NAPIS NAD ČLANKOM GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2020 | 51 IZVLEČEK Brezpilotni zrakoplovi (BPL) so razmeroma mlada in izredno pomembna tehnološka inovacija. Ob siloviti rasti prodaje cenovno dostopnih brezpilotnih zrakoplovov se v zadnjem desetletju poleg uporabe za rekreacijske namene povečuje tudi njihova uporabnost za znanstveno-raziskovalne namene, predvsem kot metoda daljinskega zaznavanja podatkov ob podpori geografskih informacijskih sistemov. V prispevku predstavljamo različne načine uporabe dostopnih brezpilotnih zrakoplovov, pregled obstoječe literature in zakonov ter prednosti in slabosti tovrstne geografske metode. Ključne besede: fotogrametrija, brezpilotni zrakoplovi, kartografija, GIS, daljinsko zaznavanje ABSTRACT The Use of Unmanned Aerial Vehicles for the Needs of Photogrammetry and Cartography Unmanned aerial vehicles (UAVs) are a relatively recent, yet a very important technological innovation. With the strong growth of affordable UAV sales in the past decade, there has been an increase of use for recreational purposes as well as use as a method of remote sensing with the support of geographic information systems in the line of scientific-research work. The paper presents various uses of accessible UAVs, a review of existing literature, laws, and the advantages and disadvantages of such geographical method. Key words: photogrammetry, unmanned aerial vehicles, cartography, GIS, remote sensing Uporaba brezpilotnih zrakoplovov za potrebe fotogrametrije in kartografije 52 | GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2020 UPORABA BREZPILOTNIH ZRAKOPLOVOV ZA POTREBE FOTOGRAMETRIJE IN KARTOGRAFIJE R azvoj okoljskih znanosti, med katerimi je tudi geografija, je bil močno pogojen z omejitvenimi dejavniki okolja in omejen le na določene sfe- re, na primer hidrosfero. Z razvojem tehnologije in prvih letalnih na- prav pa je v iskanju odgovorov človeku postala dostopna tudi celotna Zemljina atmosfera, bodisi kot neposreden vir informacij bodisi kot prostor izvajanja da- ljinskega zaznavanja površja. Brezpilotni zrakoplovi, kot ena izmed sodobnejših tehnologij daljinskega zaznavanja, niso več le v domeni vojske, temveč postaja- jo vse bolj dostopni tudi širšemu krogu posameznikov. Vzporedno s tovrstnim tehnoloških napredkom smo ob podpori geografskih informacijskih sistemov priča razvoju prostorskih znanosti, kakršni sta kartografija in fotogrametrija, obenem pa, zaradi množične uporabe, tudi zaostrovanju zakonodaje. Glede na razmeroma kratek čas širše dostopnosti te tehnologije, so ljudje z metodo daljinskega zaznavanja ob uporabi brezpilotnih zrakoplovov slabše se- znanjeni, imajo pa morda tudi predsodke ali napačne informacije o zahtevnosti uporabe, zakonskih omejitvah in drugih vidikih, kar jih lahko odvrne od upo- rabe sicer zelo široko uporabne metode. Namen raziskave je bil predstaviti način uporabe brezpilotnega zrakoplova pri izdelavi pravih ortofoto posnetkov z visoko prostorsko ločljivostjo za proučeva- nje hitrih sprememb v pokrajini (na primeru poplav), ki niso zajete v podatkih Geodetske uprave Republike Slovenije. Brezpilotni zrakoplov Brezpilotni zrakoplov (angleško unmanned aerial vehicle – UAV), tudi brezpi- lotni letalnik (BPL) ali dron, je v slovenski zakonodaji opredeljen kot daljinsko krmiljen, programiran ali avtonomen zrakoplov brez oseb na krovu, katerega namen je izvajanje letov (Uradni list RS 52/16 2016). Čeprav je bila še pred dobrim desetletjem njihova uporaba omejena le na vojaško industrijo in razme- roma maloštevilne navdušence letalskega modelarstva, smo sedaj priča razcvetu zasebne in komercialne uporabe (Bitenc 2015). Prva, morda celo najpomemb- nejša prednost v primerjavi s tradicionalnimi metodami daljinskega zaznavanja je, da med leti z visoko stopnjo nevarnosti ne ogrožamo življenja operaterja, pa tudi, da v primeru težav med letom (največkrat) nastane zgolj materialna škoda. Zaradi svoje majhnosti sodobni brezpilotni zrakoplovi omogočajo laž- je manevriranje in dostop do sicer težko dostopnih območij. Prav tako lahko izpostavimo možnost zračnega vpogleda opazovanega območja s pomočjo pre- nosa