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DRONI E SICUREZZA 2 – DRONI E SISTEMI RADAR

10 Giugno 2018
Immagine che mostra le componenti del sistema di localizzazione radar di droni in volo

In questo si parla dell’aspetto della sicurezza legata ai droni approfondendo l’argomento dei sistemi radar in uso per la localizzazione dei mezzi aerei in volo.

Dopo il suo primo articolo “Droni e Sicurezza“, che trovi a questo link, Flavio Angoli è tornato a trovarmi nelle pagine di questo blog con un nuovo articolo sulla sicurezza dei droni.

Ed io non posso che esserne molto contento!

Ringrazio Flavio per il tempo che ha dedicato a scrivere il suo contributo e per averlo voluto, anche questa volta, condividere con me e con i lettori del blog.
Questo per me è un gesto molto bello, sia umano che professionale, e sono onorato di ricevere conttributi di valore, spontanei e disinteressati, da poter condividere in queste pagine, proprio come questo di Flavio a cui ti lascio!

DRONI E SISTEMI RADAR

In questo si parla dell’aspetto della sicurezza legata ai droni approfondendo l’argomento dei sistemi radar in uso per la localizzazione dei mezzi aerei in volo.

Nello scorso articolo ti ho parlato di rapporti ANSV, a grandi linee della pericolosità degli APR e della tecnologia Geo-Fencing.

Oggi voglio parlarti del sistema AeroScope introdotto da DJI e del sistema polacco Droneradar (con il sistema ADS-B) per il controllo e la sicurezza dei nostri cieli, visto il continuo incremento di vendite e il conseguente utilizzo di droni sia in ambito lavorativo, che in ambito ludico/sportivo.

Come ben sappiamo i droni ultimamente godono di un’attenzione maggiore rispetto a qualche anno fa.
Attenzione è il termine giusto che ha fatto suonare il campanello d’allarme a produttori di questa tipologia di mezzi e ai gestori del traffico aereo (sia in competenza legislativa che operativa).
La continua emergenza terroristica, che ha innalzato i livelli di guardia verso ogni mezzo che può possibilmente offendere, ha messo i droni sotto una speciale lente d’ingrandimento.

Anche la cronaca negli ultimi tempi non si è risparmiata nel descrivere incidenti, guasti o malfunzionamenti di droni che sono successivamente caduti in testa a persone, o recato comunque danni a cose.

AEROSCOPE DJI

Immagine che mostra le componenti del sistema DJI Aeroscope

DJI si è posta come uno degli attori principali per arginare il problema di ingressi non autorizzati in spazi aerei controllati/zone segregate/no fly zone etc.

Come abbiamo visto nel precedente articolo con la tecnologia Geo-fencing ora la casa cinese affianca anche un sistema di monitoraggio dei propri mezzi volanti, una sorta di “radar” che identifica i droni in volo sugli obiettivi sensibili, nelle no flight zone in tutti gli spazi aerei in genere.

Gli enti di assistenza al volo possono installare in prossimità di aeroporti l’apparato AeroScope (antenne, monitor, decoder etc.) per poter analizzare nel dettaglio tutto il traffico drone attorno all’area prestabilita.

Immagine che mostra il monitor del sistema DJI Aeroscope

In realtà non si tratta di un radar, nonostante siano visibili sulla mappa del monitor la localizzazione dei droni e il tracciato di volo da loro eseguito come in un classico sistema di tracciamento per aeromobili.

Il sistema utilizza il medesimo canale di comunicazione radio tra il drone e il radiocomando per trasmettere informazioni riguardo il numero di serie (con le generalità del pilota/operatore), la telemetria: che include posizione, altitudine, velocità orizzontale/verticale e la direzione del mezzo.
Per fare questo vengono poste (per la versione fissa) una o più antenne, facendole lavorare in ricezione, nell’area oggetto di “protezione”, oppure si possono allestire postazioni mobili contenute in una valigetta ed alimentate, se necessario, a batteria: in questo modo si possono creare in pochi minuti centri di monitoraggio per mettere in sicurezza ad esempio manifestazioni e concerti.

Il modo operativo non necessita di alcuna modifica al mezzo (montaggio di transponder, chip etc).
Il sistema, agendo come descritto prima, non necessita di un’attivazione da parte del pilota, rendendo il tutto automatico e trasparente.

Il problema di AeroScope è evidente: al momento è in grado di rilevare solo i droni DJI e quelli che operano con Wi-Fi aperto, ma non ancora i sistemi di altre marche.
Bisogna anche ammettere che quasi i due terzi dei droni in circolazione sono proprio Dji.
Sembrerebbe comunque che il colosso cinese si stia muovendo per unificare l’identificazione di tutti i droni, compresi quelli non proprietari.

AeroScope potrebbe quindi apparire come una delle soluzioni più economiche per gli operatori di droni e allo stesso tempo mantenere uno standard di sicurezza, funzionalità e privacy degli stessi piloti estremamente alto, insomma farebbe il suo lavoro.

