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Pagina 1 di 20 Mandataria Mandanti
INDICE
1 PREMESSA ..................................................................................................................................... 2
2 IL RILIEVO GNSS ............................................................................................................................. 3
2.1 STRUMENTAZIONE UTILIZZATA .................................................................................................. 6
3 IL RILIEVO FOTOGRAMMETRICO CON SISTEMI U.A.V. ....................................................................... 8
3.1 STRUMENTAZIONE UTILIZZATA ................................................................................................ 10
4 IL RILIEVO CON TECNOLOGIA MISTA DI SISTEMA UAV E GNSS ......................................................... 11
4.1 INQUADRAMENTO DELLE AREE ................................................................................................ 11
4.2 RILIEVI UAV ............................................................................................................................ 13
4.3 RILIEVI GNSS ........................................................................................................................... 15
4.4 ELABORAZIONE E RESTITUZIONE .............................................................................................. 15
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1 PREMESSA
A seguito dell’incarico ricevuto dal Consorzio Stabile Infratech, la Soluzioni Geotecniche s.r.l. ha
eseguito una campagna di rilievi topografici con tecnologia mista U.A.V. ‐ GNSS per le aree
afferenti il Grande Progetto Bandiera Blu ‐ Lotto1.
Il piano di indagine, come da apposito ordine di lavoro, si è concretizzato nella realizzazione di:
rilievo UAV di 50 km circa di aree oggetto di studio
rilievo GNSS di targets e punti quotati di 56 km circa
restituzione di ortofoto, nuvola di punti, curve di livello e punti quotati in tavole
dwg in scala 1:1000.
Si allega alla presente la monografia della Stazione Permanente di Carinola della Regione
Campania.
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2 IL RILIEVO GNSS
Il sistema GPS, acronimo di Global Positioning System, consente la localizzazione di entità sulla
superficie terrestre, facendo riferimento alla posizione di satelliti in orbita intorno alla Terra. Fu
introdotto inizialmente soltanto per scopi militari dall’esercito americano, che tuttora lo
gestisce, ma è oggi ampiamente utilizzato anche per scopi civili. Con il termine GPS si indica,
propriamente, soltanto il sistema di posizionamento americano, ma esiste anche un sistema di
posizionamento satellitare russo (GLONASS).
L’insieme dei di diversi sistemi di posizionamento satellitare prende il nome di Global Navigation
Satellite System (GNSS).
Obiettivo del sistema GPS, e di tutti i sistemi GNSS, è quello di determinare in tempo reale, la
posizione di un osservatore rispetto a un sistema di riferimento geocentrico (sistema WGS84,
quota misurata come altezza sull'ellissoide).
L’informazione sulla posizione è ottenibile istante per istante da un sistema di satelliti in orbita
attorno alla terra. Appositi strumenti (ricevitori GPS) sono in grado di captare il segnale radio
emesso dai satelliti e di determinare la posizione dell’osservatore.
Il segnale GPS ha tre componenti che servono per effettuare diversi tipi di posizionamento.
1. Ciascun satellite tra quelli visibili al ricevitore invia un proprio segnale su due
frequenze (componente portante):
L1 = 1575.42 MHz
L2 = 1227.60 MHz
2. Attraverso la modulazione di ampiezza, vengono generati anche diversi codici
(componente impulsiva):
• codice C/A (Coarse acquisition), modula la sola portante L1;
• codice P (Precision), modula entrambe le portanti ed è riservato ad usi militari (criptato
prende il nome di codice Y).
3. Ogni satellite anche un messaggio D che trasmette importanti informazioni, quali le
effemeridi dei satelliti (parametri orbitali), stato di salute, precisione degli orologi (componente
messaggio).
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In base alle diverse componenti del segnale, possono essere effettuati diversi tipi di misure
con diversa precisione:
misure di codice. Utilizzano la componente impulsiva (codice C/A o codice P se disponibile).
Si basano sulla misura del “tempo di volo” e sulla correlazione tra il segnale emesso dai
satelliti e quello generato dal ricevitore;
misure di fase. Utilizzano la componente portante nelle frequenze L1 e L2. Si basano sulla
misura delle differenze di fase tra il segnale emesso dai satelliti e quello generato dal
ricevitore.
