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Un rilievo fotogrammetrico integrato terra-aria

14 Luglio 2020

In questo articolo ti racconto di un rilievo fotogrammetrico “integrato” in cui ho usato un drone per fare fotografie in aria ed una macchina fotografica per riprendere gli interni di una galleria, da terra.

Ho elaborato i due dataset e li ho uniti in un unico modello 3D.

L’INTEGRAZIONE VINCE (SEMPRE)

Credo tanto nell’integrazione tra strumenti, nel rilievo (ma potrei dire che integrare è vincente in tanti altri ambiti, più o meno tecnici).

Dove non arriva uno, ci riesce l’altro.
Se il GPS non può battere un punto, ci pensa la stazione totale.
Quando il laser scanner trova molte zone d’ombra, ecco l’aerofotogrammetria da drone.
E si potrebbe andare avanti ancora…

In questo lavoro ho integrato due diverse acquisizioni fotogrammetriche, per ricostruire il modello 3D di una falesia rocciosa, al di sotto di un percorso pedonale, e di una piccola galleria a cui si collega.

E poi ho preso misure topografiche, sia con stazione totale che con un ricevitore GNSS.

MONTEROSSO E LE CINQUE TERRE

L’area del rilievo è a Monterosso, l’ultima delle Cinque Terre (per noi, spezzini, è l’ultima perché le contiamo andando verso Genova)
E’ la più grande e la più “accessibile”.
Il territorio è un po’ meno selvaggio rispetto alle altre quattro, circola qualche auto in più e c’è una spiaggia  “grande” (per quanto possano essere grandi le spiagge dell’aspro levante ligure!).

Monterosso

Ma le falesie di roccia non mancano.
E con esse i dissesti.
Se ci aggiungi il fatto che queste zone sono frequentatissime, tutto l’anno, è facile capire come un dissesto idrogeologico possa causare parecchi problemi.

(Il rilievo è stato fatto a Febbraio 2020, poche settimana prima del lockdown invernale per pandemia di Covid-19, ma confido che le Cinque Terre torneranno ad essere, di nuovo, molto frequentate).

UNA PARETE DI ROCCIA ED UNA GALLERIA

L’oggetto del rilievo è stata una piccola parete di roccia, sul mare.
E’ fatta come un anfiteatro.

foto aerea dell'area del rilievo a Monterosso

Sostiene (o meglio, c’è stato realizzato sopra) un tratto di un sentiero pedonale che unisce le due parti del paese di Monterosso.
Ed in corrispondenza del suo centro c’è un piccolo varco ed una galleria, corta ed angusta, che si collega ad una retrostante, più grande e carrabile.

area-rilievo

Le zone al piede della roccia sono piuttosto frequentate e spesso ospitano spettacoli e piccole rappresentazioni (o almeno era così nel Pre-Covid).
La parete è in gran parte fasciata da rete di placcaggio.
L’ambiente costiero però, per quanto bello, è estremamente aggressivo sulle parti metalliche.

Pezzi di rete più vecchia (non zincata) sono rovinati e praticamente inservibili.

La struttura in cemento armato del percorso pedonale, sopra la falesia, ha avuto un po’ di problemi di degrado.
Alcuni ferri sono esposti ed il calcestruzzo ha bisogno di “un aiuto”.

Ed infine c’è l’intenzione del Comune di Monterosso di aprire il transito pedonale nella piccola galleria, ad oggi chiusa, che è totalmente priva di protezione dalla caduta massi.

Ed ecco il motivo di un rilievo.
Serviva per progettare gli interventi di sistemazione in galleria e tutte le manutenzioni sulle reti esterne.

target-area

NON HO USATO UN LASER SCANNER

L’area era facilmente accessibile con un’auto.
La sua forma e la presenza del sentiero sommitale permettevano movimenti comodi e con la strumentazione al seguito.
La vegetazione era scarsa.
Le dimensioni non erano eccessive.

Tutto il contesto era indicatissimo per un rilievo laser scanner.
Soprattutto l’interno della galleria!

Ma non l’ho fatto!

Nel momento del rilievo non disponevo di un laser scanner (come ora) ed il budget di commessa non ne permetteva il noleggio.

Ho fatto con quello che avevo a disposizione: fotocamere, droni e strumenti topografici.

UN RILIEVO FOTOGRAMMETRICO INTEGRATO

Se per tutta la parte esterna del sito un rilievo aerofotogrammetrico da drone (o meglio, l’acquisizione fotografica con un APR e l’elaborazione in software structure from motion) non presenta particolari problemi, restituire un modello 3D della galleria non è così immediato.

Ma non è nemmeno impossibile, o sconveniente.

Una presa fotografica ad hoc permetterebbe di acquisire un dataset di immagini abbastanza robusto da essere trattato per ottenere una nuvola di punti, consistente.

Di sicuro non potrei volare in nessun modo dentro la galleria.
Lo spazio è davvero poco!
Ed allora ho usato una macchina fotografica terrestre per fotografarne gli interni.

fotocamera per rilievo fotogrammetrico in galleria

Il tutto è associato a misure topografiche di parecchi target in giro per il sito.

Ora ti racconto che cosa ho fatto, in campo ed in elaborazione, fermandomi sugli aspetti più rilevanti del lavoro.

TARGET, OVUNQUE!

In un’elaborazione structure from motion è necessario riconoscere nelle foto un po’ di punti ben visibili, di cui sai le coordinate.

