ادغام و مشخصه‌سازی تحرک تپه‌های ساحلی: توسعه یک روش محاسبه حجم انعطاف‌پذیر

تپه های شنی ساحلی از پیچیده ترین رابط ها برای مطالعه در جهان هستند. بهبود دانش مورفودینامیک آنها برای درک بهتر تحولات کنونی و تلاش برای پیش بینی آینده ضروری است. استفاده اخیر از بردارهای جدید که پهپادها، پهپادها و پهپادها هستند، وضوح زمانی و مکانی داده های ژئوماتیک به دست آمده در این محیط ها را بهبود می بخشد. بسیاری از مطالعات تلاش می کنند تا تغییرات رسوبی را که از تاریخی به تاریخ دیگر رخ می دهد با استفاده از حجم های دیفرانسیل اندازه گیری کنند. به طور خاص، آنها درک نقش طوفان‌ها، گاهی فرسایشی، و همچنین پاسخ‌های مورفولوژیکی احتمالی دوره‌های بازسازی مرتبط را ممکن می‌سازند. یکی از روش‌های اولیه برای محاسبه تحولات حجمی، ارزیابی تعیین حدود عمودی انگشت تلماسه است. با این حال، محدود کردن محیط متحرک و متغیر، از نظر زمانی و مکانی، به یک تحدید حدود توپوگرافی عمودی ساده دشوار است. این مطالعه به منظور برآورد خطای ناشی از استفاده از روش آستانه عمودی انجام شد. در نمونه هایی که انجام شد، این خطا به دور از چشم پوشی بود و ممکن است در برخی موارد بیشتر از تحولات حجم های اندازه گیری شده باشد. برای غلبه بر این مشکل، یک روش جایگزین ایجاد شد. سازگاری ظاهراً بهتر با این محیط های متحرک بود که تپه های شنی ساحلی هستند. برای غلبه بر این مشکل، یک روش جایگزین ایجاد شد. سازگاری ظاهراً بهتر با این محیط های متحرک بود که تپه های شنی ساحلی هستند. برای غلبه بر این مشکل، یک روش جایگزین ایجاد شد. سازگاری ظاهراً بهتر با این محیط های متحرک بود که تپه های شنی ساحلی هستند.

کلید واژه ها

تپه شنی ساحلی ، محاسبه حجم ، تکامل سیستم تپه‌های ساحلی

1. مقدمه

تپه های شنی ساحلی بخشی از پیچیده ترین مرزهای طبیعی برای مطالعه هستند [ 1 ]. فشارهای انسانی بر این محیط ها، مانند شهرنشینی و گردشگری، آسیب پذیری بیشتری را در برابر تغییرات آب و هوایی شامل می شود: افزایش سطح دریا، اثرات طوفان و سایر خطرات ساحلی [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]. این مقاله به بهبود دانش علمی و جمع آوری داده ها در مورد رفتار ساحل و تپه های شنی می پردازد. بیشتر مطالعاتی که به این موضوع می پردازند بر اساس تحلیل فضایی و با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) انجام شده است. این داده‌ها می‌توانند عکس‌های هوایی، مدل‌های دیجیتال ارتفاع (DEM)، ویژگی‌های توپوگرافی و بسیاری از عناصر دیگر باشند که امکان تفسیر دینامیک و فرآیندهای فضایی را فراهم می‌کنند [ 5 ] – [ 10 ]] . در حوزه بررسی تپه های شنی ساحلی، این ابزارها این فرصت را به ما می دهند تا تحولات مورفولوژیکی را بهتر برآورد کنیم: موقعیت خط ساحلی [ 6 ] [ 11 ] [ 12 ]، پوشش گیاهی [ 13 ] [ 14 ] و بودجه رسوبی (تعریف شده به عنوان تعادل بین تغییرات در حجم رسوب ذخیره شده در سیستم ساحل و تپه و مجموع حجم رسوب ورودی یا خروجی از سیستم) [ 15 ] – [ 21 ].

مطالعه ما بر روش‌های موجود که با محاسبه تغییرات حجم تپه‌های شنی ناشی از اثرات طوفان [ 20 ] [ 22 ] [ 23 ] و بازسازی‌های پس از سانحه زیر [ 21 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] سر و کار دارند، متمرکز است.] . بخش بزرگی از مطالعات با هدف محاسبه حجم تپه‌های ساحلی بر اساس وسعت فضایی تپه‌های شنی و پارامترهای به‌خوبی استفاده شده است که در عمل به راحتی قابل استفاده هستند: پروفیل‌های متقاطع، حد عمودی تپه انگشت پا، نقطه ای بدون تحرک که روی تپه خاکستری قرار دارد. آن مطالعات خطای مرتبط با روش حد عمودی را ضعیف توصیف یا محاسبه کردند. مشاهدات میدانی، به‌ویژه در فرکانس‌های بالا و وضوح‌های فضایی، نشان می‌دهد که ساحل و تپه‌های سفید از جمله محیط‌های متحرکی هستند که در آن مدل‌سازی رفتار با محدودیت‌های ثابت کار نمی‌کند. ما فرض می‌کنیم که بدون ادغام مجموعه پیچیده‌تری از پارامترها، اطلاعات باارزش می‌تواند از بین برود، به طوری که در موارد خاص، تجزیه و تحلیل و تفاسیر حاصل از این گردآوری اشتباه داده‌ها را می‌توان بی‌اثر دانست [ 1 ]] [ 6 ] [ 7 ] [ 21 ] [ 27 ] .

هدف مطالعه ما ارزیابی بهتر سوگیری بین یک روش کلاسیک محاسبه حجم (با استفاده از محدودیت‌های عمودی دلخواه) و واقعیت میدانی است و سپس سعی می‌کند خطاهای مرتبط را کمیت کند. برای این منظور، یک پروتکل ژئوماتیک تأیید، با استفاده از لیدار (تشخیص و برد لیزری) و بررسی پهپاد (وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین)، توسعه داده شده است و یک روش جدید برای محاسبه حجم، با استفاده از یک نسخه اقتباس شده از توپومتری «برش و پر کردن» ایجاد شده است. تکنیک اندازه گیری، در دو سایت کنترل واقع در ساحل غربی فرانسه آزمایش شده است.

