Droni e Topografia, con SPARK DJI coppia perfetta e senza patentino

dji_4_top1Da più parti giungono notizie e richieste per mettere a fuoco le soluzioni più rispondenti alle esigenze della topografia operativa di tipo tradizionale e catastale. Il tema non è proprio dei più semplici, ma al solito, l’esperienza che abbiamo in casa Geo-Fly è abbastanza approfondita per affrontare il tema con serietà e dati alla mano, con perizia di scelte tecniche e quindi anche economiche.
In primis dobbiamo comprendere che non esistono sistemi buoni sempre, o adatti a tutte le condizioni di volo o tutte le tipologie di lavoro geo-topografico, ma il fattor comune rimane comunque l’uso speditivo o avanzato di un sistema di base che possa diventa una “daily fly utility” o semplicemente aggiungendo alla macchina fotografica, una camera fotografica volante, cosi come è scritto sul sistema di base Spark DJI o semplicemente losparkino, come viene chiamato dagli addetti ai lavori. Nel manuale allegato al sistema è infatti riportato “The DJI SPARK is DJI’s smallest flying camera“, e con più piccola si intende comunque una camera da 12 MegaPixel con focale 4.5 mm, il che assicura un pixel a terra di circa  1 cm volando a 30 metri di altezza (vedi Fig.2 – Calcolo effettuato con Mission Planning. Parametri automatici da immagine utente).
tab1_camera_spark
Fig1 – Tabella dei parametri di volo.
Ma la precisione, o meglio il GSD a terra non indica un bel niente, se non la precisione potenziale o dimensione del singolo pixel ad una certa distanza dal soggetto ripreso, ma dopo dovremmo testare la fedeltà cromatica, le condizioni di luce, e molto altro, compresa la distorsione dell’obbiettivo. E ancora tutto ciò non indica se un sistema di volo, ovvero la sua camera fotografica, sia adatto ad effettuare dei rilievi di natura topografica.
dji_4_top
Fig2 – Schermata del software di pianificazione Mission Planning con cui sono stati calcolati i parametri di volo come il GSD.
 In primis quindi va chiarito cosa intendiamo per rilievo topografico, quali gli obbiettivi, le possibili soluzioni e le possibili interazioni con un sistema di volo. Infatti nel rilievo topografico sono coinvolte diverse e significative questioni che non riguardano di per se il sistema di volo APR che andiamo ad impiegare, ma innanzitutto come lo stesso viene impiegato insieme alle altre tecnologie tipiche della topografia come Stazioni Totali e GPS, ma anche semplicemente come queste tecnologie vengono impiegate. Pertanto la cosa migliore è quella di effettuare una disamina dei limiti e delle implicazioni dei punti chiave di un rilievo geo-topografico, e poi in base a ciò procedere alla scelta dei sistemi e delle tecniche da impiegare.

 

I consigli

Ma prima di procedere, vorrei togliere ogni dubbio a chi non vuole leggersi in toto questo lungo post. Innanzitutto il mio consiglio, per tutti coloro vogliono avvicinarsi al mondo dei droni per la topografia e in generale per i rilievi territoriali o diversi, è quello di cominciare a giocare (il termine giusto sarebbe maneggiare)  con un drone come lo SPARK di DJI, che unisce, unico nel suo genere, il meglio di quanto possiamo avere, ossia la possibilità di pilotarlo senza il Patentino per APR, ma semplicemente attraverso la registrazione ENAC e una assicurazione che copra eventuali danni. Insieme al fai da te integrale (potete seguire i vari tutorial internet su come fare tutto ciò autonomamente), potete acquistare il servizio da diversi operatori o associazioni di utenti che fanno questo servizio per voi, e infine un drone come fosse un telefonico o una macchina fotografica.

Una ripresa in ambito urbano con lo SPARK DJI.
Una ripresa in ambito urbano con lo SPARK DJI.
E di fatto è questo che sembra il sistema Spark di DJI, con una confezione fatta a regola d’arte come solo marchi di livello come Apple o altri sanno fare, con una cosa unica ormai nel panorama dei gadget elettronici (per prezzo e funzionalità sembra solo un gadget), ovvero ben 7 manualetti in carta stampata, ben fatti e in 13 lingue, italiano compreso.
I manualetti sono divisi per sezioni d’interesse e riguardano : Le eliche, le batterie, il caricabatteria, il controller C2, la gestione del drone attraverso la gestualità delle mani, e la guida più estesa su Limitazioni di Responsabilità e Direttive sulla Sicurezza.
Questo è quello che trovate nella confezione, oltre ovviamente al drone, e a tutto quello che vi serve per usarlo, borsa da trasporto e paraeliche comprese. Ricordatevi che per essere in regola con la normativa di volo (ENAC – APR), dovrete acquistare un kit di alleggerimento e montarlo, che in parole pratiche si riduce alla sostituzione dei paraeliche e della cover della scheda di controllo.