DRONERADAR

Immagine che mostra uno smartphone in cui è installata l'app DroneRadar

DroneRadar è un’ applicazione DAMS (Drone Awareness and Monitoring System) si pone come sistema atto a migliorare la sicurezza dello spazio aereo fornendo soluzioni per eseguire, monitorare e integrare le operazioni con i droni con il traffico aereo nei cieli europei, con uno speciale occhio di riguardo per le no fly zone su città/aeroporti ed obiettivi particolarmente sensibili.

Il progetto coinvolge quattro aziende polacche: FlyTech UAV per quanto riguarda la parte di integrazione del sistema sugli APR, la Droneradar per il data management e la Aerobits per lo sviluppo di ricevitori micro ADS-B e CreoTech, un’azienda specializzata nella strumentazione per l’industra aerospaziale.

A differenza di AeroScope, Droneradar utilizza il sistema ADS-B che prevede l’utlizzo di micro ricevitori, che utilizzano questo tipo di tecnologia, a bordo.

Come funziona la tecnologia ADS-B?

Qui sotto la spiegazione video del sistema

L’apparato ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) consiste in un ricevitore ed un trasmettitore, montati su un aeromobile, che permettono lo scambio di dati relativi al volo.
Ogni aeromobile, ricevendo il segnale GPS, definisce la sua posizione nello spazio, integra questa informazione con vari dati su velocità, piano di volo, status del volo ed invia il tutto periodicamente ed in maniera automatica alle stazioni di terra.
Le stazioni sono controllate dagli enti del traffico aereo che possono vedere in real time le informazioni e le posizioni di tutti gli aeromobili nel loro spazio di competenza su appositi monitor.
L’aeromobile condivide queste informazioni anche con il traffico nelle vicinanze.
La stazione di controllo invierà una serie di informazioni all’aeromobile, quali la situazione del traffico intorno ad esso ed i bollettini meteo.
I vantaggi sono evidenti: il segnale utilizzato è digitale, infatti se questo viene ricevuto correttamente non degrada con la distanza, inoltre il volume di infomazioni trasmettibili con questo sistema sono molte di più rispetto ad altri tipi di tecnologie.
Lo “svantaggio”, come succede per i radar secondari, consiste nel fatto che il sistema ADS-B è una tecnica cooperativa, ovvero che sull’aeromobile deve esserci NECESSARIAMENTE un trasponder ADS-B che comunica con le stazioni di terra, altrimenti la sua presenza non viene rilevata, cosa che invece si può vedere dal radar primario dove i bersagli sono totalmente passivi nel processo di rilevazione.

In questa figura si vede lo schema, a grandi linee, del funzionamento di tutto l’apparato ADS-B.
Immagine ch mostra il principio di funzionamento del sistema Droneradar ADS-B

E qui sotto c’è un video di  come funzionerebbe l’apparato in caso di un pericolo di collisione tra un elicottero e un APR.

Droneradar è la prima piattaforma europea, e probabilmente mondiale, che consente l’integrazione del traffico aereo con quello drone, cosa molto più interessante rispetto ad AeroScope.
La piattaforma di sistema non è restrittiva ed è basata su un cloud che consente la registrazione, il monitoraggio e la gestione delle operazioni con l’APR.
Il sistema si basa su semplici concetti facilmente comprensibili sia dagli amatori che per gli operatori professionali (implementato da più funzionalità).

Droneradar è pienamente operativo in Polonia da dicembre 2015.

Nel corso del primo anno, l’applicazione mobile è stata scaricata e utilizzata da oltre 20.000 utenti (iOS e Android).

Qui sotto c’è il ricevitore per la stazione di terra ADS-B del sistema Droneradar
Immagine che mostra lo schema di funzionamento del ricevitore DroneRadar ADS-B

E qui il ricevitore micro ADS-B del sistema Droneradar da installare sull’APR
Immagine che mostra le dimensioni del ricevitore ADS-B Micro di DroneRadar paragonato ad una moneta di 1 centesimo

COME FUNZIONA DRONERADAR?

Droneradar utilizza i dati ufficiali di PANSA (Agenzia polacca per i Servizi di navigazione Aerea) così che gli spazi aerei nell’applicazione siano omologhi a quelli reali.
Sullo schermo del proprio dispositivo mobile, l’utente può vedere la limitazione dello spazio aereo agli operatori APR, al fine di proteggere i CTR e le ATZ.
Il sistema mostra anche eventi speciali come le operazioni HEMS (elisoccorso).
L’App controlla automaticamente lo spazio aereo analizzando i dati forniti dall’utente.
In base alle regole dello spazio aereo interessato, l’utente può scegliere una delle tre categorie di peso (<0,6Kg / 0,6-25Kg / 25-150Kg).
Il sistema abbina automaticamente le restrizioni e le informazioni di spazio aereo visualizzate in base alla categoria di peso selezionata.
Le tre luci poste nella parte superiore dello schermo informano l’utente su una possibile prosecuzione del volo senza ulteriori restrizioni; non è infatti possibile procedere senza le istruzioni necessarie da parte della torre.

