Testare le potenzialità degli smartphone utilizzandoli nel rilievo dei punti a terra per la georeferenziazione delle foto scattate da un qualsiasi tipo di UAV (in questo caso drone eBee). L'utilizzo di questi dispositivi potrebbe ridurre ulteriormente i costi e i tempi di produzione di cartografia speditiva.

1. Produzione di cartografia speditiva per la gestione
delle emergenze mediante UAV e Smartphone
Prima facoltà di ingegneria
Tesi di laurea magistrale in ingegneria edile
Candidato:
Marco Costabello
Relatore:
prof. ing. Andrea M. Lingua

2. • 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

3. 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

4. • 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

5. Rilievo dei
Marker
Pianificazione del
volo
Smartphone
Rilievo aereo
GNSS RTK*
Drone Ebee:
Canon Ixus 127 HS 16MP
Tempo impiegato: 7 min.
Master + Rover:
Leica 500 GNSS RTK
Tempo impiegato: 45 min.
Smarphone:
- Nokia Lumia 1200
- app  gps-satellite
- Samsung S5
- app U-center
Tempo impiegato:15 min.
eMotion:
- Altezza di volo: 200 metri
- Area rilevata: ≈ 1km2
Tempo impiegato: 8 min.
* Real Time Kinematic
5

6. 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
metri
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
metri
Accuratezza altimetrica =  10 metri
Gps-satellite: Marker n° 1-2-3-4-10-11-12-13-14-15-16
U-center: Marker n°5-6-7-8-9
Adozione del sistema di riferimento geodetico
nazionale UTM WGS84 ETRF 2000
EstNordQuota
Accuratezza errata!
Correzione sistematismo
6

7. 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

8. Verifica DSM con linee guida del
CISIS*
𝑪𝑬𝟗𝟓 𝑬𝑵 = 𝐶𝐸95 𝑂𝑃
2
+ 𝐶𝐸95 𝐶𝑃
2
≤ 𝑇𝐸𝑁
Verifica ortofoto con linee guida del
CISIS*
𝑳𝑬𝟗𝟓 𝑸 = 𝐿𝐸95 𝑀𝐴
2
+ 𝐿𝐸95 𝐶𝑃
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 controllo
TQ = 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 DSM
Da 0 a 9
Ortofoto:
Speditiva
Ordinaria
Di precisione
* Centro interregionale di coordinamento e documentazione per le informazioni territoriali
** Scarti quadratici medi
8

9. Tempo di realizzazione:
27 minuti
Ortofoto non georeferenziata
• Low
Allineamento
immagini
raster
• Low
• Agressive
Generazione
nuvola di
punti
• Height field
• Sparse cloud
Generazione
delle mesh
• Ortophoto
• mosaic
Generazione
delle texture
9

10. 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
Ortofoto
Ordinaria
Tipo A1
1:1000
DSM
Livello 5
137,142 m
105,719 m
LE95Q = 0,157 m  0,400 m = TQ
10

11. • 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

12. Passo: 2,407 m/pix
N° punti: 12.8056 punti/m2
Accuratezza ortofoto Accuratezza DSM
CE95EN = 3,18 m
Ortofoto
speditiva 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

13. Tempo di realizzazione:
3 ore e 36 minuti
Ortofoto non georeferenziata
• Automatico
Allineamento
immagini
raster
• Pre-impostato
Generazione
DSM e nuvola
di punti
• Automatica
Generazione
dell’ ortofoto
13

14. 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
Ortofoto
Ordinaria
Tipo A1
1:1000
DDSM
Livello 7141,558 m
83,454 m
14

15. Inserimento coordinate smartphone
• Centri di presa
• Ortofoto
Eliminazione dei 12 peggiori GCP
4 GCP
• Centri di presa
• Ortofoto
16 GCP
15

16. Passo: 0,25 m/pix
N° punti: 14.039.729 punti/m2
Accuratezza ortofoto Accuratezza DSM
CE95EN = 3,330 m
Ortofoto
Speditiva
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. 17

18. 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.
18

19. 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 attenzione
Marco Costabello
19