Funzionalità avanzate, informazioni migliori

L’integrazione tra il sistema di posizionamento satellitare GNSS RTK (Global Navigation Satellite System Real-Time Kinematic) e la tecnologia SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) rappresenta un importante passo avanti nel campo della navigazione autonoma e della mappatura ad alta precisione. Queste due tecnologie complementari, se utilizzate insieme, permettono di ottenere dati di posizionamento estremamente accurati e mappe dettagliate di ambienti complessi, rendendo questa fusione ideale per numerose applicazioni industriali e scientifiche.

Cos’è GNSS RTK?

Il GNSS RTK è una tecnologia di posizionamento in modalità cinematica ed in tempo reale che migliora notevolmente la precisione delle coordinate geografiche ottenute dai satelliti. Mentre un sistema GNSS standard in modalità stand alone fornisce posizionamenti con un errore che può variare da qualche metro a decine di metri, RTK utilizza una stazione base fissa e un rover mobile per correggere gli errori in tempo reale, raggiungendo un’accuratezza di pochi centimetri.

Cos’è SLAM?

SLAM è una tecnologia che permette a un dispositivo mobile (come un robot, drone o veicolo autonomo) di mappare un ambiente e contemporaneamente localizzarsi al suo interno. SLAM utilizza sensori come lidar, telecamere o IMU (Inertial Measurement Unit) per creare una mappa dell’ambiente circostante e tracciare la posizione del dispositivo in tempo reale, anche in ambienti sconosciuti o privi di segnale GPS.

Vantaggi dell’Integrazione GNSS RTK e SLAM

1. Accuratezza Estrema del Posizionamento

L’integrazione del GNSS RTK con SLAM consente di combinare la precisione assoluta dei dati GNSS con la localizzazione dettagliata e relativa ottenuta dal sistema SLAM. Questo è particolarmente utile in scenari in cui il dispositivo deve operare in ambienti sia interni che esterni. Nei contesti all’aperto, dove il segnale satellitare è forte, il GNSS RTK fornisce posizioni assolute molto precise; mentre in ambienti chiusi o privi di segnale satellitare, il sistema SLAM può continuare a localizzare il dispositivo con alta accuratezza relativa.

2. Correzione della Deriva SLAM

Uno dei limiti principali della tecnologia SLAM è la deriva, ovvero l’accumulo di errori di posizione nel tempo. Questo avviene perché il sistema si basa sulla continua comparazione di caratteristiche visive o di profondità dell’ambiente. L’integrazione con GNSS RTK permette di correggere questi errori fornendo correzioni in tempo reale, mantenendo la precisione del sistema di localizzazione anche su lunghe distanze e in periodi prolungati di operazione.

3. Navigazione in Ambienti Misti (Indoor/Outdoor)

L’integrazione di GNSS RTK e SLAM consente ai dispositivi di navigare senza problemi tra ambienti interni ed esterni. Mentre il GNSS RTK fornisce una precisione eccellente in spazi aperti, il segnale satellitare può essere debole o assente in spazi chiusi. In questi casi, il sistema SLAM può prendere il controllo e mantenere una localizzazione affidabile. Questa capacità di operare in ambienti misti è particolarmente utile in contesti industriali, logistici e agricoli, dove le operazioni si svolgono sia all’interno che all’esterno.

4. Maggiore Robustezza in Ambienti Complessi

La presenza di ostacoli, superfici riflettenti o ambienti con segnali GNSS deboli può compromettere la precisione dei sistemi di localizzazione tradizionali. La fusione dei dati GNSS RTK con quelli SLAM offre una maggiore robustezza in questi ambienti complessi, poiché i due sistemi possono compensare i rispettivi limiti. Per esempio, in un ambiente urbano con grattacieli che bloccano il segnale GNSS, il sistema SLAM può mantenere la localizzazione del dispositivo sfruttando i dati raccolti da lidar o telecamere.

