Periodická zpráva řešení programového projektu č. DF13P01OVV02 programu aplikovaného výzkumu a vývoje národní a kulturní identity (NAKI) za rok 2016

Periodická zpráva řešení programového projektu č. DF13P01OVV02 programu aplikovaného výzkumu a vývoje národní a kulturní identity (NAKI) za rok 2016 Název projektu: Nové moderní metody neinvazního průzkumu památkových objektů Tématická priorita programu: AF Dokumentace, knihovnictví, práce s informacemi naplňující tematické priority č. TP 3.4 Diagnostika poškozování a životnost kulturního dědictví a TP 3.1 Moderní dokumentační, evidenční a prezentační technologie Programu aplikovaného výzkumu a vývoje národní a kulturní identity (NAKI). Příjemce: České vysoké učení technické v Praze, Fakulta stavební Právní forma: veřejná vysoká škola Adresa: Zikova 4, 166 36 Praha 6 IČ: 68407700 Zastoupený statutárním orgánem prof. Ing. Petrem Konvalinkou, CSc., rektorem Osoba odpovědná příjemci: Prof. Dr. Ing. Karel Pavelka Web stránky projektu: http://lfgm.fsv.cvut.cz/ http://lfgm.fsv.cvut.cz/naki/index.html Průběh řešení ve sledovaném období, zhodnocení plnění cílů a harmonogramu řešení Projekt pokračoval posledním rokem a dostal se do závěru řešení. V roce 2016 byly dokončovány aplikační výstupy dle přihlášky a byla provedena řada významných případových studií, ukazující vhodnost, modernost, aktuálnost a přínosnost předkládaných řešení. Všechny aplikované výstupy podle původního plány byly předány k hodnocení, některé byly opožděny z důvodu technických (zařízení a postupy). Jedná se zejména o neinvazivní spektroskopický průzkum historických obrazů, omítek, podpovrchový nedestruktivní průzkum geofyzikálními metodami a modelování skutečného stavu objektů fotogrammetrickými metodami. K tomuto účelu byly využity nejmodernější technologie RPAS (remotely piloted aicraft system) a IBMR (image based modelling and rendering). Dle přihlášky se jedná v konečné fázi o vytvoření souboru metodik pro definování materiálového i chemického složení, diagnostiku poškození a popisu skutečného stavu maleb, obrazů, stavebních prvků i celých konstrukcí objektů kulturního dědictví pomocí unikátních nových neinvazivních diagnostických metod. (Tematická priorita 3.1: Moderní dokumentační, evidenční a prezentační technologie, Tematická priorita 3.4:Diagnostika poškozování a životnost objektů kulturního dědictví). Předpokládá se využití komplexu zcela nových diagnostických metod (jádrem bude unikátní hyperspektrální snímání, bezpilotní prostředky (UAV) s pokročilou termovizí, skenování metodou obrazové korelace, nové metody vizualizace a zpracování dat z oblasti fotogrammetrie). Při fotogrammetrických metodách dokumentace bude kladen důraz na vývoj nízkonákladových dostupných systémů pro plnou prostorovou automatickou či poloautomatickou dokumentaci zejména historických objektů. Cíle projektu odpovídají tematickým prioritám NAKI TP3.4 a 3.1. 1. Hlavní etapy řešení a dosažené, resp. rozpracované cíle řešení ve sledovaném období Stručně zhodnoťte, jak byly ve sledovaném období plněny cíle a harmonogram řešení uvedené v platném znění projektu. Zejména zdůvodněte případné odchylky proti projektu. V roce 2016 (do zpracování periodické zprávy) byly řešeny úkoly (etapy): 1

Průběžná výzkum v oblasti využití hyperspektrálního snímání v pozemních aplikacích (zejména analýza historických omítek), problematika kalibrace a osvětlení, zpracování měřených dat a tvorba ukázkové spektrální knihovny Výzkum v oblasti RPAS (práce s RPAS, po nákupu nového RPAS mimo zdroje NAKI byly významně zvýšeny možnosti měření; v současné době je výbava laboratoře fotogrammetrie asi nejlepší v republice), testy přesnosti, legislativa, získání povolení k létání (nové povolení a testy od ÚCL dne 23.11.2016 z důvodu vypršení platnosti licence), zpracování obrazových dat a kalibrace kamer, úprava měření (vliv distorze objektivu kamer, kalibrace měřících spektrálních zařízení apod.) a) Hyperspektrální snímkování (jinak také obrazová spektroskopie či spektrometrie) je relativně novou metodou využívanou v posledních letech v mnoha různých odvětvích. Tento proces byl velmi urychlen rozvojem technologií, které otevřely novou cestu k analýzám a výzkumu. Spektroskopie byla po mnoho let používaná jako kvantitativní nástroj v laboratořích a pro takto získaná data bylo vyvinuto mnoho postupů a analýz. Je to vědní disciplína studující světlo jako funkci vlnové délky, které je emitováno, odraženo a rozptýleno určitou látkou. Na rozdíl od multispektrálního snímkování, které