2. سایت فیلد

سایت های مطالعه در بخش مرکزی سواحل اقیانوس اطلس فرانسه واقع شده اند ( شکل 1 ). اولین مورد، ساحل Plaisance، یک خلیج سرپناه واقع در ساحل شرقی جزیره اولرون است. دومی، Truc-Vert، یک ساحل در معرض دید واقع در ساحل آکیتانیا است. هر دوی آنها در یک محیط جزر و مدی با دامنه جزر و مدی حدود 5.0 متر در حال تکامل هستند. در این منطقه، آب و هوای موجی بر حسب فصل متفاوت است، با جهت غالب غربی-شمال-غربی که حاکی از رانش ساحلی به سمت جنوب است. داده های هواشناسی از ایستگاه های هواشناسی محلی

نشان می دهد که بادهای غربی در فصل زمستان غالب است در حالی که نسیم دریا در تابستان می وزد.

2.1. Plaisance

سایت Plaisance از یک ساحل بزرگ و یک پیشروی کم ارتفاع تشکیل شده است که از یک جنگل کاج محافظت می کند که توسط یاروی La Malconche در شمال و سر Les Saumonards در شرق احاطه شده است. در این قسمت از جزیره اولرون، تورم شکسته می شود و امواج با شکستن در مقابل Plaisance عمدتا انرژی خود را از دست می دهند. فقط شرایط طوفان و/یا موج های طولانی مدت می توانند امواجی بیش از 1.0 متر ایجاد کنند. سیستم ساحل و تپه های شنی از ماسه های ریز (200 تا 350 میکرومتر) تشکیل شده است. ^{این جنگل در قرن} نوزدهم کاشته شد تا جمعیت محلی را از تهاجمات شن و ماسه و عقب نشینی در ساحل حفظ کند. امروزه موقعیت خط ساحلی توسط دایک ها و خاکریزهایی که در قسمت دوم قرن بیستم برپا شده است حفظ می شود ^.قرن. اخیراً، یک زمستان بسیار پرانرژی (2013-2014) باعث آسیب های مکرر بر روی تپه ها و سرریزهای متعدد در تنها چند ماه شد. به دنبال این ناهنجاری اقلیمی، بازیابی تپه های شنی مشاهده می شود. اما این سایت در برابر طوفان‌ها آسیب‌پذیر است، به‌ویژه طوفان‌هایی که در طول جزر و مد بهار بر ساحل تأثیر می‌گذارند.

2.2. Truc-Vert

مورفولوژی ساحل و تپه های شنی در Truc-Vert نشان دهنده شکل مستقیم ساحل آکیتانی است. پویایی غالب معمولاً آنهایی است که در سواحل بسیار در معرض دید مشاهده می شود، که تحت سلطه شرایط تورم است. در واقع، اگر آب و هوای موج میانگین ارتفاع موج قابل توجهی از 1.0 (تابستان) تا 2.0 متر (زمستان) را نشان دهد، امواج طوفان اغلب می توانند از 5.0 متر (و در موارد نادر از 8 متر) در نزدیکی ساحل تجاوز کنند. جریان‌های ریپ شدید هستند و نقش کلیدی در مورفودینامیک نزدیک ساحل بر روی این برآمدگی و سیستم راندل دارند. این تپه از رسوبات کاملاً ریز (200 تا 350 میکرومتر)، عمدتاً کوارتز تشکیل شده است. در مقایسه با سایت اولرون، فوردون بزرگ و به خوبی توسعه یافته است: میانگین عرض 200 متر و ارتفاع بیش از 10 متر. این سایت کمتر تحت تأثیر فعالیت‌های انسانی قرار می‌گیرد و هر دایک یا خاکریز برای حفظ خط ساحلی ساخته شده است. با این حال، بازسازی و کاشت علف مرم در دهه های گذشته فراوان بوده است. بنابراین، پیش‌آمده Truc-Vert را می‌توان یک ویژگی جوان و مصنوعی در نظر گرفت. شکاف ها به طور سیستماتیک پس از طوفان پر می شوند. “زمستان وحشتناک 2013-2014” باعث عقب نشینی بسیار شدید ساحلی و تشکیل یک صخره شنی شد. از آن زمان، بازیابی ساحل و تپه های شنی با نرخ بالای رسوب شن و ماسه در ساحل مشاهده شده است. پوشش گیاهی این روند را تسکین می دهد.

3. روش ها

3.1. کسب لیدار

این کمپین ها توسط موسسه ملی جغرافیایی (IGN)، با برنامه Litto 3D (2010، در Plaisance) و فرماندهی رصدخانه ساحل آکیتن (2014، در Truc-Vert) انجام شد. این یک Lidar هوابرد است که کالاهای آن DEM از وضوح متریک، تا 25 سانتی متر عدم قطعیت عمودی است [ 27 ]. نمونه برداری مجدد روی دو داده از ابرهای نقطه ناهموار انجام شده است. DEM نهایی دارای وضوح فضایی 0.5 متر، با 25 سانتی متر عدم قطعیت است.

3.2. پروتکل اکتساب پهپاد و فتوگرامتری

از سال 2016، یک پهپاد 1.7 کیلوگرمی (DJI Phantom 2) برای بررسی Truc-Vert استفاده می شود. این دستگاه به سنسور GoPro Hero 4 مشکی و گیمبال بدون براش سه محوره مجهز شده است. پارامترهای پرواز و موفقیت در ماموریت ها توسط سیستم بازگشت تصویری 5.8 گیگاهرتز ارائه می شود. این پهپاد ماموریت های خود را از برنامه پروازی برنامه ریزی شده با سرعت 5 تا 9 متر بر ثانیه (بسته به شدت باد) و ارتفاع 40 متر انجام داد. چندین نقطه کنترل زمینی دائمی با استفاده از GNSS دیفرانسیل (روش PPK) Trimble R6 [ 10 ] روی تپه پیاده‌سازی شده‌اند. داده های توپوگرافی با استفاده از نرم افزار Trimble و یک ایستگاه دائمی GNSS که در رویانسیتی واقع شده است، پس پردازش می شوند.