slike na kraju samem (in-situ), najpogosteje na mobilni telefon ali drugo napravo (Eisenbeiss 2009). Na sliki 1, ki kaže model fotografiji namenjenega brezpilotnega zrakoplova, so označeni njegovi najpogostejši sestavni deli. Navadno ima brezpilotni zrakoplov (vsaj) 4 elise oziroma propelerje z motorji Avtorja besedila: LUKA ZALETELJ, diplomirani geograf (un.) Gornji trg 37, 1000 Ljubljana E-pošta: luka.zaletelj98@gmail.com BLAŽ REPE, doktor geografije, docent Oddelek za geografijo Filozofske fakultete Univerze v Ljubljani, Aškerčeva cesta 2, 1000 Ljubljana E-pošta: blaz.repe@ff.uni-lj.si COBISS 1.04 strokovni članek GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2020 | 53 UPORABA BREZPILOTNIH ZRAKOPLOVOV ZA POTREBE FOTOGRAMETRIJE IN KARTOGRAFIJE (tako imenovani kvadrokopter), kjer se jih polovica vrti v smeri urinega ka- zalca, ostali pa v obratni smeri, bate- rijo, senzorje bližine, kamero ali drug senzor, pritrjen na dvo- ali troosni stabilizator, v ohišju pa tudi globalni navigacijski satelitski sistem (GNSS) za določanje položaja s pomočjo do več deset priključenih satelitov ter sistem povezave med zrakoplovom in daljinskim upravljalnikom. V večini primerov gre za povezavo bodisi prek (izboljšane) Wi-Fi povezave bodisi ra- dijske frekvence. Poleg ali namesto navadne fotograf- ske kamere je na brezpilotni zrako- plov mogoče namestiti tudi multi in hiperspektralne senzorje. Z razvojem tehnologije in dostopnosti brezpilo- tnih zrakoplovov smo priča tudi po- rastu njihove uporabe v intenzivnem tržnem kmetijstvu. Kmetovalcem omogoča vpogled v stanje nasadov in lažjo optimizacijo načina pridelave za doseganje večje količine pridelka. Poleg osnovne barvne kamere (RGB) vse več proizvajalcev zrakoplovov omogoča razširitev zajema v nevidni spekter, najpogosteje v bližnji infrar- deči spekter, kar omogoča izračun številnih vegetacijskih indeksov, na primer NDVI (angleško normalized difference vegetation index) in NDWI (angleško normalized difference water index) (Oštir 2006; Earth observing system 2020). Uporabnostni vidik podkrepi tudi napoved, da naj bi bilo med letoma 2015 in 2025 kar 80 % prodanih zrakoplovov uporabljenih za kmetijske namene (Montes de Oca s sodelavci 2018). Veliko uporabno vrednost pa imajo tudi zrakoplovi s termalno kamero, ki zajemajo podatke v termičnem in- frardečem spektru, v intervalu od 3 do 15 μm. Uporabljajo se za številne naloge, kot sta na primer spremljanje naravnih nesreč (na primeru požarov – identifikacija vročih točk, kartira- nje požganih površin) in opazovanje toplotnih anomalij kot posledica to- plotnega onesnaževanja (na primer mestni toplotni otok). Izpostavimo lahko še brezpilotne zrakoplove z nameščenim lidarskim senzorjem. LiDAR (angleško Light detection and ranging) je tehnologi- ja laserskega zaznavanja in merjenja razdalj do objektov s pomočjo časov- ne razlike med oddajo in prejemom odboja laserskega pulza. Ti senzorji omogočajo pridobitev ažurnih vi- šinskih podatkov visoke prostorske ločljivosti in izdelavo digitalnih mo- delov reliefa oziroma izoblikovanosti površja (Oštir 2006). Eden izmed glavnih omejitvenih dejavnikov šir- še uporabe teh zrakoplovov je visoka cena opreme. Slika 1: Sestavni deli brezpilotnega zrakoplova (Avtor: Zaletelj 2020). 54 | GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2020 UPORABA BREZPILOTNIH ZRAKOPLOVOV ZA POTREBE FOTOGRAMETRIJE IN KARTOGRAFIJE Po izvedenem terenskem delu so sledili analiza, interpretacija in predstavitev podatkov s pomočjo fotogrametričnih programov in pro- gramov GIS. Uporabili smo Meta- shape Professional, program ruskega proizvajalca Agisoft. Velja kot eden boljših za samodejno obdelavo fo- tografij in izdelavo oblakov točk, ki so predpogoj za izdelavo kako- vostnih ortofoto posnetkov in digi- talnih modelov površja. V kolikor zajete slike vsebujejo metapodatke o lokaciji, avtomatično poteka tudi georeferenciranje. Pri analizi in kar- tografskem prikazu smo uporabili tudi programa ArcScene in ArcMap 10.7.1. Ortofoto in njegova izdelava Ortofoto posnetek je zračna fotogra- fija površja, narejena v centralni pro- jekciji in pretvorjena v ortogonalno projekcijo. Razlikujemo