W ramach prowadzonych badań własnych i kontaktów ze współpracownikami z Wydziału Geodezji Górniczej  i Inżynierii Środowiska udało mi się zawiązać zespół badawczy. Poniżej znajduje się zwięzły opis tematyki badawczej, w której specjalizują się naukowcy z naszego zespołu oraz najważniejszych działań jakie prowadzimy.

Skład osobowy

dr hab. inż. Paweł Ćwiąkała

Odpowiedzialny za prowadzenie badań z wykorzystaniem bezzałogowych statków latających, a w szczególności za optymalizację i rozwój prowadzenia nalotów pod kątem dokładności działania pokładowych systemów nawigacyjnych.

dr inż. Wojciech Gruszczyński

Odpowiedzialny za rozwój tematyki wyznaczania wysokości powierzchni terenu i przemieszczeń pionowych z wykorzystaniem danych pozyskanych z nalotów BSL.

dr inż. Edyta Puniach

Odpowiedzialna za rozwój tematyki wyznaczania przemieszczeń poziomych z wykorzystaniem danych pozyskanych z nalotów BSL.

dr inż. Wojciech Matwij

Odpowiedzialny za rozwój tematyki wyznaczania pola przemieszczeń z wykorzystaniem naziemnego skaningu laserowego.

mgr inż. Paweł Wiącek

Odpowiedzialny za testowanie i kalibrację sensorów optycznych, przygotowanie kompleksowej procedury walidacji produktów fotogrametrycznych pozyskiwanych z wykorzystaniem BSL.

mgr inż. Katarzyna Strząbała

Odpowiedzialna za integrację danych dla potrzeb monitoringu przemieszczeń powierzchni terenu pochodzących z różnych źródeł (UAV, pomiary GNSS, zobrazowania multispektralne, skaning laserowy).

Tematyka prac 

Zespół zajmuje się pozyskiwaniem, opracowaniem, oceną i przetwarzaniem wysokorozdzielczych danych, pochodzących z fotogrametrycznych nalotów, wykonanych przy użyciu bezzałogowych statków latających (BSL) oraz naziemnego skaningu laserowego (TLS). Celem prac zespołu jest wyznaczanie pola przemieszczeń powierzchni terenu i obiektów na nim się znajdujących. Opracowane przez nas rozwiązania wykorzystują szeroką paletę narzędzi obliczeniowych stosowanych w computer vision, w tym między innymi algorytmy rejestracji obrazów oparte na autokorelacji i deskryptorach punktów charakterystycznych oraz algorytmy przetwarzania i łączenia chmur punktów, a także sztuczne sieci neuronowe.

Aktualne projekty

Projekt „Opracowanie innowacyjnego systemu wyznaczania wektorowego pola przemieszczeń na podstawie zobrazowań pozyskanych z użyciem UAV” – realizowany w konsorcjum z firmą Colidrone sp. z o.o.

W ramach projektu opracowane zostaną innowacyjne algorytmy tworzące kompleksowy system umożliwiający wyznaczenie pola przemieszczeń powierzchni terenu na podstawie zobrazowań pozyskiwanych z bezzałogowych statków powietrznych (UAV). System ten będzie wyspecjalizowany do pracy z wysokorozdzielczymi danymi, które obecnie są powszechnie pozyskiwane kamerami niemetrycznymi. Dodatkowo opracowywany system przetwarzania zobrazowań UAV umożliwi wyznaczenie przemieszczeń o charakterze quasi-ciągłym na całym obszarze badań. Względem metod teledetekcyjnych przewagą proponowanego rozwiązania będzie wyższa dokładność uzyskiwanych wyników oraz możliwość wyznaczenia przemieszczeń przestrzennych.

Wyniki prac projektowych zostaną wdrożone jako innowacyjny produkt, w postaci usługi na rynku krajowym oraz pakietu narzędzi do przetwarzania zobrazowań UAV na rynku globalnym. Dzięki opracowanemu systemowi możliwe będzie nie tylko wyznaczanie przemieszczeń powierzchni terenu, ale również dokładniejsze odzwierciedlenie rzeczywistej rzeźby terenu.

Odbiorcami usługi będą przedsiębiorstwa prowadzące działalność wydobywczą, jak również firmy i jednostki samorządu terytorialnego realizujące inwestycje na terenach zagrożonych przemieszczeniami powierzchni terenu. Odbiorcami pakietu narzędzi do przetwarzania zobrazowań UAV będą firmy realizujące pomiary geodezyjne z ich wykorzystaniem.