je dobře známé z družicových dat zkoumajících zemský povrch, je princip využití hyperspektrálních dat jiný. Multispektrální data poskytují relativně malé množství (4-10) širokých, často na sebe nenavazujících spektrálních pásem. Hyperspektrální snímkování jde v počtu spektrálních pásem o řád výše. Snímány jsou desítky až stovky spojitých, na sebe navazujících úzkých spektrálních pásem, které následně umožňují zobrazit celou spektrální informaci zkoumaného objektu či materiálu. Použití těchto dat umožňuje extrahování spektrální odrazivosti na úrovni pixelu a je následně možné porovnat data s údaji měřenými v laboratoři a určit tak vlastnosti a typ zkoumaného materiálu. Přestože pomocí hyperspektrálních senzorů je možné změřit i několik stovek až tisíce spektrálních pásem, není to jejich množství, co dělá data hyperspektrálními. Je to ona spojitost a relativní úzkost pásem, která je pro obrazovou spektrometrii velmi důležitá. Řešení i v posledním roce vycházelo z původní metodiky a etap projektu. Svým charakterem se jedná obecně o aplikovaný výzkum, při němž jsou odvozovány potřebné matematické vztahy a algoritmy a prováděny ověřovací projekty formou případových studií z různých oblastí praxe v oblasti památkové péče, archeologie a dokumentace historických objektů. Jednotlivé výsledky a přínosy jsou patrné z aplikovaných výsledků. Posun znalostí v oblasti výzkum byl realizován jednak studiem odborné literatury a dále účastí na odborných konferencích (kongres ISPRS 2016 v Praze, CIPA, SGEM a ACRS). Výzkum v oblasti využití hyperspektrálního snímání v pozemních aplikacích V roce 2016 bylo řešení zaměřeno na využití nového přístroje pro oblast středního infračerveného záření. S původním nákladným zařízením Hyperspec VNIR A-series bylo v minulých letech provedeno množství měření, avšak i přes dílčí výsledky bylo konstatováno, že tato spektrální oblast nepřináší vhodné informace. Zakoupit hyperspektrální kameru pro SWIR z vlastních zdrojů se nepodařilo (cena přes 2 mil.kč), ale podařilo se pořídit z institucionálních zdrojů spektrometr SWIR. Výzkum z minulých let i rešeršní činnost ukázaly, že tato oblast elektromagnetického záření je vhodná, přímo nutná pro další pokrok ve výzkumu. Z předchozích zkušeností a studia literatury bylo zjištěno, že matematické postupy a analýzy ve spektrálním rozsahu 400 1000nm nemohou plně nahradit infračervenou reflektografii využívající vlnové délky mezi 1500 a 1800nm, ale mohou pomoci k určování a analýze některých prvků [1]. Data v VNIR pásmu (400-1000nm) neprocházejí tak hluboko do malby a lze pomocí nich lépe analyzovat barvy, zatímco delší vlnové délky umožňují zkoumání obrazů více do hloubky. Pro účel projektu je však nutné získat plnou VIS NIR SWIR křivku spektrální odrazivosti neboť většina materiálů používaných pro omítky má své jedinečné spektrální vlastnosti viditelné právě v SWIR. Z toho důvodu bylo nutné rozšířit náš spektrální rozsah do oblasti středního infračerveného záření (1400-3000 nm). Výběru vhodného vybavení se zabývají následující kapitoly. Rozšíření spektrálního rozsahu o SWIR pořízení nového zařízení Pro účel projektu byla snaha o pořízení zobrazujícího SWIR spektrometru, který by poskytoval 2D data zkoumaného objektu (obrazu, malby na zdi, omítky). Bohužel i nejlevnější řešení tohoto typu jsou daleko nad finančními možnostmi fakulty. V případě rozsahu 900 1700 nm se jedná o cca 50 60 tis EUR, pro sensory s větším spektrálním rozsahem (900 2500 nm) je cena více než 80 tis EUR (bez DPH). Z finančních důvodů byl pořízen mobilní spektrometr (Spektrometr NIRQuest 512-2.5) s externí sondou a zdrojem, což vedlo o opoždění této části výzkumu oproti plánu. Bohužel, i když se jedná o drahý přístroj, 2

problémy s kalibrací a světelným zdrojem byly takového rázu, že přístroj byl reklamován a stále není ještě zcela ve stavu, který bychom si přáli a který uvádí výrobce (USA, zastoupení v ČR bylo několikrát změněno). Funkční byl přístroj od jara letošního roku. Analýza historických omítek V roce 2016 jsme se zabývali především novým zařízením spektrometrem SWIR z hlediska analýz historických omítek, tvorby spektrální ukázkové knihovny a zkoumáním použitelnosti v praxi z hlediska neinvazního průzkumu. Ukazuje se, že spektrální knihovny mají jen lokální platnost, tj., pro dané území, podmínky, účel i materiály je třeba vytvořit unikátní spektrální knihovnu. Obr. 1 Spektrometr NIRQuest 512 Obr.2 Světelný zdroj Cool Red Vlastní princip technologie spočívá v porovnávání naměřených spekter s daty