Negli ultimi anni lo sviluppo dei SAPR

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1 MONITORAGGIO IN EMERGENZA DI UNA FRANA MEDIANTE SAPR (SISTEMA AEREO A PILOTAGGIO REMOTO) Landslide Monitoring in Emergency by UAV (Unmanned Aerial Vehicle) C. Costantini, C. Mozzetti, A. De Vitis: AiviewGroup - Aibotix Italia V. Di Giuseppe, S. Nizza, V. Pampalone, A. Scordo: Aiviewgroup - Elab Info e contatti: S. Braccini [email protected] Riassunto Negli ultimi anni lo sviluppo dei SAPR (comunemente chiamati DRONI), la miniaturizzazione della sensoristica e, soprattutto, la versatilità e la sicurezza di impiego hanno permesso di utilizzare questi mezzi nei più svariati ambiti, dall agricoltura di precisione al controllo del territorio. Proprio in quest ultimo ambito, e in particolare su accadimenti legati al dissesto idrogeologico si è sviluppata l esperienza della ricostruzione in emergenza del modello tridimensionale ad altissima risoluzione di una frana con la possibilità, per gli operatori impiegati nel ripristino o nella progettazione di nuove opere, di avere una mappa e un modello digitale aggiornato e dettagliato per soddisfare le loro esigenze, come ad esempio il calcolo dei volumi di materiale da asportare. Abstract During the last few years, the development of RPAS (commonly called DRONES), the miniaturization of sensors and the versatility and security of operations has allowed to use these means in many fields, from precision farming to the control of the territory. Precisely in the latter, and in particular in hydrogeological instability, the experience of the emergency reconstruction of high resolution threedimensional model of a landslide is developed, with the possibility, for the operators employed in the design of new works, to have a map and a digital model to date and detailed to meet their needs, such as the calculation of the volume of material to be removed. INTRODUZIONE In questo periodo giornali e televisioni scrivono o trasmettono di droni e di quanto questi sistemi volanti pilotati a distanza siano utili in una grande varietà di casi. Da un lato ci sono applicazioni più futuribili che prossime, come quelle annunciate da Amazon negli scorsi mesi e che difficilmente rappresenteranno un vero servizio nel breve periodo. Dall altro ci sono invece ampi spazi nelle applicazioni di rilievo, misu- Termini Chiave SAPR UAV Aibot X6 Monitoraggio Modelli 3D Drone Dissesto idrogeologico Fotogrammetria di emergenza Keywords RPAS UAV Aibot X6 Monitoring 3D modeling Drone Hydrogeological instability Photogrammetry emergency geologia tecnica & ambientale, 2015/1, pp

