Punti di controllo a terra: perché sono importanti?

Se avete partecipato a una sessione di formazione su Pix4D o avete trascorso un po' di tempo nella comunità o nella documentazione di Pix4D, avrete sentito il termine punti di controllo del terreno.

I punti di controllo del terreno sono "quelle grandi cose quadrate", giusto?

Giusto, ma sono anche molto di più.

In questo articolo spiegheremo cosa sono i punti di controllo a terra e perché sono importanti in un progetto di mappatura aerea.

Che cos'è il punto di controllo a terra in fotogrammetria?

I punti di controllo a terra (o GCP) sono punti sul terreno con coordinate note.

In un rilievo aerofotogrammetrico, i GCP sono punti che il rilevatore può individuare con precisione: con una manciata di coordinate note, è possibile mappare con precisione vaste aree.

Perché i GCP hanno questo aspetto?

I punti di controllo al suolo possono essere qualsiasi cosa facilmente riconoscibile nelle immagini. In genere hanno l'aspetto di una piccola sezione di una scacchiera. La forma lascia poche ambiguità sulla posizione del "punto" di un punto di controllo a terra.

Sono quasi sempre in bianco e nero perché è più facile riconoscere i modelli ad alto contrasto.

I punti possono essere misurati con metodi di rilievo tradizionali, oppure possono essere stati utilizzati LiDAR o una mappa esistente, persino Google Earth.

Come si creano i punti di controllo del terreno?

Ci sono molti modi per creare i propri punti di controllo al suolo e, in teoria, i GCP possono essere realizzati con qualsiasi cosa. La regola generale è quella di utilizzare colori ad alto contrasto - per questo i punti di controllo a terra sono solitamente in bianco e nero - e di assicurarsi che siano abbastanza grandi da poter essere identificati dalla propria quota di volo.

È meglio utilizzare materiali impermeabili se si prevede di riutilizzarli e utilizzare una finitura opaca per ridurre i riflessi e migliorare la visibilità.

I nostri utenti hanno realizzato punti di controllo a terra con pali di cemento (perché i GCP dipinti venivano lavati via dalla pioggia), pavimenti in vinile, basi da baseball e cartone.

Un team di Pix4Ders ha preparato dei GCP di biscotto per testare questa teoria: hanno funzionato bene come punti di vincolo manuali, ma poiché non conoscevamo le coordinate precise non possiamo dire che il modello fosse correttamente georeferenziato.

Questo modello stampato in 3D del Cervino è stato modellato utilizzando la videogrammetria e i cookie. Esplora questo modello su Pix4D Cloud, oppure prova la ricetta qui

GCP, punti di vincolo automatici e manuali: qual è la differenza?

Nel software Pix4D, i tie point sono punti che esistono in più immagini. Possono essere rilevati dal software (tie point automatici) o aggiunti manualmente dall'utente (tie point manuali).

Un punto di unione manuale può essere un qualsiasi punto facilmente identificabile che compare in più immagini, come ad esempio l'angolo di una finestra.

I punti di vincolo manuali aiutano a migliorare l'accuratezza relativa di un progetto, ma non contribuiscono all'accuratezza assoluta, poiché la loro posizione nello spazio non è stata definita.

Questo modello di casa ha un'elevata accuratezza relativa, poiché è ricostruito correttamente, ma una bassa accuratezza assoluta, poiché si trova nel posto sbagliato. Per saperne di più su questo argomento.

Quanti GCP sono necessari per una mappa aerea accurata?

Potreste rimanere sorpresi: test indipendenti dimostrano che sono necessari meno GCP di quanto si pensi per ottenere risultati accurati.

Il Dipartimento dei Trasporti del Nevada ha riscontrato che l'inserimento di più di 5-10 GCP ha dato scarsi benefici.

Un grafico tratto dallo studio del Dipartimento dei Trasporti del Nevada mostra l'errore quadratico medio in funzione del numero di punti di controllo a terra utilizzati. L'asse verticale è logaritmico. Per saperne di più su questo argomento.

Il posizionamento dei punti di controllo a terra può richiedere molto tempo, ma ne richiede meno rispetto alla rielaborazione di un progetto per migliorarne l'accuratezza. Si consiglia di utilizzare almeno cinque punti di controllo a terra.

Come si sceglie dove posizionare i punti di controllo al suolo?

Se si stesse rilevando un quadrato perfetto, sarebbe facile rispondere a questa domanda: un punto di controllo a terra ad ogni angolo e uno al centro.