pořízenými v laboratoři a uloženými v databázi. Porovnávání je postaveno na matematických algoritmech a využívá metodu tzv. linear unmixing. Pro kvalitní analýzu zkoumaného vzorku je nutné nejprve vytvořit vhodnou spektrální knihovnu. Spektrální knihovou nazýváme databázi křivek spektrální odrazivosti pro známé materiály. Pro potřeby této technologie byla databáze vytvořena za pomoci Ústavu teoretické a aplikované mechaniky AV ČR, kde bylo odborníky vybráno 20 materiálů nejčastěji používaných při tvorbě omítek v oblastech České republiky. Jedná se o tři druhy pískovce, křemenec, vápenec, opuku, cihlu, dlaždice, pět druhů malty, geopolymer, křemenný písek, říční písek, vápenný hydrát, dolomit, sádru a metakaolin. Jednotlivé křivky spektrální odrazivosti, pořízené spektrometrem NIRQuest 512, ukazují následující grafy (obr. 3). Obr. 3 Příklady křivek spektrální odrazivosti obsažené v nově vytvořené spektrální knihovně Data jsou zpracovávána v programu QSdata, který byl pro tento účel vyvinut Katedrou geomatiky, FSv, ČVUT v Praze a je bezplatně k dispozici na stránkách projektu http://lfgm.fsv.cvut.cz/naki/vysledky.html. Program poskytuje možnost tvorby etalonu a tím i generaci vlastní spektrální knihovny, která bude dále použita pro analýzu vzorků. Podrobný návod k programu QSdata je k dispozici na zmíněných internetových stránkách. Pro vlastní analýzu vzorků je v programu implementována možnost unmixing samples, která je postavena na principu tzv. linear unmixing. Počítá se lineární kombinace aktivních etalonů, která nejlépe odpovídá zvolenému vzorku. Koeficienty této lineární kombinace musí být nezáporné a pro jejich určení se používá algoritmus non-negative least squares. Tzv. Similarity number daného etalonu určuje jeho přibližné zastoupení ve vzorku. Vyhodnocení dat je vždy individuální a závisí na zkoumaném vzorku. Ukázkový projekt Na následujícím případu bude technologie demonstrována na analýze dvou vzorků omítek, které byly zajištěny autory na různých místech České republiky. 3

Obr. 4 Vzorek 1 Obr. 5 Vzorek 2 Analýza byla provedena v programu QSdata pomocí funkce Umixing samples. Složení vzorku 1 (obr. 19) - 48% malta s hydraulickým vápnem (NHL5), 40% vápenec a 22% sádra (obr. 21), složení vzorku 2 (obr. 20) - 21% malta se vzdušným vápnem, 17% metakaolin, 14% sádra, 12% vápenec and 11% vápenný hydrát (obr. 22). b)technologie RPAS a IBMR Cílem této části projektu je zavedení nových technologií dálkově pilotovaných leteckých prostředků a dále testování a nové fotogrammetrické metody IBMR. Využití bezpilotních prostředků (UAV, UAS či nově RPAS remotely piloted aircraft systems), vybavených celou řadou snímačů, jako např. pokročilou termovizí či snímáním objektů ve viditelném a blízkém infračerveném záření, je v posledních letech moderní a velmi často diskutovanou otázkou. V této souvislosti je rozvíjeno velmi žádané nízkonákladové prostorové skenování metodou obrazové korelace IBMR (image based modelling and rendering), které se uplatňuje jako standardní zpracovatelský systém u RPAS, testovány jsou nové metody vizualizace a zpracování dat z oblasti fotogrammetrie a panoramatického snímání. Při fotogrammetrických metodách dokumentace je kladen důraz na vývoj nízkonákladových dostupných systémů pro plnou prostorovou automatickou či poloautomatickou dokumentaci zejména historických objektů. Spolu s tím se řeší také využití běžných kvalitních digitálních fotoaparátů a samozřejmě i jejich kalibrace. Bylo provedeno několik významných projektů s vazbou na využití výsledků renomovanými odborníky z oboru archeologie a památkové péče. Ty jsou popsány dále, výsledky jsou využity pro mapy s odborným obsahem a ověřené technologie. Důležitou součástí pořízení dat je přesná kalibrace použitého digitálního fotoaparátu a jeho kvalita; fotoaparát či jiný senzor může být kalibrován v laboratoři nebo i přímo za letu. Jelikož laboratoř fotogrammetrie se dlouhodobě zabývá kalibracemi digitálních komor, část výzkumu šla i touto cestou. Využity byly vlastní postupy tradiční i netradiční /s kalibračním polem, výpočtem z nadbytečných dat v obraze i naprosto novou metodou s dírkovým objektivem. Pro klasické kalibrace byl využit software Photomodeler a kalibrační deska, dále vlastní postupy a software Agisoft Photoscan. Za letu se podařilo vytvořit kalibraci na základě rozmístěných a zaměřených cílů na terénu a svazkového vyrovnání, tzv. on the field calibration. Využit byl i vlastní sw pro potlačení nepříjemné distorze neměřických fotoaparátů. Termální průzkum