Impiego sperimentale del drone ad ala fissa nell'elaborazione dell'indice di qualità morfologica (IQM) dei corpi idrici
←
→
Trascrizione del contenuto della pagina
Se il tuo browser non visualizza correttamente la pagina, ti preghiamo di leggere il contenuto della pagina quaggiù
REPORT
Impiego sperimentale del drone ad ala
fissa nell’elaborazione dell’indice di
qualità morfologica (IQM) dei corpi idrici
di Fabrizio Stella, Rodolfo Bassan,
I
Antonio Cavinato, Giovanni Lusiani l Decreto Mini- che e DTM, mentre i rilievi in
steriale 260/2010 campo coinvolgono il personale
introduce l’IQM in rilievi puntuali percorrendo
quale strumento per l’intera asta del corpo idrico con
la valutazione dello evidenti problematiche riguar-
stato morfologico danti l’accessibilità la sicurezza e
dei corsi d’acqua i tempi di percorrenza.
in conformità Le problematiche si acuiscono
con la Diret- in ambiente montano carat-
tiva Quadro terizzato da forte energia del
Acque al fine rilievo con forre incise, salti di
di giungere alla roccia, frane, versanti eccessiva-
completa clas- mente acclivi e fitta copertura
sificazione dei vegetazionale, tutti fattori questi
corpi idrici. L’I- che costringono gli operatori a
stituto Superiore muoversi con discontinuità evi-
per la Protezione tando i tratti che non consento-
e la Ricerca Am- no accessi in sicurezza a scapito
bientale (ISPRA) ha della precisione del rilievo. In
predisposto e ufficializ- questo contesto non sempre
zato il metodo IDRAIM vengono in aiuto le strisciate ae-
Fig. 1 - La forra del torrente Grisol profondamente per la classificazione idro- rofotogrammetriche disponibili
incisa nel substrato litoide.
morfologica dei corpi idrici in quanto, spesso, l’orientamen-
superficiali fluenti. Il metodo to delle valli e la forte incisione
viene applicato dall’Agenzia portano ad avere versanti e alvei
Regionale per Protezione e Pre- completamente in ombra e
venzione Ambientale (ARPAV) quindi completamente al buio
Il drone ad ala fissa: tecnologia
nella classificazione secondo i per gli scopi previsti dal metodo
canoni della Direttiva europea operativo.
innovativa per l’elaborazione
2000/60 degli oltre 800 corpi
dell’indice di qualità morfologica idrici superficiali che la Regione La valle del Grisol nelle Dolo-
(IQM) di corpi idrici in ambiente Veneto ha individuato nel suo miti Bellunesi
montano caratterizzato da
territorio. Il Torrente Grisol, incastonato
Il metodo operativo IDRAIM nel Parco Nazionale delle Do-
difficile accessibilità e copertura
prevede in estrema sintesi tre lomiti Bellunesi e nel gruppo
fotogrammetrica non ottimale al fasi: analisi su strati informa- della Schiara, è un affluente
fine di garantire la sicurezza degli tivi in ambiente GIS, rilievi in di destra del torrente Maè, nel
operatori, la precisione del calcolo
campo ed elaborazione GIS di quale si immette a quota 648
tutti i dati con compilazione di m s.m.m. circa, 5 km prima
e rapide tempistiche operative. Un
schede in formato Excel e cal- della confluenza di quest’ulti-
primo test in Val del Grisol nelle colo finale dell’indice. Gli strati mo nel Piave a Longarone. La
Dolomiti Bellunesi. informativi in ambiente GIS quota massima raggiunta dal
prevedono principalmente l’uso bacino è pari a 2531 m s.l.m.
di strisciate aerofotogrammetri- in corrispondenza del gruppo
36 GEOmedia n°2-2017
REPORT
del Monte Talvena, la quota Il drone ad ala fissa: caratteri-
minima in corrispondenza della stiche e potenzialità
sezione di chiusura. Il torren- Il drone utilizzato dall’Avepa è
te Grisol scorre in prevalente stato acquisito nel 2014. Si trat-
direzione Ovest-Est e presenta ta di un drone ad ala planante
una superficie complessiva di UAV (eBee SenseFly) evoluto
circa 30 kmq. L’asta principale e destinato al rilievo aerofoto-
del torrente ha uno sviluppo di grammetrico professionale.
