- Il dipartimento di ingegneria della città di Henderson, USA, sta utilizzando droni per una più facile gestione delle risorse e per raccogliere dati topografici per futuri miglioramenti delle strutture;
- DJI Phantom 4 RTK implementato per una serie di progetti, tra cui la gestione del terreno cimiteriale, un’installazione della linea di galleggiamento e la mappatura del centro di Henderson;
- Il Dipartimento descrive i droni come uno “strumento critico per la gestione delle risorse cittadine” e il P4 RTK come “prezioso per una raccolta dati accurata ed efficiente”;
- Il dipartimento afferma che P4 RTK può raggiungere precisioni di 1,5 cm in orizzontale e 2 cm in verticale, con punti di controllo a terra.
Mappatura della città di Henderson con il Phantom 4 RTK
La città di Henderson sta utilizzando il Phantom 4 RTK per mappare tutte le strutture di proprietà della città per una più facile gestione delle risorse e per raccogliere dati topografici per strutture future e miglioramenti delle infrastrutture.
Le missioni hanno incluso:
- Immagini ad alta precisione per la gestione del territorio del cimitero di proprietà della città.
- Rilievo topografico per una nuova installazione della linea di galleggiamento, beneficiando della rapida acquisizione dei dati del drone, inclusi i set di dati 3D.
- Mappatura del centro di Henderson a vantaggio di una vasta gamma di dipartimenti.
Il drone non solo ha consentito al team di acquisire immagini più accurate e ad alta risoluzione, ma ha anche fornito visualizzazioni uniche che sarebbero mancate dal livello del suolo e ha consentito la raccolta dei dati “senza dover mettere gli stivali a terra”.
Logan ha dichiarato: “Anche se questo non è uno strumento per sostituire completamente i metodi tradizionali di rilevamento e gestione delle risorse; crediamo che avere un drone, in particolare il Phantom 4 RTK, sia uno strumento estremamente prezioso per portare a termine il lavoro in modo accurato ed efficiente”.
Utilizzo di un drone per la gestione del cimitero cittadino
Il progetto che ha davvero fatto oscillare il pendolo a favore dell’adozione di un programma di droni è stata la mappatura di un cimitero gestito dalla città.
In genere, il team utilizzava le immagini dello Stato come ausilio visivo dietro la mappa del pacco.
Tuttavia, sebbene questo tipo di set di dati fosse accurato, la risoluzione complessiva era piuttosto bassa.
“Il nostro dipartimento ha deciso di utilizzarlo come sito di prova per la verifica dell’accuratezza e la fotografia di mappatura a bassa quota, utilizzando il drone”, ha affermato Logan.
E secondo le sue stesse parole, i risultati sono stati “piuttosto sorprendenti”.
Questa immagine (sotto, a sinistra) mostra una sezione delle immagini di stato che il team stava utilizzando. Le macchie scure identificano le lapidi, ma la risoluzione è molto bassa. Confrontalo con le immagini dei droni (sotto, a destra) e la differenza è dalla notte al giorno.
Anche la squadra è rimasta colpita dalla precisione.
Logan ha dichiarato: “La precisione della mappa fornita dallo Stato è stata scioccante, ma grazie al drone, abbiamo catturato foto altamente dettagliate che si trovavano entro il margine di 0,1 piedi ovvero 3 centimetri”.
Anche se questo è stato impressionante – e più vantaggioso delle immagini statali – Logan ha detto che il “vero kicker” è stata questa immagine NDVI; raccolta dal drone e riprodotta in strumenti di analisi delle immagini GIS.
“NVDI è un’alternativa a breve termine al radar a penetrazione del suolo per il cimitero perché il suolo disturbato non consente la crescita delle piante con la stessa facilità del suolo indisturbato.
“Il terreno disturbato appare ad occhio nudo leggermente più marrone, ma quando elaborato attraverso il modello NVDI, amplifica le variazioni di verde consentendo al terreno disturbato, che non è così sano, di mostrare un arancione vibrante.”
Drone Mapping Downtown Henderson
Il dipartimento di ingegneria della città di Henderson sta utilizzando il Phantom 4 RTK per mappare il distretto del centro.
Questo tipo di mappatura con i droni sta diventando popolare; ideale per la gestione, la pianificazione e lo sviluppo della città.
Logan ammette che si tratta di un progetto a lungo termine, ma il team ha iniziato sul serio e ha catturato i margini esterni dell’area del centro.
Ha detto: “Una città è in continua crescita e richiede miglioramenti alle infrastrutture esistenti.
“Pianificando in anticipo e acquisendo queste informazioni, inclusi i dati 3D, tramite drone, avremo i dati a portata di mano quando saranno necessari miglioramenti pianificati o di emergenza.
