Con questo articolo vi voglio raccontare la storia di un rilievo che ho recentemente eseguito, una sorta di diario di bordo del buon Geometra di campagna (intendo il luogo da rilevare e non l'orto.... mi piace chiamarlo così un Topografo) senza quindi avere pretese di essere una pubblicazione scientifica.

Sono stato incaricato di eseguire un rilievo plano-altimetrico (quindi di misurare anche le quote del terreno per poi rappresentare un piano quotato) di un' area, si tratta di ciò che resta della scuola elementare del comune di Visso, crollata (fortunatamente senza vittime ne feriti) a seguto dei terremoti iniziati nel 2016.

Ovviamente il rilievo è necessario per la progettazione dell'intervento di ricostruzione.

 

Ecco come era il luogo prima del terremoto

 

Rispetto al mio solito, in questo caso non avevo pianificato il rilievo perche altrimenti avrei dovuto fare più di 90 Km all' andata ed altrettanti al ritorno, solo per fare una ricognizione dell'area di 15 minuti, quindi ho preferito caricare in macchina tutta la mia strumentazione topografica e partire di buon mattino, per poi vedermela al momento.

Ecco quello che ho trovato al mio arrivo

 

Ho quindi fatto un sopralluogo dell'area (un po angosciante se devo dirla tutta), e dopo essermi preso una decina di minuti per sgombrare la mente e focalizzarmi sul lavoro da fare ho iniziato a pianificare il rilievo.

La strumentazione a mia disposizione era una stazione totale laser, un ricevitore GPS RTK ed un drone di peso inferiore ai 300 g (con quelli più pesanti è più complesso volare in città a norma di regolamenti), avrei voluto utilizzare il GPS per via dei ridottissimi tempi di rilievo e di elaborazione dei dati (contro ovviamente un costo d'acquisto dello strumento decisamente elevato) però su gran parte dell'area e gran parte dei confini ho trovato alberi di alto fusto, con chiome davvero fitte, che sicuramente non mi avrebbero permesso di agganciare i segnali satellitari con la necessaria precisione, inoltre una buona parte dell'area era ricoperta da cumuli di calcinacci e ciò che rimane di travi in acciaio e legno, non era il caso di farsi male per prendere quattro quote.

Scartata anche l'ipotesi di usare solo la stazione totale con la quale avrei potuto comunque "portare a casa" il lavoro (magari con qualche ora di rilievo in più) ho optato per un rilievo fotogrammetrico che mi avrebbe permesso di eseguire le operazioni di campagna (il rilievo) in molto meno tempo e mi avrebbe restituito molti più dati, molte più informazioni, con la possibilità quindi di consegnare al committente un lavoro più preciso, e più ricco di dettagli.

 

Ed ecco qui sopra i targhet, che ho subito posizionato all'interno dell'area da rilevare, secondo uno schema ben preciso, ma cosa sono? Volgari fogli A/3 stampati, attaccati su tavoletta in legno, il tutto rigorosamente hand-made (ne esistono in commercio di molto più belli, ma la funzione non cambia ed a me paice farmi le cose da solo quando posso), ma a cosa servono? Ecco questo è più importante, saranno i cosidetti GCP (Ground Control Point) che userò poi nel software SFM (Structure From Motion) per definire metricamente il risultato delle elaborazioni fotogrammetriche, in parole povere saranno punti di coordinate note da utilizzare per l'elaborazione dei dati in ufficio.

Montata l'antenna GPS sull'asta ed imbracciato il palmare ho misurato con precisione centimetrica i 7 targhet che avevo sparso per l'area di rilievo, e qui si scopre il primo altarino, senza GPS niente Fotogrammetria, o meglio, senza un adeguato rilievo Topografico di inquadramento non si può ottenere un rilievo metricamente valido, non ci si può basare solo sulle tecniche Fotogrammetriche, in effetti oltre i 7 targhet ho rilevato anche una manciata di "punti di controllo" necessari sempre poi in ufficio per valutare l'accuratezza della elaborazione fotogrammetrica ottenuta con il software SFM. Dunque dove sta il vantaggio se comunque un mini rilievo GPS deve comunque essere effettuato? Il vantaggio rispetto al solo rilievo GPS sta nel fatto che in meno tempo si portano a casa milioni di misurazioni al posto di alcune decine o alcune centinaia di misure, (però a dire il vero anche a discapito dei tempi di elaborazione in ufficio che aumentano notevolmente), inoltre posso scegliere comodamente quali punti misurare con il GPS ed avere comunque poi i ufficio tutte le misure, anche di oggetti mal raggiungibili.

 

E' arrivato dunque il momento di volare, ma solo dopo aver pianificato la missione. Lo scopo è quello di fare tante foto, e di fare in modo che ci sia tanta sovrapposizione tra uno scatto e l'altro in modo che il software possa "vedere" lo stesso pixel da molti scatti, per poi riuscire a determinare le coordinate tridimensionali di ogni pixel inquadrato da ogni foto. Quello che uscirà dal programma di elaborazione SFM è una ricostruzione tridimensionale della realtà composta da una nuvola di punti colorati, ognuno al suo posto e con il reale colore.

