ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA

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1 ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA SCUOLA DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE, CHIMICA, AMBIENTALE E DEI MATERIALI CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA CIVILE TESI DI LAUREA in Fotogrammetria Applicata APPLICAZIONE DI SISTEMI UAV (UNMANNED AERIAL VEHICLE) E DI TECNICHE GEOMATICHE INTEGRATE PER LA DOCUMENTAZIONE DEI BENI CULTURALI CANDIDATO Lorenzo Cericola RELATORE Chiar.mo Prof. Antonio Zanutta CORRELATORI Gabriele Bitelli Marco Dubbini Valentina Alena Girelli Anno Accademico 2013/2014 Sessione II

2 DOCUMENTAZIONE BENI CULTURALI BURNUM FOTOGRAMMETRIA DIGITALE LASER SCANNER DRONE SISTEMI UAV OPEN SOURCE MICMAC MODELLAZIONE 3D PAROLE CHIAVE

3 INTRODUZIONE Nella seguente Tesi sono state utilizzate diverse tecniche geomatiche integrate tra loro, allo scopo di realizzare e confrontare in modo rigoroso il rilievo degli Archi romani di Burnum (Croazia, d.c.), tra queste; 1. Rilievo archi con FOTOGRAMMETRIA TERRESTRE; 2. Rilievo archi con FOTOGRAMMETRIA AEREA DA UAV; 3. Rilievo archi con LASER A SCANSIONE TERRESTRE. A questo proposito si è deciso di utilizzare per la generazione del modello tridimensionale, il software open source gratuito MICMAC, che permette di estrarre la nuvola di punti da immagini orientate. Si è poi voluto verificare l attendibilità metrica della nuvola generata dal software open source MICMAC, rispetto al sistema di laser a scansione. 1

4 Archi di Burnum (Lato Nord Ovest) Archi di Burnum (Lato Sud) 2

5 RILIEVO DEGLI ARCHI CON LA FOTOGRAMMETRIA TERRESTRE Il rilievo fotogrammetrico terrestre degli archi di Burnum è stato eseguito utilizzando la camera Canon EOS 5D Mark II. I set di foto sono così costituiti: - LATO NORD: N 3 Fotogrammi per ogni strisciata; Totale fotogrammi acquisiti: 27; Formato: JPEG; - LATO SUD: Stesso procedimento 3

6 RILIEVO DEGLI ARCHI CON LA FOTOGRAMMETRIA AEREA DA UAV Il sistema UAV utilizzato è di tipo VTOL (Vertical Take Off and Landing); si tratta di un esacottero modello ESAFLY A2500, prototipo progettato e prodotto dalla SAL Engineering e dotato della camera digitale Canon EOS 550D. 4

7 Modello Micro - drone Hexacopter Produttore S.A.L. Engineering - Modena Dimensioni D = 100 cm ; h = 30 cm Peso 3,3 kg (con batterie) Max carico 2,5 kg (gimbal + Canon EOS 550D) Max peso al decollo 5,8 kg Propulsione 6 motori elettrici Brushless Meccanica Carbonio con inserti in derlin Autonomia da 12 a 20 minuti Volo Manuale e/o automatico Il set di foto è così costituito: Totale fotogrammi acquisiti: 173; Formato CR2 (RAW); Tempo di volo: 6 minuti 5

8 RILIEVO DEGLI ARCHI CON LASER SCANNER Un ulteriore rilievo degli archi di Burnum è stato effettuato tramite laser scanner, anche allo scopo di disporre di un modello con cui confrontare i prodotti generati tramite la fotogrammetria. Nel caso oggetto di studio lo strumento utilizzato per il rilievo è il Leica ScanStation 2. 6

9 IL SOFTWARE MICMAC Il software opera attraverso tre principali fasi consecutive: 1. ESTRAZIONE PUNTI OMOLOGHI E ORIENTAMENTO RELATIVO DELLE IMMAGINI 2. ORIENTAMENTO DELLE IMMAGINI NEL SISTEMA LOCALE CON GCP 3. GENERAZIONE NUVOLA DI PUNTI MICMAC può essere installato su differenti sistemi operativi quali Windows, ios e Ubuntu (Linux); è stato preferito utilizzare la versione su Ubuntu poiché essendo questa sviluppata per prima dai programmatori è quella sempre più testata ed aggiornata. I comandi del software sono stati eseguiti attraverso riga di comando. TEMPI COMPUTAZIONALI (min) Punti omologhi 320 Orientamento locale 105 Generazione nuvola 30 Totale 500 min 8 ore Le nuvole di punti ottenute, potranno essere visualizzate all interno del software open source CloudCompare. 7

10 Lato Nord Lato Sud Modello tridimensionale ottenuto attraverso le immagini catturate da UAV e da Terra 8

11 CONFRONTO MODELLI TRIDIMENSIONALI La Figura mostra le due viste della mappa di deviazione, ottenute dal confronto tra la nuvola ottenuta con MICMAC e la nuvola di riferimento del laser in CloudCompare. Lato Nord Lato Sud Mappa di deviazione massima tra la nuvola ottenuta con Micmac e la nuvola di riferimento ottenuta con Laser Scanner 9

12 Osservando la scala, si osserva che la maggiore parte dei punti del modello ottenuto con MICMAC presenta uno scostamento dal modello di riferimento LASER di un valore tra 0,022 mm e 19 mm, ovvero uno scarto nell ordine di qualche centimetro, errore che, per le dimensioni dell oggetto, è assolutamente accettabile. Risulta inoltre che gli errori maggiormente gravosi sembrano dovuti principalmente a quattro motivi: - Piccoli solchi tra i mattoni; - Presenza di ostacoli nella presa; - Zone scure o in ombra; - Bordi dei muri. 10

13 CONCLUSIONI Si può affermare che il MICMAC è un ottimo open source 3D modeling tool poiché l accuratezza metrica raggiunge l ordine del cm. Inoltre si ha la possibilità di avere un processamento del dato: - veloce: l automazione delle procedure di calcolo permette di processare e creare il modello in breve tempo; - economico: il software oltre che essere open source è gratuitamente scaricabile dal web. Il laser scanner ha purtroppo ancora un costo molto più elevato rispetto agli strumenti utilizzati in fotogrammetria: oramai negli ultimi anni sono in commercio fotocamere e computer ad elevate prestazioni e a costi relativamente economici; il fattore di proporzione tra i costi è di 10/1. 11