“Grazie a questi voli di successo con il drone, abbiamo continuato la nostra mappa del centro e stiamo lavorando alla mappatura di ogni struttura della città.
“Finora, da giugno 2020, abbiamo mappato più di 2 miglia quadrate o circa 1.300 acri – e in continuare.”
Il team ha anche scoperto che le immagini dei droni possono fornire informazioni chiave che non sono sempre visibili da terra.
Prendi questa immagine, ad esempio, che è una nuvola di punti dello stesso edificio nella foto sopra.
Logan ha detto: “Abbiamo scoperto che queste mappe possono essere utilizzate per ispezioni sui tetti di edifici abbandonati e occupati.
“Dalla strada, questi edifici non sembrano essere in cattive condizioni, ma le immagini aeree raccontano una storia diversa.”
La raccolta di questi dati tramite drone riduce anche la necessità per il personale di raccogliere manualmente le informazioni; migliorare l’efficienza e aumentare la sicurezza.
Logan ha dichiarato: “Avendo queste immagini ad alta risoluzione, possiamo gestire meglio le nostre risorse senza nemmeno dover mettere gli stivali a terra.
“Ad esempio, ci sono numerose risorse, come i tombini, grate antitempesta, idranti antincendio e marciapiedi, che possono essere identificati e persino corretti nel nostro GIS per riflettere la loro posizione relativa senza dover lasciare l’ufficio.”
Nuova installazione sulla linea di galleggiamento
Dopo aver convalidato il drone come strumento per un’acquisizione di dati accurata e di qualità, il team ha utilizzato il Phantom 4 RTK per produrre un sondaggio tecnico per una nuova installazione di linea di galleggiamento per un cliente cittadino.
Il brief del progetto era quello di utilizzare il drone per acquisire dati di precisione – rapidamente – che potrebbero essere successivamente utilizzati con il pacchetto software di progettazione di ingegneria civile, Autodesk Civil 3D.
Logan ha detto: “Il volo è stato eseguito in modalità 3D invece che in modalità 2D, come nel cimitero.
“In modalità 3D, l’estremità del drone tratteggia l’area di interesse e scatta foto oblique per aumentare la qualità del modello 3D finale.
“Abbiamo riscontrato diversi problemi con la precisione complessiva degli output finali durante l’elaborazione dei dati in modalità 3D, tuttavia, l’accuratezza era decente.
“In seguito siamo riusciti ad aumentare la precisione complessiva fino a livelli accettabili (0,2 piedi o 6 cm) aggiungendo più punti GCP”.
Il team ha anche creato una nuvola di punti tramite Pix4D; generare contorni rimuovendo circa il 95% dei punti raccolti.
“In questo modo, i contorni erano più uniformi e dall’aspetto più pulito rispetto all’utilizzo di tutti i punti a causa di valori anomali che alteravano i dati e lunghi tempi di elaborazione.”
Questa immagine mostra le immagini disposte dietro i piani, così come i contorni che sono stati generati dalla nuvola di punti.
Vantaggi dell’utilizzo del Phantom 4 RTK
Il DJI Phantom 4 RTK è una potente soluzione di mappatura aerea a bassa quota.
Può acquisire dati precisi al centimetro richiedendo un minor numero di punti di controllo a terra rispetto ai metodi di rilevamento tradizionali, risparmiando tempo e riducendo il rischio in loco.
Le caratteristiche principali includono:
- Modulo RTK integrato che fornisce dati di posizionamento a livello centimetrico in tempo reale per una migliore precisione assoluta sui metadati dell’immagine.
- Sensore CMOS da 20 MP da un pollice e otturatore meccanico per eliminare la sfocatura dell’otturatore rotante mentre P4 RTK è in movimento.
- Il drone può raggiungere una distanza di campionamento al suolo (GSD) di 2,74 cm a 100 m di altitudine di volo.
- Il sistema TimeSync allinea il controller di volo, la telecamera e il modulo RTK. Garantisce inoltre che ogni fotografia utilizzi i metadati più accurati.
- La trasmissione OcuSync consente una trasmissione di immagini e video HD stabile e affidabile fino a 5 km (CE) e 7 km (FCC).
- Compatibile con una gamma di software di fotogrammetria e mappatura con i droni leader del settore, tra cui DJI Terra.
Per quanto riguarda Logan, il Phantom 4 RTK è una piattaforma affidabile.
Ha detto: “Con la mia esperienza combinata commerciale, governo locale e personale con piccoli velivoli senza pilota, posso tranquillamente dire che il Phantom 4 RTK è un drone molto praticabile, con molti vantaggi rispetto ad altri sistemi”.