از سال 2016، یک پهپاد 1.4 کیلوگرمی (DJIPhantom 4 pro) برای بررسی Plaisance استفاده می شود که مجهز به سنسور 120 MP سونی Exmor است. پارامترهای پرواز و اجرای روان ماموریت با استفاده از اتصال “Lightbridge” 2.4 یا 5.8 گیگاهرتز کنترل می شود. این پهپاد ماموریت های خود را از برنامه پروازی برنامه ریزی شده با سرعت 6 متر بر ثانیه انجام داده و همچنین در ارتفاع 40 متری هر 2 ثانیه عکس ها در حالت پورت گرفته می شود. چندین ایست بازرسی دائمی بر روی تپه تپه‌ها ایجاد شده و سایرین در هر ماموریت در ساحل مستقر هستند. آنها عبارت هستند (روش PPK) به دیفرانسیل GPS TrimbleGEOXH6000. داده های توپوگرافی با استفاده از نرم افزار Trimble و یک ایستگاه دائمی GNSS در نزدیکی آن واقع در جزیره Aix پس پردازش می شوند.

سپس تمام عکس‌های به‌دست‌آمده در طول مبارزات میدانی با استفاده از نرم‌افزار AgisoftPhotoscanPro پس پردازش می‌شوند. در طول درمان های فتوگرامتری، عکس ها در یک راستا قرار می گیرند. این عمل باعث ایجاد برخی خطاهای سیستماتیک (تغییر شکل هندسی)، اساساً در صفحه عمودی (کمی در پلان طولی) می شود. اثرات کاسه ای [ 28 ] زمانی که زمین ها بسیار طولانی و کمی گسترده باشند، آشکارتر می شوند. آنها با تنظیم دقت تراز دوربین ها و همچنین افزایش تراکم نقاط کنترل زمین تصحیح می شوند ( شکل 2 ).

برای هر کمپین، پهپاد چندین بازی داده تولید می کند:

・ عکس ارتو با وضوح فضایی 1.5 (Plaisance) و 2.5 سانتی متر (Truc-Vert).

・ Dem با وضوح فضایی 3 سانتی متر (Plaisance) و 2 سانتی متر (Truc-Vert) و جزئیات عمودی آن 6 (Plaisance) و 10 سانتی متر (Truc-Vert) است.

3.3. محاسبه حجم با آستانه عمودی و نمایه های توپوگرافی (v1)

بیشترین استفاده از روش محاسبه حجم از یک آستانه عمودی انجام می شود. معمولاً این تحدید حدود عمودی بر اساس برآوردهای بصری انگشت تلماسه یا شاخص دیگری است. این روش از پروفیل های متقاطع از آستانه عمودی و تا یک نقطه غیر تحرک واقع در تپه خاکستری استفاده می کند ( شکل 3 ). این تنظیم سطحی را القا می کند که می توان آن را در کنار ساحل محاسبه و برون یابی کرد تا حجمی به دست آید، مانند رابطه (1) زیر:

v 1 =∑np = 1( اسل )Lv1=∑p=1n(Sl)L(1)

که در آن p یک پروفیل متقاطع ساحلی است، سطح Sa، l برون یابی فاصله بین دو نیمرخ، L قسمت خطی ساحل مربوط به محاسبه برای بدست آوردن تغییرات خطی در امتداد ساحل ^m3 /m.

در این مطالعه، پروفایل های تپه با استفاده از افزونه ARCMAP، به نام DSAS [ 29 ] ترسیم شده است. ترانسکت ها هر 2 متر به طول 200 متر کشیده می شوند. علاوه بر این، هر ترانسکت با میانگین توپوگرافی به یک سری از مقاطع 0.25 متر بریده می شود. بنابراین سطح تمام پروفیل ها به صورت زیر محاسبه می شود (معادله (2)):

v 1 =∑np = 1(∑nt = 1( د(ایکس¯تی− v t ) ) l)Lv1=∑p=1n(∑t=1n(d(x¯T−vt))l)L(2)

که در آن p یک نمایه سواحل توپوگرافیک است، تا کشش 0.25 متر، d فاصله t، ایکس¯تیx¯Tمیانگین مقادیر توپوگرافی در فاصله d، vt آستانه عمودی است، L قسمت خطی ساحل مربوط به محاسبه برای بدست آوردن m ³ / m تغییرات ساحلی است.

3.4. محاسبه حجم با استفاده از آستانه عمودی و سطح چندضلعی (v1)

در این روش از پروفیل های متقاطع استفاده نمی شود، بلکه از یک سطح استفاده می شود ( شکل 4 ). سپس حجم ها طبق رابطه (3) زیر محاسبه می شوند:

v 2 =∑nپ= 1( ( ص− v t ) Sص )Lv2=∑P=1n((P−vt)Sp)L(3)

که در آن P یک پیکسل از مدل زمین دیجیتال، vt حد عمودی، SP سطح پیکسل DEM، L قسمت خطی ساحل مربوط به محاسبه برای بدست آوردن m ³ /m تغییرات در امتداد ساحل.

در این مطالعه، با استفاده از یک ماشین حساب شطرنجی، حد عمودی از زمین کم می شود. سپس زمین محاسبه شده در مدل حجم دیجیتال (DVM) با استفاده از سطح هر پیکسل تبدیل می شود. در کنار ساحل، محدودیت با ایجاد یک همسان در یک ارتفاع معین استخراج می شود. در خشکی، بدون محدودیت تحرک را می توان “با دست” یا ایجاد یک دیفرانسیل توپوگرافی با استخراج یک همسان تا 0 ردیابی کرد. سپس تمام دو مرز (دریا و خشکی) می توانند برای به دست آوردن یک چند ضلعی جمع شوند. سپس حجم با جمع کردن تمام پیکسل های DVM در سطح چند ضلعی محاسبه می شود.

