Dar es Salaam – największe miasto Tanzanii. Jedno z miejsc na świecie, gdzie wykorzystano drony, by spróbować rozwiązać problemy lokalnej społeczności. Dzięki nim uzyskano wysokiej rozdzielczości zdjęcia, które odegrały kluczową rolę w tworzeniu map terenu oraz modelu badania zagrożenia podnoszenia poziomu wody. Na tej podstawie rozpoczęto wdrażania zmian infrastrukturalnych, które mają zapobiec powodziom.

Jak drony zmieniają świat?

Poniższy artykuł jest tłumaczeniem raportu przygotowanego przez The Swiss Foundation for Mine Action. Fundacja na co dzień zajmuje się terenami, które są zaminowane – zabezpieczając je. W ramach specjalnego projektu przygotowała cykl badań nad zastosowaniem dronów w sprawach humanitarnych. Dzięki ich uprzejmości, możemy publikować je tutaj na blogu. Chcę Wam pokazać jak drony wykorzystywane są w akcjach humanitarnych, do badań oraz do specjalne zastosowania.

Wstęp

Z szacowaną na 5 milionów ludzi populacją i rocznym przyrostem naturalnym na poziomie 8%, Dar es Salaam w Tanzanii jest jednym z najszybciej powiększających się miast w Afryce. Ponad 70% mieszkańców mieszka w nieformalnych osiedlach, budowanych bez planu zagospodarowania, w których brakuje odpowiedniej infrastruktury. Dodatkowo, obfite deszcze występujące dwa razy do roku powodują poważne zagrożenie powodziowe. Celem projektu w Dar es Salaam było:

  • pozyskanie wysokiej jakości aktualnych map ekspozycji terenu zagrożonych osiedli,
  • stworzenie modelu hydrologicznego przy użyciu danych dotyczących ukształtowania terenu.

Rezultatem obu z powyższych byłyby istotne źródła informacji przy zarządzaniu ryzykiem powodziowym, a żadne z nich nie było wcześniej dostępne z powodu braku wysokiej jakości cyfrowych zdjęć.
W odpowiedzi na brak danych, Bank Centralny i Czerwony Krzyż zaoferowały wsparcie  mapowania społeczności. Koalicja tworzona przez Radę Miejską Dar es Salaam, Komisję Nauki i Technologii Tanzanii (COSTECH), Uniwersytetu Dar es Salaam, Uniwersytetu Ardhi i Buni Innovation Hub na początku 2015 roku przygotowała projekt. Nazwano go „Ramani Huria”, co w suahili oznacza „Otwarte Mapowanie”. Koalicja zajęła się mapowaniem zagrożonych powodzią terenów w Dar es Salaam w celu zgromadzenia danych, które następnie miały być dostępne dla każdego, a w szczególności dla rządu przy podejmowaniu decyzji, mających na celu przeciwdziałanie powodziom.

W lutym 2015 roku, Drone Adventures ze Szwajcarii, organizacja non-profit powiązana z Bankiem Światowym, postanowiła przetestować na potrzeby projektu koncepcję zbierania danych przy użyciu dronów. Pierwotnie nie planowano wykorzystania dronów w ramach tego projektu, jednak możliwość  pozyskania wysokiej jakości, godnych zaufania danych stosunkowo niewielkim kosztem, została uznana za dobrą okazję do ich przetestowania.

„Realizacja projektu jako badania w akcji sprawia, że jest on trochę łatwiejszy do przeprowadzenia. Nie powinniśmy obiecywać sobie zbyt wiele, ale jeśli uda nam się opublikować te dane w dostępnym dla każdego formacie, uzmysłowimy badaczom, jakie są możliwości projektu” – mówi Edward Anderson z Banku Światowego.

Implementacja

Przykładowe zdjęcia z powietrza

Przykładowe zdjęcia z powietrza

Gromadzenie danych odbywało się dwuetapowo, za każdym razem przy użyciu w pełni zautomatyzowanych dronów eBee marki senseFly stosowanych do mapowania. Podczas pierwszego etapu, organizacja Drone Adventures zmapowała obszar obejmujący kilka kilometrów autostrady, rzekę oraz fragment dzielnicy Tandale. Metody i rezultaty zaprezentowano lokalnym władzom i planistom miejskim, którzy następnie zaznaczyli tereny priorytetowe, które miały być mapowane w kolejnym etapie.