Sono i target, elementi ad alto contrasto e dal centro molto evidente, che vanno distribuiti uniformemente sulla superfice ed in elevazione.

Servono per orientare il modello che si costruisce nell’elaborazione software, scalandolo, correggendone deformazioni e georeferenziandolo.

Le foto scattate da drone sono collegate al suo GPS di bordo, che associa un geotag ad ogni immagine.
Non basta per avere un’accuratezza topografica, ma è comunque qualcosa.
Un po’ aiuta…
Le immagini prese da camera terrestre invece non hanno nessuna informazione di posizione e non si può in nessun modo prescindere dai punti di appogggio!

Anche la distribuzione dei target è rilevante.
E qui lo è in particolarmente.
L’estensione planimetrica è paragonabile a quella altimetrica.
Mettere i punti solo su un piano (ad esempio quello in basso, il più facile posto al livello del mare) vincolerebbe il modello solo lì, lasciando potenzialmente spazio per distorsioni (non lineari) in alto.
Mettere dei punti anche sopra bloccherebbe invece i movimenti della nuvola di punti in costruzione, irrobustendola. 

Ecco quindi qualche foto di come li ho disposti e che cosa usato.

target a terra

All’esterno ho messo in terra target in PVC morbido (70×70 cm), gialli e neri, con motivo triangolare e rossi e neri con disegni quadrati.
Li ho messi in basso, in alto ed un paio anche nel pavimento della galleria.

foto aerea dell'area di rilievo

Oltre a questi ho usato dei pannelli in forex (20×30 cm) con disegni di motivi triangolari gialli e neri.
Li ho distribuiti sulle parti verticali esterne, sia in basso (attaccati alle reti paramassi) che in alto (nella parte esterna del parapetto in pietra del sentiero).

target su pareti verticali

In più ne ho messi un bel po’ sulle pareti della galleria.
Qui ho bisogno di un bel po’ di consistenza delle misure topografiche di riferimento ed ho abbondato!

MISURE

Visto che ti ho detto come li ho disposti, ti dico subito come ho misurato le coordinate dei target.

L’area del rilievo vede molto bene l’orizzonte a Sud Ovest, mentre rimane coperta a Nord Est.
Per la misura GNSS è ok, visto che i “satelliti sono a Sud”.

misure gnss a monterosso

Ma le pareti della falesia non permettono una misura sicura dei punti che sono a ridosso dele parti verticali.
Il Multipath è un rischio che si corre nella misura GNSS di questi casi.
Il segnale del satellite riflette sulle superfici verticali prima di arrivare al ricevitore e sporca il dato introducendo errori di precisione.

Per evitarlo ho rilevato le coordinate dei target disposti in terra, ma solo quelli lontani dalla parete, con un antenna GNSS in modalità nRTK.

misure gnss

Tutti gli altri punti li ho battuti con una stazione totale.
Prima di collimare e rilevare l’ho orientata sulle coordinate note dei punti battuti con il GNSS e da lì ho lanciato tutte le altre misure.
In questo modo, misure GPS e dati da celerimetria sono coerenti tra loro e tutti già nello stesso sistema di riferimento.

prisima per orientamento di stazione totale

Per i punti a terra ho usato un prisma, montato sulla palina, per i target verticali ho collimato direttamente il centro del bersaglio, facendo la misura senza prisma.
Le distanze non sono spinte (meno di 50 m) e la precisione strumentale è in linea con gli output richiesti.

misure con stazione totale

La stessa cosa l’ho fatta per la galleria, dove il GPS capitola rovinosamente.
Ho fatto stazione all’imbocco e collimato tutti i punti (target) che ho messo all’interno.

FOTOGRAFIE

Le foto contengono tutte le informazioni che diventeranno nuvola di punti.
E quindi vanno fatte nel miglior modo possibile.
Esposizione corretta e tutto “a fuoco”.

Per l’esterno ho usato un drone.
Ho fatto foto con inclinazione nadirale, frontale (rispetto alla falesia) ed inclinate di 45° per creare un dataset “ponte” tra le due acquisizioni.

drone dji phantom 4 pro

Tutto ok.
Era piuttosto regolare.
L’ho già fatto altre volte non ci sono stati problemi.

Per l’interno invece ho usato un fotocamera montata su cavalletto.

target in galleria

Ho fotografato la galleria muovendomi dal fondo verso l’uscita e fotografando con le spalle alla luce.
Se avessi fatto il contrario sarei stato sempre in pieno controluce, con grossi problemi di esposizione.

Arretravo per sezioni, distanti, una dall’altra di un paio di metri.
Per ogni sezione ho fatto un punto di scatto sul fianco sinistro, uno al centro ed uno sul fianco destro.
Ed infine, per ogni punti di scatto, ho fatto una seri di foto a coprire la maggior parte della superficie delle pareti, del “pavimento” e del “soffitto”, senza mai andare in controluce e sovrapposte, una con l’altra di una bella percentuale (circa il 70%).
Ho giudicato la sovrapposizione (e quindi ho deciso le inquadrature) guardando nella preview (liveview) del display sul retro della camera.

Forse si capisce di più se ti faccio vedere la posizione dei punti di presa del software di elaborazione structure from motion.

presa fotogrammetrica in galleria
presa fotogrammetria in galleria

La luce in galleria è poca.
E questa galleria non era illuminata.

