METODI DI RILEVAMENTO TRAMITE SISTEMI AEROMOBILI A PILOTAGGIO REMOTO NELLE SCIENZE AMBIENTALI

L’insegnamento si inquadra nel percorso formativo del corso di studio in Scienze Ambientali, in quanto fornisce agli studenti e alle studentesse gli strumenti per poter effettuare misurazioni di carattere ambientale tramite strumenti innovativi e ad alto contenuto tecnologico quali i sistemi aeromobili a pilotaggio remoto. Tali strumenti hanno il vantaggio di combinare l’alta risoluzione tipica di rilievi sul terreno e la rapidità di acquisizione tipica delle tecniche di remote sensing.

In generale, gli obiettivi formativi del corso permettono allo studente di: i) sviluppare le proprie conoscenze nel campo del telerilevamento di prossimità applicate alle scienze ambientali; ii) sviluppare abilità nell’analisi dei dati raccolti per trasformare i dati in conoscenza; iii) acquisire competenze nel pianificare operazioni di misura e di rilievo di ambienti naturali e urbani legalmente ed eticamente, in ottemperanza alle normative vigenti.

Tali obiettivi formativi dell’insegnamento partecipano al raggiungimento degli obiettivi formativi del corso di studio in Scienze Ambientali, fornendo allo studente la conoscenza di strumenti innovativi e ad alto potenziale di sviluppo per effettuare misurazioni ambientali, trasformare i dati raccolti in conoscenza necessaria al raggiungimento degli obiettivi dello studio o applicazione ambientale.

Il corso ha carattere professionalizzante e fornisce le conoscenze necessarie per la formazione di figure professionali operanti nel campo del rilievo e misurazione ambientale tramite sistemi aeromobili a pilotaggio remoto, noti con la sigla UAS (Unoccupied Aircraft System) e comunemente chiamati droni.

1. Conoscenza e comprensione
- Conoscere l’evoluzione storica delle piattaforme aeree a bassa quota per il rilievo ambientale da remoto.
- Conoscere le caratteristiche di base delle diverse categorie di mezzi UAS e le forze fisiche che agiscono su di essi e comprenderne il funzionamento.
- Conoscere le motivazioni che portano la tecnologia UAS ad essere considerata una rivoluzione nelle scienze ambientali e comprenderne il potenziale applicativo.
- Conoscere le basi di come la metodologia di rilievo tramite UAS possa essere applicata per raggiungere l'obiettivo dello studio (attività scientifica o professionali).
- Conoscere, allo stato dell’arte, in quali applicazioni delle scienze ambientali tali mezzi possano facilitare il processo di raccolta dei dati e comprendere come questo possa portare allo sviluppo di nuova conoscenza.
- Conoscere l’evoluzione globale della normativa che disciplina questo settore.
- Conoscere il percorso normativo europeo che ha portato all’integrazione degli UAS nello spazio areo, conoscere alcuni elementi di tale regolamento e comprendere come operare in questo settore in ottemperanza alla normativa europea.
- Conoscere elementi del regolamento ENAC (Ente Nazionale Aviazione Civile) che ha integrato il regolamento europeo e comprendere come operare in questo settore in ottemperanza alla normativa nazionale.
- Conoscere una metodologia di rilievo tramite UAS e comprendere come applicare la metodologia al caso di studio.
- Conoscere elementi delle procedure operative e delle operazioni con gli UAS e comprendere come operare con gli UAS.
- Conoscere metodi per elaborare i dati raccolti tramite sistemi UAS e comprendere come utilizzarli ed integrarli con altre piattaforme.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
- Saper utilizzare correttamente gli strumenti normativi che permettono di svolgere operazioni con UAS in diverse categorie di rischio.
- Saper individuare in che modo le operazioni di rilievo con UAS possano contribuire al raggiungimento di nuova conoscenza nel campo delle scienze ambientali.
- Saper pianificare un piano di volo con UAS per raggiungere gli obiettivi dell’applicazione.
- Saper riconoscere i possibili rischi legati alle operazioni UAS.
- Saper applicare i metodi per elaborare i dati raccolti tramite UAS.

3. Capacità di giudizio
- Saper valutare quale mezzo UAS risulta essere più idoneo per contribuire al raggiungimento degli obiettivi dell’applicazione (scientifica o professionale) nel campo specifico delle scienze ambientali.
- Saper valutare i rischi connessi alle operazioni UAS e, se possibile, trovare soluzioni per mitigarli.

Avere raggiunto gli obiettivi formativi di ISTITUZIONI DI MATEMATICA CON ESERCITAZIONI MOD – 1, MOD 2 e FISICA GENERALE anche senza avere necessariamente superato gli esami di tali insegnamenti.

Le attività formative del corso “Metodi di rilevamento tramite sistemi aeromobili a pilotaggio remoto nelle scienze ambientali” prevedono lezioni teoriche e due esercitazioni pratiche tramite l’utilizzo di un software.

Le lezioni teoriche sono divise in tre unità didattiche principali.

