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Come creare mappe fotogrammetriche 3D accurate utilizzando i GCP e un drone non RTK?
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Prodotti utilizzati in questo tutorial
Questo tutorial è pensato per professionisti e appassionati che hanno bisogno di mappe 3D accurate del terreno o del sito, ma non dispongono di un drone costoso dotato di modulo RTK. Questa guida vi mostrerà come ottenere mappe con una precisione al centimetro utilizzando un drone standard (non RTK), punti di controllo a terra (GCP) e un software di fotogrammetria.
A differenza dei droni dotati di tecnologia RTK, che incorporano direttamente in ogni foto dati georeferenziati con una precisione dell’ordine dei centimetri, i droni non RTK si affidano al GPS standard, che può comportare errori di posizionamento di diversi metri. Per superare questa limitazione, utilizziamo dei marcatori fisici (GCP) le cui coordinate esatte vengono misurate con l’RTK Smart Antenna. Questi fungono da punti di riferimento nel flusso di lavoro fotogrammetrico e, con un’attenta pianificazione ed elaborazione, è possibile ottenere una precisione di livello topografico anche utilizzando un drone standard.
Assicurati di disporre dell'accesso e delle credenziali per un servizio NTRIP. Se hai bisogno di aiuto per trovare un servizio di correzione, consulta la nostra Elenco dei servizi di correzione NTRIP disponibili nel tuo Paese.Hardware richiesto:
- Antenna RTK Smart
- Punti di controllo a terra (GCP) per droni
- Asta per antenna GNSS di rilevamento
- Treppiede per asta topografica
- Drone con fotocamera e scheda SD
- Smartphone (iOS o Android)
- un PC
Software necessario:
- Mappe SW
- Dronelink
- WebODM (è uno strumento di fotogrammetria open source con funzionalità opzionali a pagamento, quali il servizio cloud, l’assistenza tecnica, ecc. Se sei un utente esperto e non ti dispiace occuparti personalmente della configurazione, puoi installarlo gratuitamente da GitHub. Nel nostro tutorial utilizziamo la versione cloud a pagamento di WebODM)
Come realizzare mappe 3D precise utilizzando droni e punti di controllo a terra?
Posizionare i GCP e misurarne le coordinate precise utilizzando l'antenna RTK Smart
- Posiziona i punti di controllo a terra (GCP) in tutta l'area da mappare. Per garantire che il modello 3D finale sia accurato, segui queste regole:
- Posizionare i punti di controllo (GCP) in prossimità di ciascun angolo dell'area da rilevare e almeno uno al centro.
- Mantenere una distanza di 50–100 metri tra un GCP e l’altro; se necessario, aggiungerne altri lungo i lati più lunghi.
- Assicurarsi che i GCP siano chiaramente visibili dall’alto e non siano ostruiti da alberi o altri oggetti.
- Se il terreno è irregolare, posizionare i GCP sia nei punti più alti che in quelli più bassi.
L'antenna RTK Smart è compatibile con numerose app GIS per dispositivi mobili. Questo tutorial utilizza l'app SW Maps per mostrare come collegarla al proprio dispositivo Android o iOS.
- Installa l'app SW Maps sul tuo dispositivo mobile da Google Play o dall'App Store di Apple. Apri l'app e concedi le autorizzazioni richieste (solo la prima volta).
- Accendere l'antenna RTK Smart premendo il pulsante POWER sul pannello frontale.
- Connettiti a SW Maps tramite Bluetooth e a un servizio NTRIP seguendo la procedura descritta nella sezione corrispondente della Guida per l'utente dell'antenna RTK Smart. La sezione "Stato NTRIP" mostrerà una conferma della connessione riuscita e del flusso di dati attivo verso il tuo dispositivo.
- Assicurati di impostare l'altezza dello strumento in modo che corrisponda all'altezza della tua asta di rilevamento: questo è fondamentale per misurare con precisione le posizioni a livello del suolo.
- Prima di effettuare misurazioni sul campo, assicurati che l'antenna RTK Smart sia collegata al tuo smartphone e che stia ricevendo le correzioni. Nell'app SW Maps, apri Menu > Skyplot e controlla il tipo di posizionamento (Fix Type). Per ottenere la massima precisione, dovrebbe essere impostato su RTK Fix.
- Posizionare l'antenna RTK Smart sul primo GCP, assicurandosi che la bolla sul palo sia centrata all'interno del cerchio. In questo modo si verifica che il palo sia perfettamente verticale, garantendo un posizionamento accurato.
- Tocca il menu laterale, poi tocca Funzioni > Crea livello.
