Visto il fatto che i droni stanno diventando degli strumenti di riferimento per i professionisti della topografia, quale può essere il drone più adatto per iniziare ad utilizzare questa nuova metodologia?

Poiché accuratezza ed affidabilità sono due elementi essenziali per chi fa’ topografia, è comprensibile che molti professionisti abbiano esitato ad adottare la tecnologia dei droni. I metodi tradizionali funzionano e non sempre e’ il caso di correre rischi inutili adottando tecnologie non ancora completamente assimilate.

Esistono però dei preconcetti che possono condurre a questo scetticismo. Infatti moltissimi progetti possono essere portati a termine grazie alla precisione che la tecnologia dei droni riesce ad offrire. Dove la precisione che queste applicazioni forniscono non soddisfa a pieno le esigenze del lavoro, il drone può comunque

integrare il lavoro fatto con i metodi tradizionali, questa unione di tecnologie diverse offre comunque un enorme risparmio in termini di tempo, di costi e di rischi per chi opera sul cantiere.

I droni sono diventati un nuovo strumento di lavoro in una vasta gamma di settori. Questo vale anche per il modo della topografia, anche se i metodi tradizionali avranno comunque sempre una posizione di rilievo nel workflow delle operazioni, e in alcuni casi, rappresenteranno anche l’unica soluzione possibile.

Perché i topografi cominciano ad utilizzare la tecnologia dei droni?

Il risparmio di tempo, di costi, il miglioramento della sicurezza collettiva, rappresentano i principali vantaggi che i droni apportano nei diversi settori in cui vengono utilizzati. Tutto cio’ influenza in modo positivo le applicazioni topografiche.

Prendiamo l’esempio di Altametris, una societa’ di raccolta e analisi dei dati che appartiene al gigante ferroviario francese SNCF.

Confrontando i diversi metodi di acquisizione del dato durante l’indagine di un tratto di ferrovia metropolitana, il team ha scoperto che il binomio Matrice 300 e Zenmuse P1 riduce notevolmente i tempi di start up del lavoro. La tecnologia GNSS RTK integrata nel Matrice 300 ed il sensore full-frame della Zenmuse P1 hanno fornito dati sufficienti per poter ridurre drasticamente il numero di punti di controllo topografici necessari alla elaborazione di tutto il rilievo.

Secondo i calcoli fatti dai tecnici di Altametris, per poter contare su una precisione di rilievo di 3 cm servirebbe materializzare e misurare circa 40 punti di controllo a chilometro quadrato e spesso non sarebbe sufficiente nemmeno l’uso della sola tecnologia GNSS.

Oltre ad impegnare le squadre per diverso tempo, questi metodi comportano la dispendiosa movimentazione delle attrezzature di rilievo nell’area ferroviaria del cantiere. L’introduzione del rilievo da drone ha significato meno ore di stazionamento del personale nell’area ed una drastica riduzione dei rischi per le squadre topografiche, tutto cio’ avviene inoltre senza sacrificare l’accuratezza e l’affidabilita’ del rilievo. C’e’ da considerare inoltre che la nuova camera Zenmuse P1 ha dato risultati eccellenti anche in condizioni di scarsa illuminazione.

La riduzione del numero dei punti di controllo necessari per le missioni di rilievo fotogrammetrico, consente di far risparmiare agli operatori un’enorme quantità di tempo. Ma è probabilmente nel rilievo di aree inaccessibili o pericolose che la tecnologia dei droni fa la differenza con i metodi tradizionali.

Le aree ferroviarie sono solo un esempio di un ambiente di lavoro poco agevole per gli operatori che utilizzano dei metodi tradizionali di rilievo, questi cantieri sono piu’ idonei per applicazioni di rilievo automatizzato.

L’utilizzo dei droni con particolari payload come per esempio la Zenmuse P1, fornisce inoltre una grandissima mole di dati.

Nonostante i tempi di rilievo e l’intervento umano in campo siano ridotti notevolmente, il dato prodotto porta con se’ una grande quantita’ di informazioni e di dettagli. Produrre questa mole di dati con i metodi tradizionali comporterebbe un investimento molto piu’ oneroso in termini di costi e di tempi di intervento.

Quali tipi di progetti di rilevamento sono ideali per l’utilizzo congiunto di droni e di strumenti di rilevamento tradizionali ?

Nonostante i vantaggi offerti dai droni rispetto ai metodi di rilevamento classici, ci sono situazioni in cui i metodi tradizionali ricoprono ancora una larga parte del processo produttivo topografico.

La prima cosa da considerare è il grado e il tipo di accuratezza che il nostro progetto richiede, e’ qui che la differenza tra precisione relativa e precisione assoluta è importante.

Per molte applicazioni l’accuratezza relativa ovvero l’accuratezza della misura tra i vari elementi è tutto ciò che conta. Il risultato di questi progetti può essere ricostruito adottando modelli creati con nuvole di punti 3D o con ortofoto. Quando la precisione assoluta del posizionamento delle entita’ rilevate assume invece un ruolo fondamentale, è necessario adottare un processo di rilevamento che fornisca all’operatore un dato georiferito oltre che dettagliato.

Misurare degli oggetti rispetto a dei riferimenti noti è un modo semplice per valutare con precisione volumi, distanze e variazioni di altezza. Ma se questi dati devono essere combinati con ulteriori livelli informativi e se occorra sovrapporre il rilievo ad una cartografia preesistente, allora tutte le entita’ misurate e catalogate dovranno essere riferite ad un sistema di coordinate tramite l’utilizzo di punti di controllo materializzati a terra, in alternativa occorre supportare la rilevazione del drone con un posizionamento GNSS corretto in tempo reale  (RTK Real-Time Kinematic). Questo tipo di posizionamento di alta precisione e’ gia’ implementato sui droni ed opera grazie all’ausilio di una stazione GNSS di terra, questo procedimento consente di geotaggare con precisione le immagini riprese in volo dai diversi sensori fotografici.

