Immagini, Droni e Multistation www.rivistageomedia.it
GEOmedia, bimestrale, è la prima rivista italiana di geomatica. Da oltre 15 anni pubblica argomenti collegati alle tecnologie dei processi di acquisizione, analisi e interpretazione dei dati, in particolare strumentali, relativi alla superficie terrestre. In questo settore GEOmedia affronta temi culturali e tecnologici per l’operatività degli addetti ai settori dei sistemi informativi geografici e del catasto, della fotogrammetria e cartografia, della geodesia e topografia, del telerilevamento aereo e spaziale, con un approccio tecnico-scientifico e divulgativo. Direttore RENZO CARLUCCI direttore@rivistageomedia.it Comitato editoriale Fabrizio Bernardini, Luigi Colombo, Mattia Crespi, Luigi Di Prinzio, Michele Dussi, Michele Fasolo, Beniamino Murgante, Mauro Salvemini, Domenico Santarsiero, Donato Tufillaro Direttore Responsabile FULVIO BERNARDINI fbernardini@rivistageomedia.it Redazione redazione@rivistageomedia.it SANDRA LEONARDI sleonardi@rivistageomedia.it GIANLUCA PITITTO gpititto@rivistageomedia.it Marketing e Distribuzione ALFONSO QUAGLIONE marketing@rivistageomedia.it Diffusione e Amministrazione TATIANA IASILLO diffusione@rivistageomedia.it Progetto grafico e impaginazione DANIELE CARLUCCI dcarlucci@rivistageomedia.it MediaGEO soc. coop. Via Palestro, 95 00185 Roma Tel. 06.62279612 Fax. 06.62209510 info@rivistageomedia.it ISSN 1128-8132 Reg. Trib. di Roma N° 243/2003 del 14.05.03 Stampa: SPADAMEDIA srl VIA DEL LAVORO 31, 00043 CIAMPINO (ROMA) Editore: mediaGEO soc. coop.
Le novità che il mercato dei produttori di strumenti per il mondo della geomatica annunciano in questo momento hanno delle singolarità apprezzabili nel riproporre, con grande forza, l’uso dell’immagine quale strumento di analisi automatica delle caratteristiche metriche dell’oggetto del rilievo. Mi riferisco ad esempio ai sistemi di rilevamento aereo con piccoli velivoli a pilotaggio remoto, capaci di trasportare camere fotografiche di piccole dimensioni, ove la vera novità è costituita non dal drone stesso, ma dai software di gestione e restituzione in dotazione, che realizzano il trattamento quasi completamente automatizzato del processo di scansione 3D basata su immagini, usufruendo poi di sistemi GIS e GNSS per la pianificazione e la gestione del piano di volo. In questi sistemi il trattamento automatico dell’immagine è la base per la realizzazione di processi di restituzione automatica delle informazioni dal modello 3D dell’area rilevata. Una vera ottimizzazione e messa a frutto di tutte le tecniche che convergono nella geomatica simile per novità e innovazione a quella che abbiamo visto negli ultimi anni con i navigatori stradali. Ovviamente i droni hanno degli usi che vanno dai ben noti aspetti militari ad altri più curiosi come quello annunciato qualche tempo fa da Amazon per effettuare una distribuzione postale avviando dei centri di distribuzione capaci di effettuare consegne entro un raggio di qualche decina di chilometri. Siamo in un processo di attuazione di una vera regolamentazione del settore, e per chi volesse approfondire raccomandiamo una esauriente bibliografia reperibile sul sito della ISPRS (International Society for Photogrammetry and Remote Sensing), ove è disponibile un dettagliato elenco di tutta la normativa e dei regolamenti attuativi che normano il settore degli UAV/RPAS nel mondo. Per quel che riguarda l'Italia, è presente il regolamento ENAC e tutta la modulistica necessaria per richiedere le autorizzazioni che ENAC attualmente rilascia. Il tema dei droni UAV/RPAS è stato appena affrontato nel workshop, organizzato e coordinato da SIFET e EuroSDR, che si è tenuto dal 20 al 21 Febbraio 2014 in Italia, presso l'Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia a Modena. Si è diffusamente parlato sui droni UAV/RPAS per affrontarne gli aspetti specifici relativi alle piattaforme, i regolamenti, le