Relazione rilievo laser scanner

PROGETTODIRESTAURO
DELPONTEDIRIALTO
INCARICOPERINDAGINIPRELIMINARI
RILIEVOLASERSCANNER
REPORTFINALE
Revisione 00
Prot
102
Data
26 Novembre 2013
Autore Ing. Matteo Castelli
Certificazione di Qualita ISO 9001:2008 n° 223713
RESTAURODELPONTEDIRIALTO
RILIEVOLASERSCANNEREUAV
INDICE
1. INTRODUZIONE ......................................................................................................................................................................... 3
2. PROSPETTO DELLE ATTIVITÀ ................................................................................................................................................ 3
3. STRUMENTAZIONE UTILIZZATA ............................................................................................................................................. 3
4. MODALITÀ ESECUTIVE ............................................................................................................................................................ 4
4.1 Indagini Laser Scanner ............................................................................................................................................................. 4
5. PROCESSING ARCHITETTONICO ........................................................................................................................................... 5
5.1 Indagini Laser Scanner ............................................................................................................................................................. 5
5.2 Rilevamento degli interni degli esercizi commerciali ............................................................................................................ 6
6. PROCESSING ANALITICO ........................................................................................................................................................ 6
7. RESTITUZIONE E CONSEGNA ................................................................................................................................................. 7
8. APPENDICE A: ABACO DEI DEGRADI .................................................................................................................................... 9
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1. INTRODUZIONE
Il presente rapporto illustra le metodologie e la strumentazione impiegata da Te.Ma.snc per
l’esecuzione del rilievo tridimensionale del Ponte di Rialto mediante laser scanner di alta
precisione al fine di ricostruire, attraverso successive elaborazioni, l’intera morfologia del ponte
per fornire gli elaborati grafici relativi allo stato di fatto del manufatto.
2. PROSPETTO DELLE ATTIVITÀ
1. Mob- Demob, installazione del cantiere, reperimento informazioni geodetiche delle aree di
indagine e verifica della presenza dei riferimenti plano-altimetrici disponibili.
2. Rilievo Laser Scanner nelle seguenti fasi:
x
x
x
Acquisizione di scansioni mediante 2 scanner Faro Focus in contemporanea alla
georeferenziazione dei markers per allineamento
Acquisizione di immagini RGB finalizzate alla definizione degli aspetti cromatici
della nuvola desunta da laser scanner, finalizzato alla generazione di ortofoto.
Integrazione delle indagini con ulteriori prese fotogrammetriche finalizzate alla
generazione di fotopiani.
3. Rilievo architettonico degli interni degli esercizi commerciali con tecniche di rilievo
tradizionali
3. STRUMENTAZIONE UTILIZZATA
Durante la fase di campagna di rilievo sono stati utilizzati due laser scanner FARO FOCUS3D
S, strumento con una velocità di misura di 976,000 punti/sec, distanza di misura fino a 120m e
accuratezza sulla di distanza di 2mm. Per la georefenziazione dei bersagli necessari
all’allineamento delle numerose scansioni è stato utilizzata una Total Station TOPCON
GPT9003A robotizzata, precisione di 1”.
L’adozione combinata della strumentazione ha consentito l’acquisizione delle geometrie
necessarie per lo svolgimento delle successive fasi di generazione degli elaborati richiesti.
Lo scanner è inoltre equipaggiato con una fotocamera integrata di risoluzione 70 megapixel che
consente di ottenere una nuvola di punti colorata dell’oggetto rilevato.
Per aumentare la risoluzione radiometrica del modello e al fine di realizzare fotopiani della
struttura è stata utilizzata una camera digitale Nikon D800E (36.3MP CMOS sensor) per
l’acquisizione di immagini fotografiche ad alta risoluzione con vari set di obiettivi in funzione
della distanza di scatto.
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4. MODALITÀ ESECUTIVE
4.1 Indagini Laser Scanner
Al fine di ottenere i risultati precedentemente descritto è necessario dividere il lavoro in due fasi:
la fase di acquisizione del dato metrico sul campo e la fase di elaborazione dei dati in
laboratorio.
La fase di rilevamento si è svolta nella giornata del 1 Agosto 2013 per quanto riguarda
l’acquisizione con laser scanner e stazione totale e in quella del 4 Ottobre 2013 per il rilievo
fotografico di dettaglio a supporto della documentazione grafica vettoriale.