La disposizione ideale dei punti di controllo a terra. Per saperne di più, consultate il sito di supporto di Pix4D

Raramente le cose sono così semplici. Questi suggerimenti rapidi vi aiuteranno a posizionare i punti di controllo a terra con maggiore precisione.

• Rimanere bassi. Per ottenere risultati coerenti, i punti di controllo a terra devono trovarsi sul terreno.
• Fate attenzione quando scegliete punti di controllo a terra "naturalmente presenti". Alcuni elementi (come i parcheggi o gli angoli degli edifici) possono essere troppo ripetitivi per essere utili. Le ombre sono allettanti, ma possono spostarsi anche nel tempo necessario per sorvolare un sito.
• Se l'area non è perfettamente pianeggiante, posizionate i GCP sulle diverse altitudini, ad esempio in cima e in fondo a una collina.
• Itest esterni dimostrano che in genere non è necessario posizionare decine di punti di controllo a terra: puntate a 5-10 punti.

Punti di controllo a terra dipinti a mano: sacrificare la precisione per la velocità

I mappatori che vanno di fretta a volte tracciano una X sul terreno con la vernice spray per usarla come GCP. Non si sa ancora se sia meglio di niente.

Immaginate una linea di vernice spray: potrebbe coprire una manciata di centimetri del sito. È piccola rispetto a un edificio, ma il "centro" non è chiaro rispetto a un GCP tradizionale.

Individuare la differenza: due modi diversi di marcare i GCP

Dove si trova il centro di ciascuna delle immagini precedenti? È facile individuare il centro del GCP stampato sulla destra. Nella X dipinta con lo spray a sinistra, il "centro" potrebbe essere ovunque in un'area di 10 cm: abbastanza da falsare i risultati.

Consigliamo sempre i GCP a scacchiera rispetto a quelli dipinti a spruzzo. Se dovete usare la vernice spray, dipingete una lettera L piuttosto che una X e individuate l'angolo, piuttosto che il centro.

I topografi segnano l'angolo, non il centro della L. Per questo grande progetto sono stati utilizzati 160 GCP e tie point.

Aggiunta di GCP a un progetto Pix4D

Avete posizionato i GCP sul campo, li avete marcati con precisione e avete fatto volare il vostro rilievo: qual è il passo successivo?

La documentazione di Pix4D contiene informazioni dettagliate e aggiornate su come includere i GCP nel progetto.

È sempre necessario utilizzare i punti di controllo a terra?

Dipende.

I GCP sono stati una parte tradizionale dei progetti di mappatura aerea. Tuttavia, la situazione sta cambiando.

Se si utilizza un drone RTK, i nostri test hanno rilevato che i punti di controllo a terra non migliorano significativamente la precisione.

Se il vostro drone non è abilitato all'RTK, vi consigliamo sempre di utilizzare i GCP.

Se non si utilizzano i punti di controllo a terra, i risultati possono essere perfetti, ma la ricostruzione potrebbe non avere la scala, l'orientamento o le informazioni sulla posizione assoluta corretti. I GCP o i geotag RTK possono aiutare a verificare l'accuratezza della ricostruzione.

Il futuro della precisione: AutoGCP

Pix4Dengine è una potente piattaforma che gestisce la fotogrammetria su scala. E ha appena ricevuto un importante aggiornamento.

AutoGCPs è un nuovo modulo attualmente esclusivo di Pix4Dengine. Come suggerisce il nome, è in grado di rilevare automaticamente i GCP nel progetto, completando in modo accurato e più rapido un'attività manuale. La combinazione di apprendimento automatico e visione computerizzata consente al software di individuare quasi istantaneamente il centro esatto di un punto di controllo del terreno.

I test interni confermano che con i droni abilitati all'RTK, AutoGCPs raggiunge "una precisione migliore del pixel", afferma il responsabile del progetto Andrea Dotti. "Quando le persone effettuano le misurazioni manualmente, i risultati sono altrettanto precisi".

La tecnologia è attualmente limitata a Pix4Dengine: contattate il team per provarla personalmente.

La precisione prima di tutto

Come sanno i professionisti (e gli appassionati) del rilievo e della mappatura, la precisione è fondamentale per il successo di qualsiasi progetto.

L'uso di un drone per le riprese aeree può produrre immagini di grande effetto, ma la fotogrammetria aerea richiede precisione e accuratezza.

Per raggiungere questo obiettivo si possono utilizzare diversi strumenti, come continueremo a illustrare in questa serie di post. I GCP sono solo uno di questi.