Generalmente i lavori che richiedono precisioni topografiche (1-2 cm), dovranno essere sempre gestiti con metodi di rilevazione piu’ tradizionali (stazioni totali, sistemi GNSS, livelli di precisione, etc), una campagna di misura effettuata con un drone puo’ garantire precisioni di circa 5 cm sia da un punto di vista planimetrico che anche altimetrico, i progetti che richiedono una precisione massima di 1- 2 cm se non addirittura una precisione milllimetrica dovranno essere gestiti con i metodi di rilevazione classici.

Rilievi gestiti con metodi tradizionali di misura topografica

Rilievi di interni o aree sotterranee

L’utilizzo dei droni non e’ adatto nelle aree in cui il segnale satellitare GNSS non e’ disponibile o limitato, ed in tutti gli ambienti in cui ci sono condizioni di scarsa illuminazione, nei sotterranei e nelle aree interne.

In questi contesti il rilevamento topografico classico eseguito con stazioni totali (integrazione di tacheometro e distanziometro) rappresenta la metodologia di rilievo per eccellenza, anche l’uso di laser scanner terrestri o le recenti tecnologie SLAM (simultaneous location and mapping) di rilievo a nuvola di punti offrono risultati migliori e risoluzioni elevatissime.

Alcune aziende hanno gia’ iniziato a sviluppare applicazioni che coinvolgono simultaneamente i droni utilizzati come vettore di trasporto di sensori SLAM e Lidar (Light Detection and Ranging).  Con questo tipo di configurazione e’ possibile rilevare un dato 3D anche in cavita’ sotterranee. In un prossimo futuro questo insieme di tecnologie verra’ utilizzato in maniera piu’ massiva per il rilievo “underground”.

Rilievi in aree difficoltose

I rilievi da drone possono presentare delle difficoltà a causa di eventuali ostruzioni dovute alla presenza di edifici o di zone con vegetazione ed alberatura imponente.

Queste problematiche sono ancora più critiche quando gli ostacoli nascondono dei cambi di quota del terreno. Un sensore Lidar infatti può perforare il fogliame più leggero ma non e’ in grado di rilevare i punti a terra quando la vegetazione è molto densa.

Progetti che non hanno scadenze troppo impellenti…

Il tempo è denaro. Uno dei maggiori vantaggi del rilievo con i droni è la drastica riduzione del tempo necessario per completare il lavoro.

Tuttavia, quando esistono condizioni di giusto equilibrio tra la precisione richiesta ed i tempi per svolgere la missione, puo’ essere utile arricchire i dati del drone con una campagna di misura topografica dei punti di controllo e la loro materializzazione.

Le Applicazioni “ideali” per i droni

Le Aree inaccessibili

Il rilievo topografico in aree difficoltose o l’ispezione di alcune tipologie di infrastrutture possono creare delle difficolta’ agli operatori che eseguono il lavoro con metodi tradizionali, in molte di queste condizioni il drone puo’ rappresentare la soluzione ideale.

Torri di antenne cellulari, parchi solari ed eolici, e tutte le aree difficilmente raggiungibili sono solo alcuni degli elementi in cui l’utilizzo di un drone puo’ dare dei vantaggi evidenti.

Aree pericolose

Le applicazioni di rilievo tradizionale possono comportare a volte delle difficolta’ per gli operatori se non addirittura dei rischi, esistono situazioni come sopraelevazioni, aree di cantiere instabili, argini ripidi e linee ferroviarie in cui il personale potrebbe incorrere in situazioni critiche di pericolo, in questi contesti un drone puo’ supportare le squadre fornendo eccellenti risultati.

Quando la densità del dato è importante

Uno dei vantaggi significativi che il rilevamento aereo offre è la vastita’ di informazioni che i diversi sensori installati sullo stesso drone possono offrire ai professionisti.

Nell’ agricoltura di precisione le camere multispettrali possono fornire dei dati preziosi per valutare la salute delle colture e dei terreni; i sensori Lidar e le rilevazioni fotogrammetriche possono fornire dei modelli 3d a nuvole di punti utilissimi per una successiva progettazione o stimare velocemente le volumetrie di materiali in un cantiere; un drone puo’ assolvere a tutti questi compiti in maniera molto semplice, senza peraltro esporre gli operatori ad inutili rischi.

Perchè il Phantom 4 RTK può essere il drone ideale per iniziare

Quali sono gli argomenti da valutare nella scelta di un drone per applicazioni di rilievo topografico?

Per cominciare, un parametro chiave da valutare è la risoluzione del dato restituito, questo parametro e’ definito come GSD, Ground Sampling Distance.

Il GSD dipende dalla risoluzione del sensore fotografico, dalla sua lunghezza focale dalla quota e dalla velocita’ di volo. I primi due elementi dipendono chiaramente dall’hardware mentre i rimanenti fattori di acquisizione sono invece gestiti dall’operatore.

Il DJI Phantom 4 RTK è una soluzione completa, pronta all’uso e molto produttiva.  La camera fotografica utilizza un sensore CMOS da 20 megapixel della grandezza di un pollice. Il suo otturatore meccanico consente una veloce acquisizione delle immagini con una distorsione minima rispetto ad altre camere fotografiche. L’obiettivo grandangolare con la lunghezza focale di 24 mm offre delle immagini chiare e geometricamente coerenti.