Quella che entrava dall’apertura era sufficiente per lo scopo (ottenere buone foto da processare) a patto di fotografare nell’orario giusto della giornata.
A Febbraio le ore di luce non sono molto, ma tra le 12 e le 14 il sole dava un buon contributo all’interno.
Prima e dopo, la forma ad anfiteatro del sito lo nasconde, riducendo terribilmente la quantità di luce in galleria.

Vale sempre la pena pianificare l’orario di scatto fotografico in un rilievo fotogrammetrico perché la differenza in un giorno può essere davvero tanta!
(Anche l’acquisizione fotografica da drone ha beneficiato delle ore centrali, evitando ombre lunghe e pesanti). 

Il cavalletto serve per avere immagini a fuoco.
In queste condizioni di presa è importante avere una grande profondità di campo.
Il diaframma va chiuso, almeno ad f/8, ma io ho usato f/11.
La luce che passa è poca e se vuoi tenere gli ISO ragionevolmente bassi (tra 100 e 400), per evitare sporco nelle ombre, i tempi di scatto sono lenti.

Un cavalletto ed un cavo di scatto remoto (o, in alternativa, l’autoscatto) sono necessari!

Non c’è molto altro da dire sulle  attività di campo.

Se ti interessano i numeri, aggiungo che:

  • In campo c’era 1 persona (io);
  • ho lavorato circa  7 ore;
  • ho fatto 2 stazioni, con la stazione totale (in modalità stazione libera);
  • ho rilevato le coordinate di 39 target (tra misure GNSS e celerimetriche);
  • ho scattato 385 foto da drone, volando in 3 missioni di volo manuale;
  • e 177 foto in galleria;
  • ho guidato 45 minuti per 51 km, ho mangiato 2 panini, ho bevuto 2 bottiglie d’acqua ed ho preso 1 caffè (ma forse quest’ultimo punti non è molto rilevante!).

ELABORAZIONE DEI DATI

Se è vero che puoi elaborare fotografie, della stessa fotocamera, fatte con inclinazioni diverse (nadirali e oblique) all’interno del solito progetto di elaborazione fotogrammetrica, quando si tratta di “mescolare” sensori diversi le cose cambiano.

Le foto aeree sono prese dalla camera del drone DJI Phantom 4 Pro.
Ha un sensore da 1”, lunghezza focale (reale) 8mm e risoluzione 20 MegaPixel.

Quelle terrestri, in galleria, le ho fatte con una Sony Alfa 7 II, sensore full frame, ottica con focale 24 mm e risoluzione 24 MegaPixel.

Anche se le risoluzioni sono uguali le differenze di sensori e focali fanno sì che i due set di immagini siano mooooolto diversi (tecnicamente) tra loro.
Trattarli insieme è come usare due ingredienti molto diversi per fare una torta (mi sa che mi sono spinto in terreni scivosi).
Insomma, il risultato è probabilmente scarso.

In questi casi è meglio trattare i dati separatamente.

Ho fatto quindi due modelli diversi, con le foto dei due dataset.

Usando il software Agisoft Metashape Pro ho la possibilità di creare delle scatole (i chunk) nello stesso progetto.

In uno ho messo le foto da drone ed inserito le misure dei target esterni.
Nell’altro ci ho messo quelle in galleria con le relative misure.

Ho fatto gli allineamenti, li ho ottimizzati, ho creato le nuvole dense e poi le ho allineate ed unite in un unico oggetto 3D, inclusivo dell’indoor e dell’outdoor.

nuvola di punti esterno

Affinchè questa procedura funzioni devi preoccuparti di avere zone di abbondante sovrapposizione, fotografate sia in un dataset che nell’altro.
Ed inoltre, ogni dataset deve essere dotato dei suoi target (e quindi anche delle sue misure) per poter essere “sistemato” metricamente.

nuvola di punti galleria

Se mancano questi due requisiti il rischio è quello di non riuscire ad unire i due modelli e/o di averne uno che non è coerente con le dimensioni, la forma e l’orientamento reale di quello che hai fotografato.

Non è complicato.
Se stai attento in campo hai dei buoni per fare modelli altrettanto buoni da unire.
Magari, prima di farlo in un lavoro puoi fare qualche test ed un po’ di pratica per contro tuo.
I casi che si prestano sono parecchi.

IL MODELLO FINITO E LA FINE DI QUESTO ARTICOLO

Alla fine di tutto ho consegnato un unico modello 3D, comprensivo di parte esterna e della galleria.

Non ho fatto disegni.
Niente planimetrie, prospetti o sezioni.

Il mio cliente è stato proprio “smart” e dalla nuvola di punti è riuscito ad estrarre tutte informazioni per lo studio ed il progetto, in modo efficace ed indipendente.
Fossero tutti così!
Spero che diventi la normalità, per tutti!

Come faccio spesso (almeno ultimamente) chiudo con alcune considerazioni.
Questa volta sotto forma di domande e risposte.

L’aerofotogrammetria da drone è stata la scelta più efficace per la modellazione delle aree esterne?
NI
Se la sarebbe giocata con il laser scanner.
Per me è stata efficace, perché ho un po’ di esperienza in acquisizioni per ricostruzioni di questo tipo e non ho fatto fatica a volare (in manuale) per avere le foto “giuste”.
Per altri forse sarebbe stato meno efficace.