navaden in popoln oziroma pravi ortofoto posne- tek (angleško true ortophoto). Slednji se od prvega razlikuje po večji polo- žajni natančnosti objektov na posnet- ku, kar dosežemo z zajemom več pre- krivajočih se posnetkov (Oštir 2006; GURS 2020b). Terensko delo je potekalo v obči- ni Brezovica, na Podpeškem jezeru , ki je v poletnih mesecih priljubljena rekreativna destinacija. Voda v 51 m globoko jezero okrogle oblike, z dalj- šim premerom 135 in krajšim 121 m, priteka iz številnih kraških izvirov. Okrog jezera je obsežna zamočvirjena ravnica, ki je v primeru poplav (naj- pogostejše so v jesenskem in spomla- danskem času po obilnih padavinah) pod vodo (Hrvatin 2010). Gre za dober primer cenovno razme- roma dostopnega (manj kot 1000 €) in na trgu zelo prepoznavnega mode- la brezpilotnega zrakoplova. Tehta le 430 gramov in je opremljen s kamero, nameščeno na triosni stabilizator (an- gleško gimbal), ter s senzorji bližine na sprednji, zadnji in spodnji strani zrako- plova. Zmogljivost baterije zadošča za 15–17 minut letenja (DJI 2018). Skupaj z brezpilotnim zrakoplovom smo na terenu uporabili tudi dve brez- plačni aplikaciji za načrtovanje letov. Aplikacija DroneDeploy, usmerjena v izdelavo 3D-zemljevidov, je manj intui- tivna, podpira manj modelov zrakoplo- vov, a omogoča izvedbo kompleksnejših in lažjo izvedbo daljših letov z možno- stjo uporabe več baterij znotraj enega projekta ter rabo varnostnih sistemov brezpilotnega zrakoplova. Nasprotno aplikacija Pix4Dcapture podpira več modelov, je bolj intuitivna in ponuja več vrst načrtov, natančneje tudi dvoraz- sežnostnega zemljevida (tako imenovani popolni ortofoto posnetek) in 3D-mo- dela (večja natančnost ob enem, manj- šem objektu) (Pix4Dcapture 2020; DroneDeploy 2020). Z razmahom cenovno vse bolj dosto- pnih brezpilotnih zrakoplovov v Slove- niji smo v naši državi konec julija 2016 sprejeli temeljno zakonodajo za to po- dročje, imenovano Uredba o sistemih brezpilotnih zrakoplovov, ki je trenu- tno še vedno veljavna. Ta uredba pa ni edina, ki dovoljuje ali prepoveduje letenje na določenem območju, na kar moramo paziti tudi pri letenju. Ope- rater brezpilotnega zrakoplova je pred letom dolžan zagotoviti tehnično brez- hibnost naprave, med samim letom na za to primernih območjih pa zno- traj vidnega polja upoštevati največjo razdaljo 500 m med zrakoplovom in operaterjem, največjo višino 150 m in predpisane varnostne razdalje od ljudi, skupine ljudi in ostalih objektov (Ura- dni list RS 52/16 2016). S 1. januar- jem 2021 naj bi dobili novo uredbo, potrjeno s strani Evropske komisije, ki bo poenotila pravno podlago uporabe brezpilotnih zrakoplovov v državah, članicah EU, in spremenila dosedanja pravila (CAA 2020b). Uporabljena oprema Uporabili smo brezpilotni zrakoplov Mavic Air kitajskega proizvajalca DJI. Slika 2: DJI Mavic Air z daljinskim upravljalnikom (Avtor: Mitja Bergoč; povzeto po Zaletelj 2020). GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2020 | 55 UPORABA BREZPILOTNIH ZRAKOPLOVOV ZA POTREBE FOTOGRAMETRIJE IN KARTOGRAFIJE stuje (GURS 2019). Ustvarjeni orto- foto posnetek ima prostorsko ločlji- vost 1,33 cm na piksel, kar je občutno več od državnih posnetkov s 50 cm na piksel. Na sliki 4 lahko že od daleč vidimo, da je v dveh letih med nastankom obeh posnetkov prišlo do nekaterih večjih sprememb, tudi odstranitve pomolov. Zaradi večje prostorske ločljivosti pa lahko opazujemo tudi manjše spre- membe, ki neposredno vplivajo na nam zanimivo površino jezera. Poleg občasnih poplav, na površino po vsej verjetnosti vpliva tudi dolgoletna ero- zija brežin; kjer gre za območja vstopa in izstopa iz vode, lahko to pripišemo kopalcem. Pri določanju površine jezera smo, ker gre zgolj za barvno sliko, območje z vodo ročno vektorizirali v merilu 1 : 60. Na območjih rastlinja, ki sega nad gladino jezera, je bil potek jezerske obale neviden, kar je zagotovo slabost uporabljene metode. Kot površino je- zera smo vektorizirali le površine, na katerih je nedvoumno prisotna voda. S tem smo seveda dobili le približek dejanske površine. Vektorizirana po- vršina jezera v normalnem stanju je približno 1,2 ha, kar je skladno s