SIFET Bollettino della Società Italiana di Fotogrammetria e Topografia n 2 anno 2012

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2 SIFET Bollettino della Società Italiana di Fotogrammetria e Topografia n 2 anno 2012 Periodico trimestrale Sped in abb. post 45% Decreto legge 24/12/2003 n 353 convertito in legge il 27/02/2004 n 46 Cagliari - ISSN X Autorizzazione del Tribunale di Firenze n del 4 dicembre 1962 iscrizione RNS n vol. 20 foglio 29 del 27 maggio 1986 Distribuzione gratuita ai soci SIFET Associato alla Unione Stampa Periodica Italiana Direttore responsabile Prof. Alessandro Capra Comitato di Redazione Prof. Fulvio Rinaudo Ing. Paolo Aminti Dott. Ludovico Biagi Prof.ssa Maria Brovelli Ing. Virgilio Cima Prof. Stefano Gandolfi Geom. Vittorio Grassi Prof. Andrea Lingua Prof.ssa Giannina Sanna Prof. Aurelio Stoppini Prof. Luca Vittuari Segreteria di Redazione Ing. Cristina Castagnetti redazione@sifet.org t f SIFET C.P. 286 Cagliari Centro Piazza del Carmine CAGLIARI Progetto grafico S. Asili, G. Toneguzzi Autorizzazione del Tribunale di Firenze n del iscrizione R.N.S. n vol. 20 foglio. 29 del ABBONAMENTO ANNUALE AL BOLLETTINO Soci: distribuzione gratuita Non Soci: Italia e Comunità Europea E Altri Stati E

3 2 12 Bollettino della Società Italiana di Fotogrammetria e Topografia n 2 anno 2012 In questo numero: 9 Verifiche combinate delle prestazioni dei Servizi NRTK tra Veneto e Friuli: metodologia e risultati Federico ANTOLINI, Alberto BEINAT 25 Strumenti Open-Source per la modellazione Image-Based Silvio Del Pizzo, Sebastiano Ackermann, Simona Picardi, Salvatore Troisi 49 Estrazione di DTM da una stereocoppia Worldview-1: procedure di orientamento, image-matching e rimozione degli edifici Eleonora Bertacchini, Isabella Toschi, Riccardo Rivola, Cristina Castagnetti, Alessandro Capra 71 Applicazione delle coordinate rettilinee nelle opere di ingegneria con l utilizzo dei grigliati di trasformazione cartografica NTV2 Gabriele GARNERO Nella foto sopra Progetto per la Scalinata di Trinità dei Monti attribuito ad Alessandro Specchi esposto alla mostra Le Meraviglie di Roma antica e moderna nel Fonte: A fianco Forum Romanum et fora Caesarum cum Capitolio et regione circumiacente quadruplici maioris tabulae modulo descripta di Heinrich Kiepert ( ). Fonte: 85 Tema di topografia e fotogrammetria assegnato all esame di stato Indirizzo Geometri (Progetto CINQUE ): soluzione e commento. Paolo AMINTI, Giovanni DE POLI, Claudio PIGATO 95 Laser Scanning & Fotogrammetria digitale - Teoria e applicazioni Seminario di studio - Firenze, 21 Ottobre 2011 Antonio Arrighi 99 FIG Working Week 2012 Rome, Italy May 6-10, 2012 Knowing to manage the territory, protect the environment, evaluate the cultural heritage Cristina CASTAGNETTI 103 IAG/FIG Commission 5/ICG Technical Seminar: Reference Frame in Practice Rome Italy, 4 th - 5 th May 2012 Cristina CASTAGNETTI

4 La SIFET per il quadriennio Presidente Prof. Alessandro Capra c/o DIMeC - Università di Modena e Reggio Emilia Via Vignolese 905/B Modena t f e presidente@sifet.org e alessandro.capra@unimore.it Vice Presidente Prof. ssa Anna Spalla c/o DIET - Università di Pavia Via Ferrata, Pavia t f e anna.spalla@unipv.it Assessori Prof. Livio Pinto c/o DIIAR - Politecnico di Milano Piazza Leonardo da Vinci, Milano t f e livio.pinto@polimi.it Dott. Renzo Maseroli c/o Istituto Geografico Militare Via di Novoli, Firenze t f e maseroli@tin.it Tesoriere Dott. Geom. Luciano Di Marco Via Libertà n Palermo t f e tesoriere@sifet.org e lucianodm@tiscali.it Segretario Ing. Giuseppina Vacca c/o DISIG - Facoltà di Ingegneria Piazza d Armi Cagliari t f e segretario@sifet.org e vaccag@unica.it Bollettino SIFET 2/2012

