Aerofotogrammetria da drone

AEROFOTOGRAMMETRIA CON DRONI PROFESSIONALI

Grazie ai droni è oggi possibile acquisire informazioni territoriali in pochissimo tempo, ottimizzando i costi senza rinunciare a risultati di qualità e precisione. Con gli Aeromobili a Pilotaggio Remoto (APR) è possibile far evolvere la topografia classica, integrandola con dati di qualità superiore.

AEROFOTOGRAMMETRIA ED ELABORAZIONE IMMAGINI

Con la fotogrammetria aerea è possibile ottenere informazioni metriche (forma e posizione) e tridimensionali (di terreni, manufatti, etc.) grazie all'utilizzo di determinati algoritmi che analizzano le immagini scattate da un sensore collocato su un aeromobile.

La miniaturizzazione delle componenti consente oggi di applicare piccoli sensori su piccoli aeromobili, appunto i droni: grazie alla possibilità di utilizzare congiuntamente sensori RGB, all'infrarosso vicino (NIR) e anche al termico, questi mezzi consentono di acquisire una quantità significativamente superiore di informazioni territoriali che integrano i dati acquisiti a terra con la topografia classica. Il tutto reso possibile dalla bassa quota di volo (tipicamente tra 20 metri e 50 metri).

L'utilizzo di mezzi aerei a pilotaggio remoto o UAV costituisce ad oggi una delle tecnologie più avanzate ed economiche nel campo del rilievo aerofotogrammetrico. I sempre più robusti e avanzati algoritmi di analisi dell'immagine sono oggi in grado di restituire in maniera rapida ed estremamente precisa nuvole di punti e modelli 3D sia di terreni che di architetture.

Ad esempio è possibile creare una mappa 3D di un campo con poche sessioni di volo, generando un modello che può essere facilmente importato in ambiente CAD per la pianificazione della distribuzione corretta di colture e sistemi di irrigazione. Oppure si può ottenere il modello 3D di una facciata architettonica dalla quale ricavare un'ortofoto per computi metrici a fini di restauro, sostituzione di infissi, etc.

Attraverso la fotogrammetria aerea con sistemi SAPR è possibile dunque ottenere mappe e modelli tridimensionali di edifici, monumenti, siti archeologici, terreni, cave, frane, depositi di materiali, per il calcolo di volumetrie, la generazione di planimetrie, la creazione di contenuti digitali da condividere sul web.

Principali vantaggi dell'uso di droni per rilievi aerofotogrammetrici:

  • velocità di esecuzione
  • abbattimento dei costi
  • possibilità di rilevare aree non accessibili (pendii, costoni rocciosi, frane, cave, etc.)
  • ottenere nuvole di punti, DSM e curve di livello per il calcolo di volumi e superfici anche in ambiente BIM
  • integrare i rilievi da terra tramite laser scanner

Ecco alcuni esempi di applicazioni pratiche che è possibile porre in essere con un rilievo aerofotogrammetrico:

curve di livello aerofotogrammetria da drone

È possibile ottenere facilmente curve di livello e modelli DSM, oppure filtrare la nuvola di punti per ottenere DTM

GENERAZIONE DI ORTOMOSAICI GEOREFERENZIATI

Con l'aerofotogrammetria è possibile generare immagini GeoTIFF, ovvero immagini in formato TIFF contenenti informazioni geospaziali che appositi software utilizzano per collocare correttamente un'immagine raster nello spazio.

In particolare i software GIS saranno in grado di caricare la cartografia pubblica (ricavata ad esempio dal Portale Cartografico Nazionale, PCN) e sovrapporre ad essa i nostri GeoTIFF, che essendo correlati ad un sistema di coordinate GNSS sono georeferenziate e metricamente corrette.

Ortofoto aerofotogrammetria da drone

NUVOLA DI PUNTI

L'analisi delle immagini porta alla generazione di una nuvola di punti tridimensionale (point cloud), ovvero che associa ad ogni punto informazioni di posizione (X, Y, Z) e colore (RGB), utile per visionare strutture tridimensionali quali oggetti e superfici in rilievo.

In applicazioni professionali è possibile classificare e filtrare queste nuvole di punti per ricavare dettagliate informazioni relative al suolo senza vegenetazione, ciò che in topografia di definisce DTM, Digital Terrain Model. Ad esempio un software come LASTool, che lavora sul formato .LAS, ovvero un formato che assegna ad ogni punto della nuvola una classe, consente il filtraggio della point cloud conservando l'integrità spaziale della stessa, ricavando dataset a valore aggiunto senza alterare la nuvola di punti.

Di seguito l'esempio di un intero sito archeologico (Privernum, LT), la cui nuvola di punti è stata ottenuta da aerofotogrammetria con drone:

Privernum: nuvola di punti da aerofotogrammetria con drone

Privernum: nuvola di punti da aerofotogrammetria con drone

MODELLO 3D

Il processo finale del rilievo è la possibilità di generare un modello 3D, ovvero la rappresentazione matematica di un oggetto o una scena in 3 dimensioni.

A partire da dati non strutturati, come la nuvola di punti, il software genera dati strutturati, la mesh, che può essere ulteriormente lavorata con appositi software all'interno di progetti di grafica virtuale, broadcasting, mondi virtuali, ricostruzioni 3D, realtà aumentata, game engine, stampa 3D, prototipazione, etc.

La mesh può contenere informazioni di colore RGB per ogni suo poligono, oppure può essere ulteriormente caratterizzata grazie alla texture ottenuta dalle fotografie, che migliora ed enfatizza il colore ma soprattutto rende il modello fotograficamente più fedele al vero.

modello mesh 3D aerofotogrammetria da drone

La mesh 3D ottenuta con rilievo aerofotogrammetrico da drone: GSD 1 cm

PRENOTAZIONE VOLO

Fotogrammetria topografica

  • DEM (Digital Elevation Model) / DTM (Digital Terrain Model)
  • Ortofotografie di terreni, scavi archeologici, etc.
  • Curve di livello da modelli 3D

Fotogrammetria architettonica

  • Modelli 3D di edifici, monumenti, siti archeologici
  • Ortofoto di facciate
  • Integrazione con dati laser scanner per le coperture degli edifici
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Metodologia operativa

Tutti i rilievi da drone, per qualsiasi tipo di utilizzo, possono contenere informazioni geografiche per la georeferenziazione a fini GIS. Per ottenere la massima accuratezza in termini di coordinate geografiche, non facciamo uso dei sistemi GPS integrati nei droni, ma di sofisticati sistemi topografici GNSS RTK progettati da GeoMax.

I moduli integrati nei droni sono basati sul concetto del data logger e utilizzano economici chipset MTK o SiRF Star, nessuno dei quali è in grado di raggiungere una precisione di posizione inferiore ai 2,5 metri, insufficiente per ottenere un modello 3D realmente accurato. Posizionando sul terreno dei marker e geolocalizzandoli tramite strumentazione GNSS professionale GeoMax dotata di chipset Novatel a doppia frequenza e Tecnologia Q-LockTM, siamo in grado di produrre modelli basati su coordinate geografiche con precisione cinematica orizzontale di 10 mm.

Questo permette ai software di analisi d'immagine e ricostruzione spaziale di avere riferimenti metrici di altissima precisione: the state-of-the-art of automated photogrammetry (lo stato dell'arte della fotogrammetria automatizzata).

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