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Un rilievo con LiDAR su drone

28 Giugno 2020
un rilievo con lidar su drone

In questo articolo ti racconto di un rilievo fatto con un LiDAR montato a bordo di un drone per la caratterizzazione topografica e morfologica di un promontorio sulla costa ligure di levante.

E, già che ci sono, faccio anche un confronto con il rilievo della stessa area fatto con aerofotogrammetria, sempre da drone.

PARLIAMO DI LiDAR

Il principio del LiDAR (Light Detection And Ranging) è lo stesso del laser scanner.
Sono sensori attivi per il rilievo 3D.

L’emettitore manda in giro milioni di esploratori (raggi laser) che viaggiano nello spazio fino ad incontrare qualcosa.
Qualsiasi cosa che gli permetta di rimbalzare e tornare indietro al punto di partenza.

Ogni scout sa il momento (tempo 0) in cui è partito.
Si conosce la sua velocità di propagazione nel mezzo che attraversa (aria).
E quando rientra alla base si ferma il cronometro e si calcola, subito, lo spazio percorso.

La formula è semplice: S = V * t
E va divisa per 2 perchè c’è stata un’andata ed un ritorno.

Nota la posizione (coordinate X,Y,Z) dell’emettitore, sono note anche le coordinate (x,y,z) dei punti su cui hanno sbattuto.
E sono milioni.

Il principio è questo ma la realtà dei fatti è un po’ diversa.
E più complicata.

Spero comunque che ti possa bastare…

Un laser scanner terrestre (TLS) è fermo.
Ed è tutto ok.

Un LiDAR invece è pensato e progettato per fare tutto questo in movimento.
La posizione del punto di partenza del laser è diversa da quella del ritorno.
Ed è un vero casino!
L’emettitore, da solo, non basta più.
Serve qualcosa che permetta di sapere, sempre, la posizione del punto di partenza e di ritorno di tutti i raggi.

Ci pensa il sistema inerziale, che può essere collegato anche ad un’antenna GNSS per riceverne le posizioni assolute.

Ci sono LiDAR che si montano su un drone in volo (come quello di questo rilievo) ed arrivano a battere punti dove a piedi non ci puoi andare.

LiDAR su drone

Ce ne sono altri che ti metti in spalla, come uno zaino (sono proprio uno zaino) o tieni in mano come una torcia, integrano al loro interno la tecnologia SLAM (Simultaneous Localization And Mapping – di cui però non è che sappia dirti proprio molto), e ti permettono di mappare aree strette, chiuse ed anguste dove puoi passeggiare (ma non volare).

LiDAR mobile con tecnologia SLAM - LiBackPack

Altri ancora li monti su automobili, su aerei o su elicotteri e copri lunghissime distanze e superfici sfruttando la velocità dei mezzi che li portano.

LiDAR montato su aereoplano

Sono strumenti davvero “potenti”.
Ed ancora un po’ sconosciuti a tanti.

LiDAR E LASER SCANNER A CONFRONTO

Anche se il principio di misura è il solito, i risultati di un rilievo laser scanner TLS e LiDAR possono essere diversi.
E non poco.

Il mondo del laser scanning terrestre è davvero vasto (ed in continua crescita).
Ci sono strumenti che arrivano lontanissimo (anche km) ed altri che emettono una quantità impressionante di punti.
Pertanto, per necessità, devo generalizzare un po’.

Laser scanner terrestre Trimble SX10

La misura di un laser scanner terrestre è più precisa.
Alcuni arrivano “al millimetro”.

Un LiDAR (nel momento in cui scrivo) è indietro di un ordine di grandezza circa.
Si parla di centimetri.

Il risultato di entrambe i rilievi è la (famosa) nuvola di punti.

Quella di un LiDAR è un po’ più rumorosa ed ha bisogno di un po’ di tempo nella fase di elaborazione.
Inoltre serve fare un po’ di attenzione per trattare di dati registrati e “ricostruire” il percorso dello strumento durante il rilievo.

Tuttavia il LiDAR, per il fatto che si muove ed emette tantissimi raggi nello spazio, ha un potere di penetrazione della vegetazione ed aggiramento degli ostacoli altissimo.

Se fai un rilievo topografico è probabile che tu voglia arrivare al dato del terreno.
Con un LiDAR è probabile che tu ci possa riuscire.
Non sempre, è ovvio, ma spesso succede.