applicazioni e le problematiche attuali. Ovviamente le novità di questo periodo non finiscono e tra queste vi segnaliamo le nuove Multistation che presto segneranno l’evoluzione delle attuali Total Station. Tali strumenti riuniscono tutte le avanzate funzionalità di una stazione totale, insieme ad un laser scanner 3D, alla presa di immagini digitali e la connessione ai sistemi satellitari GNSS. In questo caso le immagini sono riferite alle misurazioni della stazione totale, alla quale sono integrate nuvole di punti 3D, la cui colorazione è derivata dalle immagini stesse. Tutti i dati ovviamente, appartengono allo stesso sistema di coordinate, essendo referenziati a livello globale grazie al sistema GNSS o tramite la misura di punti noti. Le novità continueranno ad arrivare e per chi volesse avere una situazione aggiornata dello stato attuale di queste tecnologie vi annunciamo il primo Forum dell’Innovazione Tecnologica applicata al Territorio, ai Beni Culturali e alle Città intelligenti, al quale siete tutti invitati a partecipare il 4 e il 5 Giugno a Roma in un evento di particolare importanza che rappresenterà uno strumento per aggiornarsi e contemporaneamente orientarsi nella larga offerta che ci viene oggi proposta continuamente alimentata dagli incessanti sforzi dei produttori di tecnologie.
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Buona lettura, Renzo Carlucci
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CODEVINTEC Tecnologie per le Scienze della Terra
SOMMARIO 6 - 2013 FOCUS
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STIMA
DEI PARAMETRI DI UNA
TRASFORMAZIONE CONFORME
3D
REPORTS
24 L’iniziativa OpenDataNetwork, OpenData senza confini
14 SCANSIONE
30 Le imprese di cartografia aerofotogrammetrica in Italia LASER PER IL RILIEVO DEI
GIARDINI STORICI
32 Il Geoportale del Comune di Magliano in Toscana, il webGIS e la generazione automatica dei CDU
36 Leica Nova MS50 La prima MultiStation al mondo 42 Il rilievo dei prati stabili come indicatore della qualità delle banche dati regionali
46 SFIDA
DENTRO IL
INSERZIONISTI
SAN GIUSTO
3DFLOW AERROBOTIX CGT CODEVINTEC CRISE EPSILON ESR FLYTOP GEOGRA GEOMAX GEOSOLUTIONS
28 21 49 2 22 52 55 29 54 18 41
GEOTOP 56 GESP 51 R3GIS 11 PLANETEK 3 SINERGIS 45 SMART3K 50 TECHONOLOGYFORALL 19 TEOREMA 23 TRIMBLE 13 VIRTUALGEO 53
ALTRE RUBRICHE In copertina l'immagine di un professionista al lavoro che sta effettuando calcoli della superficie e del volume direttamente sul campo, grazie alla scansione Laser 3d e alle singole misure.
20 MERCATO 50 SMART CITIES 52 ASSOCIAZIONI 54 AGENDA
FOCUS
STIMA DEI PARAMETRI DI UNA TRASFORMAZIONE CONFORME 3D di Ernesto Sferlazza
Il presente articolo vuole illustrare un metodo pratico per determinare i sette parametri di una trasformazione conforme tridimensionale (3D), comunemente utilizzata nella operazioni di conversione di coordinate tra datum differenti, avendo a disposizione un insieme di punti dei quali siano note le coordinate espresse in entrambi i sistemi di riferimento.
P
er esigenze di sintesi si è focalizzata l'attenzione sui passaggi ritenuti più salienti, dandone per scontati altri già di uso frequente nella pratica GIS. Pertanto si è implicitamente assunto che il lettore cui ci si rivolge: sia a conoscenza degli elementi essenziali di geodesia e di cartografia, quali ad esempio il concetto di datum o il significato di coordinate proiettate, geografiche e geocentriche; sia autonomamente in grado di compiere operazioni basilari quali la generazione di un tema di punti a partire da una lista di coordinate, o la conversione da coordinate piane a coordinate geografiche nell’ambito dello stesso datum utilizzando una qualunque applicazione desktop GIS. Non è richiesto, invece, che il lettore sia altrettanto capace di destreggiarsi operando direttamente con strumenti matematici più sofisticati, quali ad esempio il calcolo matriciale o i metodi di regressione lineare.
