descrizione del progetto e scelta della strumentazione

Lo scopo è stato quello di realizzare un laboratorio mobile di tipo leggero attrezzato con strumentazione dedicata all’osservazione della Terra (OT) a supporto della gestione del territorio e dell’analisi ed il monitoraggio ambientale.

Le tecniche di telerilevamento hanno dimostrato da tempo le loro potenzialità per il monitoraggio dei sistemi forestali e della loro funzionalità sia su scala locale che regionale. Infatti, alcune proprietà dei singoli alberi sono particolarmente indicative delle caratteristiche e dello stato evolutivo del bosco (Barilotti et al., 2005); studiarle permette di conoscere in modo particolareggiato lo stato di salute dei boschi e anche la quantità di anidride carbonica che la vegetazione è in grado di sottrarre all’atmosfera e trasformare in biomassa ed è quindi di particolare rilevanza determinare quale sia lo stato delle foreste ed il loro ruolo effettivo nella mitigazione dell’effetto serra e dei cambiamenti climatici. Negli ultimi anni, sono stati valutati molti metodi per lo studio dei popolamenti forestali mediante tecniche di telerilevamento (Morsdorf et al., 2003). Gli APR possono essere equipaggiati, a seconda delle capacità di carico (payload), che sono spesso funzione delle loro dimensioni, con strumentazione e sensoristica di tipo diverso.

Per questo progetto è stato scelto di installare sul drone:

- Una camera digitale che consente di ottenere immagini e video che opportunamente foto-interpretate daranno informazioni sulla composizione vegetale, densità delle specie, sull’altezza delle coperture, e su classi di età. La fotocamera che è stata scelta in funzione della sua compattezza, leggerezza, economicità è del tipo HERO 3+Black edition della GoPro Stati Uniti, (Figura 31) che grazie alla sua possibilità di comunicare via wireless permette di essere comandata anche a distanze elevate. I filmati ottenuti hanno una risoluzione full HD 1920x1080 e una durata in minuti variabile. Il formato di memorizzazione è MP4, mentre la frequenza dei fotogrammi (frame rate) è di 60 fps (fotogrammi per secondo). La GoPro è munita di un obbiettivo grandangolare con lente sferica che consente un angolo di ripresa (FOV, Field

Of View) più ampio rispetto alle normali ottiche in commercio. La distorsione è abbastanza accentuata,

infatti essendo una distorsione radiale del tipo “barilotto” essa è minore al centro e maggiore verso i bordi. Se non si vuole intervenire direttamente sulla camera attraverso il menu impostazioni, modifica distorsione ma si preferisce avere comunque i filmati in fish-eye, GoPro mette a disposizione gratuitamente un software di editing fotografico chiamato GoPro Studio attraverso il quale è possibile, in pochi passaggi, ottenere la calibrazione di singole immagini, gruppi di immagini e interi filmati. Una volta lanciato GoPro Studio, dopo la prima fase di importazione e conversione, si dovrà importare il file da trattare, successivamente si seleziona la porzione di video da modificare e applicando un comando

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viene eliminata la distorsione da tutti i frame che generano il filmato. Infine dal video rettificato si estraggono i singoli frame necessari per la restituzione fotogrammetrica. Importato il video, si apre nella finestra centrale il filmato con i classici comandi di riproduzione presenti in qualsiasi lettore multimediale e altre funzioni particolari come ad esempio Mark In e Mark Out che permettono di selezionare la parte di filmato che ci interessa trattare. Tutto questo può permettere di utilizzare le immagini per la creazione di modelli tridimensionali dell’area di interesse Il grandangolare crea un’illusione ottica dovuta alla prospettiva allargata che distorce la dimensione relativa degli oggetti e fa sì che gli stessi sembrino più lontani fra loro. Quelli più vicini all’obiettivo sembrano insolitamente grandi mentre tutto quello che si trova in secondo piano appare molto più piccolo di quanto percepito dall’occhio umano. Inoltre, grazie a particolari tecniche di acquisizione di immagini multiple da diverse posizioni e utilizzo di opportuni software, la immagini digitali possono essere utilizzate anche per la ricostruzione tridimensionale della struttura forestale.

- Una camera multispettrale in grado di monitorare la radiazione che le piante riflettono nel visibile e nel vicino infrarosso, questo permette di acquisire in tempo reale dati sulla vegetazione riguardanti il loro stato di salute e poter essere in grado così di valutare e, in caso, reagire a problemi causati da infestazioni, parassiti, malattie, scarsa o eccessiva presenza di nutrienti (come le deposizioni azotate), situazioni di stress , tutti problemi che hanno un impatto sulla salute delle foreste. Le camere contengono un singolo sensore ad alta risoluzione di immagine diviso in un mosaico di filtri e ogni filtro consente di catturare la componente emessa nella banda di riferimento. Dalla combinazione di queste immagini si possono identificare una serie di indicatori grafici come NDVI (Normalized Difference

Vegetation Index) o SAVI (Soil-Adjusted Vegetation Index). Indici come questi danno indicazioni sulla

biomassa, contenuto di clorofilla e la salute generale delle piante. Questa camera è disponibili in un gruppo di 4 sensori, ogni sensore possiede un filtro ottico a banda stretta a seconda della radiazione che si vuole osservare e monitorando le combinazioni di lunghezze d'onda filtrata, la camera consente di cercare un composto specifico o caratterizzare un tipo di vegetazione.

La camera multispettrale scelta per questo progetto è un’ADC (Agricultural Digital Camera) micro della Tetracam, Stati Uniti, (Figura 32) per immagini multispettrali da 90 grammi, una memoria fino a 8 GB, consumo di energia decisamente basso e un menu utente di semplice configurazione e controllo, l’ADC Micro consente di catturare immagini di alta risoluzione, GPS-correlate, visibili e prossime all’infrarosso (Near InfraRed) in grado sostanzialmente di essere editate, indicizzate e analizzata con il Software per Immagini Mutispettrali, PixelWrench2.

- Due sensori SRS (Spectral Reflectance Sensor) per il calcolo del PRI (Photochemical reflectance index) della Decagon device, (Figura33) questi radiometri multi banda, robusti ed economici sono stati scelti

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per la loro precisione e perché ci consentono di ottenere dati di indice PRI utili a valutare la salute e la produttività dell’area che si osserva.

- Due sensori di PAR (Photosynthetic Active Radiation) Photon Flux Sensor, modello Apogee QSO–S della Decagon device, (Figura 34) questi due sensori sono stati posizionati in modo da poter captare sia la luce incidente che quella riflessa

Figura31: GoPro Hero 3 + Black edition Figura 32: Tetracam ADC micro

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