Perché i droni stanno diventando strumenti di riferimento per i professionisti del rilevamento e qual è il drone perfetto per iniziare il rilevamento?

Poiché la precisione e l’affidabilità sono essenziali per i professionisti del rilevamento, è comprensibile che molti abbiano esitato ad adottare la tecnologia dei droni. I metodi tradizionali funzionano e, come dice il vecchio proverbio, se non è rotto, non aggiustarlo.

Ma ci sono idee sbagliate che guidano questo scetticismo. Molti progetti di rilevamento possono essere completati con successo con la precisione fornita dai droni. E mentre in alcuni casi c’è un compromesso di precisione, ci sono enormi risparmi in termini di costi, tempo e sicurezza da realizzare quando si integrano i droni nei flussi di lavoro tradizionali.

I droni sono diventati strumenti di trasformazione in una vasta gamma di settori. Il rilevamento non è diverso, ma i metodi tradizionali avranno sempre un posto. Anzi, in alcuni casi, rappresentano l’unica soluzione possibile.

dji phantom 4 rtk

Perché i geometri tradizionali stanno passando ai droni?

Tempo, risparmi sui costi e miglioramenti della sicurezza sono i principali vantaggi che i droni apportano a una serie di settori. Tutti e tre stanno già impattando sul lavoro dei geometri.

Prendiamo l’esempio di Altametris, una filiale di raccolta dati e analisi del gigante ferroviario francese SNCF. Confrontando diversi metodi durante il rilevamento di un tratto di ferrovia, il team ha scoperto che il payload DJI Matrice 300 RTK e Zenmuse P1 si combinavano per ridurre i tempi di preparazione dell’operazione di due ore. Questo perché il modulo RTK integrato e il sensore full frame di Zenmuse P1 hanno fornito metadati sufficienti per ridurre efficacemente a zero il numero di punti di controllo a terra (GCP) richiesti.

Per Altametris, i sondaggi precedenti con una precisione di 3 cm richiedevano 40 GCP per chilometro quadrato. Sarebbe inoltre necessario implementare un tacheometro che richiede tempo.

Oltre a occupare ore preziose, questi metodi comportano la movimentazione fisica delle apparecchiature sulla ferrovia e in prossimità della stessa. È un posto di lavoro pericoloso e complesso. L’introduzione dei droni nell’equazione ha significato meno ore sul posto, processi più automatizzati e meno rischi per i topografi, il tutto senza sacrificare la precisione richiesta. In effetti, lo Zenmuse P1 eccelle nonostante le condizioni di scarsa illuminazione.

Riducendo il numero di GCP necessari per le missioni di rilevamento, i droni sofisticati possono far risparmiare ai topografi un’enorme quantità di tempo. Ma è probabilmente in aree inaccessibili o pericolose in cui la tecnologia dà il meglio di sé. I binari del treno sono solo un esempio di un ambiente di lavoro molto più adatto alle macchine autonome.

L’ultimo punto da notare è la profondità dei dati possibile con i droni. Nonostante richieda una frazione della manodopera, una nuvola di punti con milioni di punti dati e, in molti casi, maggiori dettagli, può essere ottenuta in un tempo di risposta ragionevole. Ottenere lo stesso risultato dai metodi classici richiederebbe molto più tempo, strumenti e costi.

Quali tipi di progetti di rilevamento sono ideali per droni e strumenti di rilevamento tradizionali?

Nonostante i vantaggi offerti dai droni rispetto ai metodi di rilevamento tradizionali, ci sono situazioni in cui i vecchi metodi rimangono una parte importante dell’equazione.

La prima cosa da considerare è il grado e il tipo di accuratezza richiesti dal progetto.

È qui che è importante la differenza tra accuratezza relativa e accuratezza assoluta. Per molte applicazioni, l’accuratezza relativa – l’accuratezza di dove gli oggetti sono in relazione l’uno con l’altro – è tutto ciò che conta. Il risultato di questi progetti possono essere modelli ricostruiti come nuvole di punti 3D o mappe ortomosaiche. Quando le posizioni reali degli oggetti sulla Terra sono un fattore importante nell’equazione, è necessario un processo di rilevamento che fornisca una precisione assoluta.