2 C. Costantini, C. Mozzetti, A. De Vitis, V. Di Giuseppe, S. Nizza, V. Pampalone, A. Scordo re e monitoraggio. Si pensi ad esempio al controllo di opere e infrastrutture, alla fotogrammetria aerea di prossimità, alla modellazione e ricostruzione. In questi casi l applicabilità dei droni è assicurata e creerà anche nuova economia e posti di lavoro. Oggi sono dunque chiare le applicazioni dei droni: pronto intervento, monitoraggi e ispezioni in sicurezza, misure del territorio e modellazioni 3D. I recenti avvenimenti alluvionali in Liguria nell ultimo anno sono stati un ulteriore banco di prova dell applicabilità dei droni anche in contesti di emergenza. Durante le forti piogge di quest inverno, all altezza dello svincolo autostradale di Bolzaneto una frana con conseguente discesa di masse di materiali a valle ha bloccato l accesso all autostrada. Autostrade per l Italia è stata la prima società italiana, e tra le prime al mondo, ad introdurre i droni nel ciclo ispettivo delle proprie opere. Con l intuito di chi vuole essere sempre un passo avanti, aperto alle nuove tecnologie ed al miglioramento dei processi, Autostrade per l Italia ha sperimentato nel 2012 e introdotto dal 2013 i droni come strumento operativo per l ispezione di ponti e viadotti. Forte di questa esperienza ha quindi deciso di utilizzare questi sistemi nelle attività di rilevo normalmente svolte attraverso noleggio di elicotteri o aerei. L intervento è stato pianificato ed eseguito nel tempo di 24 ore. La disponibilità di procedure operative certificate da ENAC (Aibotix Italia è operatore autorizzato per attività critiche e organizzazione per la formazione teorica e pratica), la rapida dislocazione del personale operativo (Pilota e Co-Pilota), dei droni e del personale di sentinella ha permesso l effettuazione del volo pianificato sull area interessata dalla frana in completa sicurezza ed efficienza. La conseguente post-elaborazione dei dati acquisiti dal drone ha reso disponibile in 48 ore al personale di Autostrade e agli operatori, le ortofoto aggiornate dello stato di fatto del luogo di interesse, i modelli digitali delle elevazioni (DEM) e i modelli digitali del terreno (DTM). Tutte queste informazioni hanno permesso di calcolare i volumi di materiale scesi a valle e in un secondo momento sono stati utilizzati come base cartografica per la progettazione delle opere di risanamento. L esperienza dell intervento in emergenza sulla frana di Bolzaneto ha dimostrato quanto sia necessaria un organizzazione certificata oltre la ovvia necessità di sicurezza e affidabilità del drone stesso, sottolinea Alberto DeVitis, Pilot in Command e Chief Flight Instructor di Aibotix Italia e primo pilota UAV in Italia abilitato da ENAC a gestire attività critiche. Dobbiamo essere in grado di assicurare completamente la tracciabilità e la qualità di tutte le operazioni. Questo richiede un livello di preparazione molto elevato per tutte le figure che operano nell organizzazione. E questo è l aspetto più importante. Si parla di nuove professionalità in un settore ad alta tecnologia, ed ora questa visione comincia a realizzarsi. Servono figure esperte per gli aspetti aeronautici, per il trattamento delle informazioni, capaci di gestire l operatività in campo e di prendere decisioni veloci e consapevoli. La figura successiva riporta il caso della frana che ha interessato lo svincolo autostradale di Bolzaneto nel marzo 2015 (Fig. 1). APR UTILIZZATO E MODALITÀ DI INTERVENTO Il rilievo è stato effettuato mediante drone esacottero Aibot X6 con peso al decollo di 4 kg, alimentato elettricamente a batterie garantendo un autonomia di volo e di operatività di circa 20 minuti. Il sensore utilizzato per il rilievo è una fotocamera digitale reflex Nikon D3200, di peso inferiore ai 500 g, caratterizzata da elevata risoluzione delle immagini acquisite (24 Megapixel) (Fig. 2). La zona da investigare è stata naturalmente sottoposta a transennamento con lo scopo di impedire l accesso di persone non autorizzate all area delle operazioni. Gli operatori (pilota e co-pilota) a terra hanno avuto a disposizione uno schermo per ricevere in tempo reale la visuale da drone ( Live View ): si tratta di un sistema basato su un collegamento radio fra lo schermo digitale a terra e una camera secon- 78 geologia tecnica & ambientale, 2015/1, pp

3 Monitoraggio in emergenza di una frana mediante SAPR (Sistema Aereo a Pilotaggio Remoto) Fig. 1 Ortofoto dell area interessata dalla frana Fig. 1 Ortophoto of the area effected by the landslide geologia tecnica & ambientale, 2015/1, pp GTA 01 - Art Droni.indd /04/

4 C. Costantini, C. Mozzetti, A. De Vitis, V. Di Giuseppe, S. Nizza, V. Pampalone, A. Scordo Fig. 2 Operatore sul sito emergenziale Fig. 2 Operator on the emergency site Fig. 3 Esacottero Aibot X6 in volo durante il rilievo della zona franata Fig. 3 Exacopter Aibot X6 in the flight during the survey of the landslide area 80 GTA 01 - Art Droni.indd 80 geologia tecnica & ambientale, 2015/1, pp /04/

