UAV Rapid Mapping

Piattaforma aerea leggera per il monitoraggio a bassaquota della città, del territorio e dell'ambiente

UAV Rapid Mapping è un progetto di test di impiego di piattaforme micro-UAV in volo autonomo finalizzato alla mappatura speditiva di piccole aree di territorio con immagini sul visibile, sull'infrarosso termico e l'infrarosso vicino con applicazione di una metodologia di georeferenziazione e mosaicatura automatica post ricognizione.
I quadrirotori utilizzati, dotati di sensoristica dedicata, consentono di post-elaborare il set di immagini acquisite nell'immediato al momento dell'atterraggio per fornire in tempo reale una prima immagine utilizzabile incondizioni di tempistica ristretta con margini di accuratezza accettabili perl'applicazione specifica.

Il tema di riferimento

Governo del territorio

Il contesto

Il monitoraggio del territorio ai fini di controllo o di pianificazione richiede un'innovazione costante nei processi e nelle tecnologie di rilevamento dei parametri ambientali. Il  telerilevamento, inteso come la ripresa a distanza di un soggetto attraverso dei sensori, è in rapida evoluzione sia nelle tecnologie che nelle metodologie, soprattutto per quanto riguarda la ripresa del territorio: sensori sempre più specializzati e geometricamente più performanti lo rendono un segmento diricerca sempre in rinnovamento.
Recentemente gli UAV (acronimo di Unmanned Aerial Vehicle, velivoli senza presenza umana a bordo, pilotati da remoto da una stazione a terra) e in particolare i micro-UAV (con peso inferiore ai 2 kg) rappresentano l'ultima frontiera per la ripresa del territorio ad alta risoluzione e a bassa quota divolo. Sui micro-UAV è possibile installare diversi sensori che li rendono impiegabili per attività di monitoraggio del territorio, in ambito urbano e non; inoltre essi rappresentano una soluzione a basso costo per la creazione di quadri conoscitivi socialmente condivisi. Al gruppo degli UAV appartengono diverse tipologie di velivoli (aeroplani, elicotteri, dirigibili) e anche velivoli innovativi come elicotteri multi-rotori (quadrirotori e oktorotori) definibili come "DRONI automatici".
I primi progetti di UAV risalgono agli anni '20 ma solo a partire dagli anni'90, con i primi sviluppi di micro e nano tecnologie, si è avuto la possibilità di sperimentare questi velivoli in missioni militari, evidenziando la possibilità di non esporre a rischio un essere umano. I micro-UAV hanno avuto un recente sviluppo conseguente alla crescita dell'affidabilità e della riduzione dei costi nella produzione di sensori basati su nano-tecnologie.

Gli obiettivi

Il progetto di ricerca ha come obiettivo l'analisi delle potenzialità di utilizzo dei micro-UAV e del contributo che questa metodologia di raccolta di informazione geografica può fornire al completamento di database tematici finalizzati al supporto dei processi di governo del territorio e all'ambiente.
Il progetto di ricerca è strutturato in tre fasi:

  • progettazione, costruzione e test delle capacità di volo e di payload (capacità di carico in assetto di volo),
  • Realizzazione della procedura di volo dedicata, in grado di far volare i quadrirotori in modo autonomo o semi autonomo,
  • test su sensori, procedure di rilievo ed elaborazione.

I soggetti

UAV Rapid Mapping è un progetto di ricerca condotto in collaborazione con l'Università Iuav di Venezia con i ricercatori del gruppo di ricerca in Nuove Tecnologie e Informazione Territorio- Ambiente e la consulenza specialistica del dott. geol. Mario Pizzolon.

Gli elementi distintivi del progetto

Il cuore del progetto è realizzare una serie di applicazioni basate sull'impiego di piattaforme micro-UAV in grado di sorvolare in modo autonomo porzioni di territorio e rilevarne diversi parametri. I quadrirotori, dotati di sensoristica dedicata, consentono la produzione di immagini aeree georiferite riprese a bassa e bassissima quota nei campi del visibile e dell'infrarosso, fornendo i dati di base per molte elaborazioni di immagini sino ad ora possibili solo a partire da dati provenienti da riprese aeree o satellitari.
Sul versante dei dati acquisibili e dei livelli informativi producibili si è valutata la fattibilità di elaborare indici di vegetazione (NDVI), di individuare e mappare l'umidità dei suoli, di impiegare camere termiche per la mappatura termica di edifici o infrastrutture in modo continuo e laserscanner per realizzare modelli 3D di manufatti o porzioni di territorio.
La soluzione di problematiche di carattere operativo sono una parte sostanziale del progetto, sia per quanto riguarda l'ottimizzazione del volo dei quadrirotori sia per quanto concerne l'integrazione di sensori specializzati relativamente al loro peso (e quindi di autonomia di volo) e al loro consumo energetico.
Il resoconto finale è un insieme di materiali e considerazioni utili a delineare un quadro consuntivo delle possibilità offerte da questa tecnologiache mette in evidenza i vantaggi e i limiti delle piattaforme micro-UAV, prospetta i possibili sviluppi e impieghi futuri.

I servizi e le tecnologie impiegate

Il progetto è di fatto un'analisi di diverse soluzioni UAV seguita dallo sviluppo di una versione basata su componenti open-source, GPS, IMU e moduli in radiofrequenza disponibili in kit di montaggio e dall'assemblaggio di sensori e accessori dedicati all'acquisizione di immaginia bassa quota.
Per le acquisizioni di test si sono utilizzate fotocamere e videocamere sul visibile per l'acquisizione di immagini sullo spettro del visibile e termocamere leggere per immagini termografiche.
Parallelamente ai test sulla piattaforma di acquisizione, è stata definita una metodologia di integrazione dati e uno specifico software finalizzati alla georeferenziazione e mosaicatura rapida della riprese. Per il test all'esercitazione Terex 2010 è stata impiegata la piattaforma geografica interoperabile federata geoSDI.

Le fasi

  • Inizio delle attività: febbraio 2010
  • Conclusione lavori: febbraio 2011

I prodotti ei risultati ottenuti

Risorse informative acquisite
  • Dati di test
Strumenti e sistemi di gestione sviluppatie/o installati
  • N. 3 quadrirotori con componentistica Mikrokopter
  • Software e procedura di georeferenziazione e mosaicatura rapida
Documentazione redatta
  • Rapporto di ricerca
Servizi forniti
  • Test dimostrativi all'esercitazione di Protezione Civile Terex 2010 in Toscana

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