Droni da 300g per la fotogrammetria, funzionano davvero?

In ambito fotogrammetrico i droni da 300 grammi funzionano davvero? Quali sono le potenzialità? Perchè sceglierli?

Fin dal loro esordio, 15 ottobre 2015 giorno in cui ENAC ha riconosciuto i primi esemplari considerati intrinsecamente inoffensivi, i droni da 300 grammi hanno destato molto interesse per via del fatto che possono essere condotti senza aver conseguito il cosiddetto "patentino" (ma è necessario assicurare il rispetto delle regole di circolazione aeronautica) e sopratutto in città anche sopra persone purchè non assembrate. Gli esemplari 300 grammi di ormai quasi 3 anni fa si dividevano sostanzialmente in droni dedicati alle riprese aeree, in cui erano leader grazie alla stabilizzazione elettronica delle immagini le versioni di Bebop alleggerite, e droni appositamente costruiti per la fotogrammetria con camere fisse che puntavano verso il terreno e la cui maggioranza era basata su autopilota di tipo Arducopter/APM.

Il primo drone da 300grammi riconosciuto ENAC - 15 Ottobre 2015
Con l'avvento del DJI Spark, facilmente trasformabile in drone compliant al regolamento ENAC per la categoria 300 grammi, le cose sono cambiate. Sia per il basso costo che per la presenza di un camera gimbal stabilizzato meccanicamente su 2 assi, lo SPARK trecentizzato è diventato il drone più comprato ed utilizzato in questa categoria. Nonostante non sia supportato dalla programmazione a waypoint, sono già decine gli impieghi fotogrammetrici che lo hanno visto coinvolto.

In ambito fotogrammetrico i droni da 300 grammi funzionano davvero? Quali sono le potenzialità? Perchè sceglierli?

Ne abbiamo parlato con Andrea Zamuner Cervi di ProjectEMS. Andrea partiamo dalle basi, sebbene su Quadricottero News ci siano lettori molto esperti anche su questi argomenti, è bene fare chiarimento anche per chi si avvicina per la prima volta alla tematica. 

Cos'è la GSD?

Andrea Z. Cervi: "Premetto che la presente è una spiegazione semplificata, ideale per i novizi, ed in quanto tale non entra eccessivamente nel dettaglio e si ferma ad illustrare le basi. GSD è l'acronimo di Ground Sample Distance, ovvero al cosiddetta 'Risoluzione di terra'. La GSD può essere calcolata rapportando tra di loro: altezza di volo, grandezza del sensore della camera, Mpx effettivi della camera, e distanza focale.

Possiamo trovare una breve definizione di GSD su Wikipedia, tuttavia si tratta di una definizione di poche righe scritta in Inglese: https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_sample_distance
A questo punto è importante specificare che una GSD più bassa, è di fatto una GSD migliore, siccome minore è la GSD, maggiore è la risoluzione del rilievo. Online esistono svariati tool per calcolare la GSD, qui il link di uno di essi in lingua Italiana: https://www.3dflow.net/it/ground-sampling-distance-calculator "

Meglio uno Spark da 300 grammi  o un drone più grande?

Andrea Z.Cervi: " In realtà, è molto difficile rispondere a questa domanda. Principalmente è difficile per due motivi: il primo è che diventa molto difficile fare una comparazione realmente completa tramite solo un semplice e breve articolo, il secondo è che molto dipende da quale output finale si desidera. Tuttavia, possiamo affidarci ad alcuni semplici confronti numerici per provare a tirare le somme. Inoltre, per semplicità, quando parleremo di 300g, prenderò sempre come riferimento un ipotetico Spark alleggerito, siccome è attualmente uno dei Droni 300g più diffusi.

Una delle possibili modalità per confrontare “su carta” due droni con camere differenti è quello di ipotizzare che essi volino alla stessa altezza e fare il calcolo della GSD. Il calcolo in questione può essere svolto, per esempio, con il tool online che è stato linkato poco fa. Ovviamente la camera 'vincente' sarà quella con la GSD inferiore.

Come regola di massima per un approccio semplice ed intuitivo possiamo dire che solitamente (esistono delle eccezioni), Droni prosumer che possiedono camere con un sensore più grande e maggiori Mpx hanno una GSD inferiore (quindi migliore): in moltissimi casi, anche se non in tutti, un sensore più grande corrisponde anche a una maggior distanza focale e a un maggior numero di Mpx. Come detto prima, esistono delle eccezioni: non è sempre vero che un sensore più grande corrisponde ad una maggior distanza focale e a maggiori Mpx, tuttavia teniamo quella di prima come semplificazione generale.

Facciamo dei calcoli matematici per fare un confronto più oggettivo e non basato solo sulle parole. Volando ad 80 metri di altezza, con lo Spark, con un sensore a 1 / 2.3” con lunghezza focale di 4mm (ipotizziamo 4mm, siccome sul sito ufficiale non è scritta la lunghezza focale esatta, ma solo l’equivalente) con immagini da 3000×4000 Pixel (12Mpx) restituirà una GSD teorica di 3.850 cm/pixel.  (ATTENZIONE calcoli “fatti su carta”, quindi TEORICI)

Alla stessa altezza (80 metri), un sensore da 1” con lunghezza focale di 8,8mm con immagini da 5164 x 3873 Pixel (20Mpx) restituirà una GSD teorica di 2.817 cm/pixel. La differenza dei calcoli “fatti su carta” è di circa 1cm/pixel, ovvero “vince” il drone con il sensore da 1”, maggiore lunghezza focale e maggiori Mpx disponibili. "

Dal confronto che hai fatto emerge come i 300g abbiano determinati limiti. Ma sono veramente così debilitanti? Oppure per determinati lavori i 300g vanno bene?