circa 8 km. Con la sua camera fotografica
Le problematiche ai fini della Sony WX da 18 MP (RGB) è
valutazione dell’IQM connesse in grado di scattare fotografie
a questo corpo idrico sommano con una risoluzione a terra fino
l’inaccessibilità della seconda a 3 cm/pixel. Con autonomia
metà del corso, inciso in una di volo di circa 40 minuti ogni Fig. 2 - Aerofotogrammetria con ben evidenti i versanti
nord ovest al buio.
stretta forra rocciosa, all’inuti- batteria ed una resistenza al
lizzabilità delle strisciate aerofo- vento fino a 8-10 m/s. Dispo-
togrammetriche completamente ne inoltre della possibilità di La sperimentazione
al buio nell’intero versante nord scattare fotografie oblique e di Nella primavera 2016 i tecnici
ovest e nel fondovalle. eseguire atterraggi lineari oltre AVEPA e ARPAV hanno avvia-
Il gruppo operativo del Diparti- che circolari. Le immagini ac- to una attività di monitoraggio
mento ARPAV di Belluno, do- quisite dall’eBee dispongono di sperimentale mediante rilievo
vendo procedere alla valutazione dati GPS e IMU (Inertial Mea- aerofotogrammetrico con piat-
dell’indice IQM nel contesto surement Unit) e sono dunque taforme aeree a pilotaggio remo-
della Valle del Grisol, forte di pronte per i successivi passaggi to (drone) in Val del Grisol.
una convenzione tra ARPAV e di elaborazione fotogramme- Obiettivo del rilievo era quello
l’Agenzia Regionale per i Paga- trica per l’estrazione di modelli di ottenere ortofoto ad alta ri-
menti in Agricoltura (AVEPA) digitali del suolo e del terreno,
che dispone di un drone ad curve di livello e ortomosaici.
ala fissa, ha inteso effettuare Altre caratteristiche peculiari del
una prima sperimentazione mezzo:
dell’utilizzo di questo moderno
strumento a supporto di questa 4 Materiale PPE estruso
specifica attività. 4 Apertura alare: 96 cm
4 Peso al decollo: 680 g
La convenzione ARPAV – AVEPA 4 4 Batterie ai polimeri di litio
Con Decreto del Commissario con un’autonomia di circa
Straordinario ARPAV n. 37 del 40 minuti cadauna
9 marzo 2016 e con Decreto del 4 Velocità di crociera 36-57
Direttore Generale di AVEPA km/h (10-16 m/s)
n. 22 del 4 marzo 2016, i due 4 Fino a 3 km di copertura ra-
enti hanno firmato una conven- dio Fig. 3 - Il drone ad ala planante UAV (eBee SenseFly).
zione per collaborare nel moni- 4 Risoluzione a terra delle im-
toraggio di fiumi e torrenti del magini da 3-30 cm/pixel (in
territorio alpino. Questa scelta base alla quota di volo)
strategica obbedisce a una pre- 4 Sensori di sicurezza (ground
cisa richiesta di ottimizzazione sensor)
e condivisione degli strumenti 4 Decollo manuale
disponibili per aumentare la 4 Inoffensivo per fini ENAC
qualità abbassando i costi ope- (consentito il volo anche in
rativi dell’attività. In tal modo aree critiche)
si evitano lunghe e pericolose 4 Ali staccabili
risalite lungo i torrenti evitando 4 Trasportabile in comoda va-
rischi al personale e accorciando ligetta conforme regole IATA
i tempi di lavoro.
Fig. 4 - Postazione di controllo della missione in Val del Grisol.