Specialitou roku 2014-15 bylo využití termokamery, která byla plánována i pro průzkum pozemních objektů, omítek a maleb (Optris). Vzhledem k její mobilitě se podařilo ji umístit a zprovoznit pro RPAS Hexakopter, výsledky byly uvedeny v minulých letech. Termální snímání je vhodné i pro archeologické nálezy a výkopové práce, včetně průzkumu možných archeologických nálezů a lokalit. Pořízena byla nová termokamera Optris s dvojnásobným rozlišením včetně dříve velmi problematického mikropočítače, v rámci investice byl pořízen i kompatibilní Thermoimager pro RPAS EBee. Testování dronu ebee a případové studie Z institucionálních prostředků mimo projekt NAKI se podařilo pořídit v r. 2013 RPAS ebee švýcarské firmy SenseFly (cena přes půl milionu Kč) a v r. 2016 další kus s kompletní senzorovou řadou (viz SenseFly.com). Nové senzory zcela zásadně ovlivnily postup řešení projektu, v současné době vlastníme ojedinělý soubor zařízení pro DPZ, který se podařilo uplatnit zejména v archeologii. Zde je nutno podotknout, že data, pořízená multispektrálními senzory a termálním senzorem jsou zcela unikátní a 4

výstupy z těchto senzorů mají charakter tematických specializovaných map s unikátním obsahem, detekovaným právě na základě rozšířeného rozsahu měření v oblasti elektromagnetického záření. Obr.6 Dron ebee firmy SenseFly (lab. fotogrammetrie, FSv ČVUT) Výsledkem mise jsou sady snímků ve viditelné či infračervené části spektra (vložit lze vždy jen jedna kamera). Typicky se získají stovky snímků s velkým překrytem (70-80% podélný překryt, 40-60% příčný překryt). Pro zpracování se používá software Agisoft Photoscan nebo originální software firmy SenseFly Terra 3D či Pix4D. Od r. 2016 je laboratoř vybavena speciálními senzory (pro DPZ prodávaná pro EBee), a to následujícím zařízením: Thermaimager (rozlišení 640x512pixelů), Multispec 4C (čtyřkanálová multispektrální komora), a Red-edge kamera. Spolu s výše uvedenými kamerami pro NIR a RGB je to unikátní soubor senzorů, který je předurčen pro aplikace letecké archeologie. V roce 2016 jsme provedli celou řadu úspěšných tuzemských i zahraničních projektů, zaměřených na dokumentaci a výzkum památkových objektů. Část projektů se zabývala hledáním neznámých objektů s využitím terénních příznaků získaných výpočtem z digitálního modelu povrchu (DMP), odvozeného opět výpočtem z leteckých snímků. Druhá část se zabývala hledáním neznámých či známých objektů a jejich přesnou dokumentací na základě vegetačních příznaků za použití technologií DPZ, zejména multispektrálního průzkumu. Experimenty s DMP V ČR existuje řada historických událostí, při kterých zanikly některé objekty, ať již přirozenou cestou, válkami, opuštěním objektu a jeho postupnou destrukcí apod. Z původních objektů zbydou obyčejně nezřetelné půdní terénní příznaky, běžně neviditelné. Vliv na to má intenzívní zemědělská činnost, novodobá hluboká orba či zarůstání oblastí vegetací. Takto lze identifikovat např. polní historická opevnění, hradiště, zaniklé obce a cesty aj. Pokud je objekt v lese, je situace mnohem složitější tam je nutno využít technologie laserového pozemního či leteckého skenování a provést extrakci vegetace a reliéfu. Za tímto účelem byl vytvořen software, který je schopen eliminovat vegetaci a vytvořit pouze průběh rostlého terénu. Obr.7 Eliminace vegetace pomocí originálního software (vlevo měřené mračno bodů, vpravo extrakce reliéfu). Volarské šance, opevnění. Obr.8 Terénní příznaky a infračervené ortofoto Labské předsunuté opevnění u Terezína, dnes již neviditelné v důsledku zemědělské činnosti, detekovatelné pomocí technologie RPAS V ČR je téměř celý rok jakákoliv lokalita pokryta vegetací. Pro vytvoření správné technologie vyhledání terénních příznaků bylo využito účasti na expedici do oblasti s řídkou vegetací a hojnými archeologickými nalezišti, dosud neodkytými. Takováto lokalita byla nalezena v Iráku Kurdistánu, bohužel nedaleko od 5

