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Droni e rilievi aerei di prossimità : Sperimentazione della metodologia fotogrammetrica nell’ambito dell’agricoltura di precisione: tipologia di sensori, definizioni raggiungibili in rapporto alle immagini satellitari, analisi dei risultati ing. Luca AMATORI Libero professionista Pilota Riconosciuto ENAC Consulente Tecnico del Giudice Tribunale di Imperia Membro del Dipartimento di Geomatica FIAPR

info@3deffe.com 1


Oggetto del rilievo Il sito oggetto di studio è costituito da due vigneti in Vicobarone (PC) di superficie pari a circa 1 ha ciascuno, con esposizione prevalente est-ovest, distribuiti su un terreno con dislivello complessivamente pari a circa 20 mt. Stato agronomico Vigneto: 2gg dalla Vendemmia

Vigneto vecchio

Vigneto nuovo

Vigneto nuovo

Vigneto vecchio

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NecessitĂ di team di lavoro interdisciplinare

Il team di lavoro coadiuvato dal Dipartimento di Geomatica FIAPR ha coinvolto figure professionali provenienti da diversi ambiti. Ciascuno ha messo a disposizione della sperimentazione mezzi, competenze, conoscenze specifiche: Operatore e Pilota di SAPR, Studio professionale di aerofotogrammetria, Agronomi, con il supporto di geometri per il rilievo topografico preliminare 3


Inquadramento cartografico del sito Inquadramento cartografico del sito: cartografia vettoriale regionale e ortofoto aerea

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Obiettivo della sperimentazione Porre le prime basi per individuare le PROCEDURE per l’impiego dei droni nell’ambito dell’agricoltura di precisione APPROCCIO GEOMATICO

L’occasione è servita per sperimentare le potenzialità di impiego di differenti SAPR unitamente a differenti sensori (e quindi payload, sistemi di telemetria, ecc…): velocità e quota di volo, sovrapposizione dei fotogrammi, ecc…

APPROCCIO AGRONOMICO

Analisi validazione scientifica dei dati acquisiti da SAPR e confronto con le attuali metodologie basate sullo studio di immagini satellitari o acquisite da piattaforme aeree

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I sapr nell'agricoltura di precisione: perchè? Immagini acquisite da Satelliti/Aeromobili soddisfano limitatamente le esigenze di una efficiente agricoltura di precisione • La risoluzione spaziale è bassa a causa dell’altitudine, specialmente per le immagini Satellitari • La copertura nuvolosa può oscurare l'immagine Problemi specifici con le immagini da alta quota • Il singolo Pixel include informazioni da impianto + terra + coltura. • E’ necessario un demixing dei pixel per disaccoppiare contenuto informativo di impianto + terra + coltura Necessità di acquisire immagini da quote piu basse ed in tempi rapidi • Elimina la necessità del "demix" restituendo contenuti informativi precisi che non richiedono pre-elaborazione • Capacità di misurare, se richiesto, il contenuto di clorofilla a livello di singole foglie UAV a 60m altezza 2cm GSD

Aereo a 1800m altezza 40cm GSD

Satellite 5m GSD

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Approccio metodologico: • Analisi del sito e rilievo strumentale preliminare di GCP • Pianificazione delle missioni, configurazione dei SAPR in funzione dei sensori portati • Generazione di Ortofoto nel visibile e nel multispettrale • Generazione di mappe NDVI • Analisi ed interpretazione della mappa NDVI • Pianificazione degli interventi agronomici correttivi su base spaziale e temporale (obiettivo prossima ricerca)

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APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultati metrici e confronti STRUMENTAZIONE IMPIEGATA RILIEVO TOPOGRAFICO PRELIMINARE

RILIEVO FOTOGRAFICO AEREO

Stazione totale integrata GPS Ottocottero NT4 ad eliche contrapposte

Marker cartacei plastificati, Martello e chiodi per Posizionamento a terra

Quadricottero PHANTOM DJI

Lumix DMC-GM1

Sony RX100 MIII

Canon SX260 modif. NIR

MAPIR

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APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultati metrici e confronti FASE 1: RILIEVO TOPOGRAFICO Perché il rilievo topografico preliminare alle riprese aeree? 1 – NECESSITA’ DI ORIENTALE E SCALARE IL MODELLO FOTOGRAMMETRICO DANDONE DEI REQUISITI METRICI 2 – RENDERE CONFRONTABILI LE ORTOFOTO PROVENIENTI DALLA ELABORAZIONE DI IMMAGINI ACQUISITE A QUOTE DIVERSE E CON SENSORI DALLE DIMENSIONI E RISOLUZIONI DIFFERENTI TRA LORO: LUMIX DMC-GM1

SONY RX 100 MIII

CANON SX260 MOD. NIR

MAPIR

- Dimensione Sensore 17,3 x 13mm - Dimensione Fotogramma 4592x3448 pix

- Dimensione Sensore 13,2x8,8mm - Dimensione Fotogramma 4864x3648 pix

- Dimensione Sensore 6,16x4,6mm - Dimensione Fotogramma 4000x3000 pix

- Dimensione Sensore 4,50x3,78mm - Dimensione Fotogramma 4032x3024 pix 9


APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultati metrici e confronti FASE 1: RILIEVO TOPOGRAFICO Si sono fissati a terra 20 marker totali (10 per vgneto). I marker sono poi stati rilevati con stazione totale integrata GPS in un SR locale. Il riconoscimento dei marker sui fotogrammi avviene nella prima fase del processamento in maniera tale da orientare e scalare fin da subito il modello.