GEOmedia n°2-2017 37
REPORT
soluzione georeferenziate, del sicurezza. All’interno dei volumi laterale appartata e solitaria,
tratto terminale e per lo più definiti è stato individuato il incisa nel substrato roccioso e
inaccessibile della valle, in tem- posizionamento della Stazione caratterizzata da versanti ripidi e
pi contenuti e in condizioni di di controllo a terra, il punto di alti salti rocciosi che sovrastano
sicurezza. decollo dell’APR e anche del una profonda forra e ambienti
Il lavoro è stato eseguito con waypoint iniziale, cioè la posi- rupestri di fondovalle. Sul fian-
un drone ad ala fissa (eBee zione dalla quale inizierà il volo co sinistro della valle si ritrova-
SenseFly) sul quale sono state operativo vero e proprio. no pendii più dolci e rari fram-
installate, come payload una E’ stato quindi necessario de- menti pianeggianti, tre dei quali
fotocamera digitale Sony WX finire il punto terminale della erano stati individuati come
da 18 MP (RGB), una piatta- fase di crociera del volo e il idonee aree di operazioni. Con-
forma IMU per l’orientamento punto di atterraggio. Si sono siderata la morfologia dell’area
interno e un’antenna GPS per impostate poi le quote di volo, e le probabili difficoltà emerse
la navigazione. L’Operazione sempre in riferimento alla mor- dalla valutazione preliminare
Specializzata è stata preceduta fologia dell’area di operazione e della logistica complessiva, con
dalla pianificazione del volo agli eventuali ostacoli presenti, il sopralluogo in campo è stato
e da un sopralluogo nell’area e i volumi operativi ipotizzati possibile validare le scelte in
di operazioni dove si è svolta inizialmente. Definiti i parame- merito a: posizionamento della
la missione. La pianificazione tri di volo sono stati impostati Stazione di controllo a terra,
dei voli è avvenuta in ufficio, quelli di gestione del payload, punto di decollo dell’APR,
attraverso le funzionalità messe per es. l’eventuale overlap delle punto di atterraggio. L’uscita ha
a disposizione dai software di fotografie, o la risoluzione a consentito anche di valutare la
gestione della missione e con- terra che si vuole ottenere. Im- qualità del radio link e del se-
sultando la cartografia di un’a- messi tutti i parametri di gestio- gnale satellitare aspetti critici in
rea più ampia rispetto a quella ne della missione il software ha quest’area di operazione.
dell’operazione. In questa fase restituito una stima del tempo La pianificazione della missione
sono stati redatti i piani di volo necessario all’esecuzione dei ci ha permesso, una volta in
e simulati i voli che si intende- voli. Questo dato è il punto di campo, di essere notevolmente
vano effettuare. La seconda fase partenza fondamentale se rap- più rapidi nella fase di inizia-
della pianificazione dei voli è portato all’autonomia media del lizzazione del volo effettivo. Si
stata individuare l’area di sorvo- SAPR che si vuole impiegare è scelto di volare nelle ore cen-
lo sulla mappa digitale definen- per poter pianificare al meglio trali della giornata per evitare
do su di essa, in funzione delle i voli che saranno necessari per le ombre che il sole proietta e
morfologie del terreno e degli portare a termine le operazioni, per captare la maggior parte di
ostacoli individuabili sulla map- massimizzandone sicurezza ed energia riflessa.
pa stessa, il Volume Operativo efficienza, soprattutto in termi- Tra le aree visitate durante il
costituito dal Volume di Mis- ni temporali. sopralluogo preliminare è stata
sione e dall’opportuno Buffer di La Val del Grisol è una valle prescelta una zona dove fosse
garantita la ricezione del segnale
satellitare: è infatti necessario
permettere al gps di bordo di
eseguire i controlli preliminari
per l’esecuzione della missione.
La conformazione profonda e
stretta della valle era un ostaco-
lo tecnico, ma i livelli minimi
sono stati raggiunti in una breve
finestra temporale che ha per-
messo il superamento dei con-
trolli prevolo.
La missione è stata portata a
termine con un totale di 65
minuti di volo. È stata sorvolata
un’area complessiva di 2,5 km²,
mentre l’area rilevata complessi-
Fig. 5 - Piano di volo visualizzato sul computer di controllo della missione.