Il sistema GNSS di navigazione e posizionamento offre una precisione centimetrica e supporta sia i metodi di correzione RTK (Real Time Kinematic) che PPK (Post Processing Kinematic). Il sensore GNSS è supportato dai segnali GPS L1 L2, GLONASS L1 L2, Galileo E1 E5a e BeiDou B1 B2. Queste tecnologie possono ridurre drasticamente la quantità dei punti di controllo necessari al rilievo.

Prevedendo comunque alcuni GCP di controllo misurati a terra il risparmio in termini di tempo che il P4 RTK consente di ottenere rappresenta almeno il 75% sul totale.

Il P4 RTK opera con tecnologia TimeSync per coordinare il dato della telecamera e del ricevitore RTK, ogni immagine catalogata possiede informazioni geospaziali accurate.

Il P4 RTK ha batterie sostituibili a caldo, un tempo di volo di circa 30 minuti ed una velocità massima di oltre 48 km orari, consente di rilevare con estrema facilita’ grandi estensioni di territorio. L’applicazione DJI GS RTK installata sul controller con monitor integrato consente di pianificare missioni di volo in 2d e 3d, voli lineari con waypoint, che tengono in considerazione anche le variazioni altimetriche del terreno.

Phantom 4 RTK Data Outputs

Il rilievo con il Phantom 4 RTK restituisce moltissimi elementi.

I prodotti esportabili potenzialmente includono:

Ortofoto:

Ogni Ortofoto che il P4 RTK acquisisce durante un volo contiene le informazioni geospaziali e viene elaborata e corretta tenendo conto della potenziale distorsione dell’obiettivo, dell’inclinazione della fotocamera e delle variazioni altimetriche del terreno.

L’Ortofoto ad alta definizione del rilievo rappresenta uno dei prodotti piu’ utilizzati dagli operatori, seguendo infatti un processo fotogrammetrico moderno tutte le immagini riprese dal sensore vengono elaborate ed il modello 3D cosi creato puo’ essere anche trasformato in una proiezione ortografica bidimensionale facilmente interpretabile dai progettisti.

Superficie 3D, terreno e DTM

L’elaborazione delle foto scattate con il P4 RTK possiedono un sistema di coordinate tridimensionale (inizialmente Latitudine Longitudine e Quota WGS84), di ogni pixel dell’immagine restituita possiamo conoscere le sue tre coordinate, quindi il prodotto finale rappresenta un modello 3D di altissima qualità.

Questi modelli realistici e coinvolgenti combinano delle immagini ad alta definizione con riferimenti geografici accurati. Il risultato è un modello misurabile di facile interpretazione utile per la progettazione.

Il primo prodotto ottenuto è un DSM Digital Surface Model, fornisce una ricostruzione delle geometrie e del modello 3D dell’oggetto ed offre un prodotto facile da esplorare. Quindi il DTM Digital Terrain Model, creato con gli stessi dati di partenza usati per la creazione del DSM, ma successivamente “depurati” dagli oggetti artificiali e dalle strutture presenti nell’area osservata.

Il focus dell’elaborazione punta sempre alla ricostruzione del terreno, il DEM Digital Terrain Model vuole infine rappresentare la distribuzione delle quote di un territorio, senza entità artificiali e senza entità naturali, i modelli DEM sono utilizzati ad integrazione e corredo delle mappe topografiche.

Indagini volumetriche

Il P4 RTK può raccogliere i dati necessari alla creazione di modelli tridimensionali necessari al calcolo di volumi del materiale di costruzione di un cantiere o di un’area in costruzione. Grazie al sistema P4 RTK questo tipo di dato viene calcolato in maniera molto precisa.

Droni in azione: utilizzo del P4 RTK per rilevare le infrastrutture dei trasporti

Il gruppo RNV (Rhein-Neckar-Verkehr GmbH) gestisce il trasporto pubblico nella regione Rhein-Neckar in Germania. L’azienda controlla una linea di tram di 301 km e una linea di autobus di 827 km, linee che vengono utilizzate da 370.000 passeggeri ogni giorno.

In un esperimento condotto con esperti di topografia del gruppo Vermessungbüro Wolfert GmbH  (Heidelberg) e con il supporto dello staff di DJI Enterprise, RNV ha confrontato le prestazioni del P4 RTK con i metodi tradizionali (stazioni totali) durante il rilevamento di un tratto di binari ferroviari.

Il confronto ha comportato il sorvolo di una sezione della pista, la raccolta di immagini e la loro elaborazione prima di prendere misure dal modello 3D generato. I risultati sono stati poi valutati insieme ai modelli di misurazione standard di RNV.

Osservando il prodotto CAD del rilievo eseguito con Stazione Totale con i dati creati con il P4RTK, è apparso evidente la grande differenza in termini quantitativi (ma sempre nel rispetto delle tolleranze richieste) delle informazioni fornite dal drone rispetto alla metodologia tradizionale, il dato aereo consente anche di produrre ortofoto che possono essere orientate e manipolate nella fase di pianificazione del progetto.

La quantità di dettaglio fornita dalle applicazioni Uav è particolarmente utile quando si esaminano le fondazioni e le strutture di un percorso ferroviario. A livello di precisione del dettaglio, e’ stata confrontata l’accuratezza dei due metodi di misurazione, confrontando il dato aereo con quello della stazione totale e’ stata stimata la precisione fornita dal sistema P4RTK: essa e’ risultata essere di circa 1,5 cm.

Probabilmente i maggiori vantaggi nell’utilizzo dei droni per questa attivita’ erano sostanzialmente di praticita’ e semplicita’ nel workflow delle operazioni. Durante un progetto di rilievo tradizionale, i team infatti sono costretti a lavorare intorno ai binari che devono essere fuori esercizio per tutta la durata del rileivo. La prima cosa che RNV ha osservato è che le indagini aeree dall’alto hanno ridotto i rischi per le squadre a terra e hanno permesso al servizio di metropolitana di continuare il suo esercizio.

