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Rilievi topografici e Laser Scanner

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Lo Studio Scalisi esegue i seguenti lavori:

  • Rilievi laser scanner di immobili industriali;
  • Rilievi laser scanner di edifici civili e di interesse storico;
  • Rilievi laser scanner per ristrutturazioni e riammodernamenti;
  • Rilievi laser scanner di strutture in fase di costruzione, manutenzione e restauro.


 
I laser scanner sono degli strumenti in grado di misurare ad altissima velocità la posizione di centinaia di migliaia di punti, i quali definiscono la superficie degli oggetti circostanti. Quello che si ottiene da questo rilievo è un insieme di punti molto denso che è definito “nuvola di punti”.
Il laser scanner è quindi un sistema di misurazione diretta poiché permette di ottenere delle misurazioni correlate ad una precisione strumentale testimoniata da un certificato di calibrazione, che documenta ufficialmente i risultati della misura.
Sostanzialmente ci sono 3 principi di misura con laser scanner, laser scanner TOF (a tempo di volo), laser scanner a differenza di fase e laser scanner a triangolazione.

LASER SCANNER TOF
Nei laser scanner TOF (Time Of Flight) si calcola la distanza misurando il tempo di andata e ritorno dell'impulso laser inviato. La tecnologia a tempo di volo permette di generare la nuvola di punti tramite il calcolo del tempo impiegato dal raggio laser a percorrere la distanza dell’emettitore al soggetto colpito e viceversa, sapendo che la velocità di propagazione del fascio laser è paritetica a quella della luce. Conoscendo l’angolo verticale e orizzontale dell’emissione del raggio, potremo definire le coordinate del punto misurato. Questi laser scanner si caratterizzano per l’abilità di rilevare dati molto distanti, arrivando addirittura a 6 km di raggio.

LASER SCANNER A DIFFERENZA DI FASE
Nei laser scanner a differenza di fase la distanza è calcolata comparando la differenza di fase tra l’onda emessa e quella ricevuta; questa tecnica richiede delicati algoritmi di calcolo per generare le informazioni delle coordinate nello spazio. Questi laser scanner si caratterizzano per una velocità di acquisizione molto rapida e per un’elevata densità di dato acquisito che può arrivare fino a 0,6 mm tra un punto e l’altro ad una distanza di 10 metri.
Nei laser scanner TOF ed a fase uno specchio prismatico esegue la scansione verticale, mentre la rotazione sull'asse principale  effettua la scansione orizzontale. A ogni impulso corrisponde una posizione angolare azimutale e zenitale per fornire per ogni riflessione ricevuta una tripletta di coordinate Alfa, Teta e Dist.
Alcuni modelli di laser scanner sono connessi con il computer  attraverso connessione di rete LAN per lo scarico dei dati rilevati; in altri invece, è possibile lavorare anche senza un PC connesso ed i dati vengono memorizzati all’interno dello scanner stesso e poi trasferiti comodamente sul PC, con schede di memoria USB.
L'invio di impulsi laser con passi angolari costanti orizzontali e verticali, produce una griglia di misura regolare detta "foot print" dalla cui densità dipende la risoluzione del rilievo effettuato.
All'interno del cono "foot print", viene rilevata la riflettanza media del punto per determinarne la distanza dalla sorgente.

LASER SCANNER A TRIANGOLAZIONE
I laser scanner a triangolazione hanno una tecnologia che si basa sull’acquisizione da parte di un sensore IP di un pattern di punti infrarossi in un determinato spazio. I proiettori IR ad oggi permettono di proiettare fino a 300.000 raggi, 60 volte al secondo permettendo acquisizione 3D in movimento e in tempo reale. Questi laser scanner si caratterizzano per la maneggevolezza d’uso e per l’abilità di scansionare zone d’ombra non rilevabili con i laser scanner precedenti.
Prima di avviare la nostra scansione per ottenere la già citata nuvola di punti occorre impostare i parametri della stessa. Infatti la velocità e il passo delle rotazioni possono essere impostate dall’operatore, il quale agendo su questi parametri determina la risoluzione della scansione, cioè la densità della griglia di punti rilevati ad una certa distanza, e la qualità del dato acquisito, tipicamente più alta per rotazioni più lente. I due parametri determinano quindi anche la durata della scansione che può variare da circa trenta secondi fino a varie decine di minuti per scansioni complete a 360°.
Durante l’acquisizione lo strumento archivia, per ciascun punto rilevato, la distanza calcolata e gli angoli orizzontale e verticale in base alla posizione del corpo e dello specchio. Oltre a queste informazioni, viene acquisito anche il valore di riflettanza della superficie colpita dal laser che sarà tanto più alto quanto la superficie tenderà al colore bianco.
Inoltre esistono laser scanner 3D che montano una fotocamera digitale integrata che, dopo la fase di acquisizione dei dati geometrici, viene utilizzata attraverso procedure automatiche per l’acquisizione di immagini dello spazio rilevato. Le foto così acquisite saranno successivamente mosaicate dai software di elaborazione dei dati e applicate alle nuvole di punti per arricchirle delle informazioni di colore.

RILIEVO CON LASER SCANNER
Il rilievo con laser scanner rispetto a quello tradizionale (stazione totale) garantisce molti vantaggi. La stazione totale consente solo una progettazione dei punti di interesse a monte e la procedura di acquisizione è di un solo punto alla volta e, essendo manuale, è soggetta a errore da parte dell’operatore.
Con il laser scanner invece l’individuazione dei punti di interesse è a valle e la procedura di acquisizione delle misure è automatica.
Un altro vantaggio riguarda i tempi di acquisizione dei dati che sono notevolmente più bassi e quindi anche i tempi di permanenza degli operatori sul sito si riducono, garantendo un risparmio economico. Il laser scanner consente poi l’ottenimento di un modello 3D completo, l’estrazione di informazioni metriche e particolari costruttivi e la riduzione o addirittura la completa eliminazione dei costi per il ritorno sul sito, con un conseguente minore impatto sulla logistica.
Questo anche grazie al fatto che il supporto topografico non è necessario dato che il GPS, il sensore inclinometrico e la bussola sono integrati e forniscono informazioni sull’esatto posizionamento della stazione laser.
È doveroso comunque dire che per avere un risultato completo e soddisfacente, l’ideale sarebbe integrare la tecnica a laser scanner e quella a stazione totale, così da mantenere una elevata accuratezza complessiva del rilievo, senza perdere il vantaggio in termini di velocità di acquisizione.
Il risultato del rilievo 3D con laser scanner è la nuvola di punti. Essa rappresenta un modello tridimensionale dell’oggetto rilevato in cui sono note le coordinate di ciascun punto misurato. La densità dei punti è proporzionale al tempo di acquisizione.
La nuvola di punti è visualizzabile e analizzabile tramite software specifici e racchiude con sé tutte le informazioni ottenute con il rilievo laser scanner.

La nuvola di punti permette di:
  • visualizzare in 3D l’area rilevata;
  • misurare le distanze tra punti;
  • effettuare confronti tra modelli.
 
È possibile poi, partendo da una nuvola di punti, generare un modello mesh che collega ogni punto di misura con superfici triangolari, rispettandone la posizione spaziale.
La nuvola di punti generata da laser scanner può essere integrata con altre nuvole 3D generate da diverse tecnologie di rilievo come ad esempio la fotogrammetria da drone o terrestre e georeferenziata con stazione totale o GPS.
 
 

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