Una guida comparativa per aiutarti a selezionare i tuoi sensori di rilevamento.

Per i professionisti del rilevamento e della mappatura, LiDAR e la fotogrammetria sono stati a lungo strumenti necessari del mestiere. Ma i recenti progressi nella tecnologia dei droni hanno cambiato in meglio il modo in cui i dati vengono acquisiti.

Rispetto al tradizionale rilevamento aereo, che si basava quasi esclusivamente su aeromobili con equipaggio, i droni offrono un’alternativa sicura, precisa e più economica. Il risultato è stato la diffusione delle soluzioni di rilevamento. Ora, i progetti in agricoltura, edilizia, conservazione, estrazione mineraria, ricostruzione di scene di incidenti e altro ancora possono beneficiare di nuvole di punti dettagliate, mappe accurate e modelli 3D.

Per i geometri affermati e coloro che sono nuovi nel campo, la questione se lavorare con LiDAR o Fotogrammetria sarà familiare. In questo articolo, ti illustreremo i pro e i contro di entrambi i metodi. Non è che uno sia semplicemente migliore o debba essere preferito all’altro, qualunque cosa accada. La decisione giusta dipende invece dal compito specifico da svolgere, dalle competenze dell’operatore in questione e, come sempre, dal budget con cui stai lavorando.

Cos’è LiDAR?

LiDAR è l’abbreviazione di “rilevamento e portata della luce”. I sensori LiDAR funzionano emettendo impulsi di luce e misurando il tempo impiegato per riflettersi dall’oggetto, insieme all’intensità con cui lo fanno.

Sebbene sia in circolazione da decenni, è solo negli ultimi anni che la tecnologia LiDAR è diventata abbastanza compatta da integrarsi in un carico utile che un drone può trasportare.

L1 su M300 RTK

Il sensore LiDAR rappresenta solo una parte di un processo complicato. Per raccogliere i dati necessari per costruire una nuvola di punti che rifletta accuratamente il terreno e la sua topografia, LiDAR incorpora altri sistemi ad alta precisione: posizionamento satellitare (dati GNSS) e un’unità di misura inerziale (IMU).

Con un po’ di magia del software, i voli LiDAR possono essere utilizzati per costruire nuvole di punti 3D e mappe di intensità, entrambe richiedono molta abilità per l’interpretazione ma forniscono dati inestimabili nelle operazioni minerarie, forestali, agricole e di costruzione.

I pro di LiDAR

L’aspetto positivo più citato dell’utilizzo di LiDAR per la mappatura è l’accuratezza della tecnologia. Ma è come una dichiarazione a sé stante che non ci dà molto su cui lavorare.

Innanzitutto, è importante considerare cosa significa precisione per te e per il tuo progetto. Stai dando la priorità a una precisione relativa o assoluta? In altre parole, sei preoccupato che il tuo prodotto finale sia accurato in termini di caratteristiche l’una rispetto all’altra o delle sue caratteristiche in relazione al loro posto nel mondo?

LiDAR è la strada da percorrere per una precisione assoluta ed è in genere la scelta migliore quando l’obiettivo è un modello realistico della terra nuda. Questo perché è il metodo migliore per tenere conto dell’elevazione, della vegetazione e delle condizioni a portata di mano.

L’integrazione di LiDAR con i dati GNSS e il fatto che si tratta di una misurazione diretta, che emette migliaia di impulsi laser dall’alto, garantiscono che la mappa digitale del terreno finale abbia un’estrema precisione verticale.

mappa topografica lidar

Le complicazioni topografiche non si presentano solo sotto forma di ondulazioni del terreno. La vegetazione può anche impedire ai metodi di rilevamento basati su foto di ottenere dati granulari a livello del suolo.

Gli impulsi luminosi di LiDAR penetrano negli spazi tra foglie e rami, raggiungendo il terreno sottostante e migliorando l’accuratezza delle misurazioni.

