحلیل درز و شکاف ها و گسل ها و تهیه نقشه های ژئومورفولوژیکی تفصیلی.

این مقاله به کوشش دکتر حمید عمونیا و دکتر رضا اسماعیلی تهیه و منتشر شده است که از این متخصصین نهایت تشکر را داریم