In questo articolo ti parlo di una missione di volo automatico, per fare aerofotogrammetria da drone, usando il software Thopos e l’applicazione Litchi.

Se ti dovessi dire qual è la migliore applicazione per programmare voli automatici con un drone e, magari, farci pure dei rilievi aerofotogrammetrici, questo articolo si chiuderebbe qui.

Lo sviluppo velocissimo delle macchine volanti pilotate da remoto ed i loro, tanti, impieghi negli ambiti tecnici (e non) si trascina dietro un treno di accessori, applicazioni, software, …
Tra loro ci sono anche gli strumenti per pianificare una missione di volo automatico.

Pix4DCapture, Drone Deploy, Drone Harmony, DJI GS Pro, Altizure, UGCS …
Ognuna ha i suoi pregi e i suoi “meno-pregi”.
Mi piacerebbe dirti che le ho usate tutte, che le conosco nei dettegli e che te ne posso consigliare una per ogni necessità operativa.
Ma, purtroppo, non è così…

Ti posso però raccontare che cosa uso io.
Che, non per questo, è la soluzione migliore.
Litchi + Thopos (o Thopos + Litchi) sono una delle due soluzioni a cui mi affido per pianificare una missione di volo.
L’altro è UGCS Pro, di cui magari ti scriverò in un altro articolo.

Chiudo la premessa dicendoti anche che, considerando gli ambiti dove lavoro di solito (aree in dissesto idrogeologico, cave, versanti ripidi, …), l’ottanta per cento dei rilievi NON li faccio affidandomi a voli programmati, ma piloto manualmente.

Ci sono di sicuro altre persone, molto più esperti di me sul volo automatico.
Questo articolo non è un tutorial approfondito.
Mi fa piacere solo condiverti alcuni strumenti, sperando che queste informazioni possano esserti utile in qualche modo, nel tuo lavoro o in quello che fai con i droni.

IL VOLO AUTOMATICO

Quando fai volare un drone hai due possibilità.

Prima:
Decidi tu, estemporaneamente, dove mandarlo e che cosa fargli fare, intervenendo sui comandi del radiocomando (gli stick) che hai tra le mani.
Su, giù, avanti, indietro, destra, sinistra, ruota sul tuo asse, scatta una fotografia, registra un video, inclina la camera, …

Secondo:
Programmi delle azioni che carichi nel “cervello” del drone (prima di farlo decollare o anche quando è già in volo) e lui le esegue in automatico, senza che tu debba fare nient’altro che controllare che tutto vada bene.

Nel primo caso voli in modo manuale.
Nel secondo sei in modalità automatica.

CHE COSA SUCCEDE NEL VOLO AUTOMATICO?

Se prepari una missione di volo automatico scegli:

1. l’altezza di volo del drone (di solito è la quota rispetto al suolo – A.G.L. Above Ground Level);
2. la velocità di crociera;
3. la sovrapposizione tra fotogrammi consecutivi (da cui dipende l’intervallo di scatto tra le foto);
4. la sovrapposizione tra fotogrammi su strisciate adiacenti (che determinano le rotte di volo).

Devi anche consocere le caratteristiche della fotocamera che usi per fare le foto (sensore e risoluzione) e qual è l’angolo di campo dell’ottica (il FOV – Field of View).

La pianificazione, geografica, delle missioni si basa sulle mappe dei geoserver a cui si collegano, in remoto, le applicazioni o i software di mission planning.
È molto comune usare il modello digitale di Google.
Anche se non è il solo disponibile.

Dopo aver fatto le scelte dei parametri che ti ho scritto qua sopra (ce ne sono altri – direzione della prua, eventuale raggio delle curve, … – ma non entro troppo nel dettaglio), vengono create delle puntine virtuali, i waypoint, che tracciano una rotta di volo, un serpentone.

Non pensare a queste rotte come a traiettorie dall’accuratezza chirurgica!
Il modello digitale di riferimento ha delle incertezze sulla posizione dei punti, anche di qualche metro.
Lo stesso si può dire per il GPS a bordo della maggior parte dei droni commerciali e, almeno per ora, in uso (cosa che non vale per quelli che montano sistemi di posizionamento di precisione, RTK).
Da qui puoi capire facilmente come la posizione di ciascun waypoint possa “ballare” in uno spazio di diversi metri.