oblasti ovládané Islámským státem. Oblast je v zájmu českých archeologů delší dobu, místem experimentů je zaniklé město poblíž dnešního města Machmúr. Lokalita byla nalétnuta několikrát RPAS EBee a byl vytvořen digitální model reliéfu. Drobné detaily ale nebyly přesně viditelné, proto byla vyvinuta technologie diferenčního DMP, kdy se originální DMP odečte osd speciálně filtrovaného totožného modelu; výsledkem jsou zviditelněné detaily o vysoké podrobnosti. Archeologové byli výsledky nadšeni. I když jsme považovali tyto výstupy za vyjímečné z hlediska zejména oveřené technologie detekce archeologických objektů v ČR špatně ověřitelné, v projektu NAKI vytvořené mapy nebyly hodnoceny; souhlasíme, že se jedná o lokalitu mimo ČR a provedli jsme obdobné projekty na našem území. Výsledky jsou použitelné, nejsou s ohledem na intenzivní zemědělskou činnost a vegetaci tak výrazné (např. Labské předsunuté předmostí je detekovatelné na oraništi ještě vcelku dobře). Zaměřili jsme se i na další možné artefakty z historie, na polní opevnění z třicetilerté války u Plané. Vzhledem k charakteru opevnění (dočasné, mělké) a intenzivní zemědělské činnosti jsme data z RPAS doplnili experimentálně geofyzikálními postupy tak, abychom mohli případně experimentálně potvrdit nález předpokládaného opevnění. Experimenty s vegetačními příznaky V ČR je většina archeologických podpovrchových objektů lokalizovatelná podle vegetačních příznaků, které jsou založeny na jiné hloubce ornice, narušení podloží, obohacení vrstvy půdy o živiny aj. Na detekci vhodných příznaků vegetačních je nutno mnohdy čekat dlouhé roky, než nastanou vhodné podmínky, kdy je rozdíl ve vegetaci vidět a na povrchu se zviditelní obrysy pod povrchem. Na základě multispektrálního snímání je ale možno tyto efekty detekovat mnohem lépe a častěji. Po konzultaci s archeologem prof. Gojdou byla jako zkušební zvolena lokalita Ctiněves nedaleko Řípu. Jedná se o terasu s mnoha hrobovými jámami a jedním objektem mohylového typu. V letošním roce nastaly vhodné podmínky na vegetační příznaky (suché jaro s nástupem vlhké epochy). Lokalita byla analyzována pomocí RPAS EBee se všemi senzory, které byly k dispozici. Výsledky byly nad očekávání příznivé, prakticky na všech datech byly viditelné jak hrobové jámy, tak mohyla. Nejlepší výsledky byly dosaženy u blízkého infračerveného pásma NIR a kupodivu u termálních dat. Další deriváty (barevné spektrální kombinace samozřejmě přinesly výsledky také včetně NDVI a DMP). Z výsledků byl vytvořen soubor map s odbornou tématikou a po opravě o vektorovou složku, vytvořenou konzultacemi s archeologem, byl výstup předložen jako experimentální aplikovaný výsledek. Jedná se o datové tematické vrstvy v různých částech elektromagnetického záření, tedy nikoliv o běžné topografické mapy. Na lokalitě bylo napočítáno přes 500 hrobových jam. Obr.9 Vytvořené podkladové ortofoto RGB z RPAS s velkostí pixelu 4cm, doplněné o tematickou složku polohu nalezených hrobových jam a polohu mohyly.vpravo vytvořené termální ortofoto z RPAS s velkostí pixelu 10cm Využití technologie IBMR (Image based modelling and rendering) Jak u RPAS, tak také v pozemní fotogrammetrii se v posledním desetiletí udály velké změny zejména možnosti vyhodnocení a zpracování obrazových dat se dostaly díky výkonné výpočetní technice na výsluní a technologickou špičku. Vlastní fotogrammetrie poměrně později zareagovala a implementovala do fotogrammetrických produktů i metody obrazové analýzy a počítačového vidění. Zpočátku jednoduché 6

aplikace ve formě volného software či služby se staly v posledních několika létech trendem zpracování digitálních fotografií. Výsledkem zpracování vhodně vytvořeného souboru fotografií je mračno bodů jako u laserových skenerů, digitální model reliéfu a ortofoto. Dnes již existují desítky specializovaných software právě pro tuto oblast. Jejich kvalita i využitelnost je ale různá a speciálně pro soubory snímků z RPAS bylo vytvořeno unikátní software. Některé produkty jsou již dobře známé i v ostatních oblastech vědy a výzkumu (archeologie, geografie aj.). Pozemní aplikace zdomácněly a v nejbližších letech budou implementovány i do mobilních telefonů či tabletů. Obdobně jako tvorba panoramatických syntetických snímků. Jednoduchost a nízké náklady jsou výraznou předností všech výše jmenovaných systémů, velmi populární a propagovaný je produkt firmy Agisoft Photoscan. Postupy i možnosti se každým rokem zlepšují, což je dáno jednak výpočetní technikou, jednak i silným výzkumem v této oblasti. Na následujících obrázcích je na případových studiích ukázáno několik možností a výstupů právě ze software Photoscan, který využíváme v laboratoři fotogrammetrie pro pozemní projekty i pro RPAS.V této oblasti lze nalézt velký zájem odborné veřejnosti i zájem odborníků častá jsou vytváření technologií či postupů, které by nahrazovaly poměrně drahé laserové skenování. Porovnávání a zlepšování technologie IBMR s laserových skenování je součástí odborného aplikovaného výzkumu v oblasti dokumentace obecně. Jako příklad uvedeme jednoduché zaměření dokumentaci sochy na náměstí v Telči. Model, vzniklý z IBMR, má za předpokladu kvalitního kalibrovaného digitálního fotoaparátu, vhodné technologie snímkování a potlačené distorze objektivu (pokud tento krok přímo neřeší software automaticky, jako v případě Agisoftu) solidní využití, u menších modelů srovnatelné s výstupy laserového skenování. Vzniklý model a nenáročné vybavení dává tomuto postupu do budoucnosti významné přednosti. Obr.10 Odlehlost mračen z IBMR a laserového skenování distribuce bodů Obr.11 Neinvazivní průzkum pomocí georadaru ukázal tušené podpovrchové prvky a zbytky zdí, včetně neznámých kruhových zděných útvarů (pece, sýpky, možná nedokončené). 7