Capacità RTK
Per Logan, il vantaggio principale è la capacità RTK del velivolo.
Ha detto: “Avere tutte le foto accuratamente georeferenziate direttamente dal drone consente di utilizzare mappe più coerenti per esigenze di ingegneria.
“Con grande sicurezza, posso dire che la posizione del drone è entro 1,5 cm in orizzontale e 2 cm in verticale durante lo scatto delle foto, rispetto a un drone standard con una precisione di posizione di un paio di piedi in entrambe le direzioni.
“Quando si tratta di elaborare le foto per una mappa, abbiamo GCP accurati con il nostro GPS di rilevamento, ma abbiamo un terzo punto molto importante nel cielo (posizione del drone RTK) che è estremamente preciso. Ciò aumenta notevolmente la nostra precisione complessiva”.
Controller Phantom 4 RTK
Il Phantom 4 RTK beneficia dell’app DJI GS RTK e del radiocomando con schermo integrato.
Ciò fornisce agli operatori uno schema di controllo semplificato per il rilevamento.
L’app dedicata GS RTK consente ai piloti di controllare in modo intelligente il drone con più modalità di pianificazione, tra cui fotogrammetria (2D e 3D), volo waypoint e consapevolezza del terreno.
Logan ha dichiarato: “Un altro vantaggio del Phantom 4 RTK è il suo radiocomando.
“Avendo una precedente esperienza con i droni DJI, sono stato abituato a utilizzare un tablet come monitor e ad avere le batterie integrate nel radiocomando.
“Poiché il Phantom 4 RTK ha un radiocomando all-in-one, risolve il problema di doversi preoccupare se il tablet di visualizzazione è carico.
“Allora le batterie sostituibili sono un enorme vantaggio per operazioni multiple o di grandi dimensioni. Non è più necessario attendere che l’apparecchiatura si ricarichi, basta sostituire le batterie.”
Utilizzo di droni per integrare i metodi di rilevamento tradizionali
I droni sono diventati uno strumento cruciale per la mappatura, ma completano gli strumenti di rilevamento tradizionali, piuttosto che sostituirli.
Logan, che è anche un tecnico CAD per il dipartimento di ingegneria, ha dichiarato: “Posso dire con certezza che quando eseguiamo un sondaggio avendo immagini di droni dietro il disegno, è di grande aiuto.
“Non sto più giocando a collegare i punti quando il personale sul campo arriva con un sondaggio, ed inoltre elimina quasi la necessità di foto del sito.
“Un enorme vantaggio è la mappatura di un’area per il 3D con il drone. Avendo una nuvola di punti molto accurata possiamo generare contorni accurati per l’area di interesse.
“È vero che questa nuvola di punti è troppo dettagliata per essere utilizzata in Autodesk Civil 3D, quindi finisco per eliminare il 95% dei punti.
“Ma quel 5% che resta è ancora un sacco di punti per darmi contorni migliori di quello che lo Stato può fornire.
“La nostra nuvola di punti – anche una versione ridotta – ha un punto all’incirca ogni piede – che è ancora preciso e rappresenta l’area di interesse, rispetto ai dati dello Stato che hanno un punto ogni 6,5 piedi.
“Tenendoli a un piede di distanza, la nostra superficie è ancora precisa e rappresenta l’area di interesse senza stressare troppo il computer.”
Utilizzo dei punti di controllo a terra
Implementando il DJI Phantom 4 RTK, il dipartimento di ingegneria della città di Henderson è stato in grado di ridurre il numero di GCP che deve inviare per un sondaggio.
Tuttavia, è prassi standard del Dipartimento utilizzare alcuni punti GCP; nonostante il fatto che, in alcuni casi, il P4 RTK possa eliminare del tutto la necessità di GCP.
Logan ha dichiarato: “Nel nostro dipartimento, i punti di controllo GPS sono un must. Ogni mappa che abbiamo prodotto viene aggiunta alle nostre immagini GIS, con la speranza di coprire l’intera città in futuro.
“Abbiamo diversi modi in cui inseriamo i punti GCP nei nostri progetti.
“Il nostro modo preferito è un vecchio segnale di stop che abbiamo riproposto da utilizzare come stencil per adattarsi esattamente sopra i tombini.
“Abbiamo anche utilizzato altri segnali stradali con le griglie dipinte da utilizzare nei campi.
“Il nostro metodo preferito per la raccolta dei dati è il nostro GPS EOS per sondaggi. Questo GPS si interfaccia direttamente con il nostro GIS e i punti vengono aggiunti in tempo reale.
“Da GIS possiamo esportare i punti come csv con tutte le informazioni necessarie, come le coordinate e la precisione del GPS al momento dello scatto.