A questo proposito però mi sento di dirti che:

• se voli a 70 m dal suolo, un’incertezza di 3/5 metri sulla posizione dei waypoint, non è tragica né così significativa;
• lavorando con una sovrapposizione tipica tra le foto dell’80% hai comunque dati sufficientemente ridondanti per poter fare una buona elaborazione fotogrammetrica, anche se l’accuratezza di ogni waypoint non è centimetrica.

PERCHÈ VOLARE IN AUTOMATICO?

Se fai aerofotogrammetria, scegliere l’opzione “missione di volo” ha dei vantaggi.
Questi sono quelli più evidenti, almeno per me:

1. Programmare, a tavolino, un’area che sarà “battuta” dal drone durante il volo non ti fa rilevare zone extra. Risparmi tempo, batterie, foto e lavori solo su quello che è davvero rilevante;
2. Coprire un’area in missione di volo automatica è più veloce che non farlo in modalità manuale. Di nuovo, risparmi tempo e batterie;
3. Il drone vola (più o meno) a velocità costante (che scegli tu) e risparmia batteria (ancora!) rispetto ad un andamento accelerato/decelerato che capita nel volo manuale (anche se sei un drago con gli stick!);
4. Il drone segue le rotte di volo grazie al GPS che ha a bordo e questo fa sì che non passi tre volte sopra lo stesso punto 😛 (risparmiando tempo e, ancora una volta, batterie);
5. Impostare un intervallo di scatto (di pochi secondi) tra le foto comporta che, a meno di errori grossolani di programmazione, tornerai in ufficio con immagini che hanno una sovrapposizione costante tra di loro. E saranno, probabilmente, meno di quelle che avresti scattato volando a mano. Nel volo manuale la paura di sbagliare qualcosa attiva un click compulsivo e ti ritroverai con un 20-30% di foto in più rispetto al necessario, da elaborare e archiviare;
6. Una missione di volo automatico ti permette di tenere sempre gli occhi sul drone in volo, piuttosto che sullo schermo collegato al radiocomando (che trasmette le immagini riprese dalla fotocamera). Non ti devi preoccupare di “muoverti – inquadrare – scattare” ogni foto. È tutto più sicuro: sai sempre dove stai volando e puoi intervenire, subito, per ogni necessità.

THOPOS + LITCHI

Ora ti scrivo dei due strumenti che ti ho citato in apertura e che uso per il volo automatico.
Dopo ti racconto come programmare una missione.

THOPOS

Thopos è un software di topografia.
Ha un cuore centrale, il modulo Topografia e Catasto con CAD integrato, attorno a cui ruotano e si agganciano vari moduli, che puoi scegliere di acquistare in base alle tue esigenze.

È un software italiano, sviluppato da Fabio Guerra, e distribuito sia dallo Studio Guerra che dalla software house Gec Software, con il nome di Topografo.

Il modulo principale costa 350€ e (quasi) ciascun pezzo che puoi aggiungere costa 200€.
Il pagamento della licenza è una tantum e puoi scegliere di pagare un canone annuale di 150€ per l’aggiornamento alle nuove versioni e per l’assistenza.

Thopos è il mio software di topografia.
Oddio, detta così sembra un po’ totalitario!
È il software che uso per la topografia.
Ecco, così va meglio!
Se mi chiedi se vale la pena acquistarlo, ti dico: Sì!
Ma ci tengo a dirti anche che:

• non è il solo software di topografia;
• non è il migliore software di topografia;
• non prendo un euro dallo Studio Guerra, anche se di recente sto collaborando con Fabio come Beta Tester per le nuove release.

Il modulo Topografia e Modelli 3D ha degli strumenti che ti permettono di pianificare una missione di volo automatico per un drone.

LITCHI

Litchi è un’applicazione per smartphone e tablet, Android e IOS, che ti permette di far volare un drone DJI (Spark, Mavic, Phantom, Inspire, …).

Colleghi lo smartphone al radiocomando, lanci l’app e puoi controllare l’APR in volo.
Scatti foto, registri video, hai lo streaming a terra di quello che riprende la camera del drone, puoi leggere tutte le informazioni telemetriche, …
E puoi anche creare delle rotte, tramite punti fissi, da seguire durante il volo, a velocità stabilita.
Volare su rotte di volo è utile anche per le riprese video creative.
Ma, soprattutto, lo è per l’aerofotogrammetria

Litchi tuttavia non è un’applicazione di fotogrammetria.
Non ti permette di selezionare un’area e generare una missione di volo su strisciate, decise in base alle sovrapposizioni.
È un’app di controllo del volo.
Ma funziona bene con Thopos perchè qui puoi pianificare ed esportare una missione di volo, in formato compatibile, che Litchi, dopo, può leggere ed eseguire.

