Veldwerk van achter je computer: kustlijnanalyse

In 2018 kwam het publiekelijk toegankelijke programma CoastSat op de markt, waarmee men kustlijnen kan monitoren en tot dertig jaar terug reconstrueren. CoastSat maakt onderzoek zonder veldwerk mogelijk, gewoon vanachter je bureau. Hoe werkt het en wat zijn voors- en tegens ten opzichte van andere onderzoeksmethoden?

Het programma CoastSat is getraind om zand, water en brekende golven van elkaar te onderscheiden op satellietbeelden. Op die manier kan het een digitale kustlijn trekken op een satellietbeeld. Die beelden én het programma zijn voor iedereen toegankelijk. Hierdoor kunnen onderzoekers en studenten onderzoek doen naar kustgebieden zonder dat het bakken met geld kost. Een complete vervanging voor veldwerk biedt CoastSat echter niet voor de experts, want op veldwerk gebeurt er doorgaans meer dan onderzoek naar de kustlijn (denk bijvoorbeeld aan golven, stromingen en ecologie). Wel vormt het een mooie aanvulling op veldwerk om het minder kostbaar en tijdrovend te maken. 

Het belang van kustonderzoek

Een derde van Nederland zou onder water staan als we geen duinen en dijken hadden om ons te beschermen tegen de zee. Er vindt veel erosie plaats aan de Nederlandse kust, waarbij de zee het zand van de natuurlijke duinen wegslaat en er land verloren gaat. Tussen 1600 en 1990 zijn we zelfs een kilometer van de Nederlandse kust verloren aan zee. Dit is een natuurlijk proces en zou geen gevaar vormen als niet een deel van Nederland, inclusief het economisch centrum, onder zeeniveau zou liggen. Als we erosie niet tegengaan, komt er een deel van ons land onder water te staan. 

Om dit te voorkomen, neemt de Nederlandse overheid al jaren verschillende maatregelen. Vroeger werden betonnen zeedijken neergelegd, maar tegenwoordig is de strategie om ‘natuurlijke’ vormen van bescherming te genereren zoals kustsuppletie. Bij kustsuppletie wordt een hoop zand aan de kust of op het strand neergelegd, waarbij de natuur zo min mogelijk schade oploopt. Het is belangrijk om deze maatregelen te monitoren, om te bepalen of ze effectief zijn en of extra versterking nodig is. Een manier om kustlijnen te monitoren, is door het ‘overtrekken’ van kustlijnen op satellietbeelden en zo een time-lapse te construeren zoals in bovenstaand figuur.

CoastSat versus ‘de rest’

Nederland is een vooraanstaand land op het gebied van kustonderzoek. Op verschillende manieren houden we de Nederlandse kust scherp in de gaten. Een van de methoden hiervoor is het ARGUS videosysteem. Dit is een opstelling van een aantal camera’s die de kust vanaf een punt in een brede hoek (+/-180 graden) vastleggen. Voordelen van het ARGUS videosysteem zijn dat je heel veel data verkrijgt van hoge kwaliteit. In vergelijking met CoastSat, waarbij je afhankelijk bent van satellieten die elke vijf (Sentinel-2) of zestien (Landsat 8) dagen rond de aarde vliegen, verkrijgt ARGUS elk half uur beelden. Daarnaast kun je met ARGUS-beelden een 3D-analyse maken van de kust, waardoor het mogelijk is om morfologische veranderingen te monitoren. De nadelen van het ARGUS videosysteem zijn dat de data niet publiekelijk toegankelijk is en dat het systeem op een vaste plek staat. Het ARGUS videosysteem is op enkele tientallen plekken in de wereld gemonteerd en kan een gebied van ongeveer 6 kiometer langs de kust monitoren, waardoor je onderzoek gelimiteerd is tot deze locaties. Met satellietbeelden kan je daarentegen in principe de hele wereld bekijken.

Een andere veelgebruikte methode voor kustonderzoek in Nederland betreft in-situ veldmetingen met een jetski (op water) of quad (op land) en met een UAV (Unmanned Aerial Vehicle, een drone). De voordelen hiervan zijn dat de metingen heel nauwkeurig zijn, ze leveren gedetailleerde analyses op en er kunnen grote gebieden onderzocht worden. In tegenstelling tot CoastSat waarmee je slechts een 2D beeld van de kustlijn krijgt, kan je met deze metingen volumetrische veranderingen waarnemen: waar verplaatst het zand zich heen? Zo zie je bijvoorbeeld dat de zee het strand opslokt, of dat het zand juist vanaf het strand in de duinen terecht komt. Hier staat wel tegenover dat het duur is (denk aan de aanschaf van een jetski, quad en drone, of je vliegticket naar locatie) en het enorm veel tijd (en dus nog meer geld) kost om alle metingen te doen. Waar je met CoastSat tot meer dan 30 jaar terug in de tijd kan en elke maand doorlopend gratis nieuwe beelden krijgt, zal dit soort veldonderzoek nooit langer kunnen duren dan enkele jaren.

In vergelijking met de twee bovengenoemde methoden is CoastSat heel eenvoudig. Met CoastSat verkrijg je niets anders dan kustlijnen uit satellietbeelden aan de hand van geografische coördinaten. Uitgebreide procesanalyses zijn hierdoor niet mogelijk. Maar daarentegen blinkt CoastSat wel uit in gebruiksvriendelijkheid. De software zelf is relatief eenvoudig in het gebruik en wordt met een uitgebreide handleiding geleverd. Dit biedt uitkomsten voor studenten, onderzoekers en kustbeheerders.

Meer over CoastSat

CoastSat is in 2018 online gebracht. De software toolkit werd ontwikkeld door Kilian Vos, een PhD-student aan de University of New South Wales (Sydney) die zichzelf een open source software development enthusiast noemt.

Het programma is met name bruikbaar voor zandstranden. Tijdens de installatie koppel je CoastSat aan de Google Earth Engine waarmee beelden van de satellieten Landsat 5, 7, 8 en de Sentinel-2 gedownload kunnen worden. De Google Earth Engine is als het ware een database van satellietbeelden. Het in CoastSat ingebouwde algoritme tekent de kustlijn automatisch op de grens van zand en water. Hieronder zie je een voorbeeld van een door CoastSat getekende kustlijn langs de zandmotor op 25 juli 2019 met de Sentinel 2 (S2).

CoastSat werkt via een Jupyter Notebook, met Python als programmeertaal. Enige voorkennis van programmeren is handig, maar het is niet noodzakelijk. CoastSat geeft een voorbeeldscript wat je kan nabootsen met een door jou gekozen tijdsperiode en locatie. De locatie voer je in aan de hand van geografische coördinaten. Het programma geeft uiteindelijk een simpele reconstructie weer van de kustlijnen waaraan je kan zien hoe deze door de tijd verschoven zijn.

Tot slot is het mogelijk om deze bestanden te openen met een bewerkingsprogramma zoals QGIS, zodat je er een kaart (bijvoorbeeld via Open Street Map) onder kan leggen en afstanden op kan meten. 

MEER WETEN?

Kilian Vos laat zelf met een aantal anderen nog enkele toepassingen van CoastSat over de wereld zien.

CoastSat is te downloaden via github.com/kvos/CoastSat, waar ook de handleiding te vinden is.