5 SIFET Società Italiana di Fotogrammetria e Topografia Sede legale Via Barberini n.68, Roma Partita Iva Codice fiscale Coordinate SIFET C.C.P. Banco Posta n IBAN IT45Q intestato a Sifet C. P. n. 286 Cagliari Centro Piazza del Carmine Cagliari Il Consiglio Direttivo della Società è così costituito Giunta esecutiva Presidente Prof. Alessandro Capra Vice Presidente Prof. ssa Anna Spalla Segretario Ing. Giuseppina Vacca Tesoriere Dott. Geom. Luciano Di Marco Assessori Dott. Renzo Maseroli Prof. Livio Pinto Membri onorari Gen. Mario Carlà Membri di diritto Direttore dell Istituto Geografico Militare Direttore dell Istituto Idrografico della Marina Direttore del Centro Informazioni Geotopografiche dell Aeronautica Direttore Istituto Superiore per la Protezione e la ricerca Ambientale Direttore del Dipartimento del Territorio Presidente del Consiglio Nazionale degli Ingegneri Presidente del Consiglio Nazionale degli Architetti Presidente del Consiglio Nazionale dei Geometri e Geometri Laureati Presidente Sezione Sifet Palermo Presidente Sezione Sifet Catania Presidente CS SIFET Membri ordinari (oltre ai componenti la giunta esecutiva) Prof. Maurizio Barbarella Ing. Virgilio Cima Prof. Alberto Cina Geom. Mauro Fino Geom. Vittorio Grassi Geom. Roberto Lietti Dott. Geom. Stefano Nicolodi Dott. Geom. Paolo Nicolosi Prof. Ambrogio Manzino Prof. Luciano Surace Probiviri Egidio Cima Walter Mentasti Massimiliano Currado Revisori dei conti Sergio Padovani Carlo Vadilonga Le quote sociali (con rinnovo entro il 31 Marzo) per l anno 2011 sono le seguenti: Soci annuali individuali Euro (Europa) Euro Soci annuali collettivi Euro (Europa) Euro Soci annuali giovani (*) Euro (Europa) Euro Soci vitalizi individuali Euro (Europa) Euro Soci vitalizi collettivi Euro (Europa) Euro (*) età inferiore a 26 anni Per informazioni: Segreteria Amministrativa t f e amministrazione@sifet.org 5