Adottare un approccio relativo è un modo semplice per valutare accuratamente volumi, distanze e variazioni di altezza. Ma se tali dati verranno combinati con ulteriori livelli informativi, o se si spera di sviluppare documentazione di rilievo fotogrammetrico professionale, tali misurazioni dovranno essere orientate geograficamente utilizzando i punti di controllo a terra e/o supportate da UAV Real-Time Kinematic (RTK ) tecnologia. RTK è una soluzione di correzione GPS integrata nei droni che funziona con una stazione di terra per geotaggare accuratamente le immagini con le informazioni GPS mentre vengono catturate.

Come regola generale, i progetti che richiedono una precisione entro 2 cm dovranno essere aumentati con i metodi tradizionali. I droni raggiungono costantemente una precisione di 5 cm e, a seconda dei carichi utili e dei parametri di volo, fino a ~ 1 cm. Se il tuo progetto richiede una precisione di 2, 1 o addirittura millimetrica, gli strumenti tradizionali rimangono l’opzione migliore.

rilevamento tradizionale

Progetti di rilevamento ideali per strumenti di rilevamento tradizionali

Rilievo di progetti interni o sotterranei

A causa del segnale GPS limitato e delle condizioni di scarsa illuminazione, i progetti sotterranei e interni non sono generalmente adatti ai droni. Invece, esplorare la geometria delle grotte e delle strutture interne è meglio farlo con metodi di rilevamento tacheometrici o, per risultati a velocità e risoluzione più elevate, tecnologie di scansione laser terrestre (TLS).

Detto questo, alcune aziende stanno lavorando a soluzioni che combinano droni, capacità di navigazione simultanea di localizzazione e mappatura (SLAM) e sensori LiDAR per mappare aree sotterranee complesse. Non passerà molto tempo prima che i droni svolgano un ruolo importante sotto terra, in particolare perché i topografi cercano di unire dati provenienti da fonti diverse con flussi di lavoro più sofisticati.

rilievo sotterraneo

Progetti di rilievo che comportano l’ostruzione di oggetti

I rilievi aerei possono anche essere complicati dalla presenza di edifici o da fitte chiome della chioma. Questi problemi si aggravano quando gli ostacoli mascherano i cambiamenti di elevazione. LiDAR può funzionare attraverso fogliame leggero, ma alberi densi bloccheranno il terreno e ridurranno la precisione del risultato finale.

Progetti che non hanno scadenze rigorose

Il tempo è denaro. E uno dei maggiori vantaggi del rilevamento con droni è la riduzione del tempo necessario per completare il lavoro. Tuttavia, non tutti i progetti devono essere completati ieri e non tutti i sondaggi richiedono di trovare un equilibrio tra precisione e tempo di missione.

I droni coprono il terreno più velocemente di quanto possano fare le persone e l’hardware giusto può ridurre drasticamente il numero di GCP necessari. Ma se sei felice di dedicare il tempo extra necessario per una maggiore precisione, puoi continuare con i metodi tradizionali.

Rilievo di progetti in cui brillano i droni

Aree inaccessibili

Alcuni ambienti e infrastrutture sono letteralmente al di fuori della portata delle tecniche di rilevamento tradizionali. Ma quando è necessario raccogliere dati, in particolare su larga scala, i droni sono la soluzione ideale. Torri di telefoni cellulari, fattorie solari e tettoie sugli alberi sono solo alcuni esempi di aree che possono essere facilmente mappate usando i droni.

Terreno pericoloso

Solo perché un’area è alla portata delle tecniche di rilevamento a terra, non ne consegue che sia saggio o sicuro farlo. Luoghi pericolosi, inclusi tetti, sporgenze, strade, terreno instabile, argini ripidi e, come accennato in precedenza, linee ferroviarie, sono tutti luoghi pericolosi in cui lavorare. Le soluzioni innovative dei droni possono svolgere attività di rilevamento senza rischiare le squadre a terra.