LiDAR è preferibile anche se le condizioni di luce del tuo cantiere non sono ottimali. Se desideri eseguire rilievi notturni o missioni a bassa visibilità, LiDAR può gestire l’attività senza bisogno di una fonte di luce esterna.

Infine, LiDAR ti consente di catturare dettagli di piccolo diametro. Un ottimo esempio di ciò sono i cavi di alta tensione. Grazie al campionamento puntuale ad alta densità e all’approccio di misurazione diretta, è possibile utilizzare LiDAR per mappare accuratamente la catenaria dei cavi.

lidar misurazione cavi

I contro di LiDAR

La sfida più ovvia che deriva dal lavorare con LiDAR è il suo costo. A causa della maggiore complessità operativa (e della necessità di componenti e sensori più sofisticati), è possibile spendere facilmente centinaia di migliaia di dollari per una soluzione di rilevamento completa.

Questa complessità amplia anche la tua possibilità di errore e aumenta la dipendenza da un professionista esperto. Con più sensori e informazioni che non sono facilmente accessibili senza una discreta quantità di elaborazione, l’estrazione dei dati di cui hai bisogno non è semplice.

È anche importante tenere presente che tradizionalmente i sensori LiDAR sono stati più voluminosi delle semplici fotocamere. Con i droni che stanno diventando sempre più popolari per il rilevamento aereo, la necessità di un drone più grande per gestire un carico utile più pesante può aumentare una spesa già significativa.

Lo svantaggio finale di scegliere LiDAR è probabilmente il suo più grande punto di forza: il fatto che sia lo strumento migliore per il lavoro in situazioni molto specifiche. Per molte applicazioni sarà sufficiente una fotogrammetria regolare. Questa è una tendenza che sta acquisendo slancio con il miglioramento del software di elaborazione delle immagini.

Cos’è la fotogrammetria?

In parole povere, la fotogrammetria è un modo per misurare le distanze utilizzando fotografie. Queste fotografie vengono elaborate utilizzando un software specializzato per generare modelli accurati e realistici del mondo.

Le mappe ortomosaiche e i modelli 3D hanno una varietà di applicazioni, dalla pianificazione della costruzione e la gestione del progetto in corso fino al materiale di marketing.

costruzione modello 3d

Il numero di immagini necessarie per una fotogrammetria efficace può variare da centinaia a migliaia. Tutto dipende dalle dimensioni del sito in questione e dalla profondità e precisione che desideri ottenere.

I piloti di droni dovranno determinare l’altitudine di volo ottimale per ottenere la distanza di campionamento da terra necessaria. Dovrai anche impostare una sovrapposizione su ciascuna immagine per assicurarti che il tuo software possa unire perfettamente le tue immagini.

I pro della fotogrammetria

Il vantaggio principale di lavorare con la fotogrammetria è la sua accessibilità. L’ascesa della tecnologia dei droni e del software di mappatura ha semplificato i flussi di lavoro e ha portato mappe e modelli 3D accurati alla portata di qualsiasi organizzazione con un drone con videocamera decente.

A parte la calibrazione della fotocamera, la pianificazione del volo di base e la tracciatura dei punti di controllo a terra, eseguire una missione di mappatura e trasformare quei dati in qualcosa di utile è relativamente semplice. Ci sono innumerevoli scenari in cui questo processo produce risultati tangibili, in settori diversi come l’edilizia, la conservazione, l’estrazione mineraria e l’agricoltura.

È importante sottolineare che anche i risultati sono accessibili. Mappe e modelli con caratteristiche e colori riconoscibili sono immediatamente intuitivi, rendendoli un ottimo strumento di collaborazione e qualcosa da cui le parti interessate possono lavorare senza perdere troppo tempo a manipolare i dati.

mappa 2d

Un’altra grande parte del fascino della fotogrammetria è quanto sia conveniente. Come abbiamo accennato, iniziare significa investire qualche migliaio di dollari su un drone con videocamera professionale e molto meno sul software di cui avrai bisogno per elaborare i tuoi dati.