Cenni teorici Uno dei metodi più diffusi per trasformare le coordinate da un sistema geodetico ad un altro è quello della trasformazione conforme 3D, detta anche trasformazione per similitudine, in cui i parametri che consentono di realizzare il passaggio tra i due diversi datum sono in numero di sette, a ciascuno dei quali può essere attribuito un ben determinato significato geometrico. Considerando per ciascun sistema geodetico la terna cartesiana associata, tre parametri definiscono le componenti del vettore di scostamento lineare tra le origini delle due terne cartesiane, altri tre parametri le componenti di rotazione reciproca tra le due terne, mentre il settimo parametro rappresenta la variazione (isotropa) di scala. Tra le più diffuse implementazioni di tal genere si annoverano la trasformazione di Helmert a 7 parametri, la trasformazione di e la trasformazione di . La figura 1 mostra lo schema geometrico della trasformazione di Bursa-Wolf. I tre assi X1, Y1 e Z1 che costituiscono la terna cartesiana associata al sistema 1 sono ruotati di angoli X rispetto agli assi X2, Y2 e Z2 della terna carZ tesiana associata al sistema 2; lo scostamento tra l’origine del sistema 1 e quello del sistema 2 può essere scomposto nelle componenti tX Y Z lungo le direzioni degli assi del
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sistema 2; l1 ed l2 sono i vettori delle coordinate del punto P nei rispettivi sistemi, mentre t è il vettore delle traslazioni. Viene di seguito presentata, ma solo per completezza di esposizione e senza la pretesa di voler entrare nel dettaglio della trattazione matematica rigorosa, la relazione tra le coordinate dei due sistemi, scritta sotto forma di equazioni separate per ciascuna coordinata, cui si giunge nell’ipotesi di valori molto piccoli delle rotazioni, del parametro di variazione di scala e delle traslazioni (queste ultime molto piccole anch’esse, se raffrontate ai valori delle coordinate): X2 = X1 + Y1 Z – Z1 Y Y2 = –X1 Z + Y1 + Z1 Z2 = X1 Y – Y1 X + Z1
1
X 1
1
Y Z
Al fine di ottenere i 7 parametri (traslazioni tX rotazioni X Z, e fattore di scala Z ) di una trasformazione di Bursa-Wolf è necessario disporre di un insieme di punti dei quali siano note le coordinate in entrambi i sistemi di riferimento (per breFig. 1 - Schema geometrico della vità denominati punti trasformazione di Bursa-Wolf. “doppi”). Considerando un insieme di N punti doppi si dispone di 3N equazioni a fronte di 7 incognite (i parametri da determinare). Nell’ipotesi che gli scarti tra le coordinate note e quelle calcolate con il modello siano trattabili come variabili casualmente distribuite, è possibile applicare tecniche di regressione, come il metodo dei minimi quadrati, che consentono stimare i parametri cercati. Applicazione ad un caso pratico. Tra le problematiche che riscuotono un certo interesse in materia di cartografia in ambito nazionale, vi è quella riguardante la trasformazione di coordinate catastali, quando il datum coinvolto utilizza l’ellissoide di (nella maggior parte dei sistemi catastali in Italia il datum adotta l’ellissoide di Bessel 1841, orientato a Genova per il Nord
GEOmedia n°6-2013
FOCUS Italia, a Monte Mario – Roma - per alcune zone dell’Italia centrale, a Castanea delle Furie – Messina- per gran parte dell’Italia centrale e per il Sud Italia). Tra i dati a disposizione reperibili (cavilli burocratici a parte) vi sono le monografie dei punti di impianto della rete catastale, nelle quali si trovano contestualmente riportate le coordinate proiettate nel sistema catastale e le coordinate Gauss Boaga (in realtà molte volte si tratta di coordinate provvisorie, in quanto non ancora corrette mediante compensazione della rete all’epoca dell’impianto dei punti stessi). Nel presente esempio si vuol pervenire alla determinazione dei parametri di tali da realizzare in maniera speditiva, nell’area interessata dall’insieme dei punti doppi, la trasformazione di coordinate dal sistema catastale al datum WGS84. La figura che segue mostra i valori delle coordinate desunti dalle monografie di un insieme di punti distribuiti sull’area di interesse, trascritti in un foglio di calcolo.
