CASO STUDIO DI UN RILIEVO DI UNA CAVA
Nel territorio Bresciano, c’è una zona ricca di cave di Marmo, realtà presente da molti anni e che oggi conta decine di cave, alcuna in piena produzione ed alcuna ormai ferma.
Una di queste si è rivolta al nostro studio ponendoci il problema di rilevare il volume del materiale sciolto che oggi occupa in modo disordinato delle bancate una volta oggetto di cavatura.
La cava in oggetto si sviluppa su circa 10 ettari su un fronte molto ripido con un notevole dislivello tra la parte alta e la parte bassa, con un dislivello di circa 160 metri.
Figura 1. La zona oggetto di rilievo è la parte sciolta piu a destra
COME POTER OPERARE?
Le soluzioni prospettate al Cliente per tale rilievo, sono state: rilievo topografico tradizionale, rilievo con laser scanner e rilievo con drone.
Vediamone in modo sintetico i vantaggi e svantaggi:
Metodologia | Vantaggi | Svantaggi |
Rilievo topografico (metodo attivo) | Il rilievo topografico tramite stazione totale o tramite strumentazione topografica GPS permette di ottenere una buona precisione del dato, a patto che l’operatore riesca a rilevare i punti soggetti alle discontinuità del sito | Il rilievo topografico con GPS presuppone il posizionamento fisico dell’operatore sul sito interessato dal rilievo, quindi con il rischio (in questo caso molto alto), di possibili scivolamenti o cedimenti dati dal passaggio dell’operatore, oltre alla difficoltà di movimento su un fondo con cosi forte pendenza. Il rilievo topografico a distanza tramite stazione totale e distolaser, evita il rischio di movimento dell’operatore ma a notevole distanza, è difficile percepire i punti battuti e la creazione di una maglia regolare. I punti non visibili dall’osservatore non saranno ovviamente rilevabili. |
Rilievo laser scanner (metodo attivo) | Il rilievo con laser scanner permette di ottenere una grande precisione, se eseguito a distanza idonea alla macchina utilizzata e con inclinazioni non troppo elevate. | Nel caso specifico le stazioni possono essere fatte solamente dai piazzali posti sulla parte bassa del sito ed il rilievo, per la parte alta, risulta molto inclinato, se pur ancora accettabile. Non era possibile prevedere stazioni sulla parte alta del sito in quanto la zona è stata recintata in quanto non stabile. Altra limitazione è data dal fatto che in presenza di trovanti molto grossi, era necessario prevedere ulteriori stazioni dietro questi blocchi. (Vedi figura 2) |
Rilievo con drone (metodo passivo) | Il rilievo tramite acquisizione aerea permette di rilevare ogni punto del sito in sicurezza, senza rischi e catturare immagini da luoghi ed inclinazioni diverse, in modo tale da non avere “buchi” nel rilievo. | Per poter eseguire un rilievo corretto è necessario pianificare correttamente il volo e mantenere la distanza di presa tra drone e terreno il piu costante possibile per evitare di avere zone con risoluzione molto diversa. In questo caso era necessario prestare particolare attenzione alla linea aerea di alta tensione sulla parte alta del sito. (Vedi figura 3) |
Figura 2. Si noti la presenza di bocchi di notevoli dimensioni
SOLUZIONE SCELTA
Alla luce dell’analisi fatta sopra, si è deciso di effettuare il rilievo tramite utilizzo di Aeromobile a Pilotaggio Remoto (APR o drone).
La presenza del traliccio di alta tensione, dentro l’area di rilievo, ci ha fatto scegliere di utilizzare una fotocamera ad alta definizione in modo da poter volare e rilevare il sito ad un’altezza superiore alla linea elettrica stessa. La scelta è caduta sulla nuova Zenmuse P1, macchina da 45 mp full-frame, con ottica da 35 mm e shutter speed meccanico al fine di evitare l’effetto trascinamento sulle immagini, effetto tipico di camere piu leggere come ad esempio quella del DJI Mavic 2 Pro.
La camera P1 utilizzata è in grado di realizzare uno scatto georeferenziato ogni 7 decimi di secondo, ottenendo in questo modo una corretta e fitta copertura.
Gli scatti sono stati programmati ad 1/1000 di secondo con alta profondità di campo al fine di essere sicuri di avere una messa a fuoco corretta sia per i punti vicini che per quelli piu lontani.
