Sistema GeoFly

• DTM
• DSM
• ORTOFOTOCARTE
• POINT CLOUD
• CARTOGRAFIA AEROFOTOGRAMMETRICA

GeoFly è un sistema professionale progettato per l’acquisizione e la produzione di informazioni cartografiche di precisione quali ortofotocarte ad alta risoluzione e modelli tridimensionali del terreno.
I principali campi di applicazione riguardano il rilievo topografico e ambientale, il rilievo al suolo per monitoraggio di fenomeni ambientali evolutivi quali frane e dissesti geologici, rilievo delle volumetrie di discariche, rilievo e monitoraggio di cantieri, rilievo di percorsi ferroviari e stradali, rilievo e monitoraggio discariche, controllo di abusi edilizi e ambientali, simulazione e valutazione dell’impatto ambientale per studi di fattibilità e progettazione, documentazione dello stato dei luoghi, protezione civile, rilievo di siti archeologici....

1 - Descrizione del sistema

1.1 - Caratteristiche di eBee

Il sistema GeoFly utilizza il drone eBee di SenseFly, un UAV (Unmanned Aerial Vehicle) planante che trasporta una fotocamera digitale calibrata da 16 Mpx utilizzata per l’acquisizione d’immagini fotogrammetriche con una risoluzione di 3 cm/pixel. Le immagini acquisite possono poi essere utilizzate per creare mappe e modelli di elevata precisione.

Il profilo aerodinamico e un peso inferiore agli 0.7 kg consentono a eBee di volare fino a 50 minuti con una sola batteria consentendo di coprire aree fino a 12 km2 in un unico volo, con una velocità di crociera da 40 a 90 km/h (da 11 a 25 m/s) e una resistenza al vento fino a 45 km/h (12 m/s).

Il ridotto peso consente il lancio a mano di eBee, senza la necessità di alcun elemento esterno per volare. La particolare schiuma flessibile con la quale è costruito e l’elica montata posteriormente garantiscono la sicurezza sia del drone sia delle persone a terra. L’innovativa struttura modulare di eBee consente alle ali di essere smontate e conservate con il corpo centrale e tutti i suoi accessori in una pratica custodia.

eBee decolla, vola e attera autonomamente. L'intelligenza artificiale incorporata nell’autopilota senseFly analizza continuamente i dati del sistema di misura inerziale e del GPS di bordo e si prende cura di tutti gli aspetti della missione di volo.

1.2 – La stazione a terra

Il software della stazione di terra eMotion 2 di senseFly permette di pianificare, simulare, monitorare e controllare la traiettoria di eBee sia prima sia durante il volo in modo semplice e intuitivo.

Se i sensori rilevano una situazione critica, eBee è in grado di avviare automaticamente una procedura di sicurezza come, ad esempio, il ritorno al punto di partenza quando è rilevato un basso livello di carica della batteria o la presenza di forte vento, o il risalire in quota nel caso in cui rilevi un’eccessiva vicinanza al terreno.

1.3 – Il software APS

Tutti i dati di volo e le immagini acquisite sono salvate a bordo.
Questi dati, scaricabili tramite cavo USB, sono direttamente utilizzabili dal software APS.

Il software APS consente il trattamento automatico di ortofotocarte georeferenziate e di modelli di elevazione digitale (DEM) di ottima precisione.

E’ possibile inoltre utilizzare punti di controllo a terra per aumentare la precisione globale.

2 - Le fasi operative

2.1 – La pianificazione del volo

Per la pianificazione e il controllo del volo, il sistema utilizza il software eMotion 2 che consente l’import di file kml, l’utilizzo di cartografie personalizzate o di mappe Google Earth come layer di sfondo.

Tracciato il rettangolo dell’area da rilevare, definita la risoluzione richiesta e la percentuale di sovrapposizione tra le foto, eMotion 2 elabora automaticamente il piano di volo, redatto secondo le regole dell’aerofotogrammetria tradizionale prevedendo l’acquisizione dei fotogrammi in strisciate parallele al lato maggiore dell’area da rilevare, con una sovrapposizione longitudinale e trasversale di almeno il 70% al fine di ottenere la copertura stereoscopica dell’intera area interessata

Nel caso di rilievi su terreni a quota variabile il drone si adatterà automaticamente al fine di rimanere sempre alla stessa altezza dal terreno.

