“Het gebruik van drones heeft een revolutie teweeggebracht in geologisch veldwerk, het heeft de manier waarop we werken fundamenteel veranderd en we zien er nog maar het begin van. Het potentieel is enorm.” – Professor John Howell, Universiteit van Aberdeen
Geologie is de studie van de rotsen in het binnenste van de aarde. Een belangrijk aspect van de wetenschap is het observeren van wat we aan de oppervlakte, in kliffen en steengroeven zien en vervolgens extrapoleren naar wat zich onder onze voeten bevindt. Geologen brengen al meer dan 200 jaar in kaart en meten, maar sinds kort de komst van drones heeft de manier waarop ze werken fundamenteel veranderd. Prof. John Howell en zijn groep aan de Universiteit van Aberdeen, in samenwerking met NORCE Research in Noorwegen, hebben een voortrekkersrol gespeeld bij het onderzoeken van de mogelijkheden hoe drones de manier waarop geologen kaarten maken kunnen verbeteren.
Veel van hun werk is gericht op oliemaatschappijen helpen om betere boorbeslissingen te nemen in plaatsen zoals de Noordzee. Prof. Howell legde uit dat “een bedrijf een put zal boren om een doel te raken dat duizenden meters onder de zeebodem ligt. Hun kennis van waar dat doelwit ligt, is gebaseerd op aangrenzende putten die zich mogelijk enkele kilometers verderop bevinden. We gebruiken de rotsen die we aan de oppervlakte bestuderen om beter te begrijpen wat er gebeurt met de lagen die we in de ondergrond willen volgen”. Aangezien typische putten meer dan $ 25 miljoen kosten, is het van grote waarde om hun kennis te gebruiken om de booronzekerheid te verminderen.
In de jaren ’90 begon de onderzoeksgroep van prof. Howell met het verzamelen van dit soort gegevens met behulp van analoge technieken. Het ging om fotograferen, schetsen, meten en veel abseilen om bij de moeilijk toegankelijke stukjes te komen.
Later in 2004 begonnen ze terrestrische LiDAR te gebruiken, wat de nauwkeurigheid verbeterde, maar duur en omslachtig was. Het was ook nog steeds moeilijk om het bovenste deel van de klifsecties in beeld te brengen. Dit bracht hen later ertoe samen te werken met Helimap, een Zwitserse groep die een terrestrische Lidar in een helikopter had gemonteerd. De resultaten waren goed, maar het verzamelen van gegevens was erg duur, het verzamelen van gegevens van 1 km klif was meer dan $ 1000. Overstappen op drones in 2011 was een natuurlijke evolutie, aanvankelijk om afbeeldingen te verwerven om de gaten in de modellen te vullen en vervolgens om de modellen te bouwen met behulp van fotogrammetrie.
In 2014, toen ze hun eerste DJI Phantom hadden gekocht, had de drone/fotogrammetrie-aanpak: verving de lasers als het alledaagse gereedschap bij uitstek. Vier jaar later werden deze technieken op grote schaal toegepast door de geologische gemeenschap. Prof Howell noemt dit ‘de virtuele ontsluitingsrevolutie’.
EEN virtuele ontsluiting is een fotorealistisch 3D-model van een klifsectie, die kunnen worden gebruikt om soortgelijke metingen te doen als een geoloog in het veld zou doen. De wijdverbreide toepassing van deze benadering in de geologie is het gevolg van twee parallelle ontwikkelingen in de technologie.
- De opkomst van betaalbare, gemakkelijk te vliegen drones met cameradrones van hoge kwaliteit zoals de DJI Phantom-serie;
- De ontwikkeling van Structuur voor beweging (SfM) — een tak van fotogrammetrie waarmee 3D-modellen van complexe functies, zoals kliffen, kunnen worden opgebouwd uit standaardfoto’s op een gewone desktop- of laptopcomputer. Hoewel fotogrammetrie al meer dan 100 jaar bestaat, maakten deze nieuwe algoritmen het toegankelijk voor niet-specialisten en tegen betaalbare prijzen.
Prof. Howell en zijn collega’s hebben verschillende benchmarkonderzoeken uitgevoerd om modellen te vergelijken die zijn gemaakt op basis van gegevens die zijn verzameld met de LiDAR-scanner en de drones. Hoewel de LiDAR-modellen nauwkeuriger en nauwkeuriger zijn, zijn de fotogrammetrische modellen meer dan geschikt voor het beoogde doel en waar een traditioneel onderzoek van 1 km klif zou 2 mensen kunnen vergen 2-3 dagen scannen en een week verwerking, dezelfde grond kan worden bedekt met de drone in 20 minuten en ’s nachts verwerkt. .