اگر چندین چند ضلعی برای نشان دادن تغییرپذیری در کنار ساحل استفاده شود، باید همه چند ضلعی ها جمع شوند تا تعادل کل تحولات سایت مورد مطالعه (v2e) مطابق با معادله (4) زیر ارائه شود:

v 2 e =∑nE= 1(∑nپ= 1( ( ص− v t ) Sپ ) )Lv2e=∑E=1n(∑P=1n((P−vt)Sp))L(4)

که در آن E یک تأثیر توپوگرافی (چند ضلعی)، P یک پیکسل از مدل زمین دیجیتال، در مقابل حد عمودی، SP سطح پیکسل DEM، L قسمت خطی ساحل مربوط به محاسبه برای بدست آوردن m ³ /m در کنار ساحل است. تغییرات.

3.5. تحدید آستانه عمودی

حد عمودی مورد استفاده برای سایت Truc-Vert در 7 متر بالاتر از سطح متوسط ​​دریا، با مشاهدات بصری تعیین شد [ 15 ]. ما این حدود را برای تعیین قابلیت اجرا حفظ کردیم. حد عمودی مورد استفاده برای سایت Plaisance در 6.2 متر بالاتر از میانگین سطح دریا تعیین شد. این مقدار پس از تفسیر عکس از موقعیت انگشت پا و محاسبه میانگین توپوگرافی آن در سال های 2010 و 2017 به دست آمده است.

3.6. عکس-تعبیر انگشت تلماسه

در بررسی موقعیت انگشت پا در مقایسه با آستانه عمودی، انگشت تلماسه برای هر تاریخ میدان عکس تفسیر می شود. پارامترها یک شکست شیب هستند: با استفاده از dip و shadingraster، محاسبه شده از DEM. این شکست شیب با تفسیر محدودیت پوشش گیاهی تکمیل می شود که در هر عکس هوایی با وضوح بالا قابل مشاهده است. این شاخص انگشت پا معمولاً در مطالعات ساحلی استفاده می شود [ 5 ] [ 12 ]. وضوح فضایی مرتبط با تصاویر در جدول 1 به تفصیل آمده است.

3.7. خطا در محاسبه v1 و v2

با توجه به تحرک انگشت تلماسه، خطای مرتبط با استفاده از یک حد عمودی ثابت ممکن است با مقایسه انگشت تلماسه تفسیر شده با عکس و خطای به‌دست‌آمده با استفاده از همسانی حد عمودی محاسبه شود. ادغام این دو حد یک چند ضلعی ترسیم می کند که از آن می توان به محاسبات دست یافت. پیش از این، با توجه به اینکه همه حجم ها از حد عمودی محاسبه می شوند، مقادیر باید به مقادیر مطلق تبدیل شوند.

معادله (5) مورد استفاده برای محاسبه خطای v1 است:

ε v 1 =∑np = 1(∑nt = 1( دل ( | Z− v t | )))+εILεv1=∑p=1n(∑t=1n(dl(|Z−vt|)))+εIL(5)

که در آن p یک نمایه کراس است، تا کشش 0.25 متر، d فاصله t، ایکس¯تیx¯Tمیانگین مقادیر توپوگرافی در فاصله d، L قسمت خطی ساحل مربوط به محاسبه برای بدست آوردن m ³ /m تغییرات ساحلی، ε IεIخطای ابزاری (RMSE) مرتبط با اکتساب ها و همچنین پروتکل فتوگرامتری.

معادله (6) مورد استفاده برای محاسبه خطای v2 است:

ε v 2 =∑nپ= 1( ( | Z− v t | )اسp ) +εILεv2=∑P=1n((|Z−vt|)Sp)+εIL(6)

که در آن P یک پیکسل از DEM، Z مقدار توپوگرافی P، در مقابل حد عمودی، SP سطح پیکسل DEM، L قسمت خطی ساحل مربوط به محاسبه برای بدست آوردن m ³ /m تغییرات ساحلی است، ε IεIخطای ابزاری (RMSE) مرتبط با اکتساب ها و همچنین پروتکل فتوگرامتری.

3.8. محاسبات حجم با یک فیلد Dune سازگار با روش برش و پر کردن (v3)

برای ادغام بهتر تحرک ذاتی با سیستم تپه، رویکرد دیگری برای محاسبات حجم ایجاد کردیم. این جایگزین، انطباق اصل برش/پر کردن با محیط تپه‌ها و ساحلی است ( شکل 5)). استفاده از این روش به معنای تعیین موقعیت پنجه تپه‌ای و نقش برجسته‌های اصلی تپه (فوردون خراشیده و همچنین قله و طرف دیگر تپه) است. شناسایی این عناصر مورفولوژیکی بر اساس تفسیر عکس و استخراج خودکار شیب‌ها است. برای در نظر گرفتن تنوع موقعیت انگشتان تپه شنی، در طول مراحل فرسایش (به عقب و پایین آمدن) یا برافزایش (پیشروی به سمت دریا و بالا آمدن)، ما یک تفاوت بین دو DEM اعمال می کنیم (بنابراین حداقل دو اقدام برای شروع لازم است). از چند خطوط استخراج شده، چند ضلعی های فرسایش یا برافزایش حاصل می شود. سپس این چند ضلعی ها با چند ضلعی های دیگر ادغام می شوند. بنابراین، ابتدا لازم است که یک دیفرانسیل DEM محاسبه شده و آن را به DVM (روی هر پیکسل)، مطابق رابطه (7) زیر تبدیل کنیم:

D Vم= ( D Eم2 – D Eم1 ) SپDVM=(DEM2−DEM1)Sp(7)

که در آن DEM 1 قدیمی ترین اندازه گیری است، DEM 2 جدیدترین اندازه گیری است، Sp سطح پیکسل دیفرانسیل حاصله.

