Rilievo in scenario post-sima con piattaforma UAV

UAV / RPAS in Italia
Piattaforme, applicazioni, problematiche
Modena 20-21 Febbraio 2014
Rilievo in scenario post-sima con piattaforma UAV:
esperienze nel centro storico dell’Aquila
D.Dominici, M. Alicandro, M. Elaiopoulos, V. Massimi –
Università degli Studi dell’Aquila
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Piattaforme, applicazioni, problematiche
Modena 20-21 Febbraio 2014
• GNSS Time Series Analysis
(Bernese / Gammit Global K)
• Structural Monitoring
M. Alicandro
E.Rosciano
D.Dominici
M. Elaiopoulos
V. Massimi
• High Resolution Satellite Images
Il Laboratorio di Geomatica
• Digital Photogrammetry
Nasce il 10 Maggio 2011…
• Landslide Monitoring
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Università degli studi dell’Aquila
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Regione Abruzzo
S.Maria Paganica
Documentazione in un contesto post-sisma,
Introduzione al problema…
• Rischio per gli operatori impegnati nelle
operazioni di rilievo
• Accessibilità limitata
S.Maria di Collemaggio
• Documentazione dettagliata del danno
necessaria
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Esempi di situazioni critiche…
Torre Civica
S. Maria Paganica
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S. Maria Paganica
Esempi di situazioni critiche…
S. Maria di Collemaggio – Porta Santa
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Esempi di situazioni critiche…
Forte Spagnolo – L’Aquila
Forte Spagnolo – L’Aquila
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Le tecniche Geomatiche attualmente utilizzate
• Laser-scanner
• Fotogrammetria aerea / terrestre
• Rilievo tradizionale
Convento di S. Basilio
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La fotogrammetria di Prossimità
tramite UAV
 Vantaggi
300 m quota
• Sicurezza: nessun rischio per l’operatore
• Rilievo zone di accesso difficile
• Immagini ad alta risoluzione
• Velocità di rilievo ed elaborazione
• Basso impatto aeroacustico
• Ripetibilità ed economicità d’impiego
150 m quota
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60 m quota
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La fotogrammetria di Prossimità
tramite UAV
 Vantaggi
• Sicurezza: nessun rischio per l’operatore
• Rilievo zone di accesso difficile
• Immagini ad alta risoluzione
• Velocità di rilievo ed elaborazione
• Basso impatto aeroacustico
• Ripetibilità ed economicità d’impiego
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La fotogrammetria di Prossimità
tramite UAV
 Vantaggi
• Sicurezza: nessun rischio per l’operatore
• Rilievo zone di accesso difficile
• Immagini ad alta risoluzione
• Velocità di rilievo ed elaborazione
• Basso impatto aeroacustico
• Ripetibilità ed economicità d’impiego
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Caso studio: Piazza Palazzo (2012)
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Caso di studio: Piazza Palazzo
(2012)
Velivolo e sensore utilizzati
Canon EOS 550D
Piattaforma Mikrokopter (okto)
(Azienda IPT)
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Strumentazione
Velivolo e sensore utilizzati
Canon EOS 550D
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Fase di rilievo
Materializzazione e misura rete di appoggio (GCP)
19 punti rilevati tramite ricevitore GNSS Leica GR15
in modalità NRTK (σ=2-3 cm)
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Rete di Staz. Perm.
Regione Abruzzo
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Fase di rilievo
Piano di volo e
acquisizione immagini
(waypoint navigation)
Scala della Carta
[1:n]
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Scala media del Fotogramma
[1:m]
Quota di Volo
[H=m·p]
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Fase di elaborazione dati
Software utilizzati
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Software utilizzati
AAAPCI
•
Moduli dedicati
principalmente al
trattamento di immagini
satellitari e aeree.
