QUANTO è PRECISO UN RILIEVO CON IL DRONE

fotografia di drone in sorvolo a corniglia - 5 Terre

Se ti hanno detto che la precisione di un rilievo con il drone sarà millimetrica forse ti hanno detto una mezza verità. In questo articolo provo a darti degli strumenti per valutare l’affidabilità di un rilievo aerofotogrammetrico nei termini della sua accuratezza.

Diciamo subito che al posto di precisione si dovrebbe usare il termine accuratezza di un rilievo.
Lo so che è un po’ una “pippa mentale”, ma da ingegnere nato sotto il segno della Vergine tengo a dire accuratezza tanto quanto tengo a dire fondazioni invece che fondamenta!
La precisione deriva dalla teoria degli errori, che in topografia occupa una gran parte delle ore del corso universitario. Una misura è tanto più precisa quanto più è ripetibile con il minimo errore tra una misura e l’altra.
L’accuratezza invece si riferisce alla qualità di una misura eliminando, ad esempio, la presenza di errori sistematici.
A te interessa l’accuratezza.

Fatta questa precisazione, che forse non aggiunge valore per i tuoi scopi, parliamo precisione di un rilievo con il drone. Ah no, dell’accuratezza!

Fotografia nadirale di scogliera da drone

 

IL G.S.D.

Parametro importantissimo di un rilievo aerofotogrammetrico è la Risoluzione Spaziale che è definita dal G.S.D. (Ground Sampling Distance).
Il GSD è la distanza, misurata a terra, tra due pixel vicini dell’immagine.
In pratica, il GSD è la dimensione del pixel sul campo.
Se ingrandisci tantissimo un’immagine digitale ad un certo punto inizierai a vederla quadrettata. Vedrai tanti quadretti colorati. Quelli sono i pixel. Il GSD ti dice quanto misura sul campo il lato del pixel. Minore il GSD e maggiore è il dettaglio della fotografia.
Il GSD dipende dalla risoluzione della macchina fotografica a bordo del drone, dalla lunghezza focale della sua ottica e dall’altezza di volo.
Ad esempio, per avere dei pixel che corrispondano ad 1 cm sul campo con un drone “ready to fly” come il DJI Mavic Pro, devi scattare foto a 25 m dal suolo. Usando un’altra macchina fotografica (montata su altro drone) potresti avere la solita definizione volando a 50, 70 o anche 100 m dal suolo.

Ingrandimento di Target per Ground Control Point pixelato

 

Tuttavia, se le missioni di volo per un rilievo aerofotogrammetrico sono pianificate per un GSD di 1 cm non significa che l’accuratezza del rilievo restituito sia di 1 cm!

ACCURATEZZA RELATIVA ED ASSOLUTA

I droni sono equipaggiati con un GPS di bordo che facilita il lavoro dei software che incollano le immagini nella ricostruzione del modello 3D del territorio rilevato. Ma questi GPS non hanno una precisione sufficiente per piazzare il modello dove deve effettivamente stare e con un’accuratezza, ad esempio, centimetrica.

Sì, lo so, ci sono i droni che montano a bordo un sistema GPS RTK ad alta precisione per cui quello che ho appena scritto va un po’ in fumo, ma siccome sono ancora molto meno diffusi di un DJI Phantom o DJI Inspire li lascio da parte.

Potresti misurare la distanza tra due punti su un modello tridimensionale ricostruito e verificare che sia piuttosto vicina a quella misurata sul campo. Ma potresti poi accorgerti che i due punti sono ad 1 metro da dove dovrebbero effettivamente stare sulla superficie terrestre!

L’accuratezza di un rilievo aerofotogrammetrico può essere relativa o assoluta.
L’accuratezza relativa è la misura di come i punti sono posizionati relativamente uno con l’altro in un modello ricostruito (in un’ortofoto o in un D.S.M.).
L’accuratezza assoluta invece si riferisce alle differenze tra tra la posizione dei punti nel modello ricostruito e la loro effettiva posizione sulla terra.