معادله (8) مورد استفاده برای محاسبه حجم از یک DVM:

v 3 =∑nc = 1( الف ) +∑nc = 1( E) +∑nc = 1( سی)Lv3=∑c=1n(A)+∑c=1n(E)+∑c=1n(C)L(8)

که در آن c واحدی از DVM است، A تأثیر فضایی بخش‌ها در برافزایش، E تأثیر فضایی مناطق فرسایشی، C فضای استراحت حق عبور، L قسمت خطی ساحل مربوط به محاسبه برای بدست آوردن m ³ است. /m تغییرات ساحلی.

اگر چند ضلعی برای نشان دادن یک تغییرپذیری درازکش استفاده شود، همه چند ضلعی ها باید برای تعادل کل تحولات سایت تحت حجم های مورد مطالعه (v3e)، طبق رابطه زیر (9) مرتب شوند:

v 3 e =∑nپ= 1(∑nc = 1( الف ) +∑nc = 1( E) +∑nc = 1( سی) )Lv3e=∑P=1n(∑c=1n(A)+∑c=1n(E)+∑c=1n(C))L(9)

که در آن P یک سطح (چند ضلعی) است.

خطای مرتبط با این روش (معادله (10)) به خطای مربوط به ابزارهای مستقر در پروتکل های مختلف و خطای مربوط به پروتکل فتوگرامتری خلاصه می شود. با ترکیب آنها، خطای کل در Truc-Vert از 10 سانتی متر و در Plaisance 5.6 سانتی متر بیشتر نمی شود:

ε ν3 =n ε ILεν3=nεIL(10)

که در آن n تعداد سلول های مورد استفاده برای محاسبه v3 و است ε IεIخطای (RMSE) مربوط به اکتساب ها و همچنین پروتکل فتوگرامتری.

3.9. نمودار جریان سنتز

یک نمودار جریان سنتز برای نشان دادن تمام محاسبات قبلی ارائه شده است ( شکل 6 ).

4. نتایج

4.1. تغییرپذیری تحدید خط ساحلی

برای محل Truc-Vert، انحراف در موقعیت انگشت تلماسه بین ایزوکانتور و تفسیر عکس با توجه به تاریخ‌ها متفاوت است ( شکل 7 ). لیدار تاریخی است که موقعیت های آن نزدیک ترین است (2014). فاصله بین دو مسیر بین 1.2 تا 4.9 متر با میانگین 2.2 متر است. به این

تاریخ، دو چند خطی که انگشت تلماسه را مشخص می کند، کاملاً از مورفولوژی تپه پیروی می کند. در زمان اکتساب، این تپه به دلیل تأثیر زمستان 2013-2014 بسیار آسیب دیده است [ 16 ]] . در این حالت، تعیین عمودی انگشت تلماسه آسان تر است. برای دو تاریخ دیگر (2016 و 2018)، تفاوت‌های بین حدود انگشتان دو تپه به شدت متفاوت است. در سال 2016، به نظر می رسد که ایزوکانتور بازسازی توپوگرافی ساحل بالایی را دنبال می کند. مسیر به طور کامل با تپه پا که توسط تفسیر عکس کشیده شده است متفاوت است. فاصله بین دو مسیر از 0 تا 18.6 متر با میانگین 10 متر متغیر است. وضعیت در سال 2018 مشابه است، با این تفاوت که ایزوکانتور خطی تر از سال 2016 است. شکاف قابل توجهی بین ایزوکانتور و انگشت تلماسه با تفسیر عکس وجود دارد. فاصله بین دو مسیر بین 7.2 تا 20.4 متر با میانگین 15.8 متر متغیر است.

در Plaisance، کنترل بخش قایق‌رانی نیز تفاوت‌های قابل‌توجهی را بین مقادیر محدود شده با تفسیر عکس و هم‌کانتور نشان می‌دهد ( شکل 8 ). این شکاف به خصوص به سمت مرکز منطقه، به دلیل ظهور تپه جنینی اهمیت دارد. در سال 2010، شکاف بین مرزهای انگشتان تپه شنی به طور متوسط ​​3 متر (پاکت از 0 تا 24 متر) بود. با این حال، در سال 2017، ایزوکانتور به حد تفسیر عکس نزدیکتر است، با فاصله متوسط ​​بین انگشتان دو تپه 0.5 متر (پاکت از 0 تا 14 متر).

4.2. تغییرپذیری ارتفاعی Longshore از Dune Toe

شکاف بین خطوط ایزوکانتور و تصویر تفسیر شده توسط تغییرات ارتفاعی در انگشت تلماسه در امتداد خط ساحلی شکل می‌گیرد ( شکل 9)). در Plaisance، در سال 2010 ارتفاع انگشت تلماسه بین 1 تا 7 متر (میانگین 4.7 متر) تغییر می کند. در سال 2017، میانگین تغییر کمی داشته است (5.1 متر)، با فواصل زمانی کاهش یافته است. این کاهش در گسترش به احتمال زیاد مربوط به بازسازی یک تپه شنی جنینی است. در Truc-Vert، تغییرات دائماً مثبت هستند. در سال 2014، این فاصله از 4.3 به 5.8 متر (میانگین 5 متر) بود. این تفاوت های کوچک با این واقعیت توضیح داده می شود که تپه در طول زمستان قبل از بررسی لیدار به شدت به صخره بریده شده بود، به طوری که توپوگرافی در این بخش کاملاً یکنواخت بود. در سال 2016، این فاصله به طور قابل توجهی افزایش می یابد، با مقادیر از 5.2 تا 8.6 متر (میانگین 7 متر). در سال 2018، ارتفاع انگشت تلماسه بین 7.4 تا 10 متر (میانگین 8.5 متر) متغیر است.

