Committente: Provincia di Napoli (Politecnica SpA)

Obiettivo del progetto: Uno dei settori di maggiore potenzialità per

l’utilizzo delle tecnologie di rilievo del Mobile Mapping System

SCANNER è quella finalizzata all’ispezione e al disegno as-built delle

opere d’arte e in particolare dei ponti. In questo documento viene

descritta la metodologia applicata per alcuni ponti della Provincia di

Napoli.

Metodologia e strumentazioni: Road-SCANNER permette il rilievo

laser scanner tridimensionale in movimento, pertanto il sistema è

perfetto per il rilievo di infrastrutture stradali quali ponti, viadotti etc,

poiché è possibile eseguire i lavori senza interrompere il flusso di

traffico, condizione spesso necessaria per i rilievi eseguiti con

metodologia tradizionale. Il rilievo è stato eseguito passando col veicolo

su tutte le strade percorribili interessate dall’opera. Per i ponti che

oltrepassano ostacoli non percorribili (ad es. fiumi o linee ferroviarie) il

rilievo è stato eseguito unicamente nella parte superiore dell’opera. E’

in corso una campagna di rilievi integrativi con metodologia

tradizionale, ovvero con scansioni statiche. La velocità di registrazione

del laser scanner utilizzato (Faro Photon 120) è pari a 120mila punti al

secondo, acquisiti con una velocità di rotazione dello specchio pari a

60Hz. Questo significa che le opere sono state rilevate con 60 “linee di

scansione” formate da circa 2000 punti tridimensionali. Tenendo conto

della velocità di rilievo, compresa fra i 5 e i 15 km/h, la distanza fra ogni

linea di scansione è compresa fra i 2 e i 7 cm, con una densità di punti

sull’opera praticamente paragonabile ad una scansione laser scanner

statica (Fig.1). Il rilievo nella parte inferiore dell’opera è stato eseguito

sulla corsia di emergenza in modo da non ostacolare minimamente il

traffico e poter procedere in sicurezza a basse velocità. (Fig.2).

Fig.1 Esempio della densità dei punti laser sulla struttura

Georeferenziazione del Rilievo: Il Roadscanner dispone di una

piattaforma inerziale e di un ricevitore GPS per registrare il proprio

assetto e la propria posizione ad una frequenza di 100Hz.La

conoscenza della posizione e dell’assetto del veicolo permette la

georeferenziazione diretta della nuvola di punti. In tale maniera, pur

effettuando diversi passaggi, le nuvole di punti risultano già

topograficamente coerenti con l’opera.L’inquadramento della posizione

è stato eseguito tramite elaborazione cinematica dei dati; per garantire

un risultato ottimale si è avuto cura di mantenere sempre sotto ai 10km

la distanza fra il veicolo e la stazione GPS master di riferimento. Inoltre

ogni opera è stata rilevata all’interno della stessa missione cinematica,

in modo da rendere minime le incongruenze di inquadramento. In

Figura 3 è riportato l’andamento della distanza Base-Veicolo

relativamente alla prima missione di rilievo della giornata del 27

/02/2012.

Per alcune opere è stato possibile eseguire più di due passaggi nella parte inferiore, come nel caso dell’opera 2 (Asse Mediano)

che presenta 4 corsie per nella parte inferiore . Ad ognuno dei differenti passaggi vengono assegnati i relativi Filmati eseguiti con 7

camere ad alta definizione e la relativa nuvola di punti.

Fig 3 Distanza Veicolo Base GPS di riferimento, in

ascissa è riportato il tempo e in ordinata la distanza in km

Ispezione Ponti

Per garantire tale condizione è stato necessario utilizzare un ricevitore GPS doppia frequenza ausiliario (Trimble 5700)

posizionato ad hoc per ogni missione di rilievo, poiché la densità delle stazioni permanenti della Regione Campania è inferiore,

pertanto i dati delle stazioni permanenti sono stati utilizzati solo per l’inquadramento delle stazioni master. Ogni

stazionamento è stato inquadrato nel sistema di riferimento ETRF, in modo da garantire un corretto posizionamento delle

opere sul territorio, eseguito nel sistema UTM fuso 33. Una volta ottenute le coordinate corrette delle traiettorie seguite, sono

stati realizzati i filmati georeferenziati delle immagini. Tali filmati sono visualizzabili con i software della suite RoadSit. Tale

applicativo permette l’interrogazione geografica delle immagini, è pertanto possibile determinare le coordinate corrette di

qualsiasi punto visualizzabile sulle immagini, sia attraverso collimazione fotogrammetrica, sia direttamente sulle nuvole di

punti.