La fotogrammetria terrestre è stata le scelta più efficace per ricostruire l’interno della galleria?
NO
Qui un laser scanner, magari veloce, avrebbe permesso un acquisizione molto più robusta (nella copertura di tutte le superfici della galleria) e soprattutto più veloce (mettendo a budget anche il tempo di elaborazione richiesto dalla fotogrammetria).

ingresso della galleria

Ed allora perché non l’hai usato?
Perché non ne avevo disponibilità e non avevo budget per noleggiarlo.
Ho fatto con quello che avevo e sapevo usare…
☺

strumentazione usata nel rilievo

Un rilievo di questo tipo puoi farlo in autonomia?
SI.

Io sono stato solo in campo.
Non ti nego che un paio di braccia in più sono sempre di aiuto, soprattutto nella preparazione del rilievo (posizionare i target) e nelle misure con la stazione totale ed il prisma.
Non ho usato una stazione robotica-motorizzata (non avevo neppure quella a quei tempi) e mi sono arrangiato con palina e tripode per sostenerla.
In generale ci metti più tempo, il contapassi sale veloce, ma porti a casa il lavoro e fai del movimento (che ci sta sempre bene).

Hai consegnato quello che ti è stato richiesto?
SI.
E questa è la cosa più importante.
Ho fatto il lavoro rispondendo alle richieste del mio committente.
Ogni incarico ha un prezzo che è legato alle risorse messe in campo (tempo, uomini, strumenti) ed alla tua esperienza.
Magari non hai a disposizione il top di gamma degli strumenti, ma non per questo un lavoro non si può fare.
Credo che ogni professionista debba essere in grado di valutare, oggettivamente, la fattibilità di un incarico con le sue risorse le disponibilità del committente.
Un po’ di preparazione, studio e programmazione di permettono di arrivare al risultato atteso anche se la strada che hai fatto è diversa da quella che avrebbe fatto un altro.

A presto!

Paolo Corradeghini

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Comment


Gia Ber
20 July 2020 at 11:24
Reply

complimenti nel 3d si leggono bene anche le maglie della rete



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    3DMetrica
    Non è detto che quello che ti serva sia un'ortofo Non è detto che quello che ti serva sia un'ortofoto di una facciata.
Potresti correggere la distorsione prospettica con software di fotoritocco e "raddrizzare" l'immagine (per i tuoi scopi).

Il punto di presa e la forma dell'oggetto fotografato deformano la rappresentazione secondo una vista prospettica.
Linee parallele nella realtà (muri verticali) sono convergenti nello spazio immagine.

Tutti i principali software di photoediting hanno strumenti di correzione della prospettiva.
Ci sono nel famoso Photoshop, nell'open source Gimp e nel "nuovo" ed economico Affinity Photo.

Funzionano più o meno nel solito modo.
Intervieni sulle immagini alterando i pixel e, aiutato da una griglia virtuale, allinei gli elementi dell'immagine alla maglia.
È veloce e non richiede hardware super.

La posizione reciproca tra punto di presa ed oggetto fa molto.
Così come la forma di quello che hai fotografato è rilevante.

È diverso dal fare un'ortomosaico.
Così come è diverso dall'usare, in campo, un obiettivo basculante e decentrabile ("tilt/shift") per le foto.
Ma è piuttosto pratico e può funzionare ugualmente.

Dopo tutto il raddrizzamento delle foto del costruito è una tecnica che gli architetti usano da parecchio tempo.
😉
    Se non puoi fare a meno di parcheggiare la tua aut Se non puoi fare a meno di parcheggiare la tua auto al di fuori dell'area del rilievo, vale la pena fare attenzione a dove la posteggerai.
Non è uno scherzo!
:)

La fotogrammetria è una tecnica passiva e gli algoritmi Structure from Motion riescono a ricostruire solo quello che si vede nelle immagini.
Un'automobile è un elemento di disturbo, neppure troppo piccola.
Può nascondere informazioni importanti o potrebbe essere difficile da togliere dalla nuvola di punti.

Parcheggiarla in un'area pianeggiante, su una superficie omogenea è una buona idea.
I motivi sono (almeno) due.

Il primo è che puoi facilmente ritoccare le fotografie dove è presente in modo da rimuoverla.
Software di fotoritocco hanno strumenti molto efficienti!
Può richiedere un po' di tempo (dipende dal numero di foto) ma il risultato è generalmente buono.
Qui sotto vedi un "prima" ed un "dopo" fotoritocco.

ll secondo motivo è che, se non ritocchi le foto, l'auto sarà un elemento isolato nella nuvola di punti che "emerge" dal terreno.
Questo ti permette di trattarla velocemente ed efficaciemente per rimuoverla, tenendo solo i punti del terreno.

Se la parcheggi a ridosso del piede di una parete di roccia non sarà immediato fare le cose che ho scritto qui sopra.
    Droni e missioni di volo automatiche - Attenzione Droni e missioni di volo automatiche - Attenzione ai modelli di elevazione a larga scala

Non prendere "a scatola chiusa" e senza controllare i modelli digitali di elevazione che si usano per la pianificazione automatica delle missioni di volo per droni.
Possono esserci differenze importanti (talvolta enormi) con la realtà.

Una missione di volo per aerofotogrammetria andrebbe eseguita mantenendo il più possibile costante la distanza "drone-terreno".
Se lavori lungo pendii o terreni inclinati è possibile farlo usando software di mission planning che caricano al loro interno dei modelli di elevazione a cui si riferiscono per impostare l'altezza del drone in volo.

