modelli 3d

Livio Pinto

DICA - Sez. Geodesia e Geomatica

Attività con droni aerei: quali mezzi e quali sensori per

rilevazioni sempre più affidabili

Casi Applicativi

DRONITALY – Fiera di Modena 30 settembre 2016

DICA, Politecnico di Milano

IL GRUPPO DI LAVORO 2

Prof. Livio Pinto

Dr. Giovanna Sona Ing. Daniele Passoni

Ing. Diana Pagliari

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.


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


TECNICHE DI RILIEVO 3D A CONFRONTO

(Remondino F., Nex F. - UAV for 3D mapping applications: a review)


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.

IL METODO FOTOGRAMMETRICO


LA RESTITUZIONE DEI PRODOTTI FOTOGRAMMETRICI


DSM/DTM

I PRODOTTI FOTOGRAMMETRICI

ORTOFOTO

MODELLI 3D


I SOFTWARE FOTOGRAMMETRICI

Software aerofotogrammetrici classici (LPS, Gcarto…)

Software

fotogrammetrici close

range (Photomodeler)

Software di matrice Computer Vision: AGISOFT Photoscan, Pix4D, MICMAC,….


LE PRECISIONI ATTESE

Sono valide le classiche regole della fotogrammetria:


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

• 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


MULTIROTORE

+ Sistema aperto (camera, sensori

di navigazione, ecc.)

+ Payload

+ Governo della fotocamera

+ Prese inclinate e ravvicinate

- Autonomia di volo

- Sicurezza

MULTIROTORE VS ALA FISSA

I VELIVOLI 13

. 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.

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.

Aibotix - Leica

Anteos - Aermatica

Falcon 8 - Topcon

Aeromax - Microgeo


I VELIVOLI: ALAFISSA

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.

Sirius - Topcon

Ifly - Microgeo

Ebee - Sensefly


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.


Il sensore deve essere scelto in funzione dello scopo dell’applicazione,

tenendo conto dell’APR a disposizione per trasportarlo.

I SENSORI

Sensore

Camera digitale RGB

Camera digitale NIR/falso colore

Multispettrale/iperspettrale

IR Termico

LIDAR


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

Inquadramento cartografico

Gossolengo (PC)

Calcolo di volumi di cava

Modello 3D

Prodotti del rilievo: • Ortofoto • Modello 3D • DSM del cumulo per calcolo volumi • Comparazione di soluzioni con SW differenti • Valutazione di differenti configurazioni di

appoggio

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)

Modello 3D

Prodotti del rilievo: • Ortofoto • Modello 3D • DSM del cumulo per calcolo volumi • Confronto delle superfici prima e dopo la

pulizia dell’invaso

Calcolo di volumi di flushing di una diga

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)

Rilievo estivo Sensefly swinglet CAM

Terradat

Immagini campione


Malghera SO)

Rilievo realizzato per la valutazione dei volumi della coltre nevosa

presso il nevaio Malghera in valgrosina per valutazioni idrologiche.

(20 ha)

Rilievo invernale Sensefly swinglet CAM

Terradat

Immagini campione


Malghera SO)


Modello 3D

Prodotti del rilievo: • Ortofoto estiva/invernale • Modelli 3D • DSM estivo/invernale • Calcolo del volume della coltre nevosacome

differenza dei DSM

Modello 3D



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) Volo realizzato con 4 strisciate a 40 metri di quota di lunghezza 50m e

interasse 15m, GSD = 1cm

Immagine campione

Cascina Linterno (Mi)


Modelli 3D della Cascina Linterno (MI)

Prodotti del rilievo: • Ortofoto di precisione • Modello 3D dei tetti

Indagine strutturale e rilievo di ponti e viadotti

Immagine campione

Santa Giulia Milano (MI)

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)


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 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)

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)

Immagini campione

Zona test: Landriano (Lo)




Ort

ofo

to R

GB

Prodotti del rilievo: • Ortofoto Mulisensore/Multitemporali • Modello 3D • DSM • NDVI multispetrale/multitemporale

Ort

ofo

to N

IR

Suolo nudo Mais

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


Parco Adda Nord

Zona da rilevare e punti di appoggio rilevati con strumentazione GPS + piano di volo

I VOLI

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

Ortofoto NIR

Prodotti del rilievo: • Ortofoto Mulisensore/Multitemporali • Modello 3D • DSM • Analisi multispettrale/multitemporale per il

riconoscimento automatico di specie alloctone

INDAGINI GEOLOGICHE E GEOTECNICHE

Ricostruzione stratigrafica di un versante

Rilievo di una scarpata franosa presso le rive dell’Adda in località Tirano

(Valtellina)


Immagine campione


Tirano

Ricostruzione stratigrafica di un versante

Modello 3D

Prodotti del rilievo: • Modello 3D • Ortofoto del versante • Calcolo delle quote delle fratture del terreno

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)

Immagine campione

Inquadramento geografico

Sensefly ebee POLITO

Prodotti del rilievo: • Modello 3D • Ortofoto del ghiacciaio • Evoluzione del ghiacciaio nel tempo

Ricostruzione multitemporale dell’evoluzione morfologica di un ghiacciaio

..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 «low-cost».

Inquadramento cartografico Immagine del rilievo

Piazza Leonardo da Vinci Milano (MI)

Modello 3D

UAV: Un Altro punto di Vista

GRAZIE PER

L’ATTENZIONE!!

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