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In questo articolo ti spiegheremo come fare fotogrammetria senza target grazie ad un GNSS montato su un DJI Phantom 4 Pro.
Fotogrammetria da drone
Nel campo dei droni commerciali il DJI Phantom 4 Pro è sicuramente uno di quelli più conosciuti e utilizzati.
Elegante, performante, facile da pilotare, semplice da trasportare e con una batteria che dura più di 20 minuti in volo. DJI ha saputo creare un prodotto davvero eccellente sotto tutti i punti di vista.
Era inevitabile quindi che, da tanti professionisti, fosse scelto come compagno di “avventure fotogrammetriche”.
Ma un drone, seppur costruito egregiamente, non basta per fare fotogrammetria. Lo sa bene chi ha fatto esperienza in questo campo negli ultimi anni. Indispensabile è avere un GPS (meglio se economico…) e sicuramente i famosi e conosciuti target o GCP (Ground Control Point).
Tralasciando tutta la parte di teoria sulla fotogrammetria (se vuoi approfondire ti possiamo consigliare questo corso sulla Fotogrammetria tenuto dall’ottimo Ing. Paolo Corradeghini) è chiaro ai più che il “metodo classico” per il rilievo fotogrammetrico prevede i seguenti step:
- Analisi dettagliata dell’area e simulazione di volo con drone;
- Posizionamento dei target nell’area e rilievo degli stessi con GNSS o Stazione Totale (più complesso con quest’ultima ma fattibile);
- Volo del drone secondo missione preimpostata;
- Recupero dei target (se li avevi di materiale biodegradabile e quindi usa e getta puoi risparmiare questa operazione);
- Elaborazione dei dati in ufficio;
La procedura assicura precisione
La procedura sopra riportata, se eseguita correttamente, assicura precisioni centimetriche. Sicuramente il posizionamento dei target, il loro rilievo e successivamente il loro recupero, incide negativamente su tempo e costi che devi sostenere. Ovviamente più l’area da rilevare è ampia e complessa più questa operazione richiederà tempi alti (spesso si impiega più per posizionare, rilevare e recuperare i target che per il volo vero e proprio). Senza contare quelle situazioni in cui è praticamente impossibile piazzare i target perché l’area è inaccessibile.
In questo articolo ti racconteremo della nostra esperienza sul campo con la nuova tecnologia chiamata PPK che ci consente proprio di fare fotogrammetria senza target.
Come funziona il PPK con il Drone?
Andiamo per gradi. Cosa significa PPK?
Qui la risposta è facile, PPK significa Post-Processed Kinematic.
In buona sostanza è un metodo di correzione della posizione GNSS basato sui dati registrati dalla stazione di base. Se vuoi utilizzare questa metodologia di rilievo e fare fotogrammetria senza posizionare target a terra , avrai bisogno, naturalmente di un GNSS che possa registrare dati come stazione base e un drone DJI Phantom 4 Pro al quale applicare il nostro kit di upgrade consistente in una antenna GNSS collegata alla camera.
Non è necessaria alcuna connessione tra il drone e la stazione di terra. Ognuno registra dati in maniera autonoma.
Questa tecnologia ti consentirà di fare fotogrammetria senza target (anche se qualche punto di controllo lo prenderai lo stesso ma solo per valutare poi l’accuratezza raggiunta). Molto lavoro quindi, come avrai ben capito, viene effettuato a posteriori, in ufficio.
I vantaggi offerti dal PPK sono davvero tanti, soprattutto un risparmio di tempo e il poter rilevare in aree prima inaccessibili.
Fotogrammetria senza target: come elaborare i dati ottenuti?
Dopo il volo, per elaborare le correzioni PPK, avrai bisogno di:
- File del “Rover”, il file Rinex scaricabile dal GNSS a bordo del DJI Phantom 4 Pro
- File della “Stazione Base”, il file Rinex scaricabile dalla stazione base fissa
- Le fotografie scattate, scaricabili dalla SD del drone
- Le coordinate dei GCP da utilizzare come punti di controllo
Ovviamente per l’elaborazione di questi dati ci si affida ad alcuni software, nel nostro caso, abbiamo utilizzato RTKLIB e Metashape (meglio conosciuto come PhotoScan).
Come fare fotogrammetria senza target: il flusso di lavoro
Questo articolo non ha certo la presunzione di entrare nel dettaglio della metodologia di rilievo in PPK, quanto piuttosto quella di portare a conoscenza il professionista di un flusso di lavoro basato su una esperienza reale che ci ha permesso di fare fotogrammetria senza target a terra.
Il primo passaggio che abbiamo effettuato, come di consueto, è individuare la zona oggetto del rilievo.
