Presentazione di PowerPoint

DICA - Sez. Geodesia e Geomatica
Attività con droni aerei: quali mezzi e quali sensori per
rilevazioni sempre più affidabili
Casi Applicativi
Livio Pinto
DICA, Politecnico di Milano
DRONITALY – Fiera di Modena 30 settembre 2016
IL GRUPPO DI LAVORO
2
Ing. Diana Pagliari
Ing. Daniele Passoni
Dr. Giovanna Sona
Prof. Livio Pinto
Arch. Roberta Fagandini
APR PER APPLICAZIONI GEOMETRICHE DI PRECISIONE
Applicazioni con caratteristiche geometriche, che richiedono
sistemi in grado di garantire una navigazione di precisione:
 APPLICAZIONI
CIVILI:
rilievi a scopi cartografici (aggiornamento di carte
tecniche), ispezione di ponti e dighe, ecc.
 SCOPI FORESTALI: monitoraggio e classificazione della copertura
vegetativa alloctona, monitoraggio incendi.
 BENI CULTURALI: documentazione e generazione di modelli 3D di siti
archeologici ed edifici storici a partire da immagini ad alta risoluzione
 AGRICOLTURA DI PRECISIONE: valutazione della concentrazione di
fertilizzanti (p.e. azoto), valutazione del contenuto d'acqua e dello stress
derivante per le piante, applicazione di erbicidi o pesticidi a singole piante.
DRONITALY – Fiera di Modena 30 settembre 2016
SOMMARIO
• Tecniche di rilievo 3D
• Il rilievo geometrico mediante immagini: la fotogrammetria
• I velivoli e i sensori
• Alcune applicazioni significative
• Calcolo dei volumi
• Rilievi architettonici e indagini strutturali
• Applicazioni in agricoltura
• Indagini geologiche e geotecniche
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TECNICHE DI RILIEVO 3D A CONFRONTO
(Remondino F., Nex F. - UAV for 3D mapping applications: a review)
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IL METODO FOTOGRAMMETRICO
DRONITALY – Fiera di Modena 30 settembre 2016
IL METODO FOTOGRAMMETRICO
Le immagini acquisite da APR devono essere orientate relativamente tra
loro e nello spazio. In pratica si tratta di determinare i 6 parametri di
Orientamento di ciascuna immagine (Space Resection) e le coordinate
dei punti osservati.
Questa operazione si basa sulla misura:
1) di punti omologhi sulle immagini (estratti automaticamente),
2) di alcuni punti di coordinate note sul terreno.
Si ottengono:
• i parametri di orientamento esterno;
• la nuvola di punti che descrive in
modo 3D l’oggetto;
• le precisioni di stima.
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LA RESTITUZIONE DEI PRODOTTI FOTOGRAMMETRICI
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I PRODOTTI FOTOGRAMMETRICI
DSM/DTM
MODELLI 3D
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ORTOFOTO
I SOFTWARE FOTOGRAMMETRICI
Software aerofotogrammetrici classici (LPS, Gcarto…)
Software
fotogrammetrici close
range (Photomodeler)
Software di matrice Computer Vision: AGISOFT Photoscan, Pix4D, MICMAC,….
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LE PRECISIONI ATTESE
Sono valide le classiche regole della fotogrammetria:
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APR PER FOTOGRAMMETRIA VANTAGGI VS SVANTAGGI
• costo di acquisto, manutenzione e
d’esercizio contenuto rispetto agli
aerei tradizionali
• missioni svolte autonomamente
• assenza di pilota qualificato a bordo
• alta manovrabilità
• Rilievi in situazioni pericolose: siti
di disastri naturali ed antropici
• Rilievi in aree inaccessibili: per
operazioni a bassa quota e vicine
ad oggetti
• Rilievi low-cost: quando una
missione aerea sarebbe
antieconomica
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• limitazione di peso e delle
dimensioni del carico
• sensori di minor qualità
• motori di ridotta potenza e
autonomia
• Riduzione della qualità
dell'immagine
• Minore accuratezza nella
realizzazione del volo
• Limitazioni nell'altitudine
raggiungibile e nella durata del
volo
13
I VELIVOLI
MULTIROTORE
MULTIROTORE
VS
ALA FISSA
.
+ Sistema aperto (camera, sensori
di navigazione, ecc.)
