Uno sguardo dall’alto ad altissima precisione: i droni e l’aerofotogrammetria

Che l’utilizzo dei droni abbia aperto un ampio panorama di opportunità per chi si occupa di rilevazioni su grandi aree è ormai un dato di fatto. Grazie a tecnologie sempre più sofisticate e a software dedicati, gli APR (Aeromobili a Pilotaggio Remoto) sono ormai diventati validi strumenti per coadiuvare i tecnici nella raccolta di dati finalizzati a diversi tipi di attività.

Alessio Giusti, istruttore e esaminatore per il Centro di Addestramento Aeroclub di Firenze (ENAC.CA.APR.047), si occupa di formazione a tempo pieno ed è fondatore di Flybri, un progetto nato dalla combinazione di esperienze nel campo aeronautico ed elettronico.

La collaborazione nella gestione delle attività e dei servizi topografici con i tecnici Stefano Provvedi e Andrea Vannucci ha permesso di gestire nuovi rapporti con studi tecnici e di sviluppare in questi anni molteplici progetti per l’acquisizione di dati: dal settore culturale e artistico, all’agricoltura di precisione fino allo svolgimento di perizie per enti pubblici, la gamma di attività possibili è potenzialmente sempre più ampia.

Inoltre, grazie alla miscela di competenze in tecniche di progettazione, costruzione e acquisizione dei dati, il team è riuscito ad affrontare progetti anche molto diversi tra loro e di cimentarsi in applicazioni estremamente diversificate, impiegando droni resi flessibili dall’installazione di laser scanner e altri sensori.

Un esempio di prestigio: il sito di Pompei e rilievi topografici in aerofotogrammetria

«Si tratta di un lavoro di studio importante, quello effettuato a Pompei nel 2017, sia per il sito stesso che per gli scenari aperti da questo lavoro, tra cui contatti con importanti università e riviste», dice Alessio Giusti.

Il progetto è iniziato già nel 2015 grazie ad una collaborazione con l’Università di Genova, ma solo nel 2017, dopo una contrattazione durata un anno e mezzo per ottenere le dovute autorizzazioni ad effettuare il volo, i lavori sono stati effettivamente avviati. Le difficoltà non risiedevano tanto nella difficoltà tecnica di sorvolare la zona, ma soprattutto nel divieto assoluto di volo imposto a seguito di un precedente utilizzo scorretto dei droni a scopi non professionali.

«Sul sito abbiamo effettuato una rilevazione di dati con attrezzature multielemento e tecniche miste, ovvero mettendo in campo una stazione robotica, GPS di ultima generazione e 2 droni, molto efficaci nella realizzazione di rilievi 3D veloci ma allo stesso tempo precisi» spiega Vannucci.

Una parte fondamentale del lavoro è rappresentata dal posizionamento dei target topografici, che costituiscono i punti chiave di rilevamento e sono rappresentati da pannelli con un codice binario bianco e nero che il software di elaborazione riconosce in maniera automatica e, una volta correttamente geolocalizzati, consentono di attribuire coordinate note ai punti precisi dell’area rilevata. La nuvola di punti elaborata dai dati raccolti dal drone ha tra i vari possibili prodotti finali, una immagine 3D, all’interno della quale è possibile navigare ed eseguire misure con precisione centimetrica (ad esempio di elementi architettonici).

Come in ogni attività l’esperienza gioca un ruolo importante. Nel caso di Pompei ad esempio, un aspetto rilevante è stata la scelta del momento in cui fare le riprese.

«Abbiamo fatto i rilievi al mattino presto, prima dell’ingresso dei visitatori: questo ha creato un problema di luce, dato dalle ombre lunghe che non permettono di raccogliere i dati in maniera uniforme e che ha creato la necessità di eseguire voli incrociati per aumentare il numero informazioni disponibili e utili all’elaborazione», dice Giusti.

Una volta concluso, il lavoro ha permesso di ottenere file con una resa del sito ad elevata precisione, utile non solo ai fini del progetto iniziale ma anche a scopi didattici e di fruizione virtuale. I rilievi sono stati infatti inseriti in un videogioco che riproduce tridimensionalmente gli ambienti del sito di Pompei, permettendo ai visitatori di muoversi nello spazio e dimostrando quindi il grande potenziale posseduto, anche a livello creativo, da questo tipo di tecnica.

Ad esempio, il livello di precisione nella renderizzazione delle botteghe e dei solai, prodotta anche al fine di una ricostruzione virtuale, fino a pochi anni fa, senza questa tecnologia e in così poco tempo, non sarebbe stato possibile se non con l’adozione di tecnologie costose per i quali si sarebbero superati i 100mila euro; l’equipaggiamento usato per Pompei, al contrario, comprensivo di tutti gli strumenti, ha un costo complessivo di circa 30mila euro.

L’esperienza del sito di Pompei ha reso chiaro che i rilievi di precisione effettuati con droni, possono avere riscontri ampiamente positivi, permettendo di realizzare visite virtuali in molteplici siti di interesse culturale, in cui l’utente può godere di una fruizione virtuale immersiva, esplorando gli spazi di un sito archeologico con l’ausilio di sensori e visori.

