Uniwersytet Morski w Gdyni UMG

Rozmowa z dr. inż. Pawłem Dąbrowskim – adiunktem w Zakładzie Geodezji i Oceanografii
na Wydziale Nawigacyjnym Uniwersytetu Morskiego w Gdyni

A.B.: Na początku proszę przyjąć gratulacje z okazji uzyskania stypendium ministra nauki i edukacji dla wybitnych młodych naukowców w 2022 roku. Proszę powiedzieć, co dla Pana znaczy uzyskanie tego stypendium?

Dziękuję, jest ono dla mnie wielkim wyróżnieniem i stanowi ważny krok w rozwoju zawodowym.

A.B.: Warto też wspomnieć, iż nie jest to Pana pierwsze wyróżnienie za osiągnięcia naukowe. W 2020 roku uzyskał Pan wyróżnienie Polskiej Akademii Nauk o/Gdańsk w konkursie dla młodych naukowców za najlepszą pracę twórczą opublikowaną w 2019 roku w zakresie nauk technicznych, natomiast w 2021 roku – nagrodę zespołową ministra infrastruktury za znaczące osiągnięcia w zakresie działalności naukowej. To również ważne wyróżnienia dla Pana, nieprawdaż?

Wyróżnienie gdańskiego oddziału PAN otrzymałem za publikację, która związana była z tematyką rozprawy doktorskiej i przedstawiała metodę przetwarzania tzw. chmur punktów, tj. dużych zbiorów punktów określających kształt różnego typu obiektów. W moich badaniach wykorzystuję chmury punktów obiektów symetrycznych, lecz ta forma prezentacji geometrii używana jest również m.in. do przedstawiania ukształtowania rzeźby terenu.

Nagroda ministra infrastruktury przyznana była zespołowi badawczemu kierowanemu przez prof. Cezarego Spechta. W skład zespołu wchodziła jeszcze mgr Oktawia Lewicka oraz dr inż. Mariusz Specht. Badania i publikacje dotyczyły głównie tematyki wykorzystania technologii pozycjonowania satelitarnego w pomiarach kolejowych. Ponadto działania zespołu obejmowały zagadnienie łącznego zastosowania technologii skanowania laserowego, hydrografii i kartografii.

A.B.: Pana droga do pracy naukowej w Uniwersytecie Morskim w Gdyni nie prowadziła przez studia w naszej uczelni, gdyż jest Pan absolwentem Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie. Ponadto bezpośrednio po studiach nie podjął Pan pracy naukowej na uczelni, a został geodetą w Gdańsku. Proszę powiedzieć, co  zadecydowało, że podjął Pan pracę naukowo-dydaktyczną na Uniwersytecie Morskim w Gdyni?

Po ukończeniu w 2009 roku studiów na UWM w Olsztynie na kierunku geodezja i kartografia przez kilka miesięcy pracowałem jako asystent geodety w mojej rodzinnej Iławie. Następnie przeniosłem się do Trójmiasta i przez sześć lat pracowałem w Wojewódzkim Biurze Geodezji i Terenów Rolnych w Gdańsku. Praca w tej podległej marszałkowi województwa pomorskiego jednostce umożliwiła mi zdobycie doświadczenia w przeprowadzaniu różnorodnych pomiarów i prac geodezyjnych. W 2015 roku, po zdaniu egzaminu państwowego, uzyskałem uprawnienia zawodowe w zakresie geodezyjnych pomiarów sytuacyjno-wysokościowych, realizacyjnych i inwentaryzacyjnych. Bardzo ceniłem sobie połączenie pracy terenowej oraz obliczeniowej. Ukończyłem też na AGH w Krakowie podyplomowe studia naziemny i lotniczy skaning laserowy.

Ponieważ identyfikacja i rozwiązywanie problemów pomiarowych i obliczeniowych dawały  mi dużo satysfakcji, zdecydowałem się poszukać pracy na uczelni wyższej. Spotkanie z moim późniejszym promotorem prof. Cezarym Spechtem zaskutkowało pierwszymi wspólnymi przedsięwzięciami, a następnie rozpoczęciem w 2016 roku pracy w Katedrze Geodezji i Oceanografii. Doświadczenie w zakresie przeprowadzania oraz opracowywania wyników pomiarów pozwoliło mi włączyć się w prace badawcze w Katedrze.

