GNSS e droni aerei: un connubio vincente per applicazioni di telerilevamento, sorveglianza, sicurezza e logistica
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REPORT
GNSS e droni aerei:
un connubio vincente
per applicazioni di
telerilevamento,
sorveglianza,
sicurezza e logistica
di Marco Lisi, Alberto Mennella, Marco Nisi
L
e applicazioni tecnologi- nite dai sensori ad un luogo che sia) sia in grado di usare a
camente più avanzate e ed un tempo specifici, ad un proprio vantaggio.
ad alto valore aggiunto preciso “qui ed ora”;
(cioè in grado di fornire servizi 3) le telecomunicazioni, soprat- In particolare, negli ultimi anni
che soddisfano esigenze fonda- tutto quelle “wireless”, perché si è fatta sempre più evidente
mentali degli utenti) derivano ubique, cioè in grado di rac- la sinergia fra la tecnologia di
dall’integrazione sinergica fra cogliere dati da sensori ovun- localizzazione basata sui satel-
quattro grandi “motori” tecno- que posizionati, sulla terra e liti (GPS, Galileo) e quella dei
logici: nello spazio, e di diffondere droni aerei o UAV (“Unmanned
1) il telerilevamento, cioè la ca- poi, dopo un adeguato pro- Aerial Vehicles”).
pacità di raccogliere informa- cessamento dei dati grezzi, in-
zioni attraverso sensori sem- formazioni e conoscenza agli Il ruolo dei droni aerei nelle
pre più sofisticati sulla realtà utenti finali, quelli per i quali applicazioni di telerilevamen-
che ci circonda, estendendo applicazioni e servizi sono to, sorveglianza, sicurezza e
i nostri cinque sensi e poten- concepiti; logistica
ziandone la capacità. Questa 4) i centri di processamento Si definisce come drone aereo
tecnologia, limitata in passato dei dati, basati su potenti (in inglese UAV, “Unmanned
ai satelliti ed alle prospezioni capacità di calcolo e sempre Aerial Vehicle”) un aeromobile
aeree, si è oggi potentemen- più su agenti “intelligen- senza pilota a bordo. Si possono
te estesa attraverso i sensori ti” (Intelligenza Artificiale, a questo punto dare due casi:
miniaturizzati (IoT e “smart “Machine learning”, “Deep che il velivolo sia pilotato da
dust”) ed i droni aerei; Learning”), che elaborano un essere umano da remoto (ed
2) la referenziazione geografi- l’enorme, spesso non struttu- in questo caso si parla più cor-
ca e temporale, per lo più rata, mole di dati raccolti per rettamente di RPA, “Remotely
basata sui sistemi GNSS derivarne informazione e co- Piloted Aircraft”), ovvero che sia
(“Global Navigation Satellite noscenza, che l’utente medio in grado di volare con un grado
Systems”), cioè la capacità di (agricoltore, architetto, opera- più o meno alto di autonomia.
associare le informazioni for- tore della logistica o marinaio Il secondo caso, quello cioè
della guida autonoma, è parti-
colarmente importante in quelle
applicazioni nelle quali il drone
opera al di là della visuale ottica
del pilota (in inglese “Beyond
Visual Line of Sight”, BVLOS).
Per gli UAV che operano in
BVLOS, piattaforme di naviga-
zione che integrino un ricevito-
Fig. 1 - Il concetto di sistema del progetto Easy-PV.
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re GNSS sono essenziali perché
in quasi tutte le applicazioni si
richiede una georeferenziazione
molto accurata delle immagini;
inoltre il drone, non diretta-
mente visibile dal suo operatore,
ha bisogno di un’elevata capaci-
tà in termini di posizionamento
e navigazione, così da mantene-
re la propria traiettoria, anche
in aree abitate, mantenendosi a
distanza di sicurezza da eventua-
li ostacoli ed evitando collisioni.
Nelle operazioni BVLOS è ov-
viamente anche necessario un
sistema di telecomunicazione
Fig. 2 - architettura di sistema del progetto AMPERE
“wireless” (eventualmente basa-
to su network sia terrestri che
satellitari) molto affidabile e ad
alto “data rate”. • Trasporto di prodotti o pac- Easy-PV, finanziato dalla GSA
Sviluppati originariamente per chi postali; (ora “European Union Space
applicazioni militari, gli UAV • Fotografia aerea; Programs Agency”, EUSPA)
si stanno espandendo rapida- • Agricoltura; nell’ambito del programma
mente ad un’ampia gamma di • Raccolta di dati (IoT); della Commissione Europea
applicazioni civili, tanto che • Manutenzione di infrastrut- Horizon 2020 e già positiva-
oggigiorno il numero di UAV ture distribuite mente conclusosi.