Immagina di avere un albero con la sua chioma di foglie e di volarci sopra con un LiDAR a bordo di un drone…
Se il punto di emissione fosse uno e fermo, foglie e rami sarebbero un ostacolo.
E creerebbero delle ombre sui punti a terra.
Se la vegetazione è fitta è probabile che a terra ci arrivino davvero in pochi.

Ma il punto di partenza cambia sempre.
E quello che non si vedeva prima, si può vedere dopo, spostandosi un po’.

Il principio è quello della “colonna”.
Se ti metti dietro ad una colonna, quello che sta al di là non lo vedi.
Ma se ti muovi, la scena si svela sempre di più e riesci a vedere cose prima nascoste.

Se a questo ci aggiungi il fatto che i punti emessi sono milioni e che alcuni LiDAR hanno anche la possibilità di registrare più di un ritorno (superando le difesa dei primi deboli ostacoli che si possono incontrare), forse ti è più facile capire come il potere di penetrazione degli ostacoli (e su tutti la vegetazione) sia altissimo!

Ed è proprio la proprietà che abbiamo sfruttato nel rilievo di cui ora, finalmente, ti scrivo.

IL PROMONTORIO

Non è che possa dirti tantissimo sull’area del rilievo.
Per rispetto ed accordi con il committente, per la sua tutela e la sua privacy.

Però cercherò di darti qualche informazioni per aiutarti ad inquadrare al meglio il lavoro.

Golfo di La Spezia.
E’ profondo, il golfo naturale più profondo del Mediterraneo.
E ci sono un sacco di calette e promontori.

Ecco, il rilievo ha riguardato uno di questi.
Questo qui sotto, per la precisione.

Promontorio oggetto di rilievo LiDAR su drone

IL RILIEVO

Lo scopo del rilievo era quello di caratterizzare topograficamente l’area di proprietà, per progettare interventi di sistemazione contestuali ad una ristrutturazione edilizia.

La superficie non era enorme, 6/7 ettari.
Misurati in pianta.

Ma era (quasi) totalmente coperta da vegetazione.

E non era di un tipo “accomodante” (tipo i faggi in inverno) ma macchia mediterranea (lecci), sempreverde e con sottobosco abbastanza fitto.

vegetazione in sito durante rilievo LiDAR
foto aerea della vegetazione in sito durante rilievo LiDAR

Se la unisci a versanti pendenti, rocce affioranti ed aree inaccessibili viene fuori l’incubo del topografo.

vegetazione su roccia in area di rilievo con LiDAR
foto areea da drone dell'area del rilievo LiDAR - vegetazione e aree inaccessibili

Un rilievo GNSS sarebbe stato tempo perso.
La vegetazione era troppo fitta anche per i più moderni ricevitori.

Un rilievo aerofotogrammetrico ti avrebbe restituito solo le chiome degli alberi (e dopo ti mostro un confronto diretto).

Usare un laser scanner terrestre avrebbe significato dover fare un numero folle di scansioni (da registrare ed archiviare).

La stazione totale avrebbe funzionato ma il tempo in campo sarebbe stato alto.
E il risultato in output sarebbe stato, per forza, un numero discreto e non molto alto di punti battuti. 

Quindi abbiamo scelto il LiDAR.

La scelta è ricaduta sul LiDAR da drone, perchè al momento era quanto disponibile.
E perchè parte delle aree era completamente inaccessibile a piedi.

A posteriori, analizzando i dati, nelle aree “camminabili” un LiDAR mobile terrestre, avrebbe avuto, forse, più efficacia.

L’integrazione dei due sarebbe stato perfetto!

LA SQUADRA

Io non ho un LiDAR.
Né un drone che lo possa trasportare.

Quindi ho chiamato in campo i miei amici genovesi di GTer e JP Droni (che al tempo non avevano ancora costituito Lidar Italia) per intervenire con i loro mezzi: un LiAir50 montato su un DJI Matrice 600 Pro.

In campo eravamo in quattro.

Oltre a me c’erano Tiziano Cosso, Jacopo Callà e Rocío de Sebastián Ochotorena che in quel momento stava facendo uno stage professionale da GTer.

Eccoci.

jacopo callà - rocio ochotorena - tiziano cosso - paolo corradeghini in sopralluogo

SOPRALLUOGHI

Qui di sopralluoghi ne abbiamo fatti due.

Il primo l’ho fatto io, da solo, per capire le necessità del committente e dare un’occhiata ai luoghi, sia per capirne l’estensione e le caratteristiche.

