Egy negyven méteres, meredek kőfal előtt állni nemcsak lenyűgöző, hanem kockázatos is. Van, ahol a sziklafal túl magas és omladékos ahhoz, hogy a geológus biztonságosan megközelítse a repedéseket, és egy hagyományos felmérés hetekig is eltarthat. Egy nagy felbontású kamerával felszerelt drón viszont néhány perc alatt úgy térképezi fel a sziklafal repedéseit és vetőit centiméteres pontossággal, mintha csak egy nyitott könyvet olvasna.

A kőzetek csendesek ugyan, de egy geológus számára repedéseik és töréseik történeteket mesélnek a múlt földrengéseiről, szerkezeti mozgásairól és a mélyben húzódó feszültségekről. A drón segít „elolvasni” ezeket a történeteket. A több száz, egymással átfedésben készült fotóból a kutatók egy fotogrammetriai szoftver segítségével háromdimenziós modellt készítenek, melyet a laborban, digitálisan forgathatnak, nagyíthatnak, elemezhetnek. Mindez a terepi geológiai munka új korszakát jelenti.

Miért van szükség ekkora pontosságra?

Elsőre talán furcsának tűnik, hogy miért van szükség arra, hogy egy kőfalról milliónyi képpontot gyűjtsünk több száz kép összefűzésével. A válasz az, hogy a kőzetek mikrostruktúrái – apró vetők, repedések, horpadások – kulcsfontosságú információkat hordoznak. Ezekből derül ki, hány deformációs esemény érte a sziklatestet, milyen irányból érkeztek erőhatások, és merre mozdult el a földkéreg. Egyetlen centiméteres repedésvonalból következtetni lehet akár egy földrengést okozó erőtér irányára vagy arra, hogy egy sziklafal a jövőben omlásveszélyes lehet. A precíz mérés tehát nem luxus, hanem a szerkezetföldtan és a kockázatértékelés alapfeltétele.

Ahhoz azonban, hogy az elkészült 3D modellben abszolút, földhöz viszonyított törési irányokat lehessen megállapítani, a drón térbeli helyzetét is rendkívül pontosan ismernünk kell. A hagyományos GPS-rendszerekkel csupán néhány méteres pontosság érhető el, ezért a kutatók úgynevezett RTK (Real Time Kinematic) bázist állítanak fel a közelben, amely centiméteres, de ideális esetben akár milliméteres pontosságú, valós idejű korrekciós jelet biztosít. Ez a különbség döntő jelentőségű ahhoz, hogy a modellt más földtani, topográfiai adatokkal is össze lehessen vetni.

A tari Fehérkő-bánya

Magyarországon az egyik első ilyen felmérés a Nógrád vármegyei Tar község mellett, a Fehérkő-bányában történt. Az egykori kőfejtő negyven méteres falai olyan meredekek, hogy a geológusok számára a felsőbb részei megközelíthetetlenek, így a hagyományos mérési módszerek nem alkalmazhatók. A kutatók drónnal több mint ötszáz felvételt készítettek a sziklafalakról, melyek akár 70–80%-ban is átfednek egymással, majd az Agisoft PhotoScan (ma Agisoft Metashape) szoftverrel készítettek belőle 3D modellt. Ehhez természetesen precíz repülésre és jó minőségű képekre volt szükség, ezért a drón automatikus útvonalon repült, a kamera stabilizálását pedig egy ún. gimbal biztosította. A repülés ideje egy ilyen felmérésen mindössze 15–20 perc.

A fotogrammetria alapja a Structure from Motion algoritmus, amely az átfedő képeken azonos pontokat keres, ezután kiszámítja a kamera helyzetét minden egyes felvételnél, majd egy sűrű pontfelhőt épít fel a térben egy saját koordinátarendszerben, ami aztán az RTK GPS-pontok segítségével pontosan beilleszthető a földi koordinátarendszerbe is. A végeredmény egy virtuális kőzetfal, amit a kutatók szabadon vizsgálhatnak, mérhetnek.

A kutatás kimutatta, hogy a bánya kőzete több fázisban deformálódott. Vannak északnyugat–délkelet irányú vetők, amelyek oldaleltolódásos mozgásra utalnak, és finom, vízszintes repedések is, amelyek a tehermentesülés után keletkeztek. Ezek a megfigyelések pontosan illeszkednek a térség földtani történetébe, és segítenek jobban megérteni környező hegységek és területek tektonikai fejlődését.

Távlatok, avagy a lézerszkennelés bevonása a vizsgálatokba

A tari bánya kutatása a kezdet volt. A kutatócsoport ma már más szenzorok, például multispektrális eszközök és hőkamerák integrálásával kísérletezik, a következő lépés pedig a LiDAR (lézerszkennelés) bevonása lehet. A fotogrammetria és a LiDAR együttes használata sokkal átfogóbb képet adhat a földtani jelenségekről.

A LiDAR előnyei:

• Független a megvilágítástól: ködben vagy árnyékban is működik.
• Részben áthatol a vegetáción: gyér növényzet által takarásban lévő geológiai formációk is jól feltérképezhetők.
• Folyamatos szkennelés által sűrű pontfelhőt szolgáltat: pontosabb 3D modell.

A jövő földtani vizsgálataiban a fotogrammetria színes, textúrázott modelljei és a LiDAR precíz magassági adatai együtt alkotják majd a teljes képet: a felszín formáját és szerkezetét, a múlt mozgásait és a jövő veszélyeit egyaránt láthatóvá téve. Így a drón nemcsak a múlt földtani eseményeinek tanúját segít megszólaltatni, hanem a jelen és a jövő biztonságát is szolgálja – legyen szó bányákról, omlásveszélyes sziklafalakról vagy mérnöki létesítményekről.

➥ bal alul: MicaSense Altum multispektrális kamera; bal felül: Zenmuse H20T termális kamera; jobb alul: Zenmuse X5S - DJI RGB kamera; jobb felül: Zenmuse L1 LiDAR.

Az első hazai drónos szerkezetföldtani elemzéshez tartozó publikáció:
Albert Gáspár, Mészáros János, Szentpéteri Krisztián (2018): Structural analysis of a Miocene ignimbrite quarry (Tar, Hungary) by Drone (UAV) 3D photogrammetry modelling, EGU General Assembly Conference Abstracts, 7310.

Cikksorozatunk további részei elérhetők „A gépi érzékelés csodája. A szenzorok és ami mögöttük van.” című tudománykommunikációs program honlapjáról.