LAgiustarisposta alla. applicata al MANAGEMENT delle INFRASTRUTTURE. creascente DOMANDA di. GEO-referenziati. e ai SISTEMI di navigazione

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3 LAgiustarisposta alla creascente DOMANDA di SISTEMI INFORMATIVI GEOGRAFICI 3D GEO-referenziati applicata al MANAGEMENT delle INFRASTRUTTURE e ai SISTEMI di navigazione

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5 ROAD-SCANNER nasce grazie alla consolidata competenza tecnica di Siteco nel settore dei Sistemi Informativi Stradali, nella creazione di Banche Dati Territoriali e nel Facility Management Il progetto ROAD-SCANNER è stato sviluppato grazie ad un finanziamento all interno del Programma per la Ricerca, l Innovazione e il Trasferimento Tecnologico della Regione Emilia Romagna, in collaborazione con qualificate Università: Università di Parma Dipartimento di Ingegneria Civile Università di Parma - Dipartimento di Ingegneria dell Informazione Università di Bologna Dipartimento di Ingegneria delle Strutture e dei Trasporti Il sistema consente di realizzare in pochissimo tempo un rilievo accurato delle infrastruttura stradale e delle sue pertinenze: tracciati, pavimentazione, segnaletica, opere d arte, ponti, gallerie, sovrappassi, illuminazione, piazzole di sosta, parcheggi, impianti pubblicitari, accessi e passi carrai, bypass, verde, etc. ROAD-SCANNER effettua una completa ispezione di tutta l infrastruttura e dei sui componenti acquisendo, in modalità automatica, molte tipologie di dati: percorso veicolare profilo longitudinale regolarità della pavimentazione (IRI International Roughness Index) immagini geo-riferite mediante riprese da 5 telecamere ogni 2-4 m stratificazione stradale mediante ispezione con Geo Radar sezioni stradali ogni cm rilevate con il laser-scanner elicoidale. Tutti i dati vengono geo-riferiti grazie al potente sistema di posizionamento inerziale IXSEA LANDIS. Il software di post-processing IXSEA è in grado di combinare in modo ottimale tutte le informazioni raccolte e di effettuare il calcolo di correzione differenziale GPS. Il veicolo integra molte apparecchiature: GPS e Sistema di Posizionamento Inerziale telecamere a colori e ad alta definizione profilometro laser-scanner elicoidale. I dati ottenuti sono di elevato qualità: le coordinate assolute e le misure fotogrammetriche sono determinate con una precisione di 10 cm, mentre la precisione relativa ottenuta dal laser scanner (distanza fra 2 punti) è inferiore a 1 cm.

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7 I Mapping Mobile Systems (MMS) vengono utilizzati già a partire dagli anni novanta e rappresentano una tecnica consolidata per realizzare rilievi in tempi brevi e senza interferire con il traffico veicolare ROAD-SCANNER è stato concepito partendo dalle tecnologie di MMS più avanzate in termini di posizionamento ed acquisizione d immagini. Queste tecniche sono state arricchite con l introduzione del Laser-Scanner Elicoidale che costituisce un aspetto veramente innovativo in quanto consente un ispezione completa e dettagliata dell infrastruttura stradale in tutte le sue componenti. Un altra applicazione di questo tipo di tecnologia è il rilievo as-built delle nuove infrastrutture stradali. L esperienza acquisita in questi anni dalla Siteco grazie agli oltre km di rilievo e di realizzazione di Banche Dati Stradali, ha favorito lo sviluppo di una nuova generazione di Mapping Mobile System. ROAD-SCANNER consente di: ottenere dati geo-referenziati di alta qualità rilevare simultaneamente il tracciato stradale, la pavimentazione e le immediate adiacenze costruire un sistema di ripresa efficiente e dalle elevate potenzialità ottenere un sistema completo, grazie all integrazione con il software di post-processing Road-SIT generare dei database geografici compatibili con i più diffusi sistemi GIS.

