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Title: VEHÍCULOS AÉREOS NO TRIPULADOS PARA EL LEVANTAMIENTO Y MONITOREO DE ÁREAS ARQUEOLÓGICAS
Other Titles: UNMANNED AERIAL VEHICLE FOR SURVEY AND MONITORING IN ARCHAEOLOGICAL AREA
Authors: Limongiello, Marco
Keywords: Photogrammetry; UAV; Archaelogical Area
Issue Date: 25-May-2018
Abstract: Nell’ultimo decennio lo sviluppo della fotogrammetria da mezzi aviotrasportati ha subito un notevole incremento soprattutto nelle applicazioni di rilievo architettonico e per il monitoraggio dell’ambiente, riuscendo a integrare (e spesso a sostituire) le più classiche tecniche della Geomatica e introducendo a nuove possibilità nel campo del Remote Sensing rispetto alla tradizionale tecnica fotogrammetrica aerea. L’utilizzo di algoritmi provenienti dalla Computer Vision e nello specifico dalla disciplina della Visione Artificiale, ha permesso l’estrazione, da set di immagini, di nuvole di punti di elevatissima densità e qualità metrica, sempre più utilizzate nei settori di nostro interesse (architettonico e ambientale). Le motivazioni successo di tali sistemi sono da attribuire alla rapidità della fase di acquisizione, alla qualità dei risultati geometrici e dei prodotti grafici generabili in post-processamento, oltre che all’efficacia divulgativa del dato 3D. La diffusione di questo nuovo paradigma fotogrammetrico è avvenuto di pari passo all’innovazione tecnologia dei sensori passivi, registrata grazie all’ingresso sul mercato di fotocamere consumer in grado di acquisire sempre più immagini di ottima qualità radio-metrica. Il lavoro sviluppato per il Doctor Europaeus, sulla base delle numerose esperienze svolte all’interno del Laboratorio Modelli dell’Università degli Studi di Salerno e approfondito con due soggiorni di studio all’estero presso la Universidad Católica San Antonio de Murcia (Spagna) - Departamentos de Ingeniería Civil y Arquitectura e la Universidad Tecnológica Nacional (Argentina) - Facultad Regional Delta, si è via via focalizzato sull’implementazione di sistemi aeromobili a pilotaggio remoto (SAPR) per la fotogrammetria aerea del vicino (o spesso definita di prossimità). Lo studio ha portato alla sperimentazione e all’analisi di diverse configurazioni del sistema di presa, ovvero: diverse tipologie di sensori passivi, action camera, mirrorless o reflex; diversi vettori aerei, quadricotteri, esacotteri e monoala; diverse modalità operative, con piano di volo o in manuale; diversi sistemi di riferimento, dal locale acquisito con stazione totale, al globale misurato con GPS; ecc. Le applicazioni svolte hanno occupato, inoltre, diversi casi applicativi, con caratteristiche morfologiche e grado di dettaglio differente, a seconda degli elaborati grafici finali richiesti. L’aspetto più innovativo della ricerca ha riguardato un nuovo approccio alla teoria delle misurazioni – concentrandosi su analisi continue e non più esclusivamente puntuali –, con l’analisi degli scarti che un rilievo aerofotogrammetrico può produrre rispetto ai più classici rilievi, per mezzo di stazione totale, GPS o laser scanner terrestri, tutte strumentazioni dotate di sensibilità decisamente più elevate e quindi affette da minori incertezze nominali. Nei casi studio, infatti, impiegando dati di controllo ridondanti provenienti da diversi sistemi di misurazione e avvalendoci sempre di GCP (Ground Control Point), è stata proposta una formulazione, validata, per il calcolo degli scarti metrici tra il modello fotogrammetrico georeferenziato e il cosiddetto appoggio topografico, valutando le potenzialità geometriche del sistema nelle diverse configurazioni. Quindi, per mezzo di un originario script, sono stati misurati gli errori di riproiezione per ogni punto della nuvola generata dal processo fotogrammetrico: a valle di uno studio stocastico su questi errori, in funzione delle diverse variabili in gioco, sono state estrapolate delle leggi di tendenza che permettono di valutare le modalità e i fattori in funzioni delle quali il modello aerofotogrammetrico restituirà gli scostamenti minimi. Una valutazione “ex ante” del modello più probabile che può scongiurare un approccio troppo semplicistico alla problematica – non tecnico-scientifico, ma solo di tipo ‘scenica’ – come spesso accade di osservare, anche nel nostro settore. Tutti i casi studio proposti ricadono nell’ambito archeologico, per il quale, in stretto contatto con le Sovraintendenze interessate, sono stati analizzati i risultati delle diverse sperimentazioni e i possibili elaborati grafici, le scale e il grado definizione che sarà possibile restituire correttamente secondo le succitate linee di tendenza. Queste documentazioni, rappresenteranno, quindi, il punto di partenza per la conservazione e la salvaguardia del bene archeologico, da cui poter ricavare, graficamente, informazioni utili a più interessi (valutazione del degrado, calcolo di cedimenti e/o deformazioni, ecc.).
Description: In the last year, the development of photogrammetry by airborne vehicles has had a significant increase in the applications of architectural surveying and environmental monitoring, integrating (sometimes even to replace) the classic techniques of Geomatics and introducing new possibilities in the Remote Sensing compared to traditional aerial photogrammetric technique. The use of Computer Vision algorithms, above all from the Artificial Vision discipline, allowed the extraction from image sets, clouds of very high density points and metric quality, increasingly used in the sectors of our interest (architectural and environmental). The rapid success of these systems is attributable to the quality of the metric and infographics results produced, to the speed of the acquisition phase and to products that can be realized in post-processing in addition to the ease disclosure of the 3D data. The diffusion of the new photogrammetric process has occurred hand in hand with the passive sensor technology innovation, due to the emergence of commercial cameras on the market able to acquire images of excellent metric and high-resolution quality. The work developed during the PhD course, based on the many experiences carried out in the Model Laboratory of the University of Salerno, focused on the use of UAV for the aerial photogrammetry, using and analysing different system configurations, i.e. different types of passive sensors and different air carriers on which these have been installed. The applications carried out occupied several application cases, with morphological characteristics and different degree of detail, depending on the final required metric data. The research focused on the analysis of the deviation that an aerofotogrammetric survey can produce with respect to the classic topographic surveys, by total station, GPS (Global Positioning System) or TLS (Terrestrial Laser Scanner), instruments with significantly higher sensitivity than the airborne system, and therefore affected by minor uncertainties. In the various applications, using topographic measurements from different systems and using the so-called GCP (Ground Control Point), the metric deviations between the geo-referenced photogrammetric model and the topographic support were calculated, evaluating the system’s metric potential in different configurations. Moreover, by a script, the reprojection errors were measured for each point of the cloud generated by the entire photogrammetric process; from statistical analysis of the reprojection error in the various case studies, the modalities for which the aerofotogrammetric survey has the smallest deviations have been evaluated. The elaborated case studies come essentially within the archaeological field, in which, in close contact with the various Sovraintendenze, the possible elaborations to be returned for an initial computerization of the survey were analysed. The set of works produced and delivered to the various Sovraintendenze, represents the starting point for the conservation and preservation of the archaeological heritage, from which to obtain information for different areas of interest (degradation assessment, calculation of subsidence and/or deformations, etc,). The comparison with the classical topography is necessary for a metric comparison of the 3D model, from which all the elaborates will be derived (orthophotos, sections, level curves, etc.).
URI: http://repository.unioneitalianadisegno.it/jspui/handle/123456789/14
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