Guida ai modelli digitali del terreno, ai modelli digitali di elevazione e ai modelli digitali di superficie per il rilevamento con i droni: cosa sono, le loro differenze, applicazioni e come possono aiutare il LiDAR e la fotogrammetria con i droni.
Se stai usando un drone per il rilevamento, è molto probabile che ti imbatterai nei termini Digital Terrain Model, Digital Elevation Model e Digital Surface Model.
Ma cosa sono esattamente, quali sono le differenze e come possono aiutare?
Continua a leggere per scoprirlo.
Modelli digitali di elevazione
I modelli digitali di elevazione, noti anche come DEM, sono una rappresentazione visiva dei dati di elevazione per ogni punto acquisito sul tuo sito.
Invece di rappresentare di persona l’aspetto effettivo del tuo sito, i DEM generalmente utilizzano il colore per indicare le differenze di elevazione, come mostra questa immagine.
I DEM sono dataset raster o griglie che mostrano il punto verticale più alto (z) registrato per ogni coordinata orizzontale (x,y).
Più piccole sono le celle della griglia, più dettagliate sono le informazioni all’interno di un file di dati DEM. Quindi, se stai cercando di modellare con molti dettagli, allora una piccola spaziatura della griglia (o piccole dimensioni delle celle) è quella giusta.
Quando vengono visualizzati, questi file raster rappresentano la forma del terreno del tuo sito, che può essere utilizzato come riferimento per la topografia su cui stai lavorando.
Modelli digitali di superficie e modelli digitali del terreno
I Digital Elevation Models (DEM) sono un superset di Digital Terrain Models (DTM) e Digital Surface Models (DSM).
Quindi qual è la differenza tra un DTM e un DSM?
- DTM: un modello di superficie nuda. In altre parole, caratterizzando esclusivamente il terreno e il terreno.
- DSM: La forma più generale di modello di superficie che include tutti i punti acquisiti, che rappresentano le caratteristiche naturali e artificiali. Un DSM include le cime di edifici, alberi, linee elettriche e altri oggetti. In sostanza, è un modello a baldacchino e vede il terreno solo quando nient’altro è sopra di esso.
Il grafico sottostante è un semplice diagramma che mostra le differenze tra un DTM e un DSM. Notare come il DTM (linea arancione) segue il suolo, mentre il DSM (linea verde) segue le strutture in superficie, cioè la parte superiore della casa e l’albero.
Quindi, come si collega questo a un set di dati della vita reale? L’esempio seguente lo dimostra, con il DTM a sinistra e l’identico DSM a destra.
Di nuovo, nota come il DSM mostra le cime delle case e della vegetazione; caratteristiche che non sono presenti nel DTM terra-nuda.
In che modo i droni possono aiutare a generare DEM, DSM e DTM?
I droni sono uno strumento di raccolta dati economico, rapido ed efficace per la generazione di DEM, DSM e DTM.
I progressi tecnologici degli ultimi anni hanno portato allo sviluppo di droni in grado di condurre missioni di fotogrammetria e LiDAR.
Entrambe queste applicazioni sono fondamentali per la creazione di DEM, DSM e DTM. La nostra guida LiDAR vs Fotogrammetria presenta un confronto approfondito tra i due, ma in poche parole:
- LiDAR: acronimo di rilevamento e distanza della luce, LiDAR funziona inviando impulsi di luce alla superficie terrestre o a una caratteristica su di essa e misurando il tempo necessario per riflettere. Ciò fornisce un punto di posizionamento accurato di dove sulla superficie terrestre il laser ha colpito e questi dati possono essere utilizzati per costruire una nuvola di punti 3D che rappresenta il terreno, la topografia e le caratteristiche dell’area scansionata.
- Fotogrammetria: l’arte di catturare fotografie ad alta risoluzione per ricreare un’area di rilievo. Queste immagini vengono elaborate e unite utilizzando un software sofisticato per creare modelli 3D realistici, georeferenziati e misurabili del mondo reale.
Come evidenziato sopra, ci sono chiare differenze tra LiDAR e fotogrammetria.