A.B.: Jakie są najważniejsze obszary Pana badań naukowych? Co dokładnie i w jakim celu Pan bada?

Głównym obszarem moich prac jest przetwarzanie wspomnianych wcześniej chmur punktów, które stanowią dokładne i szczegółowe źródło informacji o geometrii obiektów. Odpowiednie oprogramowanie umożliwia przedstawienie na ekranie komputera pomierzonych obiektów i przeprowadzanie różnego rodzaju analiz przestrzennych. Jest pewnym paradoksem, że duża dokładność chmur punktów może stanowić problem z punktu widzenia np. analiz ilościowych czy oceny deformacji. W wielomilionowych zbiorach punktów często występuje zjawisko ich wzajemnego przesłaniania się, co niesie ze sobą pewne trudności interpretacyjne. Dotyczy to szczególnie obiektów symetrycznych, gdzie w tym samym widoku przestrzennym na pierwszym i drugim planie przedstawione są przeciwległe ściany obiektu. Ocena cech geometrycznych tego typu obiektów nie jest oczywista i wymaga uwzględnienia szeregu czynników, m.in. przebiegu osi symetrii konstrukcji. Dostrzegając ten problem, postanowiłem poszukać rozwiązania usprawniającego  m.in. analizy deformacji obiektów symetrycznych. Ponadto w badaniach zajmuję się zagadnieniami leżącymi na styku pozycjonowania satelitarnego, hydrografii, kartografii i wizualizacji danych przestrzennych.

A.B.: Opracował Pan autorską metodę przestrzennych rozwinięć chmur punktów (Point Cloud Spatial Expansion – PCSE), czyli przetwarzanie danych przestrzennych, pochodzących ze skanowania laserowego. Jaka aparatura specjalistyczna jest potrzebna do wykonania takich badań?

Pozwolę sobie uszczegółowić ten opis, gdyż jest on szerszy niż tematyka mojej pracy badawczej. Wspomniane przetwarzanie danych dotyczy w moim przypadku obiektów posiadających cechy symetrii, np. sklepień planetariów, wież ciśnień czy chłodni kominowych. W każdym przypadku geometria obiektu analizowana jest względem odpowiedniej bryły odniesienia. W przytoczonych przykładach będzie to odpowiednio sfera, walec oraz hiperboloida. Przestrzenne rozwinięcie stanowi alternatywną formę prezentacji geometrii obiektów. W pewnym uproszczeniu można je wyobrazić sobie jako makietę ukazującą rozciętą i rozciągniętą powierzchnię obiektu. Istotną cechą metody jest uzyskiwanie dodatkowych informacji geometrycznych, niedostępnych wprost w oryginalnym zbiorze danych.

Typowym materiałem źródłowym do badań są chmury punktów rejestrowane przez naziemne skanery laserowe. Skanery, w pewnym uproszczeniu, działają podobnie do klasycznych geodezyjnych tachimetrów, które mierzą kąty i odległości. Instrumenty obu typów umieszczane są na statywach geodezyjnych. Różnica polega na wysokim stopniu automatyzacji procedury pomiarowej w skanerach i możliwości zapisu często setek tysięcy punktów w ciągu sekundy. Pozyskane w ten sposób chmury punktów przedstawiają z dużą rozdzielczością geometrię powierzchni okolicznych obiektów. W moich pracach używałem również danych pochodzących ze skanerów lotniczych, lecz ich szczegółowość i dokładność jest zazwyczaj niższa niż w przypadku skanerów naziemnych.

Numeryczny zapis geometrii obiektów stanowi jeden z dwóch kluczowych elementów badania. Drugim z nich jest opracowanie odpowiedniego modelu matematycznego. Nie wchodząc zbytnio w szczegóły, wyjaśnię, że chodzi o ustalenie parametrów elementów symetrii, np. przebiegu osi symetrii wieży ciśnień lub położenia środka sfery wyznaczającej kształt planetarium. Ponadto każdy rodzaj obiektu wymaga stworzenia programu wykorzystującego odpowiednie funkcje odwzorowawcze, umożliwiające stworzenie przestrzennego rozwinięcia.