La camera in oggetto è stata montata su un drone DJI Matrice 300, con sistema di posizionamento in RTK in tempo reale che ci ha permesso di avere la posizione esatta di ogni singolo scatto e quindi ottenere, in modo preciso, la copertura e le sovrapposizioni previste.
Rimangono tuttavia ancora due problemi da risolvere:
1) Come gestire la linea di alta tensione?
2) Come fare in modo di ottenere la stessa definizione a terra per ogni punto?
Figura 3. Presenza di linea elettrica di alta tensione, con altezza di circa 50 mt dal suolo
SOLUZIONI SPECIFICHE UTILIZZATE
Per evitare l’interferenza con la linea di alta tensione si è deciso di decollare dalla parte alta del sito, verificando l’altezza da terra della linea e fin qui nessun problema, ma poi come fare i voli? Manuali in modo da avere il comportamento corretto del drone nei pressi della linea? Fattibile, ma poi per la parte bassa del sito? Siamo sicuri di riuscire a comandare il drone dall’alto del sito, in modo corretto, alla quota corretta da terra mantenendolo sempre a vista? E soprattutto essere sicuri di avere in ogni punto la corretta sovrapposizione fotografica? In effetti no. Il volo manuale in questo rilievo avrebbe piu svantaggi che vantaggi.
Per poter avere lo stesso GSD (ground sample distance) ovvero risoluzione al suolo, è necessario avere la distanza di presa tra drone e terreno costante e l’unica possibilità è trovare un pianificatore di volo in grado di seguire l’orografia del terreno.
IL SOFTWARE UgCS
Con il software di pianificazione del volo UgCS è possibile programmare i singoli voli inclinati in modo tale da mantenere costante la quota di volo rispetto al terreno.
E cosi sembra tutto semplice ma…
Come faccio ad essere sicuro che l’andamento del terreno all’interno del software sia veramente reale ed aggiornato e che la linea elettrica sia posizionata in modo corretto?
UgCS utilizza per default il modello digitale del terreno SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), risalente al 2014, con maglia di 30 o 90 metri a seconda delle zone ma ci da la possibilità di importare dei modelli digitali diversi.
Nel nostro caso abbiamo importato un modello digitale con maglia 10 metri, scaricato da Tinitaly che ci permette di avere un maggior dettaglio e maggior precisione nel seguire il terreno e quindi pianificato un volo con un’altezza AGL di 70 metri la quale ci permette una certa sicurezza dovuta all’approssimazione del DTM pur mantenendo una buona definizione al suolo.
Abbiamo poi orientato la camera a circa 80° rispetto alla congiungente i due punti estremi di quota.
Per essere sicuri di avere la camera orientata in modo corretto, abbiamo impostato lo yaw del drone in base al nord piuttosto che in base alle linee di traiettoria impostate.
APPOGGIO TOPOGRAFICO
Pur avendo il drone Matrice 300 RTK la correzione in tempo reale e quindi permette rilievi senza la necessità di punti a terra, ne abbiamo comunque messi una ventina come controllo, per avere la sicurezza che il rilievo sia correttamente scalato e georeferenziato. I punti a terra sono stati battuti con GPS rover, nello stesso sistema di coordinate utilizzato per l’esportazione da drone.
E’ buona norma avere sempre la possibilità di un controllo su quanto realizzato in modo da poter restituire al Cliente un lavoro con un’alta qualità.
RESTITUZIONE IN OUTPUT
Le immagini scattate dal drone sono state 1862 (ciascuna dal peso di 20,7 mb, con dimensione di 8192x5460 pixel) e sono state elaborate con il software Zephyr 3DFlow, il quale ci ha permesso di esportare una nuvola di punti densa, un’ortofoto, un modello 3D con curve di livello ed un modello 3D texturizzato.
Un altro vantaggio, a volte (erroneamente) ritenuto secondario, sta nel fatto che un rilievo con questo sistema “fotografa” la situazione reale completa del sito nel momento del rilievo. Possibilità che potrebbe essere utile anche per una documentazione in una situazione di contradditorio.
CONCLUSIONI
Anche un rilievo di un sito impegnativo, può risultare semplice, accurato e preciso, se realizzato con le giuste attrezzature hardware, con software professionali e completi e con la giusta esperienza.