+ Payload
+ Governo della fotocamera
+ Prese inclinate e ravvicinate
- Autonomia di volo
- Sicurezza
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ALA FISSA
+
+
+
+
Autonomia di volo
Quota di volo
Copertura fotogrammetrica
Sicurezza (plana…)
- Payload
- Governo della fotocamera
- Sistema chiuso (commerciale)
I VELIVOLI: MULTIROTORE
GLI APR multirotore
- autonomia media compresa tra i
15 e i 30 minuti e una
- velocità di crociera variabile con
possibilità di "hovering”
- rilievi con una copertura di 1-10
ha.
Falcon 8 - Topcon
Aeromax - Microgeo
La loro versatilità e la possibilità di
ruotare la camera
li rendono
particolarmente
adatti
a
rilievi
architettonici o di dettaglio o per
video ispezioni aeree.
Anteos - Aermatica
Aibotix - Leica
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I VELIVOLI: ALAFISSA
Sirius - Topcon
GLLI APR ad alafissa
- autonomia media superiore
ai 45 minuti;
- velocità di crociera tra i 36
e i 57 km/h
- rilievi con copertura da 1 a
10 km².
L’assetto
costante e la
l’autonomia di volo li rendono
particolarmente adatti a rilievi
cartografici o ad applicazioni
di agricoltura di precisione.
Ebee - Sensefly
Ifly - Microgeo
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I VELIVOLI: PALLONI
I palloni aerostatici ad elio.
• rilievi con copertura da 0.5 a 3 ha
• Vincolati da filo (quindi esclusi
dalla normativa)
Ben si prestano a rilievi circoscritti a
piccole zone in condizioni di rischio,
ad esempio architetture urbane e
attività di didattica.
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I SENSORI
Il sensore deve essere scelto in funzione dello scopo dell’applicazione,
tenendo conto dell’APR a disposizione per trasportarlo.
Sensore
Camera digitale RGB
Camera digitale NIR/falso colore
Multispettrale/iperspettrale
IR Termico
LIDAR
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CASI APPLICATIVI
CALCOLO DEI VOLUMI
Calcolo di volumi di cava
Rilievo per la misura di volumi di cava a Gossolengo (PC). (1 ha)
Hexakopter Mikrokopter Polimi
Immagine campione
Gossolengo (PC)
Inquadramento cartografico
Calcolo di volumi di cava
Prodotti del rilievo:
• Ortofoto
• Modello 3D
• DSM del cumulo per calcolo volumi
• Comparazione di soluzioni con SW differenti
• Valutazione di differenti configurazioni di
appoggio
Modello 3D
Calcolo di volumi di flushing di una diga
Rilievo per la misura di accumuli di fango e detriti sul fondo della diga
del Fusine
Hexakopter
Immagine campione
Grosio (SO)
Inquadramento cartografico
Calcolo di volumi di flushing di una diga
Prodotti del rilievo:
• Ortofoto
• Modello 3D
• DSM del cumulo per calcolo volumi
• Confronto delle superfici prima e dopo la
pulizia dell’invaso
Modello 3D
Calcolo del volume della coltre nevosa
Rilievo realizzato per la valutazione dei volumi della coltre nevosa
presso il nevaio Malghera in Valgrosina per valutazioni idrologiche.
(20 ha)
Sensefly swinglet CAM
Terradat
Rilievo estivo
Immagini campione
Malghera SO)
Inquadramento cartografico
Calcolo del volume della coltre nevosa
Rilievo realizzato per la valutazione dei volumi della coltre nevosa
presso il nevaio Malghera in valgrosina per valutazioni idrologiche.
