RILEVAMENTI LASER SCANNING
La tecnologia del laser 3D consente di acquisire digitalmente posizione e forma di oggetti secondo le tre dimensioni tramite un raggio laser generato ed inviato direttamente dallo strumento. Ciascun punto è individuato nella sua posizione spaziale secondo le coordinate x, y e z ed aventi come origine del sistema proprio la posizione dello scanner.
A questo si aggiunge un valore di riflettanza tipico a secondo dei materiali rilevati ed identificato da un parametro cromatico RGB, quest’ultimo acquisibile attraverso l’interazione di una fotocamera digitale incorporata allo strumento di rilevazione o anche esterna ad esso.
La tecnologia laser scanner permette di rilevare in modo indiretto e con estrema precisione e dettaglio le geometrie di strutture, oggetti, aree. Rispetto ad altre tecniche di rilievo, il laser scanner non ha carattere soggettivo, non vengono scelti soltanto alcuni punti caratteristici, ma tutto quanto risulti presente nel range d’azione del segnale inviato dallo strumento. Tutti i dati possono essere elaborabili e riutilizzabili anche a distanza di tempo. Le informazioni ottenute con il rilievo laser scanner sono inoltre giuridicamente affidabili e quindi presentabili anche in fase di dibattimento.
Il laser scanner può essere utilizzato in molti settori d'intervento:
Architettura - Archeologia e Beni culturali - Geologia e geomorfologia - Monitoraggio ambientale - Ingegneria e infrastrutture - Analisi delle superfici - Industria e Impiantistica - Ricostruzione scene investigative
Il prodotto derivante dalla scansione laser è la nuvola dei punti, l'insieme dei milioni di punti 3D misurati in un determinato ambiente. E' visualizzabile mediante software specifici e racchiude con se tutte le informazioni del rilievo. Permette la visualizzazione tridimensionale dell'area rilevata, le misurazioni di distanza tra i punti e la realizzazione di confronti tra modelli. L'elaborazione dei dati consente inoltre di estrarre ed elaborare con estrema precisione ed in qualsiasi punto e direzione, tavole 2D CAD (piante, prospetti, sezioni) fondamentali per le attività di analisi e progettazione. E' inoltre possibile la restituzione autonoma di ortofoto laser a partire dalla scansione tridimensionale.
Questa tecnica di rilievo è caratterizzata da numerosi punti di forza:
Estrema precisione - Rilievo di elementi inaccessibili - Velocità di acquisizione - Rilievo senza contatto - Affidabilità delle misure - Conservazione dello stato dei luoghi nel tempo - Affidabilità giuridica
| RILIEVI DI PRECISIONE E MODELLAZIONE TRIDIMENSIONALE |
| La descrizione geometrica dell’oggetto rilevato è discreta in quanto relazionata alla parametratura di risoluzione impostata per l’acquisizione dei dati, a cui corrisponderà un grado di dettaglio nella rappresentazione grafica. Rispetto ad altre tecniche di rilievo, la presente non ha carattere soggettivo, non vengono cioè prescelti soltanto alcuni punti caratteristici dell’oggetto da rilevare, ma oggettivo riferendosi quindi a tutto quanto risulti presente nel range d’azione del segnale inviato dallo strumento laser scanner 3D. Questa applicazione si rivela particolarmente adatta per il rilievo e la rappresentazione spaziale di manufatti particolarmente complessi o situazioni altrimenti difficilmente documentabili, in ragione della loro complessità o estrema irregolarità, difficilmente raggiungibili o addirittura inaccessibili nonché particolarmente fragili o sensibili al contatto. |
Ciascuna scansione produce una nuvola di punti che descrive parzialmente l’oggetto. Come ogni proiezione luminosa, il segnale laser colpisce la superficie da rilevare secondo l’angolo dettato dal punto di vista, creando come effetto immediato le inevitabili zone d’ombra. Per una opportuna e completa rappresentazione dell’oggetto si dovrà quindi procedere alla pianificazione delle diverse scansioni, operate secondo angolature che consentano una adeguata sovrapposizione delle diverse immagini ottenute. Le registrazioni così prodotte sono riferite ad una rete di target fortemente riflettenti e posizionati strategicamente sulla superficie dell’oggetto in osservazione. Qualora la particolare conformazione del sito non consenta il posizionamento di un numero sufficiente di target, i riferimenti ripiegheranno su punti caratteristici naturali quali spigoli, punte, fessure, buchi e qualsiasi altro elemento fisso possa essere presente entro l’ambito di interesse.