Esempio per un volo in CTR tramite l’applicazione

1) il pilota effettua il login nell’App ed inserisce i dati del volo che andrà ad effetutare;

2) Il pilota tramite un percorso diretto chiama la Torre di Controllo che ha competenza su quello spazio per ottenere l’autorizzazione al volo;

3) A seconda della decisione del controllore del traffico aereo, il pilota visualizzerà uno dei seguenti messaggi:

  • Accettato (clearance ottenuta, icona verde chiaro);
  • Rifiutato (vietato il volo, icona grigia);
  • Accettato con modifiche (spazio ottenuto con restrizioni impostate dal controllore del traffico aereo, icona verde scuro);
  • Rifiutato con modifiche (vietato il volo, l’operazione può iniziare in un secondo momento impostato dal controllore del traffico aereo).

4) Una volta terminato il volo il pilota ha l’obbligo di chiamare la torre di controllo per comunicare l’avvenuto atterraggio e conclusione della missione.

L’Applicazione richiede un dispositivo mobile come uno smartphone o un tablet, dotato di GPS ed accesso ad Internet funzionando appunto con una tecnologia di broadcasting.

Chiaramente, DroneRadar è una soluzione che molti operatori APR e ATC hanno aspettato ed ha un enorme potenziale per le procedure di strutturazione necessarie per integrare le operazioni UAV nel controllo di tutto il traffico aereo.
Con questo sistema gli enti di assistenza al volo europei e le altre autorità avrebbero finalmente la supervisione delle operazioni APR registrate inserite in un contesto più ampio di traffico aereo/aeroportuale.

Immagine che mostra l'installazione del sistema DroneRadar nella torre di controllo dell'aeroporto di Varsavia

L’aeroporto di Varsavia Babice, che supporta oltre 40.000 operazioni di aviazione generale scuola/turistica ogni anno, è stato collegato a Droneradar.
L’accordo relativo all’accesso al sistema è stato firmato tra Agenzia polacca per i Servizi di navigazione Aerea (PANSA) e il gestore dell’aeroporto, Centro servizi logistici (CUL), appartenente al Ministero dell’Interno e dell’Amministrazione.
Gli utenti principali del piccolo scalo sono elisoccorso polacco, Polizia, Aeroclub, scuole private di aviazione generale e alcune società di lavoro aereo.
Ora, ottenere il permesso per un volo con un drone nella parte settentrionale di Varsavia (ATZ EPBC) è stato semplificato e digitalizzato.

In conclusione dopo averti illustrato due di alcuni sistemi possibili spiegandoti le loro peculiarità, voglio darti un consiglio, qualsiasi saranno i parametri e le tecnologie che si adotteranno in futuro (anche dopo il tanto atteso regolamento EASA), ricordati di rispettare gli spazi aerei in qualsiasi parte d’Europa o del mondo ti ritroverai ad operare per lavoro oppure per diletto.

Nel cielo non siamo soli!

A cura di Flavio Angoli

 

Spero che anche questo articolo di Flavio possa averti dati spunti di riflessione sulla sicurezza dei droni in volo.
Per ogni dubbio e domande, lo spazio qui sotto è a tua disposizione!

 

Se ti va di contribuire ai contenuti di questo blog con argomenti che riguardano la topografia, i droni, le misure, i software, la cartografia e gli strumenti e ti va di scrivere un articolo da pubblicare in queste pagine, io ne sarei molto contento, oltre che davvero onorato.
Scrivimi su Telegram qui: telegram.me/paolocorradeghini o mandami un’email a paolo.corradeghini[at]3dmetrica.it su quello di cui vorresti parlare.
Questo spazio è a disposizione per la condivisione di contenuti ed informazioni!

 

A presto!

Paolo Corradeghini

 

 

Fotografia di Flavio AngoliSono Flavio Angoli, lombardo (sebino per la precisione), classe 1994.
Da sempre affascinato dal mondo aeronautico, inizio dalle simulazioni di volo in cameretta per finire a conseguire un attestato di volo VDS a 19 anni.
Mi avvicino al mondo dei droni nel 2013 decidendo, dopo due anni di test, schianti, fallimenti e soddisfazioni, di fondare Zenith – Aerial Solutions un mio personale progetto lavorativo dove mi occupo principalmente di rilievi fotogrammetrici ed ispezioni.
Parallelamente avverto il bisogno di voler trasmettere la passione per i droni e la cultura aeronautica in genere agli altri (non smetterei mai di parlarne!) ed a Luglio 2017 divento istruttore di volo.
Entusiasta delle nuove tecnologie e delle loro applicazioni, EXCELSIOR! è il motto che mi guida nella vita.
Attualmente continuo la mia esperienza lavorativa nel campo fotogrammetrico e collaboro con una scuola di volo come istruttore.