Nella prima campagna di misura, durante il rilievo laser scanner, sono state effettuate 52
scansioni, 28 con uno strumento e 24 con il secondo con una risoluzione di 6mm a 10m di
distanza. I punti di scansione sono stati impostati secondo un piano di rilievo definito in base
alle caratteristiche dell’oggetto in modo da ricoprire per intero le superfici della struttura.
Il supporto topografico al rilievo tridimensionale effettuato tramite stazione totale ha permesso di
acquisire la posizione di 110 target, punti rilevati anche tramite laser scanner e quindi comuni
trai due sistemi. Questo ha permesso nella fase di elaborazione la georeferenziazione dei dati
laser scanner acquisiti e migliorare l’allineamento tra le scansioni.
Nella giornata del 4 Ottobre è stato effettuato un rilievo fotografico di dettaglio su tutta la
struttura. Le prese sono state fatte a varie altezze per mezzo di un’asta al fine di ottenere
immagini ortogonali al fronte di cui si sarebbe realizzato il fotopiano.
Fig.1 :Il laser scanner FARO Focus3D S
Fig.2 :Fotocamera Nikon D800E
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Fig.3 :Immagine della fase di rilievo del ponte di Rialto, con in evidenza il laser scanner in funzione sui gradini della scalinata centrale
5. PROCESSING ARCHITETTONICO
5.1 Indagini Laser Scanner
La successiva fase di elaborazione dei dati acquisiti ha previsto vari sottoprocessi:
x
x
x
x
importazione del dato nel software Faro SCENE
pre-processamento dei dati per pulizia e ottimizzazione
allineamento delle nuvole di punti, generazione nuvola di punti complessiva con dato
colore associato, digitalizzazione dei dettagli architettonici attraverso il software Lupos
importazione e generazione e ridisegno delle tavole in ambiente autocad.
La prima fase è stata quella dell’importazione del dato grezzo proveniente dai due laser
scanner nel software Faro SCENE in cui si è effettuata una filtratura del dato per eliminare gli
errori di acquisizione e il rumore presente e successivamente la pulizia e classificazione del
dato con cui vengono eliminati i punti non contestualmente legati all’oggetto, come punti di
sfondo o di primo piano.
La fase di allineamento delle scansioni si è basata sulla ricerca di punti noti messi dagli
operatori nella scena, questi target, comuni sia al rilievo laser scanner che a quello tramite
stazione totale, sono entità geometriche di vario tipo, ad esempio sfere o scacchiere e hanno
permesso di restituire dati georeferenziati con precisione di pochi millimetri.
Successivamente è stato generato un modello tridimensionale unico, un’unica nuvola di punti
densa colorata dell’intero oggetto, per mezzo delle immagini digitali acquisite durante le
operazioni di rilievo.
La fase seguente ha riguardato la digitalizzazione del rilievo del Ponte di Rialto che si è svolta
tramite l’utilizzo del software Lupos e ha permesso la digitalizzazione delle strutture principali e
la generazione di ortofoto dei vari prospetti e della planimetria del Ponte di Rialto.
Infine è stato trasferito tutto in ambiente CAD su cui poi si è impostato il lavoro di
vettorializzazione per la restituzione di piante, prospetti e sezioni alla scala architettonica 1:50.
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Come ultima fase sono state elaborate le fotografie acquisite durante il rilievo fotografico del 4
Ottobre. Queste immagini, importate in Lupos, sono state proiettate sulla nuvola tramite punti in
comune da cui vengono calcolati gli orientamenti sia esterni (punti di scatto) che interni
(distorsioni della camere e della lente) al fine di ottenere fotopiani della struttura ad alta
risoluzione.
5.2 Rilevamento degli interni degli esercizi commerciali
Per quanto riguarda il rilevamento degli interni dei negozi, tale attività è stata eseguita nelle
giornate del 23 luglio, 31 luglio, 01 agosto, 17 ottobre e 31 ottobre, da operatori con esperienza
decennale nel settore.
