Presentazione @SAIE Digital&BIM di Rilievo fotogrammetrico, Rilievo multispettrale, MAIA multispectral camera

1. Rilievo aereo 3D
fotogrammetrico e multispettrale
SAL Engineering Srl – Digital&BIM Italia by SAIE – Bologna 2017

2. Rilievo fotogrametrico con APR
per il monitoraggio della rupe di San Leo (RN)
1. Sopralluogo e progettazione del rilievo fotogrammetrico
2. Pianificazione della rotta di volo e dei Ground Control Points
3. Operazioni di volo e acquisizione dati GPS
4. Elaborazione dati GPS, organizzazione immagini acquisite
5. Allineamento delle immagini tramite processo fotogrammetrico
6. Creazione della nuvola di punti georeferenziata
7. Creazione dei prodotti cartografici derivati
8. Analisi geomorfologica e geomeccanica

3. 1. Sopralluogo e progettazione del rilievo fotogrammetrico

4. 2. Pianificazione volo e Ground Control Points
FOV: 60 m x 40 m
IFOV: 1.6 cm x 1.6 cm
Overlap: 80%
Sidelap: 33%
APR ESAFLY A2500
Canon EOS 600D
Obiettivo: 28 mm
Quota di volo: 70 m AGL
Interasse strisciate: 40 m
Frequenza scatto: 0.5 Hz

5. 3. Operazioni di volo e acquisizione dati GPS
Rilievo GPS rapido/statico dei GCP
con strumentazione GPS geodetica.
Stazione di riferimento posizionata
in corrispondenza dello stesso punto
geodetico per sistemizzare il piano
di monitoraggio multitemporale.

6. 4. Elaborazione dati GPS, organizzazione immagini acquisite
Sono state acquisite immagini
nadirali di tutta l’area oggetto
del rilievo per l’inquadramento
geografico, per la ridefinizone e
l’aggiornamento dei prodotti
cartografici, e per georeferenziare
correttamente i prodotti
finalizzati al monitoraggio della
parete e del deposito di frana.
Sono state acquisite immagini
oblique e immagini da terra
per la creazione del modello 3D
delle pareti verticali con aggetto
rivolte a nord.
Attenendosi alla pianificazione
nei limiti di sicurezza, sono stati
acquisiti i GCP previsti in studio.

7. 5. Allineamento delle immagini tramite processo fotogrammetrico
Gli algoritmi di Structure for Motion, derivati dalla Computer Vision, permettono la creazione di modelli tridimensionali in
forma di nuvole di punti, mettendo in relazione l’orientamento interno ed esterno dei fotogrammi con l’individuazione di
punti omologhi in gruppi di foto che condividono un’area di sovrapposizione fotogrammetrica.
Il SIFT (Scale Invariant
Feature Transform) che
all’interno di un’area di
sovrapposizione
fotogrammetrica individua
pixel omologhi tramite analisi
radiometrica del valore del
digital number.
Il RANSAC (Random Sample
Consensus) cerca la miglior
correlazione su base statistica
per distinguere i punti
omologhi individuati.

8. 6. Creazione della nuvola di puti georeferenziata
Applicando algoritmi di Bundle Adjustment operiamo la georeferenziazione e l’ottimizzazione della nuvola di punti che
abbiamo ottenuto con l’allineamento dei fotogrammi e l’inserimento dei GCP acquisiti con strumentazione GPS.
Quindi possiamo creare la nuvola di punti 3D ad altissima densità, georeferenziata, scalata, e comprensiva del dato RGB.

9. 7. Creazione dei prodotti cartografici derivati

10. 7. Creazione dei prodotti cartografici derivati

11. 8. Analisi geomorfologica e geomeccanica
Misure di distanza tra modello 2014 e
modello 2016: volumetria materiale eroso
o crollato in seguito a frane minori.

12. 8. Analisi geomorfologica e geomeccanica

13. 8. Analisi geomorfologica e geomeccanica
ID
VOLUME
m3
Vol.1 79.2
Vol.2 23.9
Vol.3 23.8
Vol.4 43.9
Vol.5 43.5
Vol.6 209.6
Vol.7 10.7
Vol.8 5.1
Vol.9 1.8
Vol.10 3.4
Vol.11 2.1
Vol.12 7.9
Vol.13 2.6

14. 8. Analisi geomorfologica e geomeccanica
Posizione 2014: Rosso
Posizione 2015: Verde
Posizione 2016: Blu

15. 8. Analisi geomorfologica e geomeccanica
Spostamentidepositodifrana
2014->2015
Spostamentidepositodifrana
2015->2016

16. Rilievo multispettrale 3D
MAIA – The Multispectral Camera
SAL Engineering Srl – Digital&BIM Italia by SAIE – Bologna 2017

17. Due filter-sets
differenti: WV-2 e
SN-2
Sensore di luce incidente per
la misura della radiazione
incidente al momento di ogni
singola acquisizione
Connessione
Wi-fi e
Ethernet per
configurazione
e download dati
Software di pre-processamento per correzione geometrica,
radiometrica e radiale delle immagini acquisite
9 sensori da 1.2 Mpix
Global shutter
8-10-12 bits
Ricca interfaccia
utente per
impostazione
parametri di
acquisizione

18. Specifiche tecniche Caratteristiche e benefici
1 sensore RGB + 8 monocromatici nello
spettro VIS-NIR (400-950 nm) per il
filter-set di MAIA.
9 monocromatici per il filter-set di MAIA
S2 (433-875 nm).
Un set di bande molto ampio, che copre
l’intero spettro VIS-NIR, e che include 2
bande uniche per l’individuazione di
material inquinante su suolo e acqua, e
per il monitoraggio del fabbisogno idrico.
Sensori CMOS da 1.2Mpix (1280 x 960)
Global shutter
Sensitività top sul mercato
8-10-12 bits profondità dati per pixel
Scatto simultaneo per ogni sensore fino 6
fps a 8 bit (3fps a 10-12 bit)
Immagini nitide e dettagliate, a fuoco,
senza necessità di gimbal stabilizzatori a
bordo di UAV.
Calibrazione in laboratorio di ogni singola
ottica e ogni filtro passa-banda.
I dati sono pronti per l’analisi dettagliata
e per il processamento fotogrammetrico.
3cm di GSD
45x34m2 di FOV
a 75 m di quota di volo
Immagini ad alta risoluzione con una
larga copertura per una riduzione
sensibile dei costi e dei tempi di rilievo.

19. Specifiche tecniche Caratteristiche e benefici
Esposizione automatic o manual, con
ogni sensore regolabile dall’utente.
Controllo totale sulle esposizioni per
immagini ad alta qualità.
Segnali sincronizzabili e regolabili di
Trigger input e strobe output.
Controllo preciso del momento di scatto e
sincronizzazione di dispositivi esterni.
120/250/500 GB (Solid Disk) di memoria
interna, su richiesta. 250 GB nella
versione standard.
~ 3 ore di acquisizione a 8 bit, a 1 fps
Built-in WiFi e interfaccia GigEthernet
con GUI web per le configurazioni, per lo
stream delle immagini e per kl’accesso ai
dati acquisiti.
Accesso sul campo via Wifi da
smartphone, tablet o PC. Download
veloce dei dati da connessione cablata.
Input per GNSS esterno con lettura della
stringa NMEA.
Posizionamento accurate di ogni scatto,
ad esempio con posizionamento GNSS in
RTK.

