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CHE COSA DEVI SAPERE PER USARE UN GPS DI PRECISIONE

24 Novembre 2017
Fotografia di Paolo Corradeghini mentre rileva un punto con strumento GPS

Se sei interessato ad acquistare un GPS di precisione per il tuo lavoro, ma non sai molto bene come funziona, in che modo lo potresti usare e cosa fare una volta acquistato, provo a spiegartelo in questo articolo.

Per cominiciare ti do un’informazione con cui potrai “vantarti” tra i tuoi amici e colleghi: nel 2017 (ma già da un bel po’ di anni) usare il termine GPS per intendere il sistema di posizionamento satellitare è improprio!
GPS sta per Global Positioning System e si riferisce solo al sistema che usa i satelliti Americani.
Nello spazio, in orbita attorno alla Terra, ci sono anche i Russi (GLONASS), i Cinesi (BEIDOU), gli Indiani (IRNSS) e noi Europei (GALILEO).
Sta diventando un posto un po’ affollato!
Dopo un primo momento in cui c’erano solo Americani e Russi, e ciascuno di loro si curava dei propri satelliti, si è passati ad una condivisione delle informazioni e dei mezzi a vantaggio di tutti gli utilizzatori sulla Terra ed al lancio di parecchi nuovi satelliti da parte delle varie potenze mondiali.
Ora i nostri smartphone, i palmari da escursionismo e le antenne topografiche ricevono informazioni non solo dai satelliti americani ma anche dagli altri (non proprio tutti) in orbita intorno alla Terra.
E per questo non si dovrebbe parlare di GPS ma di GNSS (Global Navigation Satellite System).

Spiegone finito!
E comunque anch’io continuerò a chiamarlo GPS, nelle righe che seguono!
🙂

Questo articolo prediligerà la praticità al rigore.
Non me ne volere se sei già un topografo che conosce il funzionamento del GPS! Forse non ci troverai contenuti interessanti ed utili per il tuo lavoro.
Il mio obiettivo qui è dare informazioni a chi pensa che un ricevitore satellitare di precisione possa essere utile per il proprio lavoro, anche se non è un topografo full time, e vuole saperne qualcosa di più sul funzionamento operativo e pratico.

Ho preso molti spunti da questo ottimo testo: “Il GPS nello studio tecnico professionale” di Leonardo Gualandi – Hoepli Editore – un libro molto pratico e poco accademico!

Nelle note in fondo all’articolo ho messo un approfondimento recente, grazie al contributo di Giuseppe Scarpino.

IL POSIZIONAMENTO SATELLITARE

Anche se vorrei passare subito alla parte pratica non posso non spiegarti brevemente (spero!) come funziona il posizionamento satellitare.

Schema del principio di funzionamento del posizionamento GPSCalcolando il tempo che passa tra l’invio di un segnale da un satellite nello spazio e la sua ricezione da parte di un’antenna sulla terra si può sapere la posizione dell’antenna.
L’idea funziona ma da sola non basta.

PRINCIPIO GEOMETRICO

Un solo satellite vincola la posizione del ricevitore ad una sfera.

Due satelliti vincolano la posizione del ricevitore ad una circonferenza, intersezione delle due sfere.

Aggiungere un terzo satellite limita la posizione del ricevitore a due punti: quello effettivo ed un altro diametralmente opposto e quindi a spasso nello spazio.

Se è vero che tre sfere sono teoricamente sufficienti perchè si intersecano in due soli punti di cui uno può essere sicuramente scartato (per la sua posizione distantissima dalla superficie terreste) è anche vero che la ridondanza di misure aiuta, e di molto, l’accuratezza del dato rilevato.
Quindi “più ce n’è e meglio è!”.
Diciamo che il minimo sono quattro satelliti visibili dal ricevitore ma dato il numero di satelliti in orbita è normale ormai lavorare con 8-10 satelliti ben visibili!

PRINCIPIO FISICO

Il principio fisico su cui si basa la misura satellitare è davvero semplice:

velocità = distanza : tempo

da cui

distanza percorsa dal segnale satellitare = velocità della luce x tempo misurato

Il GPS è essenzialmente un orologio che misura il tempo che il messaggio impiega a raggiungere l’antenna ricevente da quando è stato trasmesso dal satellite.

La realtà è un po’ più complessa di così.

Ogni satellite invia un messaggio in codice predefinito, una sequenza di 0 ed 1, che il ricevitore legge come un codice a barre.
Immagina una parola che si ripete senza interruzione.
Quando un’antenna riceve il segnale dal satellite, legge il codice e sa a che punto è nell’intero messaggio.
In questo modo riesce a sapere il momento precisio in cui è stato trasmesso.
Tuttavia se ci si basasse sulla lettura del solo codice trasmesso dai satelliti gli errori sulla misura sarebbero troppo alti per gli scopi topografici (la velocità della luce è così alta che un errore nella misura del tempo di un milionesimo di secondo corrisponderebbe, più o meno, ad uno spazio di 300 metri!).
Si è passato quindi ad analizzare anche la lunghezza dell’onda elettromagnetica su cui viaggia il messaggio, contando il numero di onde intere che arrivano al ricevitore e misurando lo sfasamento che ne rimane.

