Flusso di lavoro PPK completo per i droni aziendali DJI

Istruzioni passo-passo su come ottenere risultati precisi con il vostro drone DJI Enterprise

La cinematica post-processata (PPK) è un metodo per utilizzare i dati del sistema globale di navigazione satellitare (GNSS) per determinare con precisione la posizione e la traiettoria di un rover/drone. Il PPK prevede la raccolta di dati GNSS grezzi da un drone, insieme a informazioni sulla posizione e sulla traiettoria di stazioni di riferimento vicine, e la successiva elaborazione dei dati per migliorare l’accuratezza delle informazioni sulla posizione e sulla traiettoria.

Il PPK è comunemente utilizzato in applicazioni come il rilievo, la mappatura e l’agricoltura di precisione, dove il posizionamento ad alta precisione è fondamentale. A differenza del posizionamento cinematico in tempo reale (RTK), che richiede una connessione wireless in tempo reale alle stazioni di riferimento, il PPK può essere effettuato a posteriori, consentendo una maggiore flessibilità nella raccolta dei dati.

La post-elaborazione dei dati GNSS prevede l’utilizzo di un software specializzato per elaborare i dati grezzi raccolti dal ricevitore e confrontarli con quelli delle stazioni di riferimento vicine per determinare la posizione precisa del drone in un determinato momento. Questo processo può migliorare l’accuratezza delle informazioni sulla posizione e sulla traiettoria, correggendo gli errori introdotti da fattori quali le condizioni atmosferiche e le deviazioni dell’orbita satellitare.

Sebbene sia il posizionamento RTK che quello PPK possano essere utilizzati per le applicazioni di mappatura dei droni, vi sono alcuni vantaggi nell’utilizzo del PPK rispetto all’RTK:

La scelta di PPK o RTK per un progetto di mappatura dipende in ultima analisi da requisiti specifici, tra cui la flessibilità, il costo e la scala della missione. Sebbene entrambi i metodi presentino vantaggi e svantaggi, i droni DJI Enterprise RTK registrano sempre i dati di osservazione satellitare. In questo modo, anche se un ambiente cellulare instabile interrompe la comunicazione in tempo reale durante un volo RTK, l’utente può comunque recuperare i dati della stazione base e utilizzare il metodo PPK come backup per ottenere dati precisi a livello centimetrico.

Preparazione hardware e software del PPK

Flusso di lavoro generale

L’esecuzione di un processo PPK con i dati delle immagini dei droni può sembrare scoraggiante, ma in realtà si tratta di un processo semplice che richiede un’attenta pianificazione ed esecuzione. Il processo prevede diverse fasi chiave, che verranno analizzate in dettaglio nelle istruzioni che seguono.

1. Impostazioni e preparativi: Prima di iniziare a raccogliere dati dal drone, è necessario pianificare attentamente la missione. A tal fine è necessario assicurarsi che la durata del volo sia sufficientemente lunga e che alcune impostazioni siano abilitate nell’app DJI Pilot. Pianificando attentamente la missione, è possibile garantire la raccolta di dati sufficienti per un’elaborazione accurata del PPK.
2. Raccolta dei dati del drone: Una volta pianificata la missione, è il momento di raccogliere i dati delle immagini del drone e i dati GNSS corrispondenti dal ricevitore del drone durante il volo. I dati GNSS devono includere i dati grezzi del sistema di navigazione satellitare e le informazioni sulla data e l’ora. È importante raccogliere il maggior numero di dati possibile per garantire un’elaborazione accurata del PPK.
3. Raccolta di dati di riferimento: Oltre a raccogliere i dati del drone, è necessario raccogliere anche i dati di riferimento dalle stazioni GNSS di riferimento vicine, come i CORS o altri ricevitori a terra. I dati di riferimento devono includere gli stessi segnali GNSS e le stesse informazioni sulla tempistica dei dati GNSS del drone. Raccogliendo i dati di riferimento, è possibile garantire che i risultati del PPK siano il più accurati possibile.
4. Allineamento dei dati ed elaborazione del PPK: Una volta raccolti tutti i dati necessari, è necessario allineare i dati dell’immagine del drone con i dati GNSS corrispondenti in base alle informazioni sulla tempistica. Questa operazione può essere eseguita utilizzando strumenti software specializzati in grado di abbinare le informazioni sulla tempistica tra l’acquisizione dell’immagine e il punto di dati GNSS. Dopo aver allineato i dati, è possibile elaborarli utilizzando un software PPK specializzato o servizi online. L’elaborazione PPK utilizza i dati GNSS del ricevitore del drone e delle stazioni di riferimento per calcolare le informazioni di posizionamento precise per ogni immagine acquisita durante il volo.
5. Sovrascrittura dei dati POS: Assicurarsi che i nuovi dati POS siano importati correttamente nel software di fotogrammetria. Questa fase è fondamentale perché l’accuratezza dei modelli fotogrammetrici dipende fortemente dalla qualità dei dati di input. Pertanto, è necessario controllare due volte la compatibilità dei dati POS con il software e assicurarsi che vengano sovrascritti correttamente.

