RILIEVO LASER SCANNER RILIEVO DEGLI EDIFICI STORICI AMBIENTE E TERRITORIO

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1 RILIEVO LASER SCANNER RILIEVO DEGLI EDIFICI STORICI AMBIENTE E TERRITORIO

2 Il laser a scansione terrestre opera in modalità totalmente automatica ed è in grado di acquisire centinaia o migliaia di punti al secondo. La distribuzione dei punti sull oggetto è funzione dei parametri della scansione (es. distanza sensoreoggetto, passo della griglia) e delle caratteristiche del movimento del sensore. Per ogni punto acquisito sono misurati un angolo orizzontale (azimutale), un angolo verticale (zenitale) ed una distanza inclinata. Per questo motivo spesso i sistemi a scansione laser terrestri sono considerati quali stazioni totali (motorizzate) ad elevata automazione. Esiste però una sostanziale differenza tra i rilevamenti topografici con stazione totale e le acquisizioni laser scanner. ( DSM ) della superficie dell oggetto Fase di acquisizione con laser scanner

3 Il risultato del rilevamento è una nuvola di punti molto densa ma con gli stessi distribuiti in modo casuale sull'oggetto. Il prodotto della ripresa è costituito da un insieme di punti di cui si conoscono le coordinate xyz e radiometrici, rgb tridimensionali ad elevata densità che consente la ricostruzione ( DSM ) della superficie dell oggetto Nuvole di punti 3d

4 La valutazione tipologica del costruito e la sua documentazione a fini conservativi e strettamente connessa alla conoscenza metrica e qualitativa degli elementi strutturali e degli apparati murari, con le loro caratteristiche morfologiche, dimensionali e meteriche, le tecniche costruttive utilizzate, le discontinuità e le simmetrie esistenti. Il processo di rilevamento, concretizza in modo globale questa esigenza di conoscenza spaziale attraverso la determinazione delle geometrie reali dell'opera, che originano dalle ipotesi di progetto, dalla fase di realizzazione, da cause accidentali sopravvenute durante la vita dell'opera. Le tecniche del rilevamento assumono pertanto un ruolo propedeutico in ogni progetto di intervento sull'edificato (conservazione, recupero), ruolo ancor più significativo oggi per le potenzialità tecnologiche disponibili. Solo con questi metodi, infatti, il rilievo dei monumenti può assumere un ruolo significativo nel contesto del processo di analisi del costruito, in quanto non si limita alla sola rappresentazione numerico - grafica bidimensionale ma contribuisce alla conoscenza complessiva e alla descrizione del manufatto tramite l acquisizione di dati numerici che ne consentono una attenta lettura. Per attenta lettura del monumento, attraverso l informazione fotogrammetrica, si intende l individuazione di eventuali patologie sofferte, come: l esatta definizione di fuori piombo e rotazioni delle strutture murarie; il quadro fessurativo; gli scollegamenti fra tipologie costruttive diverse; il degrado dei materiali.

5 Queste indagini sono importanti per controlli e verifiche di tipo statico e per il monitoraggio di patologie edilizie. Il rilievo così inteso rappresenta, dunque, un valido strumento di indagine non distruttiva, che permette l acquisizione di dati numerici e tematici e offre la possibilità di effettuare controlli istematici sui manufatti per lo stato di conservazione ai fini della stessa salvaguardia del monumento. Restituzione vettoriale tridimensionale di architetture con mappa delle patologie

6 Acquisizione dei dati La tecnologia del laser scanner consente di acquisire digitalmente oggetti tridimensionali di varie dimensioni sotto forma di nuvole di punti. La descrizione geometrica digitale dell'oggetto è discreta, quanto maggiore è la risoluzione impostata per l'acquisizione tanto più densa sarà la nuvola di punti e quindi il dettaglio della rappresentazione. Ciascun punto è definito da una posizione spaziale in coordinate x y z rispetto al punto di origine rappresentato dalla posizione dello scanner e, se lo scanner è in grado di rilevare anche la mappatura fotografica dell'oggetto (attraverso fotocamera digitale incorporata), il valore RGB, quindi il valore cromatico, del punto acquisito. Nuvola di punti con l'informazione radiometrica

7 Elaborazione dati Elaborazione delle nuvole di punti Le nuvole di punti provenienti dalle scansioni effettuate in sito per essere utilizzate andranno elaborate da vari processi di postprocessing. La prima operazione da effettuare dovrà essere quella di associare alle informazioni geometriche quelle di colore. Si procederà poi all unione delle nuvole di punti contigue scegliendo almeno tre coppie di punti in comune. Se già in fase di rilievo si sono acquisite le coordinate assolute dei target, si procederà direttamente alla georeferenzazione assoluta di ogni singola scansione. In questa fase si andrà ad effettuare anche lo sfoltimento della grande quantità di dati attraverso l eliminazione dei dati ridondanti. Nuvola di punti con l'informazione della riflettanza Nuvola di punti con l'informazione radiometrica RGB

8 Elaborazione dati Per integrare le informazioni di dettaglio, là dove occorra, ovvero per elementi più complessi presenti sui prospetti, come capitelli e statue, può essere necessario scattare dei fotogrammi che, legati alla nuvola di punti, possono dare informazioni geometriche più dettagliate. Fotogramma di un fregio nel paramento murario Modello digitale tridimensionale