6 Rivista internazionale ufficiale di SIFET Società Italiana di Fotogrammetria e Topografia Publishing Editor: Chris Bendall chris.bendall@springer.com Informazioni generali: springer.com Contenuto elettronico: springerlink.com Applied Geomatics Open Access - Journal no ISSN: (versione stampata) ISSN: X (versione elettronica) Associate Editors: Paolo Aminti, Università di Firenze, Italia Maria Brovelli, Politecnico di Milano, Italia Virgilio Cima, Studio Cima Inc., Italia Donatella Dominici, Università dell Aquila, Italia Stefano Gandolfi, Università di Bologna, Italia Claudio Pigato, Studio Pigato Inc, Italia Livio Pinto, Politecnico di Milano, Italia Fulvio Rinaudo, Politecnico di Torino, Italia Giuseppina Vacca, Università di Cagliari, Italia Luca Vittuari, Università di Bologna, Italia Advisory Board: Ohran Altan, Technical University of Istanbul - Turkey Joh Dawson, Geoscience Australia - Australia E. Dongchen, Wuhan University - China Clive Fraser, Melbourne University - Australia Amin Gruen, ETH Zurich - Switzerland Lorenz Hurni, ETH Zurich - Switzerland Zhilin Li, Hong Kong Polytechnic University - Hong Kong Helena Mitasova, North Carolina State University - USA Petros Patias, University of Thessaloniki - Greece Ammatzia Peled, President of Comm VIII, ISPRS - Israel Venkatesh Raghavan, Osaka City University - Japan Kazuo Shibuya, Institute of Polar Research and SOKENDAI - Japan Editor-in-chief: Alessandro Capra Università di Modena e Reggio Emilia capra.alessandro@unimore.it Applied Geomatics (AG) copre tutti gli aspetti del progresso scientifico e tecnologico nel campo della Geomatica. La rivista pubblica contributi innovativi in applicazioni di Geomatica che vanno dall integrazione di strumenti, metodologie e tecnologie e il loro utilizzo nel campo delle scienze ambientali, scienze naturali, ingegneria ed altri. Le aree di interesse comprendono campi di indagine diversi quali: telerilevamento, fotogrammetria close range e videometria, analisi e mappatura di immagini digitali, sistemi informativi geografici e territoriali, geodesia applicata, analisi di dati spaziali, rilievo del patrimonio culturale ed ambientale, processi numerici e di trattamento del dato. Inoltre, Applied Geomatics accoglie anche articoli in relazione alla stima e analisi di deformazioni, all ingegneria strutturale, all ingegneria meccanica e ad altre scienze legate al rilievo e alle tecnologie spaziali. Il giornale contiene anche gli avvisi di conferenze e workshop internazionali, le novità del settore e le informazioni sui nuovi prodotti. Esso fornisce, quindi, un utile forum per gli scienziati accademici e professionali coinvolti nella Geomatica e nelle sue applicaizoni tecnologiche. Esclusiva offerta per i soci sifet: I soci sifet che lo desiderano, potranno sottoscrivere l abbonamento online alla rivista per un anno al prezzo speciale di 10 euro. Inoltre incluso si avrà l abbonamento annuale online alla rivista gps solutions. Sottoscrivi l abbonamento contattando amministrazione@sifet.org Aiutaci a far crescere la Geomatica in Italia e in campo internazionale!

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8 Verifiche combinate delle prestazioni dei Servizi NRTK tra Veneto e Friuli: metodologia e risultati Federico Antolini a Alberto Beinat a a Università di Udine, DICA via delle Scienze 206 I Udine e federico.antolini@gmx.com alberto.beinat@uniud.it Key Words > Reti di Stazioni Permanenti GNSS, Servizi NRTK, Verifiche prestazioni. Riassunto > La tecnologia NRTK, nelle sue diverse soluzioni, costituisce oggigiorno l applicazione più avanzata nel settore del posizionamento topografico satellitare. Rispetto alla soluzione tradizionale di post-elaborazione, essa punta ad offrire all utenza precisioni indipendenti dalla distanza dalla base, tempi minimi di stazionamento sul punto di osservazione e immediata disponibilità del risultato della misura. Per questi meriti, i servizi NRTK si vanno diffondendo rapidamente all interno delle reti di stazioni permanenti: tra Veneto e Friuli, ad esempio, un utente può disporre oggi di cinque distinte reti, in grado di erogare complessivamente oltre 30 servizi indipendenti. Questa circostanza ha indotto a svolgere una serie di verifiche combinate sui diversi servizi di rete disponibili nell area indicata, intese fondamentalmente ad accertare la loro affidabilità, sia in termini di accessibilità e disponibilità del servizio, che di accuratezza e ripetibilità delle misure. La valutazione di tali aspetti è infatti essenziale per l accettazione e per la definizione di una procedura di certificazione delle misure NRTK, una questione ancora non codificata in modo definitivo dalla letteratura scientifica e tecnica. Il test descritto nel lavoro riguarda la determinazione ripetuta della posizione di un vertice ubicato all intersezione delle reti del Veneto e del Friuli, mediante i servizi di rete ivi operanti, e si è basato sull effettuazione di 436 misure, articolate in 25 sessioni distribuite tra gennaio e aprile L analisi dei risultati conferma le precisioni planimetriche riportate in letteratura, evidenzia le maggiori dispersioni nella componente altimetrica, ma rileva altresì talune criticità nell affidabilità e disponibilità di certi servizi di rete, con possibili ripercussioni sul loro utilizzo. Abstract > NRTK technology, in its different solutions, is today s most advanced application of the topographical satellite positioning. Com- Articolo ricevuto in redazione nel mese di Novembre 2011 e accettato dopo revisione nel mese di Febbraio

