PRVNÍ ZKUŠENOSTI S RPAS PRO KATASTR NEMOVITOSTÍ Ing. Bc. Eliška Housarová Ing. Jaroslav Šedina Prof. Dr. Ing. Karel Pavelka Abstrakt V České republice hraje katastr nemovitostí důležitou a nezastupitelnou roli v životě celé společnosti. V současné době se hledají nové metody a možnosti revize a obnovy katastrálního operátu. Pomocí letecké fotogrammetrie je možné zmapovat rozsáhlé oblasti po celé republice, jedná se však o poměrně časově i finančně nákladnou metodu. Letadlo musí být vybaveno kalibrovanou, přesnou a drahou kamerou, které je vytvořena speciálně pro tyto účely a přesnými zařízeními jako jsou např. IMU a GPS přijímače. Na druhé straně RPAS (Remotely Piloted Aircraft System) je mnohem menší, lze k snímání dat použít i běžně dostupné kamery. Větší RPAS mohou nést přesnější a dražší zařízení jako jsou laserové nebo hyperspektrální skenery. V tomto příspěvek se podíváme na možnosti využití RPAS pro účely katastru nemovitostí. Klíčová slova: Katastr nemovitostí, RPAS, revize a obnova katastrálního operátu Úvod V České republice hraje katastr nemovitostí důležitou a nezastupitelnou roli v životě celé společnosti. Jeho informační systém obsahuje množství údajů o nemovitostech i jejich vlastnících, které musí být spravovány nejen s velkou právní zodpovědností, ale i rychle a efektivně. Poptávka po digitálních datech ve všech oblastech naší společnosti neustále narůstá. RPAS (Remotely Piloted Aircraft System), UAV (Unmaned Aerial Vehicle) či UAS (Unmaned Aerial System) je dálkově pilotovaný letecký systém. V současné době se nejvíce diskutuje o využitelnosti těchto systému např. v oblasti mapování a katastru nemovitostí. Jedná se o moderní a velmi užitečnou technologii pro bezkontaktní mapování a sledování malých ploch. Tyto systémy mohou poskytovat různé typy dat, např. data z oblasti viditelného spektra, infračervené, multispektrální nebo hyperspektrální data. V českém katastru je možné zmapovat zájmové oblasti, pomocí letecké fotogrammetrie a tak se i v minulosti stalo. Jedná se však většinou o velké letadlo s kalibrovanou, přesnou a velmi drahou kamerou, vytvořenou speciálně pro tyto účely. Podíváme-li se na to z druhé strany, tak RPAS jsou několikanásobně menší, a lze i použít běžně dostupné kamery. Jedna z předností této metody je také její mobilní nasazení v terénu a menší závislost na počasí, kdy snímání může proběhnout i když je zamračeno. V příspěvku bych se chtěla zaměřit na možnosti testování této metody pro účely katastru nemovitostí. Vytvořené ortofoto, které je nasnímáno pomocí RPAS je základ pro mapování malých oblastí v řádu několika km 2. Získané ortofoto je porovnáno s příslušnou oblastí katastrální mapy. Setkáme se tu však s problémem stejně tak jako u letecké fotogrammetrie s přesahem střech, který musí být změřen nebo pomocí software zjištěn. Software využívaný ke zpracování obrazových dat z RPAS pracuje s fotogrammetrickými algoritmy a algoritmy počítačového vidění. Nejčastěji jsou snímky zpracovávány v programech Agisoft PhotoScan či Pix4D. Zmíněné softwary jsou plně automatizované a uživatel má velmi malý prostor na volbu parametrů při zpracovávání. Hlavním výstupem při zpracovávání dat z RPAS patří 3D model povrchu nebo zmíněné ortofoto. 1