5. Miglioramento della Mappatura 3D

Integrando i dati GNSS RTK e SLAM, è possibile migliorare la qualità delle mappe 3D. Il GNSS RTK fornisce informazioni georeferenziate ad alta precisione, mentre SLAM crea una mappa dettagliata e densa dell’ambiente circostante. Questa combinazione consente di ottenere mappe 3D con coordinamento geospaziale preciso, utile in applicazioni come rilievi topografici, costruzioni, e operazioni di ricerca e soccorso.

6. Facilità d’Uso e Automazione

L’integrazione di GNSS RTK e SLAM facilita l’automazione in numerose applicazioni, come i veicoli autonomi e la robotica mobile. La capacità di navigare e mappare autonomamente sia in ambienti chiusi che aperti con alta precisione riduce la necessità di intervento umano, migliorando l’efficienza e riducendo i costi operativi.

Applicazioni dell’Integrazione GNSS RTK-SLAM

1. Droni per Rilievi Aerei e Mappatura: I droni possono beneficiare di una navigazione accurata anche in spazi aperti e complessi come foreste, canyon, o centri urbani.
2. Robotica di Magazzino: I robot in ambienti logistici possono passare da aree interne a cortili esterni senza perdere precisione nella localizzazione.
3. Veicoli Autonomi: Per i veicoli a guida autonoma, è fondamentale disporre di un sistema che garantisca una localizzazione precisa sia in strade aperte (con GNSS RTK) che in parcheggi sotterranei o tunnel (con SLAM).
4. Agricoltura di Precisione: Le macchine agricole possono mappare accuratamente i campi agricoli, migliorando l’efficienza delle operazioni come la semina e l’irrorazione.

Conclusioni

L’integrazione dei dati GNSS RTK con la tecnologia SLAM offre una soluzione avanzata per la navigazione autonoma e la mappatura in tempo reale. Questa combinazione non solo migliora la precisione della localizzazione, ma consente anche di superare i limiti che ciascuna tecnologia ha singolarmente. Dalla robotica, ai droni, ai veicoli autonomi, questa fusione sta aprendo la strada a una nuova generazione di dispositivi capaci di operare in modo preciso e autonomo in qualsiasi ambiente, aumentando l’efficienza e riducendo i costi.

La fotogrammetria e il LiDAR sono due tecnologie utilizzate per il rilievo tridimensionale, ma si basano su principi e strumenti diversi. Ecco le principali differenze tra un rilievo fotogrammetrico e un rilievo LiDAR:

1. Principio di funzionamento

• Fotogrammetria: Si basa su fotografie bidimensionali scattate da diverse angolazioni. Utilizzando tecniche di triangolazione, si ricostruisce la posizione tridimensionale degli oggetti. La fotogrammetria sfrutta la luce visibile e richiede che la scena sia ben illuminata per ottenere buone immagini.
• LiDAR (Light Detection and Ranging): Utilizza impulsi laser per misurare la distanza tra il sensore e gli oggetti circostanti. Il sensore invia impulsi di luce laser e misura il tempo impiegato per il ritorno degli impulsi riflessi, creando così una nuvola di punti 3D molto accurata.

2. Strumenti

• Fotogrammetria: Fotocamere (aeree o terrestri), software di elaborazione immagini per generare modelli 3D (come 3DF Zephyr LINK).
• LiDAR: Scanner laser montati su droni, aerei o veicoli terrestri. Questi scanner inviano impulsi laser per creare mappe tridimensionali.

3. Precisione e dettaglio

• Fotogrammetria: Può essere molto dettagliata, ma la precisione può essere inferiore in condizioni di scarsa illuminazione o quando si rilevano superfici riflettenti o trasparenti. La qualità del modello dipende dalla risoluzione delle immagini e dal numero di punti di vista utilizzati.
• LiDAR: Estremamente preciso e in grado di ottenere misurazioni accurate anche su superfici difficili, come la vegetazione densa o in condizioni di scarsa visibilità (es. nebbia o oscurità). Il LiDAR penetra anche tra la vegetazione, permettendo di rilevare il terreno sottostante.