podatkom na informativni table ob jezeru. Drugi del terenskega dela smo izvedli 16. maja 2020, po nekajdnevnem de- ževju, ko je po podatkih z meteorolo- ške postaje Ljubljana v štirih dneh od 12. do 15. maja padlo 23,8 mm dežja in do jutra 16. maja še dodatnih 30,7 mm (ARSO 2020). Pri načrtovanju leta smo prilagodili oziroma razširili Pomemben vidik pri uporabi brezpi- lotnega zrakoplova za izdelavo ortofo- to posnetkov je površina ozemlja, ki ga lahko zajamemo v določeni časovni enoti. Omejeni smo namreč s časom letenja in zmogljivostjo baterije. Z eno baterijo Mavic Air-a (okrog 15 minut) in z uporabo zgornjih nastavi- tev lahko zajamemo kvadratno obmo- čje površine 3,5 ha. Za zajem enega hektarja potrebujemo torej nekaj več kot 4 minute. Analizo, katere postopki so predsta- vljeni na sliki 3, smo začeli v pro- gramu Metashape Pro in nadaljevali v ArcMap. Za primerjavo končnega izdelka in trenutnih podatkov smo pridobili tudi ustrezen list državnega ortofoto posnetka. Njegova starost je več kot dve leti, kar je za ciklično sne- manje državnega ozemlja zadovoljivo, vendar kot podpora za preučevanje hitrih sprememb v pokrajini ne zado- Izhodišče našega terenskega dela je stanje oziroma površina jezera v nor- malnem stanju, zajeta ob 11. uri 6. maja 2020, ko so bile ustrezne vre- menske razmere za letenje (hitrost vetra 9 km/h in druge). Glede na to, da aprila in na začetku maja ni bilo obilnejših padavin, lahko na podlagi terenskega ogleda z veliko verjetnostjo sklenemo, da je zajeta površina jezera normalna (nepoplavljeno stanje). Za zagotavljanje kakovostnega rezulta- ta smo v nastavitvah leta v aplikaciji Pix4Dcapture nastavili 80-odstotno prekrivanje vzdolž poti in 75-odsto- tno med vzporednicami leta na viši- ni 40 m od vzletne točke. Glede na podatke iz aplikacije je to dober kom- promis med dolžino trajanja leta in kakovostjo slik ter skladno s priporo- čili programske opreme o vsaj 80-od- stotnem prekrivanju vzdolž poti in vsaj 70-odstotnem med vzporednica- mi letenja (Agisoft LLC 2019). Slika 3: Postopek izdelave ortofoto posnetka v Metashape Pro (Avtor: Zaletelj 2020). 56 | GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2020 UPORABA BREZPILOTNIH ZRAKOPLOVOV ZA POTREBE FOTOGRAMETRIJE IN KARTOGRAFIJE močju, kjer je za določene zrakoplove obvezna uporaba odzivnika, gre za tako imenovano območje TMZ (an- gleško transponder mandatory zone), je največja višina leta omejena na 50 m nad vzletno točko, kar smo dosledno upoštevali (CAA 2020a). Postopek terenskega dela je podoben kot pri izdelavi popolnega ortofoto posnet- ka, pri čemer smo za načrtovanje leta uporabili digitalnemu modelu površ- ja prilagojeno aplikacijo DroneDe- ploy. V njej smo pred letom nastavili 80-odstotno prekrivanje vzdolž poti in 70-odstotno med vzporednicami letenja na višini 50 m in tako z dvema porabljenima dvema baterijama izde- lali 365 posnetkov. Postopek izdelave DMP-ja je podoben tistemu za izdelavo ortofoto posnetka, Digitalni model površja (DMP) in njegova izdelava Poleg ortofoto posnetka uporabljeni zrakoplov omogoča izdelavo digital- nega modela površja (DMP). Gre za 3D-zemljevid dejanskega stanja po- vršja, vključno z vsem rastlinstvom in drugimi objekti (Oštir 2006). Na končnem izdelku dobimo navpične razdalje med ravnino vzletne točke zrakoplova in točkami na površju, pri čemer lahko s poznavanjem nadmor- ske višine vzletne točke ugotovimo nadmorske višine tudi na tamkajšnjih golih površinah, na primer cestah. Terensko delo je potekalo 8. maja 2020 na območju opuščenega ka- mnoloma s površino 1,44 ha, ki leži na meji naselij Orle in Lavrica v obči- ni Škofljica. Ker je kamnolom na ob- območje zajema v južni oziroma jugo- vzhodni smeri, ostali parametri leta so bili enaki kot pri prvem; spremenila se je torej le površina zajema. S pomočjo ustvarjenega ortofoto po- snetka poplavljenega jezera smo v enakem merilu kot prej vektorizirali površino jezera, ki je bila tokrat 1,76 ha, to je 0,56 ha oziroma 46,6 % več kot na dan prve faze terenskega dela. Na terenu smo od ribiča izvedeli, da je bila še pred 24-imi urami površina jezera povsem normalna, kar še doda- tno potrjuje, da gre