4.3. تفاوت های حجم تخمینی و سوگیری روش شناختی

نقطه مشترک بین روش های v1 و v2 استفاده از ترسیم خودسرانه انگشت تلماسه است. همانطور که قبلاً مشاهده شد، این یکی اغلب با واقعیت میدانی سازگار نیست. وقتی نوبت به محاسبه حجم ها از این تنظیمات می رسد، خطاهای کم و بیش قابل توجهی ایجاد می شود. مشاهدات ما نشان می دهد که این مورد به ویژه زمانی که موقعیت انگشت تلماسه به سرعت در حال تغییر است (در طول مراحل فرسایش یا بازسازی) است. این خطاها همانطور که به حجم تپه های شنی گزارش شده اند کم به نظر می رسند، زیرا آنها به طور مداوم کمتر از 1٪ هستند. اگر به تغییرات حجم، با تفاوت بین هر عبارت نگاه کنیم، در این مقیاس خطاها قابل توجه می شوند. دیفرانسیل پس از دیفرانسیل، گاهی اوقات آنها انباشته می شوند ( شکل 10(آ)). اگر مرحله ای از فرسایش و بازسازی بین بررسی ها مرتبط باشد (یا برعکس)، اتفاقاً ممکن است خطا لغو شود ( شکل 10 (ب)). اگر پویایی ادامه یابد، خطاهای تجمعی از دیفرانسیل حجم های محاسبه شده فراتر می رود که در تفسیری که می توانیم ارائه کنیم بی عواقب نیست.

روش محاسبه توسط خاکریزها، قلمه ها، که از این طریق رنج نمی برد، امکان بررسی تفاوت حجم های محاسبه شده با استفاده از v1 ( جدول 2 ) و v2 ( جدول 3 ) را فراهم می کند.

برای سایت Truc-Vert، خطای مربوط به دیفرانسیل 2014-2016 بیش از 100٪ از تغییرات محاسبه شده حجم ها است. دیفرانسیل 2016-2018 درجه قابل توجهی از خطا را نشان می دهد اما هر باقیمانده (نزدیک به 90٪).

برای سایت Plaisance، تقریب کمتر مهم است، با درجه خطا از 30٪ تا 35٪. در سال 2017، انگشت تلماسه محدود شده توسط ایزوکانتور بسیار نزدیک به انگشت تلماسه ای بود که عکس تفسیر شده بود (فاصله کمتر از 1.0 متر). حجم‌های موبیل‌شده نیز کوچک‌تر هستند و تخمین و محدود کردن حاشیه خطا را آسان‌تر می‌کنند.

5. بحث

استفاده از محدودیت های عمودی، برای محاسبه تغییرات حجم ماسه، گاهی اوقات برای محیط های تپه های ساحلی ناسازگار است. به خصوص آنهایی که مورفودینامیک از نظر زمان بسیار متغیر است و طیف وسیعی از تنوع در گسترش را ارائه می دهد. کمیت کردن خطاهای انباشته شده از این روش بسیار دشوار است. ما پروتکلی را بر اساس سایر شاخص‌های فیزیکی که توسط تفسیر عکس به کمک رایانه انجام می‌شود، ایجاد کردیم. نتایج و مقایسه رویکردهای موجود، ما را تشویق می‌کند تا روی این فرض کار کنیم که در برخی موارد، خطاها در محاسبه حجم‌ها می‌توانند از تغییرات میدان اندازه‌گیری شده بیشتر باشد. فرآیند تأیید در این مقاله از طریق دو سایت مطالعه مجزا نشان داده شده است. علاوه بر این، این کار در چندین پیکربندی دیگر در امتداد سواحل فرانسه اجرا شد.

یک حد عمودی در مورد ویژگی‌های ساحلی که تحت‌تاثیر تغییر موقعیت انگشت پا قرار نمی‌گیرند، مرتبط است. همانطور که در مثال یک تپه سهموی واقع در بالای تپه پیشرو و در حال تکامل به سمت تپه خاکستری ما از سالها بررسی کردیم [ 30 ]. آسان برای تعیین (برآورد بصری) و انجام (مقدار منحصر به فرد در سراسر ساحل)، روش را می توان به سایر رویکردها به دلیل این مزایا ترجیح داد. برعکس، زمانی که مورفودینامیک مشاهده شده به موقعیت انگشت شنی تکیه می کند و در جایی که این یکی بسیار متغیر است، باید روش دیگری انجام شود. بنابراین، جایگزین ما بر اساس مفهوم برش و پر کردن توپومتریک در چنین تنظیماتی بسیار سازگارتر است.

به عنوان مزیت اصلی، این روش به ما اجازه می دهد تا تنوع شکل زمین را بهتر ادغام کنیم. در مورد تپه های شنی ساحلی، ما می توانیم انگشت تلماسه و همچنین هر شاخص فیزیکی را که شامل اختلالات شیب باشد (بالای تپه، برآمدگی ها و حفره ها) به دقت شناسایی کنیم. همانطور که در شکل 11 نشان داده شده است، یک محفظه از قبل از ساحل و دراز ساحل از تپه کافی است .). خطاهای ایجاد شده توسط این رویکرد وجود دارد. اولین مورد مستقیماً به دلیل تکنیک های نشانگر فیزیکی ترسیم است. بنابراین تأیید فرآیند تولید داده ضروری است. به عنوان مثال، هر استخراج خودکار شکست های شیب باید با تفسیر عکس مقایسه شود و در صورت لزوم اصلاح شود. مورد دوم به دلیل خود فرآیند ژئوماتیک است، زمانی که چند ضلعی های به دست آمده سلول های شطرنجی را از DEM ورودی قطع می کنند. خطاهای انباشته شده برای Plaisance و Truc-Vert تخمین زده شد و مقادیری از 0.3٪ تا 3٪ را ارائه می دهد که کاملاً قابل قبول است.

این پروتکل در Truc-Vert از یک بررسی پهپاد با وضوح بالا که بین اکتبر 2016 و ژانویه 2018 انجام شد، اعمال شد ( شکل 12 ). شاخص های فیزیکی منتخب به ما اجازه می دهد تا تغییرات حجم شن و ماسه را در هر قسمت تشکیل دهنده سیستم ساحل و تپه، محاسبه کنیم، که از آنها می توان یک حجم جهانی را جمع کرد. در نتیجه، فرسایش و رسوب شن و ماسه با نرخ بالایی از دقت شناسایی می شوند. چنین تجزیه ای از ویژگی های ساحلی، در وضوح بالا، هم در ساحل و هم در ساحل، برای پالایش تجزیه و تحلیل مورفولوژیکی مفید است.