Sebbene l’esecuzione di un processo di PPK con i dati delle immagini dei droni possa sembrare complesso, si tratta di un processo necessario per ottenere risultati cartografici accurati. Pianificando attentamente la missione, raccogliendo un numero sufficiente di dati ed eseguendo controlli di qualità, è possibile garantire che i risultati siano il più possibile accurati.

Impostazioni e preparativi

Prima di far volare il vostro drone, è importante configurare correttamente l’app DJI Pilot 2. Ecco alcuni suggerimenti per garantire un volo di successo:

Abilitare l’opzione “Otturatore meccanico” e disabilitare l’opzione “Dewarping”.

Assicurarsi che l’opzione RTK sia disabilitata nelle impostazioni dell’app Pilota.

È importante notare che il processo PPK richiede una post-elaborazione dei dati, che può richiedere tempo e ritardare la consegna del prodotto finale. Inoltre, per ottenere dati di posizionamento precisi con il PPK è necessario acquisire un numero sufficiente di punti dati GNSS durante il volo. La durata esatta e la distanza necessaria dipendono da vari fattori, come il ricevitore GNSS utilizzato, la qualità dei dati della stazione di riferimento e l’ambiente di volo. In generale, si consiglia di volare per almeno 10 minuti per acquisire un numero sufficiente di punti dati GNSS per un’elaborazione accurata del PPK. All’interno dell’applicazione Pilota, è possibile controllare il tempo di volo stimato della missione nella scheda a discesa Panoramica della missione.

Raccolta dei dati del drone

Per elaborare correttamente con il metodo PPK, i dati del drone sono essenziali. Oltre alle immagini grezze, dalla cartella delle immagini sono necessari altri due file: il file RINEX (Receiver Independent Exchange) del drone e il file timestamp dell’immagine.

Il file RINEX del drone contiene le misurazioni GPS grezze, fondamentali per ottenere un posizionamento di alta precisione. Questi dati vengono utilizzati per correggere gli errori nel segnale GPS che possono derivare da vari fattori, come le condizioni atmosferiche e la posizione dei satelliti GPS. Senza questi dati, la precisione del metodo PPK sarebbe gravemente compromessa. Il file RINEX, denominato “XXX_PPKRAW.bin”, si trova nella cartella delle foto grezze.

Allo stesso modo, il file del timestamp dell’immagine è fondamentale per ottenere risultati accurati. Questo file registra l’ora esatta in cui è stata scattata ogni immagine, necessaria per sincronizzare correttamente i dati delle immagini con le misurazioni GPS. Senza questa informazione, sarebbe molto difficile allineare con precisione i dati dell’immagine con quelli del GPS, il che avrebbe un impatto negativo sull’accuratezza dei risultati finali. Il file del timestamp, denominato “XXX_Timestamp.MRK”, si trova anche nella cartella delle foto grezze.

È essenziale garantire che questi file siano raccolti ed elaborati correttamente per ottenere la massima precisione possibile con il metodo PPK. Solo alcuni modelli di drone DJI Enterprise con supporto RTK/PPK sono in grado di produrre questi file, tra cui:

• DJI M300 RTK (solo con payload Zenmuse P1 o Zenmuse L1)
• DJI Mavic 3 Enterprise (solo con il modulo RTK collegato)
• DJI Mavic 3 Multispectral (solo con il modulo RTK collegato)
• DJI Phantom 4 RTK

Raccolta dei dati di riferimento

Per eseguire l’elaborazione PPK (Post-Processed Kinematic) utilizzando una stazione base per i dati di riferimento, in genere sono necessari due tipi di file relativi ai dati GNSS (Global Navigation Satellite System): un file RINEX di base e un file di navigazione：.