Tali riferimenti vengono a loro volta ancorati, attraverso un classico rilievo topografico di precisione, alla rete di inquadramento che premetterà di assegnare a ciascun target le coordinate riferite al sistema prescelto. Da quanto detto si desume che, per l’applicazione del sistema di rilevamento laser scanner 3D, si rende necessaria l’applicazione del metodo di rilevamento di tipo tradizionale a mezzo della stazione totale, necessaria per l’individuazione topografica dei target, nonchè di un rilievo satellitare Gps che ne consenta l’inquadramento cartografico.
Il modello tridimensionale ottenuto consente di: 1. ottenere in automatico da qualsiasi piano di sezione e di proiezione, gli elaborati tradizionali, piante, prospetti ed innumerevoli sezioni, assonometrie e prospettive; 2. redigere fotopiani digitali applicando la documentazione fotografica direttamente sul modello, con una resa grafica eccellente; 3. elaborare il modello matematico per la costruzione della mesh o l’applicazione della texture al modello, fino alla navigazione virtuale; 4. simulare interventi, modifiche, variazione di luce e colori; 5. analizzare lo stato di conservazione e degrado dei materiali.
STATO DELL'ARTE
Il Laser Scanning è una tecnologia che si sta affermando sempre più per il rilievo di oggetti complessi e in particolare per la documentazione dei beni culturali e ambientali. L’elevata quantità di dati acquisiti in breve tempo consente di eseguire il rilievo geometrico degli oggetti con un ragguardevole livello di dettaglio e completezza. Il risultato di uno scanning è un insieme numerosissimo di punti (chiamato “nuvola di punti”) distribuiti sull’oggetto da rilevare, in funzione del grado di dettaglio che si vuole raggiungere. La finalità è quella di creare un modello digitale tridimensionale più vicino possibile alla realtà dell’oggetto scansionato, per condurre studi progettuali e/o di restauro e conservazione.
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Topografia e Territorio
In ambito territoriale il laser scanner, con l’interfacciamento GPS, permette una veloce georeferenzazione del rilievo 3D . Consente di rilevare in tempi velocissimi, una quantità di dati notevole con altissimo dettaglio che potranno essere utilizzati per il calcolo di sezioni, curve di livello e volumetrie. Il sistema di rilevamento permette di raggiungere anche zone inaccessibili.
Lo scanner ha la capacità di acquisire una elevata quantità di dati (nuvola di punti), dai quali è possibile ricostruire la geometria dell’oggetto rilevato. In ambito topografico lo strumento permette di scansionare anche zone inaccessibili con un dettaglio molto elevato, Il risultato finale è ottenere un perfetto modello tridimensionale della superficie (DTM / DEM / DSM), in modo che questo possa essere gestito da terze parti per lo studio progettuale.
Per questo motivo il laser scanner trova maggior applicazione nel rilevamento di cave, miniere, discariche, tunnel, strade, ponti, viadotti e dighe.
La post-elaborazione dei dati offre inoltre la possibilità di ricavare: 1. la nuvola dei punti colorata 3D (ogni punto viene colorato con il dato RGB del pixel dell’immagine digitale); 2. la mesh texturizzata (la nuvola dei punti viene triangolata per formare una superficie alla quale viene applicata l’immagine digitale georeferenziata); 3. le curve di livello; 4. le sezioni e i profili; 5. il modello tridimensionale (con il quale è possibile interagire con i più comuni Cad in commercio per documentare superfici, volumi, sezioni, ecc.).
In siti come miniere, cave e discariche, nel corso di più campagne di rilievo, è possibile anche determinare i volumi di scavo e/o di riporto di materiale, con un maggiore dettaglio rispetto alle metodologie tradizionali di rilievo. Inoltre, data la precisione e la notevole mole di dati acquisiti, è possibile analizzare eventuali assestamenti dei materiali scansionati, siano essi materiali inerti, rifiuti accumulati o semplice terreno vegetale. Infine è possibile generare modelli virtuali, anche animati, utili per valutare gli impatti ambientali del sito rilevato e/o dell’opera di progetto.
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Geologia e Monitoraggio
In Geologia il laser scanner permette la creazione di DEM (Digital Elevation Model) con elevato dettaglio per la verifica, anche in condizioni di emergenza, della stabilità dei versanti e calcolo caduta massi. L’interfacciamento con il GPS consente una georeferenzazione veloce ed automatica e il sistema di misurazione consente di raggiungere anche zone non accessibili.