Il passaggio dalle coordinate Gauss Boaga alle coordinate geografiche espresse nel sistema WGS84 si può realizzare in maniera precisa e al contempo speditiva per mezzo del servizio WCTS offerto dal Geoportale Nazionale (http:// www.pcn.minambiente.it/wctsclient/), avendo cura di rispettarne i limiti legali di utilizzo. Per quanto riguarda il sistema di riferimento geodetico catastale, preliminarmente è necessario adottare un datum “personalizzato” che utilizza l’ellissoide di 1841, impostando sempre l’origine delle longitudini a . nell’ambito del datum catastale si realizza impostando i seguenti parametri: metodo di proiezione: Cassini; valori di falso Est e falso Nord: coordinate piane catastali del centro di sviluppo (0, 0); meridiano centrale: longitudine rispetto a del centro di sviluppo (sul datum catastale); latitudine dell’origine: latitudine del centro di sviluppo (riferita al datum catastale); fattore di scala: 1.00 Talvolta può accadere che non siano noti tutti i parametri
Fig. 2 - Foglio di calcolo contenente dati inerenti un insieme di punti di impianto di un sistema catastale locale.
Una volta acquisite le monografie e trascritti in un foglio di calcolo i valori delle doppie coordinate, la procedura si sviluppa attraverso i seguenti passaggi, qui sinteticamente elencati e successivamente trattati in maggior dettaglio: 1) definizione dei sistemi di riferimento di partenza e di arrivo e conversione delle coordinate da piane a geografiche; 2) generazione di temi vettoriali (punti) in formato a partire dalla lista di coordinate geografiche; 3) ricerca di eventuale presenza punti anomali ( ); 4) sfoltimento ( ), per rendere la distribuzione spaziale dei punti quanto più possibile sparsa, minimizzando la presenza di “grappoli” ( ) di punti; 5) conversione dei temi nel formato vettoriale gestito da ILWIS; 6) stima dei parametri della trasformazione di BursaWolf mediante ILWIS. Le fasi di ricerca degli e di sfoltimento dei , pur se importanti per quanto riguarda l’attendibilità dei risultati, non sono propedeutiche per lo svolgimento delle fasi successive.
Il metodo proposto richiede che le coordinate in entrambi i sistemi di riferimento siano espresse mediante i valori di longitudine e di latitudine riferiti ai rispettivi di competenza.
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casi il problema si complica un po’. Infatti, nel caso in cui non sia possibile risalire alle coordatum effettivo) del centro di sviluppo del sistema catastale locale ripetto a , si possono assumere delle coordinate approssimate. Nel caso, ad esempio, dei centri di sviluppo dei sistemi catastali di piccola estensione, nel sito it mate riferite al datum “Genova1902”, basato sull’ellissoide zione astronomica del 1902 e con meridiano di riferimento passante per . Il fatto di assumere per il centro di sviluppo valori delle coal datum effettivo equivale ad adottare un datum catastale ratezza del modello di trasformazione se si considera che
Ciò in quanto queste ultime, riferite al datum catastale, costituiscono solo valori di calcolo intermedi, meramente strumentali nell’ambito del modello di trasformazione in questione. Nel presente esempio sono stati utilizzati dati desunti dalstale nel territorio della Provincia di Agrigento. Il centro di sviluppo locale è Monte Castelluccio, per il quale è possibile reperire in letteratura (Trevisani M., 2003) le coordinate i valori delle coordinate riferiti al datum catastale . Combinando tali dati con quelli relativi al centro di emanazione (Clifford J. Mugnier, C.P., C.M.S.,2005) si perviene alla determinazione delle coordinate di Monte Castelluccio nel datum catastale, con la longitudine riferita a Latitudine: 37°24’52.480” Nord (37.414577777778° N), Longitudine: 13°46’50.295” Est (13.780637500000° E - meridiano di rif. ). mente la proiezione dei dati in coordinate catastali, uti-
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AGENDA
2014 IL FORUM DELL'INNOVAZIONE 4-5 GIUGNO 2014, ROMA CENTRO CONGRESSI FRENTANI 4 e 5 GIUGNO 2014 TECNOLOGIE PER IL TERRITORIO Generare e gestire dati geografici per progettare, individuare i rischi naturali ed antropici, monitorare il territorio e consentire la navigazione indoor e outdoor. Spazi dedicati a strumenti software di Computer Aided Design, Geographical Information System, Building Information Modeling, Augmented Reality, Webgis e ai sistemi di monitoraggio, rilievo, posizionamento e telerilevamento.
