Mapování exteriérů i interiérů historických objektů usnadňují, zpřesňují a zlevňují drony.

Zapojením dronů do průzkumu památek se zabýval pilotní projekt  DRON & MONUMENT, v němž spojili síly zástupci Českého vysokého učení technického v Praze a Národního památkového ústavu. Drony jsou od té doby už neodmyslitelnou součástí péče o památkový fond. Vedle revizních letů stavebně-technického charakteru (střechy, komíny, okapové svody, římsy, zámecké parky), slouží k provádění kontroly provedených prací při a po obnovách, získávají podklady pro potřeby požární ochrany a bezpečnosti práce. Jejich využití je ovšem daleko širší a stále se rozvíjí, jak se pokusíme nastínit dále.

„Hledali jsme aplikace, kde je vhodné nasazovat robotické technologie, a právě mapování historických objektů se nám zdálo ideální i z pohledu využití výzkumu spolupracujících robotů,“ říká Martin Saska, zástupce ČVUT v Praze, když se ohlíží za projektem DRON & MONUMENT, tedy do začátků spolupráce právě s Národním památkovým ústavem.

Mapování interiérů

U dokumentace interiérů převážně sakrálních staveb si byli odborníci vědomi nutnosti vhodného osvětlení. První pokusy ukázaly, že zdroj světla nesený dronem s kamerou je nedostatečný. Proto se nasazuje i druhý dron, který scénu přisvětluje z boku. Stejný postup při dokumentaci využívají i pracovníci památkové péče. „My jsme schopni tyto situace díky dronům zrealizovat i vysoko ve vzduchu, kam by se lidé obtížně dostávali nebo by se musela stavět nákladná lešení. Navíc nasnímání prostoru je tak daleko rychlejší,“ zmiňuje výhody nových technologií Martin Saska.

Na žádost restaurátorů vyzkoušel tým projektu DRON & MONUMENT i létání za tmy pro fotografování pod UV nasvícením. Hledal též řešení odběru vzorků za letu nebo způsoby připevňování měřících zařízení ve výškách a jejich opětovné snesení na zem. Zároveň se snažil umístit kameru na vrchol dronu tak, aby směřovala nahoru a mohla zblízka dokumentovat například klenbu, což je velmi složitý úkol.

První nasazení dronů se uskutečnilo před osmi lety při mapování interiéru kostela sv. Mikuláše na Staroměstském náměstí v Praze. Odborníci z ČVUT pro toto testovací nasazení použili systém, který tehdy ještě neobsahoval žádné bezpečnostní prvky, a drony museli pečlivě sledovat bezpečnostní piloti, jež mohli řízení kdykoliv převzít. To se i několikrát stalo, což vedlo k dovyvinutí celého systému.

Spolupráce obou institucí probíhala zpravidla tak, že Národní památkový ústav vybral vhodné objekty, u kterých by při jejich skenování a dokumentaci mohly být drony užitečné a zároveň je v nich bezpečné létat. Pokud jim zástupci z ČVUT tento předpoklad potvrdili, nasnímali nejprve konkrétní objekt pozemním 3D skenerem a vytvořili trojrozměrný model památky. Zástupci památkové péče v takto získaném trojrozměrném modelu jim poté vyznačili místa, kde je třeba fotografovat nebo provést jiné senzorické měření.

Body se posléze nahrály jako vstup do plánovače letu a ten vytvořil optimální trajektorii. „Při sestavování plánu se snažíme vždy dosáhnout minimální doby letu s ohledem na omezenou kapacitu baterií. Trajektorie letu musí být navíc nastavena v dostatečné vzdálenosti od překážek objektů. Bezpečnost je v těchto prostorách vždy na prvním místě. Dron nesmí za žádnou cenu poškodit často nesmírně cenné vybavení památek ani stavbu samotnou,“ zmiňuje další úskalí používání dronů Martin Saska.

Po schválení trajektorie proletí dron zcela sám bez jakéhokoliv pilota interiérem a nasnímá požadované údaje u vybraných míst. Let interiérem neumožňuje použití GPS, na kterou spoléhají všechny komerčně dostupné technologie. Právě autonomní létání bez satelitní navigace s využitím pouze palubních senzorů a umělé inteligence dělá tento systém světově unikátní. Průběh letu mohou robotici z ČVUT a zástupci z Národního památkového ústavu sledovat na monitoru v reálném čase. Tato robotická mise může být samozřejmě v jakýkoliv okamžik přerušena a dron je navedený na bezpečné přistání. Může se pak zkontrolovat kvalita nahraných dat, a pokud záznam nemá požadovanou kvalitu, lze let velmi jednoduše a přesně zopakovat.

