Časopis 112 ROČNÍK XXII ČÍSLO 12/2023

Ve středu 17. května 2023 v 18.26 hodin byl ohlášen požár prodejního a servisního střediska firmy HECHT MOTORS v Tehovci. V areálu firmy byl cítit zápach po požáru a na kamerách vidět v jedné z uzavřených místností dým. V hale bylo uskladněné velké množství elektrolytických baterií a další zboží. Postupně byl vyhlášen zvláštní stupeň požárního poplachu. Hasiči-lezci z HZS KHK získali stříbrnou medaili na prestižní mezinárodní soutěži záchranných týmů Grimpday, která se konala ve Francii. Zkušenosti z mezinárodní soutěže pak stály za myšlenkou uspořádat v obdobném duchu přípravu pro hasiče ze svého kraje. V prosinci ukončí předsednictví Radě Evropské unie Španělsko. Jeho prioritou byla správa řízení rizik katastrof, a to zejména s ohledem na posílení systémů řízení, snížení rizika a zvýšení odolnosti na národní i regionální úrovni. Již v roce 2003 vznikla u HZS ČR psychologická služba, hasiči si tak připomněli její dvacetileté výročí. Při této příležitosti byla uspořádána konference, kt 

Centrální datový sklad (CDS) plní roli individuální i celorepublikové podpory pro Hasičský záchranný sbor České republiky (HZS ČR). Jedním ze směrů podpory je i výzkum využití technologií bezpilotních prostředků (dron nebo UAV). Předložený článek popisuje, jakým způsobem CDS plní roli podpory HZS ČR a dále jakou podporu poskytuje pro práci s drony a jaké techniky/metodiky lze využít.

Centrální datový sklad HZS ČR
CDS HZS ČR slouží jako vstupní filtr pro data do jednotlivých systémů HZS ČR, Policie České republiky (PČR), zdravotnické záchranné služby (ZZS) a Ministerstva vnitra – zde dochází k úpravám dat do stanoveného jednotného datového modelu, jejich verifikaci a atributovým úpravám.

Obr. 1 Dron DJI Mavic 2 DUAL s ochrannou klecíPracoviště bylo zřízeno v roce 2005 jako součást MV-generálního ředitelství HZS ČR – Institutu ochrany obyvatelstva, a to kvůli potřebě zřídit pracoviště centrální správy dat. Od roku 2015 plní funkci administrátora GIS (z angl. Geographic Information System) systému Národního informačního systému integrovaného záchranného systému (NIS IZS).

Jak CDS funguje?
Základními nástroji používanými v datovém skladu jsou produkty založené na platformě ESRI (Environmental Systems Research Institute – společnost zabývající se vývojem softwaru určeného pro práci s geografickými informačními systémy). Pro rutinní zpracování opakujících se úkolů je v datovém skladu využíván zejména programovací jazyk Python, který má dobrou návaznost právě na produkty ESRI pomocí knihovny ArcPy.

Informace přicházejí do datového skladu v různých formátech (Shapefile, databáze Oracle, PostgreSQL a jiné). Nejprve je nutné zkontrolovat, zda nedošlo ke změně datového modelu. Poté přichází na řadu zpracování dat, kde nad nimi vznikají různé specifické datové vrstvy pro potřeby HZS ČR a ostatních uživatelů, jako jsou například superúseky nebo data pro vyhledávání. Po jejich zpracování do jednotného datového modelu jsou uložena v databázi PostgreSQL a je možné je exportovat do dalších formátů, vhodných pro jednotlivé informační systémy.

Obr. 2 Kruhový letValidovaná data jsou buď předána přímo uživatelům (HZS ČR, PČR, ZZS apod.), nebo jsou pomocí jiných nástrojů nahrána do dalších systémů (například NIS IZS). Na jejich základě je dále vytvořena podkladová mapa a další webové služby.

Distribuce dat uživatelům je prováděna podle aktualizačních cyklů jednotlivých dat nebo podle potřeby. Uživatelé mají možnost si stáhnout jednotlivé aktuální datové sady, podkladovou mapu nebo také využívat některé mapové služby.

Co CDS zpracovává?

Národní informační systém NIS IZS
V rámci modernizace systému operačního řízení došlo ke sjednocení mnoha dat pro HZS ČR, PČR a ZZS. Byly vytvořeny centrální datové GIS servery na jednotlivých HZS krajů, ke kterým má přístup každá ze složek. Úkolem CDS je na tyto servery nahrávat a pravidelně aktualizovat společná data.

V CDS nejprve probíhá kontrola dat, jejich kvalita a topologie. Poté dochází k jejich distribuci do NIS pomocí nástrojů, kde se nahrají na jeden hlavní server. Po kontrole konzistence dat dochází k replikaci na všechny krajské servery. Jedná se zejména o následující data: silniční síť (CEDA), body zájmu, body záchrany, registr územní identifikace, adres a nemovitostí (RUIAN), cyklotrasy, turistické trasy, lyžařské trasy, tábory, základní podkladová mapa, ortofotomapa.

