Produzione di cartografia speditiva per la gestione delle emergenze mediante UAV e smartphone

Produzione di cartografia speditiva per la gestione

delle emergenze mediante UAV e Smartphone

Prima facoltà di ingegneriaTesi di laurea magistrale in ingegneria edile

Candidato:

Marco Costabello

Relatore:prof. ing. Andrea M. Lingua

• 6699 eventi catastrofici di cui

90% di tipo naturale

• 1257 miliardi di euro stima dei

danni

• più di 2 miliardi di feriti

• più di 1 milione di morti

World disaster report (2003-2012)

Fonte: http://worlddisastersreport.org/en/data/index.html

International federation of red cross and red crescent societies

Disaster manager

Prevenzione: studio dei rischi

ambientali

Early warning

Gestione: emergenze e

soccorsi

Early impact

2

Stage Morano sul Po

Cartografia speditiva di emergenza• http://areeweb.polito.it/direct

• https://www.facebook.com/pages/Team-Direct/461829537253316

• Team studentesco• Utilizzo delle più moderne tecniche della geomatica• Produzione di elaborati per la tutela del territorio e del patrimonio architettonico

• Generata in tempi brevi• Non rigorosa dal punto di vista metrico• Capace di descrivere con precisione l’entità dell’evento catastrofico• Economica da produrre

Utilizzo di UAV e smartphone per la produzione di cartografia speditiva di emergenza

+ =

Obiettivo

Luglio 2014

3

• Peso: 690 grammi• Tempo di volo Massimo: 50 minuti• Max sup. Rilevabile 1,5 km2

• Apertura alare: 96 cm• Materiale: polistirolo e carbonio• Propulsione: motore elettrico brushless

• Pianificazione volo• Simulazione di volo• Mappe Google Earth• Real-time flight status

• Fotocamera Canon IXUS 127 HS• Sensore CMOS 16 MP

Dispositivi Software

Drone eBee

4

Rilievo dei Marker

Pianificazione del volo

Smartphone

Rilievo aereo

GNSS RTK*

Drone Ebee:Canon Ixus 127 HS 16MPTempo impiegato: 7 min.

Master + Rover:Leica 500 GNSS RTK Tempo impiegato: 45 min.

Smarphone:- Nokia Lumia 1200 - app gps-satellite- Samsung S5 - app U-centerTempo impiegato:15 min.

eMotion:- Altezza di volo: 200 metri- Area rilevata: ≈ 1km2

Tempo impiegato: 8 min.

* Real Time Kinematic5

Conversione coordinate Cartlab Confronto accurateza smartphone

0

2

4

6

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

me

tri

Accuratezza planimetrica = 3 4 metri

0

10

20

30

40

50

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

me

tri

Accuratezza altimetrica = 10 metri

Gps-satellite: Marker n° 1-2-3-4-10-11-12-13-14-15-16U-center: Marker n°5-6-7-8-9

Adozione del sistema di riferimento geodetico nazionale UTM WGS84 ETRF 2000

Est

N

ord

Qu

ota

Accuratezza errata!Correzione sistematismo

6

Elaborazione dati

Photoscan APS

Georefererenziazione ortofoto

Ortofoto e DSM* di verifica

Coordinate RTK

Coordinate Smartphone

Download dati

Ortofoto e DSM* da verificare

Dati rilevati:• 163 immagini• Coordinate dei

centri di presa

eBee

* Digital Surface Models 7

Verifica DSM con linee guida del CISIS*

𝑪𝑬𝟗𝟓𝑬𝑵 = 𝐶𝐸95𝑂𝑃2 + 𝐶𝐸95𝐶𝑃

2 ≤ 𝑇𝐸𝑁

Verifica ortofoto con linee guida del CISIS*

𝑳𝑬𝟗𝟓𝑸 = 𝐿𝐸95𝑀𝐴2 + 𝐿𝐸95𝐶𝑃

2 ≤ 𝑇𝑄

Errore complessivo planimetrico:

Dove:

LE95MA = Errore lineare al 95% di probabilità del modello altimetrico

LE95CP = Errore lineare al 95% di probabilità dei punti di controlloTQ = Tolleranza altimetrica

Errore complessivo altimetrico:

Dove:

CE95OP = Circular error al 95% di probabilità dell’ortofoto

CE95CP = Circular error al 95% di probabilità dei punti di controllo TEN = Tolleranza planimetrica