Litchi (per Android) costa 25€.
Non è poco per un’app, ma se la usi spesso credo che valgano.

PROGRAMMARE UNA MISSIONE DI VOLO

Ora ti elenco i passi che faccio per programmare una missione di volo con Thopos e caricarla in Litchi per la sua esecuzione.

Inizio con Thopos.

SCEGLI L’AREA

La prima cosa da fare è scegliere l’area delle operazioni.

Thopos ti permette di caricare all’interno dell’area di lavoro le mappe di Google o di Bing, su cui disegnare i limiti dell’area del rilievo o, anche, indicare un tracciato, non chiuso, che sarà seguito dal drone.

I PARAMETRI DEL VOLO FOTOGRAMMETRICO

Utilizzando gli strumenti CAD, disegno una polilinea che delimita tutta la superficie da rilevare.
Ed anche qualcosa in più…

In questo articolo ti parlo di una missione fotogrammetrica su superficie chiusa.
Non è l’unica opzione, ma non voglio complicare le cose…

Nel Modulo Topografia trovi una serie di comandi dedicati alle applicazioni fotogrammetriche con APR.

Scelgo Progetta Missione – Missione su superficie con strisciate – e si apre una nuova finestra dove decido i parametri di progetto.

Qui dico al software:

1. L’angolo di campo della fotocamera a bordo del drone (F.O.V.);
2. La quota di volo, intesa come la distanza tra drone e terreno (è un dato relativo);
3. Il formato dei fotogrammi, ossia il rapporto tra lato lungo e lato corto;
4. La sovrapposizione tra le strisciate adiacenti.

Posso scrivere anche la risoluzione del sensore.
Permette di sapere il GSD (Ground Sampling Distance), ma non è necessario per la programmazione dei percorsi.

Qui ho subito un riscontro sull’abbracciamento di ogni fotogramma, ossia quanto terreno rientra dentro ogni immagine, e so anche quant’è la superficie complessivia del rilievo.

Il risultato del calcolo sono le strisciate che rappresentano le traiettorie di volo che seguirà il drone.

SIMULA LA MISSIONE E GENERA IL FILE MIS

Il passo successivo è quello di simulare la missione di volo e generare il file da esportare dentro Litchi.

C’è un comando apposito nella solita sezione degli strumenti di Topografia.
È Simula Missione.

Posso scegliere di simulare una missione su terreno pianeggiante o su terreno inclinato.

Il fatto di avere un terreno inclinato sotto il drone fa una bella differenza per una buona acquisizione fotogrammetrica!
Per ora però stiamo su terreno pianeggiante.

Qui scelgo:

1. la velocità di crociera del drone (km/h)
2. l’intervallo di scatto tra le foto (secondi)

Da questa scelta dipende:

1. la durata complessiva della missione (secondi);
2. la distanza totale percorsa dal drone (metri);
3. il numero di fotografie;
4. la sovrapposizione tra i fotogrammi consecutivi.

Da qui verifico se il progetto della missione è giusto.
Se torna tutto quanto salvo il file della missione nel formato .mis, compatibiler per Litchi.

Thopos permette di salvare una missione anche in altri formati, compatibili con altre app di controllo del volo:

• DJI Ultimate Flight – CSV
• DJS GS 4 – AWM
• Mission Planner – WAYPOINTS
• UGCS – XML
• Yuneec – CCC
• Google Earth – KML
• ASCII generico – TXT

Ora prendo il file MIS, lo carico dentro lo smartphone o il tablet dove è installato Litchi e sono (quasi) pronto per volare.

MISSIONI SU TERRENI INCLINATI

La missione di volo che ho generato al passo precedente prevede che il drone voli sempre alla stessa quota.
Tutti i waypoint stanno su un piano orizzontale.

Ma se devi rilevare un’area inclinata non è corretto volare ad una quota costante.
Avresti un GSD diverso tra tutte le foto del dataset.
Non mi ci addentro nei dettagli ma piuttosto ti rimando ad alcuni articoli, che avevo scritto un po’ di tempo fa e che parlano del Ground Sampling Distance:

• Questo (generico)
• E questo (proprio per terreni inclinati)

Thopos ti dà la possibilità di generare missioni di volo tenendo conto della quota del terreno sottostante.