• File RINEX di base: Questo file contiene i dati GNSS grezzi raccolti dalla stazione base, in genere in formato RINEX. Il file RINEX di base include misurazioni precise dei segnali satellitari, posizioni e informazioni sulla tempistica. Il file viene in genere raccolto contemporaneamente al volo del drone o il più vicino possibile al momento del volo. Il file RINEX di base viene utilizzato come riferimento per correggere i dati GNSS grezzi raccolti dal drone durante il volo.
• File di navigazione: Questo file contiene informazioni sulla posizione e sull’orbita dei satelliti GNSS utilizzati per il progetto di mappatura. Il file di navigazione viene utilizzato dal software PPK per calcolare le informazioni di posizionamento precise per ogni immagine acquisita durante il volo del drone. Il file di navigazione può essere ottenuto da varie fonti, tra cui agenzie governative come il National Geodetic Survey (NGS) degli Stati Uniti o servizi online come l’International GNSS Service (IGS).

In questa sezione di istruzioni, utilizzeremo come esempio il CORS NGS per ottenere questi file GNSS:

Per raccogliere i dati di riferimento CORS utilizzando il servizio UFCORS (User Friendly CORS) della NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), procedere come segue:

Andate sul sito web dell’NCN e selezionate NCN Map sulla pagina web.
Inserire l’indirizzo del volo del drone nella casella di ricerca a sinistra e selezionare Vai:

Selezionare un sito con la linea di base più corta possibile e registrare il nome del sito. La linea di base si riferisce alla distanza tra la stazione di riferimento GNSS e il drone. Una distanza di base più corta in genere consente di ottenere risultati PPK più accurati, in quanto riduce il potenziale di errori introdotti dalle condizioni atmosferiche e da altri fattori ambientali. La distanza di base tra il sito CORS e il drone può influire sulla qualità dei dati di riferimento utilizzati per il processo PPK. Una distanza di base più lunga può comportare un maggior numero di errori dovuti alle condizioni atmosferiche e ad altri fattori ambientali, che possono portare a un risultato PPK meno accurato. Pertanto, si raccomanda di mantenere la distanza della linea di base il più breve possibile, pur coprendo l’area di mappatura. Si sconsiglia l’uso di siti con una linea di base superiore a 20 miglia.

Accedere al sito web di UFCORS e selezionare l’intervallo di date per i dati che si desidera recuperare. Selezionare “get CORS data file” I dati verranno scaricati in un file compresso (ad esempio, .zip). È importante assicurarsi che i dati CORS siano raccolti contemporaneamente ai dati delle immagini del drone per garantire un’elaborazione accurata del PPK. È inoltre necessario valutare attentamente la qualità dei dati CORS per assicurarsi che soddisfino gli standard di precisione richiesti per il progetto di mappatura. Una pianificazione e un’esecuzione adeguate della missione del drone e della raccolta dei dati CORS sono essenziali per garantire un’elaborazione PPK accurata e risultati cartografici di alta qualità.

Aprire il file zip scaricato e verificare che contenga i due file seguenti: xxx.xxo (file RINEX di base) e xxx.xxn (file di navigazione).

Se non c’è una stazione base NGS CORS nelle vicinanze del sito operativo del drone, la stazione mobile DJI D-RTK 2 è una buona opzione per ottenere i dati della stazione base per l’elaborazione del PPK. Per utilizzarla, è sufficiente impostare la stazione base su un punto noto con coordinate WGS84 e altezza ellissoidica in metri. Quindi, spostare la posizione della stazione di base in base alle coordinate 3D del punto noto nell’applicazione Pilot 2.

