Wstęp do fotogrametrii górskiej
n
Wykonywanie nalotów fotogrametrycznych w terenie górskim niesie ze sobą szereg skomplikowanych wyzwań operacyjnych i technicznych. Gwałtowne różnice wzniesień, silne prądy powietrzne, zmienna gęstość powietrza oraz głębokie cienie rzucane przez szczyty górskie w dolinach bezpośrednio wpływają na jakość pozyskiwanych danych oraz bezpieczeństwo bezzałogowego statku powietrznego (UAV). Tradycyjne planowanie misji fotogrametrycznej na stałej wysokości względem punktu startu (AGL) jest w takich warunkach nie tylko niebezpieczne, ale również prowadzi do drastycznych wahań rozdzielczości terenowej (GSD – Ground Sampling Distance), co uniemożliwia poprawne przetworzenie ortofotomapy w procesie aerotriangulacji. W tym artykule szczegółowo analizuję optymalne metody planowania misji w trudnym terenie górzystym.
nn
1. Cyfrowy Model Terenu (NMT) i funkcja Terrain Follow
n
Podstawą planowania bezpiecznego i precyzyjnego nalotu w górach jest wykorzystanie dokładnego numerycznego modelu terenu (NMT / DEM) w oprogramowaniu planistycznym (np. DJI Pilot 2, Pix4Dcapture lub UgCS). Klasyczny nalot płaski nad zboczem o nachyleniu 30 stopni sprawi, że odległość drona od gruntu zmniejszy się wraz z wysokością zbocza, co drastycznie zmieni GSD i może doprowadzić do kolizji z przeszkodą. Zastosowanie funkcji Terrain Follow (śledzenie rzeźby terenu) pozwala platformie UAV na automatyczne korygowanie pułapu lotu w oparciu o zaimportowany model wysokościowy.
n
Niezwykle ważne jest dobranie modelu o odpowiedniej rozdzielczości. Darmowe, globalne modele wysokościowe (takie jak SRTM) mogą mieć zbyt małą dokładność w bardzo wąskich wąwozach, gdzie błąd wysokościowy może sięgać kilkunastu metrów. Rekomenduje się pozyskanie dokładniejszych modeli lokalnych (np. z zasobów rządowych lub geoportali) i ręczne wgranie ich w formacie GeoTIFF do kontrolera drona. Zapewnia to stałą odległość sensora od powierzchni gruntu, co gwarantuje jednorodne pokrycie pikselowe (stałe GSD na całej powierzchni opracowania).
nn
2. Planowanie parametrów lotu – pokrycie poprzeczne i podłużne
n
W płaskim terenie standardowe pokrycie zdjęć na poziomie 70% (podłużne) i 60% (poprzeczne) jest w zupełności wystarczające. Jednak w terenie górskim gwałtowne zmiany wysokości oraz nachylenie zboczy powodują zniekształcenia perspektywiczne i powstawanie tzw. martwych pól (stref niewidocznych na zdjęciach z powodu zasłaniania przez fragmenty skał lub grzbiety). Aby temu zapobiec, parametry pokrycia należy zwiększyć do minimum 80% pokrycia podłużnego oraz 75% pokrycia poprzecznego.
n
Dodatkowo, linie lotu powinny być zaplanowane równolegle do izohips (linii stałej wysokości terenu), a nie prostopadle do zbocza. Latanie pionowo w górę i w dół zbocza zmusza drona do ciągłego przyspieszania i zwalniania w osi pionowej, co drastycznie zwiększa zużycie energii i obciąża silniki. Latanie wzdłuż zbocza pozwala na płynniejszy lot, stabilniejszą pracę migawki aparatu oraz ułatwia poprawne nakładanie zdjęć w programach fotogrametrycznych (np. Agisoft Metashape, Pix4Dmatic).
nn
3. Wpływ warunków atmosferycznych na platformę UAV i sensory
n
Atmosfera w górach charakteryzuje się znacznie mniejszą gęstością powietrza na większych wysokościach nad poziomem morza. Wpływa to bezpośrednio na aerodynamikę – śmigła generują mniejszą siłę nośną, co zmusza silniki do pracy na wyższych obrotach i skraca czas lotu na jednym akumulatorze o 15-25%. Należy zawsze planować powrót drona (RTH) przy zapasie energii wynoszącym minimum 30-35% pojemności baterii.
n
Innym kluczowym czynnikiem jest wiatr. W dolinach wiatr może być ledwo odczuwalny, podczas gdy na graniach i przełęczach występują silne prądy wznoszące (anabatyczne) i opadające (katabatyczne), a prędkość wiatru może przekraczać dopuszczalne normy dla drona. Zawsze należy planować pierwszą część misji pod wiatr, aby w drodze powrotnej z rozładowanymi akumulatorami dron leciał z wiatrem (tzw. „downwind”). Dodatkowo, należy dostosować czas otwarcia migawki (preferowana migawka globalna o czasie 1/1000s lub krótszym), aby uniknąć rozmycia obrazu wywołanego wibracjami drona walczącego z podmuchami wiatru.
nn
4. Propagacja fal radiowych i procedury bezpieczeństwa Failsafe
n
Skały, grzbiety górskie oraz zalesione zbocza stanowią barierę nie do przebicia dla fal radiowych o wysokiej częstotliwości (2.4 GHz oraz 5.8 GHz) używanych do transmisji sygnału sterującego i wideo. Utrata połączenia (Loss of Link) jest w górach bardzo częstym zjawiskiem, gdy dron wlatuje za załom skalny lub przechodzi na drugą stronę zbocza. Punkt startowy (Home Point) musi być zlokalizowany w miejscu zapewniającym pełną widoczność optyczną (LOS – Line of Sight) na całym obszarze misji.
n
Krytyczne znaczenie ma poprawna konfiguracja procedury Failsafe w oprogramowaniu drona. Domyślne ustawienie powrotu do domu na stałej wysokości (np. 100 metrów) może doprowadzić do kataklizmu, jeśli na trasie powrotu znajdzie się szczyt o wysokości 200 metrów. Wysokość powrotu (RTH Altitude) musi być bezwzględnie ustawiona powyżej najwyższej przeszkody terenowej w całym regionie o co najmniej 50 metrów. Alternatywnie, na nowoczesnych platformach można zaprogramować trójwymiarową trasę bezpiecznego powrotu po ścieżce wykonanego nalotu (tzw. powrót po śladzie).
nn
Podsumowanie
n
Naloty fotogrametryczne w trudnym terenie górskim wymagają od operatora nie tylko zaawansowanej wiedzy geodezyjnej, ale również doskonałego zrozumienia fizyki lotu, meteorologii górskiej i zachowania fal radiowych. Precyzyjne zaimportowanie modeli NMT, zwiększenie pokrycia zdjęć oraz rygorystyczne trzymanie się marginesów bezpieczeństwa baterii to jedyna droga do uzyskania wiarygodnych danych przestrzennych (ortofotomap, chmur punktów i modeli 3D) przy zachowaniu pełnego bezpieczeństwa sprzętu.