La prima unità ha l’obiettivo di fornire allo studente conoscenze di base della tecnologia UAS e come questa venga applicata nelle discipline delle scienze ambientali. In particolare, inizialmente viene inquadrata l’evoluzione storica delle piattaforme aeree a bassa quota per il rilievo ambientale da remoto. Successivamente vengono presentate le caratteristiche degli UAS dove è possibile imparare i diversi tipi di UAS e le loro capacità operative, le forze fisiche che agiscono sui diversi tipi di UAS, i dispositivi di sicurezza degli UAS, le diverse modalità di volo e le potenzialità e i limiti di questa nuova tecnologia per le misurazioni e i rilievi nel campo delle scienze ambientali. Vengono inoltre presentate applicazioni di questa tecnologia in diverse discipline delle scienze ambientali che mostrano il valore aggiunto apportato dall’utilizzo dei dati raccolti tramite sistemi UAS nei diversi campi di ricerca. Quest’ultima parte permette inoltre allo studente di sviluppare capacità di giudizio in merito al tipo di UAS più idoneo ad uno specifico caso di studio. Questa unità ha l’obiettivo di fornire allo studente le basi per comprendere come la tecnologia UAS possa essere applicata per contribuire al raggiungimento dell'obiettivo dello studio (attività scientifica o professionale).

La seconda unità fornice allo studente inizialmente le conoscenze in merito al quadro evolutivo della legislazione UAS a livello globale, per poi inquadrare l’evoluzione della normativa a livello europeo. La prima parte di questa unità si pone l’obiettivo di fornire allo studente le basi della legislazione che attualmente regola e disciplina le attività con gli UAS. In questa unità vengono inoltre presentate le procedure operative per poter operare in sicurezza con gli UAS in base alla normativa vigente. Seguendo la normativa in vigore, vengono presentate i) le categorie delle operazioni che possono essere condotte con gli UAS definite in base alla classe di rischio, ii) i livelli di certificati di competenza del pilota remoto e come conseguirli, iii) le limitazioni nei diversi spazi aerei, iv) la riservatezza e la protezione dei dati e infine v) la pianificazione delle operazioni con gli UAS.

Nella terza unità vengono presentati i metodi di acquisizione dei dati e i diversi sensori che possono essere utilizzati nei sistemi UAS per le applicazioni nei campi delle scienze ambientali. Questa unità ha l’obiettivo di fornire allo studente gli strumenti per imparare ad acquisire e ad elaborare i dati raccolti tramite UAS. Parte dell’unità focalizza l’attenzione al metodo Structure from Motion (SfM) che permette di trasformare le immagini (2D) di una scena in un modello 3D georiferito o scalato dove è possibile misurare ed osservare cambiamenti nel tempo delle caratteristiche dell’area/oggetto di studio.

La prima esercitazione pratica verterà sull’analisi di dati provenienti da un rilevo con UAS di un ambiente costiero. L’esercitazione prevede l’utilizzo del metodo SfM per trasformare le immagini a disposizione degli studenti e provenienti da un rilevo sul campo con UAS in un modello digitale del terreno e in un ortofotomosaico georiferiti dell’area di studio. Al termine dell’analisi dei dati, l’esercitazione prevede la presentazione dei risultati ottenuti ai compagni di corso e al docente con discussione critica.

Nella seconda esercitazione pratica lo studente potrà utilizzare il metodo SfM per riscostruire il modello 3D di un oggetto o un’area a sua scelta.

Le esercitazioni verranno svolte in gruppi definiti dagli studenti e dalle studentesse.

LIBRO: Eltner, Anette, et al., eds. UAVs for the Environmental Sciences: Methods and Applications. wbg Academic in Wissenschaftliche Buchgesellschaft (WBG), 2022. Scaricabile gratuitamente al link https://doi.org/10.53186/1028514

Corso on-line ENAC su come si diventa Pilota UAS (drone) Open A1/A3 Regolamento UAS-IT Edizione 1 del 4 gennaio 2021 Scaricabile gratuitamente al link https://www.enac.gov.it/sicurezza-aerea/droni/come-si-diventa-pilota-uas-drone-open-a1a3

Normativa Europea: Commission Implementing Regulation (EU) 2019/947 of 24 May 2019 on the rules and procedures for the operation of unmanned aircraft. Scaricabile gratuitamente al link https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A02019R0947-20220404

Normativa Italiana: Regolamento ENAC UAS-IT del 04.01.2021 Scaricabile gratuitamente al link https://www.enac.gov.it/sites/default/files/allegati/2021-Gen/Regolamento_UAS-IT080121.pdf

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova scritta e lo svolgimento della prima esercitazione di gruppo. I gruppi vengono scelti dagli studenti e dalle studentesse.

La prova scritta è strutturata con 28 domande a risposta multipla sui temi presentati durante le lezioni teoriche. Il punteggio massimo raggiungibile con la prova scritta è 28/30, che sarà integrato dai punti conseguiti durante la prima esercitazione pratica. Durante la prova scritta non è ammesso l'uso di libri, appunti, supporti elettronici.

L’esercitazione pratica (prima esercitazione) prevede la consegna di un report che viene parzialmente generato automaticamente durante l’esercitazione stessa. Verranno richieste alcune integrazioni a tale report inerenti al lavoro svolto durante l’esercitazione. L’esercitazione consente di ottenere un punteggio massimo di 4 che andrà aggiunto al voto della prova scritta.

Il voto finale è formato dalla somma del voto della prova scritta con i punti ottenuti nell’esercitazione.

Corso frontale e attività di esercitazioni pratiche. Sulla piattaforma e-learning Moodle di Ateneo saranno messi a disposizione i materiali didattici dell'insegnamento relativi alle lezioni teoriche.

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