Assicurarsi di impostare prima il D-RTK 2 in loco e attendere qualche minuto prima e dopo il volo per coprire l’intera durata del volo. Inoltre, evitare di spostare o inclinare la stazione base D-RTK 2 durante il volo del drone, in quanto potrebbe interrompere la registrazione dei dati a causa dei cambiamenti di orientamento. Una volta completato il volo, collegare la stazione base a un computer tramite un cavo USB-C ed esportare i file RTCM (Radio Technical Commission for Maritime) in formato .dat registrati dopo il volo. Utilizzando la DJI D-RTK 2 Mobile Station, è possibile evitare la necessità di apparecchiature aggiuntive e di canoni di abbonamento che potrebbero essere richiesti per la comunicazione in tempo reale. Ciò rende il processo PPK più conveniente e offre una maggiore flessibilità per la raccolta dei dati, soprattutto nelle aree con copertura cellulare limitata o assente.

Allineamento dei dati ed elaborazione PPK

Questa sezione fornisce una procedura passo-passo per l’applicazione dei dati del drone con i file rover GNSS raccolti da NGS CORS, da stazioni di base di terzi o dalla stazione mobile DJI D-RTK 2 per avviare il processo PPK. Utilizzeremo RedCatch REDToolBox come esempio:

Per iniziare, è necessario aprire RedCatch REDToolBox e selezionare l’opzione “PPK & Geotagging”.

L’opzione richiede di scegliere DJI come opzione del dispositivo e di selezionare il rapporto di qualità PDF e il file di testo come formati di output. Quindi, selezionare l’opzione PPK come tipo di correzione e Altezza ellittica (PPK nativo) come altezza di uscita. Dopo queste selezioni, fare clic su “Avanti”.

Per importare le immagini, accedere alla sezione “Importazione di immagini” e selezionare “Seleziona immagini” per definire la directory delle immagini grezze. In questo modo si garantisce che le immagini siano importate correttamente e possano essere utilizzate nel processo PPK.

Successivamente, è necessario selezionare la sezione “Importa file Rover” e scegliere l’opzione “File trigger”. Qui è possibile importare il file MRK con il nome “XXX_Timestamp.MRK” nella cartella delle immagini grezze. Questo file fornirà informazioni importanti sulle marche temporali delle immagini che saranno utilizzate nel processo PPK.

Dopo aver importato il file MRK, è necessario selezionare nuovamente l’opzione “File Rover RINEX” e importare il file RINEX con il nome “XXX_PPKRAW.bin” nella cartella dell’immagine grezza. Assicurarsi di selezionare il file corretto, poiché questo sarà fondamentale per il successo del processo PPK.

Passando alla sezione “Importazione dei file della stazione base”, selezionare l’opzione “File RINEX di base” e importare il file RINEX denominato “XXX.xxo” dalla cartella dei dati satellitari grezzi scaricati dal sito UFCORS. Se si utilizza la DJI D-RTK 2 Mobile Station per l’elaborazione dei PPK, selezionare e importare il file RTCM in formato .dat in questa opzione. Se è necessario unire più file RTCM .dat in un unico file, utilizzare il seguente strumento ed eseguirlo nella stessa directory dei file RTCM multipli: merge_bin.bat

Una volta selezionato il file XXX.xxo dalla cartella dei dati satellitari grezzi, i file di navigazione e di gnebigazione dovrebbero essere importati automaticamente. In caso contrario, questi due file si trovano nella cartella dei dati satellitari grezzi scaricata dal sito UFCORS.

Infine, esaminare il riepilogo della mappatura e selezionare “Esegui mappatura” per avviare il processo PPK.

Al termine del processo, selezionare “Rapporto di qualità PDF” e “File di testo”, quindi selezionare l’opzione “Genera output dalla mappatura”.

Per assicurarsi che i dati POS corretti (REDToolbox_Raw.txt) e il rapporto di riepilogo (REDToolBoxSummary.pdf) siano entrambi esportati, aprire la cartella di output. In seguito, si utilizzerà il primo file timestamp con i dati POS dell’immagine corretta per l’elaborazione fotogrammetrica.

Sovrascrittura dei dati POS

I dati POS (posizione e orientamento) delle immagini dei droni si riferiscono alle informazioni sulla posizione, l’assetto e la traiettoria di un drone durante l’acquisizione delle immagini. Questi dati si ottengono in genere tramite il GPS e altri sensori a bordo del drone e vengono utilizzati per georeferenziare con precisione le immagini e creare un modello o una mappa 3D dell’area rilevata utilizzando tecniche di fotogrammetria.

