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Elabori un rilievo acquisito con un drone RTK, le telecamere sono allineate correttamente, la nuvola di punti sembra eccellente e il modello appare coerente al suo interno. Poi confronti il risultato con i punti di controllo rilevati e scopri che l’intero progetto presenta uno spostamento verticale di diversi metri.
Questo è uno dei problemi più complicati nella fotogrammetria professionale con i droni.
In molti casi, uno spostamento verticale del modello di un drone RTK in Agisoft Metashape non significa che l’RTK abbia fallito o che la ricostruzione fotogrammetrica sia imprecisa. Il problema potrebbe semplicemente essere che le coordinate del drone e i dati di riferimento del rilievo utilizzano definizioni diverse di altezza.
Le cause più comuni sono le differenze tra le altezze ellissoidali e ortometriche, un geoide o un sistema di riferimento verticale errato, oppure informazioni sull’altitudine errate memorizzate nei metadati delle immagini del drone.
Questa guida spiega come funzionano questi sistemi di misurazione dell’altezza e cosa controllare quando il tuo progetto Metashape è preciso in orizzontale ma presenta uno scostamento in verticale.
Perché un rilievo RTK preciso può subire uno spostamento verticale?
Il posizionamento RTK può fornire coordinate della fotocamera molto precise, ma una coordinata ha senso solo se si capisce bene il suo sistema di riferimento.
Le coordinate orizzontali e quelle verticali non usano per forza lo stesso tipo di riferimento.
Un ricevitore GNSS di solito calcola l’altezza rispetto a una superficie di riferimento matematica chiamata ellissoide. I topografi e i progetti di ingegneria, però, spesso usano altitudini riferite al livello medio del mare, utilizzando un modello di geoide.
Se si confrontano direttamente le altezze ellissoidali rilevate dal drone con le altezze ortometriche dei punti di controllo topografici, la posizione orizzontale potrebbe sembrare corretta, mentre l’intero modello appare spostato verticalmente.
Questo scostamento può essere di diversi metri o addirittura di diverse decine di metri, a seconda della posizione geografica.
Altezza ellissoidale vs. altezza ortometrica
Per capire il problema, bisogna distinguere tre valori:
- h = altezza ellissoidale
- H = altezza ortometrica, spesso definita come altezza sul livello medio del mare
- N = ondulazione del geoide o separazione del geoide
Questa relazione viene solitamente espressa come:
h = H + N
oppure:
H = h – N
Il ricevitore GNSS funziona principalmente con l’ellissoide, mentre molti punti di riferimento topografici convenzionali utilizzano le quote ortometriche.
Immagina che un drone RTK riporti un’altezza ellissoidale di 142 metri e che la deviazione dal geoide nell’area di rilevamento sia di circa 47 metri.
L’altezza ortometrica corrispondente sarebbe all’incirca:
142 m – 47 m = 95 m
Se confronti direttamente la coordinata ellissoidale di 142 metri con un punto di controllo misurato a circa 95 metri sopra il sistema di riferimento verticale di riferimento, potrebbe sembrare che il progetto presenti un errore verticale di circa 47 metri, anche se entrambe le misurazioni sono corrette all’interno dei rispettivi sistemi di riferimento.
Come Metashape interpreta le altitudini delle fotocamere
Questo è particolarmente importante quando si elaborano immagini RTK in Agisoft Metashape Professional.
Per impostazione predefinita, Metashape considera i valori di altitudine caricati nel pannello “Riferimento” come altezze stimate in base all’ellissoide corrispondente.
Se invece le tue coordinate utilizzano altezze riferite a un geoide, il progetto deve utilizzare il sistema di coordinate verticali appropriato.
Metashape Professional supporta sistemi di riferimento verticali configurabili basati su griglie di ondulazione del geoide, consentendo di combinare correttamente i sistemi di riferimento orizzontali e verticali.
Se non configuri il riferimento verticale corretto, potresti ottenere un modello che, pur essendo accurato al suo interno, risulta incoerente dal punto di vista verticale rispetto ai tuoi punti di controllo o ai dati GIS.
Cos’è un geoide?
La Terra non è una sfera perfetta né un ellissoide perfettamente regolare.
