Aerofotogrammetria e agricoltura di precisione: intervento Ing. Amatori Luca

Droni e rilievi aerei di prossimità:Sperimentazione della metodologia fotogrammetrica

nell’ambito dell’agricoltura di precisione: tipologia di sensori,

definizioni raggiungibili in rapporto alle immagini satellitari,analisi dei risultati

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ing. Luca AMATORILibero professionista

Pilota Riconosciuto ENACConsulente Tecnico del Giudice Tribunale di Imperia

Membro del Dipartimento di Geomatica FIAPR

[email protected]

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Oggetto del rilievoIl sito oggetto di studio è costituito da due vigneti in Vicobarone (PC) di superficie pari a circa 1 ha ciascuno, con esposizione prevalente est-ovest, distribuiti su un terreno con dislivello complessivamente pari a circa 20 mt.Stato agronomico Vigneto: 2gg dalla Vendemmia

Vigneto nuovoVigneto

vecchio

Vigneto nuovo

Vigneto vecchio

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Necessità di team di lavoro interdisciplinare

Il team di lavoro coadiuvato dal Dipartimento di Geomatica FIAPR ha coinvolto figure professionali provenienti da diversi ambiti.

Ciascuno ha messo a disposizione della sperimentazione mezzi, competenze, conoscenze specifiche:

Operatore e Pilota di SAPR, Studio professionale di aerofotogrammetria, Agronomi, con il supporto di geometri per il rilievo topografico preliminare

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Inquadramento cartografico del sitoInquadramento cartografico del sito: cartografia vettoriale regionale e ortofoto aerea

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Obiettivo della sperimentazione

Porre le prime basi per individuare le PROCEDURE per l’impiego dei droni nell’ambito dell’agricoltura di precisione

APPROCCIO GEOMATICO APPROCCIO AGRONOMICO

L’occasione è servita per sperimentare le potenzialità

di impiego di differenti SAPR unitamente a differenti

sensori (e quindi payload, sistemi di telemetria, ecc…): velocità e quota

di volo, sovrapposizione dei fotogrammi, ecc…

Analisi validazione scientifica dei dati acquisiti da SAPR e

confronto con le attuali metodologie basate sullo studio di immagini satellitari o acquisite da

piattaforme aeree

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I sapr nell'agricoltura di precisione: perchè?Immagini acquisite da Satelliti/Aeromobili soddisfano limitatamente le esigenze di unaefficiente agricoltura di precisione

• La risoluzione spaziale è bassa a causa dell’altitudine, specialmente per le immagini Satellitari• La copertura nuvolosa può oscurare l'immagine

Problemi specifici con le immagini da alta quota• Il singolo Pixel include informazioni da impianto + terra + coltura.• E’ necessario un demixing dei pixel per disaccoppiare contenuto informativo di impianto + terra + coltura

Necessità di acquisire immagini da quote piu basse ed in tempi rapidi• Elimina la necessità del "demix" restituendo contenuti informativi precisi che non richiedono pre-elaborazione• Capacità di misurare, se richiesto, il contenuto di clorofilla a livello di singole foglie

UAV a 60m altezza2cm GSD

Aereo a 1800m altezza40cm GSD

Satellite5m GSD

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Approccio metodologico:

• Analisi del sito e rilievo strumentale preliminare di GCP

• Pianificazione delle missioni, configurazione dei SAPR in

funzione dei sensori portati

• Generazione di Ortofoto nel visibile e nel multispettrale

• Generazione di mappe NDVI

• Analisi ed interpretazione della mappa NDVI

• Pianificazione degli interventi agronomici correttivi su base

spaziale e temporale (obiettivo prossima ricerca)

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APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultati metrici e confronti

STRUMENTAZIONE IMPIEGATA

RILIEVO TOPOGRAFICO PRELIMINARE

RILIEVO FOTOGRAFICO AEREO

Stazione totale integrata GPS

Marker cartacei plastificati,Martello e chiodi per

Posizionamento a terra

Ottocottero NT4 ad eliche contrapposte

QuadricotteroPHANTOM DJI

LumixDMC-GM1

SonyRX100 MIII

Canon SX260modif. NIR

MAPIR

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APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultatimetrici e confronti

FASE 1: RILIEVO TOPOGRAFICOPerché il rilievo topografico preliminare alle riprese aeree?1 – NECESSITA’ DI ORIENTALE E SCALARE IL MODELLO FOTOGRAMMETRICO DANDONE DEI REQUISITI METRICI

2 – RENDERE CONFRONTABILI LE ORTOFOTO PROVENIENTI DALLA ELABORAZIONE DI IMMAGINI ACQUISITE A QUOTE DIVERSE E CON SENSORI DALLE DIMENSIONI E RISOLUZIONI DIFFERENTI TRA LORO:

LUMIX DMC-GM1 SONY RX 100 MIII CANON SX260 MOD. NIR MAPIR

- Dimensione Sensore17,3 x 13mm

- Dimensione Fotogramma4592x3448 pix

- Dimensione Sensore13,2x8,8mm- Dimensione Fotogramma

4864x3648 pix

- Dimensione Sensore6,16x4,6mm

- Dimensione Fotogramma4000x3000 pix

- Dimensione Sensore4,50x3,78mm- Dimensione Fotogramma

4032x3024 pix

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FASE 1: RILIEVO TOPOGRAFICOSi sono fissati a terra 20 marker totali (10 per vgneto).I marker sono poi stati rilevati con stazione totale integrata GPS in un SR locale.