38 GEOmedia n°2-2017
REPORT
va è stata di 119 ettari. 4Generazione automatica del
Sono stati effettuati i rilievi in DSM (superficie)
due momenti distinti. In en- 4Estrazione delle curve di li-
trambi i casi si è scelto di volare vello
nelle ore centrali della giornata 4Generazione intelligente di
per evitare le ombre che il sole mesh testurizzate e visualiz-
proietta e per captare la maggior zazione
parte di energia riflessa. Tra le 4Filtraggio automatico del
aree visitate durante il sopral- DTM (ground) in base allo
luogo preliminare è stata pre- scenario predefinito
scelta una zona dove fossero ga- 4Generazione automatica ed Fig. 6 - Strisciata aerofotogrammetrica tradizionale.
rantiti i livelli minimi di segnale editing delle linee di taglio
satellitare che permettesse al gps 4Generazione dell’ortomosaico
di bordo di eseguire i controlli 4Generazione e visualizzazione
preliminari per l’esecuzione del- di nuvole di punti 3D
la missione.
Il reale vantaggio di effettuare il
42,5 km² area vasta sorvolata rilievo aerofotogrammetrico con
4119 ha area rilevata (52+67) drone è la possibilità di docu-
mentare ad alta risoluzione aree
Le immagini sono state ac- di notevole estensione e di rag-
quisite in strisciate con una giungere in tempi accertabili e Fig. 7 - Strisciata realizzata con il drone.
percentuale di sovrapposizione con costi sostenibili anche zone
(tra immagini adiacenti) del 70- difficilmente o completamente
80% (laterale e longitudinale) inaccessibili. alle aspettative fornendo delle
e poi elaborate con la stazione Questi vantaggi sono dovuti strisciate fotogrammetriche geo-
digitale aerofotogrammetrica principalmente allo sviluppo di referenziate di alta qualità.
automatica APS, una suite pro- queste piattaforme in termini Il confronto delle immagini
fessionale per il mapping 3D di sensori e affidabilità del volo rilevate dal drone con la foto-
da drone, che ci ha permesso di autonomo, unita alla possibilità grammetria aerea tradizionale
generare ortofoto ad alta risolu- di elaborare in tempi relativa- ha messo in luce la validità del
zione georeferenziate. mente brevi le immagini acqui- metodo sperimentato consen-
Il processo di elaborazione site al fine di generare ortofoto. tendo di effettuare le valutazio-
immagini è stato suddiviso nei Il tutto rende i droni particolar- ni previste dal metodo IQM
seguenti step: mente competitivi per questo altrimenti difficilmente possibili
tipo di rilievi. in questo particolare contesto
4Applicazione dell’algoritmo geomorfologico; infatti il sito è
di bundle per la triangolazio- Risultati inaccessibile per lunghi tratti e
ne aerea I risultati ottenuti con l’utilizzo la fotogrammetria tradizionale
4Importazione di Punti di del drone ad ala fissa nel supera- disponibile risulta inutilizzabile
controllo, collimazione e rap- mento delle difficoltà connesse per gli scopi prefissati.
presentazione con la valutazione dell’IQM in Va anche evidenziato come
4Bilanciamento radiometrico ambienti montani di difficile la risoluzione del prodotto
delle immagini accessibilità sono stati superiori fotogrammetrico ottenuto e
Lungh. tratto IQM corpo idrico Lungh. corpo Cod. corpo
COD_MORF IQM tratto
(m) idrico (m) idrico
480_M_10 3706 0,98 ELEVATO 0,974
7919 480_10
480_M_20 4213 0,97 ELEVATO
Applicabilità Costi Costi Sicurezza del Velocità Precisione
metodo operativi strumentazione personale esecutiva del rilievo
sempre inferiori superiori superiore superiore analoga
non sempre superiori inferiori inferiore inferiore analoga
GEOmedia n°2-2017 39
BIBLIOGRAFIA
REPORT D’urso M. G., Gargiulo A., Rotondi A., Bracaglia R, (2015).
Un’applicazione al settore ambientale di fotogrammetria con
piattaforma UAV, ASITA (????).
