Pajęczno, 10.01.2021

 

 

Czy proste, ogólnodostępne drony mogą mieć zastosowanie jako narzędzie dla geodety? Oto odpowiedź w kilku zdaniach.

 

 

Jako geodeta i entuzjasta nowinek (kto nim nie jest?) zastanawiałeś się pewnie drogi Czytelniku, pod wpływem różnych wiadomości czy informacji medialnych, czy gdyby zainwestować w drona to życie stałoby się prostsze? Może to urządzenie zrewolucjonizuje moją pracę, uczyni ją jeszcze przyjemniejszą, będzie przyciągać wzrok klientów? A może po prostu swoje prace wykonam szybciej niż inni przez co wykoszę konkurencję?

 

Otóż, choć chciałoby się odpowiedzieć twierdząco na powyższe pytania, nie zawsze tak jest. Co prawda, jak każda nowinka i gadżet, przyciągnie wzrok innych a opowieści o zaletach tego „bajeru” mogą zelektryzować wielu słuchaczy, jednak pozostałe pytania nie doczekają się jednej, przepełnionej ochami i achami odpowiedzi potwierdzającej użyteczność tego urządzenia ponad wszystkie inne.

 

Żeby to sobie uświadomić cofnijmy się w czasie o jakieś 10-20 lat. Trwa właśnie czas w geodezji gdzie, ku naszemu zdziwieniu na polach pojawiają się geodeci, którzy robią pomiary sami a w najbliższej okolicy nigdzie nie widać stojącego tachimetru i jego operatora.

Jak to widzimy dzisiaj? Sprzęt GNSS jest tak popularny, że każda firma geodezyjna ma go w swojej „szafie”. Dokładność pomiaru, jak i jego pewność jest wystarczająca do większości wykonywanych przez nas prac. Właściwie nie możemy wyobrazić sobie pracy bez popularnych GPS’ów. Cenimy go za łatwość, szybkość, prostotę.

Obecnie taka „rewolucja” dotyczy dronów. Jesteśmy bombardowani wiadomościami o tym, że dron coś przewiózł, coś sfotografował, coś zbadał czy coś POMIERZYŁ! Skoro pomierzył a my jesteśmy geodetami to chcielibyśmy wiedzieć co pomierzył, jak szybko oraz jak dokładnie to zrobił.

 

Jednak zanim dojdziemy do sedna sprawy odpowiedzmy sobie na jeszcze jedno pytanie. Czy gdy rewolucja GNSS zagościła już w świecie geodezyjnym na dobre zapomnieliśmy o pozostałych naszych narzędziach? Czy nasz wysłużony tachimetr zupełnie poszedł w zapomnienie? Czy niwelator i ruletka całkowicie stały się bezużyteczne?

Otóż dobrze wiecie, że NIE. Choć za pomocą GNSS wykonujemy sporą część naszych prac to jednak od czasu do czasu zdarza nam się do nich powrócić. W większości przypadków jest to związane z uzyskiwanymi dokładnościami, zasięgiem telefonu bądź sygnału GNSS a czasem po prostu pewnością z jaką darzymy wyniki pomiaru z tachimetrów czy niwelatorów.

 

Podobnie ma się sprawa z dronami. Z racji rozległości tematu zajmiemy się tutaj dronami wykonującymi jedynie zdjęcia z powietrza a na ich podstawie modele, z których możemy pozyskać rzędne odfotografowanych elementów. Zastanówmy się co chcielibyśmy tym mierzyć i jakie wyniki uzyskać. Czy gdy mierzymy MDCP nie warto byłoby polecieć sobie na 5 minut i na tym zakończyć pomiar? Pewnie, że byłoby warto gdyby uzyskane wyniki mogły zastąpić tradycyjny pomiar (np. GPS’em :) ). Co więc może zaburzyć nasz entuzjazm? Przede wszystkim dokładności uzyskiwanych pomiarów wysokościowych! Ale jak to? Przecież wyniki pomiaru (zależne od jakości zdjęć i fotopunktów) powinny zawierać się w jednym pikselu (powiedzmy w 2-3cm). Oczywiście, że się zawierają :) Jaką jednak mamy pewność, że na zdjęciu odfotografował się element, który chcieliśmy zmierzyć czyli powierzchnia ziemi? No niestety, tam gdzie wchodzą geodeci z MDCP teren z reguły nie jest „czysty”. Porasta go dość sporo, różnej wysokości roślinności. Co się stanie z naszymi wynikami w takim przypadku? Otóż otrzymamy wspaniały model pokrycia terenu (z ang. DSM). Ogólnie rzecz biorąc otrzymamy model górnej powierzchni roślinności… Czy coś można z tym zrobić? Czasami tak a czasami nie. Gdy jest to pojedyncze drzewo to można je usunąć wykonując „klasyfikację” modelu. Oprogramowanie na podstawie algorytmów rozpozna drzewo i usunie je z modelu. Jednak zupełnie sobie nie poradzi z gęsto porośniętą łąką. Taki rejon musi zostać domierzony tradycyjnie.

Z obserwacji i różnych pomiarów uważam, że nawet niska roślinność (poplon, zielone nawozy) ma już wpływ na wysokość uzyskanego DSM praktycznie eliminując, z punktu widzenia geodety, uzyskane wyniki.

 

Po takim wstępie nasuwa się pytanie czy wobec tego zajmować sobie głowę nową technologią? Powiem, że tak! Czas na przykład.