za izredno hitre spremembe v naravi, ki jih trenutni podatki praviloma ne zajamejo. T o se- veda govori v prid uporabnosti brez- pilotnih zrakoplovov za opazovanje tovrstnih dogodkov. Slika 4: Primerjava prostorske ločljivosti ortofoto posnetkov (GURS 2019; Zaletelj 2020). GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2020 | 57 UPORABA BREZPILOTNIH ZRAKOPLOVOV ZA POTREBE FOTOGRAMETRIJE IN KARTOGRAFIJE vendar z nekaterimi bistvenimi spre- membami. Prva je, da smo zajeli še enkrat več slik kot za ortofoto, kar je treba upoštevati pri analizi v progra- mu Metashape. Ob poskusu uporabe enakih nastavitev kot v prejšnjem po- glavju (to je visoka kakovost obdelave oziroma angleško high quality preset), je zaradi pomanjkljive zmogljivosti računalnika prišlo do sicer predvide- nega večdnevnega časovnega trajanja analize. S to omejitvijo smo bili, vsaj pri izdelavi podrobnega oblaka točk, kar je časovno najzahtevnejšega dela analize, primorani uporabiti nasta- vitev srednje kakovostne obdelave. Prav tako smo na tej stopnji skladno s priporočili proizvajalca programa morali prilagoditi oziroma zmanjšati nastavitve filtriranja globin, , glede na to, da nas zanimajo podrobne višinske razlike (Agisoft LLC 2019). Kot pri ortofotu je tudi v tem prime- ru pomemben čas letenja. Ob zgoraj navedenih kriterijih v 24 minutah za- jamemo kvadratno območje velikosti 2 ha, torej hektar v 12 minutah. To pomeni, da z uporabo ene baterije Mavic Air-a lahko zajamemo pribli- žno 1,25 ha veliko območje. Da bi izračunali približno količino materiala, ki so ga v kamnolomu od- stranili, smo morali najprej ustvariti podatkovni sloj poteka reliefa, če ka- mnoloma ne bi bilo. Pri delu smo si pomagali z že uporabljenim rastrskim DMNV-jem lidarskega skeniranja površja, pretvorjenega v točkovni vek- torski sloj s pomočjo ukaza ''Raster to Point'', iz katerega smo izbrisali točke na območju kamnoloma, in z metodo rastrske interpolacije sosedstva (an- gleško natural neighbour) dosegli pri- bližen potek reliefa. Z uporabo sen- čenega lidarskega sloja smo ustvarili poligon za namen raziskave, ustrezne meje kamnoloma in s pomočjo ukaza ''Extract by mask'' na to območje ob- rezali podatkovna sloja z zrakoplovom ustvarjenega DMP-ja ter z interpo- lacijo ustvarjenega površja. Postopek poizvedbe razlike v prostornini je bil preprost. Najprej smo z orodjem ''Raster calculator'' odšteli en rastrski sloj od drugega, zatem pa z orodjem ''Surface volume'' dobili prostornino izkopanega kamninskega gradiva, ki ga je bilo skoraj 204.000 m3. Da bi rezultat izboljšali, smo od- stranili rastlinski pokrov. Sprva smo ustvarili nov vektorski sloj, kjer smo s poligoni na območju kamnoloma omejili vidne sklenjene površine ra- stlinja. DMP smo pretvorili v točke in izbrisali tiste, ki so bile na območju rastlinstva. S tem smo dobili obmo- čje kamnoloma brez njega, vmesne prazne prostore pa zapolnili s pomo- čjo interpolacije. Površina območij z rastlinstvom je bila 0,51 ha oziroma 35,2 % od celotne površine kamno- loma, kar pomeni, da je bilo vstavlje- nih malo več kot tretjina točk, kar ni optimalno in je zagotovo slabost upo- rabljene metode. Če bi bilo terensko delo izvedeno v hladnem delu leta, ko na drevju ni listov, sklepamo, da bi bil problem manjši, saj bi več točk dose- glo gola tla. Preostanek analize je enak prejšnjemu. Ocenili smo, da je bilo na območju kamnoloma po odstrani- tvi rastlinskega pokrova odstranjenih skoraj 212.000 m3 gradiva, kar je za približno 8000 m3 več kot pri prvo- tnem rezultatu. Primerjalno smo prostornino izra- čunali na podlagi državnih lidarskih podatkov,. s čimer smo dobili oceno nekaj več kot 207.000 m3 odstranje- nega gradiva. Rezultat je približno na sredini med obema prej izraču- nanima vrednostma z brezpilotnim Zemljevid primerjave površine Podpeškega jezera pred in v času poplav površina - 6. 5. 2020 površina 16. 5. 2020 Slika 5: Zemljevid primerjave površine Podpeškega jezera. 