Il secondo l’abbiamo fatto insieme a Tiziano e Paolo Scuteri, altro fondatore di JP Droni, per entrare nello specifico dei risultati ottenibili dal rilievo (precisioni e punti al suolo) e della logistica.

paolo corradeghini - paolo scuteri - tiziano cosso in sopralluogo
tiziano cosso in sopralluogo

Un DJI Matrice 600 non è un drone piccolo.
Una sua elica è grande quanto tutto il mio DJIPhantom Pro!
Quando decolla fa una mezza bufera ed ha bisogno di spazio per salire in aria.

Trovare i punti di decollo, atterraggio, pilotaggio e posizionamento della stazione di terra non è stato banale.

Abbiamo trovato alcune opzioni, da valutare concretamente in campo al momento dei rilievi.

Tutto pronto, si parte!

IN CAMPO

Il rilievo complessivo è durato circa 7 ore.

BASI DI DECOLLO/ATTERRAGGIO E STAZIONI DI CONTROLLO

L’attrezzatura portata in campo non è stata poca.

Ti faccio una breve lista sperando di non dimenticare niente:

  • Cassa per il DJI Matrice 600;
  • Cassa per il LiAir250;
  • Cassa per due set di batterie extra per il drone (12 batterie) e caricatore;
  • Generatore per ricaricare le batterie in campo;
  • Base Station (Stazione GPS per l’aqcuisizione dei dati grezzi da usare in post processing) + PC;
  • Tavolo da campeggio per pc e strumenti di controllo.

In più c’è da aggiungere:

  • Target e ricevitore GNSS terrestre (per punti di appoggio del rilievo aerofotogrammetrico e controllo della restituzione LiDAR);
  • Drone e batterie per l’acquisizione aerofotogrammetrica.

Insomma era un po’ di roba ed allestire le basi a terra in un territorio poco accomodante non è stato immediato.

Abbiamo scelto due punti in modo da poter controllare il drone in volo nella  copertura di tutta l’area.

Uno in basso, a pochi metri dal mare, in una location oggettivamente invidiabile.

punto di decollo e controllo in basso

Ed uno in alto, in una zona di parcheggio dove la vegetazione lasciava un po’ di tregua.

punto di decollo e controllo in alto

I VOLI

Prima di volare ci sono stati alcuni step da fare:

  1. montare il LiDAR sul drone;
  2. preparare la stazione di terra;
  3. collegare la “base station” del LiDAR al software di acquisizione su PC;
  4. posizionare la base GNSS che, registrando in continuo i dati grezzi, sarà usata per calcolare, in post processing, tutte le posizioni del drone (e quindi del LiDAR) in volo;
  5. accendere tutto quanto ed inizializzare il sistema.

Una volta in volo, Jacopo Callà, ha pilotato il Matrice 600 secondo missioni di volo, in parte programmato ed in parte manuale, sull’area che riusciva a coprire mantenendo il contatto visivo.

Se in un volo aerofotogrammetrico è importante mantenere costante la distanza camera-terreno, per non variare eccessivamente il GSD (Ground Sampling Distance), questo rigore non è poi così necessario in un rilievo LiDAR.

La distanza tra l’emettitore ed il terreno influisce sulla densità dei punti a terra.
Un po’ va tenuta sotto controllo.
E volare seguendo l’altimetria del terreno (magari con un DTM di riferimento) è una cosa consigliatissima.
Ma il risultato buono lo ottieni ugualmente anche se non spacchi il “metro di dislivello”.

In tutto i voli sono stati 4.
Ed in alcune zone, un po’ più critiche, il drone ci è ripassato sopra una seconda volta.

Il sistema LiDAR che è stato usato è formato da una “lanterna” che emette un fascio di raggi laser in modo da spazzolare quello che c’è intorno a 360°.

Per efficientare il rilievo, e visto che le cose da rilevare erano sotto il drone, l’angolo di campo per l’acquisizione del laser è stato limitato a 180° (al di sotto!).

E’ comunque molto efficace perchè il cono di copertura è ancora molto ampio e si riescono a rilevare punti che oltre a stare al di sotto del drone stanno anche nelle zone laterali.

Con uno strumento del genere, puoi dimenticarti di verificare la sovrapposizione necessaria tra strisciate adiacenti in un volo aerofotogrammetrico.

FINE DEL RILIEVO E UN PO’ DI AEROFOTOGRAMMETRIA

Beh, non c’è moto altro da dire sul rilievo LiDAR.
L’attività di campo è finita qui.

