Laser Scanner, Batimetria Interferometrica, Side Scan Sonar e Reverse modeling Stampa
Scritto da Web Master   
venerdì 02 maggio 2008
Click to view the article in PDF format La tecnologia di rilievo basata sulle varie tecniche di scansione ha raggiunto piena maturazione. Oggi è possibile scansionare oggetti eterogenei appoggiandosi a differenti e appropriate tecniche di scansione per poi allineare tra loro le scansioni, interpretarle direttamente in tridimensionale con strumenti di modellazione completi e ricavare velocemente dal modello 3D tutte le informazioni dimensionali di supporto agli interventi di studio, monitoraggio e progettazione.
Tutto ciò è possibile grazie alla crescita dell'hardware e del software. Oggi l'hardware permette di scansionare con precisione sia oggetti immersi, ad esempio con la batimetria interferometrica, sia oggetti emersi, con sistemi laser scanning, ed è possibile quindi allineare le due tipologie di scansione rendendole di fatto indistintamente utilizzabili.
D'altro canto anche il software si è evoluto, e oggi è possibile modellare direttamente in tridimensionale sulle nuvole di punti, acquisite con laser scanner e/o con batimetria interferometrica, e poi estrarre le informazioni dimensionali necessarie dal modello in modo semplice e veloce.

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L'hardware: Laser Scanner, Batimetria Interferometrica e Side Scan Sonar integrati

Il Laser Scanner e l’Interferometria subacquea rappresentano lo stato dell’arte della tecnologia applicata al rilievo ambientale. Per questo motivo Codevintec (società italiana rivenditrice di strumentazione Optech e SEA) e i suoi partner hanno voluto testare l’integrazione delle due metodologie effettuando rilievi di precisione sul fiume Po e in alcuni porti italiani (Venezia, La Spezia, Monopoli e Livorno). Nel presente documento viene trattato il rilievo del porto di Livorno, nel quale è stato rilevato il fondale con sistema interferometrico, producendo la nuvola di punti con intensità di segnale, il DTM della batimetria e le immagini side scan, mentre per le scansioni delle aree emerse è stato impiegato il Laser Scanner Ilris 3D. Il rilievo multibeam  è stato effettuato da un’imbarcazione, grazie al posizionamento di precisione ottenuto attraverso l’ausilio di una piattaforma inerziale ed al collegamento al sistema satellitare GPS (Global Positioning System) necessario per la georeferenziazione istantanea delle nuvole di punti acquisite dalle due diverse strumentazioni. Il rilievo laser è invece stato effettuato da terra. In particolare il castello è stato rilevato da tre diversi punti, e le nuvole sono state poi allineate e georiferite. Dal periodo  in cui è stato effettuato il rilevo in esame, la tecnologia si è ulteriormente evoluta, ed è ora possibile interfacciare direttamente il laser scanner alla piattaforma inerziale. In questo modo sarà possibile realizzare congiuntamente indagini batimetriche e laser direttamente da barca.  A tal proposito, Codevintec ed i suoi partner stanno pianificando alcuni rilievi che verranno realizzati entro l’ Autunno 2008. 

Dettagli tecnici del rilievo

  • Il rilievo delle parti immerse è stato eseguito con un Multibeam Interferometrico SEA SWATHplusII.
  • La correzione dell’assetto è stata effettuata con il sistema di posizionamento e compensazione di moto F-180 di CodaOctopus. In alcuni casi è stato utilizzato il sistema di posizionamento e assetto già disponibili a bordo delle barche ospitanti e utilizzati con sistemi Multibeam tradizionali.
  • Le zone emerse sono state rilevate con il Laser Scanner Terrestre Optech ILRIS-3D.

Software: 3D Modelling and Dimensional Enquiries

Using CloudCUBE 2008, an AutoCAD integrated software developed by Virtualgeo s.r.l. (Italian multidisciplinary company with a 20-year experience in the survey field), it was realized a 3D model starting from the registered point clouds. The point cloud resulting from the registration of the castle walls (scanned with terrestrial laser scanner) and the surrounding seabed (acquired with interferometric bathymetry) counts 5.791.547 non coloured points. The Ilris 3D laser scanner is equipped with high resolution camera to produce RGB coloured point clouds.
Once the modelling process was completed, performed applying a surface (a 0.50x0.50 m step quadrangular grid for the structure of the fortress and a 1.00x1.00 m step quadrangular grid for the seabed), 39.727 triangles were obtained.
In such way it was possible to interpret the surveyed data according to the specific case requirements, producing a “light” final output including all and only the required dimensional information and which can be “studied” quickly and simply by the experts of the field.
The modelling process was completed in 7 hours. It included the following main phases:

  1. point cloud analysis, highlighting the main elements and deciding the level of the finishing to be used for modelling;
  2. segmentation process: dividing clouds into parts and sub-parts to make the modelling and representation processes easier;
  3. modelling of the several sub-clouds, resulting from the segmentation process, using the most appropriate modelling techniques: surface (quadrangular grid with variable step according to the final detail);
  4. joint of the several parts of the model, the structure of the fortress and the seabed, thus obtaining a single final model.

Il Software: modellazione 3D e interrogazioni dimensionali

A partire dalle nuvole di punti allineate è stato realizzato il modello 3D utilizzando CloudCUBE 2008, un applicativo di AutoCAD sviluppato da Virtualgeo s.r.l. (società Italiana multidisciplinare con ventennale esperienza nel settore del rilievo).
La nuvola di punti, risultato dell'allineamento delle mura del castello (scansionate con Laser Scanner terrestre) e del fondale che le lambisce (ottenute con batimetria interferometrica), contano 5.791.547 punti senza colore. Il laser scanner Ilris 3D è comunque dotato di camera ad alta risoluzione per produrre nuvole di punti colorate RGB. Al termine del processo di modellazione, effettuato mediante l’applicazione di una surface (maglia quadrangolare con passi 0.50x0.50 m per le facciate della fortezza e 1.00x1.00 m per il fondale marino), sono stati ottenuti 39.727 triangoli.
In questo modo è stato possibile interpretare il dato rilevato secondo le esigenze del caso specifico, producendo un risultato finale “leggero”, che racchiude tutte e solo le informazioni dimensionali di cui si necessita e che può essere “studiato” in modo veloce e intuitivo dagli addetti ai lavori.
Il processo di modellazione è stato realizzato in 7 ore e composto delle seguenti fasi principali:
  1. analisi della nuvola di punti evidenziando gli elementi di maggior interesse e decidendo il grado di finitura da adottare nella modellazione;
  2. processo di segmentazione: suddivisione della nuvola in elementi principali al fine di facilitarne il processo di modellazione e di rappresentazione;
  3. modellazione delle varie sotto-nuvole, frutto del processo di segmentazione, impiegando le tecniche di modellazione più appropriate: surface (maglia quadrangolare con passo variabile a seconda del dettaglio finale);
  4. raccordo tra le varie porzioni di modello relative alla facciata della fortezza e al fondale marino, ottenendo così un unico modello finale.

Conclusioni

Grazie all’impiego delle nuove tecnologie disponibili, software e hardware, è oggi possibile generare supporti digitali tridimensionali, in tempi rapidi e con gradi di dettaglio inimmaginabili per le tecniche e le strumentazioni del passato, che consentono di affinare e migliorare le attività di studio, monitoraggio e progettazione. Tale miglioramento costituisce quindi una notevole e importante risorsa per meglio gestire e governare le trasformazioni, naturali e antropiche, del territorio e del mare.
 
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