Il sistema GPS fa quindi “misure di codice“, più veloci ma più approssimative, e “misure di fase“, più precise.
In questo modo si determina la posizione di un punto sulla superficie terrestre.

RICEVITORI A DOPPIA FREQUENZA

Se vuoi comprare un ricevitore GPS ad alta precisione e ne trovi uno usato, un po’ vecchiotto, assicurati che riesca a leggere almeno la doppia frequenza L1 e L2 (quelli nuovi lo fanno di default ed alcuni leggono anche la frequenza L5!). Questo non tanto per la precisione del risultato, quanto piuttosto per un processo che si chiama “risoluzione dell’ambiguità di fase“.
Non ti dico che cos’è, ti chiedo solo di fidarti di me ed acquistare un ricevitore che sia a doppia frequenza (almeno)!

POSIZIONAMENTO SINGOLO E DIFFERENZIALE: LA BASELINE

La teoria della propagazione del segnale dal satellite a terra non tiene conto del fatto che le onde elettromagnetiche non viaggiano nel vuoto ma attraversano l’atmosfera.
La velocità di propagazione cambia a seconda della densità degli strati in cui si muove.
Per questo motivo è impossibile contenere l’errore entro valori centimetrici nel misurare la posizione di un solo ricevitore sulla superficie terrestre.
Questo è il posizionamento singolo.

Usando invece due ricevitori su punti diversi, anche se le loro posizioni sono comunque affette dallo stesso errore, il vettore che li congiunge, la baseline, si riesce a rilevare con precisione.
Questo metodo di chiama posizionamento differenziale.

Concludo questa parte teorica introduttiva dicendoti che è possibile condurre misure topografiche di precisione con il sistema di posizionamento GNSS, a patto di avere a terra due ricevitori satellitari e misurare la distanza del segmento tra di loro.

QUANTO E’ PRECISO UN RILIEVO CON IL GPS

La precisione sulla posizione di un punto rilevato con il GPS, nei metodi attualmente più diffusi, è dell’ordine di qualche centimetro.
Il “quanti centimetri” è un valore variabile che dipende da quanti satelliti ci sono nel cielo, da come sono messi, da che cosa hai intorno…
Se speravi in una precisione millimetrica immediata, mi dispiace deluderti ma per questo la Stazione Totale resta ancora lo strumento più preciso!
Avevo scritto un articolo piuttosto generale sugli strumenti utilizzati dai topografi nei rilievi, con le relative precisioni
Lo trovi a questo link.

Tuttavia e sei spaventato dall’idea di dover acquistare non uno ma due GPS professionali (e quindi costosi!), non smettere di leggere perchè ci sono soluzioni alternative!

IL GPS SUL CAMPO

RTK

I testi accademici lasciano la modalità di uso RTK alla fine della trattazione sul posizionamento satellitare, dopo gli altri metodi altamente preferibili.
In questo articolo ti parlo invece subito di questo, perchè è il più semplice, il più immediato ed il più pratico!

R.T.K. sta per Real Tine Kinematic ed è un modo per conoscere la posizione di un punto istantaneamente, quasi senza fermarsi.
Prendendo in prestito il termine dalla Fisica, con “cinematico” si dà l’idea di movimento, in contrapposizione all’immobilità di un rilievo “statico“, di cui ti parlo dopo.

L’RTK è un metodo di posizionamento differenziale che usa due ricevitori contemporaneamente.
Un ricevitore è fermo su un punto e si chiama Base, l’altro ricevitore si muove sui punti da battere, e si chiama Rover.
Forse ne hai sentito parlare come sistema “base-rover” (immagine qui sotto ©Carlson Benchmark AZ).

Immagine che rappresenta l'uso del GPS in modalità RTK con Base e Rover

I due ricevitori si scambiano dati usando un segnale GSM telefonico o una trasmissione radio.
Conoscendo la posizione, sempre fissa, della base, il software di bordo del ricevitore applica le stesse correzioni al rover e ne determina la posizione.

Nell’RTK, oltre alla coppia di ricevitori (ed ai relativi treppiedi ed aste di supporto), serve anche un controller collegato all’antenna Rover, in modo che l’operatore, che se ne va in giro a misurare, può facilmente battere i punti, controllare che cosa sta succedendo, sapere se la base ed il rover comunicano bene, vedere quanti satelliti ci sono in cielo e come sono messi nella volta celeste, conoscere le precisioni sulle misure…
Il controller è un dispositivo palmare o un tablet con un software di bordo specifico.

POST-ELABORAZIONE

Oltre all’RTK (anzi, dovrei dire, prima dell’RTK) ci sono metodi di uso del GPS che prevedono una post-elaborazione in ufficio dei dati presi sul campo.
Pur essendo un po’ più scomodi, lunghi e meno immediati dell’RTK (perchè non conosci immediatamente la tua posizione), sono quelli che permettono di ottenere i migliori risultati sull’affidabilità della posizione dei punti rilevati.

