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Droni per il rilievo territoriale e architettonico

01SAOMO, 01SAOJM, 01SAOLM, 01SAOLP, 01SAOLU, 01SAOLZ, 01SAOMC, 01SAOMH, 01SAOMK, 01SAOMN, 01SAONX, 01SAOOA, 01SAOPC, 01SAOPI, 01SAOPL, 01SAOPM, 01SAOPW

A.A. 2021/22

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Per L'Ambiente E Il Territorio - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica (Mechanical Engineering) - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Informatica (Computer Engineering) - Torino
Corso di Laurea in Electronic And Communications Engineering (Ingegneria Elettronica E Delle Comunicazioni) - Torino
Corso di Laurea in Architettura (Architecture) - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Civile - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Edile - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Energetica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Informatica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Del Cinema E Dei Mezzi Di Comunicazione - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Gestionale - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Gestionale - Torino
Corso di Laurea in Architettura - Torino
Corso di Laurea in Pianificazione Territoriale, Urbanistica E Paesaggistico-Ambientale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ICAR/06 6 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
2020/21
Il corso costituisce un insegnamento professionalizzante per le aree dell’ingegneria e dell’architettura e si propone di descrivere gli strumenti, i metodi e le procedure operative necessari per applicare i mezzi aerei non convenzionali, denominati droni o in inglese Unmanned Aerial Vehicle (UAV), al rilevamento del territorio e dell’architettura mediante un approccio basato sulle tecniche di Structure from Motion (SfM). L’utilizzo di metodi di rilievo metrico mediante strumenti topografici (stazioni totali, livelli e ricevitori GNSS, laser scanner), richiede la presenza sul terreno di tecnici e rilevatori e di conseguenza costi elevati e lunghi tempi di realizzazione. I droni permettono di acquisire rapidamente immagini fotografiche con visione dall’alto del territorio e dell’architettura utili per estrarre le informazioni metriche necessarie per la documentazione del territorio stesso e del patrimonio costruito, limitando la presenza sul terreno degli operatori e demandando la gran parte delle operazioni di estrazione dei dati richiesti nelle attività di laboratorio. Grazie ai recenti progressi legati alla computer vision e alla fotogrammetria digitale, le tecniche di SfM permettono un efficace utilizzo delle immagini aeree acquisite dai droni conducendo in modo rapido, e quasi automatico alla generazione di: • nuvole di punti dense sull’oggetto ripreso, in analogia agli strumenti di scansione laser; • informazioni territoriali metriche e cartografiche; • modelli altimetrici del terreno e di superficie, ordinari e densi; • modelli tridimensionali anche fotorealistici mediante l’applicazione di texture digitali metricamente controllate; • rappresentazioni cartografiche in forma fotografica: ortofoto ordinarie, di precisione, solide. Gli strumenti e i metodi descritti permettono di affrontare un ampio spettro di applicazioni quali il rilevamento territoriale e ambientale, il rilievo della, città, dell’architettura e dei beni culturali, l’agricoltura di precisione (precision farming).
The course aims to describe the instruments, methods and operating procedures for the use of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) for surveying purposes, using an approach based on images and Structure from Motion (SFM) techniques. The use of traditional survey methods using topographic instruments (total stations, levels and GNSS receivers., Laser scanner), requires the presence on the ground of technicians and surveyors that are expensive and time spending. The UAVs allow to quickly acquire aerial images, limiting the presence of operators in the field. Thanks to recent advanced methods related to computer vision and digital photogrammetry, the SFM techniques allow to efficient use aerial images captured by the drones for an automatic generation of: • points cloud on the object, as made as laser scanning instruments; • 3D spatial information useful for mapping; • digital terrain models (DTM) and digital surface models (DSM); • textured photorealistic 3D models; • orthophotos, solid images (RGBD images) and solid orthophotos. The tools and methods presented allow the students to have a knowledge for a wide range of applications such as for territorial and environmental surveys, for urban, cultural heritage and architectural aspects and for precision farming.
