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Se si parla di mappatura aerea e di rilevamento della superficie terrestre, è sempre più frequente imbattersi in una sigla che si sta affermando come sinonimo di precisione e affidabilità: LiDAR. Grazie a DJI, questo acronimo è diventato familiare anche a un pubblico meno specializzato, poiché siamo stati i primi a installare questo sistema su droni consumer, sebbene con la sola funzione di meglio individuare (e quindi evitare) gli ostacoli. Ma cosa significa davvero e perché puntiamo molto su questa soluzione?
Cos’è il LiDAR e come funziona
LiDAR è l’acronimo di Light Detection and Ranging. Si tratta di una tecnologia di telerilevamento attivo che emette impulsi laser verso un bersaglio e misura il tempo impiegato dalla luce per tornare indietro. Poiché la velocità della luce (che è un’onda elettromagnetica) è nota, il tempo di ritorno consente di calcolare la distanza dell’oggetto e costruire una rappresentazione tridimensionale dettagliata del paesaggio, nota come “nuvola di punti 3D“.
Un esempio chiaro a tutti per comprendere il funzionamento del LiDAR è quello della torcia elettrica in una stanza buia: accendendola e muovendola si riesce a ricostruire dove sono posizionati gli oggetti. Il LiDAR fa la stessa cosa, ma con luce laser invisibile, e a velocità e precisione estremamente elevate.
LiDAR vs fotogrammetria: due mondi diversi
Il sistema LiDAR si propone come alternativa alla fotogrammetria. Entrambe le tecnologie permettono di creare modelli 3D, ma sulla base di principi diversi. La fotogrammetria calcola la posizione degli oggetti attraverso immagini sovrapposte, mentre il LiDAR misura direttamente le distanze tramite impulsi laser.
Il LiDAR risulta quindi più efficace in condizioni di scarsa illuminazione, in presenza di vegetazione fitta o in ambienti con geometrie complesse. Al contrario, la fotogrammetria è più economica e indicata per la documentazione di infrastrutture, architetture e superfici aperte ben illuminate.
I componenti di un sistema LiDAR a bordo di un drone
Un sistema LiDAR montato su un drone DJI non è composto da un solo sensore, ma da un insieme integrato di elementi:
- Modulo LiDAR: comprende il laser, i componenti ottici e il ricevitore.
- GNSS: Global Navigation Satellite System, sistema di navigazione satellitare che fornisce informazioni di posizione, navigazione e tempo (PNT) e restituisce così il posizionamento preciso del drone. È integrabile con il sistema RTK. L’acronimo significa Cinematica in tempo reale (Real-Time Kinematics), una tecnica che consente la misurazione dei dati satellitari rispetto a una stazione di terra, per ottenere informazioni precise, appunto, in tempo reale.
- IMU (Inertial Measurement Unit): registra accelerazioni e rotazioni del drone per compensare il movimento in volo e rendere più precisa la misurazione.
- INS (Inertial Navigation System): combina i dati IMU e GNSS per una stima continua della posizione.
Questa configurazione consente di ottenere dati precisi anche durante voli dinamici, con risultati di alta qualità.
DJI e la tecnologia LiDAR: Zenmuse L1 e L2
DJI ha reso il LiDAR accessibile anche fuori dall’ambito puramente militare o accademico. Con i sensori Zenmuse L1 e Zenmuse L2, DJI ha integrato perfettamente questa tecnologia nelle sue piattaforme professionali, in particolare nella serie di droni Matrice 300 RTK e Matrice 350 RTK.
Zenmuse L1
È stato il primo sensore LiDAR di DJI, pensato per operazioni topografiche rapide ed efficaci. Combina un modulo LiDAR Livox, una IMU ad alta precisione e una fotocamera RGB su gimbal a 3 assi.
Questo consente di ottenere dati georeferenziati (a cui sono dunque assegnate delle coordinate) e nuvole di punti colorate in un unico volo.
Grazie al software DJI Terra (di ricostruzione di modelli 3D a partire dai dati ottenuti da fotogrammetria e LiDAR), i dati raccolti con il Zenmuse L1 possono essere rapidamente elaborati per creare modelli digitali del terreno (DEM, Digital Elevation Model), mappe 3D e ortomosaici (immagini 2D ottenute dalla composizione di diversi fotogrammi), risultando ideali per professionisti nei settori dell’ingegneria civile, dell’agricoltura di precisione e del monitoraggio ambientale.
Zenmuse L2
Introdotto più recentemente, migliora le prestazioni in tutti gli aspetti chiave: una maggiore densità di punti, una portata di rilevamento che arriva fino a 450 metri e una precisione superiore grazie al nuovo sistema IMU integrato.
Il Zenmuse L2 supporta un’alta frequenza di campionamento (fino a 240.000 punti al secondo) ed è in grado di rilevare fino a cinque ritorni per impulso laser. È pensato per le missioni più impervie, come la modellazione 3D urbana, le ispezioni di infrastrutture complesse e i rilievi ad alta quota. Inoltre, è compatibile con DJI Terra per una gestione efficiente del flusso di lavoro, dall’acquisizione al cosiddetto deliverable, il prodotto finito.
Conclusioni (della Parte 1/2)
Il LiDAR rappresenta oggi una delle tecnologie più avanzate nel campo del rilevamento geospaziale. Con l’ingresso di DJI in questo mercato, i vantaggi del LiDAR sono diventati accessibili a una platea molto più ampia di professionisti, ma non solo. Già, perché abbiamo esplorato le potenzialità di questo strumento anche su droni più vicini al pubblico amatoriale e ci siamo spinti in altri settori professionali come quello cinematografico. Nel secondo articolo (LiDAR DJI all’opera: missioni, archeologia, foreste e… cinema! – Parte 2/2) entreremo nel dettaglio del software di elaborazione, delle modalità operative dei droni DJI e delle applicazioni pratiche della tecnologia LiDAR in scenari reali. Anche inattesi.