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Paolo Corradeghini

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    Non è detto che quello che ti serva sia un'ortofo Non è detto che quello che ti serva sia un'ortofoto di una facciata.
Potresti correggere la distorsione prospettica con software di fotoritocco e "raddrizzare" l'immagine (per i tuoi scopi).

Il punto di presa e la forma dell'oggetto fotografato deformano la rappresentazione secondo una vista prospettica.
Linee parallele nella realtà (muri verticali) sono convergenti nello spazio immagine.

Tutti i principali software di photoediting hanno strumenti di correzione della prospettiva.
Ci sono nel famoso Photoshop, nell'open source Gimp e nel "nuovo" ed economico Affinity Photo.

Funzionano più o meno nel solito modo.
Intervieni sulle immagini alterando i pixel e, aiutato da una griglia virtuale, allinei gli elementi dell'immagine alla maglia.
È veloce e non richiede hardware super.

La posizione reciproca tra punto di presa ed oggetto fa molto.
Così come la forma di quello che hai fotografato è rilevante.

È diverso dal fare un'ortomosaico.
Così come è diverso dall'usare, in campo, un obiettivo basculante e decentrabile ("tilt/shift") per le foto.
Ma è piuttosto pratico e può funzionare ugualmente.

Dopo tutto il raddrizzamento delle foto del costruito è una tecnica che gli architetti usano da parecchio tempo.
😉
    Se non puoi fare a meno di parcheggiare la tua aut Se non puoi fare a meno di parcheggiare la tua auto al di fuori dell'area del rilievo, vale la pena fare attenzione a dove la posteggerai.
Non è uno scherzo!
:)

La fotogrammetria è una tecnica passiva e gli algoritmi Structure from Motion riescono a ricostruire solo quello che si vede nelle immagini.
Un'automobile è un elemento di disturbo, neppure troppo piccola.
Può nascondere informazioni importanti o potrebbe essere difficile da togliere dalla nuvola di punti.

Parcheggiarla in un'area pianeggiante, su una superficie omogenea è una buona idea.
I motivi sono (almeno) due.

Il primo è che puoi facilmente ritoccare le fotografie dove è presente in modo da rimuoverla.
Software di fotoritocco hanno strumenti molto efficienti!
Può richiedere un po' di tempo (dipende dal numero di foto) ma il risultato è generalmente buono.
Qui sotto vedi un "prima" ed un "dopo" fotoritocco.

ll secondo motivo è che, se non ritocchi le foto, l'auto sarà un elemento isolato nella nuvola di punti che "emerge" dal terreno.
Questo ti permette di trattarla velocemente ed efficaciemente per rimuoverla, tenendo solo i punti del terreno.

Se la parcheggi a ridosso del piede di una parete di roccia non sarà immediato fare le cose che ho scritto qui sopra.
    Droni e missioni di volo automatiche - Attenzione Droni e missioni di volo automatiche - Attenzione ai modelli di elevazione a larga scala

Non prendere "a scatola chiusa" e senza controllare i modelli digitali di elevazione che si usano per la pianificazione automatica delle missioni di volo per droni.
Possono esserci differenze importanti (talvolta enormi) con la realtà.

Una missione di volo per aerofotogrammetria andrebbe eseguita mantenendo il più possibile costante la distanza "drone-terreno".
Se lavori lungo pendii o terreni inclinati è possibile farlo usando software di mission planning che caricano al loro interno dei modelli di elevazione a cui si riferiscono per impostare l'altezza del drone in volo.

A meno di usare modelli ad hoc, che hai fatto tu e su cui sei confidente, i modelli di riferimento sono a larga scala e non riescono a definire bene le caratteristiche locali.
Spesso non sono aggiornati.

Nella prima foto vedi uno screenshot di Google Earth Pro (in cui ho attivato l'opzione "Terreno 3D") per un'area di cava in cui dovevo fare un rilievo con APR.
Sembrerebbe un pendio acclive, ma regolare.

La seconda invece è una foto presa in volo, che mostra come sono realmente le cose.
Lo sperone di roccia stacca dal pendio circa 50-60 metri.
Un piano di volo automatico non lo avrebbe considerato...
    Se ricevi una nuvola di punti di un alveo e devi f Se ricevi una nuvola di punti di un alveo e devi fare una modellazione idraulica, puoi estrarre le sezioni che ti servono in totale autonomia.
Mi piace dire spesso che "la nuvola di punti crea (in)dipendenza".

Hai a disposizione dati densi (punti molto vicini) e continui, da cui tirare fuori quello che ti serve, secondo le tue necessità e sensibilità.
È mooolto diverso rispetto ad avere un numero finito di sezioni, fatte di punti discreti, battuti con strumenti terrestri.

Con gli strumenti di interrogazione delle nuvole che mette a disposizione Potree (codice open source per condividere nuvole di punti tramite browser) si possono fare sezioni.
Se la fai abbastanza sottili puoi esportare un file CSV delle coordinate dei punti della sezione.
Oltre all'indicazione della terna x,y,z,per ogni punto hai anche la progressiva ("mileage").
Estraendo solo la progressiva e la quota hai i dati per creare una sezione 2D.