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9 I risultati ottenuti grazie al rilievo con ROAD-SCANNER e agli strumenti utilizzati nella fase di post-processing sono i seguenti: tracciati stradali 3D e grafo topologicamente connesso GDF Livello 1, in formato shapefile, immediatamente consultabile con i più comuni software GIS, e sovrapponibile a cartografia di base (CTR, Ortofoto, etc.) facility management database contente tutte le pertinenze stradali e le relative misure: sezione stradale, geometria planimetrica e altimetrica, ponti, gallerie e sovrappassi, illuminazione, segnaletica orizzontale e verticale, accessi e passi carrai, etc. filmati e immagini geo-riferiti registrati dal veicolo, contestualmente ai tracciati, in formato JPEG e AVI, utilizzati nella fase di postprocessing e rilasciati agli utenti per consentire sopraluoghi virtuali della rete stradale. Questa consultazione dei filmati costituisce uno dei prodotti più apprezzati dal personale delle pubbliche amministrazioni proprio per l immediatezza con la quale consentono di visionare lo stato della rete stradale senza la necessità del sopraluogo. regolarità (IRI- International Roughness Index) della pavimentazione stradale, rilevata con il profilometro Dynatest, certificato ASTM E950 Class 1 stratificazione stradale eseguita con GEO RADAR ad alta risoluzione per cm di sottosuolo con 10 punti per m sezioni stradali rilevate con il laser-scanner elicoidale FARO. La sezione ha un estensione angolare di 320, una distanza laterale di 80 m ed una distanza dalla successiva di cm. Le nuvole di punti generate dal laser scanner sono geo-riferite e possono essere consultate dal software di fotogrammetria Road-SIT o da applicazioni della FARO o dai più diffusi prodotti CAD e GIS.

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11 ROAD-SCANNER consente una riduzione drastica di tempi e costi di rilievo rispetto ai metodi tradizionali. Pur incrementando l efficienza delle fasi di lavoro, garantisce un elevata precisione ed accuratezza del dato Proprio l introduzione del laser-scanner ha consentito di avvicinare il prodotto del catasto stradale alle esigenze degli utenti. Il rilievo ottenuto con il laser scanner genera nuvole di punti che modellano il corpo stradale restituendo modelli tridimensionali del terreno estremamente realistici ed importabili nei CAD 3D o 2D. Ecco alcuni dei principali vantaggi introdotti dal sistema: esecuzione rapida del rilievo in condizioni di sicurezza senza intralciare il traffico veicolare riduzione dei costi per unità di percorso produzione di dati ad alta precisione, all interno delle tolleranze definite fornitura di utili informazioni per le pubbliche amministrazioni sugli asset limitrofi alla strada integrazione del processo con i dati geografici e quindi con i più diffusi software CAD e GIS raccolta e memorizzazione delle immagini in formati standard aquisizione simultanea dei dati geografici e di tutte le altre informazioni correlate elevata automazione nell intero processo archiziane dei dati nel Sistema Informativo Stradale Road-SIT che fornisce funzionalità di gestione ed aggiornamento di dati rilievo completo delle facciate degli edifici limitrofi misurazione della larghezza della careggiata anche in presenza di veicoli parcheggiati efficente fase di post-proccesing grazie ad efficenti software di supporto. Foto: IXSEA LANDINS optical fibre coils, IXSEA labs at Marly-le-Roy