(Direzione di presa verticale)
• Parametri di orientamento
interno ed esterno come input
•
Georeferenziazione tramite
GCP
•
Estrazione di DSM e Ortofoto
a volte difficoltosa
•
Mancanza di un modulo
dedicato alla fotogrammetria
di prossimità su più piani per
la creazione di modeli 3D
CARATTERISTICHE PRINCIPALI
Agisoft Photoscan
ERDAS
•
Modulo fotogrammetrico
dedicato (LPS) per il
trattamento di immagini
satellitari, aeree e terrestri.
• Matching per la
determinazione automatica
dei tie point sia Multi-Image
che da stereocoppia
•
•
•
•
• Orientamento interno e
esterno stimati in un’unica
soluzione tramite bundle
adjustment (necessari dei
valori a priori dell’or. interno)
•
•
Moduli dedicati
al’estrazione di DSM e
Ortofoto (Dati da UAV
difficili da gestire)
•
•
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Software completamente
dedicato alla modellazione e
restituzione tridimensionale
degli oggetti rilevati tramite
fotografie.
Workflow semplificato.
Determinazione automatica
dei tie-point.
Orientamento interno ed
esterno determinato a partire
dai tie-point tramite bundle
adjustment e generazione di
una nuvola di punti
(possibilità di inserire dati ti
telemetria).
Orientamento assoluto e
scala del modello 3D tramite
GCP.
Ortofoto e DSM (piano di
proiezione selezionabile)
Export point cloud (txt)
Micmac
• Suite fotogrammetrica
open-source sviluppata
dell’IGN francese. (Linux,
windows).
• Sviluppato su 3 moduli:
A) Determinazione dei tiepoint
B) Calcolo dell’orientamento
interno ed esterno relativo,
(assoluto sia locale che
globale tramite GCP e/o
posizione dei centri presa)
C) Dense Matching per la
creazione di una nuvola di
punti e/o ortofoto.
• Possibilità di eseguire
elaborazioni diverse in
funzione della geometria
dell’oggetto e della tecnica
di presa (parallela o
convergente).
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• Primo passo per l’estrazione del DSM:
scelta della stereocoppia migliore;
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• Primo passo per l’estrazione del DSM: scelta della
stereocoppia migliore;
• Inserimento risultato della calibrazione della camera
(photomodeler) per l’orientamento interno;
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Primo passo per l’estrazione del DSM: scelta della
stereocoppia migliore;
• Inserimento risultato della calibrazione della camera
(photomodeler) per l’orientamento interno;
• Orientamento assoluto delle immagini mediante
utilizzo dei Ground Control Point (GCP);
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Primo passo per l’estrazione del DSM: scelta della
stereocoppia migliore;
• Inserimento risultato della calibrazione della camera
(photomodeler) per l’orientamento interno;
• Orientamento assoluto delle immagini mediante
utilizzo dei Ground Control Point (GCP);
• Attribuzione dei punti omologhi o Tie Point;
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Primo passo per l’estrazione del DSM: scelta della
stereocoppia migliore;
• Inserimento risultato della calibrazione della camera
(photomodeler) per l’orientamento interno;
• Orientamento assoluto delle immagini mediante
utilizzo dei Ground Control Point (GCP);
• Attribuzione dei Tie Point;
• Generazione delle immagini epipolari;
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• Primo passo per l’estrazione del DSM: scelta della
stereocoppia migliore;
• Inserimento risultato della calibrazione della camera
(photomodeler) per l’orientamento interno;
• Orientamento assoluto delle immagini mediante
utilizzo dei Ground Control Point (GCP);
• Attribuzione dei punti omologhi o Tie Point;
• Generazione delle immagini epipolari;
• Creazione del DSM
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• Primo passo per l’estrazione del DSM: scelta della
stereocoppia migliore;
• Inserimento risultato della calibrazione della camera
(photomodeler) per l’orientamento interno;
• Orientamento assoluto delle immagini mediante
utilizzo dei Ground Control Point (GCP);
• Attribuzione dei punti omologhi o Tie Point;
• Generazione delle immagini epipolari;
• Creazione del DSM