4. Ambienti e applicazioni

• Fotogrammetria: È adatta per l’architettura, la documentazione del patrimonio culturale, la mappatura topografica, la modellazione urbana e progetti di ricostruzione storica. La fotogrammetria richiede ambienti ben illuminati e non è efficace in presenza di vegetazione fitta.
• LiDAR: Utilizzato soprattutto in mappature topografiche, geologiche e forestali, per rilevare strutture sotterranee e creare modelli del terreno sotto la vegetazione. È ideale per l’uso in foreste o aree in cui il terreno è difficile da rilevare visivamente.

5. Costo e complessità

• Fotogrammetria: Generalmente meno costosa, poiché utilizza fotocamere standard, ma richiede una notevole elaborazione software per ottenere risultati accurati.
• LiDAR: Più costoso a causa della complessità della strumentazione (scanner laser), ma fornisce risultati immediatamente più precisi, riducendo la necessità di post-elaborazione.

6. Dati raccolti

• Fotogrammetria: Produce modelli 3D basati su immagini che possono essere utili anche per analisi visive (texture, colori), fornendo informazioni sia geometriche che visive.
• LiDAR: Produce nuvole di punti estremamente precise, ma non cattura informazioni visive (come colori o texture) a meno che non venga combinato con fotocamere.

Sintesi

• Fotogrammetria: Economica, buona per la documentazione visiva, ideale per modelli di superfici con pochi ostacoli.
• LiDAR: Più costoso, ma estremamente preciso, funziona in tutte le condizioni e penetra attraverso la vegetazione.

La scelta tra le due tecnologie dipende dalle esigenze del progetto, dal budget e dalle condizioni ambientali.

LO SCANNER

Lo scanner SLAM Faro Orbis è uno strumento avanzato utilizzato per mappare e creare modelli tridimensionali di ambienti interni ed esterni. Utilizzando la tecnologia SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), il Faro Orbis può acquisire dati in tempo reale mentre si sposta attraverso un ambiente, consentendo di creare mappe dettagliate senza la necessità di posizionare punti di riferimento esterni.

L’apparecchio è dotato di un sistema di sensori laser che misura con precisione la distanza tra l’unità e gli oggetti circostanti, consentendo di catturare dettagli accurati dell’ambiente in cui è utilizzato. Inoltre, il Faro Orbis è progettato per essere facilmente trasportabile e maneggevole, consentendo agli operatori di utilizzarlo in una varietà di contesti e condizioni.

Grazie alla sua capacità di generare mappe in tempo reale e alla sua precisione nella raccolta di dati, lo scanner SLAM Faro Orbis è ampiamente utilizzato in settori come l’ingegneria civile, la costruzione, l’architettura, la gestione delle infrastrutture e molte altre applicazioni dove la modellazione tridimensionale è essenziale.

Lo strumento con la modalità di scansione statica , in 15 secondi di stazionamento permette di ottenere dettagli e precisioni molto elevate.

Lo scanner permette di misurare 640 mila punti al secondo in un raggio di 120 metri. La precisione in movimento è di  5 mm , mentre l’utilizzo delle scansioni flash ( 15 secondi statico) permette di migliorare il dato fino a 2 mm di errore con una densità di punti di 1,3 cm @ 10 metri di distanza

L’OGGETTO DEL RILIEVO

Il Duomo di Ancona presenta una pianta a croce greca, che è una delle forme architettoniche più comuni per le cattedrali cristiane. Questa pianta è caratterizzata da una navata centrale lunga e rettangolare, fiancheggiata da due navate laterali più basse. Alla fine della navata centrale si trova il transetto, che si estende trasversalmente rispetto alla navata, formando così la croce. Il braccio orizzontale della croce è chiamato transetto, mentre il braccio verticale è la navata. Nella croce latina, il braccio orizzontale (transetto) è solitamente più corto della navata principale. Questa disposizione architettonica permette una migliore distribuzione dello spazio interno e spesso viene utilizzata anche per scopi simbolici, rappresentando la crocifissione di Gesù Cristo.