STATICO

Il metodo statico prevede di lasciare il ricevitore fermo su un punto ad acquisire i dati dai satelliti per un po’ di tempo.
Quanto tempo?
L’ordina di grandezza è quello dell’ora, anche se non è proprio preciso metterla in questo modo.
La durata del tempo di acquisizione è funzione della misura della baseline.

I satelliti nello spazio non sono geostazionari ma si muovono su orbite.
Fanno circa due giri in ventiquattro ore.
Ad ogni istante ciascun satellite occupa una posizione diversa, ma nota.
Lasciando il ricevitore in acquisizione per tanto tempo succede che ciascun satellite genera più sfere (quelle dello schema dei paragrafi teorici) con cui si possono fare molteplici intersezioni per determinare la posizione del ricevitore.

Le precisioni ottenute con questo tipo di acquisizione sono sub-centrimetriche!

STATICO-RAPIDO

Il metodo statico-rapido si basa sul solito principio del metodo statico ma i tempi di occupazione su ciascun punto sono più brevi (dell’ordine del quarto d’ora).
Il metodo statico-rapido permette di ottenere ottimi risultati in termini di precisione dei punti, anche per valori del vettore baseline di vari chilometri.

Lo statico-rapido può venire in prezioso aiuto ad un rilievo RTK quando non è possibile stabilire una connessione solida tra Base e Rover!

LA POST-ELABORAZIONE

Nel metodo statico ed in quello statico-rapido il procedimento che si fa per calcolare la posizione di un punto è sempre quello di misura della baseline, il vettore che unisce due ricevitori a terra.
Tuttavia in questi casi, a differenza del metodo RTK, i due ricevitori non sono in collegamento tra loro.
La post-elaborazione prevede infatti, una volta rientrati in ufficio, di scaricare i dati registrati dalle antenne e, tramite appositi software, si determinano le posizioni mettendo in correlazione le misure acquisite sul campo.

Sono sempre necessari due ricevitori GPS per il posizionamento di alta precisione.

RETI DI STAZIONI PERMANENTI

Fino ad ora hai parlato di coppia di ricevitori GPS ma io non il budget per comprare due antenne! Mi avevi promesso una soluzione, qual è?
Veramente ti avevo parlato di possibilità alternative ad utilizzare una coppia di ricevitori!
Una è il noleggio di un secondo ricevitore ma siccome credo che ti aspettassi qualcosa di diverso da questa risposta, passo all’altra soluzione che è quella di appoggiarsi ad una rete di stazioni fisse sul territorio.

Non è necessario che entrambe i ricevitori GPS per misuare la baseline siano di tua proprietà.
Quello dei due che sta fisso sul territorio può anche essere di qualcun altro, l’importante è che tu possa avere accesso ai dati che registra (per i metodi che richiedono la post-elaborazione) o che tu possa metterlo in contatto con il tuo ricevitore Rover, in un rilievo RTK.

Mappa delle stazioni GPS della Rete Smartnet ItalposQuesto fatto ha portato all’istituzione di tantissime stazioni GPS fisse nel territorio italiano, utilizzabili dagli operatori durante le loro operazioni sul campo o in ufficio.
In alcuni casi il servizio è gratuito in altri è a pagamento (immagini ©Smartnet Italpos).

Se tu hai un solo ricevitore GPS e vuoi fare un rilievo in modalità RTK puoi “agganciarti” alla base fissa più vicina e fare le misure.
Il collegamento Base-Rover avviene tramite rete telefonica GSM.

Ma c’è di più, le stazioni fisse possono fare rete e permettere un particolare posizionamento che si chiama NRTK (Network Real Time Kinematic).Schema del funzionamento di una rete di stazioni permanenti e rover in modalità RTK
Una rete NRTK è un insieme di stazioni GNSS permanenti i cui dati si usano per fare delle correzioni che vengono inviate poi al tuo ricevitore Rover sul campo. Queste correzioni sono elaborate da un centro di calcolo e si chiamano correzioni RTK di rete.

DOMANDE E RISPOSTE

Fino a qui ti ho parlato di come funziona il posizionamento GPS.
So che potrebbe non essere stato il massimo dell’interesse ma non ne avrei potuto fare a meno.
In questa parte conclusiva provo a darti informazioni più pratiche in forma di “domanda-risposta”.

Il GPS funziona al chiuso?
No. Il GPS non funziona al chiuso.
Il GPS deve vedere i satelliti nel cielo per fare il suo lavoro e, quindi, non funziona bene neppure in un bosco fitto e potrebbe faticare parecchio in una via cittadina con palazzi alti a destra e a sinistra.

Posso fare un rilievo GPS di notte?
Sì. I satelliti non dormono e la trasmissioine del segnale non necessita di luce, quindi il rilievo lo puoi fare anche al buio.