Oltre a ridurre i tempi di rilievo, le misurazioni che di solito vengono portate avanti tra i vari passaggi dei convogli possono essere prese con maggiore facilità.

Un altro vantaggio e’ la molteplicita’ degli output elaborati con il P4 RTK. Con una precisione comparabile, le osservazioni aeree dell’area forniscono una serie vastissima di parametri per un’indagine approfondita dell’area di lavoro.

Tuttavia, il team di ingegneri ha sottolineato che alcune aree non possono essere rilevate dall’alto, ad esempio le aree sotto il fogliame denso. Per questo motivo, un’azione congiunta di rilevazione aerea e tradizionale puo’ fornire dei dati completi ed esaustivi dell’area da esaminare.

Pronto ad utilizzare il Phantom 4 RTK?

Un singolo volo con un Phantom 4 RTK può fornire i dati necessari per generare delle ortofoto e dei modelli 3D molto dettagliati e precisi. Vuoi saperne di più? Approfondisci nel nostro rapporto sull’accuratezza del P4 RTK o ordina il tuo tramite il rivenditore DJI Enterprise .

Per i professionisti del rilievo e della mappatura, i sistemi LiDAR e fotogrammetrici sono da tempo strumenti del mestiere necessari. Ma i recenti progressi nella tecnologia dei droni hanno cambiato in meglio il modo in cui i dati vengono acquisiti.

Rispetto al tradizionale rilevamento aereo, che si basava quasi esclusivamente su velivoli con equipaggio, i droni offrono un’alternativa sicura, precisa e più conveniente. Il risultato è stata la democratizzazione delle soluzioni di rilevamento. Ora, i progetti in agricoltura, edilizia, conservazione, estrazione mineraria, ricostruzione di scene di incidenti e altro possono beneficiare di nuvole di punti dettagliate, mappe accurate e modelli 3D ad alta definizione,

Sia i topografi affermati e sia coloro che sono nuovi nel campo si domanderanno se conviene lavorare con LiDAR o con la Fotogrammetria.

In questo articolo, ti illustreremo i pro e i contro di entrambi i metodi. Prima di tutto non esiste una tecnologia “migliore” tra le due o una preferenza di parte.  La decisione giusta dipende invece dal compito specifico da svolgere, dalle capacità dell’operatore in questione e, come sempre, dal budget con cui stai lavorando.

Innanzitutto, cosa si intende per LiDAR? LiDAR è l’abbreviazione di “light detection and raging”. I sensori LiDAR funzionano emettendo impulsi di luce e misurano il tempo necessario affinché si riflettano da terra, insieme all’intensità con cui lo fanno. Sebbene sia in circolazione da decenni, è solo negli ultimi anni che la tecnologia LiDAR si è miniaturizzata da integrarsi in un carico che un drone può trasportare.

Il sensore LiDAR rappresenta solo una compente di un sistema più ingegnoso. Per raccogliere i dati necessari per costruire una nuvola di punti che rifletta accuratamente il terreno e la sua topografia, i Sistemi LiDAR incorporano altri sistemi ad alta precisione: posizionamento satellitare (dati GNSS) e un’unità di misura inerziale (IMU).

I vantaggi del LiDAR

L’aspetto positivo più noto dell’utilizzo di LiDAR è la sua accuratezza. Nella pratica cosa significa?

Innanzitutto, è importante considerare cosa significa accuratezza per te e il tuo progetto. Stai dando la priorità alla precisione relativa o assoluta? In altre parole, hai bisogno che il tuo prodotto finale sia accurato in termini di caratteristiche in relazione tra loro o le sue caratteristiche in relazione alla sua posizione nel mondo? Il LiDAR è la strada giusta da percorrere per la precisione assoluta ed è in genere la scelta migliore quando l’obiettivo è un modello realistico del terreno (DTM). Questo perché è il metodo migliore per tenere conto dell’altitudine, della vegetazione e delle condizioni a portata di mano. L’integrazione di LiDAR con i dati GNSS e il fatto che si ottiene una misurazione diretta – che emette migliaia di impulsi laser al secondo – assicurano che la mappa del terreno digitale finale abbia un’estrema precisione verticale.

 La vegetazione può impedire ai metodi di rilevamento basati su foto di ottenere dati concreti del terreno. Gli impulsi luminosi del LiDAR penetrano negli spazi tra foglie e rami, raggiungendo il terreno sottostante e migliorando la precisione delle misurazioni. Inoltre, il LiDAR è preferibile anche se le condizioni di luce dell’ambiente del rilievo non sono ottimali. Se desideri effettuare rilievi notturni o missioni in bassa visibilità, il LiDAR può gestire l’attività senza la necessità di una fonte di luce esterna.

Infine, questa tecnologia consente di acquisire dettagli di piccolo spessore e diametro. Un ottimo esempio di questo sono i cavi elettrici. Grazie al campionamento del punto ad alta densità e all’approccio alla misurazione diretta, è possibile utilizzare LiDAR per mappare accuratamente i cavi.

I contro dell’utilizzo dei Sistemi LiDAR

Sicuramente la prima obiezione che viene sollevata nei confronti dei sensori LiDAR è loro il costo. A causa della maggiore complessità operativa (e della necessità di componenti e sensori più sofisticati), è possibile anche spendere centinaia di migliaia di euro per una soluzione di rilevamento completa.

È anche importante tenere a mente che tradizionalmente i sensori LiDAR sono più ingombranti delle semplici fotocamere. Con i droni che stanno diventando sempre più popolari per il rilevamento aereo, la necessità di un drone più grande per gestire un carico utile più pesante può aumentare una spesa già significativa.

