Slides presentate a Palermo il 30/06/2010 in occasione del seminario "Il telerilevamento multiscala: dai satelliti ai micro-droni":
http://bit.ly/cfs4CD
Telerilevamento di prossimità con micro-droni: strumenti, tecnica ed esempi di casi d’uso
1. Informatica per il territorio
Telerilevamento di prossimità con
micro-droni: strumenti,
tecnica ed esempi di casi d’uso
Antonio D’Argenio
Consorzio Ticonzero
3. UAV
Unmanned Aerial Vehicle
Classe di aeromobili senza pilota a bordo
Pilotaggio stazione di controllo a terra
Nati per scopi militari applicazioni civili
Tecnologia matura semplifica il rilevamento
di aree circoscritte
Terminologia equivalente: RPV (Remotely Piloted Vehicle), ROA
(Remotely Operated Aircraft), UVS (Unmanned Vehicle System)
o semplicemente Droni
Informatica per il territorio
4. Classi di UAV
Raggio Altitudine Autonomia Massa
Categoria Sigla
(km) (m) (ore) (kg)
Micro m (Micro) < 10 250 1 <5
Mini Mini < 10 150 to 300 <2 150
Close Range CR 10 a 30 3000 2 to 4 150
Short Range SR 30 a 70 3000 3 to 6 200
Medium Range MR 70 a 200 5000 6 to 10 1250
Medium Range
MRE > 500 8000 10 to 18 1250
Endurance
Low Altitude
LADP > 250 50 to 9000 0.5 to 1 350
Deep Penetration
Low Altitude Long
LALE > 500 3000 >24 < 30
Endurance
Medium Altitude
MALE > 500 14000 24 to 48 1500
Long Endurance
Fonte: UAV Association - http://www.uavs.org
Informatica per il territorio
5. Alcuni esempi
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12 luglio 2010
6. Alcuni prodotti industriali
Modello Copter Blimp 37 MD4-200 MD4-1000 Draganfly PIXY 29.40 Drone IT180-
1B X6 5 TH
Tipologia Elicottero Dirigibile Quadricottero Quadricottero Esacottero Parapendio Elicottero
Classe Mini Mini Micro Mini Micro Mini Mini
Capacità di carico (kg) 5 10 0,2 1,200 0,5 6 5
Peso (kg) 8,5 0,9 2,650 1 5,6 10
Dimensioni in volo (cm) 200 900x300 70 103 99x85x 25.4 295 (vela) 180
Dimensioni a terra (cm) 200 70 80 68x30x25.4 84x63x53 180
Raggio d'azione (m) 5000 500 1000 500 1000
Altitudine massima (m) 1500 150 150 1000 500 3000
Intervallo vel.(km/h) 0 – 50 3 – 15 0 – 90
Velocità (km/h) 40 54 10
Autonomia (min) 45 60 20 70 18 60 90
Motore A scoppio Elettrico 4 x brushless 4 x brushless 6x A scoppio A scoppio,
brushless elettr.
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7. miniUAV md4-1000
Capacità di carico 1,2 kg
Peso 2.65 kg
Dimensioni in volo 103 cm
Dimensioni a terra 80 cm
Raggio d'azione 500 m
Altitudine
1000 m
massima
Autonomia di volo 70 minuti
Condizioni di volo Vento fino a 25 km/h
Motore Elettrico (4 x brushless)
Velocità di crociera 54 km/h
GPS
Pilota automatico
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8. mUAV – md4-200
Capacità di carico 0,2 kg
Peso 0,9 kg
Dimensioni in volo 70 cm
Dimensioni a terra 70 cm
Raggio d'azione 500 m
Altitudine
150 m
massima
Autonomia di volo 20 minuti
Condizioni di voloVento fino a 15 km/h
Elettrico (4 x 250W
Motore
flatcore brushless motors)
Panasonic lumix fx35
Strumenti di
(video)
ripresa
Pentax optio A40 (foto)
GPS
Pilota automatico
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9. Campi di applicazione in ambito civile
Appl. Architettura, P.A. Protezione Sicurezza Informazione Comunica-
scientifiche Ing. Civile Civile zione
Agricoltura Rilievi di Monitoraggio Prevenzione Videosorve- Documenta- Mercato
di precisione edifici e abusi edilizi ed analisi glianza zione eventi immobiliare
manufatti ed estrattivi delle criticità
Archeologia Restituzioni Smaltimento Monitoraggio Documenta- Cronaca Ricettività
2D e 3D illecito dei delle zione
rifiuti emergenze incidenti
Geologia Esame di linee Monitoraggio Indagini Riprese video Web-video
elettriche cantieri ed
opere pub.