58 | GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2020 UPORABA BREZPILOTNIH ZRAKOPLOVOV ZA POTREBE FOTOGRAMETRIJE IN KARTOGRAFIJE zrakoplovom ustvarjenega podatkov- nega sloja (ARSO 2015). Izračunana vrednost z rastlinskim pokrovom od lidarske odstopa za 1,66 %, medtem, ko vrednost brez rastlinstva odstopa za 2,09 %. Odstopanje je pričako- vano, saj gre za različne prostorske ločljivosti, obenem pa je bilo pri ustvarjenem podatkovnem sloju brez rastlinstva razmeroma velik delež vre- dnosti interpoliranih. Kljub temu se je metoda izkazala za primerljivo s trenutnimi razpoložljivimi/dostopni- mi državnimi podatki. 3D-model objekta in njegova izdelava Pri izdelavi 3D-modela objekta z brez- pilotnim zrakoplovom lahko pote- gnemo številne vzporednice z izdelavo digitalnega modela površja, vendar v praksi obstaja kar nekaj ključnih raz- lik. Prva je praviloma drugačna krivu- lja leta. Pri izdelavi DMP-ja se črte leta sekajo med seboj pod pravim kotom, pri izdelavi 3D-modela pa gre pravilo- ma za kroženje okrog objekta. Druga razlika je namen. Pri izdelavi 3D-mo- dela je naš interes pogosto ta, da je končni izdelek čimbolj točen. Druga- če povedano, med analizo je čimveč podatkov pridobljenih neposredno iz posnetkov in s tem je manj izračuna- nih oziroma interpoliranih vredno- sti. Tretja razlika je večja natančnost. Vzrok za to je predvsem osredotoče- nost na en, praviloma manjši objekt, kakršen je na primer hiša. Zajem 3D- -modela je tudi hitrejši in nam poleg vizualizacije služi tudi kot pomembna podlaga za prostorsko načrtovanje in druge prostorske stroke. Terensko delo je potekalo 26. maja 2020 na vzpetini Sveta Ana med nase- ljema Jezero in Podpeč, na kateri stoji istoimenska razgledna cerkev. Namen Slika 6: Postopek izdelave digitalnega modela površja v Metashape Pro (Avtor: Zaletelj 2020). Zemljevid območij vegetacije na senčenem DMP kamnoloma kamnolom rastlinstvo Zasnova in kartografija: Luka Zaletelj Kraj in čas izdelave: Ljubljana, 2020 Vir podatkov: Terensko delo 8. 5. 2020 Slika 7: Zemljevid območij rastlinstva na območju kamnoloma med Orlami in Lavrico. GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2020 | 59 UPORABA BREZPILOTNIH ZRAKOPLOVOV ZA POTREBE FOTOGRAMETRIJE IN KARTOGRAFIJE linijskega sloja. Na slemenu je bilo ustvarjenih 141 točk s pripadajočimi vrednostmi nadmorskih višin v in- tervalu od 492,25 do 492,31 m (raz- pon je torej 6 cm), povprečna višina pa je bila 492,27 m. S to povprečno vrednostjo lahko izračunamo, da je glavno sleme od talne točke pri vhodu oddaljeno 9,34 m. Za potrebe primerjave smo izdelali še model, ki se od prvega razlikuje po tem, da so bile nastavitve izdela- ve oblaka točk večje kakovosti (več ustvarjenih točk). Na sliki 9 vidimo primerjavo obeh modelov. Opazimo lahko, da je spodnji model zaradi večjega števila ustvarjenih točk na- tančnejši in zaradi manjše potrebe po interpolaciji vsebuje več podrobnosti, kar je na modelu najbolje vidno ob primerjavi drevesne krošnje. Razlika je opazna tudi pri manjših objektih na desnem paru slik, kjer na primer sivi kamniti objekt zaradi interpolaci- je na zgornjem delu slike ni pravilne oblike. Iz tega lahko sklepamo, da je Na vrhu zvonika je namreč križ, ki ga ustvarjeni 3D-model vključi kot do- datno višino, vprašanje pa je, ali so ga upoštevali tudi pri terenski meritvi za kataster stavb. Našo domnevo podpre tudi na oblaku točk preverjeno dej- stvo, da je višina križa 64 cm, kar je precej podobno številki odstopanja podatkovnih slojev. V kolikor to vre- dnost odštejemo, je nadmorska višina najvišjega dela stavbe 499,88 m, kar je le 2 cm manj od uradne terenske me- ritve opisnih podatkov katastra stavb. Iz tega lahko izračunamo, da je naj- višja točka na križu od tal pri vhodu v cerkev oddaljena 17,59 m. Da bi določili nadmorsko višino glav- nega slemena strehe, smo uporabili al- ternativno metodo. Sprva smo ustvar- jen podatkovni sloj senčili z uporabo orodja ''Hillshade'', s katerim je bilo sleme bolj vidno. Ustvarili smo nov linijski vektorski sloj, ki smo ga ume- stili na sleme in z ukazom ''Stack Profile'' v preglednici dobili točke in pripadajoče nadmorske višine vzdolž raziskave je bil zajeti 3D-model cer- kvenega objekta. Z aplikacijo Pix4D- capture ustvarjeni model smo primer- jali s trenutnim DMNV-jem in dobili višinska odstopanja zajetega modela od reliefa. Postopek izdelave je