Produzione e collaudo di cartografia tecnica numerica ... A/2007-2008/Rilevamento... · Il processo...

Produzione e collaudo di cartografia tecnica numerica

… verso i DB topografici

Ufficio CartograficoServizio Cartografia e Gis della Provincia di Brescia

Ing. Antonio Trebeschi

Assistenza tecnica a chi realizza cartografia tecnica numerica,attraverso:

–– Predisposizione del Capitolato

– Direzione lavori

– Collaudo

L’attività dell’Ufficio Cartografico

LA FOTOGRAMMETRIA - Cenni introduttivi

tutta la cartografia tecnica (di base) oggi viene prodotta mediante aerofotogrammetria


Cos’è l’aerofotogrammetria

tecnica che consente di giungere alla

realizzazione della carta attraverso particolari

fotografie (dette FOTOGRAMMI)

riprese da aereo.


I vantaggi della fotogrammetria

A partire dai FOTOGRAMMI

è possibile realizzare un MODELLO

TRIDIMENSIONALEdell’oggetto ripreso sul

quale si possono compiere misure con VALIDITA’ METRICA


I vantaggi della fotogrammetria

Anziché rilevare sul terreno i punti uno per uno

E’ possibile effettuare misure “a tavolino”

sul modello ottenuto dai fotogrammi

Pn

P4

P1P2

P3


La visione stereoscopica

Vediamo 3Dgrazie alla “fusione”

delle 2 immagini diverse che arrivano

agli occhi da due punti di vista

distinti


I fotogrammi Elemento

caratterizzante:LE MARCHE FIDUCIALI


Il “sistema Fotogramma”

(*)Indicati con grande precisione (± 0,01 mm) sul certificato di calibrazione della camera da presa.

ORIENTAMENTO INTERNO

• xm ym (marche)

• c (dist. principale)

parametri di orientamento interno (*)

sistema di riferimento definito a partire da marche fiduciali e centro di presa


La camera da presapuò essere schematizzata come un corpo rigido libero nello spazio, con 6 gradi di libertà: tre traslazioni e tre rotazioni

che si possono anche esprimere attraverso le 3 coord. di posizione del centro di presa e i tre angoli di assetto della camera

κ

ω

ϕ

X0 Y0 Z0

X0 Y0 Z0 ω ϕ κParametri di orientamento esterno

ORIENTAMENTO ESTERNO


Esemplificazione analitica

P: punto oggettoche in un sistema di riferimento definito sul terreno ha coordinate: (X,Y,Z);

O: centro di presache nel medesimo "sistema terreno" ha coordinate: (X0,Y0,Z0);

p: punto immagineche nel "sistema fotogramma" ha

coordinate (x,y) e dista da O di una lunghezza pari alla distanza principale c.



( )( )x c

r X X r Y Y r Z Z

r X X r Y Y r Z Z= −

⋅ − + ⋅ − + ⋅ −

⋅ − + ⋅ − + ⋅ −11 0 21 0 31 0

13 0 23 0 33 0

( ) ( )

( ) ( )

( )( )y c

r X X r Y Y r Z Z

r X X r Y Y r Z Z= −

⋅ − + ⋅ − + ⋅ −

⋅ − + ⋅ − + ⋅ −12 0 22 0 32 0

13 0 23 0 33 0

( ) ( )

( ) ( )

con che tiene conto delle tre rotazioni ω, ϕ e κ tramite legami funzionali. R

r r rr r rr r r

=11 12 13

21 22 23

31 32 33

equazioni di collinearità(“da terra al fotogramma”)

X Y ZX0 Y0 Z0ω ϕ κ

x,y = f

Noti i parametri di orientamento interno e esterno per ogni “punto-terreno” (X, Y, Z) si può ottenere la posizione del corrispondente “punto-fotogramma

percorso del raggio ottico che impressiona la pellicola


equazioni di collinearità(“dal fotogramma a terra”)

x’ y’X’0 Y’0 Z’0ω’ ϕ’ κ’

X,Y,Z = f

( )X X Z Zr x r y r cr x r y r c

= + − ⋅⋅ + ⋅ − ⋅⋅ + ⋅ − ⋅0 0

11 12 13

31 32 33

( )Y Y Z Zr x r y r cr x r y r c

= + − ⋅⋅ + ⋅ − ⋅⋅ + ⋅ − ⋅0 0

21 22 23

31 32 33

Z = …


x yX0 Y0 Z0ω ϕ κ

Noti i parametri di orientamento interno e esterno per ogni punto a terra (X, Y, Z) non basta un solo punto-fotogramma (x, y) è necessario disporre di un’altra immagine ripresa da un altro punto (x’, y’)

per “ricostruire l’oggetto ripreso - formare il modello-, partendo dai fotogrammi