Il secondo step è effettuare un primo sopralluogo (utile ad accertare la presenza o meno di cavi dell’alta tensione piuttosto che di distanze da arterie di traffico eccetera).
A questo punto è possibile preparare, a tavolino, una missione di volo. In questo siamo stati coadiuvati da Google Earth e dall’app utilizzata per il volo Map Pilot
Dopo le dovute valutazioni si è scelto di utilizzare i seguenti parametri:
- Quota volo : 60 metri;
- Overlap/Sidelap: 90/75;
- Velocità Max: 3m/s
- GSD teorico: 2,7 cm/px
- Durata volo per 3,5 ettari 10 Min
Come ti anticipavamo, prima di far partire la missione automatica sono stati rilevati dei punti di controllo da utilizzare a valle del processo di elaborazione correzione PPK e per lacreazione della nuvola di punti dalle fotografie con i geotag corretti.
Trattandosi di area in cui si effettueranno successivi test anche con altre tipologie di droni, si è preferito optare per dei target fissi. Abbiamo ottenuto una dima artigianale sagomando un semplice cartone ondulato e utilizzato uno spray indelebile di colore rosso per l’impronta a terra.
Di seguito i 4 GCP rilevati e la loro collocazione in mappa.
 GCP 1 |
 GCP 2 |
 GCP 3 |
 GCP 4 |
Per il rilievo di questi GCP abbiamo utilizzato una coppia di ricevitori GNSS Emlid Reach RS+ in configurazione base-rover. Oltre ad essere particolarmente economica, questa soluzione può adottare un software topografico su tablet windows per la registrazione dei dati che risulta estremamente semplice da utilizzare e con delle funzioni specifiche per il professionista che opera in campagna mai viste prima sui palmari di altre marche che producono GPS.
La flessibilità dei ricevitori Reach RS+ ci consente, una volta terminato il rilievo dei GCP, di utilizzare la stessa stazione base per la memorizzazione delle osservazioni in formato RINEX durante il volo del drone.
Utilizziamo i file RINEX
Come già detto, durante la fase di volo, il drone, segue una comune missione fotogrammetrica, senza alcuna variazione del flusso di lavoro anche se si tratta di un rilievo fatto per fare fotogrammetria senza target . L’antenna GNSS montata sul drone e la stazione di terra, nel frattempo, memorizzano le loro osservazioni, e proprio questo procedimento, consente di fare fotogrammetria senza target.
Terminato il volo il download dei file Rinex dal nostro DJI P4P avviene tramite la comodissima app disponibile per tablet e smartphone sia iOS che Android ReachView.
L’utilizzo della libreria
Con i file di osservazione di drone e stazione di terra si è proceduto al processamento degli stessi mediante la libreria opensource RTKLIB (si raccomanda sempre l’utilizzo dell’ultima versione). Nella cartella RTKLIB è stato avviato il file rtkpost.exe
Il tasto Execute ha avviato il processamento dei dati PPK (in genere questa operazione può richiedere qualche minuto di attesa in base alla durata delle osservazioni). Al termine di questo processo il tasto Plot restituisce una visualizzazione del volo effettuato:
Nei punti verdi la soluzione ha registrato dati in fix, in quelli gialli di era in float. Nel nostro caso le registrazioni sono state pressoché perfette. Il risultato di questa elaborazione è un file con desinenza _events.pos e contiene le posizioni precise dell’antenna del Drone. Non resta che associare queste informazioni alla posizione della camera nel momento in cui ha scattato la foto. Grazie al nostro partner Topodrone e all’utilizzo del loro software Toposetter l’esecuzione di questi calcoli è davvero semplice da eseguire.
Passiamo all’ultimo step
L’ultimo step è l’elaborazione delle fotografie scattate dalla camera del drone. Nel nostro caso sono state elaborate con Agisoft Metashape ( prima chiamato Photoscan). Dopo aver introdotto le coordinate dei GCP osservati con il GNSS, abbiamo riscontrato accuratezze davvero soddisfacenti visto che nessun GCP è stato utilizzato per la georeferenziazione della nuvola di punti ma solo come strumento di controllo.
In conclusione la tecnica PPK è sicuramente un metodo di lavoro conveniente in quegli scenari dove è precluso l’accesso per posizionare i target, è una tecnica che permette di, se non eliminare, ridurre al minimo il numero di punti che il professionista è costretto a registrare.
Un notevole risparmio di tempo e denaro a fronte di una accuratezza estremamente soddisfacente. Nel nostro caso di studio si sarebbe sicuramente potuto ridurre l’errore osservato sulla Z semplicemente scattando foto non solo nadirali ma anche con camera inclinata.
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