Per ottenere una posizione di precisione (centimetrica) si utilizzano sistemi con correzione
differenziale costituiti da un ricevitori a ricezione di fase e doppia frequenza ed un secondo
ricevitore GPS su postazione fissa la cui posizione sia stata determinata per via geodetica. Istante
per istante la stazione fissa (detta master) calcola gli errori di codice e fase, confrontando il dato
di posizione ricevuto dai satelliti con la propria posizione nota. Gli scarti calcolati per la stazione
fissa vengono utilizzati per correggere gli errori di misura del ricevitore mobile (detto rover).
La correzione può avvenire in tempo reale (RTK, cioè real time kinematic) o in un secondo
momento (post‐processing), utilizzando i dati storici delle variazioni di codice e fase (rilievo
statico) registrati dal ricevitore master.
La stazione master che consente il calcolo delle misure di correzione può essere:
temporanea (Fig. 1), quando si tratta di un ricevitore mobile analogo a
quello utilizzato per le misure, che viene collocato in corrispondenza di un
punto di coordinate note (ad es. vertice trigonometrico);
permanente (Fig. 2), se si tratta di una postazione ricevente fissa (di solito
installata presso un ente pubblico o di ricerca) che acquisisce in modo
continuo dati di posizione GPS. I dati di correzione acquisiti dalle stazioni
master possono essere trasmessi in tempo reale al ricevitore rover tramite
radio o GSM (protocollo RTCM) oppure archiviati in appositi formati di
scambio (RINEX) e utilizzati successivamente per la correzione.
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Fig. 1: Stazione temporanea GNSS Fig. 2: Stazione Permanente GNSS
L’insieme di più stazioni permanenti collegate tra loro prende il nome di rete di posizionamento
GPS e consente di potenziare ulteriormente la funzione delle stazioni permanenti ai fini della
correzione differenziale; i dati di correzione provenienti dalle singole stazioni vengono gestiti in
modo unitario per assicurare una copertura completa e omogenea del territorio.
Nel presente lavoro si è utilizzata la Rete di Stazioni GNSS della Regione Campania (Fig. 3). Tale
Rete è stata progettata affinché l'intero territorio regionale risultasse coperto dalle Stazioni
Permanenti con un'interdistanza non superiore ai 70 km: questo per assicurare un buon rapporto
tra affidabilità dei risultati e minor numero di Stazioni da installare.
Il numero necessario di Stazioni Permanenti è pari a 13.
La rete è stata realizzata dall'azienda Geotop Srl ‐ Ancona che ha vinto l'appalto.
I ricevitori satellitari sono Topcon NET G‐3, capaci di tracciare le tre costellazioni: GPS, GLONASS E
GALILEO.
Nell'area coperta dalla Rete Permanente, dunque, si può operare con un solo ricevitore,
acquisendo la correzione RTK (codice e fase) dalla stazione più vicina della rete. L'acquisizione può
avvenire mediante collegamento telefonico GSM o via Internet collegandosi a un caster e
utilizzando il protocollo NTrip.
Si allega alla presente la monografia della stazione permanente di Carinola in quanto più vicina alle
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aree dei rilievi effettuati.
Fig. 3: Stazione Permanente GNSS della Regione Campania.
2.1 STRUMENTAZIONE UTILIZZATA
I rilievi in oggetto sono stati effettuati con la seguente strumentazione:
Ricevitore GNSS (Fig. 4)
120 Canali paralleli e indipendenti
Ricezione GPS: L1, L2, CA, L1P, L2P, L2C
Ricezione GLONASS: L1, L2, L1CA, L2CA, L1P, L2P
Possibilità di lavorare con codice crittografato
Inizializzazione automatica anche in movimento (OTF)
Modulo RTCM input/output
Real time output NMEA
Modulo RTK (RTCM 2.x /3.x , CMR,CMR+,TPS)
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Possibilità di connettersi a Stazioni Permanenti o Reti tramite le modalità VRS, FKP
RTCM 3.x tramite GSM e GPRS/HSDPA/UMTS (NTRIP)
Modalità di lavoro supportate: statico, statico rapido, stop and go, cinematica, real time
Antenna GPS/GLONASS/GALILEO con tecnologia Fence Antenna™ integrata
PRECISIONE DEL
SISTEMA
ORIZZONTALE � VERTICALE�
STATICO/STATICO RAPIDO 3mm + 0.5ppm (x baseline
5mm + 0.5ppm (x baseline length)
CINEMATICO/ RTK 10mm + 1.0ppm (x baseline
length)
15mm + 1.0ppm (x baseline length)
DGPS/DGNSS 40cm
60cm
Tab. 1:‐ Schema delle precisioni dell'antenna GNSS utilizzata.