A meno di usare modelli ad hoc, che hai fatto tu e su cui sei confidente, i modelli di riferimento sono a larga scala e non riescono a definire bene le caratteristiche locali.
Spesso non sono aggiornati.

Nella prima foto vedi uno screenshot di Google Earth Pro (in cui ho attivato l'opzione "Terreno 3D") per un'area di cava in cui dovevo fare un rilievo con APR.
Sembrerebbe un pendio acclive, ma regolare.

La seconda invece è una foto presa in volo, che mostra come sono realmente le cose.
Lo sperone di roccia stacca dal pendio circa 50-60 metri.
Un piano di volo automatico non lo avrebbe considerato...
    Se ricevi una nuvola di punti di un alveo e devi f Se ricevi una nuvola di punti di un alveo e devi fare una modellazione idraulica, puoi estrarre le sezioni che ti servono in totale autonomia.
Mi piace dire spesso che "la nuvola di punti crea (in)dipendenza".

Hai a disposizione dati densi (punti molto vicini) e continui, da cui tirare fuori quello che ti serve, secondo le tue necessità e sensibilità.
È mooolto diverso rispetto ad avere un numero finito di sezioni, fatte di punti discreti, battuti con strumenti terrestri.

Con gli strumenti di interrogazione delle nuvole che mette a disposizione Potree (codice open source per condividere nuvole di punti tramite browser) si possono fare sezioni.
Se la fai abbastanza sottili puoi esportare un file CSV delle coordinate dei punti della sezione.
Oltre all'indicazione della terna x,y,z,per ogni punto hai anche la progressiva ("mileage").
Estraendo solo la progressiva e la quota hai i dati per creare una sezione 2D.

Ci puoi fare una polilinea in CAD, o puoi importare le coordinate in HEC-RAS (software di modellazione idraulica) ed avere immediatamente una sezioni su cui far girare il modello.

Se vedi che manca qualcosa, puoi tornare sul modello 3D ed estrarre una nuova sezione, immediatamente.
In modo indipendente.
    Gli algoritmi di estrazione automatiche delle cara Gli algoritmi di estrazione automatiche delle caratteristiche di una nuvola di punti riescono ad estrarre i punti del terreno da tutto il resto.
Ma non sono infallibili.

Molto lo fa il tipo di nuvola trattata (fotogrammetrica, laser scanner o lidar).
E tanto fa anche l'elemento modellato (una facciata verticale, un versante mediamente pendente vegetato o un parcheggio piatto e vuoto).

Può capitare che vengano classificati come terreno dei punti che, con il terreno, non ci azzeccano niente.

Si possono ritoccare manualmente, editando la nuvola localmente, per raffinare la classificazione, oppure si può provare ad usare qualche filtro di pulizia automatica del rumore.

Uno che funziona bene è l'SOR (Statistical Outlier Removal) e lo trovi nella maggior parte dei software di editing (Lidar360 e Cloud Compare ce l'hanno).

La classificazione dei punti del terreno produce una nuvola piuttosto "rada" (rispetto all'originale) dove gli "outliers" si vedono bene e sono facilmente identificabili.

Attenzione alle zone di bordo.
Lì potrebbero andare via anche i punti "buoni" che, non avendo nessun dato da una parte, vengono identificati come sporco.

Da qui dovresti avere un dato più pulito per continuare la classificazione precisa.
    Si parla tanto del famigerato "Bonus 110%". Non en Si parla tanto del famigerato "Bonus 110%".
Non entro nel merito della materia urbanistica né di quella economica, perchè non le conosco.
Faccio alcune considerazioni sui rilievi.

Progettare una riqualificazione energetica ha spesso bisogno di un rilievo che supporti le scelte per fare il "salto energetico": nuovo cappotto termico, manutenzione del tetto, pannelli fotovoltaici, infissi...

In un condominio grande, un rilievo 3D dà informazioni utili e misurabili, in modo molto efficace e veloce.

Integrare il laser scanner con la (aero)fotogrammetria da drone permette di avere un modello completo, anche delle parti invisibili da terra.

Il rilievo dello stato attuale è anche utile per sanare abusi o difformità che rischiano di vanificare tutto l'iter...

Mi sento di consigliarti professionisti che conoscano bene il mondo dei rilievi con output 3D, la topografia ed i principi della misura.
E, per fortuna, ce ne sono tanti!

Scegli qualcuno che si prenda la responsabilità del dato restituito (firmandoti un documento tecnico).
Sembra poca cosa (non lo è) ma se le cose non vanno bene, può fare la differenza.

Questa manovra sta scuotendo un po' anche il mondo dei rilievi applicati all'edilizia.
Ed è una buona cosa!
👍🏻😉
    RILIEVI E STRUMENTI - LE BATTERIE NON FINISCONO MA RILIEVI E STRUMENTI - LE BATTERIE NON FINISCONO MAI!

Condivido alcuni pensieri sulle batterie, necessarie a far funzionare tutto quanto.

Faccio una lista delle batterie/dispositivi che ho caricato, sto caricando e dovrò ancora caricare (non per vanto ma per gli scopi del post):
- drone principale e radiocomando;
- drone di backup e radiocomando;
- stazione totale e laser scanner (per fortuna sono integrati) + controller;
- GNSS 1 e controller;
- GNSS 2 e controller;
- fotocamera digitale;
- fotocamera 360°;
- tablet per sorvolo con drone;
- battery pack per eventuali bisogni in campo;
- walkie talkie.

