Państwowa służba geologiczna testuje możliwości miniaturowych wirnikowców w monitoringu osuwisk. Są tańsze od samolotu i bardziej wszechstronne niż bezzałogowe płatowce – to sprawia, że drony wirnikowe są znakomitym narzędziem dla geologów, którzy obserwują zmiany na powierzchni ziemi.
Nalot nad osuwiskiem – choć brzmi groźnie, służy wyłącznie pokojowym celom. Przede wszystkim bezpieczeństwu mieszkańców rejonów zagrożonych tzw. ruchami masowymi. Państwowa służba geologiczna dokonała niedawno takiego próbnego nalotu w Milówce w Karpatach. Geolodzy z Państwowego Instytutu Geologicznego wspólnie ze specjalistami z Wydziału Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej i przedstawicielami firmy SkySnap, przeprowadzili eksperyment z użyciem wirnikowca DJI Phantom Professional 3.
Nalot odbywał się w trudnych warunkach atmosferycznych, w terenie górskim. Dron pracował nad obszarem osuwiska, które uaktywniło się w 2010 r. i doprowadziło do zniszczenia zabudowań Milówki, linii energetycznych oraz drogi. Quadrokopter odbył lot tuż pod podstawą chmur. Utrzymywany był na stałej względnej wysokości – 60 metrów nad ziemią, do czego badacze wykorzystali model terenu. Dzięki temu, mimo znaczących deniwelacji terenowych zachowane zostały fotogrametryczne parametry pokrycia podłużnego i porzecznego. Maszyna musiała się jednak utrzymywać w zasięgu wzroku. Dlatego loty nad Milówką odbyły się w 3 misjach po 10-15 min. każda.
Dron, wyposażony w kamerę o rozdzielczości 12 megapikseli, wykonał kilkaset zdjęć o terenowym rozmiarze piksela (GSD) 2-3 cm. Zgodnie z planem uzyskano 80-procentowe pokrycie podłużne i 60-procentowe poprzeczne. Oznacza to, że każde kolejne zdjęcie w szeregu pokrywa poprzednie w 80% a między szeregami – w 60%. Takie pokrycie umożliwia skonstruowanie modelu stereoskopowego. Opracowanie materiału fotograficznego zostało uzupełnione o pomiar satelitarny GNSS ponad 20-tu sygnalizowanych na powierzchni osuwiska fotopunktów. Naukowcy skonstruowali precyzyjny model fotogrametryczny, wygenerowali ze zdjęć numeryczny model pokrycia terenu (NMPT) i numeryczny model terenu (NMT) z rozdzielczością i dokładnością wysokościową ok. 10 cm. Tak duża szczegółowość NMPT pozwala interpretować niewielkie formy rzeźby osuwiskowej w tym układ szczelin, co na modelu pochodzącym z projektu „Informatyczny System Osłony Kraju” ISOK (siatka 1 m) nie zawsze było możliwe. Model o podobnym, a nawet większym, poziomie szczegółowości, jest możliwy do uzyskania również innymi metodami pomiarowymi takimi jak skaning laserowy. Zastosowanie w przyszłości bezzałogowego systemu latającego wyposażonego w skaner laserowy oraz systemy pozycjonowania statku powietrznego (RTK) wraz z systemem pomiaru wychyleń kamery (INS), pozwoli znacznie podnieść precyzję rozpoznania obszaru zagrożonego osuwiskami, zmniejszyć nakład pracy terenowej i skrócić czas opracowania wyników. Skaner laserowy najczęściej wykorzystuje zakres tzw. bliskiej podczerwieni. Dzięki temu wiązka lasera dociera do gruntu przenikając roślinność. Technologia ta pozwala obrazować powierzchnię terenu z dużą dokładnością nawet latem – w szczycie okresu wegetacyjnego.
Eksperyment przeprowadzony w Milówce był drugim tego typu testem. Pierwszy z użyciem bezzałogowego systemu latającego przeprowadzono w 2011 r. na osuwisku w Kłodnem. Wówczas jednak geolodzy posłużyli się platformą AVI-1 będącą konstrukcją płatowcową. Wykorzystanie wirnikowca w górskich warunkach, gdzie występują silne podmuchy wiatru i zmienna pogoda, pozwala jednak na wykonywanie trudniejszych misji w porównaniu z systemami tzw. ”latającego skrzydła” czy statku powietrznego o konstrukcji płatowcowej.
Pokazał to test przeprowadzony w Milówce. Mimo niesprzyjających warunków atmosferycznych, często spotykanych w Karpatach, udało się wygenerować model terenu i ortofotomapę o dużej szczegółowości wykorzystując powszechnie dostępny bezzałogowy statek latający. Dokonano tego w stosunkowo krótkim czasie. Od podjęcia decyzji o nalocie, do realizacji samej misji w powietrzu, poprzedzonej jeszcze precyzyjnym jej zaplanowaniem, minęło zaledwie 5 godzin. Czas ten można jeszcze skrócić stosując bardziej zaawansowane technologicznie urządzenia, np. drony z systemem RTK. Taki wynik jest niemożliwy do uzyskania przy załogowych nalotach, wymagają one bowiem spełnienia szeregu formalności, które znacznie wydłużają czas realizacji misji.
Systematyczne badania tego typu umożliwią szybkie zbieranie dokładnych danych, wykorzystanie ich do analizy przemieszczeń na obserwowanym obszarze i sprawne prognozowanie groźnych zjawisk. To z kolei pozwoli znacznie zwiększyć bezpieczeństwo mieszkańców terenów zagrożonych osuwiskami.
Autorzy: Krzysztof Karwacki (PIG-PIB), Paweł Wójcik (Politechnika Warszawska, firma SkySnap)
Zdjęcia: Krzysztof Karwacki
Dron w trakcie nalotu
Dron z urządzeniem sterującym
Milówka – pokrycie osuwiska zdjęciami