Široké využití dronů

Výstupy z mapování památek prostřednictvím dronů poskytují podklady nejen pro obnovu historických staveb, ale současně vizuálně velmi atraktivní materiál, který poutá pozornost i laické veřejnosti. To se dá využít například pro finanční sbírky na obnovu památek nebo třeba pro edukaci. „Nezbytným pomocníkem se drony prokázaly také při archeologických výzkumech a monitoringu kulturní krajiny, kdy například v rámci kůrovcové kalamity jsou soustavně sledovány ohrožené archeologické lokality a lépe se dá predikovat šíření kůrovce a tedy i kontaktovat vlastníky lesů. Letecký průzkum se využívá i při operativních a stavebně-historických průzkumech, projekční a publikační činnosti či jako podklad v rámci návrhu na prohlášení za kulturní památku. Výstupy se dají také dobře využívat v public relations, neboť záběry památek z nadhledu, jinak de facto nedostupných, jsou velmi atraktivní pro potencionální návštěvníky našich památek,“ říká Pavel Macků z Národního památkového ústavu, který má problematiku využívání dronů v památkové péči na starosti.

Všechna místa, která tým projektu Dronument navštívil a kde prováděl snímkování, byla buď ve fázi příprav obnov, nebo se o nich v kratším či delším horizontu uvažovalo. Veškeré výstupy jsou archivovány a bývají zpravidla předávány jako dokumentace správci objektu. Na počátku řešitelé projektu žasli, že je dron schopen z nějakého místa přinést fotografii. O dva roky později přišel dotaz od restaurátora, zda by dron mohl získat vzorek omítky, což bylo na začátku celé spolupráce naprosto nepředstavitelné. Nicméně za léta praxe se dají možnosti dronů označit za téměř neomezené.

Příklad mapování na zámku Plumlov

Pro výzkumný projekt byl zámek Plumlov vybrán z důvodu rozsáhlosti samotného objektu a jeho umělecko-historických kvalit. Restaurátorský průzkum jižní fasády měl zjistit původní podobu fasády. Vzhledem k nedostupnosti této strany objektu nad Podhradským rybníkem bylo v první fázi využito dokumentace pomocí dronu. Z fotografií obou fasád byly pomocí fotogrammetrie sestaveny 3D modely společně s jednotlivými anotacemi, čímž se vytvořily specializované mapy s odborným obsahem (výsledky laboratorního rozboru odebraných vzorků omítek).

Ve 3D modelu a ve fotkách z bezpilotní helikoptéry byla vytipována vhodná místa pro odběry vzorků barokních omítek. Následoval restaurátorský průzkum a samotný odběr vzorků na místě za pomoci horolezeckého vybavení s restaurátorem Martinem Parobkem. Vše zakončil navazující laboratorní rozbor a analýza, která definovala dvoubarevné pojednání jižní fasády v době výstavby zámku za vlády rodu Liechtensteinů. Výsledná zjištění barevnosti fasády přispějí k odborné památkové obnově.

Cíle a výstupy projektu

Cílem projektu DRON & MONUMENT bylo vyvinout metodologii pro bezpečné použití dronů při mapování interiérů a exteriérů historických objektů v místech, kde nelze použít konvenční technologie. Klíčová je schopnost létat s drony přesně a bezpečně. Lze je pak využít u restaurátorských průzkumů, stavebněhistorických průzkumů a pro dokumentaci a prezentaci umělecko-historicky hodnotných objektů, jejich jednotlivých prvků i celkových pohledů na obtížně dostupná místa.

V průběhu celého projektu se podařilo pomocí naskenovat 20 objektů. Řešitelé již zmapovali například interiér chrámu Panny Marie Sněžné v Olomouci, sál předků na státním zámku Vranov nad Dyjí, čestný sloup Nejsvětější Trojice v Olomouci, jižní fasádu kostela sv. Mořice v Olomouci, sněmovní sál arcibiskupského zámku v Kroměříži či pohřební kapli Všech svatých na zámku v Telči.

Národní památkový ústav nadále bude svůj letecký park i nadále rozšiřovat jak z hlediska vybavení, tak i softwaru schopného zpracovávat získaná data a jejich archivaci. V letošním roce vznikla také pracovní pozice leteckého metodika, který všechny letecké činnosti na památkách ve správě Národního památkového ústavu bude vykonávat, koordinovat a rozvíjet podle aktuálních i dlouhodobých potřeb.