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13 Il sistema di posizionamento e orientamento comprende una soluzione integrata GPS/INS ed Odometro Il sistema di acquisizione delle immagini consiste invece in telecamere i cui filmati supportano nelle misurazioni mediante tecniche fotogrammetriche, ulteriori device di rilievo e tools specifici consento di acquisire le caratteristiche della pavimentazione. ROAD-SCANNER è equipaggiato con vari apparecchiature: L avanzatissima tecnologia del sistema di posizionamento IXSEA LANDIS, equipaggiata con fibre ottiche IMU a 1000Hz integra: un ricevitore GPS con antenna un unità di navigazione inerziale (INS) basata su una tecnologia a fibre ottiche, che integra i dati rilevati tramite GPS, quando la ricezione del segnale è oscurata (edifici, alberi, sovrappassi) o disturbata (antenne di trasmissione) un odometro (DMI Distance Measurement Instrument) per la misura della distanza. 8 telecamere Basler Scout di ultima generazione connesse con tecnologia Ethernet Gigabit. L alta risoluzione (1400x1000 or 1024x768) fornisce un elevatissima qualità di rilievo. Due telecamere sono poste in posizione frontale, sul lato destro e sinistro del veicolo, per consentire una ripresa stereo sincrona, le altre sono oblique rispettivamente a per assicurare una completa visione della strada. L orientamento delle telecamere può essere configurato in funzione delle esigenze permettendo un inquadramento ottimale delle pertinenze da rilevare. Il passo di campionamento delle immagini può essere impostato a piacimento secondo le diverse esigenze (generalmente tra 1 m e 5 m). L acquisizione di ciascun frame viene georeferenziato con i dati forniti dal sistema integrato GPS/Inerziale. Le immagini sono registrate su un apposito computer di bordo, collegato e sincronizzato all unità di acquisizione del sistema di posizionamento. The fibre optic gyros allow Centimetric accuracy position even after long GPS outages. 0,01 or better heading, roll, pitch at update rate Precise timing and 1,000 Hz event markers

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15 ROAD-SCANNER è equipaggiato con 2 sistemi Georadar Ghs, prodotti dall azienda leader internazionale IDS Il georadar è il sistema più veloce ed economico per ottenere un rilievo non distruttivo della stato della pavimentazione. Le 2 antenne sono posizionate a cm di altezza. L acquisizione dell onda riflessa consente l analisi dell asfalto e degli strati della pavimentazione. Il software di post-processing software include funzionalità per : determinare lo spessore degli strati componenti la pavimentazione stradale; evidenziare le stratificazioni e la presenza di zone omogenee dal punto di vista della intensità della riflessione identificare gli strati più profondi ridurre la rischiosità dei percorsi. Ad una velocità di circa 50 Km/h il rilievo restituisce 10 campioni per ogni m, per ognuno dei quali viene fornita la posizione degli strati e la velocità di propagazione dell onda elettromagnetica. Essa è rapportabile alla granulometria e alla saturazione dei pori in acqua o in aria. Il software di post-processing, integrando le immagini e le nuvole di punti, consente d individuare velocemente le anomalie stratigrafiche, le maggiori criticità e valutare gli approfondimenti da eseguire (carotaggi, FWD, etc.). Le caratteristiche di regolarità della pavimentazione vengono rilevate con il profilometro DYNATEST. Esso permette la registrazione in tempo reale del parametro IRI (International Roughness Index), codificato dalla World Bank (ASTM E950 Class 1). Il profilometro Dynatest è certificato rispetto a tale normativa. Surface Reflection wave Sub-grade Asphalt base

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17 Tutti i dati vengono acquisiti grazie a un computer rack composto di: un network switch di connessione per le telecamere mediante Basler Gigabit Ethernet schede grafiche per le conversione e compressione delle immagini in formato JPEG hard disk removibili che ospitano le sequenze delle immagini rendendo autonomo il sistema per una settimana di campagna. Il sistema d acquisizione sincronizza tutti i sensori ed acquisisce tutti i dati. L interfaccia utente del software consente di settare e monitorare tutti gli equipaggiamenti in modo facile ed efficace nonchè evidenzare eventuali perdite nei dati trasmessi. Il FARO Photon è un laser scanner elicoidale a infrarossi a differenza di fase. Questa caratteristica permette di rilevare le sezioni trasversali della pavimentazione stradale e di tutte le adiacenze in un raggio di 120 m. Grazie alla massima frequenza di acquisizione di 48 rotazioni al secondo, vengono rilevate sezioni stradali ogni cm. In relazione alla velocità del veicolo (dai 35 ai 70 Kmh). La tecnologia della differenza di fase consente di raggiungere una precisione di ±3 mm nelle singole misure lineari. Lo strumento può lavorare anche in modalità 3D classica, integrando il rilievo elicoidale con lo tecnica statica stop-and-go. Le sezioni stradali rilevate vengono sincronizzate con il sistema di acquisizione e possono essere georeferenziate in un DTM (Digital Terrain Model). I dati sono consultabili sia con appositi software di gestione di nuvole di punti, sia contestualmente alle immagini acquisite dalle telecamere, con l applicativo Road-SIT Survey.

