Architektura MuratorTechnikaDrony dla architekta: drony w służbie architektury

Drony dla architekta: drony w służbie architektury

Zdjęcia lub filmy wykonywane przez drony dla architekta mogą być niezwykle przydatne. Taki materiał można wykorzystać jako podkład do planowania, tło do wizualizacji lub pokazania inwestorowi widoku z projektowanego apartamentu. Jakie inne przydatne funkcje pełnią drony w architekturze. Jaki model wybrać, jakie przepisy obowiązują operatorów drona?

Drony dla architekta: drony w służbie architektury
Drony w architekturze służą przede wszytskim do odwzorowywania otoczenia; fot. GettyImages

Drony w architekturze: rodzaje dronów

Drony, UAV (z ang. Unmanned Aerial Vehicle) czy BSP (Bezzałogowy Statek Powietrzny) to określenia opisujące pojazdy latające, w których do realizacji misji lotniczej na pokładzie nie jest wymagana obecność pilota ani załogi. Sam lot odbywa się poprzez zdalną kontrolę z ziemi lub w sposób automatyczny, kiedy jednostka wykonuje wcześniej zaprogramowaną misję. W Polsce tego typu platformy potocznie nazywamy dronami, ale poprawna nazwa to bezzałogowy statek powietrzny, czyli BSP. Większości osób słowo dron kojarzy się z latającą zabawką dla starszych dzieci. W rzeczywistości sama technologia BSP jest już od kilkunastu lat rozwijana szczególnie przez firmy związane z obronnością. Jednymi z pierwszych użytkowników bezzałogowych statków powietrznych były armie i obecnie to właśnie wojsko jest jednym z największych odbiorców tej technologii. W przypadku rozwiązań militarnych dronami mogą być małe, przypominające ważkę pojazdy szpiegowskie, jak również urządzenia o rozmiarach sporego samolotu, ważące kilka ton i wykonujace wielogodzinne loty. W zastosowaniach cywilnych przeważnie wykorzystuje się platformy latające o wadze od kilku do kilkunastu kilogramów i rozpiętości skrzydeł rzędu 1–2 metrów.

Bezzałogowe statki powietrzne rozróżnia się m.in. ze względu na budowę i sposób unoszenia się. Pierwsza grupa to płatowce – modele przypominające swoim kształtem klasyczne samoloty wyposażone w skrzydła (generujące siłę nośną) oraz silnik. Mogą się one różnić między sobą kształtem – są platformy przypominające latające skrzydło lub wyglądające jak typowe samoloty, w których śmigło jest umieszczone z przodu lub z tyłu.

Druga grupa to platformy wielowirnikowe. Zasada lotu w tego typu modelach jest taka sama jak w helikopterze. Napęd i możliwość lotu zapewniają cztery wirniki lub więcej. W zależności od ich liczby można mówić o kopterach (4 silniki), hexakopterach (6 silników) lub octokopterach (8 silników). W większości modeli codziennego użytku napęd stanowią silniki elektryczne. W przeciwieństwie do spalinowych są one prawie bezobsługowe. Operator musi tylko zmieniać i ładować pakiety akumulatorów. Jednak i ta czynność, wraz z rozwojem technologii i dzięki wytwarzaniu wydajniejszych baterii, jest wykonywana z coraz mniejszą częstotliwością.

Drony dla architekta: drony w służbie architektury
Drony dla architektów, platforma typu: latające skrzydło (SenseFly eBee); fot. TPI

Dron dla architekta: jaki kupić?