Un geoide è una superficie di riferimento irregolare basata sulla gravità che rappresenta approssimativamente il livello medio globale del mare e la sua estensione sotto i continenti.
Dato che il geoide e l’ellissoide sono superfici diverse, la distanza tra loro varia a seconda della zona.
Questo significa che non puoi risolvere un problema relativo all’ellissoide rispetto al geoide applicando un unico valore di correzione globale.
Bisogna usare il modello di geoide corretto per l’area del progetto e il sistema di riferimento delle coordinate.
Come usare un geoide in Agisoft Metashape
Agisoft Metashape Professional supporta i sistemi di coordinate verticali e i modelli di geoide.
Se il geoide richiesto è disponibile, puoi installarlo e associarlo al sistema di coordinate orizzontali appropriato per creare un sistema di riferimento coordinato composto.
In Metashape, apri la selezione del sistema di coordinate dalle impostazioni del pannello “Riferimento” e seleziona o configura il sistema di coordinate che combina:
- Il sistema di riferimento delle coordinate orizzontali corretto
- Il sistema di coordinate verticali corretto
- Il modello di geoide corrispondente
Una volta applicato il datum verticale corretto, Metashape è in grado di effettuare correttamente la trasformazione tra i sistemi di riferimento altimetrici basati sull’ellissoide e quelli basati sul geoide, purché siano disponibili i dati di trasformazione necessari.
DJI: Altitudine assoluta vs Altitudine relativa
Un’altra potenziale fonte di errori verticali è rappresentata dalle informazioni sull’altitudine contenute nei metadati delle immagini DJI.
Le immagini DJI possono contenere due valori di altitudine importanti:
- Altitudine assoluta
- Altitudine relativa
L’altitudine relativa indica l’altezza dell’aereo rispetto al punto di decollo.
AbsoluteAltitude serve a fornire un valore di altitudine assoluta associato all’immagine.
Agisoft ha segnalato alcuni casi in cui il valore di AbsoluteAltitude registrato nei metadati dell’immagine potrebbe essere errato.
Metashape legge i metadati disponibili e usa questi valori nel pannello “Riferimento”. Non capisce automaticamente se un’altitudine errata registrata dal velivolo debba essere sostituita con un altro valore.
Questo significa che un set di dati può sembrare avere informazioni GPS precise, pur contenendo comunque un riferimento verticale errato.
Come controllare i metadati di altitudine DJI in Metashape
Dopo aver importato le immagini, apri il pannello “Riferimento ” e controlla le coordinate della telecamera.
Guarda bene i valori di altitudine.
Chiediti:
- Le altitudini sono realistiche per la zona in cui è stato effettuato il rilevamento?
- Sono più o meno pari all’altitudine prevista del terreno più l’altezza di volo?
- Si tratta di altezze ellissoidali o ortometriche?
- I punti di controllo del rilievo sono stati misurati utilizzando lo stesso riferimento verticale?
- L’errore verticale rimane più o meno costante per tutta la durata del progetto?
Uno scostamento verticale quasi costante tra diversi punti di controllo indipendenti è un indizio importante.
Se ogni punto di controllo presenta all’incirca lo stesso dislivello, il problema potrebbe essere legato a un riferimento altimetrico, al geoide o a uno scostamento sistematico dell’altitudine, piuttosto che a una ricostruzione fotogrammetrica di scarsa qualità.
E se l’Altitudine Assoluta di DJI fosse sbagliata?
Se l’altitudine assoluta memorizzata nelle immagini DJI non è corretta, un possibile metodo consiste nell’utilizzare il valore RelativeAltitude insieme all’altezza ellissoidale nota del punto di decollo.
A livello concettuale:
Altezza ellissoidale della fotocamera = altezza ellissoidale del punto di partenza + AltitudineRelativa
Agisoft mette a disposizione degli script Python per leggere i metadati relativi all’altitudine dei dispositivi DJI e applicare un offset di altitudine noto alle coordinate della fotocamera.
Dopo aver corretto le altitudini di riferimento delle fotocamere, è necessario applicare le coordinate aggiornate prima di procedere con l’ottimizzazione finale e la generazione dei prodotti del rilievo.