«In Italia abbiamo un patrimonio culturale molto antico e consistente; lo strumento tecnologico offerto dai droni consente non solo di aumentare la nostra consapevolezza nelle azioni di conservazione finalizzate a preservarlo le generazioni future, ma anche di renderlo immediatamente fruibile virtualmente per chi non vi può accedere», dice Giusti. Un fatto ancora più vero in tempo di pandemia, dove i viaggi e la mobilità sono stati notevolmente ridotti ma le soluzioni per continuare a poter visitare i luoghi culturali più attraenti stanno prendendo velocemente piede.

Miscelare le tecniche: altre applicazioni di interesse

Le opportunità non si fermano al solo rilievo topografico, ma è possibile miscelare le tecniche fotogrammetriche con altre tipologie di indagine. Tra le applicazioni che maggiormente possono beneficiare di rilievi topografici effettuati con droni, troviamo ad esempio l’agricoltura di precisione, che sfrutta indagini multispettrali, basate sulle caratteristiche della luce riflessa dalle piante nelle differenti fasi del processo fotosintetico.

«Si produce una fotogrammetria del vigneto con precisione centimetrica che, associata macchine agricole a rateo variabile permette di lavorare a terra operando in maniera puntuale e chirurgica sulla piantagione ottenendo un notevole risparmio in tempo, denaro e risorse: l’acqua, ad esempio, potrebbe essere erogata esattamente nei punti in cui il terreno è effettivamente arido», aggiunge Provvedi.

L’ Italia in questo campo, anche a causa della natura estremamente parcellizzata delle proprietà agricole, non ha ancora avuto uno sviluppo significativo, mentre in alcuni Paesi esteri, tra cui la Francia, questo approccio ha avuto maggiore successo.

Un’opportunità analoga, ancora non pienamente sfruttata (probabilmente per una nostra cronica lentezza nel recepire i processi di innovazione), riguarda ispezioni e rilievi di infrastrutture lineari (vedi ponti e viadotti), che nel nostro paese versano spesso in precarie condizioni.

In questo contesto, l’uso dei droni consentirebbe di velocizzare gran parte delle indagini di tipo non distruttivo, evitando procedure laboriose ed incrementando notevolmente la sicurezza degli operatori.

Ad esempio, su ponti e viadotti si possono unire tecniche di aerofotogrammetria, indagini termiche e ispezioni visive, sovrapponendo immagini rilevate con termocamera alla mappatura realizzata nel visibile per individuare anomalie strutturali e altri difetti non rilevabili a vista.

La fotogrammetria da drone: un coltellino svizzero a basso costo

In generale l’opportunità di lavorare sui vari prodotti di un processo fotogrammetrico, come ortomosaici o modelli metrici tridimensionali, consente di effettuare misure di area e di volume utili in applicazioni estremamente diversificate, se non divergenti tra loro.

Ad esempio è possibile realizzare una valutazione quantitativa di estratti di cava, o sviluppare profili e sezioni di un corpo di frana, oppure misurare l’entità dei danni ai campi agricoli provocati da animali selvatici come gli ungulati (ma anche da eventi atmosferici catastrofici).

«Ogni anno gli enti preposti ricevono richieste di danni da parte degli agricoltori, che dipendono dall’entità e dell’estensione dell’area danneggiata. Confrontando i dati, si vede che la stima di danni calcolata a mano dal tecnico faunistico è di un 22% superiore rispetto a quanto stimato con il drone» dice Giusti. Si tratta quindi di un risparmio notevole e oggettivamente quantificabile, dato dall’osservazione di dati verificabili che, anno dopo anno, offre l’opportunità di risparmiare tempo e denaro.

Operazioni di volo tra competenze e normativa

In un contesto che offre numerose opportunità di applicazione dei servizi e dove la competenza tecnica è un fattore chiave, formazione e normativa giocano un ruolo fondamentale.

«Vi sono certamente leggi adeguate ad operare ed eseguire le diverse attività, ma ciò che manca è il rispetto dei regolamenti da parte di molte persone, che vanno quindi a danneggiare chi invece si impegna a lavorare in maniera professionale» dice Giusti.

Il regolamento europeo, inoltre, ha di fatto promosso una deregulation delle competenze. Il test online (l’esame necessario al conseguimento dell’Attestato per Operazioni non Critiche) utilizzato per verificare la formazione dei futuri piloti non offre le stesse garanzie di competenza garantite dal vecchio iter formativo.

È fondamentale, soprattutto per attività complesse come quelle svolte sul sito di Pompei, che vi siano figure qualificate e squadre multidisciplinari. «Le competenze necessarie vanno dalla buona capacità di pilotaggio, alla topografia, per una determinazione dei punti di rilievo con una programmazione e sistemazione intelligente dei target, all’elaborazione dei dati tramite software», conclude Provvedi.

Ancora una volta si conferma come il grande potenziale dell’utilizzo dei droni riguardi non solo il notevole risparmio economico e la sicurezza nello svolgimento delle operazioni, ma richieda anche una capacità di visione nella fusione di competenze e la valorizzazione delle attività di formazione.


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