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APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultati metrici e confronti FASE 2: ACQUISIZIONE IMMAGINI AEREE – DATI DI VOLO Tipologia dei Voli I dati di interesse sono stati raccolti attraverso 3 missioni. La prima missione si è occupata di collezionare un dataset di immagini nel visibile per la ricostruzione dell’ortofoto dell’intero vigneto. La seconda missione si è occupata di collezionare un dataset di immagini multispettrali con camera MAPIR. La terza missione si è occupata di collezionare un dataset di immagini multispettrali con camera CANON.

Altezza di volo media: circa 30m Scatto programmato: scatto ogni 2 secondi Tempo di volo medio: 7 minuti Velocità di volo media: 3m al secondo Area rilevata: circa 1 ettaro


APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultati metrici e confronti FASE 2: ACQUISIZIONE IMMAGINI AEREE – DATI DI VOLO Ottocottero NT4 Quadricotteto Phantom

SONY RX100 MIII

Quota media di volo: 25,15 mt. (dato da software) Lungh. Focale mm: 8,8 (eq. Focale 35: 24mm)

CANON SX260 MOD. NIR

Quota media di volo: 27,72 mt. (dato da software) Lungh. Focale mm: 4,5

LUMIX DMC-GM1

MAPIR

Quota media di volo: 36,68 mt. (dato da software)

Quota media di volo: 29,86 mt. (dato da software)

Lungh. Focale mm: 12

Lungh. Focale mm: 4,35


APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultati metrici e confronti FASE 2: ACQUISIZIONE IMMAGINI AEREE – CONFRONTO SENSORI

SONY RX100 MIII

Quota media di volo: 25,15 mt. Lungh. Focale mm: 8,8

CANON SX260 MOD. NIR

Quota media di volo: 27,72 mt. Lungh. Focale mm: 4,5

LUMIX DMC-GM1

MAPIR

Quota media di volo: 36,68 mt.

Quota media di volo: 29,86 mt.

Lungh. Focale mm: 12

Lungh. Focale mm: 4,35

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APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultati metrici e confronti FASE 3: ELABORAZIONE ORTOFOTO E CONFRONTO

SONY RX100 MIII

CANON SX260 MOD. NIR (*)

LUMIX DMC-GM1

MAPIR

(* la georeferenziazione in EXIF delle immagini acquisite da Canon impongono un orientamento differente del modello e dell’ortofoto finale) 14


APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultati metrici e confronti FASE 3: VALUTAZIONE GSD DELLE ORTOFOTO E CONFRONTI (su campione 10x10 cm)

LUMIX DMC-GM1 GSD = 1,00728 cm/pix Dim. Pix = 0.00376729 mm

CANON X260 mod. NIR GSD = 0,896666 cm/pix Dim. Pix = 0.0015494 mm

SONY RX100 MIII GSD = 0,581993 cm/pix Dim. Pix = 0.00260928 mm

MAPIR GSD = 0,680429 cm/pix Dim. Pix = 0.00120462 mm

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APPROCCIO GEOMATICO: metodo di rilievo, risultati metrici e confronti RIPRESE CON TERMOCAMERA OPTRIS NecessitĂ di adattamento e configurazione del SAPR al payload richiesto. Effettuate riprese nadirali e oblique su tre filari specifici

Riprese oblique

Riprese nadirali


Risultati Il Caso di Applicazione qui illustrato, mostra che con tre voli di 12 minuti medi ciascuno è stato possibile ottenere la mappa dell’indice di vigore vegetativo (NDVI) di un vigneto di 1 ettaro circa rendendo possibile una pianificazione mirata degli interventi sulla coltura.


Risultati: valutazione qualitativa del dettaglio ottenuto


CONCLUSIONI DI CARATTERE FOTOGRAMMETRICO FASE 3: CONSIDERAZIONI FINALI 1 – l’aerofotogrammetria richiede una precisa progettazione del rilievo in base a: dimensione sensore, focale, quota di volo; 3 – L’impiego di sensori differenti necessita di un rilievo topografico preliminare di GCP per rendere confrontabili i risultati; 4 – Il posizionamento dei marker tra i filari è indispensabile per controllare la modellazione della superficie ma occorre prestare attenzione, durante il volo, alla ridondanza delle riprese su di essi in quanto i filari facilmente li nascondono;


Conclusioni di carattere multispettrale Il Caso di Applicazione illustrato mostra che con un volo puntuale è stato possibile ottenere la mappa dell’indice di vigore vegetativo (NDVI) di un vigneto di 1 ettaro circa rendendo possibile una pianificazione mirata degli interventi sulla coltura. VANTAGGI Risoluzioni (cm/pixel) superiori a quelle ottenibili da piattaforme satellitari ed aviotrasportate Pianificazione interventi mirati con conseguente risparmio di tempo e denaro Possibilità di effettuare monitoraggio continuo PROSSIMI OBIETTIVI  Creazione di una filiera di lavoro standardizzato e di una rete informatica di dati  Il processo è funzione di diverse variabili di controllo che vanno modellizzate e standardizzate


Grazie per l’attenzione!

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Aerofotogrammetria e agricoltura di precisione: intervento Ing. Amatori Luca  

L'intervento ha riproposto, nell'ambito del convegno "Droni e rilievi aerei di prossimità" tenutosi a Restructura Torino il 28 novembre 2015...

Aerofotogrammetria e agricoltura di precisione: intervento Ing. Amatori Luca  

L'intervento ha riproposto, nell'ambito del convegno "Droni e rilievi aerei di prossimità" tenutosi a Restructura Torino il 28 novembre 2015...

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