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• Primo passo per l’estrazione del DSM: scelta della
stereocoppia migliore;
• Inserimento risultato della calibrazione della camera
(photomodeler) per l’orientamento interno;
• Orientamento assoluto delle immagini mediante
utilizzo dei Ground Control Point (GCP);
• Attribuzione dei punti omologhi o Tie Point;
• Generazione delle immagini epipolari;
• Estrazione del DSM;
• Creazione dell’ortofoto;
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• Primo passo per l’estrazione del DSM: scelta della
stereocoppia migliore;
• Inserimento risultato della calibrazione della camera
(photomodeler) per l’orientamento interno;
• Orientamento assoluto delle immagini mediante
utilizzo dei Ground Control Point (GCP);
• Attribuzione dei punti omologhi o Tie Point;
• Generazione delle immagini epipolari;
• Estrazione del DSM;
• Creazione dell’ortofoto;
• MICMAC (IGN)
Dimensione del pixel a terra: 2cm
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• Approccio Multi-image: sono stati utilizzati 19
fotogrammi;
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• Approccio Multi-image: sono stati utilizzati 19
fotogrammi;
• Inserimento dei valori approssimati (o fissi) di
orientamento interno, dimensioni del sensore CCD,
dati di telemetria (facoltativo);
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Approccio Multi-image: sono stati utilizzati 19
fotogrammi;
• Inserimento dei valori approssimati (o fissi) di
orientamento interno, dimensioni del sensore CCD,
dati di telemetria (facoltativo);
• Inserimento di GCP e Tie Point (sia manualmente che
automaticamente);
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• Approccio Multi-image: sono stati utilizzati 19
fotogrammi;
• Inserimento dei valori approssimati (o fissi) di
orientamento interno, dimensioni del sensore CCD,
dati di telemetria (facoltativo);
• Inseriemento di GCP e Tie Point (sia manualmente che
automaticamente);
• Bundle block Adjustment per la soluzione delle
equazioni di collinearità (minimizzazione della
propagazione degli errori);
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• Approccio Multi-image: sono stati utilizzati 19
fotogrammi;
• Inserimento dei valori approssimati (o fissi) di
orientamento interno, dimensioni del sensore CCD,
dati di telemetria (facoltativo);
• Inseriemento di GCP e Tie Point (sia manualmente che
automaticamente);
• Bundle block Adjustment per la soluzione delle
equazioni di collinearità (minimizzazione della
propagazione degli errori);
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
• Approccio Multi-image: sono stati utilizzati 19
fotogrammi;
• Inserimento dei valori approssimati (o fissi) di
orientamento interno, dimensioni del sensore CCD,
dati di telemetria (facoltativo);
• Inseriemento di GCP e Tie Point (sia manualmente che
automaticamente);
• Bundle block Adjustment per la soluzione delle
equazioni di collinearità (minimizzazione della
propagazione degli errori);
• Estrazione DTM
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
• Approccio Multi-image: sono stati utilizzati 19
fotogrammi;
• Inserimento dei valori approssimati (o fissi) di
orientamento interno, dimensioni del sensore CCD,
dati di telemetria (facoltativo);
• Inseriemento di GCP e Tie Point (sia manualmente che
automaticamente);
• Bundle block Adjustment per la soluzione delle
equazioni di collinearità (minimizzazione della
propagazione degli errori);
• Estrazione DTM
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
• Approccio Multi-image: sono stati utilizzati 19
fotogrammi;
• Inserimento dei valori approssimati (o fissi) di
orientamento interno, dimensioni del sensore CCD,
dati di telemetria (facoltativo);
• Inseriemento di GCP e Tie Point (sia manualmente che
automaticamente);
• Bundle block Adjustment per la soluzione delle
equazioni di collinearità (minimizzazione della
propagazione degli errori);
• Estrazione DTM
• Ortofoto
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
• Approccio Multi-image: sono stati utilizzati 19
fotogrammi;
• Inserimento dei valori approssimati (o fissi) di
orientamento interno, dimensioni del sensore CCD,