V rámci výzkumu byl proveden rozsáhlý průzkum a dokumentace Královského paláce na Chebském hradě. Byly vytvořeny datové vrstvy z fotogrammetrie IBMR, laserového skenování, georadaru s různými anténami. Specialitou v oblasti fotogrammetrie je kartografická dokumentace historických tisků a glóbů. Snahou bylo pomocí bezkontaktní fotogrammetrické metody dokumentovat ve vysokém rozlišení historické archiválií v podobě glóbů. Ty byly snímkovány digitálním kalibrovaným fotoaparát s rozlišením 15MPix; jednalo se stovky snímků, vždy s posunutím glóbu okolo osy o malý úhel. Ze snímků byl vytvořen 3D model, který byl kartograficky rozvinut do plochy. Druhou fází bylo rozvinutí o známých souřadnicích virtuálně vizualizovat a uzpůsobit tak, aby bylo možno s modelem pohybovat a zvětšovat ho. Projekt měl významné výsledky, i když původně nebyl koncipován jako projekt a neměl ambice provádět digitalizaci glóbů. Přesto se naše metoda ukázala jako použitelná, nízkonákladová a dostatečná k účelům virtuální prohlídky. V rámci projektu je řešena také velmi důležitá kalibrace digitálních komor (fotoaparátů) pro účely fotogrammetrie. Jelikož jsou často používány amatérské či poloprofesionální fotoaparáty, je kalibrace nestálá vlivem mnoha faktorů, Rušivá je pro běžné práce zejména distorze objektivu. Speciálními metodami kalibrace se zabýval Ing. Řezníček a výstupem je český patent na unikátní kalibraci pomocí dírkového objektivu (lze využít na komory s odnímatelným objektivem, 2014). V letošním roce jsme navázali na programátorské práce kolegů z katedry a vytvořili jsme soubor programů pro odstranění (potlačení) distorze objektivů a analýzu distorzní funkce. Výsledky jsou uvedeny jako autorizovaný software. Důvodem vývoje je problematika tvorby fotogrammetrických jednoduchých výstupů zejména pro odborníky z památkové péče, archeologie a architektury, kteří používají běžně digitální fotoaparáty pro dokumentační činnost. 2. Přehled plánovaných cílů Uveďte plánované cíle v dalším roce řešení v souladu s popisem projektu a způsob jejich splnění. Projet letos končí a na rok 2017 nebyly plánovány žádné cíle. V posledním roce řešení byl projekt zaměřen na dokončení výzkumu a aplikačních případových studií a analýzu výsledků, které jednotlivé studie přinesly. 3. Uplatněné výsledky Vyplňte přílohu č. 1 (formulář v Excelu jiný způsob předložení není možný) a uveďte tam všechny dosažené výsledky s požadovanými údaji. Za uplatněné výsledky lze označit pouze ty, které byly k termínu předložení průběžné zprávy skutečně uplatněny (tj. články a knihy publikovány, metodiky certifikovány, spec. mapy schváleny poskytovatelem (MK) či jiným orgánem atd.) a u kterých lze jejich uplatnění doložit (fyzicky výtiskem, osvědčením o certifikaci atd.). Pokud dojde od 15. 11. daného roku do 15. 1. roku následujícího (tj. před vlastním hodnocením) ke změně výsledků uvedených v Příloze č. 1 Průběžné zprávy dosažené výsledky projektu, včetně změny jeho uplatnění (kniha je vydána atd.), předkládá se znovu celá (opravená) příloha č. 1 pod názvem Příloha č. 1 Průběžné zprávy dosažené výsledky projektu OPRAVA (včetně fyzicky předložených výsledků administrátorce projektu). Zde uveďte rovněž případný komentář a doplňující informace k vyplněné tabulce. Příloha č.1 je doložena, předloženy jsou ke schválení tyto výsledky: 2016 P- patent Plán 1, splněno v r. 2014 8