Sono davvero tante!

E da qui faccio tre considerazioni.

1.
Prima di partire per un rilievo in campo, prenditi il tempo necessario per ricaricare tutte le batterie.
Potrebbe non essere poco.

2.
Se prevedi di alloggiare fuori per più giorni, attrezzati per ricaricare tutto in modo efficiente.
Portati prese multiple e "ciabatte".
Spesso le prese negli hotel non sono tante...
Se sei all'estero, ricordati gli adattatori!

3.
Se viaggi in aereo informati bene sulle batteria che trasporti e su dove possono stare in volo (le batterie LiPo dei droni non possono viaggiare in stiva)

4.
Fanne buona manutenzione...
    È importante fare i conti con il trasporto della È importante fare i conti con il trasporto della strumentazione in campo o un rilievo potrebbe trasformarsi in un incubo.

Quello che dovresti considerare è la logistica generale:
- che tipo di rilievo si deve fare;
- quali strumenti usare e da portare in campo;
- treppiedi, aste, paline, target ed altri accessori;
- come si arriva in campo (accesso carrabile);
- se si deve camminare un po' (e, aggiungo, su quale superficie e con eventuali dislivelli).

Potresti essere tentato di "portare tutto, che non si sa mai", ma se poi il tutto lo devi trasportare a mano può essere un problema (e, a volte, neppure piccolo).

La portabilità di uno strumento topografico incide poco sul suo prezzo, ma molto sulla praticità.
Se la custodia rigida di una stazione totale ha l'opzione di essere trasportata come uno zaino ti libera completamente le mani che puoi usare per altre cose.
Non è leggera ma la schiena è forte!
:)

E se ti servono più cose di quelle che riesci a trasportare allora ti serve anche un aiuto in campo.

Tutte questi aspetti li puoi valutare e decidere dopo un sopralluogo.
È il modo migliore per rendersi conto di come sono davvero le cose e di che cosa ti servirà in campo.
Oltre che capire meglio il lavoro da fare!
    Le tecniche "structure from motion" ricostruiscono Le tecniche "structure from motion" ricostruiscono modelli 3D, anche molto dettagliati, di oggetti a partire da immagini

Condivido alcune considerazioni sul tema!

1
(Se puoi) muovi l'oggetto, non la camera.
Metti la macchina fotografica su supporto stabile e ruota l'oggetto su se stesso.
Ci sono "piatti rotanti" economici e funzionali.
Non vale con tutto, ma se puoi fallo...
📷

2
Mettiti in una situazione di luce controllata e riempi le ombre. 💡
Le luci da studio (continue o flash) sono ideali perchè annullano le intromissioni di altre fonti.
Usarne più di una (o, in alternativa, dei pannelli riflettenti) riempie le ombre.

3
Usa un "green screen" o uno sfondo da cui l'oggetto "stacchi". 
In fase di elaborazione userai delle maschere, lo schermo verde permette uno scontorno veloce.

4
Attento al colore. 🔺
Se devi ricostruire con cura anche le tonalità cromatiche controlla i rimbalzi di luce dallo sfondo sul soggetto ed usa un colorimetro per essere sicuro della corrispondenza dei colori riprodotti.

5
Uccidi i riflessi. ☀️
Superfici lucide + luci artificiali = riflessi.
Puoi eliminarli cambiando direzione di incidenza della fonte luminosa.

6
Non dimenticare le misure. 📐📏
Se il modello 3D deve avere valenza metrica servono le misure per scalarlo.
Prendile!
😁😉
    In questi giorni sto lavorando alla vettorializzaz In questi giorni sto lavorando alla vettorializzazione della nuvola di punti da rilievo fotogrammetrico + laser scanner che ho fatto in cava nei mesi estivi.
È un lavoro lungo che amo poco (e trovo poco utile) ed allora condivido alcuni pensieri sul tema.

Passare da una nuvola 3D ad un disegno 2D significa lasciare per strada un sacco di informazioni del dato originale.
E non sono più recuperabili (se non con difficoltà).

Serve un cambio di paradigma per lavorare, tutti, direttamente sul 3D.
I primi passi dovrebbero farli le Amministrazioni che richiedono piante, prospetti e sezioni per valutare progetti e piani.
Il secondo è dei tecnici che commissionano/ricevono i rilievi: dovrebbero ed inserire il 3D nel proprio flusso di lavoro.
All'inizio non sarà semplice, servirà tempo e qualche software "nuovo", ma dopo la strada sarà in discesa.

Un rilievo 3D costa meno se non viene richiesta la produzione di un disegno 2D.
Se l'oggetto è complesso ci possono volere molte ore per fare il lavoro.
Ore che dovranno essere pagate.

Un progetto in 3D, condiviso su schermo attraverso browser o visualizzatori semplici ed intuitivi, sarebbe molto più efficace di interpretare disegni, per quanto completi.
E si risparmierebbe carta!

Non si può generalizzare.
Quello che ho scritto non è applicabile a tutto.
Ma a tanto credo di sì.
Temo che ci voglia "un po'" di tempo.