In modalità RTK è meglio utilizzare una comunicazione radio o GSM?
Se ti appoggi alle basi fisse usando un solo ricevitore in modalità rover non puoi fare altro che utilizzare una comunicazione GSM.
Se hai due ricevitori sotto il tuo controllo puoi scegliere di usare anche la tramissione radio.
Le frequenze radio sono più limitate sulla distanza (oltre i 5 km potresti faticare mentre una rete GSM non ha limiti in questo senso) ma lavorano anche in assenza di copertura telefonica.
Se scegli la via del telefono ti consiglio di prendere almeno due schede GSM, di altrettanti operatori diversi, per aumentare le possibilità di avere segnale e permettere la comunicazione base e rover.
Se base e rover non comunicano l’unico modo che hai per portare a casa il lavoro è passare ad un rilievo statico-rapido e fare la post-elaborazione dei dati in ufficio.

Quanto costa un ricevitore GPS di precisione?
Sul prezzo di un ricevitore GPS si apre un ventaglio davvero ampio.
Le caratteristiche e le marche dei modelli sul mercato influiscono sul loro costo (quante costellazioni vedono, quanti canali di comunicazione hanno, …).
Immagine di un GPS Geomax Zenith 20Io ti posso dire che utilizzo un ricevitore Geomax Zenith 20 che vede le costellazioni GPS, GLONASS e BEIDOU e l’ordine di grandezza del prezzo per l’antenna + supporto + controller è di circa 6.000 € (non prendo soldi dalla Geomax!).
Sappi però che se sei in modalità RTK, hai un ricevitore super moderno e costoso che dialoga con i satelliti della rete GPS, GLONASS, BEIDOU e GALILEO ma la base a cui ti appoggi vede solo i satelliti GPS, potrai fare affidamento solo su quelli per il calcolo del posizionamento.

Ho sentito parlare della rete Italpos. Che cos’è?
Italpos è un servizio di proprietà di Leyca Geosystems che offre la correzione delle misure per il posizionamento in RTK con basi fisse in tutto il territorio nazionale.
Il servizio ha un costo di 300€ all’anno e ti consente di lavorare in NRTK con un’ottima copertura del territorio e la possibilità di scaricare i dati per il post-processamento nelle modalità statico e statico-rapido.
Tutte le regioni hanno basi fisse sul territorio. Alcune permettono di utilizzarne i dati gratuitamente (qui vicino a me ci sono la Liguria, la Lombardia, il Piemonte) mentre altre offrono un servizio a pagamento. Informati sul tipo di servizio che la tua Regione offre, prima di decidere come lavorerai. Io lavoro spesso al confine tra tre regioni (Liguria, Emilia Romagna e Toscana) ed ho preferito usare il servizio di Italpos.

Che coordinate usa il GPS?
Il GPS rileva la posizione con riferimento all’ellissoide WGS84, i dati grezzi che ti fornisce sono pertanto latitudine, lngitudine e quota ellissoidica. Dovrai trasformare questi dati nel Sistema di Riferimento che intenderai usare, così come dovrai trasformare la quota da ellissoidica a geoidica (avevo scritto un articolo sul “problema della quota” che trovi a questo link).
Per trasformare le coordinate io uso il software dell’IGM Verto3K con i grigliati di trasformazione locali (file GK2).
La licenza permanente su chiave USB di Verto3K costa circa 300€.
I grigliati costano invece 50€ per quelli che si riferiscono ad un intorno di 10km dal caposaldo IGM di riferimento e 100€ per gli interi fogli al 25.000.
Una volta acquistato un grigliato lo puoi riusare tutte le volte in cui ne avrai necessità.

Sono quasi deciso a prendere un GPS, posso iniziare con uno solo?
Io direi di sì. Inizia con un ricevitore solo ed usalo in modalità RTK appoggiandoti alle base fise sul territorio nazionale.
La copertura telefonica è in continuo miglioramento e nella maggior parte dei casi dovresti riuscire a mettere in comunicazione la base con il rover.
Se però sai già che lavorerai nelle aree di distacco delle valanghe, in mezzo a gole montane profonde o in zone remote forse è il caso di attrezzarti con due ricevitori da usare in base+rover.
Anche se prima te l’ho detto a mo’ di battuta, non scartare l’ipotesi di un noleggio temporaneo di un altro ricevitore compatibile con il tuo, da un collega o da un rivenditore locale specializzato.

 

Spero di averti dato informazioni utili per aiutarti a capire se e come utilizzare un ricevitore GPS nel tuo lavoro.
Ci sono tanti altri aspetti tecnici che non ho approfondito ma se hai domande o dubbi non esitare a scriverli nei commenti.

A presto!

Paolo Corradeghini

 

APPROFONDIMENTO

Un paio di settimane dopo aver pubblicato questo articolo (qui e su LinkedIn) ho ricevuto un messaggio da Giuseppe Scarpino che mi sottoponeva una sua nota tecnica sulle equazioni matematiche che stanno alla base del posizionamento satellitare.

Nonostante questo articolo sia decisamente semplice e dedicato ad un lettore non esperto di GPS, ho pensato che potesse essere interessante aggiungere il contributo di Giuseppe se tu volessi andare oltre a quello che ho scritto ed approfondire la fisica e la matematica che ci stanno dietro!

Puoi scaricare la nota a questo link.