1. Využití RPAS pro mapování a katastr nemovitostí Jak už bylo řečeno RPAS se používá pro mapování menších oblastí s rozlohou v řádu do několika km2. Metoda umožňuje poměrně rychlé mapování lokálních změn menšího rozsahu, v nepřístupných nebo nebezpečných oblastech. Vše je závislé na velikosti území a GSD (grand samle distance pixel obrazu na terénu). Při použití podrobného DMP (digitální model povrchu) je možné vytvořit např. 3D modely budov. V tomto případě je vhodné snímky doplnit o pozemní snímkování objektu, kde se minimalizují okluzní oblasti a snímky budou zároveň podkladem pro vytvoření textur daného objektu. Ukazuje se, že RPAS mohou být vhodnou alternativou geodetických metod k mapování menších oblastí [1]. Jsou tvořeny zejména tematické mapy a mapy nebezpečných nebo těžko přístupných oblastí např. mapování starých uranových dolů a vytvoření mapy radiačního zamoření nebo mapovací práce pro katastr nemovitostí. V rámci Evropské unie se testovala využitelnost RPAS pro účely katastru nemovitostí v několika zemích. Dosažená přesnost vyhovovala požadavkům katastru nemovitostí příslušné země, a však z hlediska legislativy se stále naráží na neúplné nebo zcela chybějící zákony, které by umožnily nasadit RPAS pro účely katastru nemovitostí do praxe nebo i jejich uplatnění a využití v komerční sféře. [2] Obr. 1: Sesuv půdy na D8, Litochovice ortofoto z RPAS [5] Obr. 2: Mapování liniových staveb pomocí technologie RPAS [5] Přesnost využití výstupů RPAS může být vyhovující pro použití v katastru nemovitostí, příkladem je jejich testování v Holandsku nebo Švýcarsku. [3, 4] V prvním příkladu byla výhoda použití RPAS v možné identifikaci hranice pozemku v ortofotu, bez přítomnosti vlastníků pozemků a zástupce katastru nemovitostí. V druhém případě ortofoto a digitální model povrchu umožňovaly mapování dalších prvků, jako hranice porostů, a k určování výšek bodů. Jestliže bychom chtěli využít RPAS pro potřeby katastru nemovitostí v České republice, narážíme na několik úskalí, jako je např.: Ústav pro civilní letectví omezil výšku letu pro zastavěnou oblast, kde tato metoda má největší smysl. V zastavěných oblastech je nutné mít souhlas se snímkováním, z důvodu ochrany osobních údajů. Jak definovat minimální hustotu vlícovacích bodů a jejich optimální konfiguraci, popřípadě jaký software použít ke zpracování dat. Jakou metodou mají být vlícovací body zaměřeny, metodou GNSS, nebo terestrickými metodami? Zda mají být signalizované lomové body parcel, popřípadě jak? Ověření lomových bodů parcel, zda mají být zaměřeny stejnou metodou. V tomto případě narážíme na závislost vytvořených ortofot a DMS ze stejných vlícovacích bodů za předpokladu použití stejného softwaru nebo zda má být po oblasti umístěno více vlícovacích bodů a ke zpracování použita vždy jen část. Nesmíme zapomenout na časový odstup 2,5 hodiny mezi dvěma zaměřeními vlícovacích bodů metodou GNSS. Při zpracování dat narážíme na otázku ohledně snímkování a to konkrétně, co se týká definování maximálního povoleného GSD snímkování. S jakým překrytem by mělo být provedeno snímkování, zda mohou být použity i kolmé nálety. Zároveň je třeba upozornit, že každý software na zpracování snímků má jiné přesnosti výstupů (záleží na použitém algoritmu, ale i nastavení software). Má být tedy definován seznam schválených software pro zpracování výsledků, pro účely katastru nemovitostí, a má být uvedeno doporučené nastavení pro zpracování snímků? 2
2. Testování RPAS pro účely katastru nemovitostí Pro testování přesnosti mapování RPAS prostředků pro katastrální účely byla zvolena lokalita zahrádkářské kolonie u Litoměřic. Oblast se nachází ve svahu, obsahuje zastavěné území, ale většinu povrchu tvoří zahrady, stromy a cesty. Setkáme se v některých místech poměrně s hustým porostem, ale většina míst je shora dobře viditelná. V našem zájmovém území byly nejprve rozmístěny vlícovací body, které byly tvořené kolíkem a dřevěnou deskou s papírovým štítkem. Body byly voleny tak, aby se nacházeli v celém zájmovém území a to pokud možno co nejrovnoměrněji, těchto bodů bylo celkem 21. Zmíněné body byly následně zaměřeny pomocí GNSS/RTK stanicí Leica CS15. Obr. 3: Rozmístění vlícovacích bodů Snímky byly pořízeny RPAS ebee s kamerou Canon IXUS 127 HS. Jedná se o typ dálkově řízeného