Il mondo scientifico ed accademico nella formazione dei tecnici del rilievo e della rappresentazione della terra

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1 Il mondo scientifico ed accademico nella formazione dei tecnici del rilievo e della rappresentazione della terra Alessandro Capra Dipartimento di Ingegneria Enzo Ferrari Laboratorio di Geomatica - UNIMORE Congresso Nazionale CNG e GL Rimini, 13 Aprile 2013

2 Formazione del Tecnico del Rilievo e Rappresentazione = Tecnico Geomatico Solida preparazione di Base: Principi Geodesia Topografia Teoria degli Errori Rilievo Planimetrico Rilievo Altimetrico Rilievo tridimensionale ( GPS, Laser scanner, LIDAR) Rilievi catastali Fotogrammetria Nozioni di Telerilevamento Cartografia- GIS - WEB gis

3 Nuove Competenze GPS/GNSS reti - servizi - sistema di riferimento Laser scanner Rilievi 3D alta risoluzione Mobile mapping systems Rilievi da aereo- Droni Nuove Applicazioni Rilievi Beni Culturali Monitoraggio strutturale ed ambientale Rilievi Speciali (Cantieristica, movimento terra, agricoltura di precisione, sotterranei, ambienti sommersi )

4 RETI GPS/GNSS SCOPI: Geodetici (inquadramento reti in UN UNICO sistema di riferimento) Geodinamici e geofisici (monitoraggio deformazioni) Servizi di posizionamento o modalità o o o alcune applicazioni o o o o o o soggetti interessatio o o Posizionamento differenziale DGPS; Posizionamento relativo statico o statico-rapido; Posizionamento relativo RTK o Inquadramento NRTK; plano-altimetrico; Aggiornamento catastale; Monitoraggio di deformazioni; Creazione e aggiornamento GIS; Mobile Mapping System; Amministrazioni Pubbliche; Gestori di reti di infrastrutture; Gestori di reti di trasporto;

5 Definizioni, scopi e classificazioni MONUMENTAZIONE: opilastro in calcestruzzo armato (concrete pillar); opilastro in acciaio inox (metallic pillar); otripode metallico ancorato (tripod); otraliccio (steel mast).

6 Definizioni, scopi e classificazioni nazionale COPERTURA: inter-regionale regionale pubblica e gratuita EROGAZIONE DATI: a pagamento

7 Rete - Soluzione RDN 7

8 Reti GNSS pubbliche e private: finalità e vantaggi Soluzione RDN: Sistema di riferimento geodetico nazionale (G.U.n.48 del 27/02/2012) RETI GNSS pubbliche ad accesso libero: servizio di posizionamento e navigazione per utente pubblico e privato; pubblica utilità, sicurezza, scopi scientifici e di ricerca,... RETI GNSS pubbliche a pagamento: servizio di posizionamento e navigazione con copertura dei costi di esercizio RETI GNSS private: vantaggi (?) rendita economica Reti GNSS finanziate e gestite da aziende del setttore : vantaggi indiretti in pubblicità, presenza sul territorio, vendita strumentazione GNSS soluzione nazionale: RETE GNSS a pagamento con accesso libero per servizio pubblico: coprire costi servizio posizionamento e navgazione

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11 La rete IGS International GNSS Service 439 stazioni (marzo 2012) gestite da enti diversi e con diversa monumentazione; dati grezzi distribuiti gratuitamente via FTP, in file RINEX con frequenza di acquisizione di 30 secondi; stima e monitoraggio del sistema di riferimento globale IGS05; stima delle orbite e calibrazione degli orologi del segmento spaziale; distribuzione di informazioni su ionosfera e troposfera; densificazione del sistema ITRF a scala regionale; definizione degli standard generali per la realizzazione delle Stazioni Permanenti.

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13 Useful methodologies in slow and very slow landslide monitoring: a) total station; b) GNSS (Global Navigation Satellite System) antenna; c) UA (Unmanned Aerial Vehicle); d) TLS (Terrestrial Laser Scanning); e) multi sensor real time monitoring; f) radar satellite providing data for interferometric-based analyses.

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21 Il laser scanning per rilievo ed analisi delle strutture Approccio tradizionale (architettonico): Modellazione 3D Attenzione agli elementi architettonici Restituzione e navigazione virtuale Approccio metodologico ( ingegneristico ): Nuvola di punti 3D Analisi geometrica della struttura Attenzione agli elementi costitutivi Valutazione pendenza e stabilità Analisi delle deformazioni nella struttura

22 DATA PROCESSING POINTS CLOUDS REGISTRATION 3D points digital models after registration and clouds cleaning (Ghirlandina Tower on the left, Asinelli Tower on the right) 22

23 88.82 m Torre Ghirlandina (MO) Determinazione altezza della Torre: caposaldo di livellazione rilevato dal modello laser scanner che permette la determinazione della quota assoluta. H Torre: 88,82 m DUOMO