9 Federico Antolini, Alberto Beinat pared to the traditional solution of post-processing, it aims to offer the users accuracy independent from the base-rover distance, minimum occupation time at the point of observation, and immediate availability of the measurement result. Thanks to these merits, the NRTK services are rapidly spreading within the networks of permanent stations: between Veneto and Friuli, for example, a user can now choose between five distinct networks, capable of delivering a total of over 30 independent services. This has suggested a series of tests carried out on the different network services available in the indicated area, designed primarily to ensure their reliability, both in terms of accessibility and availability of service, accuracy and repeatability. The evaluation of these aspects is essential for the acceptance and for the establishment of a certification procedure of the NRTK measures, which hasn t been universally recognized by the scientific and technical literature yet. The test described in this work consisted of repeated determinations of the position of a vertex located at the intersection of the networks of Veneto and Friuli, by use of all the network services available, and was based on the making of 436 observations, divided into 25 sessions between January and April The results are in agreement with the planimetric accuracies reported in literature, highlighting significant dispersion of the elevation component, however some critical issues in the reliability and availability of certain network services have been discovered, with possible repercussions on their use. Bollettino SIFET 2/2012

10 Strumenti Open-Source per la modellazione Image-Based Silvio Del Pizzo a Sebastiano Ackermann a Simona Picardi a Salvatore Troisi a a Università degli Studi di Napoli Parthenope Facoltà di Scienze e Tecnologie Centro Direzionale di Napoli Isola C Napoli Keywords > Fotogrammetria Digitale, Computer Vision, PMVS, DSM, 3D Modelling. e silvio.delpizzo@uniparthenope.it sebastiano.ackermann@uniparthenope.it simona.picardi@uniparthenope.it salvatore.troisi@uniparthenope.it Riassunto > La costruzione di modelli 3D relativi a manufatti free form rappresenta nel campo della fotogrammetria una delle applicazioni nelle quali vengono richieste al prodotto finale caratteristiche di dettaglio e accuratezza tali da richiedere sempre più spesso l uso congiunto di sensori attivi e passivi. L utilizzo di tecniche fotogrammetriche consente infatti di risolvere alcuni dei problemi che si verificano con l uso dei laser scanner e, al contempo, grazie ad algoritmi di image matching, si possono ottenere dense nuvole di punti con accuratezze analoghe. Ovviamente tali algoritmi non sempre riescono a garantire una densità costante per la nuvola di punti. In questo lavoro si illustrano le possibilità di utilizzare, per la modellazione di manufatti free form, un software che implementa un insieme di algoritmi di image matching sviluppato nel settore della Computer Vision e che presenta le caratteristiche fondamentali di essere free e open-source: PMVS. Inoltre si presenta un confronto tra i modelli ottenuti con PMVS con quelli provenienti da moduli robusti presenti nei software commerciali. Tale confronto è stato eseguito su differenti dataset d immagini orientate, in questo modo è stato possibile determinare i limiti di affidabilità e accuratezza dei modelli ottenuti. Abstract > The production of 3D models related to free form objects in the field of photogrammetry is one of the applications requiring characteristics and accuracy of detail on the final product that would require more and more often the combined use of active and passive sensors. The use of photogrammetric techniques allows the solution of some problems that occur with the use of laser scanner and at the same time, thanks to image matching algorithms, we can obtain dense point clouds with similar accuracies. Obviously, these algorithms can not always guarantee a constant density for the point cloud. In this paper we illustrate the possibilities of use a software that imple- Articolo ricevuto in redazione nel mese di Novembre 2011 e accettato dopo revisione nel mese di Febbraio

11 ments a set of image matching algorithms developed in the field of Computer Vision for the modeling of free form objects; such software has the basic characteristics of being free and open-source: PMVS. Moreover, a comparison of the models obtained with PMVS with those obtained through robust software modules present in commercial photogrammetry is produced. This comparison was performed on different datasets of oriented images, so it was possible to determine reliability and accuracy for PMVS. Silvio Del Pizzo, Sebastiano Ackermann, Simona Picardi, Salvatore Troisi Bollettino SIFET 2/2012