In questo insegnamento si apprenderanno: • gli aspetti tecnologici legati ai droni nelle componenti sensoristiche (navigazione, imaging, laser scanner); • gli aspetti teorici legati all’utilizzo della immagini per l’acquisizione di informazioni metriche; • le procedure progettuali e operative che permetteranno una corretta pianificazione delle operazioni di rilievo e una efficace applicazione pratico applicativa; • l’utilizzo di alcuni software disponibili (commerciali e/o open source) per affrontare la procedura di elaborazione e di generazione dei prodotti finali (nuvole di punti, ortofoto, modelli tridimensionali); • le caratteristiche metriche, qualitative e quantitative che devono soddisfare i prodotti finali; • il contesto normativo e le regole applicative di riferimento. Al termine del corso, lo studente possiederà le abilità professionali necessarie per: • pianificare le operazioni di acquisizione aerea mediante drone in funzione della scala di rilievo e rappresentazione finale; • elaborare i dati acquisiti per derivare i risultati finali coerenti con la scala di rilievo; • analizzare criticamente i risultati ottenuti in termini di precisione, accuratezza, completezza, livello di dettaglio.
In this course, the students will learn: • the technological aspects related to the drones and on-board sensors (for navigation and imaging); • the theoretical aspects related to the use of images in order to acquire metric information; • the design and operating procedures for planning the survey operations; • the use of some available software (commercial and/or open source) to address the processing steps and generation of final products; • metrical requirements (in terms of quality and quantity characteristics) for final products; • a critical analysis about the surveying procedures and the obtainable results; • national and international standards and regulations. After attending the course, students will have professional abilities to: • plan the UAVs acquisitions, considering scale and final products; • process acquired data in order to obtain the final results; • analyze obtained results in terms of precision, accuracy, completeness and level of detail, in a critical point of view.
Conoscenze dei concetti principali affrontati nei corsi di topografia e/o geomatica e delle scienze di base (matematica, fisica, ecc.).
Basic concepts about geomatics and/or surveying and basic sciences (mathematic, physics, ecc.).
Il programma del corso prevede una serie di lezioni teoriche suddivise in 4 moduli (descritti nele seguito per un totale di 30 ore circa) e una serie di esercitazione pratiche svolte presso il laboratorio di Geomatica, Fotogrammetria e GIS del Dipartimento di Igegneria dell'Ambiente, del Territorio e delle Infrastrutture (DIATI) e il laboratorio di Geomatica per i beni culturali (G4CH) del Dipartimento di Architettura e Design (DAD). Lezioni Modulo 1: I mezzi aerei non convenzionali (Unmanned Aerial Vehicle) Definizioni e stato dell’arte, I sistemi sperimentati, le riprese fotogrammetriche mediante UAV, alcuni esempi di applicazione. Modulo 2: Structure from Motion La misurazione della realtà mediante immagini digitali, i principi della fotogrammetria e della Structure from Motion, la geometria proiettiva, le immagini digitali e camere digitali (distorsioni radiali, tangenziali e dovute al sensore), la restituzione stereoscopica (la matrice fondamentale e la matrice essenziale), il calcolo della struttura 3D con 2 immagini, l’uso di 3 o più immagini, le tecniche di matching (a pixel intero, sub pixel ai minimi quadrati, operatori d’interesse e features matching). Modulo 3: il processo di acquisizione di informazioni spaziali mediante droni il processo di rilievo, il progetto di presa, il legame tra precisione distanza di presa e molteplicità, la pianificazione e la realizzazione del volo autonomo, gli schemi di presa ad alta ridondanza, la necessità dei punti di appoggio (Ground Control Point, GCP) e dei punti di verifica (Check Point), l’elaborazione del rilievo mediante l’allineamento delle immagini (orientamento esterno), auto-calibrazione delle camere digitali, generazione della nuvola densa. Modulo 4: La generazione dei prodotti finali la generazione del modello 3D, definizione e produzione DSM/DTM (Digital Surface Model, Digital Terrain Model), le tecniche di interpolazione, le modalità di generazione, la produzione di ortofoto speditiva, ordinaria e di precisione. Descrizione delle possibili applicazioni nell’ambito del rilevamento del territorio, dell’ambiente, della città, dei beni culturali, dell’architettura, delle risorse forestali e per l’agricoltura di precisione. Esercitazioni I laboratori costituiscono la metà del corso e sono rivolti alla realizzazione di: • pianificazione della presa fotogrammetrica mediante drone e relativa acquisizione sul campo • il pre-processing mediante software commerciale e/o open source per la soluzione dell’orientamento esterno delle immagini; • il post-processing per la generazione della nuvola di punti mediante software commerciale e/o open source; • la generazione degli elaborati finali: ortofoto digitale, modello altimetrico, modello 3D in forma di mesh e mesh con texture.