 

Un approfondimento necessario
E’ chiaro che con il sistema SPARK DJI potete iniziare senza fatica ad usare i sistemi UAV, e intanto essere operativi in mille situazioni quotidiani, quando per il vostro lavoro di misuratori della terra e del mondo costruito, quale un topografo è, dovete rilevare un terreno o un fabbricato, un complesso in ristrutturazione, o fare una semplice mappatura o ispezione di un tetto.
Ma al di là del metodo giusto per iniziare ad occuparsi di droni nell’ambito della professione, la realtà è che nel giro di 3-4 anni la catena di saperi e la complessità dell’uso dei sistemi di volo UAV, si è ridotta almeno del 70%, e volare con un sistema UAV è diventato facile e immediato, almeno con i sistemi predisposti alla semplificazione delle operazioni, funzioni in cui solo le grandi aziende hanno potuto investire, e questo è il caso di poche realtà come DJI, Parrot, Sensefly, e poche altre a livello globale. Di fatto il mondo dei droni ha già superato la prima fase di consolidamento, se il mercato globale passerà da 18 a 49 miliardi di $ nell’arco dei prossimi 6 anni.
Ma al di la di questo, con l’avvento dei servizi cloud di supporto alla pianificazione e allla post-produzione,  la catena di elaborazione dei dati si ridurrà ancora, e non sarà quasi più necessario dotarsi di costosi computer per l’elaborazione fotogrammetrica o dei modelli Full 3D che sempre più vanno a popolare le richieste della committenza.
Con ciò non vogliamo dire che la complessità si riduce fino ad annullarsi, ma gli utenti che non vogliono imbarcarsi nel mondo dei droni investendo da subito tra i 3 e i 20 mila euro, possono operare anche con un piccolo investimento inferiore ai 1500 euro, senza contare la parte di sviluppo software, ormai assimilabile a servizi via cloud anche in Italia.
Ma veniamo a noi, e andando avanti nell’analisi non possiamo che sintetizzare con gli aspetti classici del mondo dei droni, che si può riassumere in questa tabella operativa:

Leggendo in tabella, abbiamo i sistemi che comunemente possono impiegarsi per attività di rilievo topografico, e percorrendoli dall’alto in basso abbiamo il sistema che chiameremmo general purpose, ovvero buono per tutte le occasioni e per tutte le tasche, ma anche ottimo sistema per cominciare a prendere dimestichezza con uno strumento nuovo e non banale da gestire. Il sistema è chiaramente un multirotore di classe 300 gr., il cui costo ridotto all’osso con registrazione, kit di allegerimento e assicurazione non costerà meno di 1140€, al quale aggiungendo un corso e la pratica di registrazione arriva a poco meno di 1500€.
Passando alle classi superiori, ovvero ad un sistema multirotore di classe superiore, o un sistema ad ala fissa nel caso di attività cartografiche o di agricoltura di precisione, allora la valutazione economica non può che essere di almeno 9K€, considerando il costo del sistema, il corso per il conseguimento del patentino base (aree non critiche), assicurazioni varie e ovviamente sistemi di ripresa professionali, che possono andare da una camera tipo Ricoh GR2 a una Sony A7, oppure una camera termica come una Flir DuoR, o una camera multi-spettrale Sequoia. Addestramento e altri costi come un’assicurazione con migliore copertura. E’ chiaro che il costo finale, non comprende le altre risorse come il software di elaborazione, e magari altre soluzioni specifiche che in genere il topografo ha già tra le sue dotazioni.
Un po di storia e di comparazioni
I droni abilitati a volare senza particolari certificazioni, sia del pilota che del drone stesso, vengono scherzosamente chiamati “trecentini” tra gli addetti ai lavori. Questo perché con i droni da non più di 300 grammi, si può volare anche senza avere il patentino e soprattutto, senza che il drone sia certificato da ENAC, ma semplicemente iscritto al registro dei droni e che abbia le caratteristiche di offendibilita’ a zero.
Dall’epoca in cui la norma sui sistemi da non più di 300gr, ovvero poco piu’ di un anno, le cose sono rimaste all’incirca le stesse, anche se nel frattempo qualcuno abbia annunciato il sito www.trecentino.it che di fatto non è ancora attivo.
Nel frattempo DJI a maggio del 2017 ha lanciato il suo prodotto sul mercato, e solo da poco ci sta provando Walkera con il sistema PERI, che ha più o meno le stesse caratteristiche e prezzo.
Di fatto le soluzioni disponibili sul mercato nazionale, in linea con la regolamentazione ENAC sono poche, pochissime, spesso costose, o fuori produzione, o solo annunci pubblicitari. Considerate che i primi trecentini, venivano realizzati da piccoli e piccolissimi operatori/fornitori o che si spacciavano per tali, smontando e modificando in sostanza droni già in commercio come il BeBop di Parrot, che veniva letteralmente alleggerito forzatamente per rientrare nella classe dei trecentini. Pratica terminata alle prime minacce di rivalse legali della casa madre francese.
Ma entriamo nel vivo, e vediamo che l’unico sistema un po diffuso e costruito ad hoc è il BeeCopter di Microgeo, che dotato di centralina MiniAPM, una buona camera GoPro con ottica modificata, e diversi accorgimenti atti a limitare le vibrazioni dell’ottica, si prestava a rilievi fotogrammetrici anche lui con camera da 12 MP, ma dal costo proibitivo di oltre 4K€. Un sistema il cui punto di forza era la completezza delle dotazioni professionali come il radiocomando impiegabile anche per altri sistemi di volo, e sopratutto compatibile con le potenzialità del sistema MiniAPM che attraverso la GS basata su Mission Planning permetteva di fare veri rilievi fotogrammetrici.
Diversi altri sistemi erano invece all’epoca disponibili solo per la pubblicità, e diverse aziende italiane anche di grido, hanno sempre e solo annunciato il loro trecentino, ma non li hanno mai messi sul mercato.

 

Gli aspetti topografici

Ma abbandoniamo il mondo dei droni, che vanno considerati alla stregua di sistemi di acquisizione più o meno maneggevoli e più o meno spinti un funzione delle nostre esigenze operative, e torniamo alle esigenze della topografia, cercando di comprendere cosa dobbiamo fare e come, per ottenere il massimo della precisione, operando con un drone come il DJI SPARK, integrato con il rilievo topografico standard.