Ecco il tragitto che ho impostato e che ho caricato nel drone (se correttamente impostato lui vola da solo grazie ad un suo mini GPS ed agli altri sensori di bordo)

 

In poco più di 3 minuti di volo a 40 metri di altezza dal suolo, ottengo 210 scatti con una risoluzione di 4 millimetri (dimensione del pixel a terra) davvero non male!

 

Rimane solo l'ultimo problema da risolvere prima di poter tornare a casa, ricordate i grandi alberi di alto fusto vicino ai confini che non mi hanno permesso di utilizzare il GPS per il rilievo? ovviamente volandoci sopra non riesco a vedere ciò che sta sotto (compresa buona parte dei confini che invece mi servono) decido quindi di fare un bel giro perimetrale dell'area da rilevare, scattando delle foto, questa volta da terra, in modo che possano essere integrate dal software nella ricostruzione 3D senza lasciare dei "buchi" vuoti nella nuvola di punti.

In un' oretta e mezzo di lavoro avevo finito tutto, si ritorna in ufficio sperando che la prossima volta che capito a Visso la scuola elementare sia in corso di costruzione.

Scaricate le foto e sistemate un pochino, aggiustando esposizione, bilanciamento e contrasto, le inserisco sul software SFM, sono ben 269, ma non mi preoccupo, il pc l'ho assemblato appositamente per lavori molto pesanti, non ci vorrà molto, infatti in pochi minuti ottendo la posizione delle fotocamere e la nuvola sparsa, eccola qui.

 

A questo punto ho inserito le coordinate (opportunamente elaborate) dei punti rilevati, (ricordate i GCP) ed ho verificato i risultati con i punti di controllo, ho poi calcolato la nuvola densa. In parole povere ho fatto calcolare al programma le coordinate ed il colore di ogni singolo pixel che avevo fotografato.

Ecco il risultato (nuvola densa con individuazione e coordinate dei marker)

 

Vista da un'altra angolazione

 

e vista dall'alto

 

Quelle che avete appena visto non sono foto, sono ammassi di punti colorati, ciascuno con le proprie coordinate tridimensionali, e a dirla tutta i 68 milioni, 512 mila e 794 punti ottenuti dal calcolo sono un po troppi, non me ne servivano così tanti, oltretutto oggettivamente dei tetti dei fabbricati vicini e delle chiome degli alberi poco me ne importa, ecco che il passo successivo è quello della pulizia, tutto quello che non serve va cancellato (dopo aver fatto un bel backup ovviamente, non si sa mai tornasse utile in futuro).

Decisamente meglio con circa 33 milioni di punti, il mio senso dell'ordine si è fortemente compiaciuto, sono anche riuscito a calcolare la posizione di tutti gli alberi, e ne ho quindi lasciato solo alcune parti dei tronchi, sufficiente per identificarli e non incasinare il modello 3D per le successive operazioni, ma a dirla tutta sono comunque tanti, non era necessaria tutta questa precisione per questo tipo di rilievo, ma che ci volete fare, meglio abbondare che deficere.

 

Passati 10 minuti di soddisfazione per il risultato ottenuto e dopo qualche frivolo sguardo ai dettagli ottenuti.....

 

...... si passa alla fase successiva, perchè il committente con la nuvola di punti non ci fà un gran che, ci vogliono software specifici per gestirla ed è indicata per progetti che nascono direttamente in 3D, in questo caso mi hanno chiesto un elaborato tradizionale, quindi devo consegnare un normalissimo file cad bidimensionale con infomazioni di quota, elaboro quindi il DEM (Digital Elevation Model), dal quale poi posso estrarre le curve di livello.

La colorazione del DEM va in base alla quota di ciascun punto, in Blu le parti con quota minore, in Rosso le parti con quota maggiore. Eccolo.

 

Infine per comodità del committente ho estratto le coordinate di alcuni punti e li ho collegati da linee come se fosse un tradizionale rilievo topografico ed ho creato un file CAD georeferenziato, ho poi sovrapposto le curve di livello ed ho rappresentato anche siepi, alberi, scale e vari dettagli che ho ritenuto utili (ricavandoli dal DEM che avevo precedentemente sovrapposto) Ecco il file CAD da consegnare al cliente (senza la visualizzazione del DEM).

Come potete vedere dalla prossima foto risulta essere estremamente facile a questo punto per il mio committente lavorare sul file consegnato, basterà attivare la visualizzazione del DEM ed in autonomia può consultare ed estrarre molte informazioni in più rispetto a quelle richieste inizialmente e quindi rispetto ad un rilievo topografico tradizionale.

 

Che dire di più, grazie per l'attenzione, e spero sia stato interessate.

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Un saluto

Emanuele Geom. Catena