Durante la missione, eMotion 2 consente di monitorare dalla stazione a terra tutti i parametri di volo:

• tempo di volo, orizzonte artificiale, messaggi di stato;
• velocità del vento e direzione, il livello e lo stato della batteria

In collegamento radio, dalla stazione di terra è possibile interagire con il drone per, ad esempio, richiamarlo alla base.

2.2 – L’esecuzione del volo

Il decollo avviene con lancio a mano mentre per l’atterraggio l’unità UAV ha bisogno di un'area libera di 40 x 40 m.

Il drone può eseguire le attività di ripresa anche a notevole distanza dal punto di decollo, sotto il controllo dell'operatore che esegue il monitoraggio in tempo reale dei dati del volo e di quelli di acquisizione tramite il PC o Tablet della stazione di terra

3 - Caratteristiche tecniche delle riprese

3.1 – La fotocamera

Il sistema utilizza una fotocamera CANON PowerShot ELPH 110 HS che ha le seguenti caratteristiche:

Per essere utilizzata in operazioni di rilievo fotogrammetrico, la fotocamera è opportunamente calibrata e modificata con un dispositivo di controllo dello scatto comandato dall’unità centrale del sistema

3.2 – Caratteristiche del fotogramma

Sulla base delle caratteristiche della fotocamera è possibile calcolare l’area coperta da un singolo fotogramma in funzione della quota di volo:

Il valore del GSD (cm/px) indica la dimensione del pixel a terra in centimetri. La precisione planimetrica è circa 2 volte il valore di GSD, la precisione altimetrica è circa 3 volte tale valore.

4 - La restituzione grafica

La restituzione è realizzata con il software professionale di ultima generazione APS, specifico per l’elaborazione fotogrammetrica automatizzata.

APS implementa funzionalità per la generazione automatica di ortofoto, DTM e curve di livello dalle immagini acquisite dal drone.

Il software ha la capacità di elaborare in modo completamente automatico tutto il processo fotogrammetrico dalle immagini acquisite dal drone, per la produzione di:

• Ortofoto
• DTM
• DSM
• Curve di livello
• Point Cloud (nuvola di punti)

4.1 – Le precisioni

Per garantire migliori precisioni e poter eseguire la georeferenziazione in coordinate assolute (sia planimetrica sia altimetrica) è necessario apporre a terra dei target (GCP Ground Control Point) ben visibili dalle foto riprese dal drone, sufficientemente distribuiti lungo l’area d’interesse. I punti sono scelti in modo da favorire l’inquadramento generale dell'area e generalmente posti in prossimità delle aree di maggior interesse. In seguito, prima del volo, si procede al loro rilievo con strumentazione topografica.

Le caratteristiche e le precisioni ottenibili con l’ausilio dei GCP saranno le seguenti:

• Densità GCP: 5-7/ha
• Ortofoto: GSD 5 cm
• DSM: Passo griglia 25 cm
• DTM: Passo griglia 2,5 m
• Precisione altimetrica: 15-20 cm

5 - Uso dei dati in ArcGIS

Le immagini acquisite da eBee sono automaticamente mosaicate dal software APS che produce i seguenti elaborati numerici:

• Ortofotocarta ad alta risoluzione
• DTM – Digital Terrain Model (rappresentazione tridimensionale del terreno al netto delle costruzioni e della vegetazione)
• DSM – Digital Surface Model (rappresentazione della superficie del terreno incluse le costruzioni e la vegetazione)
• Coppie stereoscopiche per restituzione aerofotogrammetrica numerica.

Tutti gli archivi prodotti sono direttamente utilizzabili in ambiente ArcGIS, software per il quale il sistema GeoFly include una serie di tools per:

• Generazione automatica di curve di livello
• Generazione automatica di profili
• Calcolo dei volumi
• Verifica di fenomeni in evoluzione nel tempo
• Calcolo delle variazioni della superficie tra rilievi effettuati in tempi diversi (frane)
• Calcolo della visibilità
• Mosaicatura di raster georeferenziati
• Ritaglio di porzioni (anche irregolari) di raster georeferenziati
• Creazione di cataloghi di raster georeferenziati