Il riconoscimento dei marker sui fotogrammi avviene nella prima fase del processamento in maniera tale da orientare e scalare fin da subito il modello.

Tipologia dei Voli I dati di interesse sono stati raccolti attraverso 3 missioni.La prima missione si è occupata di collezionare un dataset di immagini nel visibile per la ricostruzione dell’ortofoto dell’intero vigneto. La seconda missione si è occupata di collezionare un dataset di immagini multispettrali con camera MAPIR.La terza missione si è occupata di collezionare un dataset di immagini multispettrali con camera CANON.

Altezza di volo media: circa 30mScatto programmato: scatto ogni 2 secondiTempo di volo medio: 7 minutiVelocità di volo media: 3m al secondoArea rilevata: circa 1 ettaro

APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultati metrici e confrontiFASE 2: ACQUISIZIONE IMMAGINI AEREE – DATI DI VOLO

APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultatimetrici e confrontiFASE 2: ACQUISIZIONE IMMAGINI AEREE – DATI DI VOLO

Ottocottero NT4 Quadricotteto Phantom

SONY RX100 MIII

Quota media di volo: 25,15 mt.

(dato da software)

Lungh. Focale mm:8,8 (eq. Focale 35:

24mm)

CANON SX260 MOD.NIR


(dato da software)

Lungh. Focale mm:4,5

LUMIX DMC-GM1

Quota media di volo:36,68 mt.

(dato da software)

Lungh. Focale mm:12

MAPIR


(dato da software)


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APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultati metrici e confrontiFASE 2: ACQUISIZIONE IMMAGINI AEREE – CONFRONTO SENSORI

SONY RX100 MIII



CANON SX260 MOD.NIR



LUMIX DMC-GM1


Lungh. Focale mm:12

MAPIR



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APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultati metrici e confrontiFASE 3: ELABORAZIONE ORTOFOTO E CONFRONTO

SONY RX100 MIII CANON SX260 MOD.NIR (*)

LUMIX DMC-GM1 MAPIR

(* la georeferenziazione in EXIF delle immagini acquisite da Canon impongono un orientamento differente del modello e dell’ortofoto finale)

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APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultati metrici e confrontiFASE 3: VALUTAZIONE GSD DELLE ORTOFOTO E CONFRONTI (su campione 10x10 cm)

CANON X260 mod. NIRGSD = 0,896666 cm/pixDim. Pix = 0.0015494 mm

SONY RX100 MIIIGSD = 0,581993 cm/pix Dim. Pix = 0.00260928

mm

LUMIX DMC-GM1GSD = 1,00728 cm/pix

Dim. Pix = 0.00376729 mm

MAPIRGSD = 0,680429 cm/pixDim. Pix = 0.00120462 mm


RIPRESE CON TERMOCAMERA OPTRISNecessità di adattamento e configurazione del SAPR al payload richiesto. Effettuate riprese nadirali e oblique su tre filari specifici

Riprese oblique

Riprese nadirali

Risultati

Il Caso di Applicazione qui illustrato, mostra che con tre voli di 12 minuti medi ciascuno è stato possibile ottenere la mappa dell’indice di vigore vegetativo (NDVI) di un vigneto di 1 ettaro circa rendendo possibile una pianificazione mirata degli interventi sulla coltura.

Risultati: valutazione qualitativa del dettaglio ottenuto

CONCLUSIONI DI CARATTERE FOTOGRAMMETRICO

FASE 3: CONSIDERAZIONI FINALI

1 – l’aerofotogrammetria richiede una precisa progettazione del rilievo inbase a: dimensione sensore, focale, quota di volo;

3 – L’impiego di sensori differenti necessita di un rilievo topograficopreliminare di GCP per rendere confrontabili i risultati;

4 – Il posizionamento dei marker tra i filari è indispensabile per controllare lamodellazione della superficie ma occorre prestare attenzione, durante ilvolo, alla ridondanza delle riprese su di essi in quanto i filari facilmente linascondono;

Conclusioni di carattere multispettrale

Il Caso di Applicazione illustrato mostra che con un volo puntuale è stato possibile ottenere la mappa dell’indice di vigore vegetativo (NDVI) di un vigneto di 1 ettaro circa rendendo possibile una pianificazione mirata degli interventi sulla coltura.

VANTAGGIRisoluzioni (cm/pixel) superiori a quelle ottenibili da piattaforme satellitari ed aviotrasportatePianificazione interventi mirati con conseguente risparmio di tempo e denaroPossibilità di effettuare monitoraggio continuo

PROSSIMI OBIETTIVI Creazione di una filiera di lavoro standardizzato e di una rete informatica di dati Il processo è funzione di diverse variabili di controllo che vanno modellizzate e standardizzate

Grazie per l’attenzione!

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