Tutto questo prima dell’avvento del sensore DJI ZENMUSE L1, che risulta non solo essere tra i sensori più economici in commercio ma anche il più leggero.

L’ultimo aspetto negativo della scelta di LiDAR è probabilmente il suo più grande punto di forza: il fatto che sia lo strumento migliore per il lavoro in situazioni molto specifiche. Per molte applicazioni sarà sufficiente la sola Fotogrammetria. 

Cos’è  la Fotogrammetria?

La Fotogrammetria è la materia che permette di misurare la realtà attraverso almeno una coppia di immagini.

Queste fotografie, oggigiorno, vengono elaborate utilizzando un software specializzati per generare modelli accurati e realistici del mondo, anche definiti come Structure for Motion (sfm). Le mappe ortomosaiche e i modelli 3D hanno una varietà di applicazioni.

Il numero di immagini necessarie per una fotogrammetria efficace può variare da centinaia a migliaia di foto. Tutto dipende dalle dimensioni del sito in questione e dalla profondità e precisione che vuoi ottenere. I piloti di droni dovranno determinare l’altitudine di volo ottimale per ottenere la distanza di campionamento al suolo necessaria. Dovrai anche impostare una sovrapposizione su ciascuna immagine per assicurarti che il tuo software possa unire le tue immagini senza problemi.

I vantaggi della Fotogrammetria

Il principale vantaggio di lavorare con la fotogrammetria è la sua accessibilità. L’ascesa della tecnologia dei droni e dei software ha semplificato i flussi di lavoro e ha portato mappe e modelli 3D accurati alla portata di qualsiasi organizzazione con una fotocamera da drone decente. A parte la calibrazione del sensore, la pianificazione di volo di base e la tracciatura dei punti di controllo a terra, svolgere una missione di mappatura e trasformare quei dati in qualcosa di utile è relativamente semplice. Ci sono innumerevoli scenari in cui questo processo produce risultati tangibili, in settori diversi come l’edilizia, i Beni Culturali, l’estrazione mineraria e l’agricoltura. È importante sottolineare che anche i risultati sono accessibili. Mappe e modelli con caratteristiche e colori riconoscibili sono immediatamente intuitivi, il che li rende un ottimo strumento di collaborazione e qualcosa su cui le parti interessate possono lavorare senza perdere troppo tempo a manipolare i dati.

Un’altra grande parte del fascino della Fotogrammetria è quanto sia conveniente. Come abbiamo accennato, iniziare significa investire qualche migliaio di euro su un drone fotografico professionale e molto meno sul software di cui avrai bisogno per elaborare i tuoi dati. Infine, la fotogrammetria offre un approccio più flessibile. A seconda dell’attività da svolgere, puoi avere un maggiore controllo sul compromesso tra velocità, altitudine e precisione della missione.

Gli svantaggi della Fotogrammetria

Ci sono alcuni aspetti negativi dei metodi di rilevamento basati sulla fotogrammetria. Il primo è che l’accuratezza delle mappe e dei modelli dipende in larga misura dalla qualità della fotocamera del tuo drone e dal drone stesso. Le dimensioni del sensore, l’apertura, la risoluzione e la lunghezza focale influiscono sulla distanza di campionamento del suolo (GSD) insieme all’altitudine a cui stai volando. Inoltre, farai fatica a produrre risultati con assoluta precisione senza l’utilizzo di punti di controllo a terra (GCP) presi con strumentazioni terze quali la Stazione Totale o il ricevitore GNSS o un drone abilitato RTK o PPK.

Il secondo tempo da non sottovalutare è il tempo. O, per essere più precisi, le condizioni di luce. Oscurità, nuvolosità, polvere e altro possono influire negativamente sulla qualità dei risultati del rilevamento. Quando si tratta di elaborazione dei dati, puoi misurare solo ciò che puoi vedere chiaramente. Ciò significa che i voli con visibilità limitata, a causa della vegetazione, delle ombre o dell’ora del giorno, produrranno meno punti a terra e mappe e modelli meno accurati.

Quando scegliere il LiDAR

Il LiDAR è consigliato se stai mappando un terreno complesso con un’alta percentuale di copertura vegetale. Grazie alle sue misurazioni dirette che penetrano tra foglie, rami e alberi, è possibile creare accurate nuvole di punti  con i dati risultanti. La tecnologia è ideale anche per misurare con precisione oggetti come i cavi, che sono generalmente troppo sottili per essere riconosciuti con qualsiasi altro metodo. Il LiDAR dovrebbe anche essere il tuo metodo preferito se l’attività di rilevamento richiede soprattutto precisione. Anche se questo non è privo di sfide, che si presentano sotto forma di costi e dell’esperienza richiesta per dare vita ai dati.

Ricapitolando. Scegliere i Sistemi LiDAR per:

• Mappatura di terreni di difficile accesso e complessi;
• Per catturare i dettagli di strutture sottili, come linee elettriche o bordi del tetto
• Progetti dove il dettaglio e la precisione sono le priorità

Quando scegliere la Fotogrammetria

L’economicità della Fotogrammetria la rende un’opzione preferibile per coloro che non conoscono il rilevamento con i droni. Sebbene essere più economico di LiDAR non sia il suo unico vantaggio. In effetti, molte applicazioni sarebbero meglio realizzate utilizzando la fotogrammetria. Questo è particolarmente vero quando si desidera lavorare su piani utilizzando ortofoto, o per fornire aggiornamenti accessibili dello stato di avanzamento del progetto a un costo relativamente basso.