N mapa s odborným obsahem výstupy z UAV na vzorových projektech Plán 4 (předloženy 2 mapy v r. 2015) 3 mapy v r. 2016 1) NEDESTRUKTIVNÍ PRŮZKUM KRÁLOVSKÉHO PALÁCE NA CHEBSKÉM HRADĚ, soubor map, specializovaná mapa s odborným obsahem 2) DETEKCE HISTORICKÉHO POLNÍHO OPEVNĚNÍ ŘEŠANOV, soubor map, specializovaná mapa s odborným obsahem 3) CTINĚVES-SOUBOR MAP, specializovaná mapa s odborným obsahem Z ověřená technologie Plán 3 ( předloženy 2 OVT v r. 2015) 1 OVT v r. 2016 OVĚŘENÁ TECHNOLOGIE VYUŽITÍ HYPERSPEKTRÁLNÍCH DAT V PAMÁTKOVÉ PÉČI R autorizovaný software: pro jednoduchou fotogrammetrii, software pro UAV, software pro zpracování dat mračen bodů a software kalibraci fotoaparátů Plán 3, předloženy 4 v r. 2016 1) VegRem, program pro odstranění vegetace z mračna bodů 2) Soubor programových modulů pro blízkou fotogrammetrii, programů pro potlačení distorze objektivů využitelné v blízké fotogrammetrii pro tvorbu fotoplánů v památkové péči 3) KorekcePVO, program pro zavedení korekce z délkového zkreslení pro přímé georeferencování na území ČR, pro letecké snímkování a RPAS 4) GlobeProjection program pro tvorbu kartografických výstupů z historických glóbů 5) QSdata program pro porovnání meřených spektek se spektrální knihovnou G prototype: hyperspektrální snímací zařízení či specializovaného UAV Plán 1, předložen 1 v r. 2015 W -Uspořádání workshopu plán 3 (splněny 2, poslední bude 14-16.11.2016) Pavelka, K., editor a odpovědná osoba workshopu, Telč, 14-16.11.2016 Školicí středisko FSv ČVUT, 56 přihlášených účastníků, 22 referátů, sborník je ve výrobě a bude koncem roku 2016 (program přiložen u výsledků projektu) 9

Vedlejší výsledky J rec články v odborných periodikách o nových průzkumných a dokumentačních metodách Plán 10, splněno 3 (2014-15) v r. 2016 prozatím 5, zbytek bude do konce roku 2016 Komentář k výsledkům Jelikož se neustále mění pohled i náplň RIV i posuzování výsledků, je těžké každé plánování, ke všemu plánování ve vědě je ošidné, jelikož při výzkumu a vývoji dochází k nečekaným technologickým zvratům, novým řešením, vývoji nových převratných přístrojů i technologií. Tomu logicky odpovídá i složení výsledků projektu, který byl plánován v r. 2011-12 a stupeň znalostí, který se celosvětově za 5 let významně světově posunul. Jasným nástupem, který se nám podařilo zachytit, je technologie RPAS a IBMR, která právě v posledních 3-4 letech významně změnila technologie zisku dat. Při posuzování výsledků zejména specializovaných map je nutno přihlédnout ke skutečnosti, že z RPAS s metodami multispektrálního sběru dat vznikají plošné obrazové výstupy, které ale nejsou rutinní mapovací technologií a jejich nasazení ukazuje nové, dříve neznámé skutečnosti. Předložené Nmap po opravách nyní dle našeho názoru splňují potřebné specifikace, map celkově předkládáme o jednu více, neboť výsledků z měření je díky novým technologiím daleko více a lze je zpracovat rychleji, než se před pěti léty předpokládalo. Obdobně je to s autorizovaným software, který řeší vždy lokální problémy, na které jsme při výzkumu a vývoji narazili. Všechny programové produkty jsou dodány i ve strojovém kódu, což je v programátorském světě značně netradiční požadavek. Články časopisecké splněno je celkem za celé období 8 článků (2 další články byly později ve Scopus avizovány jako sborníkové příspěvky a byly v loňském roce tudíž zrušeny). Do konce roku vyjdou další dva chybějící články, jsou již schválené a přijaté k tisku. V letech minulých jsem ve zprávě a seznamu aplikovaných výsledků žádal o sloučení vedlejších výsledků J a D do jedné skupiny, jelikož 1)jedná se o vedlejší výsledky, 2)příspěvky ve sbornících ve WoS či Scopus mají jistě stejnou cenu jako článek v recenzovaném časopise také procházejí recenzí, je k nim přednesení tématu před odbornou veřejností apod. Příspěvků typu D máme velké množství, netuším, jak se vyvíjí současný názor na jejich hodnocení v RIV i projektu NAKI. Poslední OVT byla předložena ke schválení též se zprávou. Bohužel, řada vnějších vlivů zapříčinila, že aplikované výsledky byly předloženy (některé k opravě), s periodickou zprávou. Splněny jsou i Workshopy, poslední probíhá právě v době odevzdávání průběžné zprávy. U vedlejších výsledků máme zdržení u monografií jedna je po recenzním řízení, druhá před recenzním řízením. Obě mají přidělené ISBN, ale z důvodu rychlého posunu znalostí v našem oboru jsme nechali monografické zpracování získaných informací na konec projektu a díky zdrží. 4. Přehled změn v popisovaném období Změny nenastaly, poslední změnou bylo úspěšné ukončení doktorského studia Ing.Řezníčka a nástup Ing.Šediny na jeho místo v r. 2014 (schváleno doplňkem smlouvy). 5. Návrh na upřesnění řešení projektu pro další etapu řešení Projekt letos končí, nejsou plánované další aktivity, jen mimo rámec NAKI (v projektech a technologiích, úspěšně vyvinutých a testovaných), budeme pokračovat z institucionálních prostředků, případně z jiných grantových prostředků. 10