Projekt „Automatyzacja wyznaczania pola przemieszczeń w oparciu o dane fotogrametryczne pozyskane przy użyciu bezzałogowych statków latających” przyznany w ramach systemu grantów uczelnianych na prace badawcze realizowane z udziałem doktorantów na lata 2021-2023. Celem badawczym projektu jest udoskonalenie i rozwój wyspecjalizowanych algorytmów automatycznego wyznaczania pola przemieszczeń na bazie produktów fotogrametrycznych generowanych na podstawie zdjęć wykonanych z pokładu bezzałogowych statków latających (BSL). Do jego realizacji niezbędne jest pozyskanie dużej ilości danych fotogrametrycznych zebranych z wykorzystaniem BSL, a także danych referencyjnych. Pozwoli to na opracowanie, weryfikację i uodpornienie algorytmów na wpływ roślinności, wilgotności gruntu, nasłonecznienia, zróżnicowania rzeźby i pokrycia terenu itp. Dodatkowo, realizacja projektu umożliwi wykonanie analiz skuteczności, efektywności i dokładności opracowanych algorytmów.

Zakończone projekty

Projekt “Jaworzno” przewidziany do realizacji na lata 2019-2021 miał na celu rozszerzenie zakresu prowadzonych badań o wyznaczanie pola przemieszczeń powierzchni terenu i obiektów na nim się znajdujących. Badania dotyczły zarówno danych pozyskiwanych z wykorzystaniem fotogrametrii BSL, jak i TLS. Projekt ten obejmował również weryfikację dotychczas opracowanych algorytmów wyznaczania wysokości punktów powierzchni terenu. W ramach projektu przewidziano pomiary cokwartalne na terenie podlegającym przemieszczeniom i deformacjom na skutek prowadzonej podziemnej eksploatacji górniczej węgla kamiennego. Badania współprowadzone były z zespołem Pana Profesora Zygmunta Niedojadło, który specjalizuje się w obserwacjach oraz prognozowaniu i modelowaniu deformacji na terenach podlegających wpływom podziemnej eksploatacji górniczej. Pozwoliło to na przeprowadzenie badań na znacznie szerszą skalę niż dotychczas zarówno pod względem obszaru, jak i tematyki.
Rezultaty dotychczasowych prac w tym projekcie opisano w artykułach:

Determination of underground mining-induced displacement field using multi-temporal TLS point cloud registration. DOI: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.109482

Application of UAV-based orthomosaics for determination of horizontal displacement caused by underground mining. DOI: 10.1016/j.isprsjprs.2021.02.006

Correction of Low Vegetation Impact on UAV-Derived Point Cloud Heights With U-Net Networks. DOI: https://doi.org/10.1109/TGRS.2021.3057272

UAV Applications for Determination of Land Deformations Caused by Underground Mining. DOI: https://doi.org/10.3390/rs12111733

Projekt pilotażowy “Łaziska” zrealizowany w latach 2015-2016 miał na celu porównanie dokładności wyznaczania geometrii rzeźby terenu przy wykorzystaniu BSL i TSL. Na bazie pozyskanych danych zaproponowano też metodykę filtracji roślinności prowadzącą do zmniejszenia błędów wyznaczonych wysokości powierzchni terenu nawet o ponad 40% względem surowych danych. Bazuje ona na poszukiwaniu lokalnych minimów w chmurze punktów.
Rezultaty prac w tym projekcie opisano w artykule:
Comparison of low-altitude UAV photogrammetry with terrestrial laser scanning as data-source methods for terrain covered in low vegetation. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2017.02.015