- Inserisci il nome del livello, seleziona “Punto” come tipo di geometria e scegli un simbolo geometrico. In questa fase puoi anche impostare il colore del livello.
- Seleziona "Satellite" come mappa di sfondo. Attiva "Tracciati" e, nella sezione "Filtro", scegli " Livelli di entità".
- Premere " Aggiungi livello " e selezionare " Elemento registrato dal GNSS".
- Imposta il nome del livello, scegli POINT come tipo di geometria e seleziona un simbolo geometrico. Premi Aggiungi.
- Verrà visualizzato il nuovo livello. Fare clic su “Chiudi”.
- Premi l'icona "Registra " e tocca la funzione "Registra".
- Nel campo “Note”, inserisci il nome del punto di riferimento — ad esempio, GCP 1. Ti consigliamo di selezionare la casella “Media” per consentire al kit di calcolare una posizione media (assicurati di mantenere il palo fermo durante questo processo). Il tipo di posizionamento deve rimanere su “RTK Fix” per ottenere una buona precisione delle misurazioni. Quindi premi “+”per registrare la posizione. Verrà visualizzato un messaggio che recita“Punto registrato!”.
- Procedi al punto di controllo a terra n. 2 ed effettua la misurazione come spiegato al punto 15. Ripeti questa procedura per tutti i tuoi punti di controllo a terra (nel nostro tutorial ne abbiamo utilizzati 6).
Una volta completata l'operazione, vedrai una mappa che mostra tutti gli elementi registrati.
- Per esportare il progetto, tocca il menu principale di SW Maps e seleziona " Esporta progetto".
- Seleziona il formato di esportazione CSV e premi "Esporta".
Acquisizione di immagini con il drone
- Avvia l'app DroneLink sul tuo smartphone.
- Accendi il drone e il telecomando. Collega lo smartphone al telecomando.
- Attendere che DroneLink rilevi il drone e confermi l'acquisizione del segnale GPS
- Tocca “+” per creare una nuova missione di volo. Scegli il modello di mappatura.
- Per definire i punti di confine, fai atterrare il drone e spostalo sopra il primo GCP. Tieni presente che il primo punto indica l'altitudine di volo se disponi della versione a pagamento di Dronelink.
- Tocca " Registra" per salvare le coordinate di 1 GCP.
- Guida il drone fino al prossimo GCP e salva le coordinate. Ripeti l'operazione per tutti i GCP disponibili, quindi premi "Avanti".
- Seleziona "Foto " come tipo di file multimediale e premi "Avanti".
- Se non sei un utente esperto, non modificare le impostazioni avanzate e premi Avanti.
- Se non sei un utente esperto, non modificare le impostazioni avanzate e premi Avanti.
- Imposta la velocità di volo e premi " Avanti".
- Impostare la sovrapposizione anteriore e premere Avanti.
- Impostare la sovrapposizione laterale e premere Avanti.
- Seleziona “Griglia” come motivo e premi “Avanti”.
- Nelle impostazioni " Mapping Direction " è possibile scegliere la direzione preferita, ma nel nostro caso abbiamo utilizzato l'opzione predefinita. Premere "Avanti".
- Imposta l'inclinazione del gimbal della telecamera del drone in gradi e premi Avanti.
- Inserisci il nome del piano di missione e premi Avanti.
- Verrà visualizzato il riepilogo della missione. Premi " Continua".
- Verrà calcolata la missione. Premi " Play " per avviarla.
- Il drone si dirigerà verso il punto di partenza e poi avvierà la missione. Il drone volerà in modo automatico: non è necessario alcun controllo manuale durante il volo. È possibile monitorare lo stato di avanzamento della missione tramite la dashboard di volo dell'app.
- Una volta completata la missione, vedrai una notifica nell'app.
- Ora hai raccolto tutte le misurazioni sul campo necessarie per creare un modello 3D.
Elaborare le immagini e creare un modello 3D del terreno
- Quando torni al PC dell'ufficio, trasferisci il file CSV esportato da SW Maps in Fase 16 sul tuo PC. Utilizzeremo questo file — contenente le coordinate GCP — in seguito, durante il processo di allineamento delle foto in WebODM, per migliorare la precisione del modello 3D.
- Se utilizzi Android, collega il telefono al PC tramite USB, seleziona la modalità “Trasferimento file ” e copia il file esportato dalla cartella SW_Maps.
- In alternativa, puoi inviarti il file via e-mail oppure caricarlo su un servizio cloud (ad esempio, Google Drive, Dropbox) e scaricarlo sul tuo PC.
- Utilizzando i dati del file CSV proveniente da SW Maps, crea un file CSV che includa il nome del GCP, la coordinata nord, la coordinata est e l'altitudine.