prostředku s pevným křídlem. Letoun se vypouští z ruky při povoleném startu z programu emotion a přistání je dopředu nakonfigurované v počítači. Letoun po pomalém klesání přistane sám na zem v předem definované oblasti. Zařízení se využívá zejména pro potřeby fotogrammetrie. GSD bylo zvoleno 3 cm a celkem bylo pořízeno cca 400 snímků s podélným překrytem 80 % a příčným překrytem 60 %. Oblast měla obdélníkový tvar a byla umístěna ve svahu, rozměry oblasti byly cca 600 x 300 m. V našem konkrétním zaměření nebyly lomové body parcel nijak signalizovány. Naměřené snímky byly zpracovány v programu Agisoft PhotoScan a ArcGIS. 2.1 Využitelnost RPAS pro obnovu operátu novým mapováním Zda využít RPAS pro obnovu operátu novým mapováním lze usoudit z dosažených odchylek na kontrolních a vlícovacích bodech. Podmínka je, aby směrodatné odchylky byly menší než 0,14 m a aby žádná odchylka nebyla větší než 0,28 m. Námi dosažené směrodatné odchylky nepřesahují mezní hodnotu. Celkem bylo použito 9 vlícovacích bodů a 12 kontrolních bodů. Testované přesnosti na vlícovacích bodech a kontrolních bodech vyhověly požadavkům katastru nemovitostí, avšak je třeba dalšího výzkumu v této oblasti, nelze dělat závěr pouze z jednoho měření. Základní podmínkou je, aby lomové body parcel byly dobře identifikovatelné na snímku, a tím pádem nám vzniká požadavek, aby lomové body parcel byly dobře signalizované. Další otázkou je ověření lomového bodu parcel, tedy jeho druhé zaměření, a zda má být použita technologie RPAS, či jiná technologie, např. GPS měření. Při signalizaci bodu by mohli být jeho souřadnice určeny GPS měřením a jako druhé nezávislé zaměření by mohlo být použito RPAS měření. Další problém, který vzniká při měření pomocí technologie RPAS, je s překryty střech domů, které musí být 3
zaměřeny v terénu. Nebo pokud to umožňuje sofistikovanější software, mohou být lomové body stavby určeny přímo ze snímků, jedná se obvykle o GIS software s nadstavbou pro vyhodnocení leteckých snímků a nadstavbou pro modelování polygonové sítě, kdy mohou být jednotlivé domy i vymodelovány podle mračna, což zlepší kvalitu ortofota. [6] Obr. 4: Údaje o průzkumu pozice kamery a překryty snímků, Litoměřice Obr. 5: DMP Litoměřice 2.2 Porovnání viditelných hranic pozemků s hranicemi parcel v katastru nemovitostí Na hranici pozemku bylo určeno 89 dobře identifikovatelných bodů, byly to kontrastní body mezi jednotlivými parcelami a 56 o něco hůře identifikovatelných bodů také na hranici pozemku. Hlavním problémem je rozdíl mezi hranicí pozemku v terénu a hranicí evidovanou v katastru nemovitostí, kdy odchylky dosahují několika metrů, viz. obr. č. 6. V praxi se setkáme ještě s jedním problémem, který se týká lomových bodů na hranici pozemku, která je dlouhá a lomový bod je těžké identifikovat, viz. obr. č. 7. Obr. 6: Rozdíly mezi hranicí v terénu (červené a modré tečky) a v katastrální mapě (bílé tečky) Obr. 7: Ukázka lomových bodů na dlouhé hranici V tabulce č. 1 se můžeme podívat na počet bodů, které vyhověly mezní odchylce katastru nemovitostí. Souřadnice bodů z katastrální mapy byly v našem případě brány jako fixní, tedy s nulovou střední chybou. Pro zajímavost je v tabulce uvedena relativní četnost, pokud bychom uvážili, že přesnost bodů katastrální mapy je 0,14 m. Použití metody RPAS pro ověření hranic pozemků s katastrem nemovitostí je limitována dobrou identifikací hranic a její stálostí v čase. Lze tedy uvažovat, že lepších výsledků by mohlo být dosaženo v zástavbě, kde se hranice pozemků nemění tak rychle. [6] 4