Podczas podejmowania decyzji o zakupie BSP kluczowym czynnikiem będzie jego cena. Oczywiście jest to podejście racjonalne, lecz trzeba też rozważyć kwestię przydatności platformy do wykonywanych zadań i całkowitego kosztu realizacji zlecenia. Drony typu płatowce są przede wszystkim platformami o dużej wydajności pod względem rejestracji danych w czasie jednego lotu. Wykonując zdjęcia z dokładnością co do centymetra, podczas jednej misji automatycznej (czas, w którym dany statek przy zasilaniu z baterii znajdujących się na pokładzie, unosi się w powietrzu) potrafią pozyskać materiał dla obszaru kilku kilometrów kwadratowych. W przypadku płatowca przyjmuje się, że jest to ok. jedna godzina przy prędkości lotu wynoszącej kilkadziesiąt kilometrów na godzinę. Typ ten sprawdzi się wszędzie tam, gdzie potrzebne jest wykonanie modelu dużego obszaru lub długiego obiektu liniowego.

Pierwszą różnicą, którą każdy użytkownik zauważy pomiędzy opisywanymi platformami, jest to, że wirnikowiec może zawisnąć w miejscu i wykonywać ujęcia foto lub wideo z jednej pozycji. Również sam jego start i lądowanie odbywają się w linii pionowej, co umożliwia wprawnemu operatorowi wykonywanie lotów na ograniczonej przestrzeni. Dzięki możliwości zawiśnięcia i swobodnego poruszania się w 6 kierunkach (góra, dół, przód, tył, prawo, lewo) ten rodzaj platformy umożliwia rejestrację m.in. obiektów wysokich np. wieżowców, masztów czy mostów. Koptery są bardziej uniwersalne, gdyż można za ich pomocą robić zdjęcia, kręcić filmy, wykonywać inspekcje trudno dostępnych budowli lub – w połączeniu z kamerami termalnymi – wizje termiczne. Kamery montowane są na tzw. gimbalach, zapewniających prawie nieograniczone pole widzenia, a dzięki układom tłumiącym drgania i stabilizującym matrycę aparatu lub kamery pozyskany obraz jest ostry i ma wysoką jakość.

Drony dla architekta: drony w służbie architektury
Drony dla architektów, platforma typu: samolot (Topcon Sirius); fot. TPI

Drony w architekturze: dane pozyskiwane przez drony

Dron w czasie swojej misji, niezależnie od tego, czy będzie ona automatyczna (sterowana poprzez zaprogramowanego autopilota), czy wykonywana w sposób manualny przez operatora statku bezzałogowego, rejestrować będzie zdjęcia lub filmy. Taki materiał można wykorzystać w pracy architekta jako podkład do planowania, tło do wizualizacji lub prezentacji zleceniodawcy widoku z projektowanego (nawet na najwyższym piętrze wieżowca) apartamentu. BSP w zależności od zastosowanej kamery mogą rejestrować obrazy:
• w świetle widzialnym (RGB), tak jak aparaty fotograficzne,
• wykorzystując kamery na podczerwień, czyli termalne, rejestrujące temperaturę obiektów,
• za pomocą kamer multispektralnych, które na podstawie określonych parametrów światła widzialnego pozwalają np. ocenić kondycję roślinności.

Więcej informacji otrzymuje się po opracowaniu pozyskanych w ten sposób zdjęć lub filmów. Łącząc kilka fotografii wykonanych z jednego miejsca w różnych kierunkach, można uzyskać panoramiczny widok otoczenia obiektu z dowolnej wysokości. Ponadto, poprzez odpowiednie złożenie ze sobą kilku, a nawet kilku tysięcy pojedynczych zdjęć, można otrzymać m.in. ortofoto – obraz umożliwiający przedstawienie dużego obszaru w bardzo czytelny sposób. Dodatkowo każde tak powstałe odwzorowanie jest metryczne, co oznacza, że znając jego skalę, można dokonywać na nim pomiarów. Tego typu materiał widoczny jest np. w portalach typu Google Maps, lecz w przypadku danych z drona zazwyczaj jest on lepszej jakości i bardziej szczegółowy, przez co stanowi idealną bazę, na której można projektować i przedstawiać stworzone koncepcje.