„Vlastníkům objektů jsme předali textovou a videodokumentaci a také 3D modely pro jejich popularizaci případně pro plánování rekonstrukčních prací. Hlavním výstupem byl ovšem  vznik softwaru a hardwaru, platformy, která je unikátní v tom, že umožňuje dělat inspekci uvnitř památkových objektů a tedy bez GPS, zcela autonomně a bez pilota. Výhodou je, že koncoví uživatelé (památkáři, historici) si dokážou předem vytipovat místa v objektu, kde chtějí získat senzorickou informaci (fotografie nebo video) a dron proletí do těchto míst sám a rychle. Lze tedy platformu nadále využívat ve spolupráci s ČVUT včetně vzniklé metodiky, jak pracovat s drony v dalších objektech,“ říká Martin Saska z ČVUT.

Podle jeho slov se v rámci projektu vytipovalo spousta dalších technologií, které při psaní projektu před lety nebyly vůbec známé a nyní se proto dá posunout využití dronů výrazně dál. Ať už jsou to kontakty dronů přímo s objekty (například umisťování smart senzorů, které vysílají na dálku měření teploty a vlhkosti), nebo další neinvazivní ale i invazní metody pro detekci povrchových vlastností objektů (odběr vzorků omítek, UV skenování).

Zájemci o využití hardwaru a softwaru se mohou obrátit na ČVUT. „Pokud by využití dronů týkalo něčeho zajímavého, můžeme zakázku zpracovat na naše náklady. Některé technologie bychom přitom rádi dále testovali. Jsme určitě otevřeni další spolupráci s Národním památkovým ústavem, dalšími vlastníky objektů, ale i s firmami, které by tuto technologii mohly komerčně nabízet, stejně jako zájemcům, kteří by ji chtěli používat licenčně,“ uzavírá Martin Saska.

Podmínky používání dronů nad památkami

Existuje množství firem, které dokáží létat „na objednávku“, přičemž vyřídí veškerou s tím spojenou administrativu a vyhodnotí získaná data. „Kasteláni památkově chráněných objektů ve správě státu z Národního památkového ústavu postupují podle vnitřní směrnice, která vznikla na základě legislativy a především kvůli živelným nelegálním letům dronů nad památkami (v letošním roce bude směrnice kvůli probíhajícím legislativním změnám aktualizována). Kromě ohrožení památek jsou totiž v takovém případě ohroženi především návštěvníci objektů – turisté. Zájemce o let musí oslovit přímo kastelána, který rozhodne, zda let nad objektem povolí. Pokud ano, pak bude vyžadovat Oprávnění k provozu od Úřadu pro civilní letectví (ÚCL) a předložení všech dokladů, že pilot je dostatečně proškolen a vycvičen pro takový let. Kastelán také určí nejvhodnější dobu pro let a případně určí i další podmínky,“ upřesňuje pravidla Pavel Macků, který má v Národním památkovém ústavu problematiku využívání dronů na starosti.

Létání s drony a legislativa

Prostředí měst, zastavěných oblastí a kulturních památek již nyní ošetřuje letecká legislativa a její porušení může být sankcionováno finančním postihem. „Drony s kamerou zde normálně létat nesmí, pokud pilot nesplní všechny náležitosti pro let na výjimku v tzv. kategorii SPECIFIC. Pilot dronu zde může vzlétnout pouze tehdy, pokud splnil všechna zákonná opatření (registrace a přezkoušení u Úřadu pro civilní letectví a má dron pojištěný) a zažádal si o Oprávnění k provozu u ÚCL, kterému zaplatil správní poplatek. Také musí mít svolení ke vzletu vlastníka pozemku a nadlétávaných movitostí i nemovitostí a koordinovat let s Řízením letového provozu České republiky (využívá se on-line aplikace dronview.cz). ÚCL může stanovit i další podmínky pro vzlet či ho nepovolit, protože prvním pravidlem létání s drony je vždy bezpečnost lidí, zvířat i majetku třetích osob. Také je potřeba při plánování letu dopředu zkontrolovat, zda je či není zájmové území v leteckém prostoru jinak chráněným, jako jsou například letiště a heliporty. Z uvedeného vyplývá, že let v takovýchto prostředích je poměrně složitý a většina hobby pilotů zde létat nesmí,“ dodává Pavel Macků.

zdroj:

www.dronument.cz, Národní památkový ústav, ČVUT

Zbyněk Konvička

www.propamatky.cz