Δp [%] ΔX [%] ΔY [%] Všechny body 1 35,4 46,9 38,8 Všechny body 2 48,3 55,1 44,9 Dobře identifikovatelné body 38,9 45,6 38,9 Hůře identifikovatelné body 29,8 49,1 38,6 1 nulová směrodatná odchylka bodů 2 směrodatná odchylka 0,14 m Tab. č. 1: Relativní četnost lomových bodů splňujících kritérium mezní odchylky pro účely katastru nemovitostí Závěr Číslo bodu ΔX [m] ΔY [m] ΔZ [m] Δp [m] Počet snímků Chyba [pix] 1-0,013831 0,016658-0,116625 0.118617 30 0,129266 2-0,004756 0,009434-0,026441 0,028474 40 0,280346 3 0,012263-0,002458 0,003785 0,013067 43 0,168949 4 0,024496-0,013639 0,007883 0,029124 39 0,195082 5 0,024319-0,013917-0,055116 0,061830 42 0,179540 7-0,006449-0,014250 0,055223 0,057396 58 0,301037 8 0,010102-0,003170 0,033306 0,034948 61 0,395545 9 0,011718-0,021019-0,021794 0,032466 58 0,324038 10 0,022498-0,012346-0,035605 0,043890 51 0,253574 11 0,007590-0,007818-0,020103 0,022866 36 0,188618 13-0,003029-0,002588 0,051335 0,051490 36 0,367165 15-0,009888 0,007704 0,071651 0,072740 65 0,220183 16-0,007037 0,013719-0,003333 0,015775 69 0,216102 17-0,008283 0,020501-0,111642 0,113810 68 0,107668 18-0,003562 0,013789 0,034600 0,037416 72 0,227340 19 0,017280 0,023970-0,079711 0,085012 63 0,144474 20-0,015364 0,005007 0,044560 0,047400 47 0,409316 21-0,022706-0,002114 0,025003 0,033841 45 0,355099 22-0,008153-0,005366 0,063686 0,064429 55 0,403351 30-0,012760-0,000869 0,028328 0,031081 50 0,276058 50-0,014451-0,011219 0,051041 0,054220 44 0,418188 φ 0,000 0,000 0,000 0,050 51 0,265 σ 0,014 0,012 0,054 0,028 12 0,096 RMS 0,057 1072 (Σ) 0,282 RMS kvadratický průměr Tab. č. 2: Odchylky na vlícovacích bodech Zpravidla se provádí obnova katastrálního operátu novým mapováním, přepracováním geodetických informací nebo na podkladě výsledků pozemkových úprav. K obnově katastrálního operátu novým mapováním se přistupuje pouze v případech, že současný stav již nevyhovuje svou přesností a přehledností současným požadavkům na vedení katastrálního operátu. Metoda je velmi časově a finančně nákladná, a proto se hledají alternativní metody jako je např. RPAS v kombinaci s klasickými geodetickými metodami. Jak zde již bylo zmíněné, přesnost výstupů z RPAS vyhovuje pro použití v katastru nemovitostí avšak zatím tato metoda má mnohá úskalí. Zatím nemá žádnou legislativní oporu a během snímání a zpracování dat je také mnoho nezodpovězených otázek. 5
Zdroje [1] DEVRIENDT, L. a J. BONNE. UAS Mapping as an alternative for land surveying techniques?. ISPRS - International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences [online]. 2014, XL-3/W1, s. 39-45 [cit. 2015-06-01]. DOI: 10.5194/isprsarchives-xl-3-w1-39-2014. [2] CRAMER, M., S. BOVET, M. GÜLTLINGER, E. HONKAVAARA, A. MCGILL, M. RIJSDIJK, M. TABOR a V. TOURNADRE. ON THE USE OF RPAS IN NATIONAL MAPPING THE EUROSDR POINT OF VIEW. ISPRS - International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences [online]. 2013, XL-1/W2, s. 93-99 [cit. 2015-06-01]. DOI: 10.5194/isprsarchives-xl-1-w2-93-2013. [3] POPPINGA, M. van PERSIE a R. LADIGES. UNMANNED AERIAL SYSTEMS IN THE PROCESS OF JURIDICAL VERIFICATION OF CADASTRAL BORDER. ISPRS - International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences [online]. 2013, XL-1/W2, s. 325-331 [cit. 2015-06-01]. DOI: 10.5194/isprsarchives-xl-1-w2-325-2013. [4] MANYOKY, M., P. THEILER, D. STEUDLER a H. EISENBEISS. UNMANNED AERIAL VEHICLE IN CADASTRAL APPLICATIONS. ISPRS - International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences [online]. 2011, XXXVIII-1/C22, s. 57-62 [cit. 2015-06-01]. DOI: 10.5194/isprsarchivesxxxviii-1-c22-57-2011. [5] KARAS, J., Využití UAV ve státní správě, WWW stránky,[online], [citace 2015-09-26]. Dostupné z URL: http://www.cagi.cz/upload/documents/givs2015/karas_vyuziti_uav_ve_statni_sprave.pdf [6] Návod na obnovu katastrálního operátu a Převod, WWW stránky, [online], [citace 2015-01-10]. Dostupné z URL: <http://www.cuzk.cz/predpisy/resortni-predpisy-a-opatreni/navody-cuzk.aspx>. 6