W polskich zasobach geodezyjnych znajduje się około dwóch milionów zdjęć wykonanych od lat 50. XX wieku. To unikalny zapis zmian krajobrazu – urbanizacji, przekształceń terenów rolnych, zaniku siedlisk czy rozwoju infrastruktury. Dotychczas analiza takich materiałów była czasochłonna i w dużej mierze manualna. W projekcie opracowywany jest kompletny „pipeline” przetwarzania: od cyfrowego opracowania zdjęć (orientacja, generowanie modeli wysokościowych, ortofotomap), przez ich ulepszanie (koloryzacja, zwiększanie rozdzielczości), aż po automatyczną segmentację semantyczną i detekcję obiektów przy użyciu głębokich sieci neuronowych. W praktyce chodzi o to, aby archiwalne zdjęcia lotnicze stały się pełnoprawnym, cyfrowym źródłem danych do analiz przestrzennych – porównywalnym z nowoczesnymi zobrazowaniami satelitarnymi.
• Zespół, który zmienia perspektywę
Kierownikiem projektu jest mgr inż. Adam Kostrzewa – doktorant Szkoły Doktorskiej PW, który jednocześnie jest zatrudniony w Szkole Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Instytucie Inżynierii Lądowej na stanowisku asystenta. Nadzór naukowy sprawuje dr hab. inż. Krzysztof Bakuła, prof. PW z Wydziału Geodezji i Kartografii PW – specjalista w zakresie fotogrametrii, teledetekcji i przetwarzania danych przestrzennych.
– Jestem pomysłodawcą i kierownikiem projektu – mówi doktorant Adam Kostrzewa. – Odpowiadam za koncepcję badawczą, pozyskanie i opracowanie danych archiwalnych, projektowanie eksperymentów z wykorzystaniem głębokiego uczenia, trenowanie i ewaluację modeli segmentacyjnych, analizę i interpretację wyników. Tematyka archiwalnych zdjęć lotniczych stanowi rdzeń mojej pracy doktorskiej realizowanej na WGiK PW. Projekt jest naturalną kontynuacją kilkuletnich badań oraz publikacji naukowych dotyczących przetwarzania historycznych zobrazowań lotniczych – podkreśla.
Projekt zaplanowany jest na 36 miesięcy. W pierwszym etapie (miesiące 1–6) realizowane jest pozyskanie i opracowanie danych. W drugim etapie (7–27 miesiąc) prowadzone są eksperymenty z modelami AI, koloryzacją i super-rozdzielczością. Ostatnia faza (28–36 miesiąc) obejmuje analizę wyników i interpretację zmian środowiskowych. Projekt realizowany jest w ramach konkursu PRELUDIUM Narodowego Centrum Nauki. Budżet projektu w wysokości 201 300 zł obejmuje finansowanie badań, infrastruktury obliczeniowej oraz opracowania danych.
• Archiwalne zdjęcia lotnicze pełnoprawnym źródłem danych
Głównym celem projektu jest opracowanie i empiryczna weryfikacja metody automatycznego pozyskiwania informacji o pokryciu terenu i zmianach środowiskowych z archiwalnych zdjęć lotniczych. Badania koncentrują się na wykorzystaniu zaawansowanych narzędzi sztucznej inteligencji do analizy materiałów historycznych, które dotychczas rzadko traktowano jako równorzędne źródło danych przestrzennych. Rezultatem prac będzie zestaw przetestowanych modeli sztucznej inteligencji do segmentacji i detekcji obiektów na zdjęciach historycznych. Opracowana zostanie metodologia łączenia danych RGB z modelami wysokościowymi (DSM) w celu zwiększenia dokładności klasyfikacji. Projekt obejmuje także ocenę wpływu jakości danych – takich jak szum, rozdzielczość, brak koloru – na skuteczność algorytmów oraz identyfikację typów zmian środowiskowych możliwych do wiarygodnego wykrycia.
Zakres prac badawczych obejmuje cyfrowe opracowanie archiwalnych zdjęć lotniczych – rekonstrukcję parametrów kamer, georeferencję, generowanie ortofotomap i modeli wysokościowych. Istotnym elementem projektu jest opracowanie strategii generowania danych treningowych z wykorzystaniem współczesnych baz referencyjnych (BDOT10k, ALS, LPIS), a także trenowanie i porównywanie architektur głębokich sieci neuronowych. Badania uzupełnia testowanie wpływu koloryzacji i super-rozdzielczości na jakość klasyfikacji oraz interpretacja zmian przestrzennych w kontekście historycznym.
• Nowy wymiar analizy przestrzennej
Realizowany projekt to zupełnie nowe możliwości w obszarze analizy danych przestrzennych. W wymiarze praktycznym jego wdrożenie pozwoli na przyspieszenie analiz dotyczących rozwoju miast i infrastruktury oraz badanie tempa przekształceń krajobrazu. Dzięki projektowi możliwe będzie wsparcie monitoringu środowiska w długim horyzoncie czasowym, a także budowa historycznych baz danych przestrzennych do wykorzystania w planowaniu przestrzennym i analizach środowiskowych.
Z efektów tych prac w największym stopniu skorzystają jednostki administracji publicznej, urbaniści i planiści przestrzenni. Rozwiązania te będą również nieocenionym narzędziem dla instytucji zajmujących się ochroną środowiska, badaczy zmian klimatu i krajobrazu, a także dla firm z sektora geoinformatycznego.
Wypracowane w ramach projektu rezultaty stanowią solidny fundament do dalszych działań. Mogą one służyć nie tylko do budowy kompleksowych, historycznych baz danych o pokryciu terenu, ale również do rzetelnej analizy skutków prowadzonych dotychczas polityk przestrzennych. Co więcej, zgromadzone dane posłużą do modelowania procesów urbanizacyjnych oraz oceny długoterminowych zmian środowiskowych.
• Od unikalnych archiwów po globalne rozwiązania
W kontekście całego przedsięwzięcia należy szczególnie podkreślić unikalny charakter polskiego archiwum zdjęć lotniczych, które jest jednym z największych tego typu zbiorów w Europie. Sam projekt stanowi nowatorskie połączenie klasycznej fotogrametrii z najnowocześniejszymi rozwiązaniami z zakresu sztucznej inteligencji, co przekłada się na jego ogromne znaczenie praktyczne. Warto również zaznaczyć, że opracowana metoda ma wysoki potencjał skalowania, co w przyszłości może pozwolić na jej implementację w innych krajach i innych archiwach.