Nel processo di fotogrammetria, i dati POS delle immagini del drone vengono utilizzati nel processo di aerotriangolazione per determinare con precisione la posizione e l’orientamento di ciascuna immagine nello spazio 3D. Il processo di aerotriangolazione prevede il calcolo delle posizioni e degli orientamenti relativi delle immagini in base alle loro sovrapposizioni e alle caratteristiche dell’immagine corrispondente. I dati POS delle immagini del drone vengono utilizzati per calcolare l’orientamento di ciascuna immagine nello spazio 3D e queste informazioni vengono utilizzate per generare una nuvola di punti rada che rappresenta l’area rilevata.

Se i dati POS dell’immagine del drone sono inaccurati o imprecisi, anche il risultato del processo di fotogrammetria sarà meno accurato. Eventuali errori nei dati POS dell’immagine del drone possono portare a errori nel processo di aerotriangolazione, che causeranno errori nel processo di regolazione del fascio e, in ultima analisi, risulteranno in un output meno accurato.

L’accuratezza dei dati POS dell’immagine del drone influisce sull’accuratezza globale dell’output durante il processo PPK. Il processo PPK corregge i dati POS dell’immagine del drone per eventuali errori causati dalla deriva o dal rumore del GPS e da altri errori legati al sensore. I dati POS corretti con PPK vengono quindi utilizzati per generare una nuvola di punti densa che rappresenta l’area rilevata e che può essere utilizzata per creare modelli o mappe 3D. Pertanto, è importante assicurarsi che i dati POS dell’immagine del drone siano definiti correttamente nel software del processo di fotogrammetria.

Utilizzeremo il software DJI Terra come esempio per applicare e sovrascrivere i dati POS dell’immagine. Seguire i passaggi indicati di seguito o guardare il video per applicare e sovrascrivere i dati POS dell’immagine con correzione PPK nel software Terra:

Aprire il software DJI Terra, nella scheda “Ricostruzione” selezionare “Nuova missione” e poi selezionare “Luce visibile” per creare una nuova missione di ricostruzione fotogrammetrica. Dopo aver importato tutte le foto, selezionare l’opzione “Importa dati POS” come mostrato di seguito.

Assicurarsi di importare il file POS elaborato in formato testo dall’ultima sezione.

Dopo aver importato i dati del POS immagine, dovrebbe apparire automaticamente la finestra “Formato e proprietà”. In questa finestra, regolare la colonna dati e definire le proprietà della colonna nella sezione “Definisci colonna dati”. Assicurarsi che la prima riga della tabella contenga i dati POS della prima immagine e utilizzare gli strumenti della sezione “Formato file” per definire i separatori dei dati e la prima riga dei dati.

Per procedere, selezionare l’opzione “Sistema di coordinate noto” sotto il sistema di coordinate dei dati POS. Quindi, scegliere le coordinate orizzontali e verticali corrispondenti per i dati POS dell’immagine elaborata da PPK importata. È fondamentale selezionare le coordinate corrette sia per il sistema orizzontale che per quello verticale per evitare spostamenti nell’output. Se non si è sicuri del sistema di coordinate da scegliere, è possibile trovare il sistema di coordinate dei dati POS elaborati da PPK nelle impostazioni del software PPK o nel rapporto sulla qualità del processo dei dati PPK. In genere, il sistema orizzontale dovrebbe essere WGS84 (EPSG:4326) e il sistema verticale dovrebbe essere l’altezza ellissoidale (in metri, che può essere impostata su Default in DJI Terra). Una volta terminata la definizione dei nuovi dati POS, selezionare “Importa”.

Per sostituire i dati POS della vecchia immagine incorporati nelle foto con i dati POS corretti da PPK del file txt, selezionare “Sì” per confermare l’azione in DJI Terra. I dati POS sono stati sovrascritti con successo.

PPK offre una soluzione efficiente e accurata per ottenere dati geospaziali altamente precisi per una serie di applicazioni. Sfruttando il GPS e le tecniche di post-elaborazione, PPK consente di ottenere risultati di precisione centimetrica, anche in ambienti difficili. Seguendo il flusso di lavoro PPK sopra descritto e utilizzando strumenti software e hardware avanzati, è possibile assicurarsi di ottenere il massimo livello di accuratezza e precisione nei dati, portando in ultima analisi a un migliore processo decisionale e a risultati migliori.