9 Elaborazione dati Calcolo delle superfici tridimensionali - mesh Una volta conclusa la fase di allineamento delle scansioni sarà prodotta una mesh tridimensionale dell area rilevata impostando il grado di raffittimento dei triangoli che la compongono. Sarà eseguita poi, una decimazione, che consiste nella riduzione del modello a vari livelli di dettaglio in modo da renderlo utilizzabile in vari contesti di visualizzazione e fruizione. Mesh 3D per il calcolo di superfici, volumi e profili

10 Fasi di post-processamento dei dati Mire topografiche per la georeferenzazione delle nuvole di punti. Allineamento della scansione e registrazione Ciascuna scansione produce una nuvola di punti che descrive parzialmente l'oggetto, sia perchè il raggio laser emesso incide l'oggetto da una particolare angolazione (punto di vista) quindi le superfici nascoste resteranno occluse anche nell'acquisizione digitale, sia perchè il campo visivo dello scanner è limitato ad un determinato angolo (in genere ). Per questo motivo è necessario fare numerose scansioni per ottenere una copertura totale nell'acquisizione. Per poter allineare e ricomporre in una rappresentazione globale le nuvole di punti parziali ottenute da ciascuna scansione è necessario che le varie scansioni abbiano delle zone comuni di sovrapposizione (almeno un 30% circa) comprendenti punti facilmente riconoscibili dell'oggetto. In fase di allineamento (o registrazione) delle nuvole parziali sarà necessario indicare al software quali sono i punti comuni di aggancio su cui allineare correttamente le varie scansioni. Per lavorare con maggiore precisione si possono utilizzare delle "mire" o "target" di varie forme e dimensioni (sferiche, a disco piatto, ecc) che generalmente sono fornite con lo scanner, quindi fanno parte di un sistema proprietario che le riconosce e le classifica automaticamente, via software, non appena viene terminata ogni singola acquisizione. Un sistema di registrazione potenzialmente ancor più preciso prevede l'uso di dati topografici (rilevamento della posizione geografica, tramite stazione totale laser, di punti ben riconoscibile dell'oggetto o di target).

11 Applicazione delle textures al modello 3d. Con questo tipo di tecnologia l'informazione geometrica è molto più significativa e preziosa del mapping fotografico in quanto riproduce con estrema accuratezza e in tre dimensioni la topologia dell'oggetto. Inoltre il raggio laser ha diversi valori di riflettanza a seconda del tipo di materiale che incontra, questi diversi valori si traducono in una variazione del valore cromatico dei punti acquisiti. Grazie a questa proprietà se si imposta una visualizzazione in scala di grigio si otterrà una percezione della nuvola come se fosse effettivamente mappata con una texture fotorealistica in bianco e nero ad altissima risoluzione e la lettura interpretativa risulterà estremamente agevole e potenziata. La sovrapposizione è estremamente precisa fra geometria e mappatura fotografica, soprattutto nel caso in cui quest'ultima sia stata acquisita ad alta risoluzione e successivamente ortorettificata. In tal caso il valore cognitivo e rappresentativo del modello viene ulteriormente incrementato

12 Applicazione delle textures al modello 3d. Fotogramma Modello digitale 3D Ortofoto

13 Applicazione delle metodologie di rilievo ad edifici danneggiati da crolli Questa tecnica di rilievo, avendo precisioni elevatissime e, soprattutto, ricreando modelli tridimensionali in scala reale, è anche utilizzata per i rilievi di crolli di edifici al fine di documentare metriamente lo stato di fatto prima di rimaneggiare i luoghi.

14 FINALITA' PER GLI GLI EDIFICI PUBBLICI-STORICI-PRIVATI SUPPORTO ALLA PROGETTAZIONE E/O PROGETTAZIONE Gli elaborati prodotti sono utili alla successiva progettazione degli eventuali interventi di messa in sicurezza degli edifici o di adeguamento sismico e quant'altro possa essere necessario. I rilievi ed i risultati prodotti, inoltre, possono essere utili anche per esatti computi metrici che l'amministrazione, o il privato, deve prevedere per i successivi lavori. MONITORAGGIO I rilievi possono essere eseguiti anche nel tempo al fine di monitorare le strutture oggetto di verifica. I monitoraggi possono essere eseguiti con diverse tecniche di rilievo, da quelle topografiche a quelle strumentali.

15 FINALITA' PER IL TERRITORIO PER LA MITIGAZIONE DEL RISCHIO IDROGEOLOGICO COSTONI, VERSANTI IN FRANA, ALVEI, CAVITA', GROTTE ANTROPICHE SUPPORTO ALLA PROGETTAZIONE E/O PROGETTAZIONE Gli elaborati prodotti sono utili alla successiva progettazione degli eventuali interventi di messa in sicurezza e mitigazione del rischio dei versanti come barriere paramassi, reti, chiodature, ancoraggi... I rilievi ed i risultati prodotti, inoltre, possono essere utili anche per esatti computi metrici che l'amministrazione, o il privato, deve prevedere per i successivi linterventi. La stessa procedura è utilizzata per la progettazione degli interventi negli alvei e per il consolidamento di grotte e cavita'. MONITORAGGIO I rilievi possono essere eseguiti anche nel tempo al fine di monitorare gli ammassi rocciosi oggetto di verifica. I monitoraggi possono essere eseguiti con diverse tecniche di rilievo, da quelle topografiche a quelle strumentali.

16 Siamo disponobili ad incontrarvi per una migliore presentazione e chiarimenti Contatti: Geotec S.r.L. Via C.Collodi 5/b Matera Graze per l Attenzione

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