Ćwiczenie doskonalące realizację procedur DVI (ang. Disaster Victim Identification), które odbyło się w grudniu 2019 r., było doskonałym poligonem dla sprawdzenia możliwości zastosowania nowych technologii pomiarowych przy realizacji zadań związanych z kryminalistycznym badaniem miejsca zdarzenia. Dzięki współpracy z Żandarmerią Wojskową do dyspozycji pozostawał bezzałogowy statek powietrzny (BSP), skanery 3D oraz specjalistyczne oprogramowanie służące do opracowania i wizualizacji wyników pomiaru.

ZASTOSOWANIE

Obszary stosowania bezzałogowych platform latających w zakresie zapewnienia bezpieczeństwa i porządku publicznego w szczególności oscylują wokół:

•  poszukiwania osób zaginionych;
• planowania akcji oraz obserwacji terenu, w tym przemieszczania się osób pozostających w zainteresowaniu;
• obserwacji i mierzenia natężenia ruchu drogowego, ujawniania wykroczeń;
• monitoringu i ochrony obiektów;
• inspekcji obiektów;
• monitorowania imprez masowych;
• kartografii.

Zapewnienie nowej jakości w czynnościach związanych z kryminalistycznym badaniem miejsca zdarzenia (zwłaszcza katastrof) staje się możliwe dzięki wykorzystaniu BSP, szczególnie w obszarze kartografii. Sensory optyczne pozwalają na rejestrację materiału wideo oraz zdjęć często wielospektralnych, natomiast czujniki odpowiedzialne za telemetrię dostarczają bieżącej informacji o położeniu oraz dane opisowe, w tym metadane na temat orientacji zewnętrznej zobrazowań cyfrowych.

DOKUMENTACJA

Szczególnie istotnym aspektem jest możliwość utrwalania stanu miejsca zdarzenia już na etapie prowadzonej akcji ratowniczej, która często powoduje znaczne zniekształcenia na skutek działań podjętych przez ratowników oraz użytych środków technicznych wspomagających ich pracę. Dlatego materiał pozyskany w trakcie pracy służb ratowniczych może stanowić cenne źródło danych dotyczących pierwotnego kształtu, pozwalając na wykonanie obiektywnej rekonstrukcji jego przebiegu. Oględziny to czynność procesowa prowadzona na miejscu zdarzenia, zmierzająca do ujawnienia, zabezpieczenia i utrwalenia stanu miejsca, osób i rzeczy, w szczególności za pomocą środków techniki kryminalistycznej, dokumentowana obligatoryjnie w formie protokołu.

Fakultatywnie sporządza się dokumentację techniczną w postaci szkiców ogólnych, szczegółowych i specjalnych, uwzględniających najistotniejsze dane i zdjęcia ogólnoorientacyjne, sytuacyjne i szczegółowe, przedstawiające miejsce, osobę lub rzecz poddane oględzinom oraz ujawnione ślady przestępstwa, ich nośniki lub rzeczy albo nośniki zawierające nagrania zapisu obrazu lub dźwięku.

Odpowiedzią na tak zdefiniowane potrzeby może być BSP wyposażony w kamerę lub aparat fotograficzny pozwalający na pozyskiwanie zobrazowań powierzchni ziemi oraz parametrów orientacji zewnętrznej zdjęcia (szczególnie długość i szerokość geograficzna, wysokość lotu, ustawienia ogniskowej). W sukurs przychodzi również algorytm SGM (ang. Semi-Global Matching), który pozwala na dopasowanie do siebie pojedynczych pikseli zdjęć i w efekcie – uzyskanie gęstej chmury punktów (ang. point cloud) opisanych współrzędnymi XYZ oraz parametrem intensywności odbicia.

Analizując technologię przez pryzmat wskazanych możliwości, należy zwrócić uwagę, że produktami pochodzącymi z przetworzenia pozyskanego materiału fotograficznego, które znajdą zastosowanie w aspekcie kryminalistycznego badania miejsca zdarzenia, mogą być w szczególności:

• ortofotomapa – kartometryczny, rastrowy obraz terenu uzyskany w wyniku ortogonalnego (usunięcie zniekształceń perspektywicznych) przetworzenia zdjęć lotniczych czy scen satelitarnych (zamiana rzutu środkowego na ortogonalny pozwala uzyskać jednolitą skalę opracowania) – wykorzystanie przy sporządzaniu szkiców ogólnych i szczegółowych, zdjęć ogólnoorientacyjnych, sytuacyjnych oraz szczegółowych, umożliwiające pomiary (rekonstrukcja przebiegu zdarzenia, wizja lokalna, eksperyment procesowy, uniezależnienie się od antropogenicznych i naturalnych zmian otoczenia);
• numeryczny model pokrycia terenu (ang. Digital Sufrace Model) – dyskretna (punktowa) reprezentacja powierzchni terenu wraz z obiektami znajdującymi się na tej powierzchni, wśród których można wymienić budynki i budowle, pojedyncze drzewa czy lasy – może być wykorzystywany np. w procesie rekonstrukcji przebiegu zdarzenia;
• numeryczny model terenu (ang. Digital Terrain Model) – podobnie jak DSM to dyskretna (punktowa) reprezentacja topograficznej powierzchni terenu oraz algorytmy interpolacyjne, które pozwalają na odtworzenie kształtu – wykorzystywany może być np. w procesie rekonstrukcji przebiegu zdarzenia;
• chmury punktów wraz z ich klasyfikacją to zbiór punktów, w którym każdy opisany jest współrzędnymi XYZ oraz parametrem intensywności odbicia, stanowiący geometryczną reprezentację obszaru czy obiektu – wykorzystywane mogą być np. w procesie rekonstrukcji przebiegu zdarzenia.

PRAKTYKA

Wskazane zagadnienia wprowadziły nas w dziedzinę nauki i praktyki, zarezerwowaną dla fotogrametrii. Właściwe zgromadzenie danych gwarantuje uzyskanie wysokiej dokładności opracowania, a cały proces rozpoczyna się od zaplanowania nalotu. Zagadnienie jest skomplikowane i zawiera wiele parametrów, dlatego użytkownik (technik kryminalistyki, specjalista) powinien zostać wyposażony w wytyczne oraz tablice i aplikacje umożliwiające dobranie właściwych zmiennych operacji lotniczej, której celem jest pozyskanie danych dla potrzeb opracowania ortofotomapy o zakładanej wielkości piksela terenowego (możliwe jest uzyskanie rozdzielczości nawet lepszych niż 1 cm).

Ustawienia kamery czy dobór wysokości lotu nie powinny nastręczać użytkownikowi problemów. Ważne są również umiejętności pilotowania BSP, ale tutaj są pomocne komercyjne rozwiązania aplikacyjne, które oferują możliwości lotu autonomicznego na podstawie zdefiniowanych parametrów. Interfejs graficzny przeprowadzi użytkownika przez niezbędną konfigurację (ryc. 1). Wykonując jednak lot swobodny, należy zapewnić odpowiednie pokrycie podłużne i poprzeczne, które zgodnie ze wszystkimi prawidłami powinno zawierać się w zakresie 70 - 90 proc. Taka metoda pozyskania danych (lot swobodny) została wykorzystana w opisywanym ćwiczeniu.

Jednym ze sposobów zwiększenia dokładności uzyskiwanych produktów jest pomiar trójwymiarowych współrzędnych punktów kontrolnych (ang. Ground Control Points – GCP), nazywanych często fotopunktami. Naziemnymi punktami kontrolnymi mogą być elementy środowiska antropogenicznego (np. infrastruktura drogowa) oraz naturalnego, które łatwo rozpoznać na zdjęciach. Zazwyczaj wykładane są znaczniki, przypominające fragment szachownicy.

W omawianym przypadku takie tarcze zostały wyłożone, jednak znalazły zastosowanie jedynie w przypadku łączenia chmur punktów pozyskanych drogą naziemnego skaningu laserowego (ang. Terrestrial Laser Scanning – TLS). Precyzyjną i najszybszą metodą pomiaru współrzędnych fotopunktów jest GPS RTK. Materiał fotograficzny pozyskano za pomocą drona DJI Mavic 2 Pro.

Zabezpieczony materiał, w postaci 213 zdjęć charakteryzujących się średnią rozdzielczością przestrzenną (ang. Ground Sampling Distance – GSD) na poziomie 0,197013 centymetrów, został wykorzystany do pozyskania chmury punktów oraz wykonania ortofotomapy i numerycznego modelu pokrycia terenu. Uzyskane produkty doskonale spełnią funkcje przypisane do dokumentacji technicznej sporządzanej w trakcie oględzin, takiej jak np. szkice ogólne, szczegółowe i specjalne, zdjęcia ogólnoorientacyjne, sytuacyjne i szczegółowe, przedstawiające miejsce, osobę lub rzecz poddane oględzinom oraz ujawnione ślady przestępstwa.

Zastosowanie oprogramowania umożliwiającego pracę z danymi o charakterze przestrzennymi pozwala na płynną zmianę skali (np. powiększanie wybranych elementów sytuacji), pomiary i obliczenia również 3D (ryc. 2, ryc. 3), określenie położenia poszczególnych obiektów za pomocą współrzędnych (późniejsze bezbłędne odtworzenie sceny dla potrzeb eksperymentów procesowych szczególnie w przypadku zmian otoczenia spowodowanych działaniem człowieka czy sił natury), wizualizacje oraz wydruki z wykorzystaniem opracowanych szablonów. Przeprowadzona próba pokazuje, że wykorzystanie prostych platform latających daje dobre rezultaty i wysokie dokładności w zakresie określenia położenia w kierunkach X i Y, często lepsze niż 1 m.