20. Specifiche tecniche Caratteristiche e benefici
Input del controller da remoto con
lettura dell’event.
Facile controllo dei parametri più
importanti durate le fasi di preparazione
e di volo.
Ampio input di alimentazione (9-26VDC)
e consumo molto basso (~7,5W).
Compatibile con tutti i pacchetti di
batterie e impatto limitato sulla durata
della batteria.
Piattaforma inerziale a 6 assi
direttamente all’interno con
accelerometro e giroscopio (IMU).
Stabilizzazione effettiva dell’imagine.
Angoli di Eulero disponibili per ogni
immagine.
Limitate dimensioni 99x128x46 mm3
Limitato peso 420 g
Limitato impatto in termini di peso e
ingombro su APR ad ala fissa, su
multirotori e su aerei.

21. Rilievo multispettrale su vigneto in Franciacorta
1. Sopralluogo e progettazione del rilievo fotogrammetrico
2. Pianificazione della rotta di volo e dei Ground Control Points
3. Operazioni di volo e acquisizione dati GPS
4. Elaborazione dati GPS, elaborazione e correzione immagini acquisite
5. Allineamento delle immagini tramite processo fotogrammetrico
6. Creazione della nuvola di punti georeferenziata
7. Creazione dei prodotti cartografici derivati
8. Analisi multispettrale dei dati acquisiti
9. Calcoli di Band Math e creazione di indici specifici

22. Rilievo multispettrale su vigneto in Franciacorta
DISTANCE
(m)
GSD
(mm/px)
FOV
(mxm)
Max Speed
exp. time at 1ms
(m/s) – (km/h)
Motion Blur < 0.90px
50 23 30 x 23 21 - 76
75 35 45 x 34 31 - 112
100 47 60 x 45 42 - 151
150 70 90 x 68 63 - 227
350 165 210 x 157 >63 - >227
UAV
AEREO

23. Rilievo multispettrale su vigneto in Franciacorta
Acquisizione delle immagini multispettrali e di dati di posizionamento GPS dei singoli scatti.
Acquisizione di GCP tramite strumentazione GPS per la georeferenziazione dei prodotti cartografici.
Acquisizione di immagini su pannello bianco calibrato per la normalizzazione radiometrica del dato in
relazione alla radiazione incidente e diffusa al momento dell’acquisizione.
Acquisizione delle immagini multispettrali correlate al dato di radiazione incidente e diffusa acquisito
da ILS – The Irradiant Light Sensor, per avere dati idonei ad un monitoraggio multi-temporale dei
fenomeni indagati.

24. Rilievo multispettrale su vigneto in Franciacorta
ILS - Irradiant Light Sensor cattura e registra in continuo
la luce incidente e diffusa al momento di ogni singolo scatto,
negli stessi intervalli di banda
installati su MAIA o MAIA S2.
Il dato di riflettanza dell’oggetto è dunque correlato
al dato di radianza incidente e diffusa
per ogni scatto in ogni banda,
è correlato al dato di posizionamento GPS
e alle condizioni ambientali,
permettendo una rigorosa correzione radiometrica
del dato multispettrale, che è così comparabile
con successive acquisizioni
e con dati satellitari disponibili
(World-View 2 e Sentinel-2).

25. Rilievo multispettrale su vigneto in Franciacorta
Analisi multispettrale dei dati acquisiti con operazioni sulle differenti bande ed estrazione di indici
(NDVI, GNDVI, SAVI, ecc) in relazione alle specifiche richieste agronomiche di conoscenza e
classificazione della coltura, nel caso si stia operando in contesto di Agricoltura di Precisione.
Analisi agronomica per determinare le criticità della coltura in relazione
alla fase fito-vegetativa in cui è stato svolto il rilievo. Identificazione dei
problemi e formulazione delle soluzioni tramite la creazione di Mappe di
Prescrizione. Le operazioni tra bande sono molto utili per il monitoraggio
ambientale: sversamento di olii e idrocarburi pesanti, stress vegetativo
antropogenico, sedimenti costieri nocivi.

26. Rilievo aereo 3D
fotogrammetrico e multispettrale
SAL Engineering Srl – Digital&BIM Italia by SAIE – Bologna 2017
SAL Engineering
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