Infine, la fotogrammetria offre un approccio più flessibile. A seconda dell’attività da svolgere, puoi avere un maggiore controllo sul compromesso tra velocità della missione, altitudine e precisione.

I contro della fotogrammetria

Ci sono alcuni svantaggi nei metodi di rilevamento basati sulla fotogrammetria.

Il primo è che la precisione delle tue mappe e dei tuoi modelli dipende in larga misura dalla qualità della fotocamera del tuo drone e del drone stesso.

Le dimensioni del sensore, l’apertura, la risoluzione e la lunghezza focale influiscono sulla distanza di campionamento del suolo (GSD) insieme all’altitudine alla quale si vola. Inoltre, farai fatica a produrre risultati con assoluta precisione senza utilizzare punti di controllo a terra o un drone abilitato per RTK o PPK.

p1 su m300 rtk

La seconda sfida che affronta le tue ambizioni di fotogrammetria è il tempo. O, per essere più precisi, le condizioni di luce. L’oscurità, la copertura nuvolosa, la polvere e altro ancora possono avere un impatto negativo sulla qualità dei risultati del rilevamento.

Quando si tratta di elaborazione dei dati, puoi misurare solo ciò che puoi vedere chiaramente. Ciò significa che i voli con visibilità limitata, a causa della vegetazione, delle ombre o dell’ora del giorno, produrranno meno punti al suolo e mappe e modelli meno accurati.

Quando scegliere LiDAR

LiDAR è consigliato se stai mappando un terreno complesso con un’alta percentuale di copertura vegetale. Grazie alle sue misurazioni dirette che penetrano tra foglie, rami e alberi, è possibile creare nuvole di punti topografiche accurate con i dati risultanti.

La tecnologia è ideale anche per misurare con precisione oggetti come i cavi, che sono generalmente troppo sottili per essere riconosciuti con qualsiasi altro metodo.

LiDAR dovrebbe anche essere il tuo metodo di scelta se l’attività di rilevamento a portata di mano richiede l’accuratezza sopra ogni altra cosa. Anche se questo non è privo di sfide, che si presentano sotto forma di costi e competenze necessarie per dare vita ai dati.

lidar mappatura ponti

Quando scegliere la fotogrammetria

L’accessibilità economica della fotogrammetria la rende un’opzione preferibile per coloro che sono nuovi al rilevamento con i droni. Sebbene essere più economico di LiDAR non è l’unico vantaggio.

In effetti, molte applicazioni sarebbero meglio servite attenendosi alla fotogrammetria. Ciò è particolarmente vero quando si desidera lavorare su piani utilizzando mappe ortomosaiche, collaborare utilizzando modelli 3D o fornire aggiornamenti sullo stato di avanzamento del progetto accessibili per un costo relativamente basso.

2D Ortomosaico

LiDAR o fotogrammetria: quale è più accurato?

Proprio come le nuvole di punti a colori reali create dal DJI L1, la risposta qui non è semplice come il bianco e nero.

LiDAR tende a produrre scansioni con maggiori dettagli e accuratezza rispetto alla fotogrammetria. Inoltre, poiché può funzionare bene nonostante le sfide ambientali, pensa in condizioni di scarsa illuminazione o molta vegetazione, è l’ideale per gli scenari in cui apprezzi l’accuratezza sopra ogni altra cosa.

Le nuvole di punti LiDAR possono essere incredibilmente granulari, con un massimo di 500 punti per metro quadrato e una precisione di elevazione verticale inferiore a tre centimetri. Con un’elevata densità di punti dati, arriva un set di dati più robusto, che a sua volta offre maggiore versatilità quando si tratta di elaborare i risultati.