4 GIUGNO 2014 TECNOLOGIE PER LA SMART CITY Integrare le tecnologie per migliorare il controllo e la gestione della città e comunicare al cittadino i servizi ambientali, sociali, sanitari, turistici, di svago e cultura, di mobilità, infrastrutturali, energetici e di comunicazione, mostrando come progettare e modificare le nostre città al fine di migliorare la qualità della vita dei cittadini e per promuovere anche la loro fruibilità turistica.
5 GIUGNO 2014 TECNOLOGIE PER I BENI CULTURALI Usare sapientemente le tecnologie per conservare, valorizzare e gestire il patrimonio culturale con tecniche di rilievo e monitoraggio che fanno uso di Laser, Radar, Droni, GPS e 3D, con strumenti informatici di progettazione degli interventi, di gestione e fruizione dei Beni, quali ad esempio le guide turistiche digitali, le ricostruzioni virtuali 3D, gli spazi e gli ambienti immersivi.
WWW.TECHNOLOGYFORALL.IT
27 Marzo 2014 Tecniche geomatiche per la misura ed il monitoraggio del territorio e delle opere Dalmine (BG) www.geoforall.it/9hcu 7-10 aprile 2014 Second International Conference on Remote Sensing and Geoinformation of Environment (Cyprus) http://www.cyprusremotesensing. com/rscy2014/ 9 aprile 2014 15° Conferenza Italiana Utenti Esri Roma www.rivistageomedia.it/xycq 15 aprile 2014 ENC GNSS (Holland) http://www.enc-gnss2014.com/
24-25 Maggio 2014 Roma Drone Expo&Show www.geoforall.it/9hq4
16-20 giugno 2014 INSPIRE Conference 2014 (Danimarca)
28 maggio 2014 GEObusiness 2014 the geospatial event (UK) http://www.geobusinessshow. com/
16-20 giugno 2014 34th EARsel Symposium (Poland)
4 giugno 2014 International Course on Geotechnical and Structural Monitoring Poppi www.rivistageomedia.it/xcpp 12-14 Giugno 2014 7a Conferenza Internazionale Laser Scanning Optech Roma http://www.optech.com/ ugm2014/
23 - 25 giugno 2014 V ISPRS Symposium Riva del Garda http://isprs-commission5.fbk.eu/ 30 giugno 2013 IX Conferenza Internazionale su "Geographical Analysis, Urban Modeling, Spatial Statistics" (Portugal) www.geoforall.it/939q 2-4 luglio 2014 Convegno Sifet Torino http://sifet.org
15-17 luglio 2014 FOSS4G Europe Brema (Germania) http://www.foss4g-e.org/ 28-29 luglio PSATS 2014 Genova www.geoforall.it/9wk3 14 - 16 ottobre 2014 Conferenza Nazionale ASITA http://www.asita.it/
the
GeObservator
#thegeobservatory
9 10
APRILE
AUDITORIUM DEL MASSIMO Via Massimiliano Massimo, 1
ROMA
the GeObservatory Immergiti nel nuovo spazio della geografia LUOGHI, MAPPE, GIS, MULTIMEDIALITÀ E RICERCA
La mostra è ospitata all’interno della 15a Conferenza Italiana Utenti Esri 2014
esriitalia.it
Quando si sente pronunciare la parola ibrido, in genere non viene in mente la potenza. Non è così con la tecnologia Hybrid Positioning che vi fornisce potenza aggiuntiva per portare a termine i rilievi più impegnativi e più rapidamente che mai. La tecnologia GNSS e robotica Topcon connessa a MAGNET. Questo è il potere ibrido.
topcon-italia.it