Ricevitore ‐ Controller T‐GIS UMTS (Fig. 5)
Sistema operativo Windows Mobile 6.5
Processore 806 MHz
Porta seriale RS‐232
Schermo a Colori TFT 3,5” retroilluminato 320x240
Sistema touch screen
Tastiera numerica più tasti F
GPS con correzione DGPS e WAAS/EGNOS
Fotocamera Integrata
Bluetooth
WLAN: 802.11b/g integrato
GSM integrato
Le trasformazioni in quota sono state effettuate passando dall'altezza elissoidale al Geoide EGM
2008.
� La precisione nelle misure è legata a vari fattori tra i quali: il numeno di satelliti, la loro geometria, tempo di osservazione, precisione
effemeridi, condizioni ionosferiche, multipath, ecc..
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Fig. 4: Ricevitore GNSS. Fig. 5: Controller T‐GIS.
3 IL RILIEVO FOTOGRAMMETRICO CON SISTEMI U.A.V.
La fotogrammetria è una tecnica di rilievo nata verso metà dell’Ottocento che si basa su un
insieme di procedure utili per la ricostruzione metrica di oggetti nello spazio partendo da immagini
fotografiche.
Rispetto al rilievo diretto, basato su misure dirette a terra, la fotogrammetria consente di valutare
le proprietà geometriche degli oggetti senza entrare in contatto diretto con essi, rende possibile
l’acquisizione di un elevato numero di informazioni contemporaneamente e permette di ripetere
le misurazioni in fase di post‐processamento delle immagini. Dal punto di vista storico, per circa
sessant’anni la trasformazione proiettiva della fotogrammetria si è basata su differenti e, a volte,
complessi strumenti analogici.
Con lo sviluppo del calcolatore elettronico si è passati dalla fotogrammetria analogica a quella
analitica che ha permesso di rendere più veloce il processo di lavoro, aumentandone anche la
produttività. Nella seconda metà degli anni Ottanta infine, con lo sviluppo dell’elettronica e
dell’informatica, nasce la fotogrammetria digitale: le camere fotogrammetriche a pellicole lasciano
il posto a immagini di tipo matriciale caratterizzate dall’unità base detta pixel.
A seconda del tipo di rilievo effettuato e del soggetto da riprodurre, la fotogrammetria poteva
essere suddivisa in:
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fotogrammetria aerea e da satellite, per rilievi di superficie terrestre per produzione e
aggiornamento di cartografia, produzione DTM1 – DSM2 e ortofoto3;
fotogrammetria terrestre, per rilievi ingegneristici e architettonici per il monitoraggio di
danni a edifici e il posizionamento preciso di strutture, rilievi di oggetti o esseri viventi.
Attualmente però questa distinzione non è così netta come in passato. Infatti la fotogrammetria è
forse, ai giorni nostri, una di quelle scienze che più delle altre ha beneficiato della ricerca e dello
sviluppo di nuove soluzioni in grado di migliorare le condizioni di lavoro ma anche il prodotto in
uscita dal processo fotogrammetrico. Da una parte si è assistito ad un miglioramento dal punto di
vista tecnologico con la nascita di nuovi software, commerciali e non, che permettono un
maggiore grado di automazione del processo, e di nuove strumentazioni utili a migliorare la
qualità e le modalità del rilievo come ad esempio nuove camere digitali di dimensioni più
compatte e sistemi GPS più performanti.
Dall’altra, grazie a nuovi studi e ricerche, sono state sviluppate piattaforme aeree, non
convenzionali, da utilizzare per effettuare il rilievo fotogrammetrico. I droni o Unmanned Aerial
Vehicle (UAV) possono essere definiti come veicoli aerei che non richiedono la presenza di un
pilota a bordo, controllati in modo automatico o semi‐automatico, che fungono da vettore per
sostenere una fotocamera digitale calibrata preposta all’acquisizione di immagini con criterio
fotogrammetrico. Nella Fig. 6 e Fig. 7 sono riportati le due tipologie di UAV largamente utilizzati. Il
primo, UAV planante, è maggiormente indicato per rilievi ad ampio raggio con volo
prevalentemente orizzontale, mentre il secondo, UAV a multirotore, si adatta maggiormente ad
aree ristrette con logistica complessa e, variando l’inclinazione della fotocamera, può scattare
immagini dal verticale all’orizzontale.