La pianta a croce latina è stata una delle forme architettoniche più utilizzate per la costruzione delle cattedrali cristiane nel corso dei secoli, e ha radici profonde nella simbologia e nella liturgia della Chiesa cattolica.

IL RILIEVO

Il rilievo a scopo dimostrativo  è stato eseguito sia all’interno che all’ esterno della struttura. la vera e propria parte di rilievo ha avuto una durata di  17’ e 28” in cui si è seguito un percorso dove punto di inizio e punto di arrivo coincidono, questo  per avere una migliore compensazione del dato. (vale il principio simili a quello di “poligonale aperta” o “poligonale chiusa” per la distribuzione dell’ errore)

I punti di scansione sono circa 33 milioni per il percorso in continuo e circa 4.5 milioni di punti per ogni singola scansione flash.

Durante questo percorso si sono effettuate 15 scansioni in modalità “ statico” da 15 secondi ognuna. Sotto lo schema del rilievo percorso fatto a piedi dove si nota come il punto di inizio e di fine coincidono in basso nell’immagine, le icone con il flash indicano le posizioni di scansione statica.

Le scansioni statiche vanno fatte tenendo fermo lo scanner su di un’asta in carbonio per 15 secondi. Questa modalità permette di avere maggiore dettaglio e pulizia della nuvola di punti 3D.

Ecco alcune viste delle scansioni statiche del portale.

A colori:

Con valore di riflettanza (derivato dalla misura dell’intensità del segnale di ritorno)

Altri dettagli della tessitura muraria:

L’ OGGETTO DEL RILIEVO

La vista in pianta (sempre dalla nuvola di punti)

Il Duomo di Ancona presenta una pianta a croce latina:

Nella vista assonometrica (sotto) possiamo vedere la cupola al centro delle navate e le differenze di altezze tra il transetto e la navata.

Sotto vista assonometrica sezionata al di sotto dell’intradosso di copertura

Lo strumento durante il percorso cattura anche un’immagine sferica ad ogni secondo di scansione. Questo permette la navigazione fotografica nel modello e la possibilità di effettuare delle prime misurazioni:

IL POST PROCESSING

Il dato è già usufruibile come nube di punti nei formati più diffusi tra cui LAS,LAZ ed E57, quindi possiamo aprirlo tranquillamente in tutta la suite Autodesk (autocad, revit, maya, 3d studio etc) software dell’ACCA quali edificius e tutte le piattaforme in grado di aprire i dati a “nuvola di punti”.

Per ottenere invece velocemente i classici dati di piante, prospetti e sezioni utilizziamo il software “DRAW” che appartiene al “pacchetto” FARO.

Questo sw presenta all’apertura 3 viste in trasparenza di tutto quello che è stato misurato.

Vista dall’alto e viste laterali del Duomo:

Queste sono già immagini raster ad alta definizione. il software crea anche il file dwg con le immagini già inserite e collocate già nella giusta posizione nello spazio, o una di  fianco all’altra per facilitare la restituzione. Lavorando su queste immagini, e facilitati dal non dover  mai toccare in nessun modo un dato tridimensionale andiamo ad interrogare il software per tirare fuori le linee di taglio per ottenere:

• Piante
• Prospetti
• Sezioni

Creiamo una sezione verticale passante per il centro della cupola. Il software ci permette di tenere la linea di taglio parallela agli assi del rilievo. Tutto quello all’interno della zona gialla verrà considerato nel calcolo della sezione. L’immagine verrà ri-campionata con la dimensione del pixel di 5mm da me impostato. La freccetta rossa indica la direzione di vista:

e questo è il risultato, che possiamo aprire successivamente su cad in formato .dxf o .dwg oppure usare per fare alcune misurazioni ed osservazioni.