Andrea Z. Cervi: "E se vi dicessi che moltissimi topografi professionisti volavano e volano tutt'ora con Droni ala fissa che montano montano camere compatte con sensore 1/2.3″ e mpx e focali molto simili a quelle dello Spark? E se aggiungessi che moltissimi droni prosumer di qualche hanno fa hanno sensori molto simili a quello dello Spark e di fatto venivano utilizzati proprio per fare rilievi fotogrammetrici?

Tramite queste domande e affermazioni voglio dirvi qualcosa di molto chiaro, ovvero voglio dirvi che i rilievi fotogrammetrici con Drone POSSONO ESSERE FATTI con droni da 300g e che con queste camere si ottengono risultati degni di nota e validi per un ampi range di clienti professionali. Dall’altra parte è importante sottolineare come i droni 300g perdano la sfida sotto tutti i punti di vista quando vengono confrontati con Droni molto più grandi che montano camere con un sensore più grande, con più Mpx e maggior distanza focale."

Come fare fotogrammetria con lo SPARK a livello di App?

Andrea Z. Cervi: "Attualmente esistono principalmente due app che possono aiutare coloro che desiderano effettuare missioni fotogrammetriche con il DJI Spark: sto parlando di Pix4D Capture e Autopilot. Pix4D Capture è facilmente scaricabile dai rispettivi App Store, funziona sia su Android che su iOS ed attualmente NON offre i waypoint, la peculiarità di questa applicazione è quella di permettere di scattare le foto con in modo programmato, dando la possibilità all’utente di selezionare la frequenza (spaziale, non temporale) di scatto.

Autopilot è disponibile solo per iOS, si tratta di un app sviluppata da Hangar Technology, società fondata da Colin Guinn, un ex dipendente della DJI e della 3DR. A partire dalla versione 4.3, ha introdotto anche per lo Spark la possibilità di volo tramite waypoint tuttavia per funzionare ha l'esigenza di un continuo contatto radio poichè i waypoint sono memorizzati sull' App e non a bordo del drone. Questo a causa del fatto che lo SPARK non permette il volo con Waypoint memorizzati a bordo, né con software proprietario DJI né con gli SDK."

Che percorso consigliate a chi volesse approfondire questi argomenti?

Andrea Z. Cervi: "Noi di ProjectEMS, assieme a tutto il Team di Multicoopter Drone abbiamo organizzato la Masterclass di Fotogrammetria, che è qualcosa di diverso dai soliti corsi di formazione. Si tratta di due giornate di formazione, ma giornate che non sono aperte a tutti. Abbiamo scelto la qualità e non la quantità. Non siamo impazziti, abbiamo semplicemente scelto di creare un evento diverso dal solito, un momento di formazione di altissima qualità, un momento di vera formazione. Forse è meglio partire dall'inizio! 

La Masterclass di fotogrammetria è un evento valido per tutti coloro che vogliono portare le loro conoscenze della fotogrammetria aerea con drone da un livello base o intermedio a un livello avanzato.Si tratta di un evento che si svolgerà nell'aprile 2018, e le iscrizioni chiuderanno il 18 aprile 2018, tra pochissimi giorni. Tuttavia non basta pagare per iscriversi, è infatti vero che NON accettiamo chiunque. Per potersi iscrivere è necessario essere selezionati. 

Qualcuno potrebbe chiedersi il perché di questa scelta. Non siamo impazziti, semplicemente vogliamo alzare la qualità di questi momenti di formazione. Vogliamo creare momenti di formazione reali. Selezioniamo per la partecipazione solo coloro che sono realmente interessati alla fotogrammetria con Drone, solo coloro che hanno capito l'importanza della formazione a questo riguardo, e solo coloro che hanno almeno una minima conoscenza di Droni o di fotogrammetria aerea.

La Masterclass di Fotogrammetria si dividerà in due giorni:
Il primo giorno è sul campo, porteremo tutti i partecipanti con noi e con il Team di Multicoopter Drone a fare un rilievo. Voleremo con diversi droni, posizioneremo i marker, utilizzeremo gli strumenti topografici professionali di terra, e faremo diversi voli sia per mostrare diverse tipologie di volo, sia per poi poter confrontare la differenza di risultato tra i vari Droni. Voleremo anche con un drone 300g per poi confrontare il risultato del rilievo con quello di un drone con camere ben più performanti. Così da poter dare una risposta pratica alle domande esposte in questa intervista.

Il secondo giorno è in aula. Rielaboreremo le foto scattate il giorno precedente, useremo diversi software, metteremo a confronto i vari software tra di loro, ma sopratutto confronteremo gli output finali: così da renderci conto cosa e come ha fatto la differenza sia nel volo, sia nella fase di elaborazione. Attualmente è possibile accedere alle selezioni tramite questa pagina: http://www.projectems.it/masterclass-di-fotogrammetria/. Le selezioni sono aperte solo fino al 18 aprile 2018."

Avete qualcosa fruibile gratuitamente sulla fotogrammetria con i droni?

Noi di ProjectEMS, assieme al Team di Multicoopter Drone abbiamo messo a disposizione di tutti, gratuitamente, un insieme di video per introdurre le persone alla Fotogrammetria con Drone. I video sono pensati per un pubblico che già possiede le conoscenze basilari di fotogrammetria e desidera capire qualcosina in più su questi argomenti. Potete trovare tutti i video gratuiti che abbiamo girato a questo riguardo in questa playlist: Youtube Playlist

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