1 DTM: modello digitale del terreno. Rappresenta un file digitale con le quote della superficie del terreno a intervalli regolarmente
spaziati sul piano orizzontale. 2 DSM: modello digitale delle superfici. Rappresenta in forma digitale le quote della parte superiore del terreno comprensivo degli edifici,
delle infrastrutture e degli alberi. 3 Ortofoto: immagine che è stata geometricamente corretta e georeferenziata in modo tale che la scala dell’immagine sia uniforme, e la
foto possa quindi essere considerata equivalente ad una mappa.
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Fig. 6: Vettore U.A.V. planante ad ala fissa. Fig. 7: Vettore U.A.V. esacottero a rotore.
Con l’introduzione di questi nuovi sistemi di rilievo, è cambiata la classificazione della
fotogrammetria che si può dividere in tre differenti classi:
‐ fotogrammetria aerea;
‐ fotogrammetria terrestre;
‐ fotogrammetria con UAV.
3.1 STRUMENTAZIONE UTILIZZATA
Vista l'elevata estensione delle aree in oggetto, per i rilievi si è optato per l'utilizzo di un vettore
UAV planante ad ala fissa (fig. 6) avente le seguenti caratteristiche:
Sensefly Swinglet
Larghezza ali: 80 cm
Peso : 500 gr
Camera: Canon16MP integrata e calibrata
Autonomia: 30 min per batteria
Portata radio: 1.3 Km
Velocità di crociera: 10 m/sec
Velocità del vento supportata: 7 m/sec (25 km/h).
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4 IL RILIEVO CON TECNOLOGIA MISTA DI SISTEMA UAV E GNSS
Per il rilievo delle aree in oggetto sono state utilizzate congiuntamente entrambe le tecnologie
UAV e GNSS, già singolarmente descritte.
Il lavoro eseguito può essere riassunto attraverso le seguenti fasi:
Fase 1: Inquadramento delle aree
individuazione delle aree;
sopralluoghi conoscitivi;
analisi logistica, morfologica ed urbanistica.
Fase 2: Rilievi
progettazione dei piani di volo del sistema UAV;
messa a terra dei targets di riferimento;
esecuzione dei voli e realizzazione delle foto aeree;
rilievi GNSS.
Fase 3: Elaborazione e Restituzione
Upload delle immagini, scelta delle immagini da utilizzare ed equalizzazione delle stesse;
matching tra le varie immagini e scelta della Bundle Strategy;
georeferenziazione attraverso il posizionamento dei G.C.P.;
generazione di DTM, DSM, nuvola di punti e ortofoto;
analisi stereoscopica;
restituzione vettoriale di curve di livello e punti quotati
4.1 INQUADRAMENTO DELLE AREE
Le aree rilevate sono relative al "Grande Progetto la Bandiera Blu del Litorale Domitio" ‐ Lotto1
(Fig. 8).
I rilievi hanno interessato tre comuni della Regione Campania: Carinola, Sessa Aurunca e Cellole.
Trattandosi di territori relativamente vasti, le morfologie si presentano abbastanza articolate con
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aree che passano da sub‐pianeggianti, in prossimità delle fasce pedemontane e dei litorali marini,
a debolmente inclinate ed inclinate, lungo i versanti e sulle aree sommitali dei rilievi.
Sono state rilevate aree per un'estensione lineare di 56 km circa, la maggior parte delle quali
coincidenti con sedi stradali.
Fig. 8: Stralcio delle tavole IGM a scala 1:25.000 con evidenza delle aree rilevate e dei limiti dei comuni interessati.
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4.2 RILIEVI UAV
Una volta acquisite tutte le informazioni sulle aree da rilevare si è passati alla pianificazione dei
piani di volo del sistema UAV. Tale fase risulta essere determinate per una buona riuscita del
rilievo fotogrammetrico. Infatti durante la pianificazione, attraverso software specifici, si
identificano:
il numero di voli necessari alla copertura dell'area;
durata del volo;
percentuale di sovrapposizione laterale e longitudinale delle foto;
altezza di volo.
Quest'ultimo processo è significativo per l'assegnazione del GSD (Ground Sample Distance) e la
definizione del pixel a terra.
La fase di pianificazione dei rilievi aerei consente anche l'individuazione delle aree dove ubicare i
targets (Fig. 9 e Fig. 10). Tali target artificiali, uniti ad eventuali target naturali e/o antropici,
consentiranno l'individuazione dei GCP ed una corretta georeferenziazione dei rilievi
fotogrammetrici.
