Produzione di cartografia speditiva per la gestione delle emergenze mediante UAV e smartphone
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Produzione di cartografia speditiva per la gestione
delle emergenze mediante UAV e Smartphone
Prima facoltà di ingegneriaTesi di laurea magistrale in ingegneria edile
Candidato:
Marco Costabello
Relatore:prof. ing. Andrea M. Lingua
• 6699 eventi catastrofici di cui
90% di tipo naturale
• 1257 miliardi di euro stima dei
danni
• più di 2 miliardi di feriti
• più di 1 milione di morti
World disaster report (2003-2012)
Fonte: http://worlddisastersreport.org/en/data/index.html
International federation of red cross and red crescent societies
Disaster manager
Prevenzione: studio dei rischi
ambientali
Early warning
Gestione: emergenze e
soccorsi
Early impact
2
Stage Morano sul Po
Cartografia speditiva di emergenza• http://areeweb.polito.it/direct
• https://www.facebook.com/pages/Team-Direct/461829537253316
• Team studentesco• Utilizzo delle più moderne tecniche della geomatica• Produzione di elaborati per la tutela del territorio e del patrimonio architettonico
• Generata in tempi brevi• Non rigorosa dal punto di vista metrico• Capace di descrivere con precisione l’entità dell’evento catastrofico• Economica da produrre
Utilizzo di UAV e smartphone per la produzione di cartografia speditiva di emergenza
+ =
Obiettivo
Luglio 2014
3
• Peso: 690 grammi• Tempo di volo Massimo: 50 minuti• Max sup. Rilevabile 1,5 km2
• Apertura alare: 96 cm• Materiale: polistirolo e carbonio• Propulsione: motore elettrico brushless
• Pianificazione volo• Simulazione di volo• Mappe Google Earth• Real-time flight status
• Fotocamera Canon IXUS 127 HS• Sensore CMOS 16 MP
Dispositivi Software
Drone eBee
4
Rilievo dei Marker
Pianificazione del volo
Smartphone
Rilievo aereo
GNSS RTK*
Drone Ebee:Canon Ixus 127 HS 16MPTempo impiegato: 7 min.
Master + Rover:Leica 500 GNSS RTK Tempo impiegato: 45 min.
Smarphone:- Nokia Lumia 1200 - app gps-satellite- Samsung S5 - app U-centerTempo impiegato:15 min.
eMotion:- Altezza di volo: 200 metri- Area rilevata: ≈ 1km2
Tempo impiegato: 8 min.
* Real Time Kinematic5
Conversione coordinate Cartlab Confronto accurateza smartphone
0
2
4
6
8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
me
tri
Accuratezza planimetrica = 3 4 metri
0
10
20
30
40
50
60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
me
tri
Accuratezza altimetrica = 10 metri
Gps-satellite: Marker n° 1-2-3-4-10-11-12-13-14-15-16U-center: Marker n°5-6-7-8-9
Adozione del sistema di riferimento geodetico nazionale UTM WGS84 ETRF 2000
Est
N
ord
Qu
ota
Accuratezza errata!Correzione sistematismo
6
Elaborazione dati
Photoscan APS
Georefererenziazione ortofoto
Ortofoto e DSM* di verifica
Coordinate RTK
Coordinate Smartphone
Download dati
Ortofoto e DSM* da verificare
Dati rilevati:• 163 immagini• Coordinate dei
centri di presa
eBee
* Digital Surface Models 7
Verifica DSM con linee guida del CISIS*
𝑪𝑬𝟗𝟓𝑬𝑵 = 𝐶𝐸95𝑂𝑃2 + 𝐶𝐸95𝐶𝑃
2 ≤ 𝑇𝐸𝑁
Verifica ortofoto con linee guida del CISIS*
𝑳𝑬𝟗𝟓𝑸 = 𝐿𝐸95𝑀𝐴2 + 𝐿𝐸95𝐶𝑃
2 ≤ 𝑇𝑄
Errore complessivo planimetrico:
Dove:
LE95MA = Errore lineare al 95% di probabilità del modello altimetrico
LE95CP = Errore lineare al 95% di probabilità dei punti di controlloTQ = Tolleranza altimetrica
Errore complessivo altimetrico:
Dove:
CE95OP = Circular error al 95% di probabilità dell’ortofoto
CE95CP = Circular error al 95% di probabilità dei punti di controllo TEN = Tolleranza planimetrica