12 Estrazione di dtm da una stereocoppia Worldview-1: procedure di orientamento, image-matching e rimozione degli edifici Eleonora Bertacchini a Isabella Toschi a Riccardo Rivola a Cristina Castagnetti a, Alessandro Capra a a DIEF - Dip. di Ingegneria Enzo Ferrari Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Via Vignolese, Modena Keywords > Classificazione automatica, DTM, DSM, modello rigoroso, RPC, stereocoppie satellitari. Riassunto > L utilizzo di immagini satellitari ad alta risoluzione acquisite in modalità stereoscopica si sta affermando quale strumento proficuo per la generazione di Modelli Digitali del Terreno (DTM) e della Superficie (DSM). La sfida che si apre oggi è quella di poter rispondere adeguatamente alle esigenze di base di molti settori applicativi, che necessitano di accurati strumenti per la conoscenza della morfologia del territorio e dei suoi mutamenti. Il presente lavoro si è proposto di analizzare e validare le principali fasi in cui si articola la procedura di estrazione di modelli digitali tridimensionali a partire da immagini satellitari, utilizzando quale caso applicativo una stereocoppia pancromatica acquisita along-track dal satellite WorldView-1 nella zona dei colli Albani, a Sud-Est di Roma. L obiettivo principale è stato quello di individuare un approccio che potesse unire all accuratezza del dato metrico finale anche il vantaggio di rendere quest ultimo un adeguato strumento di descrizione della morfologia di ampie porzioni di territorio: in particolare, è stata associata all estrazione del DSM, quella di un DTM tramite la classificazione ed eliminazione degli oggetti in elevazione sul terreno (ERDAS Imagine 2011). La parte iniziale della sperimentazione è stata volta a confrontare l accuratezza perseguibile utilizzando il modello parametrico rigoroso e i metodi razionali per la correzione geometrica delle immagini: a tale scopo, sono stati analizzati e confrontati i risultati ottenuti nella fase di orientamento e in quella successiva di estrazione del modello digitale. Il cuore della ricerca sono stati l applicazione e il confronto di due procedure alternative volte ad ottenere come risultato finale il modello tridimensionale del terreno depurato dalla presenza degli edifici. A tale scopo è stato sperimentato l algoritmo di classificazione automatica di LPS-eATE, agente contestualmente alla fase di estrazione dell informazione altimetrica; i risultati ottenuti sono stati confrontati con quelli conseguiti tramite un approccio alternativo, basato sull e- e eleonora.bertacchini@unimore.it isabella.toschi@unimore.it riccardo.rivola@unimore.it cristina.castagnetti@unimore.it alessandro.capra@unimore.it Articolo ricevuto in redazione nel mese di Gennaio 2012 e accettato dopo revisione nel mese di Marzo

13 Eleonora Bertacchini, Isabella Toschi, Riccardo Rivola, Cristina Castagnetti, Alessandro Capra strazione del modello digitale a partire dalle immagini classificate con metodo object-oriented tramite il software ecognition Developer vs Entrambe le procedure testate hanno evidenziato potenzialità interessanti e ulteriormente migliorabili, soprattutto in relazione alla fase di interpolazione della nuvola di punti estratta a partire dalle immagini classificate con il secondo approccio. Abstract > The use of high resolution satellite images acquired in stereoscopic mode is now emerging as a useful tool for the generation of Digital Terrain Model (DTM) and Digital Surface Model (DSM). The challenge issued today concerns the ability to adequately meet the basic needs of many application areas, which require accurate tools for describing the morphology of the territory. The present work aims at analyzing and validating all the main steps that comprise the procedure for the extraction of digital elevation models from satellite images. The investigation has been carried out on an alongtrack panchromatic stereopair acquired over the Colli Albani area (Rome) by the DigitalGlobe s WorldView-1 satellite. The main goal of this research activity was to identify an approach that could combine the accuracy of the final metric product with the advantage of making it an adequate mean of description of the morphology of large portions of territory. For this reason, a DTM has been generated starting from the extraction of the DSM, through the classification and the consequent elimination of objects that do not belong to the ground. The first part of the investigation was designed to compare the accuracy achievable by using both the physically based and the Rational Polynomial models. For this purpose, the orientation, the image matching and the final DSM extraction have been performed with commercial software ERDAS Imagine Suite 2011, using the two different correction methodologies. The core of the research was the application and comparison of two alternative procedures aimed at achieving as a final output the three dimensional model of the area without the presence of buildings. For this purpose, the LPS-eATE algorithm of automatic classification during the digital model extraction was tested, and the results were compared with those achieved using an alternative approach, based on the extraction of the digital model from images classified with the object-oriented method of ecognition Developer software. Both procedures showed interesting and further improvable potential, especially concerning the phase of interpolation of the point cloud extracted from images classified with the second approach. Bollettino SIFET 2/2012

