Il rilevamento terrestre è sia impegnativo che complesso. Tradizionalmente, i professionisti del rilevamento si sono affidati a strumenti come stazioni totali, ricevitori GPS e scanner laser a terra per acquisire dati spaziali ad alta risoluzione sulla topografia della superficie terrestre. Ma con i continui progressi nelle tecnologie aeree senza pilota negli ultimi anni, i droni sono emersi come un importante strumento di rilevamento e mappatura.
La mappatura con drone utilizza una tecnica chiamata fotogrammetria per generare modelli 3D accurati e reali da immagini 2D. Combinando ed elaborando più immagini aeree georeferenziate, le tecniche fotogrammetriche vengono utilizzate per generare output come nuvole di punti 3D, modelli di elevazione digitale raster e ortomosaici.
Uno dei maggiori vantaggi della mappatura fotogrammetrica dei droni è che consente ai topografi di ottenere di più in meno tempo. I lavori di rilevamento che in genere richiedono settimane per essere completati possono essere completati in pochi giorni con i droni. Pertanto, l'utilizzo di droni può rivelarsi molto più economico per molti progetti.
E poiché i droni possono essere dispiegati rapidamente, praticamente ovunque, il loro utilizzo elimina la necessità di inviare personale di rilevamento in aree pericolose, come tetti, sporgenze, strade, terreno instabile e argini ripidi. Anche le caratteristiche inaccessibili, come le torri dei cellulari e le cime degli alberi, possono essere mappate facilmente attraverso l'uso di droni.
Ma tenendo da parte i numerosi vantaggi della fotogrammetria dei droni, il rilevamento è un lavoro che richiede un alto grado di precisione. E le precisioni riportate dai droni sono generalmente inferiori al loro potenziale teorico.
I droni possono quindi essere definiti strumenti efficaci per il rilevamento terrestre?
Sì, afferma un rapporto pubblicato sul Journal of Unmanned Vehicle Systems (dicembre 2019). Con un hardware senza pilota all'avanguardia e un'elaborazione coscienziosa dei dati, la mappatura dei droni è sufficientemente accurata da integrare o sostituire i metodi di rilevamento terrestre per molte applicazioni, sostengono i ricercatori.
Per supportare la loro ipotesi, i ricercatori hanno triangolato sette volte un sito di una chiesa di 4 acri utilizzando un drone DJI Inspire 2 dotato di un sistema GNSS PPK ad alta precisione e una fotocamera Zenmuse X4S. Il sito conteneva sia superfici lisce che i dati dei droni sono noti per modellare bene (parcheggi, campi e tetti), sia caratteristiche che non dovrebbero modellare bene con la fotogrammetria aerea (muri, cavi aerei e terreno sotto la vegetazione). I ricercatori hanno utilizzato i dati delle coppie di immagini stereo per riempire le caratteristiche mancate o distorte.
E anche se il sistema di posizionamento di fascia alta del drone significava che la precisione dipendeva poco dal controllo a terra, il team ha raccolto 23 punti di controllo ben distribuiti per calcolare la trasformazione per la ridondanza e per fornire dati sufficienti per statistiche significative.
La raccolta dei dati aerei è stata completata in mezza giornata di lavoro sul campo con un altro giorno e mezzo di lavoro di elaborazione. Nel frattempo, il completamento del rilevamento convenzionale e dell'elaborazione dei dati ha richiesto tre giorni.
Con un errore quadratico medio di radice verticale di soli 2 cm (RMSE), la mappatura con drone si è rivelata coerente e sufficientemente accurata da essere utilizzata per molte applicazioni tipiche del rilevamento terrestre. I ricercatori hanno anche osservato che la precisione è migliorata quando il drone è stato fatto volare a un'altitudine inferiore (anche se con rendimenti decrescenti). Se questo fosse stato un tipico progetto di rilevamento terrestre, l'utilizzo di droni avrebbe comportato un risparmio di tempo del 33% e un risparmio sui costi del 58%.
I ricercatori hanno studiato ulteriormente la fattibilità economica della mappatura dei droni conducendo un'indagine sul tetto per un'installazione di pannelli solari. Il team ha raccolto dati aerei sui tetti di tre negozi di alimentari, compresi tra 3 acri e 7 acri, in un solo giorno. Senza mettere alcun lavoratore sul tetto, tutte le caratteristiche sono state estratte in stereo, comprese le linee del gas, le prese d'aria sul tetto, le unità HVAC, i lucernari e i pannelli elettrici. Mentre il rilevamento terrestre convenzionale avrebbe richiesto 12 giorni dall'inizio del progetto alla consegna finale, il "volo alla consegna" ha richiesto solo 7 giorni, realizzando un risparmio sui costi del 58% e un risparmio di tempo del 41%.
In un altro esempio, il team ha raccolto dati aerei per un rilevamento topografico-planimetrico completo da un campo da golf di 260 acri in un giorno. Se fossero stati utilizzati metodi classici, tre squadre sul campo avrebbero impiegato 30 giorni per raccogliere questi dati, portando a tempi di inattività significativi del corso. In effetti, alcune aree fortemente vegetate sul percorso richiedevano un rilevamento convenzionale, ma il drone è stato in grado di mappare molte posizioni semi-oscurate tramite compilazione stereo selezionando un modello stereo adatto. In effetti, l'intero sito è stato mappato in 15 giorni con un risparmio sui costi del 75% e di tempo del 50%.
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Per riassumere, i droni oggi sono diventati un'aggiunta estremamente preziosa nel toolkit di un perito agrario e stanno integrando o sostituendo sempre più i metodi di rilevamento terrestre per molte applicazioni. Un drone di mappatura di nuova generazione come il DJI Phantom 4 RTK sta già consentendo ai topografi di ottenere un'accuratezza dei dati a livello centimetrico richiedendo meno punti di controllo. E con un potente software di mappatura come DJI Terra che consente ortomosaici 2D e modelli 3D con una maggiore precisione assoluta, i professionisti del rilevamento sono in grado di ottenere la qualità di output desiderata per progetti critici.