The program is divided into 4 modules of lectures, for a total duration of 30 hours, and a series of practical exercises to be performed at both the LAIB, the Laboratory of Photogrammetry, Geomatics and GIS at the DIATI and the Laboratory of Geomatics for Cultural Heritage (G4CH) of DAD and flying field area. Lectures Module 1: The Unmanned Aerial Vehicle Definitions and state of the art, systems available, photogrammetric UAV approaches and some application examples. Module 2: Structure from Motion In this module are considered aspects about the measurement of real objects by means of digital images, the principles of photogrammetry and Structure from Motion in addition to projective geometry, digital camera images (radial and tangential distortions due to optics and sensor), the use of stereoscopic images, the calculation of the 3D structure with 2 images, the use of 3 or more images, the matching techniques (pixel, sub pixels by least squares, interest operators and features matching) Module 3: The spatial information process using UAV The survey process, planning activity, planning and implementation of autonomous flight, the use of Ground Control Points and Check Points, the surveying processing by aligning the images (external orientation), auto-calibration of digital cameras, generation of the dense cloud are considered. Module 4: The final products generation In this module are considered aspects about the generation of the photorealistic 3D model, definition and production of DSM/DTM, interpolation techniques, methods of generation and production of orthophotos. Description of possible applications in the field of land surveying, environment, cities, architecture, cultural heritage, the forest resources and precision agriculture are also taken into account. Laboratory activities The lab activities take about half of the course and are focused on: • Planning of photogrammetric surveys using UAVs and on the field acquisition; • data pre-processing using commercial and/or open source softwaretools for the external orientation procedure; • data post-processing for point cloud generation using commercial and/or open source software; • final products generation: orthophotos, digital elevation model, 3D models (mesh and mesh with texture).
L'insegnamento prevede la suddivisione in 4 moduli di lezione teorica (30 ore, mezzi aerei non convenzionali, Structure from Motion, il rilievo del territorio e dell'architettura mediante droni, genrazione degli elaborati finali) e una serie di esercitazioni pratiche (30 ore). Le esercitazioni pratiche comportano l’applicazione dell'intero processo di rilievo mediante droni: la pianificazione del volo per l’acquisizione di immagini nel visibile, la realizzazione del volo mediante droni in possesso del Laboratorio di Geomatica, Fotogrammetria e GIS e del Laboratorio di Geomatica per i beni culturali, l’elaborazione dei dati acquisiti per ottenere informazioni metriche e radiometriche dell’oggetto ripreso, la generazione degli elaborati finali, in funzione del tipo di applicazione (rilevamento territoriale, urbano e ambientale, architettura, beni culturali, precision farming). I lavori vengono svolti in gruppo e al termine delle esercitazioni deve essere redatta una apposita relazione descrittiva corredata da alcuni elaborati grafici. Nell’ambito dei vari corsi di laurea si predisporranno esercitazioni specifiche in collaborazione con altri insegnamenti legate al campo del rilievo urbano e dei beni culturali, artistici e architettonici (ing. Edile, Architettura), del rilievo di strutture e infrastrutture (ing. Civile, Architettura), al rilievo territoriale e ambientale quali alvei fluviali, discariche e altro (Ing. Ambiente e Territorio, Pianificazione Territoriale) anche per l’agricoltura di precisione.
The program includes the subdivision into 4 modules of theoretical lessons (30 hours, unmanned aerial vehicles, Structure from Motion, survey of the territory and architecture using drones, generation of final produts) and a series of practical exercises (30 hours) . The lab activities deal with the entire survey process realized by drones: flight planning for images acquisition, the flight planning, data processing to extract metric and radiometric information of objects, the generation of final products, depending on the different application area (land survey, urban, architectural and cultural heritage, precision farming) will be also considered. The works are carried out in team; finally, a special report with graphical drawings must be completed. Some specicif activites will be developed according to the various degree programs in collaboration with other courses in the field of urban, architectural and cultural heritage survey (Building Engineering, Architecture), the survey of facilities and infrastructure (Civil Engineering, Architecture), the territorial and environmental survey such as river beds, landfills and other (Environment, Land and Infratructure Engineering, Urban Planning) and for precision farming.
Il testo principale è costituito dagli appunti delle lezioni forniti dal docente e dalle slide proposte durante le lezioni.
