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Quali Tecnologie nel futuro prossimo. 3 – Survey, Measurement And Scanning

I sistemi di rilevamento, misurazione e scansione 3D sono le basi su cui si poggia l'ecosistema geospaziale. La maggiore attenzione oggi è riposta sui chipset GNSS, sull’acquisizione di dati GIS, nella scansione 3D e ovviamente nei sistemi hardware, software e servizi a valore aggiunto.

Queste tecnologie offrono sistemi di posizionamento in esterni, in sotterranei, in interni, e sono al centro di una serie di settori di spicco oltre ad essere il cuore di numerose tecnologie emergenti, quali l’Internet of Things, gli Autonomous Vehicles, il Building Information Modeling, e ovviamente la Realtà Aumentata, Virtuale e Mista.

E’ ovvio che i recenti miglioramenti nelle tecnologie di posizionamento e scansione continueranno ad essere il motore di nuove opportunità nel campo geospaziale ove si vedrà introdurre sempre più efficienza nei processi di rilevamento e misurazione esistenti, con un chiaro impatto positivo su costi, tempi e sicurezza sul posto.

Ad esempio i sistemi di posizionamento più accurati e precisi sono fondamentali per il funzionamento di sistemi di sensori complessi su larga scala, come i sistemi IoT, in cui i dispositivi collegati raccolgono e comunicano informazioni sulla posizione trasmettendo segnali in tempo reale.

Le tecnologie emergenti di questo settore possono essere riassunte nelle seguenti:

  • Backpack & Handheld Laserscanning & Imagery
  • Hybrid Precision Measurements & Positioning Systems
  • SLAM
  • Cooperative  Positioning
  •  Indoor Mapping Application
  • Warehouse Logistics Automation Enablement
  • Crowdsourcing
  • Mobile Phone Data Application

Mentre nel futuro prossimo vedremo:

  • Ubiquitous Positioning
  • Automation & Ambient Intelligence
  • Intelligent Point Clouds
  • Quantum LiDAR / Quantum Radar

Nel campo del GNSS (Global Navigation Satellite Systems) diverse istituzioni stanno studiando le molteplici fonti oggi attive per supportare la navigazione e il monitoraggio.

Un esempio italiano è la SOGEI, società di proprietà del Ministero dele Finanze, da tempo impegnata nella ricerca sulle tecnologie future che potrebbero influenzare la posizione, la navigazione e i sistemi basati sulla misura del tempo. Ciò include aree come l'acquisizione e il tracciamento dei segnali GNSS e l'uso applicato del GNSS per sistemi di trasporto intelligenti ma anche sviluppare sistemi predittivi per Cybersecurity ed Anti-Spoofing basati sull’analisi delle misure da reti di stazioni GNSS.

Una serie di sensori terrestri stanno diventando sempre più diffusi nel rilevamento e nella misurazione. La telemetria è il processo tradizionale mediante il quale i sensori remoti a terra trasmettono i dati ai sistemi fissi di acquisizione dati. I progressi nei sensori di terra possono abilitare il posizionamento Ubiquitous, dove il posizionamento può estendersi a posizioni interne e più remote. Ciò consente di effettuare rilevamenti e misurazioni utilizzando più sensori remoti ed è un importante fattore abilitante dei sistemi IoT con un concetto di funzionamento "sempre attivo", che consente a diversi sensori di comunicare continuamente.

Numerose nuove funzionalità tecniche geospaziali supportano e migliorano la posizione dell'utente e l'esperienza di navigazione come il posizionamento cooperativo, che consente la condivisione di informazioni chiave tra cluster di utenti GNSS, fornendo un calcolo più rapido delle posizioni con livelli più alti di affidabilità.

Il posizionamento e mappatura simultanea, lo SLAM, abilitano l’utente (o un dispositivo autonomo) a creare una mappa dinamica e navigare in ambienti complessi mentre utilizza la stessa mappa che genera in tempo reale. Lo SLAM consente la creazione remota di dati GIS in situazioni in cui l'ambiente è troppo pericoloso, o piccolo.