Prandi F., Magliocchetti D., De Amicis R. (2015), Sperimen-
tazione di rilievo UAV a supporto della pianificazione forestale,
ottenibile con il drone sia de- accessibilità e scarsa utilizza- GEOmedia n°1 2015: xxxx.
cisamente superiore alle foto bilità del materiale aerofoto- Rinaldi M., Surian N., Comiti F., Bussettini M. (2013), A me-
thod for the assessment and analysis of the hydromorphological
aree generalmente disponibili grammetrico disponibile: condition of Italian streams: The Morphological Quality Index
e soprattutto adattabile, nel (MQI). Geomorphology 180-181: 96-108.
rispetto della normativa di si- Conclusioni Rinaldi M., Surian N., Comiti F., Bussettini M. (2011), Ma-
curezza delle missioni di volo, L’esperienza acquisita da nuale tecnico – operativo per la valutazione ed il monitoraggio
dello stato morfologico dei corsi d’acqua (Versione 1), Istituto
alle diverse necessità e casisti- ARPAV e AVEPA nella de- Superiore Per la Ricerca Ambientale, Roma.
che di studio. terminazione dell’IQM del Gazzetta Ufficiale della Comunità Europee: Normativa
Il Calcolo dell’IQM elabora- torrente Grisol con l’ausilio 2000/60 CE del 22/12/2000 pp. 5, 6-327.
to in seguito ai sopralluoghi del drone ad ala fissa apre un
dell’autunno inverno 2015/16 nuovo promettente orizzonte PAROLE CHIAVE
e della successiva risolutiva nell’ambito dei controlli e Indice di Qualità morfologica; IDRAIM, Drone ad ala
missione con il drone, ha por- dei monitoraggi ambientali fissa; DTM;
tato al valore pesato riportato assicurando un miglioramento ABSTRACT
in tabella, indice di una quali- qualitativo dei risultati e delle The directive 2000/60/EC (EU Water Framework Directive) pro-
tà elevata. condizioni di sicurezza ope- vides procedures for identifying the ecological status of each water
body by considering the quality of the biological community and
Va specificato che il primo rativa. the hydrological and chemical characteristics of the water body it-
tratto (Codice Morfologico Ringraziamenti self. However, in mountain areas the hydromorphological index
can be hard to determine due to poor accessibility of measurement
480_M_10) è stato intera- Gli autori ringraziano la Re- sites and lacking photogrammetric coverage. In order to guarantee
mente percorso a piedi in gione Veneto con gli Assessori safety of the operators and, at the same time, precise calculations
di riferimento ing. Gianpaolo in a short amount of time, the use of a fixed wing drone is pro-
quanto accessibile, mente il posed. A preliminary test was performed in the upper segment of
secondo, in forra (codice mor- Bottacin e dr. Giuseppe Pan ‘Val del Grisol’ in the Dolomites of Belluno by ARPAV – Belluno
fologico 480_M_20), è stato per aver creduto, sostenuto Department and AVEPA, obtaining high-quality, geo-referenced
photogrammetric images.
interamente valutato sulla e reso possibile la sperimen-
base del materiale fotografico tazione e il Consigliere ing. AUTORE
prodotto dalla missione con il Franco Gidoni per l’idea Fabrizio Stella
fabrizio.stella@avepa.it
drone. dell’impiego sinergico del Direttore Generale A.V.E.P.A.
La matrice di seguito riportata drone tra le strutture tecniche Rodolfo Bassan
sintetizza i numerosi van- regionali ARPAV e AVEPA. Direttore Provinciale A.R.P.A.V.
taggi dell’utilizzo di questo Si ringrazia inoltre il collega rbassan@arpa.veneto.it
Antonio Cavinato
ausilio tecnologico nello spe- Andrea Lorigiola per la pre- antonio.cavinato@arpa.veneto.it>
cifico caso della valutazione ziosa collaborazione nelle atti- Tecnico A.R.P.A.V.
dell’IQM in territori montani vità in campo. Giovanni Lusiani
caratterizzati da problemi di giovanni.lusiani@avepa.it
A.V.E.P.A. Padova
• Rilievi batimetrici automatizzati
• Fotogrammetria delle sponde
• Acquisizione dati e immagini
• Mappatura parametri ambientali
• Attività di ricerca
Vendita – Noleggio - Servizi chiavi in mano, anche con strumentazione cliente
40 GEOmedia n°2-2017Puoi anche leggere