Ci puoi fare una polilinea in CAD, o puoi importare le coordinate in HEC-RAS (software di modellazione idraulica) ed avere immediatamente una sezioni su cui far girare il modello.

Se vedi che manca qualcosa, puoi tornare sul modello 3D ed estrarre una nuova sezione, immediatamente.
In modo indipendente.
    Gli algoritmi di estrazione automatiche delle cara Gli algoritmi di estrazione automatiche delle caratteristiche di una nuvola di punti riescono ad estrarre i punti del terreno da tutto il resto.
Ma non sono infallibili.

Molto lo fa il tipo di nuvola trattata (fotogrammetrica, laser scanner o lidar).
E tanto fa anche l'elemento modellato (una facciata verticale, un versante mediamente pendente vegetato o un parcheggio piatto e vuoto).

Può capitare che vengano classificati come terreno dei punti che, con il terreno, non ci azzeccano niente.

Si possono ritoccare manualmente, editando la nuvola localmente, per raffinare la classificazione, oppure si può provare ad usare qualche filtro di pulizia automatica del rumore.

Uno che funziona bene è l'SOR (Statistical Outlier Removal) e lo trovi nella maggior parte dei software di editing (Lidar360 e Cloud Compare ce l'hanno).

La classificazione dei punti del terreno produce una nuvola piuttosto "rada" (rispetto all'originale) dove gli "outliers" si vedono bene e sono facilmente identificabili.

Attenzione alle zone di bordo.
Lì potrebbero andare via anche i punti "buoni" che, non avendo nessun dato da una parte, vengono identificati come sporco.

Da qui dovresti avere un dato più pulito per continuare la classificazione precisa.
    Si parla tanto del famigerato "Bonus 110%". Non en Si parla tanto del famigerato "Bonus 110%".
Non entro nel merito della materia urbanistica né di quella economica, perchè non le conosco.
Faccio alcune considerazioni sui rilievi.

Progettare una riqualificazione energetica ha spesso bisogno di un rilievo che supporti le scelte per fare il "salto energetico": nuovo cappotto termico, manutenzione del tetto, pannelli fotovoltaici, infissi...

In un condominio grande, un rilievo 3D dà informazioni utili e misurabili, in modo molto efficace e veloce.

Integrare il laser scanner con la (aero)fotogrammetria da drone permette di avere un modello completo, anche delle parti invisibili da terra.

Il rilievo dello stato attuale è anche utile per sanare abusi o difformità che rischiano di vanificare tutto l'iter...

Mi sento di consigliarti professionisti che conoscano bene il mondo dei rilievi con output 3D, la topografia ed i principi della misura.
E, per fortuna, ce ne sono tanti!

Scegli qualcuno che si prenda la responsabilità del dato restituito (firmandoti un documento tecnico).
Sembra poca cosa (non lo è) ma se le cose non vanno bene, può fare la differenza.

Questa manovra sta scuotendo un po' anche il mondo dei rilievi applicati all'edilizia.
Ed è una buona cosa!
👍🏻😉
    RILIEVI E STRUMENTI - LE BATTERIE NON FINISCONO MA RILIEVI E STRUMENTI - LE BATTERIE NON FINISCONO MAI!

Condivido alcuni pensieri sulle batterie, necessarie a far funzionare tutto quanto.

Faccio una lista delle batterie/dispositivi che ho caricato, sto caricando e dovrò ancora caricare (non per vanto ma per gli scopi del post):
- drone principale e radiocomando;
- drone di backup e radiocomando;
- stazione totale e laser scanner (per fortuna sono integrati) + controller;
- GNSS 1 e controller;
- GNSS 2 e controller;
- fotocamera digitale;
- fotocamera 360°;
- tablet per sorvolo con drone;
- battery pack per eventuali bisogni in campo;
- walkie talkie.

Sono davvero tante!

E da qui faccio tre considerazioni.

1.
Prima di partire per un rilievo in campo, prenditi il tempo necessario per ricaricare tutte le batterie.
Potrebbe non essere poco.

2.
Se prevedi di alloggiare fuori per più giorni, attrezzati per ricaricare tutto in modo efficiente.
Portati prese multiple e "ciabatte".
Spesso le prese negli hotel non sono tante...
Se sei all'estero, ricordati gli adattatori!

3.
Se viaggi in aereo informati bene sulle batteria che trasporti e su dove possono stare in volo (le batterie LiPo dei droni non possono viaggiare in stiva)

4.
Fanne buona manutenzione...
    È importante fare i conti con il trasporto della È importante fare i conti con il trasporto della strumentazione in campo o un rilievo potrebbe trasformarsi in un incubo.

Quello che dovresti considerare è la logistica generale:
- che tipo di rilievo si deve fare;
- quali strumenti usare e da portare in campo;
- treppiedi, aste, paline, target ed altri accessori;
- come si arriva in campo (accesso carrabile);
- se si deve camminare un po' (e, aggiungo, su quale superficie e con eventuali dislivelli).