In molte fabbriche e centri di evasione ordini, i dispositivi autonomi utilizzano questa tecnologia per riconoscere funzionalità come unità di scaffalatura e percorsi di viaggio di altri robot. Un esempio interessante di uso intensivo dela tecnica SLAM in interni è l'Amazon Fulfillment Centre Amazon, che nel Regno Unito consente di soddisfare la domanda di picco di 64 vendite al secondo durante il periodo festivo. I segnali LiDAR ad alta precisione sono fondamentali per il buon funzionamento dei robot autonomi in questo magazzino. Ciò consente a un singolo robot di navigare in ambienti sconosciuti o in evoluzione all'interno del centro costruendo una mappa dinamica dei suoi dintorni e localizzandosi all'interno di questa mappa.

Il LiDAR è una tecnologia geospaziale consolidata che utilizza impulsi di luce per catturare e modellare una caratteristica in un ambiente a tre dimensioni. Il LiDAR è da tempo applicato in più settori, inclusa la mappatura e creazione di modelli digitali del terreno (DEM) adatti ad esempio alla modellazione delle alluvioni, o per fornire contesti spaziali per lo sviluppo di ambienti immersivi.

Il posizionamento in interni è un'opportunità particolarmente significativa per la comunità geospaziale che però a causa di una serie di problemi come la precisione limitata, la complessa manutenzione delle piattaforme di rilevamento interne e la mancanza di strumenti di valutazione della qualità dei dati, ha faticato ad eguagliare i livelli di innovazione e diffusione diffusa osservati nel posizionamento all'aperto. Tuttavia, le applicazioni che utilizzano una combinazione di bluetooth, WiFi e posizionamento magnetico possono connettersi allo smartphone senza richiedere alcuna infrastruttura aggiuntiva.

Il crowdsourcing o l'informazione geografica volontaria (VGI) è un ulteriore settore emergente della tecnologia geospaziale. Nel 2019, la Commissione geospaziale inglese ha assegnato dieci progetti alle aziende del Regno Unito per indagare su come il crowdsourcing possa supportare al meglio la necessità della comunità geospaziale per l'acquisizione e l'aggiornamento dei dati.

Il Quantum Radar (radar quantistico) è stato dimostrato per la prima volta nel 2019 come strumento in grado di rilevare oggetti distanza. Un dispositivo radar che si basa su fotoni aggrovigliati funziona a una potenza così bassa da nascondersi dietro il rumore di fondo, rendendolo utile per applicazioni biomediche e di sicurezza.

Uno dei vantaggi della rivoluzione quantistica è la capacità di percepire il mondo in un modo nuovo. L'idea generale è quella di utilizzare le proprietà speciali della meccanica quantistica per effettuare misurazioni o produrre immagini altrimenti impossibili.

Il team di ricerca di Shabir Barzanjeh presso l'Istituto di scienza e tecnologia in Austria ha utilizzato microonde intrecciate per creare il primo radar quantistico al mondo. Il loro dispositivo, che può rilevare oggetti a distanza usando solo pochi fotoni, aumenta la prospettiva di sistemi radar invisibili che emettono poca radiazione elettromagnetica rilevabile.

Il dispositivo è semplice in sostanza. I ricercatori hanno creato coppie di fotoni a microonde intrecciati usando un dispositivo superconduttore chiamato convertitore parametrico Josephson. Trasmettono il primo fotone, chiamato fotone di segnale, verso l'oggetto di interesse e ascoltano il riflesso.

Nel frattempo, memorizzano il secondo fotone, chiamato fotone folle. Quando arriva il riflesso, interferisce con questo fotone folle, creando una firma che rivela la distanza percorsa dal fotone del segnale. E’ questo il principio base del radar quantistico!

quantum microwave radar 

In figura una rappresentazione schematica di radar quantistico (microwave quantum illumination), cfr: S. Barzanjeh, S. Pirandola, D. Vitali, J. M. Fink, Experimental Microwave Quantum Illumination, arXiv:1908.03058v2

 

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Per la serie Quali Tecnologie nel futuro prossimo, vedi anche: 
1 - Cameras, Imaging and Sensing
2 - Unmanned Vehicle Systems and Drones 
3 - Survey, Measurement and 3D Scanning
4 - Artificial Intelligence
5 - Smart Sensors and the Internet Of Things
6 - Immersive Technologies 
7 - Simulation
8 - Connectivity

 


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