Quando la profondità dei dati è importante

Un vantaggio significativo per il rilevamento aereo è la profondità e la varietà dei potenziali risultati disponibili. Se stai conducendo un’indagine agricola, i sensori multispettrali e le telecamere ad alta definizione possono raccogliere i dati necessari per valutare la salute delle colture e comprendere la situazione in dettaglio granulare. Se stai eseguendo un rilevamento topologico prima di un progetto di costruzione, LiDAR e fotogrammetria abilitano nuvole di punti 3D, mappe ortomosaiche e modelli digitali del terreno ad alta densità per una panoramica completa. Se stai stimando le scorte e stai cercando misurazioni accurate del volume che non siano ostacolate dall’errore umano, pochi clic della fotocamera di un drone possono raccogliere le informazioni di cui hai bisogno senza mettere in pericolo il personale.

Perché il Phantom 4 RTK è il perfetto drone di avviamento al rilevamento

La scelta dell’hardware giusto per le missioni di rilevamento è fondamentale per una serie di motivi.

Per cominciare, un parametro chiave per qualsiasi rilevamento è la risoluzione spaziale o Ground Sampling Distance (GSD). Il dettaglio catturato in ogni pixel è un fattore della risoluzione del sensore del tuo drone, della lunghezza focale e dell’altitudine a cui voli. I primi due elementi dipendono chiaramente dall’hardware. Ma potresti anche sostenere che l’altitudine di rilevamento scelta è il risultato di altri fattori hardware, come il tempo di volo e la velocità.

Il DJI Phantom 4 RTK è una soluzione completa pronta all’uso altamente capace, facile da usare e conveniente. Ospita un sensore CMOS da un pollice e 20 megapixel. Il suo otturatore meccanico accelera l’acquisizione delle immagini con una distorsione minima rispetto ai modelli consumer. Un obiettivo grandangolare con una lunghezza focale di 24 mm offre immagini chiare e coerenti.

p4 rtk

Un sistema di navigazione e posizionamento a livello di centimetro supporta entrambi i metodi di rilevamento RTK e PPK. Il modulo RTK è supportato da GPS L1 L2, GLONASS L1 L2, Galileo E1 E5a e BeiDou B1 B2. Può ridurre efficacemente la quantità richiesta di GCP a 0. Sebbene sia ancora consigliata una manciata di GCP per chilometro quadrato per risultati ottimali, gli utenti di P4 RTK possono risparmiare almeno il 75% nel tempo di configurazione GCP. Il P4RTK si basa sulla tecnologia TimeSync per coordinare la fotocamera e il ricevitore RTK, contrassegnando ogni immagine con informazioni geospaziali accurate. Le correzioni vengono ricevute anche dalla stazione base a terra, con conseguente elevato grado di precisione.

Il P4 RTK ha anche batterie sostituibili a caldo, un tempo di volo di ~ 30 minuti e una velocità massima di oltre 30 mph, consentendo ai topografi di coprire più terreno in meno tempo. Tutto combacia con l’app DJI GS RTK e un telecomando con un monitor integrato e più modalità di pianificazione, tra cui fotogrammetria (2D e 3D), Waypoint Flight, Terrain Awareness e Block Segmentation.

Questo è un aggiornamento rivoluzionario per i topografi che attualmente utilizzano droni consumer per le missioni di mappatura.

Output dei dati Phantom 4 RTK

Il rilevamento con un Phantom 4 RTK sblocca un mondo di possibilità di dati. I risultati esatti dipendono dalla scelta del software, ma i potenziali risultati includono:

Mappe ortomosaiche

Ogni ortofoto acquisita dal P4 RTK durante un volo di rilevamento contiene informazioni geospaziali e viene elaborata e corretta per tenere conto della prospettiva da cui è stata scattata, della potenziale distorsione dell’obiettivo, dell’inclinazione della fotocamera e della variazione topografica.

Uno degli output di indagine più comuni è una mappa ortomoasica ad alta definizione. Unendo insieme le immagini catturate dal tuo drone, puoi fornire una vista a volo d’uccello di un’area così com’è ora, aiutando la pianificazione, il processo decisionale e il monitoraggio dei progressi del progetto.

ortomosaico

Modelli 3D di superficie, terreno ed elevazione

Poiché le immagini dei droni P4 RTK includono punti dati su latitudine, longitudine e altitudine, ogni pixel trasporta dati su tre dimensioni. Ciò significa che tra i risultati più convincenti di un sondaggio con droni c’è un modello 3D.

immagine 3d

Questi modelli realistici e coinvolgenti combinano immagini ad alta definizione con punti di dati geografici precisi. Il risultato è uno strumento navigabile che può essere utilizzato per la pianificazione del progetto, misurazioni accurate e analisi dei progressi.

