Il gis nelle indagini del territorio: Ricostruzione tridimensionale del sottosuolo

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1 Il gis nelle indagini del territorio: Ricostruzione tridimensionale del sottosuolo A. Genito, L. Donate Blázquez, U. Malvone, Strago S.p.a. Abstract. This work has been realised using the data provided by a genognostic investigation to create a geodatabase in ESRI Arc-View 9.2 format, in order to represent the subsoil on a three-dimensional scale. The purposes of this geodatabase are to set up: a) a dtm in raster grid format, which was used to define one metre step contour line; b) dtm in tin format that represents the litologic surfaces; c) litologic volumetric beds. Moreover, Google Sketcuhp technology allowed us to obtain a detailed graphical characterization and to attain a quantitative analysis. Keywords: GIS 3d sottosuolo ricostruzione tridimensionale geodatabase arc-gis google sketcuhp interoperabilità 1. Introduzione Il presente lavoro ha lo scopo di realizzare una ricostruzione tridimensionale del sottosuolo partendo da dati provenienti dall esecuzione di sondaggi geognostici e scavi a supporto delle indagini archeologiche realizzate dalla Strago S.p.a. per conto della Metro B1. Utilizzando il software Arc-View della suite Arc-Gis 9.2 è stata sviluppata una struttura di banca dati in formato ESRI Geodatabase attraverso la quale sono stati realizzati i modelli digitali del terreno della superficie topografica e delle superfici di contatto tra le litologie riscontrate nel sottosuolo. Attraverso le superfici, utilizzando operazioni di estrusione, sono stati generati i volumi relativi alle litologie presenti nel sottosuolo. 1

2 2 Gis e sottosuolo Di seguito è illustrata la struttura di banca dati realizzata per la generazione dei modelli digitali del terreno e delle volumetrie (fig. 1). Fig. 1 - Struttura del geodatabase Sottosuolo All interno della Fetature Dataset Elementi Quotati sono state create le Feature Class Quote contenente i punti di un rilevo GPS di 151 punti; e la Feature Class Carotaggi contenente i punti in cui sono stati eseguiti i carotaggi. Nella Feature Dataset Elementi Cartografici è stata creata la Feature Class Cartografia contenente alcuni elementi topografici della zona oggetto di studio provenienti da una cartografia vettoriale in scala 1:1000 fornita dalla committente. La Feature Dataset Stratificazione è stata creata per poter memorizzare al suo interno le Feature Class delle volumetrie la cui creazione sarà trattata in seguito. Di seguito è illustrata la struttura delle Feature Dataset e delle Feature Class contenute al loro interno (fig. 2).

3 Gis e sottosuolo 3 Fig. 2 Struttra delle Feature Dataset 3. Creazione delle superfici e dei volumi Utilizzando gli strumenti di analisi spaziali propri della Tool Box di Arc-View 9.2, applicati agli elementi descritti fino ad ora si è passati alla fase di creazione dei modelli digitali del terreno e delle volumetrie (fig. 3). Fig. 3 Creazione delle superfici e dei volumi

4 4 Gis e sottosuolo Utilizzando la Feature Class dei punti quotati e quella degli elementi cartografici, utilizzando la funzione Topo to Raster (appartenente al toolset Raster Interpolation dell estensione 3d Analyst), è stato realizzato un modello digitale del terreno in formato grid. La funzione Contour (appartenente al toolset Rasetr Surface dell estenzione 3d Analyst), ha permesso di ottenere una ricostruzione delle curve di livello con equidistanza ogni metro. Attraverso la Feature Class contenente i sondaggi, sono state ricostruite alcune superfici in formato tin dei contatti stratigrafici delle litologie riscontrate. Ciò è stato realizzato interpolando le superfici con la funzione Create Tin (dell estenzione 3d Analyst) applicata ai punti della Feature Class Carotaggi e utilizzando come valori di elevazione, le quote delle litologie riscontrate nelle stratigrafie, contenute nella tabella di attributi della medesima Feature Class. Usando un'unica Feature Class come dato di input e sfruttando la molteplicità del contenuto informativo, quindi le diverse altezze stratigrafiche, sono state generate le superfici di contatto tra le principali formazioni geologiche (fig. 4). Fig. 4 Tin delle superfici di contatto

5 Gis e sottosuolo 5 La scelta di utilizzare il formato vettoriale tin per riprodurre le superfici di contatto tra le litologie, è stata resa tale dalla necessità di applicare gli strumenti di estrusione per la creazione delle volumetrie, opportunità non realizzabile con il formato raster grid. Applicando la funzione di Extrude Between (appartenente al toolset Tin Surface dell estensione 3d Analyst) alle superfici in formato tin, sono stati realizzati i volumi delle litologie memorizzati in formato Multi Patch. Tramite il software Arc-Scene è stato possibile realizzare una rappresentazione tridimensionale del sottosuolo utilizzando le feature finora descritte e produrre delle visioni dettagliate dei contatti stratigrafici e quindi una ricostruzione dell andamento litologico del sottosuolo alle diverse profondità riscontrate dai dati dei sondaggi. Per meglio osservare i contatti e le litologie rappresentate è stato applicato un leggero offset tra i volumi per poter entrare nel dettaglio dei contatti e poter evidenziare corpi lentiformi come materiali di riporto oppure sottili livelli di paleo-suolo (fig. 5). Fig. 5 Visualizzazione tridimensionale delle volumetrie (tra i volumi è stato applicato un leggero offset)

6 6 Gis e sottosuolo 4. Interoperabilità e analisi Sfruttando l interoperabilità dei prodotti ESRI sono state esportate le feature descritte in formato Google Sketcuhp. Tale tecnologia ha permesso una caratterizzazione grafica tridimensionale molto dettagliata permettendo innanzitutto di integrare il modello tridimensionale con la rappresentazione di una galleria artificiale intercettata da 3 sondaggi (figure 6a e 6b). Fig. 6a Ricostruzione 3d in formato Google Sketcuhp Fig. 6b Dettaglio dell interno della galleria Questa tecnologia offre inoltre un valido strumento di analisi, rappresentato da superfici di taglio orientabili in qualsiasi direzione, con i quali è possibile realizzare delle sezioni, in corrispondenza delle quali effettuare misure delle superfici, delle distanze, e delle volumetrie (figure 7a e 7b).

7 Gis e sottosuolo 7 Fig. 7a Creazione dei piani di taglio Fig. 7b Sezione lungo uno dei piani 5. Conclusioni La metodologia di lavoro illustrata si presta in maniera efficiente ad una ricostruzione dettagliata del sottosuolo e offre uno scenario di analisi quantitativa utile in fase progettuale per la realizzazione delle opere in sottosuolo. Si tratta di una metodologia che affianca ai rilievi topografici e alle indagini geognostiche, i vantaggi dei Sistemi Informativi Territoriali utilizzando funzionalità di analisi spaziale, di archiviazione in strutture di database geografici (geodatabase), e di rappresentazione nelle 3 dimensioni. Si è inoltre tratto vantaggio dalla interoperabilità dei prodotti ESRI usando tecnologie di altre piattaforme per arricchire la ricostruzione tridimensionale con strumenti di calcolo e di analisi. Bibliografia Dainelli, N., Bonechi, F., Spagnolo, M., Canessa, A. (2008) Cartografia Numerica. Palermo Migani, M., Salerno, G. (2009) Manuale ArcGIS. Palermo Graci, G., Pileri, P., Seddazzari, M. (2009) GIS e ambiente. Palermo