Etichetta GCP, coordinata nord, coordinata est, quota
GCP1,529356.250827686,9251137.5643209,8.465
GCP2,530203,125367657,9250140,80991621,15,781
...
- Salvalo sul tuo PC come file CSV: lo useremo più avanti al punto 48.
- Scarica tutte le foto scattate dal drone. Puoi farlo collegando il drone direttamente al computer oppure estraendo la scheda SD dal drone e inserendola nel PC.
- Tra tutte le foto scattate, individua quelle in cui è visibile un GCP e salvale in una cartella separata.
- Apri WebODM. Fai clic su “Aggiungi un progetto”, assegnagli un nome, aggiungi una descrizione se necessario e premi “Crea”.
- Accedi all'interfaccia GCP e fai clic su " Carica file di punti di controllo esistente".
- Seleziona il file che hai esportato da SW Maps e premi "Apri".
- Verrà visualizzata un'anteprima del file dei punti di controllo a terra (GCP), che mostra le coordinate precise di ciascun punto. Fare clic su "Carica" per importare i GCP.
- Fare clic su " Fornitore della mappa " e selezionare "Vista satellitare " per visualizzare i GCP sulla mappa.
- Selezionare " Scegli immagini".
- Vai alla cartella contenente le immagini GCP che hai preparato al punto 38, selezionale tutte per importarle in WebODM e premi "Apri".
- Verranno caricate le immagini con i GCP. Ora abbineremo ciascuna coordinata GCP a un'immagine ripresa dal drone che mostra il bersaglio corrispondente. Clicca sulla prima immagine.
- Premere il tasto "Elimina" per cancellare le coordinate predefinite nella finestra "Punti di controllo a terra" e nella finestra "Vista mappa".
- Fai clic sul pulsante “+”, quindi fai clic al centro del punto di controllo nell'immagine. Successivamente, abbinalo al punto corrispondente nella vista satellitare facendo clic sulla stessa posizione. Puoi identificare quale GCP sia quale controllando il numero indicato nella foto: dovrebbe corrispondere al nome visibile nella finestra “Satellite”.
- Premere il tasto Indietro e ripetere i passaggi da 46 a 48 per ciascuna immagine GCP rimanente, in modo da associare ogni foto alle coordinate corrispondenti. Un GCP può essere associato a diverse immagini che contengono lo stesso punto. Questi passaggi sono importanti, poiché il file generato associa ciascun GCP a specifici valori di pixel (X, Y, Z) all’interno dell’immagine, che vengono utilizzati per migliorare la precisione del georeferenziazione.
- Quando tutte le immagini GCP sono associate alle coordinate precise dei GCP, fare clic su “Esporta file ” e poi su “Salva”. Questo file di esportazione dei punti di controllo al suolo consente di allineare accuratamente la mappa in vista dell’ulteriore elaborazione in WebODM.
- Rinomina il file in GCP_file.txt e spostalo nella stessa cartella in cui sono salvate tutte le immagini del drone.
- Ora importiamo tutte le foto del terreno. Vai alla Dashboard e clicca su “Seleziona immagini e file GPS”.
- Seleziona tutte le immagini riprese dal drone insieme al file GCP_file.txt, quindi fai clic su "Apri". Attendi qualche secondo affinché i dati vengano riportati sulla mappa.
- Attiva la visualizzazione satellitare o quella di Google Maps nelle mappe di base.
- Scegli l'opzione di elaborazione in base alle tue esigenze. Noi utilizzeremo l'opzione "Alta risoluzione". Questa opzione ottimizza le impostazioni per generare ortofoto e modelli 3D della massima qualità. Utilizzala se desideri il massimo livello di dettaglio visivo, ma tieni presente che richiede più tempo di elaborazione e più memoria. Premi "Convalida".
- Fare clic su " Avvia elaborazione". L'elaborazione potrebbe richiedere alcuni minuti.
- Cliccando su “Visualizza tracciati” è possibile verificare lo stato di avanzamento. Nel nostro caso, l’elaborazione ha richiesto 22 minuti.
- Una volta terminato, verrà visualizzata l'anteprima della mappa fotogrammetrica. Premi " Mostra mappa " per visualizzare il tuo modello 2D.
- Ora puoi visualizzare il tuo modello fotogrammetrico del terreno in 2D sovrapposto a Google Maps.
- Fai clic sul pulsante 3D nell'angolo in basso a destra per passare alla visualizzazione 3D.
- Il tuo modello 3D verrà ora visualizzato per consentirti di esplorarlo in modo interattivo.
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