The main text consists of the lecture notes provided by the teacher and slides presented during the classes.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato grafico prodotto in gruppo; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
La valutazione finale è composta da tre parti. La prima valutazione, che ne costituisce la parte principale, si basa sullo svolgimento delle esercitazioni pratiche (elaborato grafico di gruppo) per analizzare le abilità raggiunte dall'allievo nell'applicare in modo approfondito e critico le conoscenze teoriche descritte al fine di affrontare e risolvere in modo corretto ed efficace il problema del rilievo del territorio e dell'architettura mediante immagini acquisite da drone (come indicato nei risultati di apprendimento attesi) così come si presenta nella pratica professionale. In particolare la valutazione avverrà in due momenti diversi: - per il 40% rispetto alle revisioni e discussioni durante lo svolgimento delle esercitazioni in itinere; - per il 60% rispetto alla correzione della relazione conclusiva (il book del corso) composta dagli elaborati finali che descrivono le varie fasi delle esercitazioni. La prima votazione espressa in trentesimi valuterà la capacità di progettare correttamente un intervento di rilevamento mediante droni, di realizzare l'acquisizione e l'elaborazione dei dati mediante tecniche di Structure from Motion, di criticare in termini di precisione e accuratezza i risultati delle varie vasi del processo fotogrammetrico, di integrare consapevolmente le diverse tecnologie in coerenza con le scale di rappresentazione richieste, di presentare in modo graficamente piacevole, incisivo e accattivante il lavoro professionale svolto. Tra gli elementi di valutazione vi sarà la capacità di rispettare le scadenze interne allo svolgimento dell'esercitazioni del corso e quindi di concludere il book nei tempi previsti. La seconda valutazione (prova scritta) è rivolta alla comprensione delle conoscenze raggiunte dallo studente sugli aspetti teorici che dovrebbe aver consapevolmente applicato nello svolgimento delle esercitazioni. La votazione espressa in trentesimi valuterà l'effettiva conoscenza degli aspetti analitici che regolano il processo di SfM, le modalità di calcolo per la pianificazione delle attività di rilievo, le caratteristiche qualitative e quantitative degli elaborati finali, le regole operative generali. La prova verrà svolta in remoto mediante l'utilizzo della piattaforma Respundus di ateneo. La terza valutazione (prova orale) verificherà la capacità dello studente di utilizzare correttamente i termini , i metodi e le procedure descritte nel corso, approfondendo gli aspetti legati alla progettazione delle varie fasi del processo fotogrammetrico e all'analisi critica dei risultati ottenuti in funzione della scala di rilievo. La valutazione della terza prova permetterà di incidere nell'intervallo +-2 punti rispetto alla media delle valutazioni della prima e della seconda prova.
Exam: Compulsory oral exam; Group graphic design project; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The final evaluation consists of two parts. The first evaluation, which constitutes the main part, is based on the development of practical exercises (team graphic report) to analyze the abilities achieved by the student in applying the described theoretical knowledge in a deep and critical way in order to carrectly face and effectively resolve the problem of territory and architecture surveying through images acquired by drone (as indicated in the expected learning outcomes) as it appears in professional practice. In particular the evaluation will take place at two different times: - 40% with respect to revisions and discussions during the ongoing exercises; - 60% with respect to the correction of the final report (the course book) composed of the final products describing the various phases of the exercises. The first evaluation expressed in the range (0,30) will evaluate the ability to correctly plan a survey operation using drones, to realize the acquisition and processing of data using Structure from Motion techniques, to criticize in terms of precision and accuracy the results of the various steps of the photogrammetric process, of consciously integrating the different technologies in coherence with the required representation scales, of presenting the professional work in a graphically pleasing, incisive and captivating way. The evaluation elements will include the ability to respect the internal deadlines for carrying out the course exercises and therefore to conclude the book on schedule. The second evaluation (written test) is aimed at understanding the knowledge achieved by the student on the theoretical aspects he should have consciously applied in the exercises development. The evaluation expressed in the range (0,30) will evaluate the actual knowledge of the analytical aspects that regulate the SfM process, the calculation methods for planning the relevant activities, the qualitative and quantitative characteristics of the final products, the general operating rules. The test will be remotely carried out through the use of the university's Respundus platform. The third evaluation (oral test) will verify the student's ability to correctly use the terms, methods and procedures described in the course, highlighting the aspects related to the design of the various phases of the photogrammetric process and to the critical analysis of the results obtained in function of the survey scale. The evaluation of the third test will allow to influence in the range + -2 points with respect to the average of the evaluations of the first and second tests.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato grafico prodotto in gruppo; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