6. نتیجه گیری

این مطالعه نشان می دهد که استفاده از محدودیت های عمودی تعریف شده دلخواه تنها راه محاسبه تغییرات حجم ساحل و تپه های شنی نیست. همانطور که از طریق مثال های Plaisance و Truc-Vert نشان داده شده است، این روش از عدم دقت رنج می برد که منجر به دست کم گرفتن تغییرپذیری بالقوه موقعیت انگشت تلماسه می شود. در برخی موارد، تحرک مورفولوژیکی ساحل و تپه بیش از حد گسترده است و ارتباط روش را مورد سوال می نامند. در این مقاله، ما می‌خواستیم بر روی این مشکل تمرکز کنیم، یک پروتکل ژئوماتیک برای تعیین کمیت خطاهای مرتبط ایجاد کردیم و سپس سعی کردیم یک روش جایگزین برای محاسبه حجم ماسه ایجاد کنیم.

دلیل اصلی عدم انطباق محدودیت عمودی گاهی اوقات این است که ساحل و تپه شنی نرخ بازیابی یکسانی ندارند [ 21 ]. انگشت تلماسه توسط یک تپه جنینی که تا حدی توسط پوشش گیاهی پیشگام پوشیده شده است، به وجود می آید. این به معنای ناهمگونی توپوگرافی، هم در ساحل و هم در طول ساحل است. نادیده گرفتن این عناصر ضروری، تحرک و ناهمگونی، منجر به نتایج اشتباه و تحلیل های نادرست می شود. ترکیبی از بررسی داده‌های فتوگرامتری با وضوح بالا و استفاده از روش توپوگرافی برش و پر کردن مشتق شده به ما اجازه داد تا خطاهای مرتبط با محاسبه حجم شن و ماسه را به طور قابل‌توجهی کاهش دهیم و مورفودینامیک ساحل و تپه‌های شنی را بهتر برآورد کنیم.

این کار چندین سرنخ برای توسعه و دیدگاه های متعدد ارائه می دهد. علاوه بر این، بهبود روش برش و پر کردن تطبیقی ​​ما می‌تواند با استفاده از تصاویر چند طیفی از تپه‌های شنی ساحلی جمع‌آوری‌شده از طریق پهپاد اعمال شود. این اندازه‌گیری‌های اضافی می‌توانند ما را قادر سازند تا تعداد و کیفیت پارامترهایی را که از آنها برجستگی‌های تپه‌ها را مشخص می‌کنیم، افزایش دهیم. در غیر این صورت، با استفاده از تکنیک‌های سنجش از دور و پردازش‌های تصویری مختلف، به ما این امکان را می‌دهد که نقش پوشش گیاهی و تعاملات آن را با مورفودینامیک تپه‌ها ادغام کنیم.

