Het aardoppervlak is onderhevig aan voortdurende veranderingen die natuurlijke landschappen dynamisch vormen. Wereldwijde fenomenen zoals klimaatverandering spelen een rol, net als op korte termijn, plaatselijke gebeurtenissen van natuurlijke of menselijke oorsprong. De onderzoeksgroep 3D Geospatial Data Processing (3DGeo) van de Universiteit van Heidelberg heeft een nieuwe analysemethode ontwikkeld om ons begrip te helpen verbeteren van processen die het aardoppervlak vormgeven, zoals die worden waargenomen in kust- of hooggebergtelandschappen. In tegenstelling tot conventionele methoden die gewoonlijk twee snapshots van de topografie vergelijken, de Heidelberg-benadering kan - volledig automatisch en over lange perioden - bepalen wanneer en waar oppervlakteveranderingen optreden en welk type bijbehorende veranderingen ze vertegenwoordigen.

De methode, bekend als spatiotemporele segmentatie, is ontwikkeld onder begeleiding van Prof. Dr. Bernhard Hoefle, wiens 3DGeo-groep is gebaseerd op het Instituut voor Geografie en het Interdisciplinair Centrum voor Wetenschappelijk Informatica (IWR) van de Universiteit van Heidelberg. "Door hele oppervlaktegeschiedenissen te observeren, onze nieuwe computergebaseerde methode maakt een flexibelere aanpak mogelijk. In tegenstelling tot eerdere methoden, we hoeven niet langer te specificeren welke individuele veranderingsprocessen we willen detecteren of de tijdstippen die de analyse moet omvatten, ", stelt de geo-informatiewetenschapper. "In plaats daarvan, gebieden en hele tijdsperioden waarin soortgelijke veranderingen plaatsvinden, worden volledig automatisch geïdentificeerd. De enorme driedimensionale datasets van de automatische lasermetingen in het landschap onthullen daarbij verschillende soorten veranderingen die de directe vergelijking van slechts twee meetpunten niet doet."

Onder andere technieken, Het team van prof. Hoefle gebruikt terrestrische laserscanning (TLS) om berg- en kustlandschappen te meten. Het genereert driedimensionale modellen van een landschap weergegeven als miljarden meetpunten in zogenaamde 3D-puntenwolken. "Meetsystemen worden ter plaatse geïnstalleerd en leggen het terrein vast, kortom, regelmatige tussenpozen gedurende meerdere maanden, waardoor driedimensionale tijdreeksen worden gegenereerd, " legt Katharina Anders uit, een doctoraat student in de onderzoeksgroep van Bernhard Hoefle en aan de IWR van de Universiteit van Heidelberg. Deze 3D-tijdreeksen zijn speciaal omdat ze zowel de temporele als de ruimtelijke - dus 4-D - eigenschappen van oppervlakteveranderingen bevatten, die vervolgens kan worden bekeken als in een time-lapse-video.

"Spatiotemporele segmentatie stelt ons in staat om in detail onderscheid te maken tussen verschillende fenomenen die conventionele methoden detecteren als een enkele gebeurtenis of soms helemaal niet, ", stelt Katharina Anders. De geo-informatiewetenschappers van Heidelberg pasten hun methode toe op een 3D-tijdreeks van een kuststrook in Nederland, die gedurende vijf maanden elk uur werd verworven door wetenschappers van de Technische Universiteit Delft. De data-analyse van de gehele observatieperiode bracht meer dan 2, 000 veranderingen die tijdelijke accumulatie of erosie van zand vertegenwoordigen die op verschillende locaties met verschillende groottes en in verschillende tijdsperioden plaatsvonden. In dit geval, het door het meetsysteem geregistreerde dynamische transport van zand werd veroorzaakt door complexe interacties van wind, golven, en menselijke invloed. Als resultaat, over een periode van vier weken werden gemiddeld meerdere vrachtwagenladingen zand vervoerd in een gebied van 100 vierkante meter, zonder invloed van grote stormgebeurtenissen.

Bevindingen van dergelijke analyses vormen de basis voor verder onderzoek naar specifieke fenomenen of onderliggende processen. Tegelijkertijd, de verkregen informatie over de dynamische evolutie van oppervlakken opent nieuwe mogelijkheden voor parametrisering en dus aanpassing van computergebaseerde milieumodellen. "De methode die we hebben ontwikkeld, levert daarom een ​​algemene bijdrage aan het verbeteren van ons geografisch begrip van de natuurlijke landschapsdynamiek, ", voegt Katharina Anders toe.