6. Čerpání uznaných nákladů a účelové podpory Popište průběh čerpání účelové podpory, případné změny, přesuny či nedočerpání včetně změn schválených poskytovatelem v průběhu roku. Účelová podpora byla čerpána v souladu s pravidly na jednotlivé položky uvedené v projektu: Osobní náklady odpovídají výši úvazků i částek na zaměstnance uvedené v projektu. V souladu s projektem byla také vytvořena nová pracovní pozice k 1. 1. 2013. Nová pracovní síla byla přijata na zpracovávání rastrových snímků a zpracování do podoby ortofota a DMR: Ing. Jan Řezníček (poloviční úvazek, od r. 2014 Ing. Jaroslav Šedina). Další členi týmu: Ing. Eva Matoušková, Ing. Martina Faltýnová (poloviční úvazky) Odpovědný řešitel: prof. Dr. Ing. Karel Pavelka (1/4 úvazku). Celkem bylo na mzdách vyplaceno přibližně 455tis.Kč (plus soc.a zdr.pojištění a 1% do fondu (není započítán 11. a 12.měsíc) OON byly využity následovně: Ing.Ivana Hlaváčová, PhD. 18tis.Kč (tvorba vyhodnocení z naměřených leteckých a družicových dat) Doc.Ing.Jiří Šíma, CSc. 5 tis.kč (recenzní posudek knihy) Ing.Jiří Šustera, 5 tis.kč (trozba DMP z družicových a leteckých dat) Náklady nebo výdaje na pořízení hmotného a nehmotného majetku (kapitálové výdaje): Nebyly. Provozní náklady nebo výdaje: Byl pořízen drobný hmotný majetek a spotřební materiál potřebný pro řešení projektu: literatura 1tis.Kč, modernizace RPAS 29tis.Kč, spotř.materiál (žárovky halogenové, spoj.materiál, kabely, 5tis.Kč, kancelářský materiál včetně tonerů 5tis.Kč, drobná výpočetní technika repas počítače, výměna desky a procesoru 20 tis.kč, sw upgrade maitenace ENVI a RPAS 45tis.Kč., příprava publikace a workshopu (zveřejňování výsledků) 40tis.Kč Cestovní náhrady: Na rok 2016 byly schválené uznané náklady cestovních náhrad ve výši 50 000,-Kč. Byly využity ve formě účasti na významné zahraniční odborné akci SGEM 2016 a ESAT Slovensko, hyperspectral sensing ing.matoušková, Francie, celkem 25 tis.kč). Dále bylo cestovné využito na tuzemské služební cesty automobilem na lokality, kde se provádělo měření (Litomyšl, Cheb, Sedliště, Planá, Ctiněves, Lipany) 9 x služební cesta s materiálem, celkem 13tis.Kč). Náklady nebo výdaje na služby: Nebyly. Doplňkové (režijní) náklady nebo výdaje: v projektu schválené uznané náklady jsou tyto: Celkem za ČVUT v Praze, FSv: 57 000,- Kč 11

7. Závěr Stručně zhodnoťte celkový stav řešení projektu, zásadní odchylky a závažné navrhované změny v dalších letech řešení projektu. Zhodnoťte dosavadní přínosy projektu (pokud již byly realizovány některé jeho výsledky). Technologie využití hyperspektrálních dat v památkové péči umožňuje rychlou analýzu zkoumaných vzorků přímo v terénu. Její testování proběhlo na několika náhodně vybraných vzorcích historických omítek a výsledky byly po konzultaci s odborníky uznány jako odpovídající. Technologie je závislá na existenci spektrálních knihoven s lokální platností. Dosažené výsledky jsou ve fázi přípravy závěrečné zprávy s ohledem poslední rok řešení projektu. Spočívají především v oblasti teoretického výzkumu, odvozování potřebných matematických vztahů, vyhledávání, analýzy a zpracování fotografických záznamů, shromažďování a zpracovávání vstupních zdrojů pro práci s RPAS a ze spektrometrie. Současně zde bylo i pořízení nezbytné infrastruktury pro výzkum. Dále pak spočívají především v prezentaci metod a výsledků, uplatňovaných v projektu NAKI, formou vystoupení na konferencích a odborných akcích. Aktivity v oblasti hyperspektrálního snímání v památkové péči jsou ojedinělé a existuje několik pracovišť na světě, kde se tímto problémem zabývají profesně. Navázali jsme kontakty s odborníky na restaurování a průzkum maleb, archeology a pracovníky památkové péče a spolu jsme provedli několik měření. Rozvoj metod RPAS a spektroskopie je spojený s dalším vybavením naší laboratoře, které zajišťujeme z vlastních zdrojů (investováno bylo celkově více než 2, 8mil Kč z rozvojových institucionálních prostředků za roky 2013-16. V oblasti RPAS jsme na solidní pozici (2ks, oprávnění k létání od ÚCL nutno obnovit v listopadu 2016), nákupem jsme rozšířili přístrojové vybavení pro oblast multispektrálního průzkumu. V současné se intenzívně zaměřujeme na využití dronu ebee (mikroletadlo) pro účely fotogrammetrie v památkové péči, kulturním dědictví a klasické fotogrammetrii a DPZ zejména pro účely archeologie. Výsledky pro RIV (2016): 5x J rec 4x D 1xW workshop 3x mapa s odborným obsahem 5x autorizovaný sw 1x OVT Příloha: Příloha č. 1 Průběžné zprávy - dosažené výsledky projektu V Praze dne 15. 11. 2016... Prof. Dr. Ing. Karel Pavelka řešitel, ČVUT v Praze, FSv 12