La D2000 è dotata del modulo telecamera inclinabile D-OP4000 per supportare la costruzione della smart city nel centro di Shanghai.

Con la continua trasformazione e l'aggiornamento della "città digitale" del mio Paese in "città intelligente", le applicazioni GIS basate su dati vettoriali bidimensionali faticano a soddisfare le esigenze della gestione urbana intelligente. Nell'ambito dell'importante compito di costruzione del rilevamento e della cartografia di base nazionale durante il periodo del "14° Piano quinquennale", la piattaforma urbana 3D può fornire la base 3D della città per la gestione integrata delle risorse naturali e la gestione della città intelligente, fornendo dati e informazioni di base per la pianificazione urbana, la gestione, la protezione antincendio, la risposta alle emergenze, il monitoraggio dell'ambiente ecologico, ecc. Pertanto, come ottenere rapidamente e accuratamente dati 3D nello spazio geografico è diventato un supporto importante per la costruzione 3D della Cina reale. La fotogrammetria obliqua con droni è diventata un metodo importante per ottenere dati fotografici obliqui grazie alle sue capacità di acquisizione dati efficienti e flessibili.

Tuttavia, rispetto alle fotocamere aeree professionali, presenta un carico più leggero e una lunghezza focale più corta. Ottenere immagini ad alta risoluzione di fotografia obliqua con UAV in aree urbane centrali con molti grattacieli e grandi differenze di altezza tra gli edifici è diventata una difficoltà tecnica nella fotogrammetria obliqua urbana con UAV. Questo studio utilizza il quadricottero UAV Pegasus D2000, equipaggiato con un modulo di fotografia obliqua teleobiettivo D-OP4000 (lunghezza focale: 40 mm per la vista verso il basso, 56 mm per la vista laterale), per esplorare l'acquisizione dei dati e l'applicazione della fotogrammetria obliqua con UAV in un'area urbana centrale di una megalopoli.

Ambito di studio

L'area di ricerca si trova sulla sponda settentrionale del fiume Huangpu a Shanghai, adiacente a Nanjing Road. Si tratta del famoso Museo Internazionale di Architettura di Shanghai. Gli altri edifici, che superano i 100 metri di altezza, sono relativamente piccoli, quindi è necessario ottenere immagini aeree oblique ad alta risoluzione tramite drone, il che risulta molto difficile.

Foto di grattacieli nell'area di studio

Il percorso tecnico è illustrato nella Figura 3. Sulla base dei dati DSM relativi all'altezza degli edifici nell'area del North Bund di Shanghai, è stato utilizzato il modello digitale di elevazione PHOTOMOD per modificare manualmente il DSM. Sono stati effettuati voli di variazione di altezza per alcuni edifici con un'altezza di 320 metri e 260 metri.

terreno artificiale

Il modello digitale di superficie dell'area di ricerca è mostrato in Figura 4. Le altezze degli edifici variano da 3 a 320 metri e l'edificio più alto, il Magnolia Building, è alto 320 metri. Utilizzando il modulo di modifica DEM di PHOTOMOD, è possibile modificare manualmente il modello DSM per centrarlo sul Magnolia Building (estendendolo di 100 metri) con altezze di 80 metri (rosso), 50 metri (giallo chiaro), 30 metri (giallo) e 10 metri (verde) del terreno a gradoni.

Pianificazione del percorso

Secondo il terreno simulato artificialmente, il volo in quota viene effettuato, l'altitudine di volo pianificata è di 319 metri e l'altitudine di volo massima di Magnolia Plaza è di 400 metri. Sovrapposizione di rotta 80%, sovrapposizione laterale 70%.

Disposizione e misurazione dei punti di controllo dell'immagine

Poiché l'area di rilevamento si trova nella zona urbana centrale, questo progetto prevede la disposizione di punti di controllo a terra e punti di ispezione a intervalli di 200-300 metri, utilizzando come punti di controllo immagine gli attraversamenti pedonali esistenti, gli incroci con gradini, ecc., e impiegando il metodo di misurazione RTK in modalità stazione mobile di rete CORS per rilevare le coordinate dei punti di controllo immagine. In totale, sono stati predisposti 50 punti di controllo immagine e punti di ispezione.