24 Variations of axis inclination Torre Ghirlandina The reconstruction resolution of the barycentric axis could be increased through the definition of an increasing number of horizontal slices. Horizontal sections Horizontal projection of barycenters of section made every 10 m from 15 m height to the top Axis inclination is due to intervention made during the construction (vertical correction) at about 40 m height and to subsidence effects. Height 15m 0.68 m 1.08 m 85m

25 Torre degli Asinelli Bologna, Italy Vertical axis analysis was made creating sections every 5 m. The axis trajectory shown a significant deviation of the structure: in west direction with an overhang of the top of 238 cm was measured (while in north-south direction was of about 4 cm), A measurement made in 1912 (Cavani) showed an overhang of 225 cm: it means that in one century an average variation in overhang of 1,3 mm per year has been observed. m Prof. Ing. Alessandro Capra

26 Torre degli Asinelli (BO) Analisi dello strapiombo in funzione delle differenti fasi costruttive della struttura. Rappresentazione in modalità silhouette in falsi colori del rilievo laser scanner H Torre: 97,38 m ( dalla pavimentazione di ingresso all intradosso della sfera sommitale) ( Cavani: 97,20 m punto più alto del torresino di sommità) Prof. Ing. Alessandro Capra

27 Summary of Geometrical characteristics TORRE DEGLI ASINELLI TORRE GHIRLANDINA TORRE DELLA SAGRA Height maximum value Overhang Direction Average inclination of barycentric axis 97,38 m 2,38 m West 1,51 88,82 m 1,54 m South-West 1,04 48,51 m 0,71 m North 0,84

28 DUOMO DI MODENA

29 Duomo di Modena (MO) Vista dall alto del modello 3D completo e indicazione della posizione dei profili murari analizzati N

30 Duomo di Modena (MO) 1,14 Analisi dei profili murari Profilo n 2 Inclinazione di 1,14 verso l esterno-nord Spessore muro a metà altezza di 113 cm Spessore muro in corrispondenza nicchia 54 cm 0,60 Profilo n 8 Inclinazione di 1,25 verso Nord, cioè verso l interno della parete ; 0,6 nella parte sommitale Spessore muro nella parte centrale 118 cm, 103 cm nella parte sommitale 1,25

31 Duomo di Modena (MO) Pilastri interni N

32 Duomo di Modena (MO) Analisi sbandamento lato Nord nel piano di parete

33 Duomo di Modena (MO) Pianta riepilogativa della direzione dello strapiombo della struttura esterna del Duomo N

34 Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia DIMeC - Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Civile Rilievo e restituzione 3D dell apparato scultoreo decorativo della Torre Ghirlandina tramite strumentazione Laser Scanner

35 Rilievo LS: lo strumento utilizzato Laser Scanner Romer Infinite 2.0 con braccio articolato a 7 assi

36 Elaborazione dei dati acquisiti Filtraggio automatico e manuale delle nuvole di punti; Raffinamento del reciproco allineamento mediante algoritmo ICP; Trattamento delle zone di sovrapposizione (eliminazione del rumore); Modellazione 3D a superfici con generazione di Mesh triangolari; Editing e post-elaborazione delle Mesh (eliminazione dei difetti, chiusura dei buchi, smoothing della superficie, verifica delle normali )

37 Esempio di un capitello del quinto ordine Modellazione 3D a superfici

38 Esempio di un protomo della terza cornice Modellazione 3D a superfici

39 Esempio di un protomo della quinta cornice Modellazione 3D a superfici

40 Esempio di un angolare della terza cornice Modellazione 3D a superfici

41 Acquisizione Dati Aerei Acquisizione aereofotogrammetrica classica. Camera fotogrammetrica. Sovrapposizione 60% e 15%. Prese nadirali Acquisizione aereofotogrammetrica mediante drone. Camera non fotogrammetrica (calibrazione). Sovrapposizione 80% e 30%. Prese pseudo-nadirali e/o inclinate. Problemi: payload, stabilizzazione biassiale della camera, mantenimento quota relativa, sincronizzazione camera con GPS per coord. centro di presa, autonomia di volo, interferenze radio

42 Acquisizione PFA Acquisizione dati GNSS Processamento dati

43 Processo fotogrammetrico Fotogrammetria classica Computer Vision e algoritmi Structure From Motion

44 Attività Formativa Universitaria Collaborazione in Corsi Aggiornamento Professionale tra Istituto Tecnico ed Università Corsi Universitari : Laurea e Laurea Magistrale Master di I livello: estremamente professionalizzanti Master e Corsi di specializzazione in collaborazione con CNG, IGMI,AdT, Ditte Scuole Internazionali - Esempio Scuola Internazionale FIG-CNG 44

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