GIUSEPPE SCARPINO

Giuseppe Scarpino è Capo Squadra Esperto in servizio nella Direzione Regionale dei Vigili del Fuoco della Calabria.
E’ Dottore in Scienze Naturali e la sua conoscienza sui sistemi satellitari deriva proprio dall’esperienza diretta sul campo in quanto si occupa, tra le altre cose, di telerilevamento con tecniche satellitare, georeferenziazione e mappatura degli incendi boschivi.

Grazie per il tuo contributo Giuseppe e per aver acconsentito a condividerlo!

 

Ti segnalo alcune puntate del podcast dove si parla proprio di GNSS e posizionamento di precisione:

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E qui trovi la registrazione di un Webinar fatto insieme a Tiziano Cosso sul processing dei dati grezzi con il software open source RTK Lib:

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Paolo Corradeghini

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    tredimetrica

    Con lo strumento "Point List Picking" di Cloud Com Con lo strumento "Point List Picking" di Cloud Compare puoi selezionare diversi punti di una nuvola, da portare in planimetria.

Alla fine puoi creare un file di testo o una nuova nuvola di punti, fatta solo dai punti che hai selezionato.
O entrambe le cose.

In un software di topografia poi, i punti 3D si trasformano facilmente in punti "topografici" (anche se non derivano da una misura strumentale diretta) ai quali puoi assegnare uno stile del simbolo ed aggiungere diversi campi testuali.

#cloudcompare #nuvoledipunti #3d #pointlistpicking
    [Nuvole Lidar e classificazione automatica del ter [Nuvole Lidar e classificazione automatica del terreno - Prima di tutto togli (almeno) gli "Outliers"]
Prima di fare la classificazione automatica del terreno degli elementi di una nuvola di punti Lidar ti conviene pulirla un po' affinchè il risultato del processo sia buono.

Gli "outliers" sono i più insidiosi.
Se ad esempio ci sono punti isolati sotto il livello reale del piano campagna, questi possono dare indicazioni fuorvianti al classificatore.

Nelle immagini che condivido in questo post vedi:
1. una nuvola Lidar (completa e colorata);
2. la classificazione del terreno senza la preventiva rimozione degli outlier;
3. la nuvola vista di lato con evidenza degli outlier;
4. la classificazione del terreno dopo la pulizia.

#lidar #nuvoledipunti #3d
    [Stazione Totale - Misure di distanza - Coordinate [Stazione Totale - Misure di distanza - Coordinate proiettate e cose che non tornano]
Fai attenzione al fattore di scala dei sistemi di riferimento proiettati quando fai misure con la stazione totale.

La distanza diretta, misurata con stazione totale, tra due punti in campo è diversa tra la distanza proiettata sul piano e presa tra le coordinate Nord ed Est degli stessi punti misurati con un GPS.

Nel passaggio da un sistema di coordinate geografiche ad un sistema cartografico si applica un fattore di scala.
Nel sistema di riferimento ETRF2000-UTM, questo fattore di scala è 0.9996.

Su 100 m lasci per strada 4 cm.
Su 3 km perdi 1.20 m!

Credo che questa sia un'informazione molto importante da gestire nei rilievi e nella restituzione.
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Il laser scanner è una misura attiva ma i raggi emessi non distruggono gli oggetti che incontrano nel loro percorso!

Ci sono scanner che permettono di registrare più ritorni, per lo stesso raggio, ma se questo sbatte contro un muro, un tetto, un'auto o il terreno, non riesce ad andare oltre.
E meno male!

Al di là di questa introduzione, in una scansione terrestre (TLS) è molto probabile che ci siano ostacoli che fermano parte dei raggi e proiettano delle "ombre" nella nuvola di punti.
Lì non ci sono informazioni.

La forma e, soprattutto, la distanza dell'ostacolo dall'emettitore determinano la dimensione dell'ombra.

Anche se un elemento sembra poco rilevante rispetto alla scena da scansionare, la sua ombra potrebbe cancellare parecchi punti che, tradotti in superficie da rilevare, possono diventare parecchi metri quadrati.

Se non puoi liberarti dell'ostacolo l'unico modo per riempire le ombre è quello di fare più scansioni, da punti diversi, in modo che l'emettitore riesca a "vedere" oltre.

La programmazione di un rilievo laser scanner in campo tiene conto anche di questo.
Più stazioni fanno aumentare i tempi operativi di lavoro.
E con uno scanner ad approccio topografico le scansioni extra si fanno sentire nel budget finale delle ore in campo!

#laserscanner #3d #nuvoledipunti #pointcloud #trimble #trimblesx10
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Ma non è detto che l'ortofoto non possa venire fuori ugualmente bene.
Par farlo succedere devi creare una superficie di riferimento, su cui "stendere" le fotografie, ortorettificate, priva di buchi.
Puoi usare il DEM o la Mesh.
Quando fai creare il DEM (Modello Digitale di Elevazione) hai la possibilità di dire al software di interpolare i buchi.

L'interpolazione della mesh non sempre va a segno al primo colpo (in realtà neppure quella del DEM) ma ci sono altri strumenti (più o meno avanzati) che ti vengono in aiuto.