L’andamento dei perimetri murari è stato ottenuto da misurazioni eseguite nelle soffitte dei
negozi dal momento che ogni vano al piano terra risulta completamente rivestito di materiale
ligneo di spessore non riscontrabile, se non in qualche sporadico caso. Pertanto in fase di
restituzione è sembrato opportuno indicare l’andamento delle pareti effettivamente rilevate
(rivestimento) e una indicazione del presunto andamento del muro retrostante (linee
tratteggiate), tenendo presente le misurazioni eseguite nelle soffitte.
Nonostante il massimo impegno profuso nella esecuzione di questa attività e in considerazione
della oggettiva impossibilità ad effettuare misurazioni complete sulle strutture murarie, sia per il
rivestimento che per la poca attitudine alla collaborazione da parte dei gestori, non è da
escludere che alcuni elementi rappresentati possano essere affetti da una incertezza dell’ordine
di ± 10 cm.
6. PROCESSING ANALITICO
Per l’individuazione dei processi di degrado dei materiali lapidei, ovvero la tutta superficie
esterna dell’edificio, sono state elaborate le tavole sinottiche nelle quali sono stati messi in
relazione i seguenti elementi:
x
x
alterazioni e degradazioni individuate dalle “Raccomandazioni NorMal – 1/88.
Alterazioni macroscopiche dei materiali lapidei: lessico” (CNR-ICR, 1990 – Roma)
individuazione e descrizione dei fenomeni
Secondo le Raccomandazioni NorMal per “alterazioni ”s’intende: “una modificazione del
materiale che non implica necessariamente un peggioramento delle sue caratteristiche sotto il
profilo conservativo” mentre con il termine “degradazione” s’intende una modificazione che
“implica sempre un peggioramento”, la cui spiegazione dettagliata è disponibile nell’Appendice
A di questo documento.
L’analisi di diagnosi è stata preceduta da una verifica sulla congruità e sulla rappresentazione
degli elementi architettonici. Tale fase ha reso necessarie alcune rettifiche a completamento del
primo modello vettoriale elaborato (es. inserimento di spessori e fughe, modanature, etc.)
Per la successiva attività di rilievo macroscopico, diagnosi e restituzione grafica dell’analisi
materica e delle patologie di degrado ci si è avvalsi dei fotopiani ad alta risoluzione sovrapposte
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al disegno architettonico vettoriale, in ambiente CAD, che hanno consentito l’individuazione
delle macroaree da evidenziare nei singoli prospetti.
In fase conclusiva e di verifica ci si è avvalsi del software Faro SCENE per un confronto visivo diretto fra
l’elaborazione bidimensionale delle patologie ed il modello tridimensionale unico.
L’individuazione delle patologie e relativa rappresentazione grafica è ottimizzata per la stampa di elaborati
architettonici in scala 1:50
7. RESTITUZIONE E CONSEGNA
Come da accordi sono stati consegnati i seguenti elaborati in scala 1:50 e formato DWG 2000:
x
1 database consultabile online del modello unico del ponte di Rialto e il software
freeware FARO SCENE LT per la consultazione illimitata della geometria / morfologia
x
del modello
10 prospetti, suddivisi in 2 tavole per ciascuno:
x
x
x
Tavola con elementi vettoriali montata su fotopiani desunti da
fotocamera NIKON D800
Tavola con elementi vettoriali montata su ortofoto ottenuti dalla
colorazione RGB della nuvola di punti
4 sezioni (2 longitudinali e 2 trasversali);
1 pianta dei soffitto dell’elemento architettonico centrale del Ponte di Rialto;
1 pianta delle strutture del ponte;
Per ogni file sono stati generati dei layer per dividere i vari elementi:
x
x
Decorazioni;
x
ipotizzati;
x
negozio;
x
profili generali;
x
tratteggi;
x
impianti-arredo fisso;
x
legno;
x
pietre;
x
sezione;
x
ortofoto (in cui sono caricate caricate le immagini delle ortofoto elaborate da Lupos);
fotopiani (in cui sono state caricare le immagini dei fotopiani).
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Fig.4 : Immagine della scansione da SCENE
Fig.5 :Immagine del prodotto della unione della nuvola di punti
Fig.6 : Immagine della nuvola di punti pulita
Fig.7 : Prospetto vettorializzato con fotopiano del fronte
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8. APPENDICE A: ABACO DEI DEGRADI
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