Data pro telefonní centra tísňového volání (TCTV) 112

TCTV 112 využívá maximální množství dat z mapových serverů CGIS (NIS). Řada datových sad je však stále generována samostatně z datového skladu.

Mapové dlaždice
Datový sklad je také spoluautorem mapového projektu. Z něj jsou generovány mapové dlaždice, které jsou určeny pro NIS IZS (256 px, měřítko 2M – 1k), pro výjezdové tablety (512 px, 2M – 1k) nebo pro využití HZS ČR mimo NIS IZS.

Portfolio generovaných dlaždic tvoří:

• podkladová mapa,
• ortofotomapa (letecké snímky),
• lyžařské trasy a sjezdovky,
• turistické trasy,
• cyklotrasy.

Obr. 5 3D model při kombinaci obou přístupů pro sběr datTvorba vyhledávací databáze
Pro chod mnoha systémů (IZS Operátor, TCTV 112, lokální GIS aplikace) je potřeba mít vytvořenou kvalitní vyhledávací databázi. Zpracování této databáze, její navrhnutí a naplnění, je jedním z nejtěžších úkolů CDS. Je vytvořena jako mapová služba na každém mapovém serveru CGIS. Díky tomu ji mohou využívat všechny složky IZS.

Tvorba dojezdových časů jednotek požární ochrany (PO)
Pro výpočet dojezdových tras jednotek PO je nutné mít vytvořenou silniční síť s odpovídajícími parametry. Tvorba této sítě je též prací CDS. Při jejím vytváření se musí nejprve provést kontrola geometrie a dotažení linií, aby byla topologicky čistá, to znamená, aby všechny úseky na sebe navazovaly a nevznikaly duplicity. Dále se pro jednotlivé druhy silnic dopočítají rychlosti a čas, který je potřeba na průjezd její určitou částí.

Superúseky
Datová sada tzv. superúseků vznikla za účelem předurčení jednotky PO v rámci tzv. liniové rajonizace jednotek PO na komunikacích v ČR. Superúseky jsou připravovány pro komunikace v kategorii dálnice a silnice 1. třídy.

Komunikace jsou rozděleny do jednoznačně označených liniových bloků podle jednoduchého klíče. „Superúsek je definován označením (názvem) silnice, polohou nájezdu a výjezdu (tzv. exity). Do názvu superúseku se následně odráží název silnice, počáteční km (vstupní exit), koncový km (výstupní exit). Tedy např. dálnice D1 začíná superúsekem D1E1E2, kde vstupní exit se nachází na prvním kilometru a výstupní exit se nachází na druhém kilometru.

Data superúseků se používají v případě nahlášení události (autonehoda, střet vozidla se zvěří atd.) na dálnicích a silnicích 1. třídy. Událost je nahlášena podle označení komunikace a stavu kilometráže. Následně dojde k lokalizaci průběhu superúseku a vyslání příslušné jednotky PO, která byla superúseku v rámci liniové rajonizace přiřazena.“

Bezpilotní technika a její využití pro HZS ČR
Bezpilotní prostředek nebo bezpilotní letadlo je letadlo bez posádky, které je řízené dálkově řídicím ovladačem, ovládané obsluhou (pilotem) nebo je schopno letět automaticky pomocí předdefinovaných letových plánů, ale i autonomně za pomoci umělé inteligence [4]. Pokud se hovoří o celé soustavě (pilot, bezpilotní prostředek a dálkově řídicí ovladač), tak se jedná o bezpilotní systém neboli UAS (z anglického Unmanned Aerial Systém) nebo RPAS (z anglického Remotely Piloted Aircraft System) [2]. Existuje několik různých terminologií pro pojmenování bezpilotního prostředku, kde UAV (Unmanned Aerial Vehicle), popř. UA (Unmanned Aircraft) jsou odborné termíny a dron je nejznámějším termínem pro širokou veřejnost.

U HZS ČR jsou drony využívány relativně krátkou dobu. Největší zlom nastal s požárem v Českém Švýcarsku, kdy se ukázaly jako výborný nástroj při pomoci u zásahu, ale také při následné analýze po požáru. Většina dronů je od výrobce DJI, proto budou zmiňovány zejména drony DJI, se kterými se pracuje i v CDS.