Se vuoi condividere con me la tua opinione puoi scrivermi @paolocorradeghini ed io la ricondivido qui sul Canale, per tutti.
    Il GSD (Ground Sampling Distance) è un parametro Il GSD (Ground Sampling Distance) è un parametro molto importante nel processo fotogrammetrico.

Dipende direttamente dalla distanza "D", tra sensore e soggetto fotografato, dalla dimensione del pixel "d" ed inversamente dalla lunghezza focale, "f", dell'ottica.
GSD = (D x d) / f

Più il GSD è piccolo è più dettagli ci sono nell'immagine.
È come se stendessi a terra un lenzuolo, dove sopra c'è l'immagine stampata e che copre l'intera area fotografata e misurassi quanto vale, in campo, il lato di un pixel.

La scelta del GSD influenza l'accuratezza, il numero dei punti delle nuvole, la risoluzione del DEM e dell'ortofoto.

Spesso l'unico parametro su cui si ha il controllo "effettivo" in campo, per modificare il GSD, è la distanza di presa.

Qui ho scattato fotografie da drone ad una breve distanza (10 m) perchè era necessario riprodurre un'ortofoto di dettaglio che consentisse di identificare la posizione delle pietre della passeggiata, per rimetterle, al posto giusto, dopo averle levate per manutenzioni.

Un GSD alto non avrebbe dato sufficiente informazioni alle foto.
Uno basso sì.

Un GSD bassissimo non è però l'obiettivo da ricercare sempre.
A parità di area infatti, il numero di foto per coprirla aumenta parecchio.
    Puoi creare un DEM (Modello Digitale di Elevazione Puoi creare un DEM (Modello Digitale di Elevazione) da una nuvola di punti 3D con il software open source Cloud Compare.

Non è l'unico modo per farlo.
Si può fare anche in un software di elaborazione fotogrammetrica ("structure from motion") o in un GIS (visti i vari aggiornamenti che permettono di gestire le nuvole di punti).
Ma questo è un modo che uso spesso!

Cloud Compare ha un tool che si chiama "Rasterize".

Scegli:
la risoluzione del DEM (la lunghezza del lato di ogni pixel, quadrato, come se fosse misurata a terra);

la direzione di proiezione (è comune la "Z" ma potresti generare un DEM proiettando la nuvola su una parete verticale per vedere se ci sono rigonfiamenti, spanciamenti o altre anomalie);

che cosa fare con le celle vuote (interpolarle, riempirle con un valore specifico, lasciarle vuote, ...).

Una vola creato, lo vedi in anteprima nella finestra dello strumento.

Lo puoi esportare in formato GeoTIF (mantiene le coordinate dei punti della nuvola, anche se non è ufficialmente associato a nessun sistema di riferimento specifico EPSG).

Oppure puoi creare un nuvola di punti dove ogni nuovo punto corrisponde al centro di ogni pixel che forma il modello raster.

Così sei passato dal 3D al 2D.
O meglio, al 2.5D!
😉
    Avere a disposizione una nuvola di punti (georefer Avere a disposizione una nuvola di punti (georeferenziata e scalata) permette di creare punti, selezionandoli tra tutti quelli che la compongono e portarli in un ambiente 2D (CAD o GIS).

Ci sono alcune strade da seguire.
La scelta dipende da come è fatta la nuvola di punti e dall'output che si vuole ottenere.

In un software di gestione di nuvole di punti (Cloud Compare, Lidar360, ...) si può sottocampionare la nuvola chiedendo che in output i punti siano distanziati di un distanza regolare (1, 2, 5 m...).
Li puoi esportare in DXF e trasformarli in punti quotati.

Se il modello 3D è complesso può essere più indicato selezionare direttamente i punti da esportare "snappando" proprio sui punti della nuvola.

Cloud Compare ha l'opzione "Point List Picking" che crea una lista di punti dalla selezione.
Funziona bene, non ha limiti di numero, dopo un po' rallenta ed ogni punto ha associata un'etichetta (a volte un po' vistosa).

Trimble Business Center è molto fluido ed i punti che aggiungi sono "discreti" all'interno della nuvola generale.
Puoi lavorare direttamente al suo interno per creare etichette e customizzare l'output del file vettoriale.

In ogni caso, "battere" un migliaio di punti è questione di mezz'ore e non di giorni!
    I dati cartografici, scaricabili dai vari geoporta I dati cartografici, scaricabili dai vari geoportali regionali (o nazionali), non sono (quasi) masi super dettagliati ed a volte sono poco aggiornati.
Però si possono usare per creare un ambiente 3D in cui inserire l'output di un rilievo (fotogrammetrico o laser scanner).

In questo caso ho usato i dati Lidar (maglia 2x2m) scaricati da "Geoscopio" (portale cartografico della Toscana) per collegare tra loro due rilievi 3D di altrettante zone di cava, situate sullo stesso versante ma un po' troppo lontane da giustificare un unico rilievo.

È evidente l'assenza di colore nei punti della fascia centrale. Tuttavia l'orografia e la morfologia del versante non è cambiata nel tempo ed il dato è utile (non avrebbe avuto senso se lì ci fosse stata una cava attiva) e credo che aiuti a comprendere meglio la disposizione reciproca delle cave rilevate.

In mancanza di un dato Lidar si potrebbe usare un DEM (meglio se DTM), per creare una nuvola di punti regolare in ambiente GIS.
Con QGIS non è difficile.