 

Pomiar powykonawczy drogi krajowej długości ~0,5km. Założenie fotopunktów i nalot zajęły w sumie jakieś 40 min. Taka rozgrzewka przed pomiarem GPS’em. Pomiar GPS to już były dwa dni i dość sporo pikiet (pomiar nowy wszak w 100% przy dość dużej ilości szczegółów terenowych). Nie zapominajmy jednak, że nalot z drona należy opracować a uzyskane w jego wyniku ortofotomapę i DSM zamienić na wektor. Zajmuje to więcej czasu niż „bezrefleksyjne” łączenie pikiet. Ostatecznie więc czas byłby zbliżony z pewną przewagą dla drona.

Jednak dopiero połączenie tych dwóch technologii pokazało swoją moc. Mając opracowaną ortofotomapę i piety z pomiaru GPS utworzył nam się wspaniały SZKIC POLOWY. Na tym nie był koniec plusów. Okazało się po pewnym czasie, że oprócz pomiaru powykonawczego do mapy zostało nam do pomierzenia kilka elementów, o których nie wiedzieliśmy podczas pomiaru. Elementy te miały posłużyć do rozliczenia Wykonawcy prac budowlanych z wykonanych prac. I co jedziemy znowu w teren? NIE. Mamy przecież ortofotomapę (z pikselem 2cm) i DSM, który, co wiemy na podstawie licznych punktów kontrolnych z GPS, „siedzi” z dokładnością do 3cm. Możemy więc potrzebne elementy odczytać w zaciszu biura. Ba nawet po miesiącu od nalotu…

 

Co więc nam się jakby niechcący pokazało? O ile sam pomiar wybranych elementów czasowo prawie się pokrywał to dron pedantycznie zarejestrował o wiele więcej informacji niż, jak wówczas sądziliśmy, potrzebowaliśmy. Jest to właśnie jedna z jego zalet. Druga to był właśnie moment pomiaru czyli inwentaryzacja POWYKONAWCZA a więc teren był świeżo zagospodarowany i niepokryty jeszcze roślinnością.

 

Jako drugi przykład przedstawiam zestawienie różnic otrzymanych podczas pomiaru zerowego pasa drogowego długości około 7km i szerokości ~150m zawierającego miejsce na dwa węzły typu koniczyna (w sumie około 120 ha). Porównanie odbyło się dzięki równoległemu pomiarowi GNSS w siatce 20m.

 

Pomiar GNSS (odbiornik GPS+GLONASS, poprawki ASG):

- pomiar terenu w siatce 20m,

- pomiar charakterystycznych linii terenu (skarpy, rowy, krawędzie dróg, chodników itp.),

- pomierzono około 5000 pikiet,

- czas pomiaru 9 dni.

 

Pomiar UAV (dron MR + kamera 20MP z mechaniczną migawką, oprogramowanie Photoscan)

- pomiar terenu w siatce 0,2m choć możliwe było wygenerowanie w siatce co 2cm,

- utworzona ortofotomapa o pikselu ~2cm,

- pomierzono ~90 fotopunktów (GNSS),

- naloty trwały 4 dni włącznie z pomiarem fotopunktów,

- opracowanie danych z nalotu 4 dni (choć było opracowywane równolegle),

- w sumie praca została więc zakończona po 5 dniach.

 

Otrzymane różnice w pomiarach wysokościowych:

TERENY BEZ ROŚLINNOŚCI – (zbronowane pole, drogi itp.) uzyskano zbieżność mieszczącą się w zakresie dokładności pomiarów GPS (~3cm),

 

TERENY Z POZOSTAŁOŚCIAMI PO ZASIEWACH - (rżysko, poplon itp.) uzyskano wyniki z nalotu o około 5cm wyższe od pomiaru GPS,

 

TERENY Z GĘSTĄ ROŚLINNOŚCIĄ NISKĄ – (łąki) uzyskano wyniki z nalotu wyższe o 20-40cm od pomiaru GPS czyli w praktyce pomiar zbitej masy traw bez ich wierzchołków,

 

TEREN PLANTACJI CHOINEK – wyniki zostały poddane automatycznej klasyfikacji w wyniku której drzewka zostały usunięte. Model utworzonego po usunięciu choinek terenu był o 10 cm niżej (!) niż z pomiaru GPS

 

TEREN ZALESIONY – wyniki pomiaru szczytów gęstej masy drzew nie dało się pomimo klasyfikacji doprowadzić do zgodności z pomiarem GPS.

 

Tak więc podsumowując, nie bójmy się nowej technologii. Jest ona w porównaniu z pozostałym naszym sprzętem dość tania. Nie zakładajmy jednak, że wykona za nas całą robotę i możemy pozbyć się pozostałego sprzętu geodezyjnego. Nie tędy droga. Używajmy go z głową i do celów gdzie może pokazać swoje zastosowanie a nie zawiedziemy się.

 

UWAGA – w artykule nie wzięto pod uwagę zalet nalotów dronami typu skrzydło/samolot wymagających uprawnień BVLOS (lub odpowiednich EU), oraz tych zawierających inny rodzaj czujników (LIDAR, IR).

 

Do zobaczenia w powietrzu :)))

 

inż. Tomasz Mahrburg

absolwent Technikum Geodezyjnego w Warszawie

oraz wydziału Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej