Integrazione di sensori nei Mobile Mapping Systems. Corso di Metodologie Topografiche per l Ingegneria A.A. 2006/2007

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1 Integrazione di sensori nei Mobile Mapping Systems Corso di Metodologie Topografiche per l Ingegneria A.A. 2006/2007

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3 IL veicolo vincitore nel 2005 del Stanford Racing Team era dotato di: - 5 laser scanners puntati nella direzione di guida; - una camera a colori; - due antenne radar; - un antenna GPS (più altre due addizionali per fornire anche l assetto del veicolo); - un sistema inerziale INS (Inertial Navigation System). Dati aggiornati ogni 100 Hz.

4 I M.M.S. (Mobile Mapping Systems) sono sistemi multi-sensore che integrano su una singola piattaforma sistemi di posizionamento e sistemi di acquisizione dati di varia natura. Negli MMS si integrano i due principali settori della moderna topografia: Fotogrammetria e, in generale, tutti i sensori che consentono di rilevare dal punto di qualitativo e/o geometrico il territorio GPS e, in generale, tutti i sistemi che consentono la navigazione di precisione.

5 Motivazioni/spinte allo sviluppo di MMS: - diffusione del GPS e l abbassamento dei prezzi degli INS; - diffusione dei GIS, con conseguente necessità di raccogliere dati di differente natura sul territorio; - in Italia in seguito al: D.M. LL. PP. 1/6/2001 Tale Decreto imponeva agli Enti proprietari e/o gestori di strade di dotarsi di un Catasto Strade in tempi variabili tra due e cinque anni, secondo il tipo di strada. Il Catasto deve obbligatoriamente contenere gli elementi relativi alle caratteristiche geometriche delle strade e delle relative pertinenze nonché gli impianti ed i servizi permanenti connessi alle esigenze della circolazione. Tali dati devono essere il riferimento per l inserimento di tutte le altre informazioni che saranno contenute nei S.I.S. (Sistemi Informativi Stradali).

6 D.M. LL. PP. 1/6/2001 Dal punto di vista più strettamente topografico le tolleranze imposte sono: 1 metro nelle coordinate piane dell asse stradale; quota geoidica dei punti rispetto il riferimento altimetrico nazionale deve essere migliore di 5,0 m con precisione relativa deve essere tale che l'errore massimo nella pendenza sia dello 1% 10 cm nella determinazione della larghezza della strada.

7 D.M. LL. PP. 1/6/2001 Il Decreto lascia la possibilità di utilizzare la cartografia esistente a condizione che tale cartografia sia inquadrata nella rete nazionale e non pone alcun vincolo riguardo alle tecniche da utilizzare per il rilievo diretto, ciò ha determinato lo sviluppo di molte varianti dei Mobile Mapping Systems (M.M.S.).

8 Le cause che hanno determinato la diffusione in tutto il mondo di questa nuova tecnica di rilievo: l impiego di immagini digitali; maggiori precisioni e minori costi nel posizionamento con sistemi integrati GPS/INS permettono di risolvere il problema dell orientamento esterno. Fondamento: collinearità fra punto immagine, punto di presa e punto oggetto. Metodo: noti posizioni ed assetto dei fotogrammi (Orientamento Esterno, OE), intersecando raggi omologhi si ottiene la posizione del punto oggetto

9 Le componenti di un MMS sono: - Sistema di posizionamento: GPS, inerziale, odometro ; - Sensori: - Camere CCD di accuratezza geometrica dipendente dalla risoluzione del sensore, queste hanno ormai sostituito le camere tradizionali; - telecamere (B/W, RGB, IR) e camere panoramiche; - laser scanner (rotanti, a scansione, profilometri ); - radar a impulsi; - sensori per immagini multispettrali. - Sistema di sincronizzazione: da cui dipende l accuratezza della georeferenziazione, in genere il segnale temporale è del GPS; - Sistema di memorizzazione: è molto importante vista la gran mole di dati acquisiti e la necessità di archiviarli e preprocessarli in tempi rapidi (fino a 100 Hz).

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11 Piattaforme: Settore stradale: in genere furgoni o monovolume, ma c è in giro perfino una Yaris Verso! Veicoli ferroviari adattati (o anche un MMS stradale sul carro ferroviario!) Aeromobili (aerei ed elicotteri) Intelligent platforms: Homo sapiens (?) altre possibili (e fantasiose) piattaforme

12 Piattaforme: Settore stradale: in genere furgoni o monovolume, ma c è in giro perfino una Yaris Verso! Veicoli ferroviari adattati (o anche un MMS stradale sul carro ferroviario!) Aeromobili (aerei ed elicotteri) Intelligent platforms: Homo sapiens (?) altre possibili (e fantasiose) piattaforme

13 Piattaforme: Settore stradale: in genere furgoni o monovolume, ma c è in giro perfino una Yaris Verso! Veicoli ferroviari adattati (o anche un MMS stradale sul carro ferroviario!) Aeromobili (aerei ed elicotteri) Intelligent platforms: Homo sapiens (?) altre possibili (e fantasiose) piattaforme

14 Piattaforme: Settore stradale: in genere furgoni o monovolume, ma c è in giro perfino una Yaris Verso! Veicoli ferroviari adattati (o anche un MMS stradale sul carro ferroviario!) Aeromobili (aerei ed elicotteri) Intelligent platforms: Homo sapiens (?) altre possibili (e fantasiose) piattaforme

15 Piattaforme: Settore stradale: in genere furgoni o monovolume, ma c è in giro perfino una Yaris Verso! Veicoli ferroviari adattati (o anche un MMS stradale sul carro ferroviario!) Aeromobili (aerei ed elicotteri) Intelligent platforms: Homo sapiens (?) altre possibili (e fantasiose) piattaforme

16 Applicazioni: Su strada: catasto strade, rilievo e localizzazione infrastrutture impianti/sistemi/arredo urbano, 3D city models; Su ferrovia: controllo di gallerie, rilievo passaggi a livello, verifica del franco laterale, ecc. Da aeromobile: laser scanning, fotogrammetria aerea, rilievi di modesta estensione in zone impervie o inaccessibili; A piedi, rilievo urbano: con fotocamera e/o laser range finder + GPS [+ INS] Ispezione condotte, fognature, ecc.

17 Vantaggi dei MMS - costi e tempi di acquisizione e processamento inferiori rispetto a tecniche tradizionali; - acquisizione simultanea di dati di posizione e di attributi/dati qualitativi; - automazione spinta (tuttora incompleta!) ma in generale superiore ad altri metodi; - i dati archiviati sono riutilizzabili/rivisitabili (non esclusivo dei MMS).

18 Svantaggi dei MMS - il posizionamento/orientamento dei sensori è monodeterminato, non vi è possibilità di verifica di un errore credibile, vedi punto successivo: (esempi: un lento drift della soluzione GPS, che porta ad una traiettoria comunque liscia; un errore nella focale delle camere) - i sistemi da cui dipende (GPS e INS in primis, ma anche gli odometri) sono soggetti ad errori sistematici, che devono essere rimossi - la calibrazione o meglio il suo stato di validità nel corso della missione sono decisivi

19 Fasi di una missione di rilievo - posizionamento cinematico: traiettoria e assetto del veicolo - acquisizione dati: al rate di campionamento dei sensori - georeferenziazione: i dati di traiettoria e assetto, interpolati agli istanti di campionamento dei sensori e riportati al sistema di riferimento di ogni sensore a bordo - restituzione / feature extraction Periodicamente: - Calibrazione dei sensori (per la determinazione dell orientamento interno e dell orientamento relativo tra i sensori) - Calibrazione dei sistemi

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