E’ consigliabile scegliere la Fotogrammetria per:

• Scansioni ricche di elementi in zone accessibili e che richiedono una post-elaborazione e un’esperienza minime;
• Per la creazione di mappe e modelli 3D facili da capire per occhi inesperti;
• Set di dati che richiedono una valutazione visiva che solo la foto può dare.

LiDAR VS Fotogrammetria: qual è il più accurato?

Il LiDAR tende a produrre scansioni con maggiore dettaglio e precisione rispetto alla Fotogrammetria. Inoltre, poiché può funzionare bene nonostante le sfide ambientali – in scarsa visibilità o con molta vegetazione – è l’ideale per gli scenari in cui apprezzi la precisione sopra ogni altra cosa. Le nuvole di punti LiDAR possono essere incredibilmente dense,  e una precisione sull’asse Z inferiore a tre centimetri. Con un’elevata densità di punti ottieni un set di dati più robusto, che a sua volta offre maggiore versatilità quando si tratta di elaborare i risultati. Questo non vuol dire che la fotogrammetria sia intrinsecamente imprecisa. Se il tuo terreno è relativamente semplice e privo di fitta vegetazione, puoi comunque costruire mappe e modelli altamente dettagliati, in particolare se stai utilizzando anche un modulo di posizionamento RTK.

LiDAR  VS Fotogrammetria: il dato

Il LiDAR e la Fotogrammetria sono metodi fondamentalmente diversi di raccolta dei dati. Con LiDAR si ottengono migliaia di punti dati che formano una nuvola di punti 3D che delinea il terreno indagato. Dovrai incorporare il colore da set di dati separati per trasformarlo in qualcosa di visivamente accessibile. Con la fotogrammetria, si ottengono centinaia o migliaia di immagini che devono essere elaborate e unite per produrre qualcosa di valore: che si tratti di una nuvola di punti 3D, di una mappa o di un modello navigabile. L’elaborazione LiDAR basata su cloud non è così diffusa o accessibile come il software di fotogrammetria basato su cloud. Ciò significa che dovrai avere uno specialista in loco in grado di trasformare quei dati grezzi in qualcosa di fruibile, insieme al software adatto.

Le soluzione DJI per la Fotogrammetria

Phantom 4 RTK

Il Phantom 4 RTK offre ai professionisti un equilibrio ideale tra prezzo, precisione e accessibilità. Con il suo sensore RTK (Real Time Kinetic) integrato, le foto vengono georeferenziate automaticamente e corrette rispetto ai punti di controllo a terra con una precisione di un centimetro. Il Phantom 4 RTK rappresenta un investimento iniziale perfetto per le tue esigenze di rilevamento.

Matrice 300 RTK + ZENMUSE P1

Questa combinazione è la soluzione di fotogrammetria di punta di DJI. Il P1 è un avanzato payload fotogrammetrico con un sensore full frame e obiettivi intercambiabili a fuoco fisso. Un otturatore meccanico globale e funzionalità software, tra cui Smart Oblique Capture, lo rendono ideale per i voli fotogrammetrici su larga scala. Sfruttando le piene potenzialità del M300 RTK, il P1 consente ai professionisti di coprire 3 km2 in un unico volo e ottenere risultati accurati di 3 cm in orizzontale / 5 cm in verticale senza GCP.

Le soluzioni DJI per i LiDAR

Matrice 300 RTK + ZENMUSE L1

Zenmuse L1 comprende tutto ciò che serve per un’acquisizione LiDAR da drone: include un modulo Lidar, un’IMU ad alta precisione e una fotocamera con un CMOS da 20mpixel, il tutto su un gimbal stabilizzato a 3 assi. Se utilizzato con Matrice 300 RTK e DJI Terra, l’L1 costituisce una soluzione completa che fornisce dati 3D in tempo reale per tutto il giorno, catturando in modo efficiente i dettagli di strutture complesse e fornendo modelli ricostruiti particolarmente precisi.

Conclusioni

Considera il LiDAR e la Fotogrammetria come due metodi di acquisizione dati concorrenti non è l’approccio più istruttivo. Come abbiamo accennato, non è che uno sia necessariamente migliore dell’altro. In definitiva, è il compito da eseguire che determinerà la soluzione migliore. Se il contrasto, l’illuminazione, il soggetto e le condizioni sono a tuo favore, la fotogrammetria è probabilmente più che adeguata per il tuo lavoro. Ma per progetti di mappatura impegnativi in ​​cui sono fondamentali l’accuratezza, le strutture complesse o il terreno parzialmente coperto, il LiDAR è probabilmente la strada da percorrere. Naturalmente, anche il costo e l’esperienza degli operatori giocheranno un ruolo importante in qualsiasi decisione tra i due. Sebbene gli ultimi payload di DJI, P1 e L1 sono la testimonianza della crescente convenienza e accessibilità della tecnologia di rilevamento. In definitiva, i professionisti del settore dovranno diventare abili nell’utilizzo di entrambe le tecnologie.

Usare le nuvole di punti nel modo giusto

Ogni volta che è necessario creare un modello dettagliato di un’area, per il rilevamento, la ricostruzione di un incidente o per qualsiasi altro scopo, la creazione di una nuvola di punti può essere il modo migliore per portare a termine il lavoro.

Un modello di nuvola di punti 3D accurato, dettagliato e ad alta risoluzione è un elemento importante per la creazione di un modello 3D accurato. Se la tua organizzazione è alla ricerca di un nuovo modo per creare ricostruzioni digitali di spazi o strutture fisiche, i droni in grado di generare nuvole di punti potrebbero essere lo strumento perfetto per te.

Imparando di più sulle nuvole di punti – cosa sono, come le generi, diversi approcci e casi d’uso – potrai capire come integrare al meglio questi strumenti digitali nei tuoi flussi di lavoro.