Il processo fotogrammetrico


I) Acquisizione dei fotogrammi (Volo)

II) Orientamento dei fotogrammi per la formazione del modello comporta operazioni preliminari (misure a terra e sui fotogrammi) per la determinazione dei parametri di orientamento esterno, la cui conoscenza consente, dopo aver formato il modello (orientamento relativo dei fotogrammi), di orientare in modo “assoluto” il modello stesso, cioè fare in modo che le coordinate-modello risultino corrispondenti alle coordinate-terreno (nel sistema di riferimento prestabilito)

III) Restituzione: primo disegno a partire dal modello

IV) Produzione degli elaborati cartografici finali comporta l’esecuzione di vari interventi sia per acquisire informazioni integrative che per la “strutturazione del prodotto”

può essere riassunto schematicamente nel modo seguente:

CARTA TECNICA REGIONALE

NUMERICA ALLA SCALA 1:10.000

SETTORE CARTOGRAFICO

Regione Calabria

DATABASE TOPOGRAFICO E CARTA

FOTOGRAMMETRICA NUMERICA ALLA SCALA

1:5.000

Specifiche Tecniche per la realizzazione del Database topografico

alle scale 1:5000 e 1:10000

CAPITOLATO CARTOGRAFIA

TECNICA NUMERICA ALLASCALA 1:2.000

LE PRESCRIZIONI TECNICHE DI CAPITOLATO

LA PRODUZIONE CARTOGRAFICA:

PROVINCIA DI BRESCIA

Specifiche tecniche per la realizzazione dei

Data Base Topografici di interesse generale

scale 1:1.000, 1:2.000, 1:5.000 e 1:10.000

Versione per la sperimentazione

ecc…

… fino ad oggidomani?


LA CARTA


• caratteristiche

• contenuti

• precisioni

- scala- rappresentazione- sistema di rif. e coord.- dimensione e taglio

- contenuto planimetrico- contenuto altimetrico- toponomastica- tolleranza planimetriche- tolleranze altimetriche

IL RILEVAMENTO FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO


LA CARTA


• caratteristiche- scala- rappresentazione- sistema di rif. e coord.

Esempio di cartografia comunale (parte del cartiglio)

FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO

1) Volo

2) Appoggio - Inquadramento

3) Restituzione

4) Ricognizione

5) Editing - Disegno

6) Elaborati finali

IN CORSO D’OPERA viene fatto il COLLAUDO su ciascuna fase


LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO

1) Volo: acquisizione dei fotogrammicon copertura stereoscopica

lL

cH m

= =1

Relazione fondamentale

dove:m = fattore di scala media del fotogrammaH = quota relativa di voloc = distanza principalel = lato fotogramma (23 cm per fotogrammi aerei)L = abbracciamento al suolo

H

L

c

l

H

LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO1) Volo (fase di presa)

•camera da presa •materiale fotografico•quota di volo – SCALA MEDIA•disposizione delle strisciate•variazione angoli di assetto•ricoprimenti (tra fotogr. e tra strisciate)

Prescrizioni relative a: Elaborati da consegnare:

Collaudo

•piano di volo (progetto) •certificato calibrazione camera•quadro d’unione fotogrammi•copia fotogrammi•verifiche orientamento interno •verifiche variazioni assetto

• verifica delle caratteristiche “metriche” dei fotogrammi: scala, ricoprimenti – per stereoscopia e completezza della copertura • verifica delle caratteristiche “qualitative”: nitidezza, assenza nubi, deformazione film

LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO1) Volo (fase di presa)

Elaborati da consegnare:

•quadro d’unione fotogrammi


2) Appoggio – Inquadramento:determinazione delle coordinate-terreno di punti necessari per l’orientamento assoluto

Attraverso:

2.1) misure sul terreno

2.2) operazioni fotogrammetrichetriangolazione aerea

LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO2.1) Misure sul terreno

•punti da utilizzare per l’inquadramento•modalità di rilevamento•calcolo •precisioni: tolleranze


Collaudo

•progetto delle reti•grafico delle misure effettuate•dati acquisiti – libretti di campagna•elaborazioni •monografie

• verifica di modalità operative di misura e calcoli • verifica del rispetto delle tolleranze• monografie


punti da utilizzare per l’inquadramentoPrescrizioni relative a:


Elaborati da consegnare:

•grafico delle misure effettuate

LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO2.2) Triangolazione aerea

•numero di punti di appoggio necessari per ogni modello•numero e disposizione dei punti noti a terra•numero e disposizione dei punti di legame da determinare•scarti e sqm ammissibili


Collaudo

•grafico delle strisciate con ubicazione dei punti •tabulati delle misure•elaborazioni•relazione sul programma adottato

• verifica numero dei punti, disposizione • verifica del rispetto delle tolleranze


3) Restituzione:

“esplorazione del modello”

LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO3) Restituzione

•strumento restitutore•sistema di restituzione – analitica, digitale•scarti ammissibili sui punti di appoggio nell’orientamento assoluto•rappresentazione grafica


Collaudo

• protocolli di restituzione con parametri di orientamento e residui sui punti di appoggio•elaborato grafico della restituzione con evidenziate zone incerte

•verifica di strumenti e sistema di restituzione •ripetizione di orientamento e restituzione su un campione•verifica di completezza del contenuto e accuratezza della fotointerpretazione


4) Ricognizione

toponomasticaaltre integrazioni

esempio carta 1:500

LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO4) Ricognizione

•integrazione metrica•integrazione informativa•raccolta della toponomastica•riporto dei limiti amministrativi


Collaudo

•minuta di ricognizione•libretti delle misure

•analisi della documentazione •ricognizione sul terreno per verificare errori e omissioni


5) Editing - Disegno: inserimento integrazioni e strutturazione dati

LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO5) Editing - Disegno

•interventi di integrazione geometrica•inserimento della toponomastica•strutturazione dei dati secondo le caratteristiche richieste per i files finali•rappresentazione grafica: vestizioni


Collaudo

•dati numerici strutturati come richiesto dalle specifiche•elaborati grafici corrispondenti ai filesfinali (disegno)

•controlli analitici a campione sui files•controlli formali a tappeto sui files•controlli visivi a campione – corretto inserimento della ricognizione •verifiche sulle caratteristiche del disegno: corrispondenza delle vestizioni

BANCA DATIBANCA DATI

•• geometricamente (punto, linea, poligono)• geograficamente (coordinate dei vertici)• mediante codifica (codice identificativo)

Cartografia Tecnica NUMERICANUMERICA

per ogni elemento per ogni elemento del territorio: un’entità del territorio: un’entità caratterizzatacaratterizzata

1) geometria: poligono (entità areale)

2) coordinate dei vertici3) codice identificativo

EsempioEsempiol’entità selezionata (l’entità selezionata (giallagialla))è caratterizzata da:è caratterizzata da:

Est Nord Quota1 1594837.81 5049032.36 198.272 … … …3 … … …4 … … …5 … … …6 … … …

2)3) 03010100

(edificio civile(*))

Cartografia Tecnica NUMERICANUMERICA

(*) Repertorio Carta Tecnica Provincia di Brescia

DB TOPOGRAFICO ……… un ulteriore passo avanti

non più un singolo codice identificativoma la possibilità di caratterizzazione attraverso diversi attributi, nonché un diverso tipo di strutturazione dei dati, finalizzatanon soltanto alla traduzione dei SEGNI,

ma all’organizzazione dei CONTENUTI


6) Elaborati finali

LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO6) Elaborati finali

•elaborati da consegnare:•materiale fotografico•materiale topografico•materiale informatico•materiale cartografico


Collaudo

•vedi precedente

•verifica di completezza e rispondenza qualitativa

Collaudo finale sul terreno

•Misure dirette sul terreno per acquisire elementi da porre a confronto con la carta prodotta e valutare così il rispetto delle tolleranze

In particolare per le verifiche delle banche dati

appositi software per il “controllo di qualità”

Le fasi del processo fotogrammetrico

In corso d’opera fase per faseIL COLLAUDO:

CONTROLLI sempre meno a campione

sempre più a tappetoEVOLUZIONE

Sulla base delle specifiche di CapitolatoVerifica: strumentazione adeguata

procedure corretterispetto delle “tolleranze”

CARTOGRAFIA TECNICA NUMERICA … verso i DB topografici

TEMPI DI PRODUZIONE

180Totale (volo escluso)

15Elaborati finali

45Editing-Disegno

30Ricognizione

(20 *)Volo

30Misure topografiche

45Restituzione

Triangolazione aerea

FASI

15

giorni

Esempio: Territorio comunale 2.000 ettari:400 ettari urbanizzato – alla scala 1:2.0001.600 ettari extraurbano – alla scala 1:5.000


TEMPI DI PRODUZIONE (*)

61:1.000

151:2.000

5501:10.000

1:5.000

scala carta

100

RESTITUZIONE [ettari/giorno]

In dettaglio, per fase restituzione, alle varie scale

(*) stima effettuata attraverso un’indagine presso ditte produttrici


COSTI DI PRODUZIONE

200-3001:1.000

30-351:2.000

3-51:10.000

1:5.000

scala carta

7-10

RESTITUZIONE [€/ettaro] (*)

carta tecnica numerica

DB topografico + 20-30 % (??) potrà essere chiarito solo a conclusione delle sperimentazioni

(*) range di valori indicativi di importi base d’asta per appalti; la variabilità è funzione di molti fattori che devono essere valutati caso per caso

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