5 Monitoraggio in emergenza di una frana mediante SAPR (Sistema Aereo a Pilotaggio Remoto) Fig. 4 Digital elevation Model (a) e ortofoto georiferita (b) Fig. 4 DTM and georeferenced orthophotos daria di puntamento montata a bordo del drone, nella stessa direzione dell obiettivo della camera per il rilievo. Questa funzionalità risulta molto vantaggiosa prima di tutto per una corretta conduzione delle operazioni e in seconda battuta per verificare sul campo la qualità delle immagini fotografiche per il rilievo. La durata del rilievo è stata di una giornata e la quota di volo è stata mantenuta costante a 60 metri di altezza rispetto al terreno. In alcuni punti si è scesi ad una quota di 30 metri così da ottenere in sede di post-elaborazione una risoluzione a terra inferiore a 0,5 cm/pixel. Il volo pianificato sulle diverse altezze in relazione alla morfologia del terreno ha prodotto il passaggio su 60 waypoints, sui quali il drone ha stazionato 4 secondi per garantire una ridondanza di scatti e immagini. La posizione della fotocamera è stata mantenuta in nadirale durante tutto il volo. Successivamente, con lo scopo di ottenere un modello 3D del sito, è stato eseguito un secondo volo manuale con fotocamera in posizione obliqua che ha prodotto immagini di dettaglio anche ravvicinate. I voli hanno interessato anche l area con gli alberi. L Aibot X6 grazie al suo frame unico e ai misuratori di distanza dagli ostacoli ha permesso al pilota di eseguire voli ravvicinati sotto le chiome degli alberi con lo scopo di catturare ulteriori dettagli non visibili con un volo nadirale a 20 o 60 metri. (Fig. 3) Sempre in vista del lavoro di post-elaborazione, durante il rilievo sono stati acquisiti dei punti a terra con stazione GPS differenziale che hanno permesso, una volta elaborato il modello tridimensionale, di ancorare e scalare il risultato alla cartografia già esistente e nel sistema di riferimento richiesto. PRODOTTO FINALE Dal modello digitale, costituito da una nuvola densa con circa 53 milioni di punti, è stato derivato il modello digitale delle elevazioni (Fig. 4a) che è geologia tecnica & ambientale, 2015/1, pp

6 C. Costantini, C. Mozzetti, A. De Vitis, V. Di Giuseppe, S. Nizza, V. Pampalone, A. Scordo Fig. 5 Modello 3D navigabile in formato pdf Fig. 5 3D measurable PDF model stato fornito al committente insieme all ortofoto georiferita (Fig. 4b), entrambi con una risoluzione di 3 cm/pixel. A conclusione, oltre ai due prodotti su menzionati è stato fornito anche un modello 3D navigabile in formato pdf (Fig. 5) per una visione completa dell area investigata. Questo tipo di file è utile, oltre che per una rapida visualizzazione dell area in oggetto, per la possibilità di effettuare misurazioni di quote, dislivelli e distanze in generale fra diversi punti caratteristici del modello e dunque della frana. CONCLUSIONI In futuro l ambito di utilizzo dei droni si potrà ampliare notevolemente. Si tratta infatti di tecnologie in rapido sviluppo tecnologico, che consentono ogni giorno di aprire possibilità di utilizzo e di nuove applicazioni, sempre puntando alla velocità, alla sicurezza ed alla precisione delle informazioni. È corretto infatti pensare a queste macchine come sistemi di misura volanti e non come semplici sensori volanti. In questo modo si comprende meglio come tutte le informazioni possano entrare a far parte di un flusso organico ed integrato, e possano contribuire a fornire un quadro complessivo dell area indagata sempre più preciso e continuamente aggiornato. Già oggi è infatti possibile gestire dati etrogenei quali termografie, analisi multispettrali, chimiche, in grado di dare informazioni preziose del territorio e di agire sia in prevenzione che tempestivamente in caso di emergenza. In un prossimo futuro queste informazioni saranno completamente integrate con altre provenienti da reti di sensori, con le informazioni satellitari e con quelle generate dalle apparecchiature di terra. I sistemi potranno essere gestiti da remoto e potranno agire come sciami di droni cooperanti. Interverranno automaticamente in caso di necessità e daranno in tempo reale il quadro completo delle situazioni. Il futuro è iniziato. 82 geologia tecnica & ambientale, 2015/1, pp