Obr. 6 Ukázka RGB a TERMÁLNÍHO snímku z dronu

Jejich nasazení u HZS ČR lze rozdělit do několika kategorií. Uplatnění najdou v celém průběhu zásahu. Nejdříve jako prvotní podpora velitele zásahu – dron přináší pohled z ptačí perspektivy a může rychle poskytnout celkový náhled na situaci. Do této kategorie lze využít jakýkoli dron, dokonce zde najdou výhodu menší drony typu DJI Mini [1], které mohou být součástí většiny výjezdové techniky. Velké uplatnění s výhodou v této kategorii naleznou i drony se snímačem infračerveného záření, jež mohou ukázat zdroje nežádoucího tepla. Po zásahu mohou být využity například pro potřeby zjišťování příčin vzniku požárů.

Druhá kategorie se může uplatňovat nejen jako podpora velitele zásahu, ale význam má i pro dokumentaristiku. Zde se uplatňují zejména drony s větší výdrží letu, které jsou schopny i dlouhodobě viset na místě a sledovat průběh z jednoho bodu. V této kategorii se již používají drony s lepší snímací technikou. Můžeme mezi ně řadit drony větší konstrukce s kvalitním čipem pro snímání, popř. velké drony, v nichž lze vyměnit snímač upevněný pod tělem dronu. Sem patří drony typu DJI Mavic PRO, Cinematic, popř. kamera DJI Zenmuse P1 [1].

Třetí kategorie se pojí se závěrečnou částí požáru, kdy je potřeba zadokumentovat proběhlý zásah. Zde najdou velké využití přístupy pro skenování oblasti a fotogrammetrie. Tato fáze je často spojena s vyšetřováním obecně. V této kategorii drony slouží jako nástroj pro získání dat o celku. Takto získaná data mohou být následně zpracována do modelu pomocí fotogrammetrických přístupů, pro lepší přehled i pro vytvoření 3D modelu. Pro tyto účely lze využít jakýkoli dron, ale je vhodné, aby měl podporu aplikací třetích stran, zejména aplikací pro plánový let.

Čtvrtou, trochu experimentální kategorií je získávání dat z interiéru. Existují různé drony, které je vhodné využít při průzkumu zřícených staveb nebo na rizikových místech, kam je vstup pro člověka nebezpečný. Sem patří klasické drony doplněné o ochrannou konstrukci, jako je např. DJI Mavic 2 s ochrannou klecí (obr. 1).

Drony větší konstrukce, tedy i s větší maximální vzletovou hmotností, se dají využít i k pořizování dat pomocí externího zařízení, které je schopné získávat další data, např. radiologický senzor měření radioaktivity nad zasaženým místem. O této části se dá uvažovat jako o další kategorii využití dronů pro HZS ČR, ale zatím jde o testovací fázi.

Možnosti skenování pomocí bezpilotních prostředků
V CDS byl hlavní směr výzkumu podpory HZS ČR v oblasti využití bezpilotních prostředků směrován na možnosti skenování oblasti za využití klasických komerčních bezpilotních prostředků. Jednalo se o klasické kvadrokoptéry kompaktní velikosti, kterými disponuje většina HZS krajů, neboť jejich pořízení je cenově dostupné. Většina z těchto strojů je vybavena RGB (viditelné světlo) snímačem, ale vyskytují se také stroje se snímačem infračerveného (IR) záření.
 

Obr. 7 Plánovaný let nad Penny	Obr. 8 Ortofoto mapované oblasti ve viditelném spektru

Skenování oblasti slouží k získávání 2D nebo 3D obrazových dat. Využívají se zejména plánované lety, které zaručují kvalitní pořízení dat s minimální redundancí. Mezi parametry kvalitního pořízení dat patří překryvy snímků v podélné a příčné ose. S tím souvisí i letová hladina a další parametry nastavení kamery.

Plánované lety lze kategorizovat podle přístupů k letovým plánům nebo podle jejich primárních účelů. Mezi přístupy vytváření letových plánů se řadí let po vyznačených bodech (waypoints), kruhový oblet a mapování vyznačené oblasti (polygon) a mezi primární účely patří letové plány pro získávání plochých (2D) a objemových (3D) dat. Oba přístupy se doplňují. Nejčastěji se používají přístupy pro získávání dat v ploše nebo objemu podle mapování vyznačeného polygonu. V případě mapování polygonu, letový plán pro získávání objemových dat vychází z plánu pro získávání plošných dat, se ale přidává k němu další letová trasa, která je kolmá na první letovou trasu.

Obr. 9 Ortofoto mapované oblasti v termálním spektruPro tento letový plán je potřeba nastavit sklon snímače vůči objektu. Pokud je nutné získat detailnější data nebo je objekt větších rozměrů, vytváří se více obletů v různých letových hladinách s odlišnými nastaveními sklonu snímače. Tento přístup lze využít i pro skenování plochy, ale primárně k získávání dat pro 3D (obr. 3).