Drony dla architekta: drony w służbie architektury
Drony dla architektów, platforma typu wirnikowiec (DJI Matrice 210 z dwiema kamerami); fot. TPI

Opracowując zdjęcia z dronów, uzyskuje się także trójwymiarowy model terenu lub obiektu. Będzie on zwizualizowany jako siatka TIN (bryła zbudowana z setek trójkątów) lub wielomilionowa, kolorowa chmura punktów. Wykorzystując takie dane, można projektować obiekty w środowisku 3D, jak najlepiej wpasowując je w istniejące otoczenie, a stworzone w ten sposób przez architektów wizualizacje 3D stają się bardziej realistyczne. Ważną kwestią podczas wykonywania takiego opracowania jest duża automatyzacja całego procesu. Stosując specjalistyczne oprogramowanie, np. AGISOFT PHOTOSCAN lub PIX4D, już po kilku kliknięciach otrzymuje się gotowy wynik. Architekci mogą również przekształcać płaskie zdjęcia w model trójwymiarowy, wykorzystujący technologię Bentley reality mesh, np. za pomocą programu Topcon ContexCapture. Pozwala to uzyskać realistyczne modele  istniejących obiektów.

Drony a przepisy: regulacje prawne w kwestii wykorzystania dronów

Każdy ma możliwość zakupu drona, jedynym ograniczeniem jest zasobność portfela potencjalnego nabywcy. Ceny platform BSP wahają się od kilku do nawet 200 tysięcy złotych, wszystko zależy od ich możliwości i przeznaczenia. Inną kwestią jest użytkowanie dronów. Pod tym względem obowiązują pewne wymogi prawne. Chcąc wykonywać loty komercyjne (czyli w celu zarobkowym), należy posiadać świadectwo kwalifikacji. W celu jego uzyskania trzeba odbyć specjalny kurs w odpowiedniej jednostce szkoleniowej, przejść badania u lekarza orzecznika z zakresu medycyny lotniczej, mieć ważne ubezpieczenie OC operatora drona oraz pozytywnie zdać egzamin państwowy. Więcej na stronie internetowej Urzędu Lotnictwa Cywilnego. Dopiero spełnienie powyższych warunków pozwala uzyskać świadectwo kwalifikacji, w którym wskazane będą rodzaje BSP, jakie można obsługiwać. Jednak nawet w przy
padku posiadania stosownej dokumentacji istnieją miejsca, w których latanie dronem jest zabronione lub wymaga dodatkowych zezwoleń. Więcej informacji na ten temat dostępnych jest w rozporządzeniu Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 26 marca 2013 r. w sprawie wyłączenia zastosowania niektórych przepisów ustawy Prawo lotnicze w odniesieniu do niektórych rodzajów statków powietrznych oraz określenia warunków i wymagań dotyczących ich używania.









Drony dla architekta: drony w służbie architektury
Drony dla architektów, platforma typu octokopter (Topcon Falcon 8+); fot. TPI
Drony dla architekta: drony w służbie architektury
Drony dla architektów. Misja powierzchniowa wykonana z oprogramowaniem eMotion SenseFly; fot. TPI
Drony dla architekta: drony w służbie architektury
Drony w architekturze. Trójwymiarowy numeryczny model terenu (TIN) opracowany w programie Topcon ContexCapture; fot. TPI
Cyfrowa fabrykacja w praktyce: eksperymentalne pawilony z ICD Stuttgarcie i ETH w Zurychu Projektowanie pawilonów to architektoniczne laboratorium w mikroskali, pozwalające na testowanie nowych rozwiązań materiałowych i metod produkcji, zanim na stałe zagoszczą na placu budowy. To działania badawcze i eksperymentalne, dlatego prym wiodą w nich czołowe uczelnie architektoniczne takie jak ICD w Stuttgarcie czy katedra prowadzona przez duet Gramazio i Kohler na ETH w Zurychu.