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Fig.4 Road-SIT Player

interfaccia utente

Fig. 5 Esempio di elaborazione tridimensionale

della nuvola di punti

Prima elaborazione delle nuvole di punti

Per ogni passaggio, sopra o sotto la struttura è stato realizzato un filmato georeferenziato ed una relativa nuvola di punti tridimensionali

georeferenziati. Ognuna di queste nuvole di punti necessita però di un’ulteriore fase di pulizia, poiché vengono rilevate, insieme all’opera

di interesse, anche una serie di informazioni che devono essere eliminate, ad esempio vegetazione, veicoli in sorpasso etc. Tale

operazione viene eseguita tramite un software di elaborazione dati laser scanner, Faro Scene 4.8, fornito dalla stessa casa produttrice del

Laser scanner Photon. Nella Figura 5 è riportato un esempio di come la nuvola di punti sia stata “pulita” da tutti gli elementi non essenziali

alla ricostruzione tridimensionale dell’opera.

Una volta ottenute le nuvole “pulite”, è possibile assemblarle in modo da

ricostruire l’opera nella sua interezza. Questa operazione è immediata in

quanto tutti i dati sono georeferenziati. Nel modello ottenuto unendo le nuvole

di punti sono presenti alcune zone d’ombra perché il rilievo non è stato

eseguito su tutte le parti dell’opera. Ad esempio, non sono state rilevate le

corsie di sorpasso o le zone comprese tra le pile e le spalle. Tuttavia esse non

pregiudicano la ricostruzione strutturale dell’opera, come visualizzato nelle

figure.

Fig. 6 Unione completa delle scansioni

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Esempi di elaborazione tridimensionale

Dalla scansione completa dell’opera è possibile procedere a elaborazioni

tridimensionali di dettaglio che permettono la ricostruzione accurata della

struttura stessa. Il programma di elaborazione tridimensionale delle nuvole di

punti ha numerose funzioni per il trattamento dei dati, ad esempio sono presenti

strumenti automatici per la ricostruzione di elementi geometrici non scansiti al

100% ma di cui si può intuire la geometria. Nell’esempio seguente viene

descritta la procedura di ricostruzione di una pila, scansita unicamente nella

parte anteriore. In Figura 7 è evidenziata la procedura di sezionamento del

modello tridimensionale.

Nella seguente figura è indicato un esempio del modello tridimensionale

completo ottenuto dal riconoscimento semi-automatico delle forme, completato

con un semplice editing manuale in corrispondenza delle zone d’ombra.

Fig.7 -SezionI con un piano

Fig. 8 Ricostruzione del modello tridimensionale completo

La stessa procedura viene applicata a tutte le parti strutturali, travi, appoggi, spalle eTc. Una applicazione molto significativa è il

Riconoscimento e relativo dimensionamento geometrico delle zone ammalorate. Ad esempio, nella seguente figura è evidente un distacco

del cls. La seconda figura è ottenuta mediante creazione di una mesh direttamente sulle nuvole di punti. Su tale superficie si possono

naturalmente fare tutte le misurazioni relative alla lunghezza, profondità, area e volume del difetto (vedi terza figura ).

Fig. 9 Individuazione

dell'entità dei difetti

Nelle figure seguenti sono riportati alcuni esempi di analisi tridimensionale e

ricostruzione di particolari costruttivi.

Fig. 10 - Ricostruzione

3D di una spalla

Fig. 11 - Esempio di

mesh su una pila

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Disegno definitivo dell’opera

Al termine delle operazioni di elaborazione delle nuvole di punti è possibile realizzare i disegni tecnici dell’opera, con tutti gli elementi

quali prospetti, sezioni, ecc. Essi sono ricavati direttamente dai modelli tridimensionali ricostruiti.

Nelle figure seguenti sono riportati alcuni esempi di elaborati grafici più significativi:

Fig. 12 Esempio di sezione

in campata

Fig. 13 Esempio di sezione su pila

Fig. 14 Esempio di una pianta di impalcato

Fig. 15 Esempio di un prospetto

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