Podczas drugiego etapu pozyskano większość danych, w tym 20 000 zdjęć terenu o powierzchni 88 km2 o średniej rozdzielczości wynoszącej ok. 5 cm. W celu pozyskania takiego materiału 2-3 drony eBee sterowane przez jednego pilota latały jednocześnie.

Organizacja Drone Adventures wykorzystała oprogramowanie do obróbki zdjęć dronów eBee – Postflight Terra 3D – w celu połączenia danych i uzyskania dwóch głównych zestawów informacji: ortofotomapy 2D oraz trójwymiarowego modelu powierzchni. Obróbka wykonywana przy użyciu szybkich procesorów obrazów miała miejsce w Szwajcarii, zajęła 6 tygodni i pozwoliła na uzyskanie 700 GB danych.

Wykorzystanie danych i produkty informacyjne

COSTECH zapewnił powszechny dostęp do danych oraz opublikował nie poddane obróbce obrazy w OpenAerialMap – zbiorze ogólnodostępnych zdjęć lotniczych. Już teraz dostępnych jest szereg produktów informacyjnych bazujących na tych danych.

Mapy jako narzędzie podejmowania decyzji

Po pozyskaniu ortofotomapy 2D, organizacja The Humanitarian OpenStreetMap Team (HOT) poprosiła lokalnych ochotników aby najpierw ustalili miejsca w swoich rejonach, które w pierwszej konieczności wymagają zmapowania, a następnie zdigitalizowali dachy, drogi, odpływy i drzewa oraz zaznaczyli na mapie drogi i firmy. Dzięki temu procesowi, zdjęcia lotnicze zostały przekształcone w cyfrowy plan miasta. Wraz z pozyskaniem tych informacji, domy, firmy i inne kluczowe elementy infrastruktury zostały zmapowane z nieosiągalną dotychczas dokładnością. Ilustracje u góry pokazują mapy tego samego obszaru dostępne przed i po mapowaniu z dronów. Ilustracja poniżej pokazuje szczegółową mapę dzielnicowego systemu odprowadzania wód deszczowych, która została stworzona w ramach społecznej inicjatywy mapowania.

System odprowadzania wód deszczowych drony przeciw powodziom

System odprowadzania wód deszczowych

Model hydrologiczny

Drugi główny rezultat projektu bazuje na trójwymiarowych modelach powierzchni. Używając oprogramowania LAStools można usunąć budynki i inne sztuczne struktury, co umożliwia przygotowanie modelu terenu bazowego. Aktualnie trwają dalsze prace nad modelem, który pozwoli przygotować obejmujący całe miasto model zagrożenia powodziowego.

Opracowanie cyfrowego modelu terenu poprzez usunięcie budynków oprogramowaniem LAStools

Opracowanie cyfrowego modelu terenu poprzez usunięcie budynków oprogramowaniem LAStools

Konieczność stworzenia modelu hydrologicznego uwidoczniła ograniczenia technologiczne. Aby przeciwdziałać gwałtownym powodziom, należałoby zmapować nie tylko niewielki, odkryty obszar miejski, który obejmował projekt, a cały dział wód obejmujący ok. 800 km2. Zakres obróbki przy wykorzystaniu tego typu dronów jest bardzo szeroki, dlatego zmapowanie całego działu wód byłoby niesamowicie trudnym zadaniem. „Staramy się ustalić, co jest wystarczające oraz co stanowi znaczące polepszenie zastanego status quo. Może okazać się, że zmapowanie 800 km2 działu wód w rozdzielczości 3 cm zajmie stanowczo zbyt dużo czasu” – dodaje Edward Anderson, z Banku Światowego.

Wpływ

Jest jeszcze za wcześnie, aby w pełni uzmysłowić sobie wpływ posiadania tego typu wysokiej jakości zdjęć na podejmowanie decyzji i przeciwdziałanie powodziom. Jednakże już teraz znaleziono kilka prostych zastosowań i korzyści z niniejszego eksperymentu.