In molti casi potrebbe non fregarti che i punti rilevati stiano proprio dove dovrebbero stare.
Misuri comunque volumi, distanze, dislivelli…
Però per fare le cose fatte bene, per monitoraggi, per rilievi di grandi estensioni, per l’uso dei dati in ambito GIS e dentro sistemi di riferimento, serve l’accuratezza assoluta.

I G.C.P. – Ground Control Points

Per andare nella direzione dell’accuratezza assoluta è necessario affidarsi ai Ground Control Points (G.C.P.).
Ne avevo scritto qualcosa in questo articolo su come si svolge un rilievo aerofotogrammetrico con il drone.
I GCP sono dei punti ben visibili a terra le cui coordinate sono note con elevata accuratezza perchè misurate con strumenti professionali come un ricevitore GSP RTK o una Stazione Totale.

L’accuratezza assoluta dell’intero rilievo aerofotogrammetrico non può essere maggiore di quella dei Ground Control Points!
Ed è importante che i GCP siano misurati con un’accuratezza superiore alla dimensione del pixel a terra, al GSD.

Fotografia nadirale di cava con Ground Control Points

Inoltre devi sapere che l’accuratezza assoluta dipende dall’accuratezza relativa del modello.
Possono dirti che rileveranno un sacco di punti di controllo a terra con una precisione millimetrica ma se il modello tridimensionale non è fatto bene il castello traballa…
La bontà di un modello 3D dipende da tanti fattori legati al volo del drone (condizioni meteorologiche, illuminazione, copertura GPS, velocità di crociera, stabilità) di cui però ora non ti parlo nel dettaglio per non mettere troppa carne al fuoco.
Capirai però che se il 50% delle foto scattate in volo sono risultate mosse non si può sperare di ottenere un bel modello tridimensionale.
E quindi niente accuratezza…

Dettaglio di fotografia nadirale di cava con GCP

CHE ACCURATEZZA PUOI ASPETTARTI DA UN RILIEVO CON IL DRONE

Stando ai dati di letteratura e un po’ alla mia esperienza sul campo puoi aspettarti un errore che va da una a tre volte la dimensione del pixel per l’accuratezza relativa su un modello tridimensionale ricostruito correttamete.
Con un GSD di 2 cm puoi avere accuratezza relativa di 2-6 cm.

Per l’accuratezza assoluta i valori vanno da una a due volte il GSD per le misure sul piano orizzontale e da una a tre volte il GSD per misure verticali.

Questi valori di accuratezza non sono però globali e costanti su tutto il territorio rilevato ma dipendono delle caratteristiche del terreno.
Potrebbero essere maggiori, ad esempio, in terreni irregolari con sensibili dislivelli…

Una buona pratica operativa è quella di verificare l’accuratezza di un rilievo rilevando le coordinate di più punti a terra, oltre ai GCP di cui abbiamo parlato prima usati per la modellazione tridimensionale. Con i punti in surplus si possono fare valutazioni e stime sugli errori di misura.

IN CONCLUSIONE

Se vuoi  verificare se la precisione di un rilievo con il drone che hai commissionato è verosimile puoi fare così

Chiedi al topografo di dirti qual è il GSD della campagna di rilievi.
Se ti dice che lo dovrà calcolare a lavoro finito, non gli credere!
Il GSD è definito in sede di pianificazione delle missioni di volo e dipende dalla quota di volo, quindi, se conosce la macchina fotografica lo deve poter calcolare.
Una volta che sai il GSD puoi considerare un’accuratezza media molto cautelativa di 3-4 GSD.

Assicurati che il topografo rilevi a terra un numero sufficienti di punti di controllo (GCP) uniformemente distribuiti sul territorio da rilevare ed in numero tale da permettere di ricostruire un modello tridimensionale  robusto (da 10 a 15 GCP) e permettere i controlli sull’accuratezza generale (circa 8-10 punti).

Assicurati che le misure sul campo siano fatte con strumenti topografici professionali e non con un metro da falegname, una cordella metrica o un distanziometro laser da pochi Euro.

 

Spero di averti dato delle informazioni utili per valutare la precisione di un rilievo con il drone.
Ops! L’accuratezza!
Ora dovresti essere in grado di smaschera i venditori di rilievi topografici aerofotogrammetrici con precisione sub-millimetrica!!!

 

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A presto!

Paolo

 

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