(20 ha)
Sensefly swinglet CAM
Terradat
Rilievo invernale
Immagini campione
Malghera SO)
Inquadramento cartografico
Calcolo del volume della coltre nevosa
Prodotti del rilievo:
• Ortofoto estiva/invernale
• Modelli 3D
• DSM estivo/invernale
• Calcolo del volume della coltre nevosacome
differenza dei DSM
Modello 3D
Modello 3D
Calcolo del volume della coltre nevosa
RILIEVI ARCHITETTONICI E INDAGINI STRUTTURALI
Modelli 3D della Cascina Linterno (MI)
Rilievo della cascina Linterno per una valutazione qualitativa e quantitativa
dello stato di conservazione dei tetti (1 ha)
Hexakopter Mikrokopter Polimi
Volo realizzato con 4 strisciate a 40 metri di quota di lunghezza 50m e
interasse 15m, GSD = 1cm
Cascina Linterno (Mi)
Immagine campione
Modelli 3D della Cascina Linterno (MI)
Prodotti del rilievo:
• Ortofoto di precisione
• Modello 3D dei tetti
Indagine strutturale e rilievo di ponti e viadotti
Rilievo di un ponte/viadotto in località «Santa Giulia» come test per
l’applicazione di UAV alla verifica di ponti e viadotti (0.5 ha)
Hexakopter Mikrokopter Polimi
Immagine campione
Santa Giulia
Milano (MI)
Indagine strutturale e rilievo di ponti e viadotti
Modello 3D e
DSM superfici
Prodotti del rilievo:
• Ortofoto di precisione del ponte da vista
nadirale
• Ortofoto di precisione del ponte da vista
laterale
• Modello 3D del ponte
• DSM di spalle e superficie asfaltata
• Analisi dello stato dell’asfalto
• Analisi stato conservativo della struttura
APPLICAZIONI IN AGRICOLTURA
Rilievo RGB + NIR multitemporale in agricoltura di precisione
Rilievo multispettrale-multitemporale su un’area coltivata a mais al fine
di valutare il vigore delle piante in funzione del tipo di concimazione e di
irrigazione (5 ha)
Hexakopter Mikrokopter Polimi
Immagini campione
Zona test: Landriano (Lo)
Rilievo RGB + NIR multitemporale in agricoltura di precisione
Rilievo multispettrale-multitemporale su un’area coltivata a mais al fine
di valutare il vigore delle piante in funzione del tipo di concimazione e di
irrigazione (5 ha)
Hexakopter Mikrokopter Polimi
Immagini campione
Zona test: Landriano (Lo)
Rilievo RGB + NIR multitemporale in agricoltura di precisione
Ortofoto RGB
Prodotti del rilievo:
• Ortofoto Mulisensore/Multitemporali
• Modello 3D
• DSM
• NDVI multispetrale/multitemporale
Mais
Ortofoto NIR
Suolo nudo
Rilievo RGB + NIR multitemporale di aree boscate
Rilievo multispettrale-multitemporale su 10 aree al fine di valutare la
presenza di specie arboree alloctone all’interno del parco Adda Nord da
immagini RGB+NIR (100 ha)
Sensefly swinglet CAM
Terradat
Immagini campione
Parco Adda Nord
Inquadramento cartografico
I VOLI
Parco Adda Nord
Zona da rilevare e punti di appoggio rilevati con
strumentazione GPS + piano di volo
TRIANGOLAZIONE DEI BLOCCHI
Per ogni stagione i due blocchi di immagini RGB e NIR-GB sono stati
simultaneamente orientati mediante Agisoft Photoscan™
MODELLI 3D
Dai blocchi RGB dei voli estivi (massimo di copertura fogliare) sono ricavati i DSM.
Rilievo RGB + NIR multitemporale di aree boscate
Prodotti del rilievo:
• Ortofoto Mulisensore/Multitemporali
• Modello 3D
• DSM
• Analisi multispettrale/multitemporale per il
riconoscimento automatico di specie
alloctone
Ortofoto NIR
INDAGINI GEOLOGICHE E GEOTECNICHE
Ricostruzione stratigrafica di un versante
Rilievo di una scarpata franosa presso le rive dell’Adda in località Tirano
(Valtellina)
Hexakopter Mikrokopter Polimi
Immagine campione
Tirano
Inquadramento cartografico
Ricostruzione stratigrafica di un versante
Prodotti del rilievo:
• Modello 3D
• Ortofoto del versante
• Calcolo delle quote delle fratture del terreno
Modello 3D
Ricostruzione multitemporale dell’evoluzione morfologica di un ghiacciaio
Rilievo del Ghiacciaio del Belvedere (Macugnaga – VCO) finalizzato allo
studio dell’evoluzione del ghiacciaio a fronte dei cambiamenti climatici in
atto (300 ha)
Sensefly ebee POLITO
Immagine campione
Inquadramento geografico
Ricostruzione multitemporale dell’evoluzione morfologica di un ghiacciaio
Prodotti del rilievo:
• Modello 3D
• Ortofoto del ghiacciaio
• Evoluzione del ghiacciaio nel tempo
..E MOLTO ANCORA DA INVENTARE
Rilievo da pallone di fontana monumentale in piazza Leonardo da Vinci
Balloon starter kit gonfiato ad elio.
Raggio di operatività (lunghezza
cavo ancoraggio) : 500m
payload: Nikon Coolpix
Rilievo con finalità didattiche realizzato durante il
corso di fotogrammetria con attrezzatura «lowcost».
Modello 3D
Piazza Leonardo da Vinci
Milano (MI)
Inquadramento cartografico
Immagine del rilievo
UAV: Un Altro punto di Vista
GRAZIE PER
L’ATTENZIONE!!