“Dopo aver terminato l’elaborazione della mappa, possiamo importare la mappa in GIS e controllare visivamente e misurare la differenza tra i nostri punti e la mappa elaborata.”
Flussi di lavoro nella mappatura con i droni
Il dipartimento di ingegneria della città di Henderson ha dimostrato i vantaggi dell’utilizzo del DJI Phantom 4 RTK per la mappatura con i droni.
Con questo in mente, come fa il Dipartimento a condurre un’indagine aerea con droni?
Logan ha stabilito un riepilogo in cinque fasi che costituisce la procedura operativa standard del dipartimento.
Passaggio 1: il piano
Creare un file kml delle particelle di proprietà dell’area prospettica. Il file viene trasferito al drone per il pre-caching della mappa.
Passaggio 2: mobilitarsi nel sito di mappatura
Preparare e impostare punti GCP ovunque da un giorno prima dello stesso giorno; questo dipende da quanti devono essere impostati.
I GCP della città di Henderson sono generalmente situati a 150 metri di distanza.
Logan ha detto: “Questo potrebbe essere un po’ eccessivo, ma puoi scegliere e selezionare quali usare”.
I GCP sono contrassegnati da un modello realizzato per la verniciatura dell’asfalto o da alcuni bersagli dispiegabili utilizzati nelle aree erbose.
Passaggio 3: completare la preparazione della missione di volo
Logan ha detto: “Dopo aver stimato l’altezza dell’oggetto più alto, regoliamo l’altitudine di volo a 100 piedi sopra, se necessario, e se può essere fatto legalmente”.
Il Dipartimento imposta la sovrapposizione delle immagini all’80% in entrambe le direzioni; questo significa che se il drone salta una riga, la sovrapposizione dell’immagine è al minimo (60%) per l’elaborazione del software.
Tutte le missioni vengono eseguite a distanza, anziché a tempo.
Passaggio 4: il volo
Il dipartimento di ingegneria della città di Henderson ha stabilito regole interne per aumentare la sicurezza, indipendentemente dal luogo.
Logan ha dichiarato: “Il pilota remoto in comando (RPIC) deve avere almeno un osservatore visivo per aiutare a evitare ostacoli, aerei e personale non partecipanti, e per guardare il drone quando l’RPIC non può.
“L’equipaggio di volo è inoltre tenuto a sollevare il ricevitore ADS-B che riceve e visualizza tutti gli aerei dotati di transponder.
“Sebbene questo sia un buon strumento da avere nella cassetta degli attrezzi, non sostituisce le tecniche di scansione che aiuteranno a individuare tutti gli aerei. Lo usiamo come aiuto, non come stampella.
“L’equipaggio di volo è inoltre tenuto a rivedere la guida allo studio per il test Parte 107; questo aiuta a portarli alla velocità in modo che capiscano tutti gli aspetti di ciò che un RPIC deve sapere per far funzionare un drone in sicurezza.”
Passaggio 5: post-volo
Il software di fotogrammetria preferito dal Dipartimento è Pix4D, che utilizza i server in loco.
In genere, viene utilizzata l’opzione mappe 3D standard; ritenuto migliore per il flusso di lavoro del Dipartimento.
Nella configurazione iniziale delle immagini e dei GCP per l’elaborazione, il team elabora il “passaggio uno”.
Una volta completato il primo passaggio, l’editor rayCloud viene utilizzato per stabilire il GCP con i dati iniziali. Ogni GCP ha in genere circa 10 immagini.
Logan ha dichiarato: “Non utilizziamo realmente i checkpoint poiché possiamo facilmente importare la mappa finita in ArcGIS Pro per effettuare la valutazione”.
Una volta che i GCP sono stati contrassegnati, il resto dell’elaborazione è completato.
Cosa riserva il futuro al programma Drone?
Il dipartimento di ingegneria della città di Henderson ha sicuramente dimostrato il valore dei droni.
Quindi cosa riserva il futuro per la sua divisione UAS?
“Il nostro programma di droni è agli inizi”, ha detto Logan.
“Attualmente, il Phantom 4 RTK è l’unico velivolo senza pilota nel nostro dipartimento; prima dell’acquisto, ne avevamo uno in prestito da un dipendente per giustificare l’acquisto.
Il dipartimento di ingegneria della città di Henderson vuole espandere la sua divisione droni.
“Il nostro dipartimento ha attualmente un pilota che gestisce le nostre operazioni, tuttavia un altro pilota è in formazione per essere un pilota di riserva.
“Un giorno, ci piacerebbe mappare tutta la nostra città con questo livello di immagini.
“Questo apporterà grandi vantaggi a tutti i dipartimenti nella ricerca e nella manutenzione delle risorse in tutta la città”.