Devi caricare un DTM (che puoi prendere dal modello di Google Earth o dall’SRTM – Shutter Radar Topography Mission) e, con un paio di aggiustamenti, lo imposti come piani di riferimento per il calcolo delle quote.

Ora si può far simulare a Thopos una missione di volo su terreno inclinato.
I waypoint prenderanno delle altezze da terra relative al terreno che ci sta sotto, mantenendo costante la distanza scelta nei parametri di volo.

Non mi sono addentrato nelle spiegazioni specifiche di ogni passaggio su Thopos.
Non è tra gli scopi di questo articolo.
Mi fa piacere però segnalarti il Canale You Tube di Thopos, Thopos TV, dove trovi un sacco di tutorial specifici e dettagliati, così come nel Canale di Gec Software.

VOLA CON LITCHI

Una volta che il file della missione è pronto passo a Litchi.

LITCHI MISSION HUB

Prima di passare all’app sul dispostivo mobile, uso uno strumento integrativo di Litchi, utile ed interessante: il Mission Hub.

Lavora su browser.
E si basa, anche lui, sulle mappe e sui modelli di Google.

Qui posso:

• Caricare il file della missione di volo che ho creato con Thopos;
• Verificare o cambiare i parametri del volo (velocità, direzione della prua, rotta da seguire in corrispondeza delle curve, …);
• Inserire nuovi waypoint;
• Modificare la quota dei waypoint in relazione al terreno sottostante (un po’ come fa Thopos nella modalità specifica che ti ho raccontato prima);
• Importare un DEM (Modello Digitale di Elevazione) ed usarlo come riferimento per le quote del terreno;
• Esportare la missione in formato KML 3D, per vederla in Google Earth;
• Esportare il file della missione, modificata, o salvarla in un account personale, pronta per essere lanciata nell’app.

Se ti registri con un account (puoi farlo anche con Facebook), gratuitamente, nel Mission Hub ed anche nell’app su device mobile, puoi sincronizzare automaticamente le missioni di volo senza spostare fisicamente dei file.
È comodo!
Soprattutto per i dispositivi IOS.

LITCHI APP

Litchi ha queste opzioni per condurre il volo:

• FPV
• Waypoint
• Orbit
• Pano
• Focus
• Track

Scelgo Waypoint e carico la missione di volo, scegliendola tra quelle che ho preparato e salvato.

La missione è pronta per essere eseguita dal drone.
La posso avviare con drone a terra (armato) o in volo.
E lui la esegue.

Devo solo ricordarmi di scegliere la modalità “Intervallo” per lo scatto della fotografie ed impostare il tempo tra una foto e l’altra.

Se c’è qualcosa che non torna, posso comunque intervenire ancora sui waypoint e sulle rotte, direttamente sul campo e lavorando nell’app.

Non aggiungo altro sulla programmazione dei voli automatici con Thopos e Litchi.
Spero di averti dato un’idea di come funzionano.

Capisco che possa sembrare non immediato, né banale.
Ci sono un po’ di passaggi da fare, servono due strumenti diversi e un investimento economico non trascurabile.
Tuttavia sono strumenti che mi danno parecchio controllo durante tutte le fasi.
E con cui posso personalizzare il volo, in funzione delle specificità dell’area del rilievo, in ogni step della programmazione, ma anche delle operazioni di campo.

Di certo capisco come possa non essere semplice consigliarti Thopos, come software di mission planning, se non lo usi anche per fare altro (leggi topografia).
Se sai che potrai usare anche le altre sue funzioni vale la pena pensarci.
Altrimenti potresti provare altri strumenti o lavorare direttamente con una sola app e potrebbe essere bello avere un tuo riscontro, per condividere altri strumenti per la pianificazione del volo automatico per fare fotogrammetria.

Se hai dubbi, domande o osservazioni puoi scrivere nei commenti qui sotto oppure contattatami direttamente.

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Ed infine ora c’è anche il canale You Tube in cui ho iniziato a caricare video tutorial sull’uso di specifici software per la fotogrammetria e la gestione dei dati tridimensionali.

Grazie per il tuo tempo e per la tua attenzione!

A presto!

Paolo Corradeghini

Ti segnalo anche questo articolo del blog dell’Ing. Giampaolo Beretta che parla di programmazione di volo automatico con strumenti open source o, comunque, low cost: fogli di calcolo, QGIS e Litchi: lo puoi leggere a questo link.
E qui puoi vedere anche il relativo tutorial video.

Ho parlato di missioni automatiche e volo manuale anche in questa puntata del podcast di 3DMetrica:

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