enak kot pri izdelavi digitalnega modela površja. Z uporabljeno metodo smo želeli do- ločiti višino objekta. Na ustvarjenem modelu smo iskali razlike v višini točk na zvoniku, slemenu strehe in tlemi ob vhodu v cerkev. Nadmorska viši- na slednje točke je 482,93 m (ARSO 2015). Iz podatkov katastra stavb iz- vemo, da je najvišji del stavbe (zvonik) na absolutni nadmorski višini 499,90 m. Podatki iz ustvarjenega 3D-mode- la pa kažejo, da je nadmorska višina vrha zvonika 500,52, razlika med obema meritvama je torej približno 62 cm (GURS 2020a). Vzrokov za- njo je lahko več. Gre ali za napako ustvarjenega podatkovnega sloja ali pa je do razlike prišlo pri opravljenih dveh meritvah najvišjega dela stavbe. Prikaz opornih točk za določanje višine objekta točka na zvoniku talna točka pri vhodu vzletna točka sleme Zasnova in kartografija: Luka Zaletelj Kraj in čas izdelave: Ljubljana, 2020 Vir podatkov: Terensko delo 19. 5. 2020 Slika 8: 3D-model cerkve in prikaz opornih točk za določanje višine objekta. 60 | GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2020 UPORABA BREZPILOTNIH ZRAKOPLOVOV ZA POTREBE FOTOGRAMETRIJE IN KARTOGRAFIJE izrazite prisotnosti in posegov člove- ka, kar onemogoča preučevanje veči- ne družbenogeografskih procesov. Ob ustreznem usposabljanju in pridoblje- nih dovoljenjih je ta problem prak- tično brezpredmeten. Druga slabost je dokaj omejena uporabnost brezpi- lotnih zrakoplovov. Ćeprav so lahko kartografski izdelki brezpilotnih zra- koplovov za določene namene zado- voljivi, pa so v primeru znanstvenih raziskav večinoma uporabni le brezpi- lotni zrakoplovi višjega cenovnega ra- zreda, daj je le z njimi mogoče doseči najvišjo možno natančnost in objek- tivnost pridobljenih podatkov. Poleg kakovosti izdelka je lahko problema- tičen tudi razmeroma kratek čas lete- nja (med 10 in 30 minut na baterijo), predvsem na območjih brez dostopa do elektrike, kjer smo pri uporabi zrakoplova omejeni s številom baterij. Prav izboljšanje baterije je pomembna omejeni le na javno dostopne podat- ke. Možnosti uporabe brezpilotnih zrakoplovov za potrebe fotogrametrije in kartografije so številne, uporabimo jih lahko v kmetijstvu, geomorfolo- giji, za namene klimatoloških študij, pri prostorskem načrtovanju in v šte- vilnih drugih strokah (Bitenc 2015). Kljub nekaterim pomanjkljivostim so trenutne aplikacije za načrtovanje le- tov celostno gledano intuitivne, upo- rabnikovim potrebam prilagodljive in varne za uporabo, saj med terenskim delom ni prišlo do nobenih nevarnih dogodkov, kar je pomembno, saj avtor aplikacij ni proizvajalec brezpilotnega zrakoplova. Pri manjših količinah slik (< 100) za analizo v sprejemljivem času zadostuje tudi strojna oprema nižjega cenovnega ranga. Kot operater brezpilotnega zrakoplo- va sem bil omejen le na območja brez uporaba boljših nastavitev zagotovo priporočljiva, če to le dopušča strojna oprema. Sklep Brezpilotni zrakoplovi, nekdaj zgolj vojaška tehnologija, doživljajo hitro rast razširjenosti uporabe, kar odpira možnost vse več posameznikom, da jih uporabijo tudi v znanstveno-razi- skovalne namene. Z brezpilotnim zra- koplovom smo uspešno izdelali tako imenovane popolne ortofoto posnet- ke, digitalni model površja in 3D-mo- del objekta. V primerjavi s trenutnimi državnimi podatki so bili z brezpilotnim zrako- plovom ustvarjeni podatki večje pro- storske ločljivosti, obenem pa nam metoda omogoča, da podatke zajame- mo, kadar jih potrebujemo, oziroma, kadar nam to ustreza in s tem nismo Slika 9: Grafična primerjava ustvarjenih modelov (Avtor: Zaletelj 2020) GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2020 | 61 UPORABA BREZPILOTNIH ZRAKOPLOVOV ZA POTREBE FOTOGRAMETRIJE IN KARTOGRAFIJE nih dejavnostih, kakršna je na primer kmetijstvo, ki bo v prihodnosti, poleg vojske, nedvomno glavna tržna niša za nakup brezpilotnih zrakoplovov. Za zdaj je tako tovrstna metoda še vedno premalo izkoriščena, znanje za njeno uporabo pa je vendarle izredno cenje- no. T o je lahko pomembna motivacija geografom z naprednimi računalni- škimi znanji, da prevzamemo pobudo in to metodo nadalje razvijamo, s tem pa krepimo geografsko vedo in njen pomen. višje