Serve fare attenzione ai sistemi di riferimento del dato scaricato e del rilievo restituito.
Ed alle quote.
Se tutto torna, le nuvole di punti si sistemeranno correttamente, una rispetto all'altra, e le cose funzioneranno bene.
    Credo che ci siano almeno due strade diverse per p Credo che ci siano almeno due strade diverse per passare da un dato 3D ad uno 2D.

1.
Puoi generare un'ortofoto e ripassarne gli elementi in un CAD 2D.
È abbastanza veloce, comodo e non necessita di hardware super potente.
Ma se l'area è complessa o l'immagine non sufficientemente dettagliata, potrebbe non bastare.
Per maggiore precisione puoi lavorare sull'ortofoto confrontando in tempo reale quello che stai facendo con il modello 3D (nuvola di punti).

2.
Puoi lavorare direttamente nel 3D tramite software che ti permettono di gestire la nuvola di punti che vuoi vettorializzare.
È un po' più lungo (dipende dalla tua esperienza) ma ti permette di lavorare in un ambiente molto più versatile per fare zoom, "battere" punti virtuali e tracciare vettori.

P.S.
Opinione personale: passare da una nuvola di punti 3D ad una rappresentazione 2D "piante/prospetti/sezioni" è un po' come andare a pesca con una rete a trama grande: qualcosa rimane ma la maggior parte lo lasci in mare.

P.P.S.
Non ho ancora trovato software o algoritmi in grado di (semi)automatizzare il processo di vettorializzazione.
Non è banale ma credo che sia un territorio dove potrà esserci uno sviluppo interessante in futuro.
Per ora c'è ancora tanto da fare a mano...
    Il comando "Cloud to Cloud Distance" del software Il comando "Cloud to Cloud Distance" del software Cloud Compare calcola la distanza lineare tra i punti di due nuvole 3D.
È utile se vuoi vedere, nel tempo, le differenze di altezza in un'area di scavo o di accumulo.

È un comando semplice e lo trovi tra i menù principali.

Devi selezionare le due nuvole di punti da confrontare.
Scegli quale nuvola sarà il riferimento per il calcolo e quale quella su cui invece il calcolo verrà fatto.

Lo strumento ha varie opzioni.
Funzionano più o meno bene in relazione al tipo di nuvola di punti che stai usando.

Una volta finito il calcolo, nei punti della nuvola "mobile" vengono scritte delle informazioni scalari ("scalar field") che dettagliano i risultati del calcolo.

Nell'area di lavoro (in ambiente 3D) puoi avere una visuale d'insieme delle aree cambiate.

Se vuoi essere ancora più specifico puoi interrogare le coordinate di ogni punto, per leggere le singole distanze.

Oppure puoi creare un modello digitale di elevazione, DEM, da portare in altri software.

Infine, cosa molta utile per valutare le differenze di quota, puoi calcolare le distanze relative sui tre assi: x, y e z.
Se le nuvole di punti che confronti sono georeferenziate nel solito sistema di riferimento è tutto molto veloce!
    Un ambito dove l'aerofotogrammetria da drone è mo Un ambito dove l'aerofotogrammetria da drone è molto efficiente è quello dei rilievi di strade, per delimitarne i bordi e/o le carreggiate.

L'ortofoto che si produce nel processo structure from motion può essere ripassata in CAD, per tracciarne i limiti.
Considerando il tempo necessario alle attività di campo e quello per vettorializzare gli elementi, il tutto risulta molto vantaggioso soprattutto per superfici grandi.

Immagini elaborate con molto dettaglio (valori bassi del GSD) permettono di creare ortomosaici con un sacco di informazioni e disegnare anche altri elementi come i pozzetti, le caditoie o le saracinesche.

Anche le quote che prendi dai punti della nuvola (densa), o da un modello digitale di elevazione ad alta risoluzione, possono aiutarti per capire le pendenze.
Non riesci arrivare ad accuratezze millimetriche, ma pochi centimetri si raggiungono.
E su grandi sviluppi sei in grado di capire, ad esempio, come si muove l'acqua sulla superficie.
    Scattare fotografie per un'elaborazione fotogramme Scattare fotografie per un'elaborazione fotogrammetrica durante tutta una giornata può dare problemi tonali nelle immagini.
E si ripercuotono sui prodotti in output.

Succede perchè la temperatura della luce del sole cambia.
Con cielo sereno si percepisce molto di più che non in condizioni nuvolose.
Se poi ci sono strutture o montagne che proiettano ombre, al mattino o al tramonto, è ancora peggio!

L'ortofoto ne risente e, per quanto i software SfM riescano a miscelare il colore finale, capita che l'output non sia gradevole.

Scattare foto in RAW aiuta.
Puoi elaborare gruppi di immagini nelle solite condizioni di illuminazione e modificarne, separatamente, il bilanciamento del bianco.

Se hai solo file JPG una strada percorribile è fare un po' di editing sull'ortofoto finale.
Photoshop, e altri software della solita specie, hanno ormai strumenti potenti ed efficaci per farlo.

Ok, perdi la georeferenziazione del file TIF, ma la puoi sempre ricreare tramite un GIS, e, probabilmente, lascerai per strada un po' di saturazione, ma il risultato dovrebbe essere migliore.

La cosa ideale sarebbe comprimere la presa fotografica nel minore slot di tempo.
A volte non è possibile e tocca fare come si può per riparare le cose (dopo).
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