Το άρθρο «Selfie Drones για Τρισδιάστατη Μοντελοποίηση, Γεωλογική Χαρτογράφηση και Συλλογή Δεδομένων: Βασικά Παραδείγματα από το Ηφαιστειακό Συγκρότημα της Σαντορίνης, Ελλάδα» παρουσιάστηκε στο GISTAM 2020.

Οι συγγραφείς είναι οι Fabio Luca Bonali, Βαρβάρα Αντωνίου, Όθωνας Βλασόπουλος, Alessandro Tibaldi και Παρασκευή Νομικού, ως αποτέλεσμα της συνεργασίας μεταξύ των:

• Τμήμα Επιστημών Γης και Περιβάλλοντος, Πανεπιστήμιο, Μιλάνου-Μπίκοκα,
• CRUST- Διακοινωνικό Κέντρο για τρισδιάστατη Σεισμοτεκτονική με Εδαφικές Εφαρμογές (Ιταλία)
• Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών.

Περίληψη:

Στην παρούσα εργασία, δοκιμάσαμε τη χρήση drone selfie ως εργαλείο τρισδιάστατης μοντελοποίησης, γεωλογικής χαρτογράφησης και συλλογής δεδομένων. Το μοντέλο που χρησιμοποιήσαμε είναι ένα τετρακόπτερο πολλαπλού ρότορα, 0,300 κιλών εφοδιασμένο με έναν αισθητήρα CMOS 1 / 2,3 ιντσών ικανό να τραβάει φωτογραφίες 12 Megapixel, προσαρτημένο σε μηχανικό χειριστήριο 2 αξόνων και με χρόνο πτήσης περίπου 16 λεπτά. Οι τοποθεσίες όπου γίνονται οι δοκιμές χαρακτηρίζονται από διαφορετικές ρυθμίσεις: i) η περιοχή του ηφαιστειακού κρατήρα, 1570-1573 μ.Χ. στη νήσο Νέα Καμένη, έχει ως επί το πλείστον οριζόντια τοπογραφία. ii) η προεξοχή κατά μήκος της παραλίας Βλυχάδα, η οποία δείχνει στρώματα από την έκρηξη της Ύστερης Εποχής του Χαλκού (γνωστή και ως Μινωική), έχει κυρίως κάθετη τοπογραφία. Εφαρμόζοντας τις τεχνικές Υπολογισμού δομής από κίνηση (Structure from Motion-SfM) σε εικόνες που συλλέχθηκαν με τη χρήση selfie drone, είχαμε τη δυνατότητα: i) ανακατασκευής των δύο θέσεων με εκατοστομετρική έως υποεκατοστομετρική ανάλυση ii) αναγνώριση γεωλογικών χαρακτηριστικών σε πολύ υψηλής ανάλυσης ψηφιακά μοντέλα επιφανειών και ορθομωσαϊκά iii) χαρτογράφηση κατακόρυφων βράχων αποτελούμενων από ηφαιστειογενείς αποθέσεις σε τρισδιάστατα ψηφιακά μοντέλα προεξοχών. iv) συλλογή νέων ποσοτικών δεδομένων και για τις δύο τοποθεσίες. 

Εισαγωγή:

Οι έρευνες στο πέδίο και η συλλογή δεδομένων είναι ζωτικής σημασίας για τη χαρτογράφηση και την κατανόηση των ενεργών γεολογικών διεργασιών στη Γη, ιδιαίτερα για εκείνες που επιφέρουν επιφανειακές παραμορφώσεις, όπως οι σεισμοί και οι ρηχές μαγματικές διεργασίες (π.χ. Bonali κ.α., 2012; Tibaldi κ.α., 2017). Παρ' όλα αυτά, οι έρευνες στο πεδίο και οι άμεσες παρατηρήσεις συχνά περιορίζονται λόγω συνθηκών που σχετίζονται με το πεδίο, όπως οι απροσπέλαστες βασικές προεξοχές λόγω της θέσης τους σε απομακρυσμένες ή επικίνδυνες περιοχές.(e.g. Tibaldi et al., 2008). Οι φωτογραμμετρικές τεχνικές Υπολογισμού δομής από κίνηση και Στερεοφωνικής Πολλαπλής Προβολής  (Structure from Motion (SfM) and Multiview stereo (MVS)), όπου οι φωτογραφίες συλλέγονται με την χρήση μη επανδρωμένων αεροσκαφών (drones), χρησιμοποιούνται ευρέως στις μέρες μας στις Γεωεπιστήμες και στις Περιβαλλοντικές Επιστήμες ώστε να ξεπεράσουν αυτά τα προβλήματα, παρέχοντας υψηλής ανάλυσης τρισδιάστατα ψηφιακά μοντέλα προεξοχών, ψηφιακά μοντέλα επιφάνειας, και ορθομωσαϊκά σαν αποτέλεσμα (π.χ. Bonali κ.α., 2019a; Fallati κ.α., 2019). Οι περισσότεροι άνθρωποι που έχουν να κάνουν με γεωλογικές μελέτες ή μελέτες γεωκινδύνων χρησιμοποιούν διαφορετικούς τύπους μη επανδρωμένων αεροσκαφών (drones): μπαλόνια, πολλαπλού ρότορα, σταθερού πτερυγίου και υβριδικά. Αν και τα "μπαλόνια" δεν χρειάζονται καύσιμα ή μπαταρία, δεν είναι δυαντός ο εξ αποστάσεως χειρισμός τους. Τα υβριδικά επιτρέπουν την εναλλαγή μεταξύ της πτήσης ως αεροσκάφος σταθερού πτερυγίου και της αιώρησης ως αεροσκάφος πολλαπλού ρότορα. Ο τύπος σταθερού πτερυγίου μπορεί να καλύψει μεγαλύτερες περιοχές σε μικρότερα χρονικά πλαίσια χρησιμοποιώντας υψηλής ποιότητας κάμερες, ωστόσο τέτοια μοντέλα είναι δύσκολο να μετφερθούν και πιο ακριβά σε σχέση με τα drone πολλαπλού ρότορα. Με βάση την εμπειρία μας, τα τελευταία μπορούν να πετάξουν σε χαμηλότερα ύψη πετυχαίνοντας υψηλή ανάλυση του πεδίου, και πιο σημαντικά, τα εγχειρήματα προσγείωσης και απογείωσης είναι ευκολότερα από τα μοντέλα σταθερού πτερυγίου. Αυτό είναι κρίσιμο, ειδικά σε δύσκολα υλικοτεχνικά εδάφη (π.χ. outcropping lavas, Bonali κ.α., 2019a).    

Στην παρούσα εργασία ελέγξαμε τη χρήση αυτών που λέγονται “selfie drones” - τύπος τετρακόπτερου - ώστε να παράγουμε πολύ υψηλής ευκρίνειας τρισδιάστατα ψηφιακά μοντέλα προεξοχών (DOMs) σχετικών προεξοχών για γεωλογική χαρτογράφηση, συλλογή δεδομένων και επιστημονική διάδοση. Για μελέτη περιπτώσεων επιλέξαμε δύο τοποθεσίες που εντάσσονται στο ηφαιστειακό συγκρότημα της Σαντορίνης (με διαφορετικά χαρακτηριστικά): i) τον ηφαιστειακό κρατήρα, 1570-1573 μ.Χ. στη νήσο Νέα Καμένη και ii) μια εξέχουσα κατακόρυφη προεξοχή που παρουσιάζει στρώματα ηφαιστειογενών αποθέσεων, κατά μήκος της παραλίας Βλυχάδα, στη νότια Σαντορίνη.