- Monitoraggio di movimenti franosi
- Identificazione delle strutture tettoniche maggiori
- Riconoscimento discontinuità e caratterizzazione geomeccanica dell’ ammasso roccioso.
Lo scanner ha la capacità di acquisire una elevata quantità di dati (nuvola di punti), dai quali è possibile ricostruire la geometria dell’oggetto rilevato.Nelle indagini geologiche lo scanner si rivela molto utile per il monitoraggio di movimenti franosi, per la verifica di stabilità di versanti (anche in forte pendenza), per l’individuazione di macrofratture, per l’identificazione delle strutture tettoniche maggiori e per il riconoscimento della discontinuita con la caratterizzazione geomeccanica dell’ammasso roccioso. Quest’ultimo è reso possibile grazie al valore di riflettanza che acquisisce lo scanner per ogni impulso laser emesso. La riflettanza infatti è la quantità di luce incidente che una data superficie è in grado di riflettere, quindi il suo valore è strettamente correlato alle caratteristiche del materiale colpito dall’impulso laser.
La post-elaborazione dei dati offre inoltre la possibilità di ricavare: 1.la nuvola dei punti colorata 3D (ogni punto viene colorato con il dato RGB del pixel dell’immagine digitale); 2. la mesh texturizzata (la nuvola dei punti viene triangolata per formare una superficie alla quale viene applicata l’immagine digitale georeferenziata); 3. le curve di livello; 4. le sezioni e i profili; 5. il modello tridimensionale (con il quale è possibile interagire con i più comuni Cad in commercio per documentare superfici, volumi, sezioni, ecc.).
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Architettura
Il laser scanner associa in automatico immagini ad alta risoluzione alle nuvole di punti che rappresentano la geometria 3D delle architetture. In questo modo i dettagli vengono definiti in modo più accurato e si possono generare più facilmente mesh texturizzate come anche sezioni , prospetti ed Ortofoto utilizzando i Cad più comuni. Ad ogni impulso laser viene associato il valore RGB dell’ immagine digitale, che ci permette di riconoscere più facilmente le geometrie dell’oggetto scansionato durante le operazioni di modellazione e soprattutto di documentare eventuali fessurazioni, spaccature e degradi.
Lo scanner ha la capacità di acquisire una elevata quantità di dati, permettendo di rilevare qualsiasi oggetto architettonico con una maglia quadrata di punti fino ad una risoluzione di 6mm x 6mm, dalla quale è possibile ricostruire la perfetta geometria dell’oggetto rilevato.
La tecnologia applicata a questa disciplina consente di ottenere una banca dati tridimensionale che consente di preservare e/o restaurare il bene architettonico scansionato, documentandone tutti i dettagli che lo caratterizzano.
In fase di post-elaborazione dei dati, è possibile ricavare: 1. la nuvola dei punti colorata 3D (ogni punto viene colorato con il dato RGB del pixel dell’immagine digitale); 2. la mesh texturizzata (la nuvola dei punti viene triangolata per formare una superficie alla quale viene applicata l’immagine digitale georeferenziata); 3. le ortofoto 2D e 3D (che successivamente possono essere vettorializzate per estrapolarne i prospetti); 4. il modello tridimensionale (con il quale è possibile interagire con i più comuni Cad in commercio per documentare superfici, volumi, sezioni, prospetti, ecc.).
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Archeologia
Il laser scanner è lo strumento che permette di rilevare nel modo più veloce e definito possibile le aree di scavo, anche con immagini ad alta risoluzione georeferenziate, al fine di non fermare le operazioni stesse per lungo tempo . Si possono realizzare misure in campo subito dopo la scansione e realizzare ortofoto e modelli tridimensionali.
Il laser scanner è lo strumento che permette di rilevare nel modo più veloce e definito possibile le aree di scavo, anche con immagini ad alta risoluzione georeferenziate, al fine di non fermare le operazioni stesse per lungo tempo . Si possono realizzare misure in campo subito dopo la scansione e realizzare ortofoto e modelli tridimensionali.
La tecnologia applicata a questa disciplina consente di ottenere una banca dati tridimensionale che consente di preservare e/o restaurare il sito archeologico.
Lo scanner ha la capacità di acquisire una elevata quantità di dati, permettendo di rilevare qualsiasi oggetto con una maglia quadrata di punti fino ad una risoluzione di 6mm x 6mm, dalla quale è possibile ricostruire la perfetta geometria dell’oggetto rilevato. Inoltre, attraverso il valore di riflettanza acquisito per ogni impulso laser emesso dallo scanner, è possibile distinguere i diversi materiali presenti all’interno del sito archeologico.
La post-elaborazione dei dati offre inoltre la possibilità di ricavare: 1.la nuvola dei punti colorata 3D (ogni punto viene colorato con il dato RGB del pixel dell’immagine digitale); 2. la mesh texturizzata (la nuvola dei punti viene triangolata per formare una superficie alla quale viene applicata l’immagine digitale georeferenziata); 3. le curve di livello; 4. le sezioni e i profili; 5. il modello tridimensionale (con il quale è possibile interagire con i più comuni Cad in commercio per documentare superfici, volumi, sezioni, prospetti, ecc.).
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Rilievo di Siti Industriali
Il laser scanner assieme a Sw applicativi dedicati, consente di velocizzare le operazioni di rilievo ed elaborazione di siti industriali complessi , grazie alla associazione tra immagine e scansioni in automatico, consentendo di ottenere un database digitale e tridimensionale degli impianti presenti (piping).
La post-elaborazione dei dati offre la possibilità di ricavare: 1. la nuvola dei punti colorata 3D (ogni punto viene colorato con il dato RGB del pixel dell’immagine digitale); 2. la mesh texturizzata (la nuvola dei punti viene triangolata per formare una superficie alla quale viene applicata l’immagine digitale georeferenziata); 3. le sezioni e i profili; 4. il modello tridimensionale.
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Rilievi in Ambito Giudiziario
In pochissimi minuti il laser scanner è in grado di restituire dati accurati di rilievo della scena del crimine e di incidenti. Questi dati permettono un valido e preciso supporto alle fasi investigative “congelando” la scena del crimine scansionata e documentando lo stato di fatto.
Nell’ambito di incidenti stradali, rispetto alle normali tecniche di rilevamento con cordella metrica, questa tecnologia garantisce una scansione tridimensionale accurata e completa della scena dell’incidente con dettagli quali le deformazioni dei veicoli o tracce di sbandate. Ciò non solo permette un’analisi accurata e veloce della dinamica dell’incidente, ma garantisce anche una ripresa della circolazione stradale più celere.
I modelli 3D della scena del sinistro che si possono ottenere possono essere visualizzati e analizzati metricamente in ogni loro parte mediante appositi software di modellazione e navigazione virtuale. I dati possono poi essere raccolti in un database georeferenziato di tipo GIS per l’individuazione di punti critici delle infrastrutture viarie in ambito comunale, provinciale, regionale, ecc.
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City Modeling e Scansioni in movimento
Il laser scanner, grazie alla velocità di scansione, permette di essere usato anche per applicazioni dove la scansione viene fatta da mezzi in movimento (quad,auto,imbarcazioni,elicottero). L’associazione con altri sensori , come telecamere, Gps e piattaforme inerziali IMU, è possibile grazie alla tecnologia avanzata e la predisposizione all’interfacciamento di sensori diversi dallo scanner. La rapida evoluzione tecnologica degli ultimi anni nel campo della fotografia digitale e della navigazione satellitare di precisione ha permesso al cosiddetto MMS (Mobile Mapping System) di prendere sempre più campo per l’acquisizione di dati geospaziali.
Questa tecnologia, diversamente dallo scanner terrestre, sfrutta la potenzialità del movimento e della velocità del mezzo sul quale lo scanner è montato, per acquisire dati in modo più veloce e grazie all’interfacciamento e alla sincronizzazione del flusso dei dati ad un sistema di posizionamento Gps e ad un sistema inerziale (IMU) per il controllo di rollio, beccheggio e imbardata, si raggiungono precisioni centimetri che.
Campi di applicazione:
1. Documentazione del patrimonio immobiliare
2. Catasto strade
Il Catasto Strade costituisce l’inventario di tutte le strade ad uso pubblico presenti sul territorio nazionale con l’obiettivo primario di definire la consistenza della rete stradale. Il Catasto Strade è organizzato secondo un’architettura hardware di tipo client/server con possibilità di collegamento in rete ai fini della consultazione da parte di terzi, l’architettura software è basata su una banca dati di tipo relazionale e su un sistema GIS. Il D.M. 01/06/2001 obbliga tutti gli enti gestori delle strade a dotarsi di un database contenente le caratteristiche della strada al fine di creare un Catasto Strade.