Così ad esempio abbiamo estrapolato il prospetto del portale a toni di grigio o a colori e della scansione di dettaglio:

Sezione orizzontale in quota ed osservazioni e planimetria della cripta:

Quanto “accurato” è sufficientemente accurato? Se sei come la maggior parte dei topografi, la risposta è “il più possibile”.

Con un drone RTK, i topografi e altri tipi di piloti di droni professionali possono aspettarsi un’accuratezza posizionale di livello centimetrico con ogni volo. Questo sistema rappresenta un notevole miglioramento rispetto ai dati satellitari e può contribuire a garantire che tu abbia le informazioni accurate di cui hai bisogno per portare a termine il lavoro.

Cos’è esattamente l’RTK?

La cinematica in tempo reale, abbreviata RTK, è una tecnica speciale di posizionamento satellitare che può produrre risultati accurati a livello centimetrico, rendendola uno strumento prezioso per i topografi di tutto il mondo. Il metodo coinvolge la misurazione dei dati satellitari rispetto a una stazione terrestre per ottenere informazioni precise in tempo reale.

Le parti chiave della tecnica RTK comprendono:

Base Station: La stazione GNSS RTK, anche nota come stazione di riferimento, rimane in un punto definito sul terreno, dove la sua posizione GPS viene costantemente confrontata con la posizione di un drone. Per funzionare correttamente, un drone RTK deve rimanere in costante connessione con la stazione base.

Ricevitore RTK: Questo dispositivo fa parte dell’hardware del drone e invia segnali sia al controller che a un satellite.

Un controller: Il controller remoto del tuo drone invia segnali per spostare il drone e visualizza le variazioni delle coordinate.

Satellite: I dati satellitari sono una parte fondamentale di qualsiasi sistema RTK. Tuttavia, anziché comunicare semplicemente con il ricevitore del drone, le informazioni vengono anche confrontate con la stazione base, stabilendo l’accuratezza della posizione.

Il vantaggio dell’RTK

I dati GPS RTK sono molto superiori ai dati satellitari perché possono essere utilizzati per correggere inesattezze e discrepanze, garantendo che le informazioni siano il più vicino possibile alla realtà. Ci sono numerosi fattori che possono influenzare le coordinate satellitari, tra cui il clima, gli edifici alti, le montagne e altri problemi che richiedono una correzione RTK. Questi sono chiamati “ritardi troposferici”. Il sistema RTK colma queste lacune con dati in tempo reale dalla stazione base e dal drone.

I principali vantaggi di un sistema RTK includono:

Maggiore precisione: Questo è il punto principale. In confronto ai dati satellitari, un sistema RTK offre un’alta precisione, solitamente fino al livello centimetrico.

Correzioni in tempo reale: Mentre altre tecnologie di correzione come il PPK (ne parleremo in seguito) correggono i dati distorti e colmano le lacune dopo il volo, le correzioni RTK correggono gli errori automaticamente. Ciò significa che i dati che vedi durante un volo sono dati in cui puoi fidarti.

Meno punti di controllo a terra: I punti di controllo a terra sono punti fissi sul terreno con coordinate conosciute che possono essere utilizzati per ricalibrare i dati GPS. L’installazione e la misurazione di questi punti possono richiedere tempo. Tuttavia, con l’RTK, la stazione base rende inutili i punti di controllo a terra, consentendoti di completare i progetti con meno complicazioni.

La differenza tra droni simili con e senza RTK è sorprendente. In uno studio recente, DJI e DroneDeploy hanno confrontato il Phantom 4 RTK e il Phantom 4 Pro (una versione per consumatori che non ha un ricevitore RTK integrato) su oltre 30 voli diversi con un sistema di punti di controllo per un rilevamento del tetto di un edificio. I risultati hanno mostrato che il drone abilitato RTK calcolava meglio l’accuratezza orizzontale e verticale dei punti misurati, così come l’accuratezza delle misurazioni lineari.