A.B.: W 2017 roku wykonał Pan pomiary wnętrza Bazyliki Mariackiej w Gdańsku, a w 2019 roku – pomiary elewacji budynku Wydziału Nawigacyjnego UMG w technologii naziemnego skaningu laserowego. Proszę przybliżyć sam proces wykonywania tych pomiarów, a także do czego zostały wykorzystane wyniki obu tych pomiarów.

Proces skanowania laserowego jest w dużym stopniu zautomatyzowany. W zależności od rodzaju skanera i wybranej rozdzielczości pomiar na pojedynczym stanowisku może trwać od kilku do kilkudziesięciu minut. Pomiarem objęte są tylko te powierzchnie, od których może odbić się wiązka lasera. Przy bardziej złożonych obiektach niezbędne jest wykonanie pomiaru z wielu stanowisk, po czym zapisane dane należy odpowiednio połączyć w jedną zbiorczą chmurę punktów.

Chmura punktów budynku Wydziału Nawigacyjnego jest wykorzystywana podczas zajęć dydaktycznych, na których studenci zapoznają się z technologią skanowania laserowego. Z kolei chmura punktów Bazyliki Mariackiej jest przedmiotem badań nad geometrią gotyckich sklepień kryształowych. Prace wymagają dodatkowych konsultacji z architektami i historykami sztuki, gdyż odtworzenie oryginalnego kształtu z XVII-wiecznych schematów sklepień, autorstwa Bartela Ranischa, jest złożonym zadaniem.

A.B.: W jaki jeszcze inny sposób można wykorzystać opracowaną przez Pana metodę PCSE? Kto ewentualnie mógłby  z niej skorzystać? A może już korzysta?

W ostatnim roku metoda PCSE została rozwinięta w kierunku oceny geometrii obiektów o nietypowym przebiegu osi symetrii. Algorytm obliczeniowy został uzupełniony o eliminację wpływu pochylenia oraz zmiennego modułowego przebiegu osi symetrii. Jako przykład zastosowania metody została wybrana chmura punktów dzwonnicy katedry w Pizie, zwanej potocznie Krzywą Wieżą. W jednej z publikacji przedstawiłem założenia rozszerzonej metody PCSE oraz dokonałem analizy symetryczności wieży w kilku aspektach geometrycznych. Z kolei moja ostatnia praca opisuje rozwiązanie problemu zmiennego przebiegu osi symetrii. Publikacja przechodzi obecnie proces recenzji.

Potencjalnym obszarem zastosowania metody przestrzennych rozwinięć chmur jest jej implementacja w oprogramowaniach inżynierskich stosowanych do przetwarzania chmur punktów. Może ona również stanowić odrębną metodę porównawczą względem innych sposobów oceny geometrii obiektów. Zaletą metody PCSE jest jej uniwersalność, dzięki czemu przy odpowiednim określeniu parametrów początkowych może być ona używana do wielu typów obiektów symetrycznych.

A.B.: Brał Pan udział w projekcie InnoSatTrack, realizowanym w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój przez Politechnikę Gdańską oraz Uniwersytet Morski w Gdyni.  Celem projektu jest opracowanie innowacyjnej metody wyznaczania precyzyjnej trajektorii pojazdu szynowego. Jakie zadania były realizowane w ramach tego projektu i jaka była Pana rola w tym projekcie?

Odpowiadałem za przygotowanie i realizację kampanii pomiarowych prowadzonych na trasach kolejowych oraz opracowanie danych satelitarnych. Na potrzeby projektu zespół z Politechniki Gdańskiej przygotował system ram i wsporników do instalacji aparatury pomiarowej na platformie wagonu. Istotnym założeniem projektu było rozmieszczenie odbiorników satelitarnych w założonej konfiguracji oraz określenie wzajemnych relacji przestrzennych między innymi sensorami, jak np. akcelerometrami, inklinometrami czy kamerami. Przydało się tu moje doświadczenie praktyczne w przeprowadzaniu geodezyjnych pomiarów realizacyjnych. Ten etap prac wykonywany był przed wyjazdem na szlak kolejowy. Następnie, podczas przejazdów na zadanych trasach testowych, odpowiadałem za konfigurację i obsługę odbiorników satelitarnych. Po zakończeniu prac terenowych niezbędne było przetworzenie danych z odbiorników. Informacje te były wykorzystywane później do analiz zarówno przez zespół UMG, jak i PG.