Fig. 9: Target artificiale. Fig. 10: Target visto dal fotogramma.
Per le riprese fotogrammetriche sono stati realizzati n. 50 voli con altezze dal suolo comprese tra i
130 ed i 160 m. Le risoluzioni delle immagini scattate sono comprese tra i 4 ai 6 cm/pixel.
Di seguito si riportano alcune foto dell'attività di rilievo con sistema UAV.
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Fig. 11: Vettore UAV utilizzato. Fig. 12: Base di volo a Baia Domitia (Cellole).
Fig. 13: Lancio del UAV. Fig. 14: Base di volo ad Avezzano (Sessa
Aurunca).
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4.3 RILIEVI GNSS
Il rilievi con sistema GNSS (Fig. 15 e Fig. 16) hanno consentito la georeferenziazione dei targets
artificiali, naturali e antropici per la definizione dei G.C.P. e allo stesso tempo il rilievo topografico
di aree non perfettamente visibili nel prodotto fotogrammetrico.
Fig. 15: Rilievo GNSS di target antropico. Fig. 16 : Rilievo GNSS di un punto quotato
Il sistema di riferimento utilizzato per il presente lavoro è UTM WGS84 Fuso 33T.
4.4 ELABORAZIONE E RESTITUZIONE
Come già accennato precedentemente, i dati rilevati con tecnologia mista UAV ‐ GNSS sono stati
utilizzati per fornire strumenti topografici e fotogrammetrici di supporto alla progettazione delle
opere in oggetto.
Questa fase di lavoro si è avvalsa di software di fotogrammetria digitale e cartografia digitale (GIS
e CAD).
La prima parte di lavoro ha previsto l'Upload delle immagini, la scelta delle immagini da utilizzare
ed equalizzazione delle stesse.
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Le strisciate aree individuate sono state legate tra loro attraverso un matching ovvero attraverso
un processo che stabilisce punti di legame (tie points) tra tutte le immagini adiacenti. Questo
processo avviene automaticamente attraverso la scelta di un algoritmo di bundle adjustment:
GPU Descriptors Maching, Descriptors Maching, Template Maching, Optical Flow Matching,
Enhanced Descriptors Maching.
Alla fine del processo, il modello stereoscopico è implementato ed è georiferito attraverso i dati
GPS provenienti dal sistema UAV con ordine di precisione metrica. La gereferenziazione è dunque
completata attraverso l'inserimento dei punti GCP, già precedentemente descritti, che elevano il
modello ad una precisione centimetrica. Tali punti, omogeneamente distribuiti nell'area di
interesse e rilevati topograficamente, coincidono con i targets, posti a terra precedentemente ai
rilievi aerei (Fig. 9), o con elementi naturali e/o antropici visibili sulla superficie quali rocce, chiusini
di sottoservizi, strisce pedonali, elementi di arredo urbano superficiali ecc..
A questo punto è possibile generare dal modello, in maniera automatica e/o semi‐automatica, una
serie di prodotti cartografici quali: DTM, curve di livello, ortofoto (Fig. 17), DSM e nuvola di punti
(Fig. 18).
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Fig. 17:DTM, isoipse ed ortofoto dell'area rilevata a Casale di Carinola.
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Fig. 18: Modelli a nuvola di punti con cromatismo con le aree degli impianti di depurazione in progetto a Sessa Aurunca centro (figura sopra) e a Fasani (figura sotto).
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Tali elaborazioni consentono, in aggiunta alla topografia classica, un utile supporto alla
progettazione attraverso la visione diretta del territorio in studio e la misura rapida di quote,
altezze, distanze e aree. Per la tipologia di progettazione in esame, ad esempio, sono stati di
grande aiuto le ortofoto per la vettorializzazione della rete di sottoservizi presenti in tutte le aree
rilevate (Fig. 19).
Fig. 19: Stralcio dell'ortofoto di Baia Domizia (Comune di Cellole); i cerchi rossi che individuano i chiusini relativi ai sottoservizi presenti nell'area.
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L'analisi stereoscopica tridimensionale, infine, consente la vettorializzazione di particolari forme
da restituire cartograficamente e l'inserimento di punti quotati per le planimetrie di progetto.
Alla presente si allegano le tavole (in scala 1:1000 ed 1:5000) delle aree rilevate, contenenti le
planimetrie rappresentate da: ortofoto, isoipse e i punti quotati.
