Strumenti innovativi per l acquisizione l informazioni territoriali

Transcript

1 POLITECNICO DI TORINO Dipartimento di Ingegneria del Territorio dell Ambiente e delle Geotecnologie Strumenti innovativi per l acquisizione l di informazioni territoriali Dario PIATTI Andrea LINGUA Marco PIRAS

2 Sommario 1. Introduzione 2. Low Cost Mapping Mobile System Il sistema e l acquisizione dei dati Elaborazione e visualizzazione dei dati Un esempio applicativo: HAITI 3. Low Cost UAV VTOL multielica Hexakopter di Mikrokopter L acquisizione dei dati L elaborazione dei dati L ortofoto solida di precisione Un esempio applicativo: Augusta Bagennorum Un esempio in ambito ambientale 4. Considerazioni conclusive

3 1. Introduzione In commercio sono presenti numerose soluzioni ambito sia terrestre che aereo: -sistemi molto raffinati e costosi -procedure di elaborazione complesse e spesso «chiuse» e poco controllabili -software di utilizzo dei dati complessi per specializzati in geomatica Molti ambiti applicativi richiedono caratteristiche spesso differenti: -Flessibilità e trasportabilità; -Rapidità e semplicità di utilizzo; -Accuratezza e precisione speditive; -Costi iniziali e di gestione limitati; -Multidisciplinarità ovvero semplice estrazione di informazioni dai dati acquisiti. E necessario proporre strumenti, metodi e prodotti innovativi per colmare questa lacuna

4 2.1 Mapping Mobile System Strumenti per il rilevamento ad alta redditività del territorio da automezzo Sono dotati di numerosi sensori: GPS/GNSS piattaforme inerziali foto-videocamere digitali odometri LiDAR per acquisire in modo rapido e con precisione controllata (subdecimetrica) dati spaziali tridimensionali Costo K scarsa flessibilità (veicolo dedicato) personale altamente qualificato pre-post elaborazione a scatola chiusa

5 2.2 Super Low Cost MMS fino a 4 webcam commerciali, ( Quickcam Logitech C905 con ottica Carl Zeiss, 100 /cadauna) orientabili; 1 ricevitore GPS a basso costo U-Blox AEK 4 Antaris (misure di fase in L1, registrazione dati grezzi, 300 ); 1 ricevitore GPS navigazionale (SiRF3 e connessione bluetooth, 100 ) 1 PC portatile quadcore come unità di controllo (1100 ) In totale meno di 2000

6 2.3 L acquisizione L dei dati E stato implementato il software GEOWASP realizzato da ITHACA (Balbo et al.,2009), organizzazione noprofit del Politecnico di Torino (SiTI) e Fondazione San Paolo che permette di: registrare le tracce dal ricevitore GPS navigazionale (NMEA) Associate tempo GPS e tempo PC; Acquisire le immagini delle webcam con il tempo PC inserire commenti georiferiti (TAG) Se è necessario, si può in parallelo registrare i dati grezzi del ricevitore U-Blox mediante il software U-Blox Center

7 2.4 L estrazione L delle informazioni Pos Image (software implementato in Visual Fortran + GINO routine) è possibile elaborare in modo automatico i dati acquisiti generando una struttura di file subito disponibile al visualizzatore

8 2.5 L esempio L di Haiti

9 3.1 Unmannhed Aerial Vehicle LiDAR e fotogrammetria digitale consolidata da piattaforma aerea (aereo o elicottero) con pilota: - Costi elevati per la strumentazione e di gestione UAV nascono con scopi militari (ricognizione e altre questioni belliche): non per la geomatica e il rilevamento del territorio Per applicazione civili, soluzioni costose senza il software di post-processing

10 3.2 HexaKopter di Mikrokopter Vendita in kit (< 2000 ) Ricevitore GPS integrato U-Blox Flight Control integra MEMs e bussola elettr. (assetto angolare) Camera Sony Nex 5 (sensore DX 14 Mpixels, ottica fissa 16 mm, 600 ) montata su supporto servo assistito (2 rotazioni) Trasmissione video analogica in real time (2.4 GHz) Trasmissione telemetria in real time via XBee

11 I primi voli: Lo stream video in tempo reale La telemetria Il volo 3.3 Il volo

12 3.4 L acquisizione L dei dati Fissata la quota, è possibile attivare la navigazione automatica per mezzo di Way Point

13 3.5 L elaborazione L dei dati La procedura è stata implementata in ambiente MATLAB e Visual Fortran. Si rimanda alla letteratura scientifica per i riferimenti agli algoritmi citati: Wallis filter: Wallis, 1976 SIFT: Lowe, 1999, 2004 SURF: Bay et al., 2006 LMS: Rousseuw and Leroy, 1987 MIGC3: Zhang, 2005 S2MF: Lingua, Marenchino, 2009 OP: Dequal, Lingua et al, 1998 OSP: Dequal, Lingua et al Parametri OE approx Immagini acquisite Image enhancement (Wallis Filter) Feature recognition (SURF e/o SIFT) Triangolazione Fotogr. (LMS e MQ) DSM approx Generazione DDSM (GIC3) e filtraggio (S2MF) Parametri OE finali Generazione Ortofoto di Precisione Ortofoto Solida di Precisione

14 3.6 L ortofotol solida di precisione L OSP è la fusione del contenuto metrico bidimensionale e cromatico dell ortofoto di precisione (OP) con l informazione tridimensionale di un DDSM dell oggetto rappresentato La tradizionale struttura a matrici RGB delle immagini digitali è facilmente integrabile attraverso l aggiunta l di una nuova matrice nella quale sono inserite le informazioni delle quote.. Il DDSM è già stato generato per produrre l OP (semplice riorganizzazione dei dati, costo limitato, automatica).

15 3.7 Il teatro di Augusta Bagiennorum Immagini acquisite DDSM (MIGC3) DDSM filtrato (S2MF) Wallis Filter Coppie omologhe (SURF) Ortofoto OSP di precisione (AccOrto)

16 3.8 Il caso della frana di San Giovanni

17 4. Considerazioni conclusive Usando strumenti a basso costo è possibile acquisire dati georeferenziati ad alta risoluzione: In modo rapido e completo; Con grande flessibilità operativa anche in situazioni d emergenza; con accuratezza controllata legata all applicazione. L efficacia di questi strumenti è garantita da software dedicati che rendono: semplice il loro utilizzo in fase di acquisizione; Agevole il post-processing processing in larga parte automatizzato; Immediato il passaggio dai dati ai prodotti finali. La definizione di prodotti nuovi (video georeferenziato e OSP) e dei relativi strumenti software di visualizzazione e interrogazione consente: In ambito multidisciplinare Per utenti non esperti in geomatica In pratica senza formazione il passaggio immediato dai dati alle informazioni.