Tipologia di ortofoto Tipologia di DSM

Classificato in base:• Passo in metri• Tolleranza altimetrica

Classificata in base: • Scala di rappresentazione• Tolleranza planimetrica • Sqm** planimetrici

Livello DSMDa 0 a 9

Ortofoto:SpeditivaOrdinaria

Di precisione

* Centro interregionale di coordinamento e documentazione per le informazioni territoriali** Scarti quadratici medi

8

Tempo di realizzazione:

27 minuti

Ortofoto non georeferenziata

• LowAllineamento

immagini raster

• Low

• Agressive

Generazione nuvola di

punti

• Height field

• Sparse cloudGenerazione delle mesh

• Ortophoto

• mosaicGenerazione delle texture

9

Creazione del DSM

Inserimento coordinate RTK

Passo: 2,36 m/pix N° punti: 18.3713 punti/m2

Verifica elaborati con linee guida CISIS

Accuratezza ortofoto

Accuratezza DSM

LE95CP [m] LE95MA [m] LE95Q [m]

0,157 0,005 0,157

CE95CP [m] CE95OP [m] CE95EN [m]

0,105 0,028 0,109

CE95EN < 0,35 m = TEN

ENortofoto < 0,20 m = Enverifica

OrtofotoOrdinariaTipo A11:1000

DSM Livello 5

137,142 m

105,719 m

LE95Q = 0,157 m 0,400 m = TQ10

• Altezza di volo• Centri di presa• Ortofoto


Inserimento coordinate smartphone


Inserimento certificato di calibrazione camera

16 GCP

Eliminazione dei sei peggiori GCP

10 GCP

Eliminazione di altri sei GCP

4 GCP• Altezza di volo• Centri di presa• Ortofoto 11

Passo: 2,407 m/pix N° punti: 12.8056 punti/m2

Accuratezza ortofoto Accuratezza DSM

CE95EN = 3,18 m

Ortofotospeditiva di emergenza

DSM Livello 1


0,157 61,839 61,839


0,105 3,178 3,180

Tempo di elaborazione totale 37 minuti

146,758 m

40,018 m

LE95Q = 61,839 m 40 – 100 m TQ 12

Tempo di realizzazione:

3 ore e 36 minuti

Ortofoto non georeferenziata

• AutomaticoAllineamento

immagini raster

• Pre-impostatoGenerazione

DSM e nuvola di punti

• AutomaticaGenerazione dell’ ortofoto

13

DSM

Inserimento coordinate RTK

Passo: 0,25 m N° punti: 14.040.629 punti/m2

Verifica elaborati con linee guida CISIS

Accuratezza ortofoto

Accuratezza DSM


0,157 0,003 0,157

LE95Q = 0,157 m ≤ 0,400 m TQ

Passo 0,25 m ≤ 0,5 m


0,105 0,028 0,109

CE95EN=0,109m < 0,35 m = TEN

ENortofoto < 0,20 m = ENverifica

OrtofotoOrdinariaTipo A11:1000

DDSM Livello 7141,558 m

83,454 m

14

Inserimento coordinate smartphone

• Centri di presa• Ortofoto

Eliminazione dei 12 peggiori GCP

4 GCP• Centri di presa• Ortofoto

16 GCP

15

Passo: 0,25 m/pix N° punti: 14.039.729 punti/m2

Accuratezza ortofoto Accuratezza DSM

CE95EN = 3,330 m

OrtofotoSpeditiva

di emergenza

DSM Livello 0


0,157 80,114 80,114


0,105 3,329 3,330

Tempo di elaborazione totale 3 h 56 minuti

LE95Q = 80,114 m 40 - 100 m TQ 16

17

Cartografia speditiva di emergenza

Rilievo GCP

Rilievo aereo

Elaborazione dati

Tempo totale di elaborazione:

1 ora e 7 minuti

Rilievo speditivo smartphone: 15 minuti.

Planning + volo: 15 minuti.

Photoscan: 37 minuti.

18

Vantaggi

• Acquisizione rapida dei dati

• Tempi di elaborazione brevi

• Strumentazione a basso costo

Svantaggi

• Rilievi di vaste aree

• Limitazioni regolamento ENAC

• Utenti esperti

In futuro…

• Accuratezza smartphone

• Nuovi hardware e software

• Ulteriore riduzione dei costi

Grazie per la

cortese attenzioneMarco Costabello

19

Engineering

Produzione di cartografia speditiva per la gestione delle emergenze mediante UAV e smartphone