dati di telemetria (facoltativo);
• Inseriemento di GCP e Tie Point (sia manualmente che
automaticamente);
• Bundle block Adjustment per la soluzione delle
equazioni di collinearità (minimizzazione della
propagazione degli errori);
• Estrazione DTM
• Ortofoto
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Fase di elaborazione dati
• Approccio Multi-image: 19 fotogrammi;
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Approccio Multi-Image: 19 fotogrammi;
• Allineamento delle immagini: ricerca dei Tie Point,
determinazione delle stereocoppie (Matching), bundle
adjustment per la determinazione dell’orientamento
interno ed esterno (relativo) e creazione della nuvola
di punti;
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Approccio Multi-Image: 19 fotogrammi;
• Allineamento delle immagini: ricerca dei Tie Point,
determinazione delle stereocoppie (Matching), bundle
adjustment per la determinazione dell’orientamento
interno ed esterno (relativo) e creazione della nuvola
di punti;
• Ricostruzione della geometria dell’oggetto (Modello
3D);
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
MODELLO 3D
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• Approccio Multi-Image: 19 fotogrammi;
• Allineamento delle immagini: ricerca dei Tie Point,
determinazione delle stereocoppie (Matching), bundle
adjustment per la determinazione dell’orientamento
interno ed esterno (relativo) e creazione della nuvola
di punti;
• Ricostruzione della geometria dell’oggetto (Modello
3D);
• Estrazione di DSM e Ortofoto
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
Ortofoto
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Fase di elaborazione dati
• Approccio Multi-Image: 19 fotogrammi;
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• Approccio Multi-Image: 19 fotogrammi;
• Ricampionamento delle immagini e individuazione dei
Tie Point (Tapioca);
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
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Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Approccio Multi-Image: 19 fotogrammi;
• Ricampionamento delle immagini e individuazione dei
Tie Point (Tapioca);
• Calcolo dell’orientamento interno ed esterno
(relativo) tramite Tie Point (Tapas) e creazione della
nuvola di punti;
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
Rilievo in scenario post-sima con piattaforma UAV: esperienze nel centro storico dell’Aquila
D.Dominici, M. Alicandro, M. Elaiopoulos, V. Massimi – Università degli studi dell’Aquila
UAV / RPAS in Italia
Piattaforme, applicazioni, problematiche
Modena 20-21 Febbraio 2014
Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Approccio Multi-Image: 19 fotogrammi;
• Ricampionamento delle immagini e individuazione dei
Tie Point (Tapioca);
• Calcolo dell’orientamento interno ed esterno tramite
Tie Point (Tapas) e creazione della nuvola di punti;
• Dense Matching per la creazione del modello 3D e
ortofoto ;
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
Rilievo in scenario post-sima con piattaforma UAV: esperienze nel centro storico dell’Aquila
D.Dominici, M. Alicandro, M. Elaiopoulos, V. Massimi – Università degli studi dell’Aquila
UAV / RPAS in Italia
Piattaforme, applicazioni, problematiche
Modena 20-21 Febbraio 2014
Fase di elaborazione dati
Ortofoto
Piazza Palazzo
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
Rilievo in scenario post-sima con piattaforma UAV: esperienze nel centro storico dell’Aquila
D.Dominici, M. Alicandro, M. Elaiopoulos, V. Massimi – Università degli studi dell’Aquila
UAV / RPAS in Italia
Piattaforme, applicazioni, problematiche
Modena 20-21 Febbraio 2014
Fase di elaborazione dati
Piazza Palazzo
DSM (ottenibile sia come nuvola di punti che mappa di
profondità o di ombre )
• PCI
• ERDAS
• Agisoft PhotoScan
• MICMAC (IGN)
Rilievo in scenario post-sima con piattaforma UAV: esperienze nel centro storico dell’Aquila
D.Dominici, M. Alicandro, M. Elaiopoulos, V. Massimi – Università degli studi dell’Aquila
UAV / RPAS in Italia
Piattaforme, applicazioni, problematiche
Modena 20-21 Febbraio 2014
Work in progress….