L'accorgimento da prendere in fase di presa fotografica è di estendere la copertura delle fotografie ad un bel pezzo extra di riva, dove sei sicuro che il software fotogrammetrico lavorerà senza problemi nella creazione di nuvola di punti e mesh.

#ortofoto #fotogrammetria #aerofotogrammetria #3d #nuvoladipunti #mesh #dem
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Gli argini di canali artificiali, realizzati in terra, si prestano bene ad un rilievo aerofotogrammetrico ma, affinché il rilievo sia davvero efficace, andrebbe fatto dopo la pulizia dalla vegetazione.

Un sorvolo su un argine pulito permette di creare una nuvola di punti efficace da cui estrarre informazioni per tutta la lunghezza del tratto rilevato.

Se invece le sponde sono vegetate, il dato che si ottiene potrà essere buono qua e là ma sarà comunque globalmente più scarso rispetto alle condizioni ideali.

Lo sfalcio ed il decespugliamento sono attività che possono avere costi importanti.
Gli Enti locali hanno solitamente un piano di sfalcio sulle aree di competenza, specialmente se si tratta di zone frequentate, aree verdi, parchi e percorsi ciclopedonali.
Se hai tempo di aspettare, vale la pena coordinarsi in tal senso per andare in campo subito dopo le pulizie programmate.
Se invece hai fretta si devono accettare costi maggiori per lo sfalcio straordinario.

O si può andare in campo con la tecnologia LiDAR su drone per riuscire a penetrare la copertura vegetale.
Anche se non sempre si riesce a fare!

P.S.
Tutto questo vale per la parte emersa.
Per andare sott'acqua servono altri strumenti!
    [Monitoraggio e considerazioni sul tema] Prendend [Monitoraggio e considerazioni sul tema]

Prendendo spunto da una recente installazione di sistema di monitoraggio della falesia del Cimitero di Camogli (con tecnologia GNSS da parte di Gter e Yet It Moves) faccio alcune considerazioni sul tema.
Gli strumenti per monitorare possono essere tanti e quello che accumuna ogni situazione è la ripetizione nel tempo delle misure.

La precisione del controllo può già fare una discriminazione.

Il caso di Camogli pone poi l'attenzione sul "quante misure fare nel tempo".
Una rete GNSS che elabora dati in continuo permette di accedere alle letture dei singoli nodi con una frequenza alta (si che può arrivare ad essere anche di qualche ora).

A Camogli mi sono occupato dei rilievi fotogrammetrici e laser scanner di tutta la porzione di costa, in due momenti differenti, da cui si sono potuti misurare movimenti macroscopici che hanno permesso di fare valutazioni successive per la scelta dei punti di installazione dei sensori del monitoraggio di precisione.

Credo anche che sia rilevante l'aspetto della responsabilità di chi restituisce un dato da monitoraggio.
Questi dati servono per scelte progettuali, decisioni di sicurezza e protezione civile per niente banali.
Vale la pena "metterci la testa".

Io non sono un esperto di monitoraggi, anzi non lo sono per niente, ma il tema della misura legata, in qualche modo, alla "quarta dimensione", quella del tempo, mi affascina molto.
Se hai contributi, commenti o esperienza da condividere fallo assolutamente perchè il tema è interessante!
    Sono iniziati (in realtà già da qualche mese) i Sono iniziati (in realtà già da qualche mese) i lavori di messa in sicurezza dei versanti sopra la Via dell'Amore ed il ripristino della passeggiata, chiusa ormai da diversi anni).

Reti di placcaggio, barriere paramassi, nuove gallerie e rifacimento di tutto il percorso per un po' di milioni di euro ed almeno due anni di tempo.

Dovrei supportare i lavori con alcune "cose" dall'alto...

#viadellamore #parcocinqueterre  #lavori #roccia #drone
    [Laser scanner, nuvole colorate e fotocamere integ [Laser scanner, nuvole colorate e fotocamere integrate]

Per colorare una nuvola di punti da scansione laser servono delle fotografie.
Ci sono ormai parecchi scanner con fotocamera integrata, che semplificano il lavoro dell'operatore.

L'esposizione delle immagini deve essere la più "corretta" possibile per  riprodurre al meglio l'informazione colorimetrica nei punti della nuvola.

Non conosco il funzionamento specifico di ogni camera ma vale la pena dedicare un po' di tempo a capire come lavora l'esposimetro ed evitare così punti bianchi (per foto sovraesposte) o neri (per sottoesposizione).

Nel caso della SX10 di Trimble (l'unico caso che conosco), si può fissare un'esposizione costante ed è ok se l'illuminazione della scena scansionata non cambia.
I risultati sono scarsini se si passa da alte luci ad ombre e viceversa.

Nelle prime due immagini la nuvola è colorata da foto con esposizione fissa e presa ai due estremi delle zone di luminosità della scena scansionata.

L'altra opzione possibile è quella di scegliere un'esposizione automatica e variabile che permette di compensare i cambi di luce, per un risultato più armonico.