Mappa di misurazione e distribuzione dei punti di controllo a terra

Volo del drone

Poiché l'area di rilevamento si trova nel centro di Shanghai, le interferenze elettromagnetiche sono relativamente forti. Per mantenere la comunicazione tra il drone e la stazione di terra, è stata scelta come punto di decollo la stazione di attracco per elicotteri sul tetto del Raffles Building, alto 260 metri. Il decollo dal tetto presenta due vantaggi: (1) La distanza di comunicazione effettiva tra il drone e la stazione di terra nel centro città è di circa 1 km, ma in cima alla torre Raffles City, il collegamento di comunicazione del velivolo può essere garantito normalmente, il che è utile per gestire situazioni particolari e garantisce la sicurezza del volo; (2) Poiché il carico del D-OP4000 è maggiore di quello dell'ortofoto e del D-OP3000, volare sul tetto di un edificio alto 260 metri può ridurre al minimo il consumo energetico del drone durante la fase di salita e migliorare le prestazioni della fotografia con inclinazione del drone. Tempo di volo in linea. L'area di rilevamento è di circa 5,46 chilometri quadrati e sono state effettuate in totale 4 sortite. Vengono mostrate le foto delle operazioni sul campo.

operazioni di volo con droni

Vista dello skyline del North Bund a Shanghai

Le viste laterali del Bund Nord sono state acquisite in sequenza lungo l'asse centrale del corso d'acqua del fiume Huangpu, e successivamente tutte le viste laterali sono state unite per creare una mappa del profilo del Bund a Shanghai, come mostrato in Figura 9. Grazie alla realizzazione di questa mappa, il bellissimo panorama del Museo di Architettura di Wanguo, situato sulla sponda nord del fiume Huangpu a Shanghai, è ben visibile. Ciò fornisce un materiale eccellente per la pianificazione urbana e per la tutela e la valorizzazione degli edifici storici di Shanghai.

Restauro e conservazione degli edifici storici

Il Bund è noto come il Museo Internazionale dell'Architettura di Shanghai, pertanto la sua protezione e il suo restauro rappresentano una questione cruciale per lo sviluppo urbano della città. Prendiamo ad esempio il Shanghai Building (precedentemente noto come Broadway Mansions), progettato dal famoso architetto britannico Français nel 1934. Ad esempio, tramite fotogrammetria aerea con droni, è possibile ottenere con precisione la facciata e le dimensioni del progetto del Shanghai Building, fornendo una rappresentazione visiva degli interventi di restauro e una pianificazione degli interventi di protezione basata su un modello 3D reale.

Questa ricerca è stata condotta nel centro di Shanghai, un'area caratterizzata da numerosi grattacieli e da un ambiente elettromagnetico complesso. È un caso molto rappresentativo dell'applicazione delle smart city e della fotogrammetria obliqua a livello nazionale. La ricerca adotta in modo innovativo uno schema di volo ad alta quota per la simulazione artificiale del cambiamento del terreno, combinandolo con le caratteristiche prestazionali del teleobiettivo full-frame D-OP4000 (40 mm). Questo risolve il problema dei voli multipli nell'area urbana centrale, migliorando non solo l'efficienza della fotogrammetria aerea obliqua, ma anche la qualità della raccolta dati. Le principali conclusioni sono le seguenti:

(1) Volo con variazione del terreno simulato artificialmente: l'altezza degli edifici urbani viene ottimizzata artificialmente e simulata nel terreno, quindi combinata con la pianificazione e la progettazione del percorso di variazione dell'altitudine del drone addetto alla sorveglianza, risolve il problema della risoluzione di volo incoerente della modellazione urbana tramite drone e la necessità di sorvolare più volte un'area di rilevamento a seconda delle diverse altezze dei piani. Ciò non solo migliora l'efficienza della raccolta dati, ma garantisce anche la qualità dei dati;

(2) Decollo con teleobiettivo dal tetto: a causa degli alti piani nell'area urbana centrale, è difficile acquisire immagini ad alta risoluzione con fotocamere a lunghezza focale ordinaria. Ad esempio, l'edificio più alto in quest'area di ricerca è alto 320 metri. Per le immagini ad alta velocità, l'altitudine di volo è di circa 191 metri e i pericoli di volo sono frequenti in prossimità di edifici alti 260 e 320 metri, e nel piano di volo è necessario adottare altezze diverse a seconda dell'altezza dell'edificio. Questo è ciò che solitamente diciamo. Ci sono molti casi. Ma in questo studio, la fotocamera con una lunga lunghezza focale (40 mm) può essere utilizzata per acquisire dati con la stessa risoluzione (3 cm) a un'altezza di volo maggiore (319 m). Allo stesso tempo, il punto di decollo è impostato sul tetto di un edificio alto 260 metri, il che non solo risolve il problema delle forti interferenze elettromagnetiche del volo UAV in città, ma migliora anche l'efficienza del volo con batteria UAV e riduce il tempo di salita in aria.

(3) Esplorazione degli scenari applicativi del modello 3D della scena reale: questo studio ha estratto il paesaggio dello skyline sulla sponda nord del fiume Huangpu attraverso i dati del modello 3D della scena reale urbana e ha utilizzato il modello 3D della scena reale per la misurazione e la progettazione dello schema nella preparazione del piano di protezione e riparazione degli edifici di Shanghai, il che ha arricchito gli scenari applicativi dei modelli 3D del mondo reale.