منابع

[ 1 ]	Pilkey, OH, ed. (2011) سواحل جهان: راهنمای جهانی برای علم خط ساحلی. انتشارات دانشگاه کالیفرنیا، برکلی.
[ 2 ]	کوهن، جی (1997) برآورد جمعیت ساحلی. علم، 278، 1209-1213. https://doi.org/10.1126/science.278.5341.1209c
[ 3 ]	Ghermandi، A. and et Nunes، PALD (2013) نقشه جهانی ارزش های تفریحی ساحلی: نتایج حاصل از یک متاآنالیز صریح فضایی. اقتصاد اکولوژیک، 86، 1-15. https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2012.11.006
[ 4 ]	Cazenave, A., Dieng, H.-B., Meyssignac, B., von Schuckmann, K., Decharme, B. and et Berthier, E. (2014) The Rate of Sea-Level Rise. تغییر اقلیم طبیعت، 4، 358-361. https://doi.org/10.1038/nclimate2159
[ 5 ]	فلچر، سی، رونی، جی.، باربی، ام.، لیم، اس.-سی. و همکاران ریچموند، بی. (2004) نقشه برداری تغییر خط ساحلی با استفاده از ارتوفتوگرامتری دیجیتال در مائوئی، هاوایی. مجله تحقیقات ساحلی، SI 38، 106-124.
[ 6 ]	Benoit, G., Bruno, C. and et Vincent, M. (2016) به‌روزرسانی در مورد تکامل خط ساحلی در جنوب غربی فرانسه با استفاده از تجزیه و تحلیل دیاکرونیک عکس‌های اصلاح‌شده ارتو از سال 1950. (منتشر نشده)
[ 7 ]	Lee, I.-CJ, Wu, B. and et Li, R. (2009) استخراج خط ساحلی از ادغام داده‌های ابر نقطه لیدار و عکس‌های اورتوفوتو هوایی با استفاده از تقسیم‌بندی میانگین شیفت.
[ 8 ]	Goncalves، JA and et Henriques, R. (2015) فتوگرامتری پهپاد برای پایش توپوگرافی مناطق ساحلی. ISPRS مجله فتوگرامتری و سنجش از دور، 104، 101-111. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2015.02.009
[ 9 ]	Guillot, B. and et Pouget, F. (2015) کاربرد پهپاد در محیط ساحلی، نمونه ای از جزیره اولرون برای بررسی تپه های شنی و دایک. ISPRS-بایگانی بین المللی فتوگرامتری، سنجش از دور و علوم اطلاعات فضایی، XL-3/W3، 321-326. https://doi.org/10.5194/isprsarchives-XL-3-W3-321-2015
[ 10 ]	Guillot, B., Castelle, B., Marieu, V., Bujan, S. and et Rosebery, D. (2018) مانیتورینگ پهپاد بازیابی نسبی 3 ساله Foredune از یک زمستان سخت: Truc Vert Beach, SW France. مجموعه مقالات سمپوزیوم بین المللی ساحلی (ICS) 2018، بوسان، جمهوری کره، مه 2018، 276-280. https://www.bioone.org/doi/10.2112/SI85-056.1
[ 11 ]	Almonacid-Caballer, J., Sánchez-García, E., Pardo-Pascual, JE, Balaguer-Beser, AA and et Palomar-Vázquez, J. (2016) ارزیابی میانگین سالانه موقعیت خط ساحلی برگرفته از تصاویر Landsat به عنوان یک تصویر اصطلاح شاخص تکامل ساحلی. زمین شناسی دریایی، 372، 79-88. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2015.12.015
[ 12 ]	کاستل، بی، و همکاران. (2018) الگوهای مکانی و زمانی تغییر خط ساحلی 280 کیلومتری سواحل شنی مختل شده با انرژی بالا از سال 1950 تا 2014: جنوب غربی فرانسه. مصب، علوم سواحل و قفسه.
[ 13 ]	Pouget, F. (1988) Télédétection et Vegétation du miieu dunaire aquitain: Identification des facies de la dune littorale à partir de données du satellite Spot. رساله دکتری.
[ 14 ]	Ash, JE and et Wasson, RJ (1983) تحرک گیاهی و شنی در Dunefield صحرای استرالیا. Zeitschrift fur Geomorphologie, 45, 7-25.
[ 15 ]	Castelle, B., Bujan, S., Ferreira, S. and et Dodet, G. (2017) Foredune Foredune Mourphological Changes and Beach Recovery from the Extreme Winter 2013/2014 in High-Energy Sandy Coast. زمین شناسی دریایی، 385، 41-55. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2016.12.006
[ 16 ]	کاستل، بی، و همکاران. (2015) تأثیر مجموعه طوفان‌های شدید اروپای غربی زمستان 2013-2014 در ساحل شنی دو میله: فرسایش ساحل و تپه‌ها و فروافتادگی‌های مگاکاسپ. ژئومورفولوژی، 238، 135-148. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2015.03.006
[ 17 ]	Anthonsen، KL، Clemmensen، LB and Jensen، JH (1996) تکامل یک تپه از شکل هلالی به سهموی در پاسخ به تغییرات آب و هوایی کوتاه مدت: Rabjerg Mile، Skagen Odde، دانمارک. ژئومورفولوژی، 17، 63-77. https://doi.org/10.1016/0169-555X(95)00091-I
[ 18 ]	Masselink، G.، و همکاران. (2016) فعالیت امواج شدید در طول 2013/2014 زمستان و اثرات مورفولوژیکی در امتداد ساحل اقیانوس اطلس اروپا: امواج شدید اقیانوس اطلس در طول 2013/2014. نامه تحقیقات ژئوفیزیک، 43، 2135-2143. https://doi.org/10.1002/2015GL067492
[ 19 ]	Suanez, S., Cariolet, J.-M., Cancouet, R., Ardhuin, F. and Delacourt, C. (2012) بازیابی تپه های شنی پس از فرسایش طوفان در یک ساحل پرانرژی: ساحل Vougot، بریتانی (فرانسه). ژئومورفولوژی، 139-140، 16-33. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2011.10.014
[ 20 ]	مورتون، RA، Paine، JG و Gibeaut، JC (1994) مراحل و مدت زمان بازیابی ساحل پس از طوفان، ساحل جنوب شرقی تگزاس، ایالات متحده. مجله تحقیقات سواحل، 10، 884-908.
[ 21 ]	Houser, C., Wernette, P., Rentschlar, E., Jones, H., Hammond, B. and Trimble, S. (2015) بازیابی ساحل و تپه های شنی پس از طوفان: مفاهیمی برای انعطاف پذیری جزیره مانع. ژئومورفولوژی، 234، 54-63. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2014.12.044
[ 22 ]	Hesp, P. (2011) Dune Coasts. در: رساله در مورد رودخانه و علوم ساحلی، الزویر، نیویورک، 193-221. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-374711-2.00310-7
[ 23 ]	Bramato، S.، Ortega-Sánchez، M.، Mans، C. و Losada، MA (2012) بازیابی طبیعی یک ساحل مخلوط شن و ماسه پس از یک توالی از یک طوفان کوتاه مدت و ایالات متوسط ​​​​دریایی. مجله تحقیقات سواحل، 279، 89-101. https://doi.org/10.2112/JCOASTRES-D-10-00019.1
[ 24 ]	آنتونی استالینز، جی و کورنبلیت، دی (2018) وابستگی متقابل ویژگی‌های انعطاف‌پذیری ژئومورفیک و اکولوژیک در یک زمینه جغرافیایی. ژئومورفولوژی، 305، 76-93. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2017.09.012
[ 25 ]	Chaffin، BC و Scown، M. (2018) تاب آوری اجتماعی-اکولوژیکی و سیستم های ژئومورفیک. ژئومورفولوژی، 305، 221-230. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2017.09.038
[ 26 ]	هولینگ، CS (1973) انعطاف پذیری و پایداری سیستم های اکولوژیکی. بررسی سالانه اکولوژی و سیستماتیک، 4، 1-23. https://doi.org/10.1146/annurev.es.04.110173.000245
[ 27 ]	Jolivet, P. and Lamarre, V. (2008) Litto3D V 1.0 Spécifications Techniques V 1.4. IGN، SHOM.
[ 28 ]	Tournadre, V., Pierrot-Deseilligny, M. and Faure, PH (2015) UAV Linear Photogrammetry. آرشیو بین المللی فتوگرامتری، سنجش از دور و علوم اطلاعات مکانی، 40، 327-333. https://doi.org/10.5194/isprsarchives-XL-3-W3-327-2015
[ 29 ]	USGS (2016) وزارت کشور، DSAS 4.0، نصب، دستورالعمل ها و راهنمای کاربر، به روز شده برای نسخه 4.3.
[ 30 ]	Guillot, B., Regnauld, H., Musereau, J. and Pouget, F. (2018) بررسی پهپاد فرکانس بالا از تکامل تپه شنی سهموی در خلیج Gurp (فرانسه) از 2011 تا 2018.