La tecnologia LiDAR ha consentito alla polizia stradale di raccogliere i dati della nuvola di punti di questo incidente nonostante le condizioni di scarsa illuminazione notturna

Nuvole di punti: è tutta una questione di prospettiva

Che cos’è esattamente una nuvola di punti? È una raccolta di punti dati mappati in tre dimensioni. Ogni punto ha i suoi valori X, Y e Z in base a dove si trova nello spazio. Alcune nuvole di punti possono avere una risoluzione eccezionalmente alta, a centinaia di singoli punti per metro quadrato, per mostrare esattamente cosa c’è in uno spazio 3D.

Nuvola di punti di due torri di raffreddamento realizzate in preparazione della loro demolizione in sicurezza

I punti insieme denotano le superfici degli oggetti e le caratteristiche del terreno all’interno di un’area, il che consente a topografi o ispettori di creare mappe 3D e modelli estremamente accurati di tali aree. Tuttavia, la nuvola in sé non è la mappa. È necessario un altro set di dati oltre ai punti dati di elevazione per creare un modello più completo.

Per generare queste nuvole di punti, hai bisogno dell’attrezzatura adeguata e di una nuova prospettiva della tua area di destinazione: vale a dire, una veduta aerea. Volando con un veicolo aereo senza equipaggio (UAV) sulla tua area prescelta, puoi raccogliere le informazioni necessarie su elevazione e topografia.

I droni avanzati dotati dei più recenti sensori di rilevamento e rilevamento della luce (LiDAR) possono creare nuvole di punti in un unico passaggio. Un drone che utilizza un sistema di fotocamere fotogrammetriche può assemblare una nuvola di punti come uno degli output dell’immagine tridimensionale risultante. In entrambi i casi, la nuvola risultante è un’immagine dettagliata e accurata dell’area scansionata.

Come funzionano le nuvole di punti

Come funziona esattamente il processo di creazione della nuvola di punti? Mentre i dettagli esatti dipendono dal fatto che il tuo drone sia dotato di sensori LiDAR o apparecchiature di fotogrammetria, la procedura è la stessa.

Il tuo UAV sorvola un’area prescelta, scansionando con il suo carico utile di sensori. Le informazioni sui punti rilevati vengono quindi assemblate in una forma utilizzabile tramite un software di elaborazione delle nuvole di punti, come DJI Terra.

Per ottenere il risultato di una nuvola di punti 3D, il software aggiungerà contesto a un vasto numero di punti rilevati da impulsi laser o genererà punti basati su una raccolta di foto scattate da più angolazioni. Questo dipende dalla scelta di LiDAR o fotogrammetria, e questo a sua volta sarà deciso dal tipo di rilevamento o mappatura che stai facendo.

La differenza tra nuvole di punti LiDAR e nuvole di punti fotogrammetriche

I due metodi principali per creare una nuvola di punti dai dati UAV, LiDAR e fotogrammetria, hanno ciascuno i loro casi d’uso ideali. Potresti finire per usare entrambi in vari momenti.

Le aziende che mappano frequentemente aree complesse e ricche di vegetazione possono gravitare verso il LiDAR, mentre le aziende che si occupano di visuali chiare e che necessitano di una soluzione a basso costo possono iniziare con la fotogrammetria, ma la decisione non può essere ridotta a uno o due problemi. Confrontare le tecnologie fianco a fianco è un esercizio utile per decidere come equipaggiare i tuoi UAV.

LiDAR

La scansione LiDAR emette impulsi laser ad altissima velocità che “battono” su una superficie e tornano all’emettitore. Utilizzando la misurazione inerziale e i dati di posizionamento satellitare, il sensore LiDAR del drone determina esattamente dove si trova un punto nello spazio.

I punti raccolti diventano una nuvola di punti LiDAR quando vengono assemblati da un software specializzato per nuvole di punti. Questo è un metodo di scansione ad alta precisione, anche se deve essere abbinato ad altri dati per aggiungere più dettagli alle mappe, incluso il colore.

Il sistema LiDAR è ottimo per mappare elementi troppo piccoli per essere rilevati con altri metodi. Ad esempio, se devi mappare cavi sottili o linee elettriche come parte della tua nuvola di punti, puoi farlo raccogliendo dati LiDAR. La tecnologia funziona anche in condizioni di scarsa illuminazione e può raggiungere il suolo attraverso strati di fogliame.

Inoltre, poiché le nuvole di punti LiDAR sono misurazioni dirette, le dimensioni dei file sono relativamente più piccole rispetto alle fotografie ad alta risoluzione utilizzate per la fotogrammetria. Ciò significa che la post-elaborazione dei dati LiDAR è più veloce dell’estrazione delle nuvole di punti dai modelli di fotogrammetria e questo può essere un fattore importante per i clienti che danno priorità all’efficienza o che hanno missioni urgenti.

Fotogrammetria

La fotogrammetria assembla proiezioni di dati da fotografie. Si tratta di un approccio economico e diretto al rilevamento e alla mappatura; e il software necessario per lavorare con i dati di fotogrammetria è disponibile tramite un semplice modello basato su cloud.

L’uso della fotogrammetria è flessibile. Puoi decidere quanto velocemente far volare il drone, a seconda del livello di dettaglio necessario per le mappe o le nuvole di punti 3D che stai generando per il progetto in corso.

A seconda del livello di dettaglio che scegli e delle dimensioni dell’area che stai rilevando, la fotocamera UAV scatterà centinaia o migliaia di fotografie. Queste immagini sono colorate e, oltre a diventare nuvole di punti 3D, possono essere assemblate in una mappa o in un modello 3D.