Tipologia di ortofoto Tipologia di DSM
Classificato in base:• Passo in metri• Tolleranza altimetrica
Classificata in base: • Scala di rappresentazione• Tolleranza planimetrica • Sqm** planimetrici
Livello DSMDa 0 a 9
Ortofoto:SpeditivaOrdinaria
Di precisione
* Centro interregionale di coordinamento e documentazione per le informazioni territoriali** Scarti quadratici medi
8
Tempo di realizzazione:
27 minuti
Ortofoto non georeferenziata
• LowAllineamento
immagini raster
• Low
• Agressive
Generazione nuvola di
punti
• Height field
• Sparse cloudGenerazione delle mesh
• Ortophoto
• mosaicGenerazione delle texture
9
Creazione del DSM
Inserimento coordinate RTK
Passo: 2,36 m/pix N° punti: 18.3713 punti/m2
Verifica elaborati con linee guida CISIS
Accuratezza ortofoto
Accuratezza DSM
LE95CP [m] LE95MA [m] LE95Q [m]
0,157 0,005 0,157
CE95CP [m] CE95OP [m] CE95EN [m]
0,105 0,028 0,109
CE95EN < 0,35 m = TEN
ENortofoto < 0,20 m = Enverifica
OrtofotoOrdinariaTipo A11:1000
DSM Livello 5
137,142 m
105,719 m
LE95Q = 0,157 m 0,400 m = TQ10
• Altezza di volo• Centri di presa• Ortofoto
• Altezza di volo• Centri di presa• Ortofoto
Inserimento coordinate smartphone
• Altezza di volo• Centri di presa• Ortofoto
Inserimento certificato di calibrazione camera
16 GCP
Eliminazione dei sei peggiori GCP
10 GCP
Eliminazione di altri sei GCP
4 GCP• Altezza di volo• Centri di presa• Ortofoto 11
Passo: 2,407 m/pix N° punti: 12.8056 punti/m2
Accuratezza ortofoto Accuratezza DSM
CE95EN = 3,18 m
Ortofotospeditiva di emergenza
DSM Livello 1
LE95CP [m] LE95MA [m] LE95Q [m]
0,157 61,839 61,839
CE95CP [m] CE95OP [m] CE95EN [m]
0,105 3,178 3,180
Tempo di elaborazione totale 37 minuti
146,758 m
40,018 m
LE95Q = 61,839 m 40 – 100 m TQ 12
Tempo di realizzazione:
3 ore e 36 minuti
Ortofoto non georeferenziata
• AutomaticoAllineamento
immagini raster
• Pre-impostatoGenerazione
DSM e nuvola di punti
• AutomaticaGenerazione dell’ ortofoto
13
DSM
Inserimento coordinate RTK
Passo: 0,25 m N° punti: 14.040.629 punti/m2
Verifica elaborati con linee guida CISIS
Accuratezza ortofoto
Accuratezza DSM
LE95CP [m] LE95MA [m] LE95Q [m]
0,157 0,003 0,157
LE95Q = 0,157 m ≤ 0,400 m TQ
Passo 0,25 m ≤ 0,5 m
CE95CP [m] CE95OP [m] CE95EN [m]
0,105 0,028 0,109
CE95EN=0,109m < 0,35 m = TEN
ENortofoto < 0,20 m = ENverifica
OrtofotoOrdinariaTipo A11:1000
DDSM Livello 7141,558 m
83,454 m
14
Inserimento coordinate smartphone
• Centri di presa• Ortofoto
Eliminazione dei 12 peggiori GCP
4 GCP• Centri di presa• Ortofoto
16 GCP
15
Passo: 0,25 m/pix N° punti: 14.039.729 punti/m2
Accuratezza ortofoto Accuratezza DSM
CE95EN = 3,330 m
OrtofotoSpeditiva
di emergenza
DSM Livello 0
LE95CP [m] LE95MA [m] LE95Q [m]
0,157 80,114 80,114
CE95CP [m] CE95OP [m] CE95EN [m]
0,105 3,329 3,330
Tempo di elaborazione totale 3 h 56 minuti
LE95Q = 80,114 m 40 - 100 m TQ 16
17
Cartografia speditiva di emergenza
Rilievo GCP
Rilievo aereo
Elaborazione dati
Tempo totale di elaborazione:
1 ora e 7 minuti
Rilievo speditivo smartphone: 15 minuti.
Planning + volo: 15 minuti.
Photoscan: 37 minuti.
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Vantaggi
• Acquisizione rapida dei dati
• Tempi di elaborazione brevi
• Strumentazione a basso costo
Svantaggi
• Rilievi di vaste aree
• Limitazioni regolamento ENAC
• Utenti esperti
In futuro…
• Accuratezza smartphone
• Nuovi hardware e software
• Ulteriore riduzione dei costi
Grazie per la
cortese attenzioneMarco Costabello
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