Nauwkeurigheid wordt traditioneel gemeten als Ground Sample Density (pixelgrootte). De onderzoeksgroep keek verder naar zowel nauwkeurigheid als precisie, waarbij: precisie is de afstand tussen 2 punten in het model vergeleken met die afstand in de echte wereld, en nauwkeurigheid is het plaatsen van functies op het model ten opzichte van hun echte wereldcoördinaten.
In modellen die enkele kilometers lang zijn, legt hij uit, hebben onderzoekers doorgaans een nauwkeurigheid van enkele centimeters. Dat is vergelijkbaar met de LiDAR-gegevens die ze gebruikten om alleen veel sneller te verzamelen. Met moderne LiDAR-systemen is het misschien mogelijk om nu sub cm te krijgen, maar in tegenstelling tot bouwkundig onderzoek is dit detailniveau doorgaans niet vereist.
Met de wijdverbreide introductie van de virtuele ontsluitingsbenadering, zijn de toepassingen belangrijker geworden dan de methoden op zich. Naast hun werk met de olie-industrie heeft de groep een aantal andere interessante projecten gedaan, met name hun onderzoekswerk op Stromboli, in Zuid-Italië, wat leidde tot de allereerste 3D thermisch model van een actieve vulkaan.
Het gebruik van drones om uitbarstingen te voorspellen is al goed gedocumenteerd in de bijzonder geval van de Etna, op Sicilië. In dit specifieke werk aan Stromboli heeft het team de krachten gebundeld met Prof Dougal Jerram, een vulkanoloog van de Universiteit van Oslo. Ze gebruikten een reeks drones geleverd door COPTRZ tot breng de vulkaan in kaart met behulp van standaard fotogrammetrie en thermische beeldvorming. Het werk werd gedocumenteerd in een korte film verkrijgbaar bij de Universiteit van Aberdeen. Het team is in 2017 en 2019 twee keer teruggekomen om te controleren hoe de vulkaan is veranderd en zal terugkeren zodra de Covid19-beperkingen zijn opgeheven.
Vulkanen zoals Stromboli zijn al goed gedocumenteerd en gecontroleerd, maar het doel van de onderzoeksgroep op langere termijn is het ontwikkelen van een goedkope, op drones gebaseerde, vulkaanmonitoringsystemen die kunnen worden ingezet in ontwikkelingslanden. Met meer dan een half miljard mensen die in gebieden wonen die het risico lopen op uitbarstingen, is voorspelling de sleutel. Hun doel is om een systeem te ontwikkelen dat herhaald onderzoek doet en dat vervolgens kan worden gebruikt om te zoeken naar veranderingen in de warmtestroom op lange termijn en veranderingen in het grondoppervlak die vaak de voorloper zijn van uitbarsting. Een dergelijk autonoom systeem zou een fractie kosten van de kosten van conventionele monitoringsystemen.
Met 9 onderzoekers en 20 PhD-studenten die aan een breed scala aan virtuele geologieprojecten werken, zet de groep zich ook in voor outreach en de resultaten van hun werk delen met de wereld als geheel. “Toen we aanvankelijk met virtuele ontsluitingen begonnen te werken, was er geen software om de gegevens te visualiseren of te manipuleren, dus hebben we onze eigen software gebouwd”. Ze hebben onlangs uitgebracht Limoen, hun gespecialiseerde software voor de bredere gemeenschap om te gebruiken en het heeft bleek van onschatbare waarde voor geologen over de hele wereld.
Toen Covid-19 het reizen stopte, ze lanceerden een website genaamd V3Geo die meer dan 200 van hun beste modellen toont via een speciaal gebouwde webviewer. De modellen zijn openbaar beschikbaar voor onderwijs- en onderzoeksdoeleinden en zijn van onschatbare waarde geweest voor academici en groepen die moeite hebben om online alternatieven te vinden voor traditionele excursies
“We zijn erg enthousiast over het aantal mensen dat V3Geo gebruikt”, zegt prof. Howell. “De volgende fase zal zijn om het open te stellen voor anderen om hun modellen te delen, een online gemeenschap op te bouwen en alle ontsluitingen van de wereld te laten zien. Terwijl we al 220 jaar geologische kaarten maken, maken we pas 20 jaar virtuele ontsluitingen. Het toekomstpotentieel is enorm en wordt alleen beperkt door onze verbeeldingskracht”, zegt hij.
Prof. Howell is een groot voorstander van delen en wil wetenschappers graag aanmoedigen om gegevens te verzamelen met behulp van drones. We raad aan om de volgende kaartoplossingen te overwegen:, met meer details beschikbaar in onze koopgids:
