IL LASER SCANNER E IL TERRITORIO: applicazioni, metodologie operative, potenzialità del rilevamento con laser-scanner terrestre

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1 INN.TEC. srl Consorzio per l Innovazione Tecnologica Università degli Studi di Brescia IL LASER SCANNER E IL TERRITORIO: applicazioni, metodologie operative, potenzialità del rilevamento con laser-scanner terrestre Con il patrocinio di: ARPA Comitato Ev-K 2 -CNR Ordine dei Geologi della Lombardia Regione Lombardia Con il contributo di:

2 Problemi di georeferenziazione, calcoli volumetrici, rappresentazione ed integrazione del rilevamento con le tecniche GPS e classiche. Esempi tratti da applicazioni glaciologiche d alta quota Massimo Gelmini Università degli Studi di Brescia Gexcel

3 Appoggio topografico Integrazione con tecniche tradizionali Rappresentazione Calcoli volumetrici

4 Laser Vs Rilievo tradizionale Acquisizione laser sistema reflectorless intensità del segnale di ritorno dipendente dall oggetto spettro elettromagnetico nel visibile e oltre indipendenza dalla luminosità Acquisizione tradizionale (stazione totale) uso di riflettori misura puntuale, nessuna informazione di radianza applicazione nel campo visibile dipendente dalle condizioni di luminosità

5 Laser Vs Fotogrammetria Tessitura dell oggetto Condizioni di luce LASER Non necessaria Ininfluenti FOTOGRAMMETRIA Necessaria per alcune applicazioni Influenti Acquisizione Pre-elaborazione Triangolazione Rendering Sequenziale Integrazione diretta delle scansioni Direttamente dai dati 3D Quasi-immagine Istantanea Orientamento complesso Solo dopo operazione di matching Immagine reale Mapping Impegnativo Impegnativo Peso Considerevole Modesto Costo Elevato Non elevato

6 Registrazione delle scansioni/1 Impiego di target artificiali o elementi riconoscibili per georeferenziazione diretta delle scansioni [1] o allineamento + georeferenziazione della nuvola complessiva [2 e 3] 1) Introduzione di una o più scansioni in un unico sistema di riferimento esterno 2) Unione di più scansioni in un unico sistema di riferimento 3) Registrazione di un intero blocco di scansioni allineate automaticamente o semi-automaticamente

7 Registrazione delle scansioni/2 1) ogni scansione viene indipendentemente rototraslata nel sistema di riferimento esterno minimo 3 target per ogni scansione da usare come punti di controllo per la geo-referenziazione non sono necessari punti comuni tra le scansioni

8 Registrazione delle scansioni/3 2) più scansioni, necessariamente sovrapposte, vengono allineate in un sistema di riferimento arbitrario minimo 3 target usati come punti comuni nella zona di sovrapposizione 3 1 2

9 Registrazione delle scansioni/4 3) più scansioni, necessariamente sovrapposte, vengono allineate senza l impiego di target minimo 3 target presenti nel blocco consentono la georeferenziazione del modello 1 3 2

10 Registrazione delle scansioni/5 Target artificiali diverse tipologie costruttive al variare di forma, dimensione e materiale target direzionale piano target multidirezionale (cilindrico, sferico, su supporto rotante) Offset possibilità di riconoscimento automatico dal software di gestione del sensore misurabilità con strumentazione tradizionale o GPS

11 Registrazione delle scansioni/6 In campagna: corretto posizionamento dei target per misurazione topografica e acquisizione laser realizzazione di una rete topografica o collegamento ad una rete pre-esistente stesura di monografie per i vertici di controllo occupati dai target (a seconda della modalità di elaborazione) scansione preliminare globale e/o di dettaglio su ogni target, eventualmente eseguita due volte, prima e dopo la scansione principale 3D False Color View Range image Intensity image

12 Registrazione delle scansioni/7 In fase di elaborazione: registrazione all interno del software di elaborazione pre-registrazione con il software di gestione del rilievo laser determinazione dei parametri SOP da abbinare ad ogni scansione Misurazione semi-automatica delle coordinate del centro di ogni target nel sistema scanner Assegnazione delle coordinate assolute ad ogni target Determinazione dei parametri di rototraslazione SOP nel sistema georiferito

13 Integrazione con tecniche tradizionali/1 Esigenze: geo-referenziazione completamento del modello dell oggetto in zone d ombra aumento di precisione metrica o colorimetrica esportazione del risultato per rappresentazione con metodi tradizionali Fasi operative: scelta preliminare di tipologia e formato del dato da estrarre selezione delle zone più adatte ad essere rilevate con una data tecnica definizione di punti di appoggio comuni per integrazione integrazione dei prodotti e visualizzazione dei risultati

14 Integrazione con tecniche tradizionali/2 Stazione totale: poligonale + rilievo di dettaglio rete locale dopo inquadramento GPS georeferenziazione con misura diretta nel centro del target laser o mediante riflettore GPS: rilievo statico rilievo cinematico in tempo reale (RTK) rilievo cinematico in tempo reale supportato da una rete di stazioni permanenti (NRTK) georeferenziazione con impiego di sistemi integrati target + antenna GPS calibrati geometricamente

15 Integrazione con tecniche tradizionali/3 Integrazione laserscanning-fotogrammetria: modelllo geometrico texturizzato nelle zone d ombra acquisizione economica trattamento con software commerciale di modellazione fotografica Modello Laser Scanning completamento locale del modello laser texturizzato a media-bassa risoluzione con modello fotogrammetrico ad alta risoluzione Modello Fotogrammetrico Modello Integrato

16 Rappresentazione/1 Estrazione di dati selezionati per ambiente grafico: Definizione di piani Estrazione di sezioni singole o multiple da punti 3D o da mesh (Æ dxf) Estrazione automatica di linee di discontinuità (Æ dxf) Visualizzazione e disegno polilinee su viste 2D del modello Misura di distanze su range scan o sulla mesh Misura di superfici (sul modello triangolato) Creazione di viste ortografiche (Æ jpg) Estrazione di volumi 17,64 mt

17 Rappresentazione/2 Visualizzazione e manipolazione in ambiente grafico: Nuvola di Punti 3D Iniziale intensità in funzione della terna (x,y,z) Modello 3D CAD significativo Software di Modellizzazione CAD e Feature Fitting Decomposizione dell oggetto in forme geometriche (se presenti): processo manuale molto oneroso Strutturazione del point-set mediante processo di triangolazione ed esportazione di modello tridimensionale virtuale (VRML)

18 Rappresentazione/3 Esportazione dati 3D in ambiente grafico: modello VRML software modellazione 3D nuvole di punti o vertici di mesh in formato testo (X, Y, Z, ρ, RGB) software gestione dati laser software modellazione superficiale modellazione superficiale 2D ½ ottimizzazione subsampling per favorire la gestione dei dati nuvole di punti o vertici di modelli triangolati in formato.pct software trattamento nuvole 3D (Kubit PointCloud per AutoCad)

19 Applicazioni glaciologiche Ghiacciaio Dei Vitelli Changri Nup Glacier Lobuche Glacier Everest Ice Fall

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21 Conclusioni Acquisizione diretta, rapida e accurata di nuvole di punti 3D Adeguata integrabilità con tecniche tradizionali Auspicabile ottimizzazione delle operazioni di appoggio topografico Impegnativo il processo di trasferimento del 3D data set globale in ambiente grafico, ma avanzata l estrazione selettiva di dati geometrici e disponibile l interfaccia con ambiente CAD per la nuvola 3D Necessaria la standardizzazione di procedure di calcolo dei volumi e analisi temporale Applicazioni glaciologiche dimostrano l enorme potenzialità della tecnica laserscanning per impiego in ambito territoriale

22 Grazie