Conserva sempre i dati originali del progetto o di coordinata prima di applicare correzioni di altitudine in blocco.
RTK non significa automaticamente “altezza ortometrica”
Questo malinteso è particolarmente comune con i moderni droni RTK.
Il fatto che lo stato RTK sia “FIX” non significa automaticamente che l’altitudine memorizzata in ogni immagine sia già espressa come altezza sul livello medio del mare.
L’RTK migliora soprattutto la precisione della posizione GNSS.
L’utente deve comunque capire che:
- Il sistema di riferimento delle coordinate
- Il sistema di riferimento GNSS
- L’ellissoide
- Il piano di riferimento verticale
- Il modello del geoide
- Come il drone memorizza i metadati relativi all’altitudine
Anche una coordinata estremamente precisa, ma riferita a un sistema verticale errato, può comunque dare un errore apparente notevole se confrontata con i dati topografici che utilizzano un altro riferimento altimetrico.
Perché le mie coordinate orizzontali sono corrette ma l’altitudine è sbagliata?
Questo è uno degli indicatori più evidenti di un problema di riferimento verticale.
Supponiamo che i tuoi punti di controllo indipendenti mostrino differenze orizzontali dell’ordine dei centimetri, ma che ogni misurazione verticale risulti di diversi metri troppo alta o troppo bassa.
La ricostruzione fotogrammetrica potrebbe comunque essere ottima.
Prima di modificare i parametri di allineamento, ricostruire la nuvola di punti o supporre che il sistema RTK non funzioni, controlla se le coordinate della fotocamera e i punti di controllo utilizzano lo stesso riferimento verticale.
Uno scostamento sistematico sull’asse Z è fondamentalmente diverso dagli errori di quota casuali presenti nel progetto.
Spostamento verticale costante vs. Errore verticale variabile
Il tipo di errore può aiutarti a individuarne la causa.
Spostamento verticale approssimativamente costante
Se la maggior parte dei checkpoint presenta uno scostamento Z simile, verifica quanto segue:
- Altezze ellissoidali vs altezze ortometriche
- Modello del geoide errato o mancante
- Riferimento verticale errato
- Metadati DJI AbsoluteAltitude
- Una stazione base fissa o un offset di coordinate
Errori verticali variabili
Se gli errori verticali variano in modo significativo nell’area di rilevamento, valuta altri fattori come:
- Geometria della telecamera non ottimale
- Sovrapposizione delle immagini non ottimale
- Variazioni di qualità RTK
- Impostazioni errate della precisione della fotocamera
- Calibrazione della fotocamera
- Deformazione per laminazione o sistematica
- Misure errate dei punti di controllo a terra
Cambiare il geoide di solito non basta a correggere un modello fotogrammetrico che presenta distorsioni geometriche.
Come risolvere il problema dello spostamento verticale in Metashape
Ecco una procedura pratica per la risoluzione dei problemi:
- Controlla i valori di altitudine della telecamera nel riquadro “Riferimento”.
- Verifica quale tipo di altitudine usano le coordinate del drone.
- Verifica quale livello di riferimento verticale usano i punti di controllo o i GCP.
- Controlla se l’offset Z è più o meno costante.
- Controlla il sistema di coordinate del progetto.
- Se necessario, configura il sistema di riferimento verticale o il modello di geoide appropriato.
- Controlla i metadati DJI AbsoluteAltitude e RelativeAltitude.
- Se necessario, correggi i dati di altitudine della telecamera non validi.
- Aggiorna le informazioni di riferimento e ottimizza di nuovo le telecamere.
- Verifica il progetto corretto utilizzando punti di controllo indipendenti.
Perché i checkpoint sono fondamentali con i droni RTK
L’RTK migliora notevolmente il posizionamento della fotocamera, ma i punti di controllo indipendenti rimangono uno dei modi migliori per verificare l’effettiva precisione del progetto fotogrammetrico completato.
Un punto di controllo ha coordinate rilevate note, ma non viene utilizzato per vincolare il modello durante l’adattamento.