Potresti essere tentato di "portare tutto, che non si sa mai", ma se poi il tutto lo devi trasportare a mano può essere un problema (e, a volte, neppure piccolo).

La portabilità di uno strumento topografico incide poco sul suo prezzo, ma molto sulla praticità.
Se la custodia rigida di una stazione totale ha l'opzione di essere trasportata come uno zaino ti libera completamente le mani che puoi usare per altre cose.
Non è leggera ma la schiena è forte!
:)

E se ti servono più cose di quelle che riesci a trasportare allora ti serve anche un aiuto in campo.

Tutte questi aspetti li puoi valutare e decidere dopo un sopralluogo.
È il modo migliore per rendersi conto di come sono davvero le cose e di che cosa ti servirà in campo.
Oltre che capire meglio il lavoro da fare!
    Le tecniche "structure from motion" ricostruiscono Le tecniche "structure from motion" ricostruiscono modelli 3D, anche molto dettagliati, di oggetti a partire da immagini

Condivido alcune considerazioni sul tema!

1
(Se puoi) muovi l'oggetto, non la camera.
Metti la macchina fotografica su supporto stabile e ruota l'oggetto su se stesso.
Ci sono "piatti rotanti" economici e funzionali.
Non vale con tutto, ma se puoi fallo...
📷

2
Mettiti in una situazione di luce controllata e riempi le ombre. 💡
Le luci da studio (continue o flash) sono ideali perchè annullano le intromissioni di altre fonti.
Usarne più di una (o, in alternativa, dei pannelli riflettenti) riempie le ombre.

3
Usa un "green screen" o uno sfondo da cui l'oggetto "stacchi". 
In fase di elaborazione userai delle maschere, lo schermo verde permette uno scontorno veloce.

4
Attento al colore. 🔺
Se devi ricostruire con cura anche le tonalità cromatiche controlla i rimbalzi di luce dallo sfondo sul soggetto ed usa un colorimetro per essere sicuro della corrispondenza dei colori riprodotti.

5
Uccidi i riflessi. ☀️
Superfici lucide + luci artificiali = riflessi.
Puoi eliminarli cambiando direzione di incidenza della fonte luminosa.

6
Non dimenticare le misure. 📐📏
Se il modello 3D deve avere valenza metrica servono le misure per scalarlo.
Prendile!
😁😉
    In questi giorni sto lavorando alla vettorializzaz In questi giorni sto lavorando alla vettorializzazione della nuvola di punti da rilievo fotogrammetrico + laser scanner che ho fatto in cava nei mesi estivi.
È un lavoro lungo che amo poco (e trovo poco utile) ed allora condivido alcuni pensieri sul tema.

Passare da una nuvola 3D ad un disegno 2D significa lasciare per strada un sacco di informazioni del dato originale.
E non sono più recuperabili (se non con difficoltà).

Serve un cambio di paradigma per lavorare, tutti, direttamente sul 3D.
I primi passi dovrebbero farli le Amministrazioni che richiedono piante, prospetti e sezioni per valutare progetti e piani.
Il secondo è dei tecnici che commissionano/ricevono i rilievi: dovrebbero ed inserire il 3D nel proprio flusso di lavoro.
All'inizio non sarà semplice, servirà tempo e qualche software "nuovo", ma dopo la strada sarà in discesa.

Un rilievo 3D costa meno se non viene richiesta la produzione di un disegno 2D.
Se l'oggetto è complesso ci possono volere molte ore per fare il lavoro.
Ore che dovranno essere pagate.

Un progetto in 3D, condiviso su schermo attraverso browser o visualizzatori semplici ed intuitivi, sarebbe molto più efficace di interpretare disegni, per quanto completi.
E si risparmierebbe carta!

Non si può generalizzare.
Quello che ho scritto non è applicabile a tutto.
Ma a tanto credo di sì.
Temo che ci voglia "un po'" di tempo.

Se vuoi condividere con me la tua opinione puoi scrivermi @paolocorradeghini ed io la ricondivido qui sul Canale, per tutti.
    Il GSD (Ground Sampling Distance) è un parametro Il GSD (Ground Sampling Distance) è un parametro molto importante nel processo fotogrammetrico.

Dipende direttamente dalla distanza "D", tra sensore e soggetto fotografato, dalla dimensione del pixel "d" ed inversamente dalla lunghezza focale, "f", dell'ottica.
GSD = (D x d) / f

Più il GSD è piccolo è più dettagli ci sono nell'immagine.
È come se stendessi a terra un lenzuolo, dove sopra c'è l'immagine stampata e che copre l'intera area fotografata e misurassi quanto vale, in campo, il lato di un pixel.

La scelta del GSD influenza l'accuratezza, il numero dei punti delle nuvole, la risoluzione del DEM e dell'ortofoto.