Basilica di
Collemaggio
Rilievo in scenario post-sima con piattaforma UAV: esperienze nel centro storico dell’Aquila
D.Dominici, M. Alicandro, M. Elaiopoulos, V. Massimi – Università degli studi dell’Aquila
UAV / RPAS in Italia
Piattaforme, applicazioni, problematiche
Modena 20-21 Febbraio 2014
Work in progress….
Basilica di
collemaggio
In collaborazione con Aermatica S.p.A.
Canon S100 + IR Thermal Cam
Rilievo in scenario post-sima con piattaforma UAV: esperienze nel centro storico dell’Aquila
D.Dominici, M. Alicandro, M. Elaiopoulos, V. Massimi – Università degli studi dell’Aquila
Anteos A2-Mini/B
UAV / RPAS in Italia
Piattaforme, applicazioni, problematiche
Modena 20-21 Febbraio 2014
Work in progress….
Sensori
Rilievo in scenario post-sima con piattaforma UAV: esperienze nel centro storico dell’Aquila
D.Dominici, M. Alicandro, M. Elaiopoulos, V. Massimi – Università degli studi dell’Aquila
UAV / RPAS in Italia
Piattaforme, applicazioni, problematiche
Modena 20-21 Febbraio 2014
Work in progress….
Primi risultati sulla facciata (Agisoft)
Basilica di
collemaggio
Modello 3D
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UAV / RPAS in Italia
Piattaforme, applicazioni, problematiche
Modena 20-21 Febbraio 2014
Work in progress….
Primi risultati sulla facciata (Agisoft)
Basilica di
collemaggio
Ortofoto
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UAV / RPAS in Italia
Piattaforme, applicazioni, problematiche
Modena 20-21 Febbraio 2014
Conclusioni e sviluppi futuri
• La fotogrammetria di prossimità tramite UAV si sta dimostrando uno strumento estremamente
importante per il rilievo, vista anche la capacità di integrarsi perfettamente con le altre tecniche.
•
La densità di misura e il livello di dettaglio raggiungibile supera quasi tutte le altre tecniche
esistenti.
•
L’integrazione con altri sensori può fornire informazioni aggiuntive ampliandone il campo di
utilizzo.
•
Il miglioramento dei sensori e dei velivoli in termini posizionamento e stabilità può portare ad
avere fotogrammi migliori e quindi prodotti finali di qualità.
•
Software di elaborazione sviluppati ad-hoc per la fotogrammetria di prossimità rispetto a
software generici possono fare la differenza in termini di qualità del risultato ottenibile.
•
Nuovi casi studio saranno presi in esame per cercare di approfondire e superare le difficoltà ad
oggi esistenti così da poter costruire un database dettagliato.
Rilievo in scenario post-sima con piattaforma UAV: esperienze nel centro storico dell’Aquila
D.Dominici, M. Alicandro, M. Elaiopoulos, V. Massimi – Università degli studi dell’Aquila
UAV / RPAS in Italia
Piattaforme, applicazioni, problematiche
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D.Dominici, M. Alicandro, M. Elaiopoulos, V. Massimi – Università degli studi dell’Aquila
UAV / RPAS in Italia
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D.Dominici, M. Alicandro, M. Elaiopoulos, V. Massimi – Università degli studi dell’Aquila
UAV / RPAS in Italia
Piattaforme, applicazioni, problematiche
Modena 20-21 Febbraio 2014
GRAZIE DELL’ATTENZIONE……
D.Dominici, M. Alicandro, M. Elaiopoulos, V. Massimi – Università degli Studi dell’Aquila
Rilievo in scenario post-sima con piattaforma UAV: esperienze nel centro storico dell’Aquila
D.Dominici, M. Alicandro, M. Elaiopoulos, V. Massimi – Università degli studi dell’Aquila