Biologia Sopralluoghi Catasto Attività
incendi produttive e
commerciali
Punto di osservazione
Strumento di misura ed analisi
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10. … riassumendo …
Punti di osservazione per fotografia
Piani verticali di edifici, fronti di cava, …
Ricognizione video
Immagini e video per eventi o pubblicità
Prevalentemente in volo manuale
Più complesso è soddisfare le esigenze tecniche di
ripresa a fini fotogrammetrici o per la misura di
grandezze fisiche
tuttavia…
Informatica per il territorio
11. Pianificazione in ambiente GIS
… la pianificazione in ambiente GIS di voli con
micro e mini UAV ad alto livello di automazione
apre la strada a:
fotogrammetria aerea di prossimità (ortofoto e modelli
numerici)
telerilevamento di prossimità (multispettrale,
termografia, …)
… generando prodotti direttamente gestibili in
ambiente geospaziale
Informatica per il territorio
12. Vantaggi della pianificazione
In fotogrammetria
Ottimizzazione del numero di scatti in funzione
dell’overlap e del sidelap desiderato
Ottimizzazione dei tempi di esecuzione di riprese
complesse
Esecuzione di riprese nadirali e oblique, su superficie
piana, su pendio, in rotta circolare intorno ad
obiettivo fisso
Footprint costante in riprese su pendio
Realizzazione di serie temporali
Eseguire voli “precisi” in condizioni sfavorevoli
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13. Vantaggi dei droni
rapida programmazione del piano di volo
risoluzione spaziale e spettrale customizzabili
assenza di disturbi dovuti a copertura
nuvolosa
costo inferiore
logistica di esercizio notevolmente
semplificata: il suo impiego è facile e veloce
assenza di autorizzazioni richieste
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14. Strumenti
COMPONENTI DI UNA
PIATTAFORMA DI VOLO
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15. Componenti di una piattaforma di volo
Vettore
Stazione base
Radiocomando
Sensori
Software
Informatica per il territorio
12/07/2010 15
16. Vettore
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17. Stazione base
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22. Gerarchia dei sensori usati nella
navigazione
GPS
INS
MAG
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23. Sistema di posizionamento
I satelliti forniscono GPS
La loro posizione INS
MAG
Un orario preciso
Le distanze sono determinate dal tempo di viaggio
del segnale
Il ricevitore calcola la posizione attraverso
I dati di almeno 4 satelliti
I valori da calcolare sono 4: posizionamento lungo gli assi X,Y,Z e il
tempo
Informatica per il territorio
12 luglio 2010
24. Posizionamento - GPS
1 satellite: superficie di una sfera
2 satelliti: cerchio di intersezione
3 satelliti: punto di intersezione
Assunzione: i segnali di ciascun Sfortunatamente
satellite si diffondono in maniera
lineare ed a velocità costante sbagliato
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Seite 24
25. GPS – Fonti di errore
Fonti di errore:
riflessione del segnale
Frequente nelle aree urbane
e sugli specchi d’acqua.
Riconoscibile se il segnale di
un satellite viene identificato
più volte dal drone i dati
errati sono scartati
Non distinguibile se il segnale
è ricevuto solo una volta
I dati errati possono portare
ad errori improvvisi nelle
manovre di volo
Informatica per il territorio
Seite 25
26. GPS – Fonti di errore
Fonti di errore: attenuazione
del segnale
Alla periferia delle città,
accanto alle montagne, ai
margini dei boschi
Perdita di accuratezza
Frequente in fase di
decollo e di atterraggio
L’accuratezza aumenta con
la quota di volo
Informatica per il territorio
Seite 26
27. INS
Riconoscimento dei movimenti tramite sistema inerziale
Il sistema include:
3 sensori accelerazione per movimenti lineari
3 sensori per movimenti circolari
Movimenti tracciati lungo tutti e tre gli assi
Informatica per il territorio
Seite 27
28. Rilievo di edifici
Fotogrammetria da immagini nadirali
Modellistica di scavo e di oggetti naturali
ESEMPI
12/07/2010 28
29. Rilevo di edifici
Rilievo di un’area in via di riqualificazione
Palermo, centro storico
Consorzio Ticonzero
Obiettivo: restituzione CAD degli ingombri
degli edifici e dei manufatti presenti nell’area
in esame
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30. Fasi di lavoro
Analisi dell’area:
Ingombri massimi area
Analisi eventuali ostacoli e
interferenze
elettromagnetiche
Punti GPS
Punti stazione totale
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31. Fasi di lavoro
Pianificazione del volo
Utilizzo del software di
controllo e pianificazione voli
per md4-200* e di utility di
calcolo
Input: quota di base, overlap
e sidelap, caratteristiche
ottiche della fotocamera,
