Photogrammetry and image processing techniques for beach monitoring

Abstract

[ES] Las playas son ambientes ecológicos sumamente valiosos donde a lo largo de una frágil franja de transición converge el entorno terrestre y el medio marino. Durante el último siglo, la mejora en la comprensión de los procesos físicos que ocurren en la zona costera se ha convertido en un asunto de máxima importancia. Para abordar una planificación coherente de la gestión costera se requiere tomar en consideración el dinamismo de los diferentes cambios morfológicos que caracterizan estos ambientes a distintas escalas espaciales y temporales. El límite tierra-agua varía en función de la posición del nivel del mar y de la forma del perfil de playa que continuamente queda modelado por las olas incidentes. Intentar modelizar la respuesta de un paisaje tan voluble geomorfológicamente como las playas requiere disponer de múltiples medidas registradas con suficiente precisión para poder reconocer su respuesta frente a la acción de los distintos agentes geomórficos. Para ello resulta esencial disponer de diferentes sistemas de monitorización capaces de registrar de forma sistemática la línea de costa con exactitud y efectividad. Se requieren nuevos métodos y herramientas informáticas que permitan capturar, caracterizar y analizar eficientemente la información con el objeto de obtener indicadores con significación geomorfológica de calidad. En esto radica el objetivo de la presente tesis doctoral, centrándose en el desarrollo de herramientas y procedimientos eficientes para la monitorización costera mediante el uso de imágenes satelitales y fotografías terrestres. El trabajo aporta soluciones de procesamiento de imágenes de satélite y fotogramétricas a científicos, ingenieros y gestores costeros, proporcionando resultados que evidencian la gran utilidad de estas técnicas viables y de bajo coste para la monitorización costera. Mediante ellas se puede convertir información pública existente y de libre acceso (imágenes satelitales, datos de video cámaras o fotografías de la ciudadanía) en datos de alta calidad para el monitoreo de los cambios morfológicos de las playas, y lograr así una consiguiente gestión sostenible de los recursos costeros.

[CA] Les platges són ambients ecològics summament valuosos on al llarg d'una feble franja de transició convergeix l'entorn terrestre i el medi marí. En l'últim segle, la millora en la comprensió dels processos físics que ocorren en la zona costanera s'ha convertit en un assumpte de màxima importància. Per a abordar una planificació coherent de la gestió costanera es requereix prendre en consideració el dinamisme dels diferents canvis morfològics que caracteritzen aquests ambients a diferents escales espacials i temporals. El límit terra-aigua varia en funció de la posició del nivell del mar i de la forma del perfil de platja que contínuament queda modelat per les ones incidents. Intentar modelitzar la resposta d'un paisatge tan voluble geomorfològicament com les platges requereix disposar de múltiples mesures registrades amb suficient precisió per poder reconèixer la seua resposta enfront de l'acció dels diferents agents geomòrfics. Per tant, resulta essencial disposar de diferents sistemes de monitoratge capaços de registrar de forma sistemàtica la línia de costa amb exactitud i efectivitat. Es requereixen nous mètodes i eines informàtiques que permeten capturar, caracteritzar i analitzar eficientment la informació a fi d'obtindre indicadors amb significació geomorfològica de qualitat. En això radica l'objectiu de la present tesi doctoral, que es centra en el desenvolupament d'eines i procediments eficients per al monitoratge costaner mitjançant l'ús d'imatges de satèl·lit i fotografies terrestres. El treball aporta solucions de processament d'imatges de satèl·lit i fotogramètriques a científics, enginyers, polítics i gestors costaners, proporcionant resultats que evidencien la gran utilitat d'aquestes tècniques factibles i de baix cost per a la monitorització costanera. Mitjançant aquestes es pot convertir informació pública existent i de lliure accés (imatges de satèl·lit, dades de videocàmeres o fotografies de la ciutadania) en dades d'alta qualitat per al monitoratge dels canvis morfològics de les platges, i aconseguir així una consegüent gestió sostenible dels recursos costaners.

[EN] Beaches are extremely valuable ecological spaces where terrestrial and marine environments converge along a fragile transition strip. An improvement in our understanding of the physical processes that occur in the coastal zone has become increasingly important during the last century. To approach a coherent planning of coastal management it is necessary to consider the dynamism of the various morphological changes that characterize these environments at different spatial and temporal scales. The land-water boundary varies according to the sea level and the shape of a beach profile that is continuously modelled by incident waves. Attempting to model the response of a landscape as geomorphologically volatile as beaches requires multiple precise measurements to recognize responses to the actions of various geomorphic agents. It is therefore essential to have monitoring systems capable of systematically recording the shoreline accurately and effectively. New methods and tools are required to efficiently capture, characterize, and analyze information - and so obtain geomorphologically significant indicators. This is the aim of the doctoral thesis, focusing on the development of tools and procedures for coastal monitoring using satellite images and terrestrial photographs. The work brings satellite image processing and photogrammetric solutions to scientists, engineers, and coastal managers by providing results that demonstrate the usefulness of these viable and low-cost techniques. Existing and freely accessible public information (satellite images, video-derived data, or crowd-sourced photographs) can be converted into high quality data for monitoring morphological changes on beaches and thus help achieve a sustainable management of coastal resources.