Poiché la fotogrammetria si basa sulla fotografia, per funzionare è necessaria una fonte di luce, naturale o artificiale. Detto questo, la generale facilità d’uso del metodo può supplire all’inconveniente di cercare le giuste condizioni. Le barriere relativamente basse all’ingresso possono rendere questo un ottimo primo metodo per un’azienda che ha appena iniziato a creare nuvole di punti 3D o altri modelli di dati.

Usi della modellazione della nuvola di punti

Una volta generate le nuvole di punti 3D, per cosa le usi?

Le applicazioni saranno diverse in base al tuo settore, ma tutte si concentrano sulla necessità di modelli 3D accurati.

• Infrastrutture elettriche: il rilevamento di nuove infrastrutture di servizi è più semplice e veloce quando i team hanno accesso ai droni e sono in grado di creare nuvole di punti 3D delle aree in questione. Questo può essere particolarmente utile per risorse come linee elettriche costruite in aree remote dove le squadre avrebbero problemi a navigare a piedi.
• Costruzione di petrolio e gas: come per i servizi elettrici, le raffinerie di petrolio e gas richiedono spesso informazioni 3D accurate su vaste aree, potenzialmente in località remote. Questo è un altro scenario in cui i droni possono dimostrarsi più efficaci delle squadre di rilevamento a terra.
• Rilievo del territorio: i clienti interessati a ottenere rapidamente mappe topografiche dettagliate delle aree possono beneficiare delle nuvole di punti 3D generate tramite l’uso dei droni. La combinazione di rilevamento rapido per vaste aree e precisione di alto livello è l’ideale per il rilevamento.
• Silvicoltura: il LiDAR può penetrare nel fogliame denso e fornire dati di superficie che non sarebbero risolti con la fotogrammetria.

Dopo aver determinato l’ambito applicativo per un’accurata nuvola di punti 3D, devi semplicemente trovare il drone giusto e il sensore migliore per raccogliere le informazioni.

I droni e i payload da utilizzare nei diversi casi

Con che tipo di drone volerà la tua squadra nel tuo prossimo incarico di generazione di nuvole di punti e quale sarà il sensore?

Quando lavori con DJI hai molte opzioni, tra cui:

• Scelta del drone: la scelta del drone è determinata dalla missione e dalle condizioni di lavoro. Matrice 300 RTK è una buona scelta per la generazione di nuvole di punti 3D. Può operare in un’ampia varietà di condizioni ambientali e fornire 55 minuti di volo mentre equipaggia il tuo pacchetto di sensori preferito.
• Payload LiDAR: Zenmuse L1 è il primo sistema LiDAR UAV disponibile tramite DJI e il suo elenco di funzionalità è impressionante. Questa soluzione consente la mappatura di 240.000 punti al secondo con un solo ritorno o fino a 480.000 punti al secondo con tre ritorni. Una fotocamera RGB integrata consente l’emissione di nuvole di punti a colori reali e Point Cloud LiveView in DJI Pilot consente di verificare se la raccolta dei dati sta procedendo correttamente.
• Payload fotogrammetrico: per gli utenti che preferiscono la fotogrammetria, DJI offre Zenmuse P1. Questo sistema può scattare una foto ogni 0,7 secondi per creare rapidamente modelli accurati e dettagliati per la conversione in nuvole di punti 3D.

1.Previeni la sfocatura

Gli algoritmi di codifica video hanno sempre problemi con le nuvole di punti. Assicurati di scegliere le impostazioni del materiale appropriate, in particolare il parametro delle dimensioni, ed evita percorsi frenetici della fotocamera.

2. Riduci il tempo di rendering del video

Per ridurre il tempo di rendering del video, scegli un formato di sequenza di immagini anziché WebM.
Il rendering di una sequenza di immagini è tre volte più veloce del formato WebM, ma produrrà file di output più grandi e richiederà la codifica in un software di editing video. WebM impiega molto più tempo per il rendering, ma il file di output sarà più piccolo a causa della codifica.
Sii paziente, il rendering del primo fotogramma richiede sempre più tempo.

3. Non rendere WebM in 4K

Il rendering in 4K su WEBM può massimizzare l’utilizzo della CPU e prolungare notevolmente il tempo di rendering, innescando arresti anomali. Se preferisci produrre contenuti in 4K, ti consigliamo di eseguire il rendering di sequenze di immagini.

4. Riduci al minimo l’effetto “mattonella”

L’utilizzo della VRAM determina il numero di punti renderizzati in ogni frame. Maggiore è l’utilizzo della VRAM, più punti verranno renderizzati, aumentando in definitiva la qualità, ma anche il tempo di rendering.
Quando si imposta l’utilizzo della VRAM, fare attenzione alla memoria video dedicata. L’impostazione predefinita è 4 GB ma a seconda del sistema è possibile scegliere impostazioni più elevate per ridurre la percezione del caricamento dei punti. Se riscontri strani artefatti nel video renderizzato, riduci l’utilizzo della VRAM.
Tenere presente che quando si utilizza la vista a raggi X, alcuni punti di caricamento sono normali, poiché è necessario eseguire il rendering dell’intera profondità del set di dati per simulare la vista a raggi X.

5. Usa la sequenza di immagini per l’editing video

Se intendi aggiungere il tuo logo a un video o combinare un video con altri filmati, esegui il rendering di una sequenza di immagini. Puoi quindi importare questa sequenza di immagini nel tuo software di editing video preferito.
Lavorare con una sequenza di immagini manterrà la qualità evitando la compressione ripetuta.
Quando si combinano più riprese video (di NUBIGON e di terze parti), assicurarsi che tutte abbiano la stessa impostazione FPS. Diverse impostazioni FPS possono portare a video discontinui.
Per l’editing video, ti consigliamo di utilizzare Adobe Premiere Pro.