Il primo esempio è un modello di superficie digitale, che fornisce una sensazione strutturale di un sito e uno strumento esplorativo immediatamente riconoscibile. I modelli digitali del terreno sono costruiti con gli stessi dati ma sono privi di strutture e oggetti creati dall’uomo. Come suggerisce lo stesso, l’attenzione è sul terreno. Infine, i modelli di elevazione digitale fanno un ulteriore passo avanti, rappresentando la superficie della Terra nuda rimuovendo sia le caratteristiche naturali che quelle artificiali. I modelli digitali di elevazione sono utilizzati nella contornatura delle mappe topografiche.

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Rilievi volumetrici

Il P4 RTK può raccogliere i dati necessari per i modelli volumetrici, che possono essere utilizzati per misurare le scorte nei settori minerario e delle costruzioni. Puoi leggere il case study e la metodologia di Heliguy e Terra Drone Europe qui. Il verdetto? Il P4 RTK “è uno strumento di rilevamento ad alta precisione”.

volumetria

Droni in azione: utilizzo del P4 RTK per mappare le infrastrutture di trasporto

Rhein-Neckar-Verkehr GmbH (RNV) gestisce i trasporti pubblici nella regione tedesca del Rhein-Neckar. Le responsabilità dell’azienda includono una linea di tram di 301 km e una linea di autobus di 827 km, utilizzata da 370.000 passeggeri ogni giorno. In un esperimento condotto con gli specialisti di rilevamento Vermessungbüro Wolfert GmbH (Heidelberg) e con il supporto e la formazione di DJI Enterprise Dealer Epotronic. RNV ha confrontato le prestazioni del P4 RTK con i metodi tradizionali (stazioni totali) durante il rilevamento di un tratto di binario ferroviario.

Il confronto ha comportato il sorvolo di una sezione della pista, la raccolta di immagini e l’elaborazione delle stesse prima di effettuare misurazioni dal modello 3D generato. I risultati sono stati quindi valutati insieme ai modelli di misurazione standard di RNV.

Visualizzando gli output CAD dal rilevamento della stazione totale fianco a fianco con gli output CAD e della nuvola di punti dal P4RTK, è chiaro quanti più dati sono stati raccolti dal drone DJI. I dati aerei consentono anche ortofoto che possono essere orientate e manipolate per semplificare la pianificazione del progetto.

cad

Questa quantità di dettagli è particolarmente utile quando si esaminano le fondamenta di un percorso pianificato. A livello granulare, Vermessungsbüro Wolfert ha confrontato l’accuratezza dei due metodi di misurazione e ha scoperto che il P4RTK era preciso entro 1,5 cm dai risultati della stazione totale.

Probabilmente i maggiori vantaggi derivanti dall’utilizzo dei droni per l’attività erano procedurali. Durante un progetto di rilevamento tradizionale, le squadre sono costrette a lavorare su e intorno ai binari mentre sono chiusi per tutta la durata. La prima cosa che RNV ha notato è che i sondaggi “senza contatto” dall’alto hanno ridotto i rischi per la sicurezza delle squadre a terra e hanno permesso il proseguimento delle operazioni di trasporto per il servizio di metropolitana leggera. Oltre a ridurre i ritardi nell’orario, le misurazioni che di solito sono limitate a causa della pressione dei tempi, come l’altezza del binario, potrebbero essere raccolte con facilità.

C’erano anche vantaggi per la profondità degli output generati dal P4 RTK. Con una precisione paragonabile, l’orientamento dei modelli 3D da una prospettiva aerea ha portato a dati intuitivi che sono probabilmente più accessibili per chi è alla ricerca di approfondimenti. Tuttavia, il team di Vermessungsbüro Wolfert ha sottolineato che alcuni punti dati non possono essere acquisiti dall’alto, come le aree sotto una fitta vegetazione. Per questo motivo possono avere un ruolo da svolgere rilievi che combinano la fotogrammetria aerea con i metodi classici di rilevamento.

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