Spesso l'unico parametro su cui si ha il controllo "effettivo" in campo, per modificare il GSD, è la distanza di presa.

Qui ho scattato fotografie da drone ad una breve distanza (10 m) perchè era necessario riprodurre un'ortofoto di dettaglio che consentisse di identificare la posizione delle pietre della passeggiata, per rimetterle, al posto giusto, dopo averle levate per manutenzioni.

Un GSD alto non avrebbe dato sufficiente informazioni alle foto.
Uno basso sì.

Un GSD bassissimo non è però l'obiettivo da ricercare sempre.
A parità di area infatti, il numero di foto per coprirla aumenta parecchio.
    Puoi creare un DEM (Modello Digitale di Elevazione Puoi creare un DEM (Modello Digitale di Elevazione) da una nuvola di punti 3D con il software open source Cloud Compare.

Non è l'unico modo per farlo.
Si può fare anche in un software di elaborazione fotogrammetrica ("structure from motion") o in un GIS (visti i vari aggiornamenti che permettono di gestire le nuvole di punti).
Ma questo è un modo che uso spesso!

Cloud Compare ha un tool che si chiama "Rasterize".

Scegli:
la risoluzione del DEM (la lunghezza del lato di ogni pixel, quadrato, come se fosse misurata a terra);

la direzione di proiezione (è comune la "Z" ma potresti generare un DEM proiettando la nuvola su una parete verticale per vedere se ci sono rigonfiamenti, spanciamenti o altre anomalie);

che cosa fare con le celle vuote (interpolarle, riempirle con un valore specifico, lasciarle vuote, ...).

Una vola creato, lo vedi in anteprima nella finestra dello strumento.

Lo puoi esportare in formato GeoTIF (mantiene le coordinate dei punti della nuvola, anche se non è ufficialmente associato a nessun sistema di riferimento specifico EPSG).

Oppure puoi creare un nuvola di punti dove ogni nuovo punto corrisponde al centro di ogni pixel che forma il modello raster.

Così sei passato dal 3D al 2D.
O meglio, al 2.5D!
😉
    Avere a disposizione una nuvola di punti (georefer Avere a disposizione una nuvola di punti (georeferenziata e scalata) permette di creare punti, selezionandoli tra tutti quelli che la compongono e portarli in un ambiente 2D (CAD o GIS).

Ci sono alcune strade da seguire.
La scelta dipende da come è fatta la nuvola di punti e dall'output che si vuole ottenere.

In un software di gestione di nuvole di punti (Cloud Compare, Lidar360, ...) si può sottocampionare la nuvola chiedendo che in output i punti siano distanziati di un distanza regolare (1, 2, 5 m...).
Li puoi esportare in DXF e trasformarli in punti quotati.

Se il modello 3D è complesso può essere più indicato selezionare direttamente i punti da esportare "snappando" proprio sui punti della nuvola.

Cloud Compare ha l'opzione "Point List Picking" che crea una lista di punti dalla selezione.
Funziona bene, non ha limiti di numero, dopo un po' rallenta ed ogni punto ha associata un'etichetta (a volte un po' vistosa).

Trimble Business Center è molto fluido ed i punti che aggiungi sono "discreti" all'interno della nuvola generale.
Puoi lavorare direttamente al suo interno per creare etichette e customizzare l'output del file vettoriale.

In ogni caso, "battere" un migliaio di punti è questione di mezz'ore e non di giorni!
    I dati cartografici, scaricabili dai vari geoporta I dati cartografici, scaricabili dai vari geoportali regionali (o nazionali), non sono (quasi) masi super dettagliati ed a volte sono poco aggiornati.
Però si possono usare per creare un ambiente 3D in cui inserire l'output di un rilievo (fotogrammetrico o laser scanner).

In questo caso ho usato i dati Lidar (maglia 2x2m) scaricati da "Geoscopio" (portale cartografico della Toscana) per collegare tra loro due rilievi 3D di altrettante zone di cava, situate sullo stesso versante ma un po' troppo lontane da giustificare un unico rilievo.

È evidente l'assenza di colore nei punti della fascia centrale. Tuttavia l'orografia e la morfologia del versante non è cambiata nel tempo ed il dato è utile (non avrebbe avuto senso se lì ci fosse stata una cava attiva) e credo che aiuti a comprendere meglio la disposizione reciproca delle cave rilevate.

In mancanza di un dato Lidar si potrebbe usare un DEM (meglio se DTM), per creare una nuvola di punti regolare in ambiente GIS.
Con QGIS non è difficile.

Serve fare attenzione ai sistemi di riferimento del dato scaricato e del rilievo restituito.
Ed alle quote.
Se tutto torna, le nuvole di punti si sistemeranno correttamente, una rispetto all'altra, e le cose funzioneranno bene.
    Credo che ci siano almeno due strade diverse per p Credo che ci siano almeno due strade diverse per passare da un dato 3D ad uno 2D.

