La surface de la Terre est soumise à des changements continus qui façonnent dynamiquement les paysages naturels. Des phénomènes mondiaux comme le changement climatique jouent un rôle, tout comme à court terme, événements locaux d'origine naturelle ou humaine. Le groupe de recherche 3-D Geospatial Data Processing (3DGeo) de l'Université de Heidelberg a développé une nouvelle méthode d'analyse pour aider à améliorer notre compréhension des processus façonnant la surface de la Terre comme ceux observés dans les paysages côtiers ou de haute montagne. Contrairement aux méthodes conventionnelles qui comparent généralement deux instantanés de la topographie, l'approche de Heidelberg peut déterminer, de manière entièrement automatique et sur de longues périodes, quand et où les altérations de surface se produisent et quel type de changements associés elles représentent.

La méthode, appelée segmentation spatio-temporelle, a été développé sous la direction du Prof. Dr. Bernhard Hoefle, dont le groupe 3DGeo est basé à l'Institut de géographie et au Centre interdisciplinaire de calcul scientifique (IWR) de l'Université de Heidelberg. "En observant des histoires de surface entières, notre nouvelle méthode informatique permet des approches plus flexibles. Contrairement aux méthodes précédentes, nous n'avons plus à spécifier quels processus de changement individuels nous voulons détecter ou les moments que l'analyse doit inclure, " déclare le spécialiste de la géoinformation. " Au lieu de cela, les zones et les périodes entières au cours desquelles des changements similaires se produisent sont identifiées de manière entièrement automatique. Les énormes ensembles de données tridimensionnelles des mesures laser automatiques dans le paysage révèlent ainsi divers types de changements que la comparaison directe de seulement deux points de mesure ne révèle pas. »

Entre autres techniques, L'équipe du professeur Hoefle utilise le balayage laser terrestre (TLS) pour mesurer les paysages montagneux et côtiers. Il génère des modèles tridimensionnels d'un paysage représenté par des milliards de points de mesure dans des nuages ​​de points dits 3-D. « Des systèmes de mesure sont installés sur site et captent le terrain en bref, intervalles réguliers sur plusieurs mois, générant ainsi des séries temporelles tridimensionnelles, " explique Katharina Anders, un doctorat étudiant dans le groupe de recherche de Bernhard Hoefle et à l'IWR de l'Université de Heidelberg. Ces séries temporelles 3D sont spéciales car elles contiennent à la fois les propriétés temporelles et spatiales (ergo 4-D) des changements de surface, qui peut ensuite être revu comme dans une vidéo time-lapse.

« La segmentation spatio-temporelle nous permet de différencier en détail entre différents phénomènes que les méthodes conventionnelles détectent comme un événement unique ou parfois pas du tout, " déclare Katharina Anders. Les scientifiques de la géoinformation de Heidelberg ont appliqué leur méthode à une série chronologique en 3D d'une partie de la côte aux Pays-Bas, qui a été acquise toutes les heures sur cinq mois par des scientifiques de l'Université de technologie de Delft. L'analyse des données de toute la période d'observation a révélé plus de 2, 000 changements représentant une accumulation ou une érosion temporaire de sable qui se sont produites à différents endroits à des ampleurs variables et à différentes périodes de temps. Dans ce cas, le transport dynamique du sable enregistré par le système de mesure a été causé par des interactions complexes du vent, vagues, et l'influence humaine. Par conséquent, plusieurs camions de sable ont été transportés en moyenne sur une surface de 100 mètres carrés sur une période de quatre semaines, sans influence des grandes tempêtes.

Les résultats de telles analyses fournissent la base pour d'autres études de phénomènes spécifiques ou de processus sous-jacents. À la fois, les informations obtenues sur l'évolution dynamique des surfaces ouvrent de nouvelles possibilités de paramétrage et donc d'adaptation de modèles environnementaux informatisés. « La méthode que nous avons développée contribue donc globalement à améliorer notre compréhension géographique de la dynamique naturelle des paysages, " ajoute Katharina Anders.