Occhio che l'angolo di campo dell'ottica incide parecchio.
È difficile avere tutto quanto esposto perfettamente in un'immagine sferica a 360°.
A meno di non sfruttare la tecnica dell'HDR (che alcuni scanner fanno)

Se poi c'è la possibilità di usare più camere (a lunghezza focale diversa) per scattare foto da usare nella colorazione della nuvola, quella a campo più stretto permette una lettura dell'esposizione più accurata rispetto alle panoramiche.
Ma servono più foto per coprire l'intera scena.
    [Fotogrammetria ed attenzione al colore] Spoiler: [Fotogrammetria ed attenzione al colore]
Spoiler: questo post non è interessante se ti occupi solo di fotogrammetria per il rilievo del territorio.
Ma se fai anche ricostruzioni 3D di edifici storici, beni culturali, monumenti ed opere d'arte di ogni forma e dimensione, credo che serva molta attenzione anche alla riproduzione fedele del colore nel processo fotogrammetrico.

Nella campagna di scatto è necessario utilizzare degli oggetti  che permettano di correggere le dominanti di colore in post elaborazione.
Si tratta generalmente di tabelle formate da quadrati colorati (in cui ogni colore è codificato).
In inglese si chiamano "color checker".
Li dovresti mettere nella scena e fotografare nelle stesse condizioni di illuminazione dell'oggetto del rilievo.

In post elaborazione poi si prendono le immagini in cui è presente il color checker e si applicano correzioni cromatiche sulla base del colore "letto" nell'immagine rispetto a quello che dovrebbe essere realmente (i valori codificati).

Tutto questo deve essere accompagnato da un altro paio di cose:
1. il controllo dell'illuminazione della scena;
2. un monitor calibrato (tutto passa attraverso i pixel del tuo schermo e se non sono "veritieri" il rischio di vanificare tutto il processo che ti ho raccontato, avendo una percezione sballata dei colori, è alto).

#fotogrammetria #colore #colorchecker
    [Lidar e software di elaborazione dei dati] Condiv [Lidar e software di elaborazione dei dati]
Condivido alcune caratteristiche che un software di elaborazione dati Lidar (da drone) dovrebbe avere.

1. Gestione dei dati grezzi della base GNSS di riferimento per il calcolo della traiettoria.

2. Aggiustare e/o correggere le traiettorie.

3. Dividere la traiettoria e, conseguentemente, la nuvola di punti.

4. Colorare la nuvola di punti e gestire problemi di "matching" tra immagine e traiettoria.

5. Gestione di datum, sistemi di riferimento e coordinate.

6. Misurare la nuvola di punti.

7. Visualizzare i punti secondo le informazioni dei campi scalari (intensità e numero di ritorni, tempo di acquisizione, ...)

8. Esportazione della nuvola in formati comuni.

Poi ce ne sono altri, non necessari, ma che possono aiutare l'elaborazione.

9. Segmentare, ritagliare ed eliminare parti della nuvola di punti.

10. Filtrare la nuvola per eliminare rumore ed outliers, oltre che sottocampionarla

11. Classificare i punti con algoritmi automatici.

12. Verificare l'accuratezza con punti di coordinate note.

13. Generare report di elaborazione.

Dimentico senz'altro qualcosa.
Se vuoi aggiungere, integrare o commentare in base alla tua esperienza sentiti davvero libero o libera.
È utile per tutti.

#lidar #nuvoledipunti #3d #pointcloud #software #editing #realitycapture
    Se sei in un posto aperto a misurare con il GPS pu Se sei in un posto aperto a misurare con il GPS puoi anche tenere la palina bassa, i satelliti si vedono ugualmente bene.

#gnss #gps #rilievo #topografia #misura
    È importante aggiornare i firmware degli strument È importante aggiornare i firmware degli strumenti di rilievo ed i software dei dispositivi che li controllano.

Credo che l'evoluzione tecnologica di quello che si usa in campo si porti con sé la necessità di una consapevolezza nuova sulla loro manutenzione.

Se prima gli aspetti legati alla taratura, al controllo delle parti meccaniche, ..., bastavano per permetterne il funzionamento, ora serve un'attenzione in più.

Non vale per ogni strumento che si vede in giro, ma credo che, piano piano, sarà un aspetto con cui tutti ci confronteremo.

Le case produttrici ti permettono di aggiornare continuamente una stazione totale o un laser scanner con nuovi firmware, che ne integrano funzionalità o correggono dei "bug".

E lo stesso succede per i software che girano sui dispositivi di controllo (smartphone, tablet, ...).

Nuove release migliorano la user experience o, anche qui, sistemano gli errori.

Se dopo un rilievo spari aria compressa e spennelli una stazione totale per togliere la polvere, prima di andare in campo dovresti controllare che software e firmware siano ok e tutto sia funzionante.

Usiamo strumenti tecnologicamente fantastici che tuttavia potrebbero incepparsi in campo per qualche "banale" conflitto software irrisolto.

#rilievo #strumenti #topografia #software #firmware
    La fotogrammetria non è la tecnica ideale per lav La fotogrammetria non è la tecnica ideale per lavorare con la vegetazione: copre il terreno che sta sotto (in una presa da drone) e non è facile ricostruirla.