civili è di gran lunga maggiore Il problema al quale Easy-PV
di quelli militari. Tra le applica- I droni in applicazioni di ma- si rivolge è quello della manu-
zioni civili tipiche degli UAV ci nutenzione e logistica: i pro- tenzione di grandi installazioni
sono: getti Easy-PV e AMPERE per la produzione di energia fo-
• Sorveglianza; Un primo esempio di appli- tovoltaica, nelle quali i pannelli
• Rilevamento topografico; cazione dei droni aerei e della fotovoltaici, esposti all’aperto ed
• Monitoraggio dell’ambiente; georeferenziazione tramite alle escursioni termiche, sono
• Disastri naturali ed emergenze; GNSS è quello del progetto soggetti a degradazioni o rotture
Fig. 3 - Il drone “tethered” del progetto SARA. Fig. 4 - architettura del sistema SARA.
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Gli UAV nelle applicazioni di
sorveglianza aerea: il progetto
SARA
Sono molto numerosi i casi nei
quali si richiede la sorveglianza
continua, diurna e notturna, di
una certa area, attraverso sensori
nei campi visibile ed infrarosso.
Le circostanze possono essere le
più varie: dalla protezione di un
perimetro da intrusioni dall’e-
sterno alla supervisione di ope-
razioni complesse, per esempio
di logistica, ovvero alla gestione
coordinata dei soccorsi in caso
di emergenze (per esempio,
salvataggi in mare) e disastri
Fig. 5 - Drone “tethered” per le riprese aeree di eventi sportivi. naturali (incendi, inondazioni,
terremoti).
I droni aerei forniscono soluzio-
dei loro elementi, difficili da PV (drone dotato di fotocamere ni molto efficienti ed efficaci,
individuare. nel visibile e nell’infrarosso, nonché molto meno costose
La soluzione proposta da Easy- nonché di radar ottico 3D in di altri mezzi, per esempio gli
PV (figura 1) si basa su un si- tecnologia LIDAR) per affron- elicotteri.
stema automatico per acquisire, tare il problema della mappatu- Partendo dalla specifica esigen-
geo-referenziare e processare ra e quello della prevenzione di za di supportare le operazioni
immagini ottiche e termiche potenziali guasti nelle reti aeree di salvataggio (“Search and
raccolte da un drone (più pre- per la distribuzione dell’energia Rescue”, SAR) in mare, partico-
cisamente un RPA) mentre sor- elettrica (figura 2). Questo pro- larmente durante le ore nottur-
vola il campo fotovoltaico. getto, tuttora in corso, prevede ne, è stata sviluppata la tecno-
Il progetto AMPERE, sem- una sperimentazione sul campo logia dei droni “tethered”, cioè
pre finanziato da EUSPA in nella Repubblica Dominicana, alimentati e comandati tramite
Horizon 2020, applica un ap- attraverso l’università UNPHU un cavo elettrico fino ad altezze
proccio simile a quello di Easy- di Santo Domingo. di cento e più metri attraverso
il progetto Horizon 2020 de-
nominato SARA (“Search And
Rescue Aid”) (figura 3).
SARA è un sistema semi-auto-
matizzato composto da un dro-
ne “vincolato” e dal suo hangar,
collegato saldamente all’imbar-
cazione grazie ad un cavo molto
resistente rivestito in kevlar, che
viene utilizzato sia per l’alimen-
tazione che per la trasmissione
dati (figura 4).
Il principale vantaggio rispetto
ad altri droni presenti sul mer-
cato è la possibilità di dispie-
gare in pochissimo tempo un
“Traliccio Virtuale” fino a 100
metri sulla superficie dell’im-
barcazione. Inoltre il sistema
SARA abilita le operazioni di
volo in condizioni di scarsa
Fig. 6 - Architettura di sistema del progetto PASSport.
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visibilità grazie all’avanzato uso
del posizionamento satellitare
e quelle di avvistamento grazie
all’impiego di un payload con
camere ottiche e termiche (ad
infrarossi).
Pur se originariamente svilup-
pato per applicazioni marittime,
il concetto del drone “tethered”
può essere ovviamente esteso a
molte altre situazioni, general-
mente ogni qual volta sia neces-
saria la sorveglianza di una certa
area da grande altezza e su tem-
pi relativamente lunghi (come,
ad esempio, le riprese aeree di Fig. 7 - Droni sottomarini a guida autonoma (Università di Firenze).
avvenimenti sportivi, figura 5).
zione alle stringenti direttive prendere tempestivamente
Sicurezza e gestione delle europee in tema di sicurezza dei (quindi in modo spesso autono-
infrastrutture di trasporto trasporti marittimi e dei com- mo) richiederanno un utilizzo
e logistiche: il progetto plessi portuali (figura 6). massivo di tecnologie avan-
PASSport Il sistema di sorveglianza e zate di processamento, quali
Nei mesi passati la pandemia da controllo PASSport è destinato “Artificial Intelligence” (AI) e
Covid-19 ha messo in evidenza alle infrastrutture complesse “Deep Learning”.