A.B.: Czy można powiedzieć, że wypracowane podczas realizacji projektu wyniki badań przyczynią się do zwiększenia bezpieczeństwa w transporcie kolejowym?

Trudno mi jednoznacznie odpowiedzieć na to pytanie. Z pewnością wyniki projektu znajdą zastosowanie w kolejowych pracach diagnostycznych. Pozyskane w ten sposób informacje mogą być użyte do oceny stanu tras kolejowych i wykazania potrzeby prac modernizacyjnych. Po stronie wykonawców projektu było stworzenia narzędzia, a ostatecznie wszystkie decyzje podejmowane są przez odpowiednie jednostki zarządzające ruchem pociągów.

A.B.: W 2022 roku przebywał Pan na stażu naukowym w Delft University of Technology w Holandii w ramach Programu Bekker NAWA. Pana kierownikiem naukowym był prof. Roderik Lindenbergh – doświadczony naukowiec zajmujący się tematyką teledetekcji oraz przetwarzania chmur punktów. Jaki był cel wyjazdu na ten staż i jakie efekty już przyniósł? A może zakłada Pan, że przyniesie w niedalekiej przyszłości?

Odbycie stażu naukowego w zespole prowadzonym przez prof. R. Lindenbergha było dla mnie znaczącym wyróżnieniem. Głównym celem wyjazdu było określenie charakterystyki propagacji punktów w przestrzennym rozwinięciu. Podczas konsultacji pojawiły się dodatkowe ciekawe pomysły, które zdecydowaliśmy się wcielić w życie. Współpraca z zespołem poskutkowała rozwojem mojego warsztatu naukowego zarówno pod kątem metodyki przeprowadzania badań, jak również przygotowywania publikacji. Kilka wspólnych przedsięwzięć zostało już rozpoczętych i mam nadzieję, że będą pojawiały się kolejne inicjatywy. Pierwsza wspólna praca została już zgłoszona do czasopisma i jest recenzowana.

A.B.: Czy uważa Pan, że odbycie stażu naukowego w zagranicznej uczelni lub instytucji badawczej jest pożądaną aktywnością pracowników uczelni w ich rozwoju naukowym?

Zdecydowanie tak. Oczywiście nie mogę wypowiadać się o wszystkich ośrodkach, lecz w przypadku TU Delft doświadczenia tam zdobyte były bardzo wartościowe. Poza wsparciem opiekuna naukowego istniała możliwość konsultacji z innymi uczonymi. Pamiętam, że w rozwiązaniu problemu z zakresu teorii estymacji wspomógł nas prof. Alireza Amiri-Simkooei, który jest jednym z najbardziej uznanych naukowców w swojej dziedzinie. Na stażu spotkałem się z życzliwością i otwartością. Dużym pożytkiem były dla mnie cotygodniowe spotkania zespołu badawczego prof. R. Lindenbergha, na których omawiano i rozwiązywano bieżące problemy badawcze z zakresu teledetekcji. Ciekawostką jest, że w spotkaniach tych uczestniczą również studenci piszący prace magisterskie. Wszystkie wymienione czynniki, w połączeniu z intensywną pracą, już w krótkim czasie przynoszą wymierne efekty, wyrabiają dobre nawyki i poszerzają horyzonty.

A.B.: Wracając do początku rozmowy, dotyczącego uzyskanego stypendium – przyznawanego naukowcom wykazującym się znaczącymi osiągnięciami w działalności naukowej, proszę powiedzieć, co Pana zdaniem decyduje o sukcesie w postaci takich znaczących osiągnięć? Wybitne zdolności? Praca w zespole badawczym pod kierunkiem doświadczonego naukowca? A może po prostu do sukcesu prowadzi systematyczna praca?

Wszystkie powyższe czynniki łącznie przyczyniają się do sukcesu. Ale nie będę tutaj zapewne oryginalny i powiem, że najważniejsze są wytrwałość i praca. Na początku szczególnie ważne jest odpowiednie pokierowanie pierwszymi przedsięwzięciami przez kierownika zespołu badawczego. Asystent zaczynający pracę na uczelni wyższej otrzymuje, poza zadaniami naukowymi, szereg obowiązków dydaktycznych. Solidne przygotowanie i realizacja zajęć ze studentami kosztuje sporo czasu. Jeżeli do tego dołożyć inne obowiązki, to na badania naukowe często brakuje czasu. Znalezienie złotego środka łatwiejsze jest dzięki wsparciu kierownika i odpowiednim podziale zadań w zespole badawczym. Moja droga składała się z małych kroków, stopniowego szukania interesujących tematów badawczych i często długich wieczorów spędzonych przed ekranem komputera.