kakovosti (več ustvarjenih točk, manj posploševanja in interpolaci- je vrednosti …) predvidevamo, da bi bili tudi rezultati bolj kakovostni. Vse več plačljive programske opreme za analizo posnetkov že ponuja tako imenovano oblačno analizo, ki razbre- meni uporabnikovo strojno opremo. Brezpilotni zrakoplovi zagotovo ne spadajo več na področje znanstvene fantastike. Gre za uporabno tehno- logijo daljinskega zaznavanja v števil- smernica trenutnega razvoja zrakoplo- vov, saj se proizvajalci že približujejo 40-minutnemu času trajanja poleta z eno baterijo. Za izdelavo digitalnega modela površ- ja in obdelavo aerofotografij z brezpi- lotnega zrakoplova je potrebna tudi precej zmogljivejša strojna oprema, kot smo jo imeli na razpolago. T udi to lahko označimo kot slabost metode, saj smo čas analiz in obdelave merili v dnevih. Če bi uporabili nastavitve Viri in literatura 1. Agisoft LLC 2019: Agisoft Metashape User Manual: Professional Edition, Version 1.5. Medmrežje: https://www.agisoft.com/pdf/metashape-pro_1_5_en.pdf (17. 4. 2020). 2. ARSO (Agencija Republike Slovenije za okolje) 2020: Klimatološke vrednosti za preteklih 30 dni na postaji Ljubljana. Medmrežje: http://meteo.arso.gov.si/uploads/probase/www/climate/graph/sl/by_location/ljubljana/last30days_ljubljana.txt (16. 5. 2020). 3. Atlas okolja ARSO (Agencija Republike Slovenije za okolje) 2015: Lidar podatki po listih v projekciji D48GK (1 km2). Medmrežje: http://gis.arso.gov.si/evode/profile.aspx?id=atlas_voda_Lidar@Arso (5. 5. 2020). 4. Bitenc, M. 2014: Brezpilotni letalniki – od igrače do večnamenskih robotov. Geodetski vestnik 58-1. Medmrežje: http://www.dlib.si/stream/URN:NBN:SI:doc-SGL7S9PW/0e548d79-4534-40d5-8cd9-bc3fb5252882/PDF (8. 3. 2020). 5. CAA (Javna Agencija Republike Slovenije za civilno letalstvo) 2020b: Nova skupna EU ureditev. Medmrežje: https://www.caa.si/nova-skupna-eu-ureditev.html (17. 4. 2020). 6. CAA (Javna Agencija Republike Slovenije za civilno letalstvo) 2020a: Karta območij omejitve letenja brezpilotnih zrakoplovov. Medmrežje: https://caa-slovenia.maps.arcgis.com/apps/webappviewer/index.html?id=1136c5f0c19346238db3112c5ddf011e (15. 3. 2020). 7. DJI 2018: Mavic Air user manual v1.2. Medmrežje: https://dl.djicdn.com/downloads/Mavic%20Air/201911um/Mavic_Air_User_Manual_v1.2_en.pdf (3. 12. 2019). 8. DroneDeploy. Medmrežje: https://www.dronedeploy.com/product/mobile/ (26. 4. 2020). 9. Eisenbeiss, H. 2009: UAV photogrammetry. Doktorsko delo, ETH Zürich. Zürich. Medmrežje: https://doi.org/10.3929/ethz-a-005939264 (19. 4. 2020). 10. GURS (Geodetska uprava Republike Slovenije) 2019: Zbirka podatkov daljinskega zaznavanja DOF050. Medmrežje: https://egp.gu.gov.si/egp/ (5. 5. 2020). 11. GURS (Geodetska uprava Republike Slovenije) 2020a: Grafični in opisni podatki katastra stavb. Medmrežje: https://egp.gu.gov.si/egp/ (29. 5. 2020). 12. GURS (Geodetska uprava Republike Slovenije) 2020b: Ortofoto. Medmrežje: https://www.e-prostor.gov.si/zbirke-prostorskih-podatkov/topografski-in-kartografski-podatki/ortofoto/ (9. 4. 2020). 13. Hrvatin, M. 2010: Podpeško jezero. Digitalna enciklopedija naravne in kulturne dediščine (DEDI). Medmrežje: http://www.dedi.si/dediscina/384-podpesko-jezero (6. 4. 2020). 14. Montes de Oca, A., Arreola L., Flores, A., Sanchez, J., Flores, G. 2018: Low-cost multispectral imaging system for crop monitoring. 2018 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS). Dallas. Medmrežje: https://www.researchgate.net/publication/325094094_Low-cost_multispectral_imaging_system_for_crop_monitoring (28. 2. 2020). 15. NDWI. Earth observing system 2020. Medmrežje: https://eos.com/ndwi/ (5. 4. 2020). 16. Oštir, K. 2006: Daljinsko zaznavanje. Ljubljana. Medmrežje: https://iaps.zrc-sazu.si/sites/default/files/9616568728.pdf (11. 3. 2020). 17. Pix4Dcapture. Medmrežje: https://www.pix4d.com/ (26. 4. 2020). 18. Uredba o sistemih brezpilotnih zrakoplovov. Uradni list Republike Slovenije 52/16. Ljubljana. 19. Zaletelj, L. 2020: Uporaba brezpilotnih zrakoplovov za potrebe fotogrametrije in kartografije. Zaključna seminarska naloga, Oddelek za geografijo Filozofske fakultete Univerze v Ljubljani. Ljubljana.