1.
Puoi generare un'ortofoto e ripassarne gli elementi in un CAD 2D.
È abbastanza veloce, comodo e non necessita di hardware super potente.
Ma se l'area è complessa o l'immagine non sufficientemente dettagliata, potrebbe non bastare.
Per maggiore precisione puoi lavorare sull'ortofoto confrontando in tempo reale quello che stai facendo con il modello 3D (nuvola di punti).

2.
Puoi lavorare direttamente nel 3D tramite software che ti permettono di gestire la nuvola di punti che vuoi vettorializzare.
È un po' più lungo (dipende dalla tua esperienza) ma ti permette di lavorare in un ambiente molto più versatile per fare zoom, "battere" punti virtuali e tracciare vettori.

P.S.
Opinione personale: passare da una nuvola di punti 3D ad una rappresentazione 2D "piante/prospetti/sezioni" è un po' come andare a pesca con una rete a trama grande: qualcosa rimane ma la maggior parte lo lasci in mare.

P.P.S.
Non ho ancora trovato software o algoritmi in grado di (semi)automatizzare il processo di vettorializzazione.
Non è banale ma credo che sia un territorio dove potrà esserci uno sviluppo interessante in futuro.
Per ora c'è ancora tanto da fare a mano...
    Il comando "Cloud to Cloud Distance" del software Il comando "Cloud to Cloud Distance" del software Cloud Compare calcola la distanza lineare tra i punti di due nuvole 3D.
È utile se vuoi vedere, nel tempo, le differenze di altezza in un'area di scavo o di accumulo.

È un comando semplice e lo trovi tra i menù principali.

Devi selezionare le due nuvole di punti da confrontare.
Scegli quale nuvola sarà il riferimento per il calcolo e quale quella su cui invece il calcolo verrà fatto.

Lo strumento ha varie opzioni.
Funzionano più o meno bene in relazione al tipo di nuvola di punti che stai usando.

Una volta finito il calcolo, nei punti della nuvola "mobile" vengono scritte delle informazioni scalari ("scalar field") che dettagliano i risultati del calcolo.

Nell'area di lavoro (in ambiente 3D) puoi avere una visuale d'insieme delle aree cambiate.

Se vuoi essere ancora più specifico puoi interrogare le coordinate di ogni punto, per leggere le singole distanze.

Oppure puoi creare un modello digitale di elevazione, DEM, da portare in altri software.

Infine, cosa molta utile per valutare le differenze di quota, puoi calcolare le distanze relative sui tre assi: x, y e z.
Se le nuvole di punti che confronti sono georeferenziate nel solito sistema di riferimento è tutto molto veloce!
    Un ambito dove l'aerofotogrammetria da drone è mo Un ambito dove l'aerofotogrammetria da drone è molto efficiente è quello dei rilievi di strade, per delimitarne i bordi e/o le carreggiate.

L'ortofoto che si produce nel processo structure from motion può essere ripassata in CAD, per tracciarne i limiti.
Considerando il tempo necessario alle attività di campo e quello per vettorializzare gli elementi, il tutto risulta molto vantaggioso soprattutto per superfici grandi.

Immagini elaborate con molto dettaglio (valori bassi del GSD) permettono di creare ortomosaici con un sacco di informazioni e disegnare anche altri elementi come i pozzetti, le caditoie o le saracinesche.

Anche le quote che prendi dai punti della nuvola (densa), o da un modello digitale di elevazione ad alta risoluzione, possono aiutarti per capire le pendenze.
Non riesci arrivare ad accuratezze millimetriche, ma pochi centimetri si raggiungono.
E su grandi sviluppi sei in grado di capire, ad esempio, come si muove l'acqua sulla superficie.
    Scattare fotografie per un'elaborazione fotogramme Scattare fotografie per un'elaborazione fotogrammetrica durante tutta una giornata può dare problemi tonali nelle immagini.
E si ripercuotono sui prodotti in output.

Succede perchè la temperatura della luce del sole cambia.
Con cielo sereno si percepisce molto di più che non in condizioni nuvolose.
Se poi ci sono strutture o montagne che proiettano ombre, al mattino o al tramonto, è ancora peggio!

L'ortofoto ne risente e, per quanto i software SfM riescano a miscelare il colore finale, capita che l'output non sia gradevole.

Scattare foto in RAW aiuta.
Puoi elaborare gruppi di immagini nelle solite condizioni di illuminazione e modificarne, separatamente, il bilanciamento del bianco.

Se hai solo file JPG una strada percorribile è fare un po' di editing sull'ortofoto finale.
Photoshop, e altri software della solita specie, hanno ormai strumenti potenti ed efficaci per farlo.

Ok, perdi la georeferenziazione del file TIF, ma la puoi sempre ricreare tramite un GIS, e, probabilmente, lascerai per strada un po' di saturazione, ma il risultato dovrebbe essere migliore.

La cosa ideale sarebbe comprimere la presa fotografica nel minore slot di tempo.
A volte non è possibile e tocca fare come si può per riparare le cose (dopo).
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