Prima di andarcene però abbiamo integrato le attività del LiDAR con un volo aerofotogrammetrico.

Perchè?
Per restituire un’ortofoto generale dell’area, richiesta in output e, già che c’eravamo, per fare un confronto tra le nuvole di punti.

La maggior parte dell’area, bosco, non si prestava per niente ad un’elaborazione Structure from Motion.
Ma c’era una parte di scogliera che avrebbe dato ottimi risultati.

In più, l’occasione di un confronto diretto in campo era ghiotta.

dji matrice 600 e liair 50 e dji phantom 4 pro

Ti risparmio il modo in cui abbiamo fatto il rilievo con drone.

Ne ho già parlato diverse volte (forse un po’ troppe!):

  • Target a terra (che abbiamo anche usato per controllare l’output dell’acquisizione LiDAR);
  • Misure GNSS;
misure gnss di target ad alta visibilità
  • Volo (a GSD il più possibile costante);
  • Fotografie;
  • Software structure from motion;
  • E modello 3D.

ELABORAZIONE DEI DATI

Quando rientri in ufficio dopo un rilievo fotogrammetrico, o aerofotogrammetrico, non hai ancora niente di concreto se non un pacchetto di dati da elaborare: fotografie e misure.

Dopo un rilievo laser scanner (generico) hai già il dato rilevato.
La nuvola di punti esiste già.

Anzi, con la tecnologia portata in campo potevamo vedere la nuvola di punti che nasceva in tempo reale durante il volo del drone e l’acquisizione del sensore.

Nonostante questo c’è comunque bisogno di uno sforzo di elaborazione (tuo e dei software/hardware).

Tranne che per alcuni casi e strumenti, un laser scanner ignora totalmente le coordinate ed i sistemi di riferimento.
I punti della nuvola sono a posto uno con l’altro ma non lo sono in senso assoluto.

In aggiunta a questo per un rilievo LiDAR devono essere calcolate, precisamente ed istante per istante, tutte le posizioni dell’emettitore.
Questo lavoro si fa prendendo i dati grezzi del ricevitore satellitare (la base) posizionata a terra, in registrazione per tutto il tempo del volo, ed accoppiandoli con i dati grezzi registrati dal GPS (a doppia frequenza) del drone in volo (o viceversa).

Al termine del processo un software specifico (LiAcquire del pacchetto software di Greenvalley International) ti restituisce le traiettorie georeferenziate del volo.

E siccome la nuvola di punti è collegata ai punti di emissione anch’essa sarà sistemata nella sua posizione 3D (inclusa la correzione della quota, da ellissoidica a ortometrica).

LA NUVOLA DI PUNTI

Alla fine di tutto ecco la nuvola di punti georeferenziata da rilievo LiDAR (qui nel sistema cartografico ETRF2000-RDN2008).

Nuvola di punti da rilievo LiDAR

I punti sono tanti, circa 80 milioni (contando quelli dell’area del rilievo, in realtà erano molti di più).

E nella nuvola c’è tutto: vegetazione, fabbricati, strade, scogliera e terreno.
Ed è proprio il terreno quello che ci interessa.

La nuvola è stata trattata con il software LiDAR360 (sempre di Greenvallley International) ed i suoi algoritmi di classificazione automatica hanno permesso di estrarre i punti del terreno, il ground.

Eccoli.

Nuvola di punti del terreno

Sono: 200.000

Ok, non proprio tanti rispetto al totale.
Sono meno dell’1%.
E capisco che uno avrebbe potuto aspettarsi qualcosa di più.

In realtà i punti bassi (associabili al terreno) sono di più ma l’algoritmo di estrazione del terreno di LiDAR360 ha la caratteristica di classificare “pochi” punti, secondo la sua definizione di ground, ma buoni.
Ed infatti anche questi sono solidi e sufficienti per caratterizzare topograficamente il promontorio del rilievo.

Da qui si sono estratte le curve di livello con passo 50 cm (abbiamo usato un calcolo sulla base dei punti 3D, ma si sarebbe potuto anche passare attraverso un modello digitale di elevazione – che poi sarebbe un ottimo DTM).