Rada Dzielnicy Tandale oraz Departament Planowania Przestrzeni Miejskiej Rady Miejskiej Kinondoni już teraz wykorzystują mapy na potrzeby planowania przestrzeni miejskiej. Lokalne władze traktują mapy jako punkt zaczepienia przy analizie terenów wymagających wsparcia oraz przy reagowaniu na powodzie i powiązane z nimi epidemie chorób. Szczegółowe mapy dzielnic pozwalają przedstawicielom służby zdrowia zidentyfikować konkretne domy, w których mieszkają pacjenci chorzy na cholerę i w przypadku epidemii zapewnić znacznie efektywniejsze reagowanie poprzez wysyłanie opieki medycznej w konkretne miejsca. Mapy ekspozycji terenu, które zawierają aktualne dane dotyczące budynków i infrastruktury, pozwalają planistom ustalić, które miejsca są zalewane i wymagają zainstalowania sieci kanalizacyjnej. Powyższe nowe możliwości pozwoliły ponadto na uzyskanie dofinansowania od rządu na budowę systemu kanalizacyjnego w narażonych miejscach.

Dobór metody

„Wykorzystanie dronów do pozyskania zdjęć jest znacznie efektywniejsze niż zdjęcia lotnicze czy satelitarne, ponieważ drony mogą latać poniżej poziomu chmur” – mówi Edward Anderson.

Sporo osób zaangażowanych w projekt uznało pozyskiwanie wysokiej jakości aktualnych zdjęć Dar es Salaam za bardzo wartościowe dla potrzeb modelowania zagrożenia powodziowego i tworzenia map ekspozycji terenu. Konwencjonalne metody, bazujące na danych jakościowych i zdjęciach satelitarnych o rozdzielczości 30 cm, pozwoliły na uzupełnienie mapowania, jednakże były bardzo ograniczone. Miasto rośnie i rozwija się tak dynamicznie, że zdjęcia satelitarne tracą swoją aktualność często już po roku. Z kolei zdjęcia lotnicze często ograniczone są chmurami.

Zaangażowanie społeczności

Lokalne władze oraz społeczność były zaangażowane w projekt  na etapach planowania, zbierania informacji i wykorzystania danych. Szczególnie aktywna była organizacja COSTECH, technologiczna odnoga Ministerstwa Komunikacji, Nauki i Technologii, która pomogła ustalić, które dzielnice należy zmapować. Przedstawiciele Ministerstwa obecni byli na miejscu każdego dnia lotów. W rezultacie, po przekazaniu wiedzy i kupnie dwóch dronów przez Ministerstwo, COSTECH może teraz samodzielnie wykonywać loty dronami oraz przetwarzać pozyskane dane lotnicze.

Podsumowanie

Zwykle niewiele wiadomo na temat opinii społeczności dotyczących wykorzystywania dronów do celów humanitarnych bądź rozwojowych. W Dar es Salaam organizacja FHI 360 przeprowadziła rozmowy z czternastoma przedstawicielami rządu oraz 208 członkami lokalnej społeczności, którzy byli świadkami lotów dronów nad miastem. Spośród wielu potencjalnych zastosowań  uznano, że pomoc poszkodowanym w klęskach żywiołowych i dostarczanie środków medycznych są bardzo obiecującymi rezultatami zastosowania tej technologii.

***

Dla mnie mapowanie w czasie rzeczywistym to jedno z najciekawszych zastosowań dronów. Nie tylko w badaniach jak powyżej, ale też w przypadku katastrof humanitarnych o czym jeszcze będę pisać. Jestem też wielkim zwolennikiem patrzenia na technologię poprzez to, jak wspomaga rozwój ludzkości a nie tylko parametrów.  Powyższy tekst nie jest typowym artykułem, które ukazywały się do tej pory na blogu – ale daje możliwość poznania unikatowych rozwiązań, poznania problemów panujących w innych krajach i tego jak są rozwiązywane. Chcę dawać Wam więcej takiej wiedzy oraz takiego spojrzenia na świat.

Zapisz