footprint attesa, dimensione
in metri del pixel, …
* md cockpit
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32. Fasi di lavoro
Sul campo
Calibrazione fotocamera
Esecuzione dei voli
Automatico: 50 immagini 2 voli in
automatico, 45 minuti sul campo
Manuale: esecuzione di coperture in
aree a rischio troppo elevato per il
volo automatico (accuratezza
posizionamento GPS)
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33. Fasi di lavoro
Acquisizione immagini
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34. Fasi di lavoro
Elaborazione:
inserimento dei
punti della stazione
totale e calcolo degli
orientamenti esterni
in Photomodeler
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35. Fasi di lavoro
Elaborazione: individuazione dei punti e dei
lineamenti principali in Photomodelerer
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36. Fasi di lavoro
Elaborazione: individuazione dei punti e dei
lineamenti principali in Photomodelerer
Informatica per il territorio
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37. Fasi di lavoro
Restituzione
CAD degli
ingombri
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38. Fotogrammetria
Rilevamento fotogrammetrico di uno scavo
archeologico attivo
la Pieve di San Pietro in Pava, a San Giovanni D'Asso
(SI)
LAP&T (Laboratorio di Archeologia del Paesaggio e
Telerilevamento, Università di Siena) e Zenit srl, 2008
Obiettivo: documentazione delle diverse fasi
dello scavo mediante modelli stereoscopici e
3D
Informatica per il territorio
39. Fasi di lavoro
Analisi dell’area:
rilevamento con
GPS differenziale
degli ingombri
massimi
dell'area attiva
Informatica per il territorio
40. Fasi di lavoro
Pianificazione del volo
Utilizzo del SW di pianificazione voli per md4-200
in ambiente GIS,
Input: quota di base, overlap, sidelap,
caratteristiche ottiche della fotocamera (focale,
dim. sensore, ...), footprint attesa, …
Informatica per il territorio
41. Fasi di lavoro
Esecuzione dei voli :
112 immagini → 3 voli distinti, 70 minuti sul
campo
Informatica per il territorio
42. Fasi di lavoro
Elaborazione (SW per fotogrammetria di
immagini, risultati delle telemetrie e dati di
volo)
Informatica per il territorio
44. Fotogrammetria
Rilevamento fotogrammetrico di uno scavo
archeologico attivo
Parco di Veio
Zenit srl e Menci Software, 2010
Obiettivo: modellazione 3D dello scavo
archeologico
Informatica per il territorio
45. Fasi di lavoro
Analisi dell’area
Pianificazione
Informatica per il territorio
46. Fasi di lavoro
Esecuzione del volo
Informatica per il territorio
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47. Fasi di lavoro
Ricostruzione degli orientamenti esterni
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48. Fasi di lavoro
Modello preliminare a 30 mm
Informatica per il territorio
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49. Fasi di lavoro
DEM a 7 mm
Informatica per il territorio
12 luglio 2010
50. Fasi di lavoro
Vista nadirale ricostruita area grande
Informatica per il territorio
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51. Fasi di lavoro
DEM a 7 mm
Informatica per il territorio
12 luglio 2010
52. Telerilevamento
Valutazione di salute e produttività in vigneto con
indagine IR aerea di prossimità
Volpera di Adro (BS)
Precision Farming srl, Terradat srl, Zenit srl, 2008 e 2009
Obiettivi: studio di fattibilità, messa in opera di
procedure esecutive
2008: test di osservazione con una videocamera per
visione notturna filtrata, montata su md4-200
2009: test operativo con SigmaDP1 (gamma: 180 -
1200nm), filtrata e montata su md4-200
Informatica per il territorio
53. Fasi di lavoro
Pianificazione
Determinazione da repertorio cartografico dei
confini dell'area di interesse
Utilizzo del SW di pianificazione voli per md4-200
in ambiente GIS
Input: quota di base, area di interesse, quota
massima, caratteristiche ottiche della fotocamera
(focale, dim. sensore, ...)
Informatica per il territorio
54. Fasi di lavoro
Esecuzione voli
16 immagini
(8 visibile + 8 IR)
2 diversi filtri
applicati con
ritorno alle
stazioni della
prima ripresa
Informatica per il territorio
55. Fasi di lavoro
Esempio di scatti in visibile e IR
Informatica per il territorio
56. Fasi di lavoro
Verifica sul campo della copertura
Informatica per il territorio
57. Fasi di lavoro
Elaborazione immagini
Contrasto: stretching
lineare
Correzione prospettica:
risultati delle telemetrie
e dati di volo e GCP ed
elaborazione immagini
rettificate in color-slicing
Informatica per il territorio
58. Risultati: confronto satellite - drone
NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) IR da drone – Ottobre 2009
da ortofoto MS – Giugno 2009
Informatica per il territorio