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15 Applicazione delle coordinate rettilinee nelle opere di ingegneria con l utilizzo dei grigliati di trasformazione cartografica ntv2 Gabriele GARNERO a a Università degli Studi di Torino DEIAFA V. Leonardo da Vinci, Grugliasco (TO) e gabriele.garnero@unito.it Keywords > NTv2, Coordinate rettilinee, Grigliati di trasformazione. Riassunto > Il metodo dei grigliati in formato NTv2 usa files binari per realizzare trasformazioni di coordinate planimetriche da un sistema di riferimento geodetico ad un altro. L algoritmo implementato nel metodo NTv2 è basato su una struttura geometrica costituita da griglie regolari: per i punti disposti in corrispondenza dei vertici di ciascuna maglia devono essere note le coordinate in entrambi i sistemi di riferimento tra i quali si vuole effettuare la conversione e, per differenza, è quindi possibile ottenere le funzioni di trasformazione, espresse sotto forma di scostamenti (shift) in secondi sessadecimali. In sostanza un file in formato NTv2 è costituito da una serie di matrici regolari di punti che contengono le differenze puntuali fra le coordinate planimetriche di due sistemi: ciascun file, dopo la parte iniziale che riporta le informazioni di carattere generale, contiene le descrizioni di una o più sottogriglie, ciascuna delle quali è seguita da un elenco di differenze di coordinate relative ai nodi di una maglia geografica con passo regolare. Tale metodologia, inizialmente sviluppata dal Geodetic Survey Division canadese per la trasformazione tra coordinate NAD27 e NAD83 in uso nello Stato, è oggi riconosciuta da gran parte dei software GIS sia commerciali (ArcGIS, MapInfo) che Open Source (Proj4, gvsig, QuantumGIS, ), e viene adottata ordinariamente per trasposizioni tra formati geografici in qualche modo standard, riferiti cioè a sistemi di coordinate codificati ed estesi a porzioni significative di territorio. L applicazione oggetto della presente memoria è una metodologia che consente di operare le trasformazioni al volo per il passaggio di coordinate rettilinee (coordinate isometriche generalmente utilizzate nelle opere di ingegneria, perché mantengono le informazioni direttamente misurabili sulla superficie terrestre) nelle coordinate dei sistemi cartografici in uso nei contesti di riferimento e viceversa. In questo modo, le trasformazioni tra i due sistemi possono essere realizzate in modo del tutto trasparente, evitando quindi le necessità di conversioni di tipo batch e le conseguenti duplicazioni degli archivi. Articolo ricevuto in redazione nel mese di Novembre 2011 e accettato dopo revisione nel mese di Gennaio

16 Gabriele GARNERO Abstract > The method of NTv2 format Grids uses binary files to create planimetric coordinates transformation from a geodetic reference system to another. The algorithm implemented in NTv2 method is based on a geometric structure consisting of regular grids: for points placed at grid vertices coordinates in both reference systems should be known, and is then possible to compute the transformation functions, by difference, expressed as a deviation (shift) in sexadecimal seconds. This standard methodology, recognized by most GIS softwares, both commercial (ArcGIS, MapInfo) and Open Source (Proj4, gvsig, QGIS,...), is routinely taken for transpositions between geographic formats somewhat standard, thus referred to coded reference systems and extended to significant portions of land. The application object of this paper is a methodology that allows to carry out on the fly transformations for the conversion of rectilinear coordinates (isometric coordinates generally used in engineering works, because they keep data directly measurable on Earth s surface) in cartographic coordinate systems used in reference contexts and vice versa. In this way, the transformations between the two systems can be implemented in a completely transparent way, thus avoiding the need for batch conversions and the resulting records duplication. Bollettino SIFET 2/2012

17 Finito di stampare nel mese di luglio 2012 presso le Arti Grafiche Pisano, Cagliari