A.B.: Czy miał Pan jakieś trudne momenty, a może chwile zwątpienia w swojej dotychczasowej pracy naukowej?

Zdarzały się trudności, szczególnie w początkowym okresie pracy przed obroną doktoratu. Wspomniane wcześniej nałożenie się obowiązków rodzinnych, dydaktycznych, publikacyjnych oraz pracy w projekcie badawczym powodowało, że brakowało czasu na przygotowywanie rozprawy. Dodatkowo przez pewien czas pełniłem obowiązki zastępcy kierownika katedry, co powiększało listę zadań. Muszę przyznać, że początki nie były łatwe, lecz zawsze traktowałem pojawiające się okoliczności jako okazję do zdobycia kolejnych doświadczeń. Nie należy tracić wiary w siebie, gdy przez kolejne tygodnie nie znajduje się czasu i zdolności do rozwiązania problemu badawczego. Ostatecznie zawsze pojawiał się pomysł, który pozwolił rozwiązać zagadnienie i ruszyć sprawę do przodu.

A.B.: Jakie są Pana plany naukowe na przyszłość? Co chciałby Pan osiągnąć w najbliższych 10 latach?

Chciałbym kontynuować współpracę naukową z zespołem prof. Roderika Lindenbergha i innymi zagranicznymi ośrodkami naukowymi. Poza rozpoczętymi tematami mam kilka ciekawych pomysłów na nowe przedsięwzięcia. W ostatnich latach pracuję nad zebraniem materiałów do przyszłej habilitacji. W dłuższej perspektywie czasowej chciałbym wdrożyć w mojej pracy część praktyk, które zaobserwowałem w Delft. Wymagać to będzie jednak ode mnie jeszcze wiele wysiłku.

A.B.: Na koniec chciałabym prosić, aby podzielił się Pan z nami swoimi pozanaukowi pasjami i zainteresowaniami. A może w tych obszarach ma Pan również określone cele do osiągnięcia, np. w ciągu najbliższych 10 lat?

Obecnie większość czasu poświęcam rodzinie. Osobiste zainteresowania ustępują potrzebie dobrego wychowania i edukacji dzieci. W wolnym czasie dużo czytam. Staram się szukać odskoczni od literatury związanej z pracą. Interesuje mnie historia, sztuka i architektura. Być może w przyszłości znajdę więcej czasu na podróże.

A.B.: W jaki sposób zachęciłby Pan studentów Uniwersytetu Morskiego w Gdyni do włączenia się w działalność naukową?

Praca naukowa daje dużo satysfakcji, gdyż badania można prowadzić w wielu kierunkach. Jeżeli ktoś z państwa posiada żyłkę badacza i interesuje go rozwiązywanie problemów, to z dużym prawdopodobieństwem znajdzie tu dla siebie miejsce. Obecnie można korzystać z różnego rodzaju stypendiów i grantów ułatwiających rozwój zawodowy. Część z nich dotyczy właśnie studentów. Pierwsze kroki warto zrobić w kołach naukowych, gdzie opiekunowie pomagają tworzyć pierwsze publikacje i przygotowywać wystąpienia konferencyjne.

A.B.: Opowiada Pan o swojej pracy i zainteresowaniach z wielkim zaangażowaniem. Bardzo dziękuję za rozmowę i życzę dalszych sukcesów zawodowych i osobistych.

Dziękuję, wzajemnie.

Rozmawiała Anna Błażejewska

Dr inż. Paweł Dąbrowski
adiunkt w Zakładzie Geodezji i Oceanografii, Wydział Nawigacyjny Uniwersytetu Morskiego w Gdyni

Zainteresowania badawcze: teledetekcja, skaning laserowy, geodezja satelitarna
ORCID: 0000-0002-6177-0493 
e-mail: p.dabrowskiwn.umg.edu.pl