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19 Road-SIT-Survey è il software per la fotogrammetria appositamente progettato per ROAD-SCANNER, con la collaborazione del Dipartimento di Ingegneria dell Università di Parma Road-SIT Survey permette di ottenere un completo controllo sulla qualità delle misurazioni fotogrammetriche effettuate consultando contestualmente le immagini e le scansioni laser. Specifiche funzionalità determiano la calibrazione delle telecamere referenziandole all origine del sistema determinata dalla piattaforma IXSEA LANDINS. Nel caso di modifica del set-up e orientamento delle telecamere occorre ricalibrare il sistema al fine di mantenere l accuratezza delle misure. Road-SIT-Survey è completamente integrato con il software di gestione della base dati relazionale: il sistema informativo stradale Road-SIT. Gli output sono appropriati per realizzare il post-processing e compatibili con i requisiti delle Amministrazioni Pubbliche. Grazie al software Road-SIT CAD tutte le funzionalità di consultazione e misurazione sono rese disponibili per le applicazioni che utilizzano AutoCAD 2009 Tutti i punti o linee ricavabili dai filmati o dalle nuvole di punti, sono direttamente posizionabili sul disegno. Grazie al l integrazione con il software KUBIT PTC si ottengono performance eccellenti per la visualizzazione e la gestione di nuvole di punti molto consistenti.

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21 Il rilievo ad alto rendimento viene svolto con il veicolo che percorre il tracciato stradale nei due sensi di marcia, ad una velocità idonea all acquisizione dei dati (50-60 Km/h nelle strade ordinarie e km/h nelle autostrade). Durante il rilievo vengono acquisite le posizioni GPS del veicolo, integrate dalle informazioni raccolte dalla piattaforma inerziale e dall odometro. Il tracciato verrà definito come la sequenza di punti in cui sono state acquisite le immagini. Il sistema di acquisizione è governato dall applicazione di controllo installata sul computer MASTER, e provvede a: verificare che gli strumenti siano attivi e funzionanti registrare su log-file i segnali inviati dalle periferiche di posizionamento collegate calcolare la distanza percorsa dall ultimo segnale inviato mandare un nuovo segnale quando la distanza diventa maggiore del passo di acquisizione. L interfaccia utente consente di monitorare in modo semplice e immediato il funzionamento di tutte le apparecchiature e di inserire il passo di acquisizione e il codice della missione. Tale sigla verrà utilizzata per tutti i file prodotti, sia di posizionamento che di immagini, in modo da semplificare e automatizzare le successive fasi di elaborazione. Inoltre è possibile caratterizzare l acquisizione con informazioni utili in fase di post-processing, come ad esempio un codice associato alla sequenza di punti e immagini rilevati e commenti inseriti dall operatore. I dati di posizionamento rilevati vengono elaborati, utilizzando il filtro di Kalman per compensare la ridondanza delle informazioni provenienti da GPS e INS. L Output è costituito da file di tracciato che descrivono le coordinate e gli angoli del sistema di posizionamento in corrispondenza dei segnali inviati al sistema di acquisizione delle immagini. Da esso è possibile ricavare coordinate e angoli delle singole telecamere, e quindi in pratica geoerferenziare le immagini.