Il portale Geoweb & Menci Software dedicato alla post-elaborazione di riprese fotogrammetriche da droni e altri sistemi.
Il portale Geoweb & Menci Software dedicato alla post-elaborazione di riprese fotogrammetriche da droni e altri sistemi.
Innanzitutto non dobbiamo dimenticare che il rilievo via drone o fotogrammetria, è un rilievo di tipo indiretto, e come tale va trattato, ovvero vanno trattate le sue misure. In sostanza le uniche misure dirette sono quelle topografiche con stazione totale (TS), GNSS o laser scanner terrestre (LST), mentre quelle indirette derivanti da rilievi fotogrammetrici che impiegano modelli stereoscopici o modelli 3D comunque generati, vanno valutate dopo aver controllato la bontà del processo (I sigma ottenuti in fase di bundle delle immagini), e soprattutto il ritorno delle coordinate sui punti di controllo a terra, ovvero di quei punti topografici rilevati in quanto GCP o PAF.
E’ chiaro che le misure topografiche dirette, non sempre torneranno identiche a quelle indirette derivate da fotogrammetria, se pur con un drone la cui camera non è non proprio eccezionale. Ma il nostro problema è di come contenere gli errori, o meglio come si dice in gergo, di come “mitigarli”, quindi riconducendoli per lo meno a valori accettabili per l’ambito d’uso.
Tutto ciò detto sopra, si riduce in fin dei conti all’individuazione di metodi sperimentati, che possano evitare il moltiplicarsi o l’amplificarsi degli errori, che in qualsiasi metodo troveremo in quantità più o meno significative, pertanto andiamo a definire quali sono gli ambiti di attenzione in cui ci dobbiamo muovere, ovvero:
  • Rete topografica e GCP – la rete topografica, cosi come i Ground Control Points o PAF (punti di appoggio fotogrammetrici) che impiegheremo nella definizione dei modelli 2.5 D o 3D fotogrammetrici, possibilmente devono rappresentare una figura geometrica che contiene l’area del rilievo fotogrammetrico.
  • Sistema di coordinate e precisioni attese – le precisioni attese e le coordinate finali dei modelli 2.5 o 3D, saranno rispondenti alla realtà, tanto più la distribuzione dei GCP sarà omogenea e conformi alla geometria delle riprese, e tanto più le riprese e le collimazioni saranno fatte con dovizia di attenzione. Ad esempio le collimazioni dei GCP sulle immagini deve sempre prevedere un numero esuberante di collimazioni, in maniera tale da eliminare eventuali collimazioni non rispondenti ai parametri di qualità stabiliti (sigma), e riportare il calcolo ad un livello compatibile alle precisioni topografiche stabilite.
  • Volo – il progetto di volo e la sua esecuzione, devono tenere in dovuto conto che la precisione non si raggiunge aumentando il numero di foto, bensì diversificando le traiettorie delle linee di volo.
  • Post-produzione – la fase di post-produzione dei dati rilevati con i sistemi di volo rappresenta il punto di passaggio in cui ci possiamo giocare le ultime carte relative alla partita delle precisioni finali dei rilievo fotogrammetrico o ritenuto tale almeno nelle nostre intenzioni. Infatti nel contesto italiano degli operatori del settore DRONI, è invalsa la regola di considerare la fotogrammetria alla stregua di una cosa alla moda, ma raramente chi ne parla mette in mostra gli strumenti topografici con cui i GCP sono stati rilevati, o peggio ancora gli elaborati numerici con cui vengono valutati gli scarti numerici del processo di triangolazione aerea oggi chiamata semplicemente BUNDLE o allineamento delle immagini. Per lo più gli operatori del settore DRONI impiegano software di cui non conoscono quasi nulla, ma solo il fatto che è un software che si trova a buon mercato o il più delle volte piratato.  

 

Conclusioni
Le conclusioni non possono essere che positive in termini di opportunità che tutti i topografi hanno con l’avvento dei sistemi UAV, e la possibilità di raffittire le informazioni dei rilievi topografici standard. L’unica accortezza deve essere però quella di valutare per bene quando un volo e la relativa elaborazione siano adeguati in termini di precisione, comparata con misure reali determinate con stazione totale o diversamente.
Infine a chi leggerà questo post non possiamo che invitarlo a scriverci nel caso di dubbi e altre informazioni che magari per i neofiti risultano irreperibili. Scrivete quindi a info@geo-fly.org.

 

Riferimenti
  1. Droni per l’innovazione, a cura di D.Santarsiero – un testo introduttivo alla tecnologia e al mercato dei sistemi di volo e UAV.
  2. Raccolta Monografica Workshop Uav E 3d City Models: Dal Rilievo Con I Sistemi Apr Ai Sistemi Mms E Delle Stazioni Fotogrammetriche Portatili, autori vari.
  3. GEOmedia – un interessante post che chiarisce la convergenza tra fotogrammetria standard e i nuovi sistemi di volo in bassissima quota come i droni.
  4. Alcuni post sul portale geo-fly
    1. http://www.geo-fly.org/pianificare-i-rilievi-fotogrammetrici-con-droni-e-map-made-easy/
    1. http://www.geo-fly.org/uav-software-360-gradi-pianificare-gestire-processare
  5. Guida rapida alla fotogrammetria 3D con i droni, S.Grassi,  D.Santarsiero, M.Sirigu. Volume in uscita per le edizioni Geo4Fun (www.geo4fun.com).
  6. www.geosdh.it  – Sito internet servizi per la post-produzione con sistemi UAV e LS
  7. www.dronezine.it, www.quadricottero.it, altre riviste di settore.
  8. DJI – si tratta dello store online di DJI per gli utenti italiani. Da qui potete partire per vedere l’offerta tecnologica di DJI.
  9. Parrot – www.parrot.com/it
  10. Sensefly – www.sensefly.com

Lascia un commento

Utilizzando il sito, accetti l'utilizzo dei cookie da parte nostra. maggiori informazioni

Questo sito utilizza i cookie per fonire la migliore esperienza di navigazione possibile. Continuando a utilizzare questo sito senza modificare le impostazioni dei cookie o clicchi su "Accetta" permetti al loro utilizzo.

Chiudi