La valutazione finale è composta da tre parti. La prima valutazione, che ne costituisce la parte principale, si basa sullo svolgimento delle esercitazioni pratiche (elaborato grafico di gruppo) per analizzare le abilità raggiunte dall'allievo nell'applicare in modo approfondito e critico le conoscenze teoriche descritte al fine di affrontare e risolvere in modo corretto ed efficace il problema del rilievo del territorio e dell'architettura mediante immagini acquisite da drone (come indicato nei risultati di apprendimento attesi) così come si presenta nella pratica professionale. In particolare la valutazione avverrà in due momenti diversi: - per il 40% rispetto alle revisioni e discussioni durante lo svolgimento delle esercitazioni in itinere; - per il 60% rispetto alla correzione della relazione conclusiva (il book del corso) composta dagli elaborati finali che descrivono le varie fasi delle esercitazioni. La prima votazione espressa in trentesimi valuterà la capacità di progettare correttamente un intervento di rilevamento mediante droni, di realizzare l'acquisizione e l'elaborazione dei dati mediante tecniche di Structure from Motion, di criticare in termini di precisione e accuratezza i risultati delle varie vasi del processo fotogrammetrico, di integrare consapevolmente le diverse tecnologie in coerenza con le scale di rappresentazione richieste, di presentare in modo graficamente piacevole, incisivo e accattivante il lavoro professionale svolto. Tra gli elementi di valutazione vi sarà la capacità di rispettare le scadenze interne allo svolgimento dell'esercitazioni del corso e quindi di concludere il book nei tempi previsti. La seconda valutazione (prova scritta) è rivolta alla comprensione delle conoscenze raggiunte dallo studente sugli aspetti teorici che dovrebbe aver consapevolmente applicato nello svolgimento delle esercitazioni. La votazione espressa in trentesimi valuterà l'effettiva conoscenza degli aspetti analitici che regolano il processo di SfM, le modalità di calcolo per la pianificazione delle attività di rilievo, le caratteristiche qualitative e quantitative degli elaborati finali, le regole operative generali. La prova verrà svolta in remoto mediante l'utilizzo della piattaforma Respundus di ateneo. La terza valutazione (prova orale) verificherà la capacità dello studente di utilizzare correttamente i termini , i metodi e le procedure descritte nel corso, approfondendo gli aspetti legati alla progettazione delle varie fasi del processo fotogrammetrico e all'analisi critica dei risultati ottenuti in funzione della scala di rilievo. La valutazione della terza prova permetterà di incidere nell'intervallo +-2 punti rispetto alla media delle valutazioni della prima e della seconda prova.
Exam: Compulsory oral exam; Group graphic design project; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The final evaluation consists of two parts. The first evaluation, which constitutes the main part, is based on the development of practical exercises (team graphic report) to analyze the abilities achieved by the student in applying the described theoretical knowledge in a deep and critical way in order to carrectly face and effectively resolve the problem of territory and architecture surveying through images acquired by drone (as indicated in the expected learning outcomes) as it appears in professional practice. In particular the evaluation will take place at two different times: - 40% with respect to revisions and discussions during the ongoing exercises; - 60% with respect to the correction of the final report (the course book) composed of the final products describing the various phases of the exercises. The first evaluation expressed in the range (0,30) will evaluate the ability to correctly plan a survey operation using drones, to realize the acquisition and processing of data using Structure from Motion techniques, to criticize in terms of precision and accuracy the results of the various steps of the photogrammetric process, of consciously integrating the different technologies in coherence with the required representation scales, of presenting the professional work in a graphically pleasing, incisive and captivating way. The evaluation elements will include the ability to respect the internal deadlines for carrying out the course exercises and therefore to conclude the book on schedule. The second evaluation (written test) is aimed at understanding the knowledge achieved by the student on the theoretical aspects he should have consciously applied in the exercises development. The evaluation expressed in the range (0,30) will evaluate the actual knowledge of the analytical aspects that regulate the SfM process, the calculation methods for planning the relevant activities, the qualitative and quantitative characteristics of the final products, the general operating rules. The test will be remotely carried out through the use of the university's Respundus platform. The third evaluation (oral test) will verify the student's ability to correctly use the terms, methods and procedures described in the course, highlighting the aspects related to the design of the various phases of the photogrammetric process and to the critical analysis of the results obtained in function of the survey scale. The evaluation of the third test will allow to influence in the range + -2 points with respect to the average of the evaluations of the first and second tests.


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