Fotografie ad alta risoluzione, scattate da un sensore grande (full frame), possono avere problemi maggiori per ricreare nella nuvola di punti, le chiome di alberi.

Da quando ho iniziato ad usare una fotocamera più performante (full frame - 40 Megapixel) rispetto a quelle che ho usato in passato (1" - 24 Megapixel) sto verificando dei buchi nella nuvola di punti laddove ci sono alberi spogli.
Può sembrare controintuitivo ma è così.

Fotografie troppo dettagliate, di elementi molto complessi, porosi e con informazioni disposte su vari piani (tutta l'altezza degli alberi) non aiutano il software, anzi...

Per provare ad avere qualche informazione in più lì sopra,  puoi lanciare l'elaborazione della nuvola di punti ad una qualità inferiore.
Le immagini del dataset vengono sottocampionate (la risoluzione si riduce) ed il software structure from motion lavorerà con una minore quantità di dettagli descritti nei pixel.
Questo aumenta il numero di punti lungo gli alberi, anche se la loro confidenza (cioè l'attendibilità della posizione 3D) è piuttosto scarsa.
Oh, non è che il problema sia superato, anzi...
La nuvola di punti in effetti fa ancora piuttosto schifo.

La presenza di foglie aiuta il processo quindi se vuoi avere informazioni sulle altezza degli alberi è meglio acquisire i dati in estate.
Ed anche il tipo di albero (forma e dimensione) influenza il risultato...

#fotogrammetria #structurefrommotion #nuvoledipunti #3d #pointcloud
    Il back up dei dati subito dopo un rilievo, mette Il back up dei dati subito dopo un rilievo, mette al sicuro il lavoro della giornata.

Molti dispositivi di controllo sono palmari, smartphone o tablet, piuttosto avanzati, ma pur sempre a rischio di danneggiamento software o, peggio, furto o danno fisico.

Perdere i dati di una giornata di lavoro può avere conseguenze importanti.

Se hai rilevato qualcosa che non c'è più (scavo, abbancamento, demolizione) non potrai ripetere il rilievo.

Ci sono vari livelli di "sicurezza" per i dati di uno strumento.

Salvare i dati in una memoria interna (ad uno scanner o una stazione totale) ed in quella del controller ti permette di avere i file in due posti distinti.

Backuppare un lavoro in una chiave USB o in un hard disk esterno è un'altra opzione valida. Vale però per dispositivi dotati di porta USB.

Salvare i dati nel cloud è forse la scelta più sicura. Attivando un hot spot con lo smartphone riesci a mandarli in posti che sono a prova di furto o danno. Il cloud ti permette anche di essere molto efficiente se c'è qualcuno pronto a riceverli ed iniziare subito ad elaborarli.

Una volta ho temuto di aver perso i dati di un rilievo "un po' complicato".
Non ho passato una bella mezz'ora!
    [Laser scanner e traffico] Un camion che passa da [Laser scanner e traffico]

Un camion che passa davanti ad un laser scanner e è un ostacolo al rilievo.
A volte il traffico si riesce a gestire (movieri, gestione del cantiere o indicazioni specifiche, ...).
Altre volte no.
L'ideale immobilismo è, di fatto, irrealizzabile.

Alcuni scanner hanno la possibilità di mettere in pausa, una scansione per riprenderla una volta passato il mezzo.

Anche aumentare la qualità della scansione può aiutare.
Spesso una qualità maggiore significa effettuare la scansione, della stessa area, più volte.
Se i mezzi si muovono, ci sono buone probabilità che, se te li ritrovi tra i piedi al primo giro, non ci saranno più al secondo.

Fare scansioni da punti diversi aiuta.
Scegli punti di scansione in modo che si integrino uno con l'altro.

Oppure  puoi sempre considerare l'ipotesi di fare il rilievo di notte quando, auspicabilmente, il traffico è ridotto o assente.
    Un ponte può creare problemi ad un rilievo con Li Un ponte può creare problemi ad un rilievo con Lidar lungo un alveo

Manca il pezzo d'alveo sotto al ponte.
Non è sempre vero.
Ma può capitare.

Non c'è l'intradosso ed i dettagli non sono ricchissimi.

La classificazione del terreno può venire ingannata.
Non è facile per un software di classificazione automatica  distinguere il ponte dal terreno.
Se ci pensi ha la stessa quota del piano stradale.

Questi problemi si possono risolvere.

Una scansione con laser terrestre mette (forse) a posto i primi due punti 

Se c'è acqua o non riesci ad andare sotto all'impalcato puoi interpolare il terreno con le informazioni a monte ed a valle.
Se però c'è una soglia o un salto dovrai battere dei punti con una stazione totale.

Per la classificazione automatica l'intervento manuale è la soluzione migliore per garantire un risultato confidente.

Il Lidar da drone è molto efficace per acquisire dati in questi ambiti (occhio alla vegetazione!) ma l'integrazione strumentale è sempre la soluzione più efficiente.

#rilievo #rilievo3d #lidar #drone #lidardadrone #3d #realitycapture #alveo #idraulica #dtm #nuvoledipunti
    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.
😉
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