W kontekście wyposażenia zespołów DVI oraz zwiększania dokładności pomiarów można rozważać zakup sprzętu bardziej zaawansowanego i przeznaczonego do realizacji opracowań z zakresu fotogrametrii i kartografii. Takie założenia spełniają drony wyposażone w moduł RTK zapewniający odbiór w czasie rzeczywistym danych pozycjonujących, które pozwalają na uzyskanie centymetrowej dokładności. Rozwiązania współpracują również ze stacjami mobilnymi mogącymi pełnić funkcję stacji referencyjnych, można je wykorzystać również do pomiaru fotopunktów (GCP).

STANDARYZACJA

Mając na względzie proces dowodowy, unikalność miejsca zdarzenia, trzeba podkreślić, że sukces stosowania nowych technologii zależy m.in. od szkolenia użytkowników (operatorów BSP), standaryzacji oraz opracowania wytycznych precyzujących w szczególności:

• typowanie i pomiar punktów kontrolnych (GCP);
• planowanie nalotu fotogrametrycznego, w tym prędkość drona, ustawienia sensora optycznego: czas naświetlania, ogniskową, wysokość lotu;
• parametry w zakresie wstępnej oceny jakości zdjęć lotniczych;
• parametry przetwarzania (opracowania produktów finalnych).

Należy jednak pamiętać, że tę technologię można stosować jako pomocniczą z uwagi na ograniczenia związane np. z warunkami atmosferycznymi. Wśród najbardziej istotnych można wymienić czynniki związane z przejrzystością powietrza (mgła), silnymi wiatrami czy opadami (deszcz, śnieg). Jednak zwłaszcza przy zdarzeniach masowych szybkość pozyskania danych rekompensuje te niedoskonałości.

Decyzje należy również podejmować w kontekście rozwoju technologii. Obecnie aparatyfotograficzne posiadają sensory LiDAR (ang. Light Detection and Ranging), które umożliwiają precyzyjny pomiar fotografowanej sceny, a finalnie – pozyskanie chmury punktów (model 3D), zapowiadając rewolucję w fotografii. W analogiczne rozwiązania wyposażane są również drony. Pomiary z wykorzystaniem tej technologii możliwe są także w przypadku małej przejrzystości powietrza.

mł. insp. PIOTR POGORZELSKI
zastępca dyrektora BŁiI KGP

Zdaniem nadkom. Adriana Słowikowskiego, krajowego koordynatora ds. bezzałogowych statków powietrznych w Policji:

Fotogrametria z użyciem dronów ma duży potencjał, aby stać się użytecznym narzędziem w pracy Policji. Obecnie wykorzystujemy ją podczas poszukiwań osób zaginionych. Efektywne mapowanie jest możliwe dzięki specjalnym aplikacjom, które pozwalają na automatyczne programowanie trasy nalotu. Należy jedynie zaznaczyć na mapie obszar poszukiwań oraz wysokość przelotu, a komputer automatycznie wyliczy właściwą trasę, ustawi kamerę i wykona zdjęcia we właściwych miejscach.

Najsłabszym ogniwem w efektywnym użyciu tej metody do poszukiwań osób jest niska wydajność komputerów, a przede wszystkim liczy się czas. Nawet najbardziej wydajne maszyny potrzebują od kilku do kilkunastu godzin na złożenie mapy. Im większej dokładności chcemy, tym więcej zdjęć danego obszaru musimy zrobić, co pociąga za sobą dłuższy czas przetwarzania. Obróbka wydłuża się jeszcze bardziej, gdy na podstawie zdjęć chcemy uzyskać trójwymiarowy model pokrycia terenu. Niewątpliwą zaletą jest pewność, że sprawdzono cały obszar, łącznie z miejscami niedostępnymi z ziemi.

Innym potencjalnym obszarem wykorzystania fotogrametrii w Policji jest dokumentowanie zdarzeń, szczególnie drogowych i tych na dużym obszarze. W związku z tym, że dokumentacja wymaga dużej dokładności, loty dronem muszą odbywać się w niewielkiej odległości od obiektu. Często stanowi to wyzwanie dla pilota BSPP, który może uznać, że wykonanie nalotu pomiarowego np. na leśnej drodze lub w centrum miasta stanowi za wysokie ryzyko. Ponieważ to nowe rozwiązanie, niewiadoma pozostaje również postawa biegłych sądowych wobec tego rodzaju materiałów pomocniczych.

Największym wyzwaniem Policji dotyczącym szeroko pojętej fotogrametrii jest zapewnienie właściwych narzędzi analitycznych oraz ich obsługi. Dotychczasowe doświadczenia pokazują, że z punktu widzenia szybkości działania oraz bezpieczeństwa gromadzonych informacji, najlepiej sprawdza się scentralizowana infrastruktura teleinformatyczna.