Projekt “Jerzmanowice” zrealizowany w latach 2018-2019 miał na celu rozwój metodyki filtrowania i minimalizacji wpływu roślinności na geometrię powierzchni terenu wyznaczaną w oparciu o dane pomiarowe pozyskane w wykorzystaniem BSL. Projekt obejmował zgromadzenie danych z wykorzystaniem BSL w różnych porach roku i dla różnego stanu wegetacji oraz pomiary referencyjne. Na bazie danych pomiarowych, zgromadzonych w trakcie projektów “Łaziska” i “Jerzmanowice”, opracowano algorytmy wykorzystujące sztuczne sieci neuronowe do filtracji i minimalizacji wpływu roślinności na wyznaczane wysokości powierzchni terenu. Algorytmy te wykorzystują “klasyczne” sieci konwolucyjne i tzw. w pełni konwolucyjne sieci neuronowe typu U-Net. Zaproponowana metodyka przetwarzania danych pozwala też na oszacowanie dokładności, z jaką wyznaczona jest wysokość każdego punktu zunifikowanej chmury. Przeprowadzone badania obejmowały także oszacowanie istotności sezonu i związanego z nim cyklu wegetacji na dokładność określenia wysokości powierzchni terenu przy zastosowaniu i bez stosowania opracowanych algorytmów.
Rezultaty prac w tym projekcie opisano w artykule:
Application of convolutional neural networks for low vegetation filtering from data acquired by UAVs. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2019.09.014

Projekt dotyczący badania dokładności pozycjonowania bezzałogowych statków latających realizowany w latach 2015-2018. W ramach projektu stworzono terenową bazę do testowania dokładności pozycjonowania bezzałogowych statków latających, a także zestaw podstawowych testów pozwalających na określenie parametrów dokładności w konkretnych scenariuszach misji. Pozwala to na określenie warunków brzegowych stosowalności BSL w różnych misjach i stanowi jeden z istotnych kroków w pełnej procedurze testowej komputerów pokładowych i czujników. W ramach prac badawczych przeprowadzono analizę dokładności pozycjonowania dla wybranych urządzeń bezzałogowych.
Rezultaty prac w tym projekcie opisano w artykułach:
Testing procedure of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) trajectory in automatic missions (DOI: https://doi.org/10.3390/app9173488) oraz Assessment of the accuracy of positioning unmanned aerial vehicles.

W latach 2016-2017 w Tatrzańskim Parku Narodowym (TPN) zrealizowano projekt, którego celem była weryfikacja przydatności bezzałogowych statków latających do inwentaryzacji stanu szlaków turystycznych na obszarach o charakterze wysokogórskim. W ramach projektu opracowano pełną metodykę pozyskania danych w tak trudnym i wymagającym terenie jakim są szlaki zlokalizowane na stromych stokach Tatr. Prace badawcze objęły także ocenę dokładności pozyskanych materiałów. Przeanalizowano również możliwości zastosowania przygotowanych produktów zarówno do oceny zasięgu i nasilenia erozji wzdłuż szlaków turystycznych, jak i badania sukcesji roślinności czy stanu drzewostanu w terenie bezpośrednio do nich przylegającym.
Rezultaty prac w tym projekcie opisano w artykule:
Assessment of the possibility of using unmanned aerial vehicles (UAVs) for the documentation of hiking trails in alpine areas. DOI: https://doi.org/10.3390/s18010081

Projekt “Osuwisko Kłodne”. Analizą objęto obszar osuwiska, które uruchomiło się w czerwcu 2010 roku. Znajduje się ono w miejscowości Kłodne (gmina Limanowa),na południowym zboczu góry Chełm, w Beskidzie Wyspowym. Warto podkreślić, że badane osuwisko należy do największych i najgroźniejszych osuwisk uaktywnionych w ostatnich latach na obszarze Karpat Polskich. Z uwagi na jego skalę (obejmuje ono obszar ok. 50 ha), zakres wywołanych zniszczeń oraz zagrożeń dla budynków i infrastruktury, jest ono przedmiotem badań wielu instytucji naukowo-badawczych. Od 2010 roku prace prowadzone są tam przez PIG-PIB, a od 2013 przez studentów i pracowników WGGiOŚ i WGGiIŚ AGH w Krakowie. Badania wykonane dotychczas miały na celu wyznaczenie aktualnych, zewnętrznych granic osuwiska oraz zbadanie jego stabilności. Analiza zgromadzonych od 2013 roku wyników wykazała aktualnie znikomą aktywność osuwiska.  Zakres prac członków zespołu obejmował wykonanie klasycznych pomiarów geodezyjnych oraz zastosowanie BSL do aktualizacji danych katastralnych.  Przeprowadzone analizy miały na celu oszacowanie dokładności wyznaczenia współrzędnych punktów stanowiących treść bazy danych EGiB w zależności od metodyki opracowania danych pozyskanych z pokładu UAV.
Rezultaty prac w tym projekcie opisano w artykule:
Use of unmanned aerial vehicles (UAVs) for updating farmland cadastral data in areas subject to landslides. DOI: https://doi.org/10.3390/ijgi7080331