Questo non vuol dire che la fotogrammetria sia intrinsecamente imprecisa. Se il tuo terreno è relativamente semplice e privo di vegetazione fitta, puoi comunque costruire mappe e modelli altamente dettagliati, in particolare se utilizzi anche un modulo di posizionamento RTK.

LiDAR vs Fotogrammetria: i dati

LiDAR e fotogrammetria sono metodi fondamentalmente diversi di raccolta dei dati.

Con LiDAR ti ritroverai con migliaia di punti dati che formano una nuvola di punti 3D che delinea il terreno in questione. Dovrai incorporare il colore da set di dati separati per trasformarlo in qualcosa di visivamente accessibile.

Con la fotogrammetria, ti ritroverai con centinaia o migliaia di immagini che devono essere elaborate e unite insieme per produrre qualcosa di valore: che sia una nuvola di punti 3D, una mappa o un modello navigabile.

L’elaborazione LiDAR basata su cloud non è così diffusa o accessibile come il software di fotogrammetria basato su cloud. Ciò significa che dovrai avere uno specialista in loco che possa trasformare quei dati grezzi in qualcosa di utilizzabile, insieme al software corretto.

Soluzioni di fotogrammetria di DJI

Phantom 4 RTK

Il Phantom 4 RTK offre ai topografi professionisti un equilibrio ideale tra prezzo, precisione e accessibilità.

Con il suo sensore cinetico in tempo reale (RTK) integrato, le foto vengono georeferenziate automaticamente e corrette rispetto ai punti di controllo a terra con una precisione al centimetro.

Il Phantom 4 RTK rappresenta un investimento introduttivo intelligente, indipendentemente dalle esigenze di rilevamento.

phantom 4 rtk

Matrice 300 RTK + P1

Questa combinazione è la soluzione di fotogrammetria di punta di DJI. Il P1 è un carico utile di fotogrammetria avanzato con un sensore full frame e obiettivi intercambiabili a fuoco fisso. Un otturatore meccanico globale e funzionalità software tra cui Smart Oblique Capture lo rendono ideale per voli di fotogrammetria su larga scala. Sfruttando l’M300 RTK, il P1 consente ai topografi di coprire 3 km quadrati in un unico volo e ottenere risultati accurati di 3 cm in orizzontale e 5 cm in verticale senza GCP.

m300 con p1

Soluzioni LiDAR di DJI

Matrice 300 RTK + L1

L’L1 ospita un modulo Livox LiDAR, un’IMU ad alta precisione e una fotocamera con un CMOS da 1 pollice su un gimbal stabilizzato a 3 assi. Con una precisione verticale di 5 cm e una precisione orizzontale di 10 cm e la capacità di coprire 2 km quadrati in un singolo volo, l’M300 RTK, l’L1 e il DJI Terra insieme formano una soluzione di rilevamento completa che offre dati 3D, dettagli di strutture complesse e precise ricostruzioni visive.

m300 con l1

Considerazioni finali

Valutare LiDAR e la fotogrammetria come due metodi di acquisizione dati concorrenti non è l’approccio più istruttivo. Come abbiamo accennato, non è che uno sia necessariamente migliore dell’altro. Alla fine è il compito a portata di mano che determinerà la soluzione migliore.

Se il contrasto, l’illuminazione, il soggetto e le condizioni sono a tuo favore, la fotogrammetria è probabilmente più che adeguata per il lavoro. Ma per progetti di mappatura impegnativi in ​​cui sono coinvolti precisione di elevazione, strutture complesse o terreno parzialmente coperto, LiDAR è probabilmente la strada da percorrere.

Naturalmente, anche il costo e l’esperienza della tua squadra giocheranno un ruolo importante in qualsiasi decisione tra i due. Sebbene gli ultimi payload di DJI, P1 e L1 testimoniano la crescente convenienza e accessibilità della tecnologia di rilevamento.

In definitiva, i professionisti del settore dovranno diventare esperti nell’uso di entrambe le tecnologie poiché i droni che le trasportano diventano più sofisticati.

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