l’importanza strategica per l’e- in senso lato, quindi anche Integrazione di satelliti, droni
conomia delle infrastrutture di ad aeroporti, linee ferroviarie, e sensori “in situ” per la salva-
trasporto e di logistica, special- grandi complessi autostradali. guardia del patrimonio artisti-
mente in periodi di crisi. Fondamentale nella sua filo- co: il progetto VESTA
Le varie tipologie di trasporto sofia è l’integrazione e fusione
condividono esigenze in larga di dati provenienti da svariate ll progetto VESTA
parte comuni: la sicurezza in tipologie di sensori, non esclusi (Acronimo di Valorizzazione E
senso lato, sia intesa come pro- quelli provenienti da satelli- Salvaguardia del paTrimonio
tezioni da azioni malevoli di ti di osservazione della Terra culturAle attraverso l’utilizzo
varia origine, sia come preven- (Copernicus). La quantità dei di tecnologie innovative) si
zione di incidenti che possano dati ingestiti e la complessità propone di offrire servizi atti
mettere a rischio la vita delle delle azioni di controllo da a migliorare la salvaguardia e
persone ed i beni trasportati.
Vale qui la pena di ricordare
che molto spesso tali incidenti
portano, se non alla perdita di
vite umane, a gravi conseguenze
sull’ecosistema (a causa, per
esempio, di sversamenti sulla
terra o in mare di sostanze chi-
miche nocive).
Il progetto PASSport, anch’esso
finanziato dalla Commissione
Europea nell’ambito del pro-
gramma Horizon 2020 ed
ancora in corso, propone un
sistema integrato di droni aerei
e sottomarini, tutti assistiti dai
più recenti servizi offerti dal si-
stema GNSS europeo, Galileo,
per dare pratica implementa- Fig. 8 - Il parco archeologico di Paestum e Velia.
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la conservazione preventive e
programmate del patrimonio
culturale.
Sebbene il parco archeologico
di Paestum e Velia sia stato
scelto come sito pilota (figura
8), il progetto ha come prin-
cipali oggetti tutti quei beni
culturali che sono strategici, da
preservare e valorizzare, beni
ritenuti estremamente fragili ed
a rischio di deterioramento con
ricadute in termini di perdita
della memoria del patrimonio
storico-artistico nonché di per- Fig. 9 - In senso orario, dall’alto: satelliti, droni, GPR ed ERT
dite economiche per l’industria
del turismo.
A tale scopo, utilizza nuovi l’individuazione su vasta
strumenti di conservazione scala di criticità, naturali e PAROLE CHIAVE
GNSS; Galileo; droni; UAV; RPA; mapping; sorveg-
preventiva e pianificata al fine antropiche, che coinvolgo- lianza; SARA; PASSport; AMPERE; VESTA; EUSPA
di assicurare valutazioni e mo- no i beni culturali e il loro
nitoraggi efficaci e sistematici intorno; ABSTRACT
sui siti. 2. Droni, dotati di sensoristica GNSS and Unmanned Aerial Systems (UASs) are a
winning synergy in many applications: remote sen-
Il sistema VESTA è un ottimo ottica multispettrale, termi- sing, security, mapping, surveillance, and logistics.
esempio d’integrazione di varie ca e radar. Sono usati per
tecnologie di “sensing” con il analisi di dettaglio di suolo e AUTORE
strutture murarie; Dott. ing. Marco Lisi
posizionamento accurato offer-
ingmarcolisi@gmail.com
to dalla tecnologia GNSS. 3. GPR (“Ground Penetrating Independent Consultant
In termini di sensori, il sistema Radar”), ad alta e a bassa Aerospace & Defense
prevede l’integrazione di dati frequenza, sono usati per
Ing. Alberto Mennella
provenienti da quattro tipologie ispezioni, rispettivamente, alberto.mennella@topview.it
di sensori, parte remoti e parte delle strutture murarie e del Topview srl co-founder and Innovation Ma-
“in situ” (figura 9): sottosuolo; nager
1. Satelliti (“Syntethic Aperture 4. ERT (“Electrical Resistivity
Ing. Marco Nisi
Radar” ed ottici, per esem- Tomography”), sensoristica marco.nisi@grupposistematica.it
pio COSMO-Skymed ed i usata per l'investigazione del TheSaraProject Srl, CEO
vari Copernicus), usati per sottosuolo.
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Tecnologie per il Territorio, il Patrimonio Culturale e le Smart City
Science & Technology Communication
www.technologyforall.it
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