Mřížový let nebo mapování oblasti se využívá k získání dat plochy, kde se vytváří letový plán s dostatečnými překryvy, aby pokryl zájmovou plochu (polygon). Tento přístup se v hojné míře využívá k získávání dat pro ortofoto snímky, dále pro fotogrammetrii a modifikovaně pro 3D modely. Ortofoto snímky a fotogrammetrie zde spolu souvisí, tvoří se pro ně stejný letový plán pokrývající zájmovou plochu při daných parametrech letu (zelená linie z obr. 4) [5]. Pro získávání dat pro 3D je potřeba do letového plánu přidat navíc letovou trasu kolmou k první trase (zelená a červená linie z obr. 4) [5].

Pro získání nejkvalitnějšího 3D modelu je vhodné kombinovat oba přístupy sběru dat, kde kruhový oblet zaručí detailní náhledy v boku zájmového objektu a dvojitý mřížový let zajistí kvalitnější pokrytí celistvé plochy (obr. 5). Tento přístup je náročnější na zpracování dat, ale poskytuje lepší 3D model výstupu.

Zpracování pořízených dat ze skenování oblasti v CDS
Snímky, popřípadě jiná data pořízená pomocí dronů, jsou velmi užitečné, ale jedná se o jejich individuální zobrazení. Zejména snímky je vhodnější složit do celistvého obrazu neboli mozaiky, nejlépe z plánovaného letu, který zaručuje vhodné rozložení snímků na zájmové ploše. Celistvá mozaika může být jak plošná, tak objemová – 3D model. Pro skládání se využívají nejrůznější softwarové nástroje.

Většina dat obsahuje jeden nálet zájmové oblasti, kde se jejich objem pohybuje v jednotkách gigabyte a počet snímků je ve stovkách. CDS se specializuje na zpracování těchto dat a má k tomu potřebné hardwarové i softwarové vybavení. Většina případů se zpracovává velmi rychle a výsledky jsou dostupné již pár hodin po příjmu dat. Avšak i CDS se setkal s velkou výzvou a tou byl požár v Hřensku, u něhož byl objem dat extrémní. Tomuto tématu jsme se podrobně věnovali v časopisu 112, 5/2023 [3].

Na ukázkové studii „Požár Penny“ je dokumentován postup, jak CDS plní podporu HZS ČR. Využíval se zde dron s termokamerou a data byla získána za pomoci plánovaného letu. Dron DJI Mavic 2 Enterprise Advanced je snímal v obou částech elektromagnetického záření, a to v části RGB (viditelné světlo) a v části IR neboli termálního (obr. 6).

Vstupní data byla tvořena plánovaným letem, který obsahoval waypoints (body snímání) s parametry letové hladiny a překryvů snímků na základě kamery dronu. Datová sada obsahovala 228 snímků ze 114 waypoints, kde první polovinu tvořily RGB snímky a druhou termální snímky. Tato vstupní data byla zpracovávána do celistvé mozaiky softwarovým nástrojem Pix4Dmapper (verze 4.8.2). Skládání probíhalo na výkonném počítači s konfigurací uvedenou v tab. 1. Nástroj využil všechna data z datové sady na vstupu a výstupem byly dvě mozaiky, jedna RGB a druhá termální (obr. 8 a 9). Výstupní RGB mozaika má velmi vysoké prostorové rozlišení 0,432 cm/pixel. Tato data mohou být za pomoci GIS nástrojů vložena do mapových aplikací, kde je lze skrze uživatelské platformy zpřístupnit HZS ČR.

Tab. 1 Konfigurace PC

Drony jsou dnes již nedílnou součástí výbavy HZS ČR a poskytují snadným způsobem rychlý přehled o situaci. Při využití plánovaných letů je možné pořídit kvalitní data sledovaného území. Pomocí dronů lze získat data pro tvorbu 3D modelů sledovaného území.

CDS plní podpůrnou roli na vstupní fázi získávání dat drony a poté i na výstupní fázi při jejich zpracování a zveřejnění v systému HZS ČR. V CDS proběhlo instrukčně metodické zaměstnání (IMZ) zaměřené na postupy, jak získávat kvalitní data zájmových oblastí a jaké typy plánů využít podle účelu výstupu. Na IMZ byli piloti dronů z HZS krajů seznámeni s postupy, jak data získávat pomocí plánovaných letů, jaký přístup zvolit na základě účelu výstupu. Proběhla i praktická ukázka, při níž byl využit dron s LIDARem od kolegů z Plzně, resp. z městské organizace DronySIT. Poslední částí praktické ukázky bylo vytvoření 3D modelu budovy z dat získaných při plánovaném letu. S tvorbou modelů je CDS kdykoli nápomocen, ať už jako tvůrce modelu, tak jako vzdálená podpora.

kpt. Ing. Jakub JECH, Ing. Zdeněk ČERVENKA, Institut ochrany obyvatelstva, foto archiv Institutu ochrany obyvatelstva

Print  E-mail  X Corp.   Facebook