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23 Il sistema di post-processing è costituito dall applicativo Road-SIT Survey con funzionalità di fotogrammetria, e sovrapposizione delle nuvole di punti del laser-scanner La fotogrammetria stereoscopica permette misurazioni di precisione decimetrica delle dimensioni delle pertinenze stradali (larghezze, altezze, etc.). Per tutte le pertinenze vengono anche censite le posizioni assolute, e le informazioni alfanumeriche (codifiche segnaletica, tipologie, etc.). Il censimento in modalità stereoscopica richiede la collimazione di punti omologhi su una coppia di immagini. La condizione ideale è costituita dal ricorso alle immagini della coppia di camere frontali acquisite simultaneamente. In alternativa è possibile anche collimare sulle immagini laterali o su immagini acquisite in diversi punti del tracciato. Con la rilevazione monoscopica l applicazione permette la rilevazione di posizioni e distanze anche utilizzando una sola immagine. In questo caso il piano di proiezione è costituito da un piano orizzontale collocato in corrispondenza della pavimentazione o da un piano verticale selezionato dall operatore. E evidente che il livello di precisione ottenibile è inferiore in quanto non si ha la certezza che i punti selezionati giacciano effettivamente sul piano selezionato. Un apposita griglia aiuta l utente a valutare le distanze sul piano di proiezione. Grazie alla sovrapposizione con il filmato, è possibile effettuare le misure fotogrammetriche sui punti rilevati dal laserscanner ed anche editare le componenti di rumore (vegetazione, riflessi su veicoli in sosta), inevitabilmente prodotti nel corso del rilievo. Con una portata di 120 m e un angolo di scansione di 320, il laser-scanner permette un rilievo di grande accuratezza su tutti gli oggetti adiacenti alla rete stradale: opere d arte, gallerie, ponti, muri di sostegno, etc. In ambito urbano è possibile rilevare in modo estremamente accurato le facciate degli edifici prospicienti. Alcuni accorgimenti, come l apposizione preliminare di markers, incrementano drasticamente la produttività.

24 ROAD-SCANNER deriva dalla consolidata competenza tecnica di Siteco nel settore dei Sistemi Informativi Stradali, nella creazione di Banche Dati Territoriali e nel Facility Management. Regione Emilia Romagna Regione Veneto Regione Piemonte Regione Toscana Regione Marche Regione Lombardia Regione Lazio Regione Valle D'Aosta Provincia di Modena Provincia di Bologna Provincia di Vicenza Provincia di Forlì Provincia di Pavia Provincia di Ravenna Provincia di Parma Provincia di Lecco Provincia di Como Provincia di Agrigento Provincia di Milano Provincia di Savona Provincia di Imperia Provincia di La Spezia Provincia di Reggio Emilia Provincia di Bergamo Provincia di Ferrara Provincia di Brescia Comune di Bologna Comune di Venezia Comune di Milano Comune di Forlì Comune di Faenza Comune di Modena Comune di Imola Comune di Pesaro Comune di Pianoro Comune di Cervia Comune di Cesano Maderno Comune di Bitonto Comune di Rivalta Comune di Carate Brianza Comune di Grosserto Comune di Livorno Comune di Sestri Levante Comune di San Remo Comune di Casarza Ligure Comune di Pergine Valsugana Comune di Schio Comune di Quiliano Comune di Savona Comune di Genova Comune di Castiglione Chiavarese Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti Società Autostrade SpA Autostrade per l'italia SpA Autostrade Centro Padane Autostrade Centro Padane Autostrada del Brennero Autostrada Padova-Brescia Autostrada Milano-Serravalle Autostrada Milano Mare Milano Tangenziali Autocamionale della Cisa Autostrade Siciliane sitecoinf@sitecoinf.it ANAS SpA Spea Spa ITALFERR SpA Terna SpA Sea Aeroporto di Malpensa SpA Ferrovie Nord SpA Consorzio Venezia Nuova SpA Ministero dei Trasporti del Paraguay Municipio di Parigi Ministero dell Ambiente di Bordeaux SITECO Informatica s.r.l. via della salute, Bologna - ITALY tel fax