Pertanto, è necessaria un’attenta considerazione prima di implementare queste tecniche di mappatura dei droni per la generazione di DTM, DSM e DEM.
LiDAR, ad esempio, è particolarmente efficace per l’acquisizione di dati DTM, rispetto alla fotogrammetria, specialmente nelle aree ad alta vegetazione.
Come mai? Perché per sua stessa natura, LiDAR può penetrare negli spazi tra foglie e rami per raggiungere il livello del suolo, ottenendo così dati più accurati del terreno.
Al contrario, la vegetazione può impedire alla fotogrammetria dei droni di acquisire una rappresentazione accurata di come appare la topografia del suolo: in sostanza, catturerà solo le caratteristiche che sporgono dalla superficie terrestre.
Questo eccellente grafico qui sotto – creato da Ben Bishop, direttore tecnico di Flythru Limited – mostra la differenza tra LiDAR e fotogrammetria per la generazione DTM.
In questo esempio, i dati LiDAR sono rosa e la fotogrammetria è blu. Nota come la fotogrammetria fa un ottimo lavoro nel catturare le cime degli alberi, ma non può competere con il LiDAR quando si tratta di ottenere informazioni sul terreno nelle aree oscurate dalla vegetazione.
Per questo motivo, la fotogrammetria diventa più efficace per i DSM.
Ricorda, i DSM rappresentano sia le caratteristiche naturali che quelle costruite sulla superficie terrestre, come la chioma degli alberi e i cambiamenti della vegetazione.
Pertanto, le immagini ad alta risoluzione raccolte durante una missione di fotogrammetria sono utili per costruire questo tipo di mappe. Ma anche LiDAR può essere utilizzato anche per i DSM.
I migliori droni per DEM, DSM e DTM
DJI ha progettato numerosi droni per missioni di rilevamento aereo, in particolare l’M300 RTK e il Phantom 4 RTK.
Tra questi, l’M300 RTK è più adatto alla creazione di questi modelli in quanto può essere integrato con fotogrammetria e fotocamere LiDAR.
Il DJI Zenmuse P1 (sotto, a sinistra) è una fotocamera fotogrammetrica dedicata con un sensore full frame da 45 MP, mentre il DJI Zenmuse L1 (sotto, a destra) è un sensore LiDAR con funzionalità di fotogrammetria.
L’M300 RTK accoppiato con il P1 o L1 rende il rilevamento aereo altamente accessibile, specialmente nel caso dell’acquisizione di dati LiDAR. E, grazie a una combinazione della maggiore resistenza del drone e delle specifiche individuali delle telecamere, questo abbinamento presenta una soluzione di mappatura incredibilmente efficiente, che copre vaste aree in brevi lassi di tempo.
Nel frattempo, il Phantom 4 RTK è una soluzione di rilevamento drone compatta e a bassa quota, ma ha una fotocamera fotogrammetrica fissa da 20 MP. Pertanto, sebbene sia un efficace strumento di rilevamento dei droni, manca della versatilità dell’M300 RTK in quanto non può essere integrato con LiDAR.
DEM, DSM e DTM – Tipi di applicazioni
I DEM – che incorporano DSM e DTM – sono fondamentali in aree come la gestione delle infrastrutture, l’idrologia che gestisce l’erosione costiera, l’archeologia, gli studi sulla direzione del flusso, l’uso del suolo e la pianificazione urbana e le frane successive.
Droni, DEM, DSM e DTM – Riepilogo
Il rilevamento dei droni è diventato una delle principali applicazioni del settore e DEM, DSM e DTM possono costituire una parte importante dei progetti di mappatura.
Gli aerei senza pilota facilitano la raccolta dei dati necessari per questi tipi di modelli.
La scelta tra DEM, DSM e DTM dipende dal tipo di informazioni richieste, mentre anche la scelta tra fotogrammetria e LiDAR è una considerazione chiave.
Ma come tutti i dati in uscita associati al rilevamento dei droni, queste risorse digitalizzate forniscono approfondimenti approfonditi sul tuo sito di lavoro che possono guidare il processo decisionale e il ROI.