Il lavoro è finito con la restituzione 2D, in ambiente CAD dove, oltre alle curve di livello abbiamo eportato i punti del terreno, secondo un maglia 1×1 m (oltre a tenerli più vicini nelle zone ch lo richiedevano) ed aggiunto gli altri elementi caratteristici del sito: fabbricati e viabilità.

planimetria secondo curve di livello dell'area rilevata
Sezione a partire dal rilievo LiDAR

LIDAR E AEROFOTOGRAMMETRIA A CONFRONTO

Se ci sono casi in cui un rilievo aerofotogrammetrico se la gioca (ed a volte anche bene) con i risultati di un rilievo LiDAR, ce ne sono altri dove non è così.
Questo è uno di questi.

Ecco la nuvola aerofotogrammetrica.

nuvola di punti da rilievo aerofotogrammetrico

La scogliera era ok.
Lì non c’era vegetazione ed i risultati dell’elaborazione Structure from Motion, sono ottimi.

Lo stesso si può dire per una parte superiore dell’area (dove c’è un’area molto aperta) e per parte del tracciato di accesso alla proprietà.

Ma questa parti sono una percentuale minore dell’intera area del rilievo.

Se va bene, arriviamo al 20%.

E’ nel bosco che si vede la differenza fra una tecnica e l’altra.
Lì l’aerofotogrammetria non può niente.
E’ una tecnica passiva e se guardo alle foto del bosco vedo solo il verde delle chiome!
Niente terreno fotografato = niente dato topografico vero…

Qui sotto ti metto la stessa sezione presa dalla nuvola fotogrammetrica (sopra) e da quella LiDAR (sotto).

sezione da nuvola di punti fotogrammetrica
sezione da nuvola di punti LiDAR

Anche se i punti del LiDAR che sono arrivati a terra sono pochi, almeno ci sono!
E sono questi che hanno permesso di raggiungere lo scopo del rilievo, ossia restituire la topografia dell’area.

QUINDI…

Provo a tirare le somme di questa esperienza in campo.

E lo faccio, come in altri casi, sinteticamente e per punti.

  • Non è stato un rilievo semplice.
    Forse ti saresti aspettato l’eliminazione automatica di tutta la vegetazione, lasciando solo i punti del terreno, ma non è stato così.
    Era davvero ostico.
    Ma il dato necessario è arrivato!
  • L’integrazione tra strumenti di misura vince sempre.
    Magari non è una considerazione super pertinente con questo lavoro, ma mi sento di farla perchè ci credo tanto.
    Anche se il LIDAR è davvero efficace non è detto che debba essere usato sempre.
    La tecnologia è piuttosto avanzata ed anche i costi di un servizio del genere ne sono legati.
    Se per il tuo lavoro l’aerofotogrammetria da drone va bene, perchè non usarla?
    Magari integrata con qualche misura a terra in punti dove la vegetazione è più arcigna…
  • Un LiDAR non può tutto.
    Nell’area del rilievo c’era un dedalo di sentieri e percorsi pedonali al di sotto della vegetazione.
    Ecco questi, nonostante la tecnologia, non siamo riusciti a individuarli facilmente.
    La macchia mediterranea era troppo fitta.
    Mi ripeto, ma l’ideale sarebbe stato avere a disposizione un LiDAR terrestre su zaino e farsi una bella camminata per i sentieri!
  • Fare un rilievo LiDAR su UAV, non si limita a mandare in aria il drone (che, tra l’altro, per portare un LiDAR deve essere bello carrozzato e pesante) e schiacciare il tasto per iniziare l’acquisizione.
    Le cose sono ben più complicate.
    Programmazione, preparazione, trattamento delle misure, elaborazione dati, pulizia e classificazione punti, restituzione, …
    Spero di essere stato in grado di descrivertele in questo articolo.
  • Credo che nel futuro ci sarà sempre più LiDAR o comunque strumenti di acquisizione real time di dati 3D (reality capture).
    La tecnologia avanza velocissima.
    I sensori sono sempre più piccoli e performanti.
    I software che gestiscono le nuvole di punti riescono a trattare questo tipo di dati in modo sempre più intelligente per classificare e discretizzare i milioni di dati da trattare.
  • Ma la topografia classica non deve essere abbandonata.
    Abbiamo messo a terra target (usati anche per la fotogrammetria) rilevati con strumenti topografici tradizionali (GNSS).
    E l’abbiamo fatto per verificare l’output del rilievo LiDAR e farci un’analisi statistica per stimarne l’accuratezza generale della restituzione.
    Senza questo passaggio non avremmo potuto garantire sul risultato.
  • Al di là di tutto, è davvero una tecnologia affascinante ed i risultati, in alcuni casi, sono sorprendenti!

A presto!

Paolo Corradeghini

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LAVORI  / RILIEVI

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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