Confrontando i risultati di Metashape con i punti di controllo puoi scoprire:
- Distorsione orizzontale
- Distorsione verticale
- Sistemi di coordinate errati
- Problemi relativi al piano di riferimento verticale
- Deformazione inaspettata
Senza punti di controllo indipendenti, un progetto può sembrare preciso al suo interno pur contenendo comunque uno scostamento sistematico assoluto.
I GCP risolvono il problema tra ellissoide e geoide?
I punti di controllo a terra possono vincolare il modello a coordinate note, ma non dovrebbero essere usati come sostituto della comprensione dei sistemi di riferimento coordinato del progetto.
Se le coordinate della fotocamera e quelle dei GCP utilizzano sistemi di riferimento verticali diversi senza la corretta trasformazione, il progetto contiene informazioni di riferimento incoerenti.
L’approccio migliore è assicurarsi che le coordinate della fotocamera, i GCP, i checkpoint e i risultati del progetto vengano gestiti utilizzando sistemi di riferimento orizzontali e verticali definiti correttamente.
Raccomandazioni finali
Se il tuo modello di drone RTK risulta spostato verticalmente in Agisoft Metashape, non dare subito per scontato che il drone RTK, la calibrazione della fotocamera o l’elaborazione fotogrammetrica abbiano dato esito negativo.
Per prima cosa verifica se tutte le coordinate utilizzano la stessa definizione di altezza.
In particolare, controlla:
- Che le altezze delle telecamere siano ellissoidali o ortometriche
- Quale livello di riferimento viene utilizzato dal tuo punto di controllo topografico?
- Se c’è un modello di geoide corretto
- Se i metadati DJI AbsoluteAltitude sono validi
- Se l’offset verticale è costante tra i vari punti di controllo
- Se il progetto Metashape utilizza il sistema di coordinate corretto
Nei flussi di lavoro di rilevamento professionale, gestire correttamente il sistema di riferimento verticale è importante tanto quanto ottenere un FIX RTK durante il volo.
Una volta compresi e configurati correttamente l’ellissoide, il geoide e il sistema di riferimento verticale, Agisoft Metashape Professional è in grado di combinare le coordinate delle fotocamere RTK, i GCP, i checkpoint e i sistemi di riferimento verticali configurabili per produrre risultati fotogrammetrici georeferenziati con precisione.
Domande frequenti
Perché il mio modello Metashape risulta più alto o più basso di diversi metri?
Uno scostamento verticale sistematico può essere causato dall’uso di altezze ellissoidali delle telecamere insieme ad altezze ortometriche rilevate, da un sistema di riferimento verticale errato, dalla mancanza di un modello del geoide o da metadati altimetrici errati.
Qual è la differenza tra quota ellissoidale e quota ortometrica?
L’altezza ellissoidale si misura rispetto a un ellissoide matematico utilizzato dai sistemi GNSS. L’altezza ortometrica si misura rispetto a un riferimento verticale basato sulla gravità, associato al geoide, e viene comunemente usata per indicare l’altitudine rispetto al livello medio del mare.
Il sistema RTK fornisce l’altitudine sul livello del mare?
Non automaticamente. Il posizionamento GNSS fornisce fondamentalmente coordinate riferite a un ellissoide. Per convertire quei valori in un sistema di quote ortometriche, servono un modello del geoide e un riferimento di coordinate verticali.
Agisoft Metashape può utilizzare modelli di geoide?
Sì. Metashape Professional supporta sistemi di riferimento verticali configurabili basati su griglie di ondulazione del geoide e sistemi di coordinate composti.
Perché le mie coordinate orizzontali RTK sono precise ma l’altitudine è sbagliata?
Se la precisione orizzontale è buona ma l’intero progetto presenta uno scostamento verticale simile, controlla il sistema di riferimento verticale, la definizione dell’altezza rispetto all’ellissoide o al geoide e i metadati relativi all’altitudine del drone prima di modificare le impostazioni di elaborazione fotogrammetrica.
Cos’è DJI RelativeAltitude?
L’altitudine relativa (RelativeAltitude) indica l’altezza dell’aeromobile rispetto al punto di decollo. Non va confusa con l’altitudine assoluta ellissoidale o ortometrica.