Utilizzo di un drone RTK con PPK

Sebbene la tecnologia RTK rappresenti un importante passo avanti rispetto all’uso dei dati satellitari (specialmente se non vengono corretti con punti di controllo a terra), presenta alcune limitazioni. Ad esempio, se il tuo drone perde la connessione con il controller o il satellite, la trasmissione di dati in tempo reale non funzionerà. Alcuni lavori, specialmente quelli più lunghi in terreni impegnativi, rendono difficile o addirittura impossibile mantenere una stabile trasmissione di dati.

Di conseguenza, il sistema RTK non è l’unico modo per i topografi e altri professionisti dei droni per correggere le coordinate satellitari ed assicurare l’accuratezza. Un altro metodo si chiama “cinematica post-elaborazione”, abbreviato PPK. Anche se spesso si parla di RTK e PPK insieme, è importante notare che la tecnologia RTK e PPK sono effettivamente molto diverse.

Il PPK richiede essenzialmente lo stesso equipaggiamento dell’RTK ma è gestito con un flusso di lavoro completamente diverso. A differenza dell’RTK, un flusso di lavoro PPK significa che non avrai bisogno di correzioni in tempo reale. Invece, il sistema del drone archivia i dati a bordo del drone, e i calcoli post-volo combinano sia i dati dell’aeromobile che i dati della stazione base, producendo risultati in un software PPK su un computer. I dati vengono creati con coordinate geotag da un’unità GPS integrata. Nel frattempo, la tua stazione base seguirà anche le informazioni sulla posizione del drone. Questi numeri possono poi essere confrontati dopo il completamento di un volo.

Sebbene non si ottenga la comodità delle correzioni in tempo reale, un sistema PPK richiede meno trasmissioni e può quindi completare il lavoro anche con una scarsa ricezione del segnale di rete o altre ostruzioni. Per massimizzare il potenziale e coprire le limitazioni di ciascun metodo, molte soluzioni aziendali di droni di alta gamma utilizzano sia la tecnologia RTK che PPK per garantire la posizione più accurata possibile. Ad esempio, il servizio Cloud PPK per il Phantom 4 RTK di DJI può essere utilizzato per effettuare calcoli sul controller remoto del drone, oltre all’app di pianificazione dei voli DJI GS RTK. Questa configurazione significa anche che puoi adattare il Phantom 4 RTK al flusso di lavoro che ha più senso per il tuo lavoro.

I dati risultanti possono essere rapidamente importati nel software avanzato di mappatura di DJI, DJI Terra, per ulteriori analisi.

Sfruttare al massimo l’hardware RTK

Se stai cercando un sistema RTK affidabile per ogni volo, vorrai un drone aziendale DJI. I nostri sistemi RTK utilizzano un modulo a bordo del drone e una stazione mobile GNSS ad alta precisione. La combinazione di un ricevitore RTK a bordo e una stazione di riferimento GNSS offre un alto grado di precisione RTK. Che tu decida di fare affidamento esclusivamente sull’RTK o che abbia anche capacità PPK come backup, utilizzare un drone DJI significa che puoi aspettarti di rimanere connesso indipendentemente dalla missione.

Alcuni dei principali droni RTK di DJI includono:

Matrice 350 RTK: Benvenuti nel futuro dei droni commerciali. Il Matrice 350 RTK accentua il suo avanzato sistema di posizionamento RTK con avanzate capacità di intelligenza artificiale e posizionamento con rilevamento in sei direzioni. Aggiungi un tempo massimo di volo di 55 minuti, batterie sostituibili a caldo e una vasta gamma di temperature operative, otterrai un drone pronto per qualsiasi lavoro tu gli possa affidare.

Matrice 30: La Matrice 30 prende tutto ciò che la Matrice 300 ha e lo inserisce in un pacchetto portatile. Con una dimensione e un peso inferiori, la Matrice 30 è molto più facile da portare con te per le missioni di ispezione. Con moduli RTK integrati, è la soluzione perfetta se hai bisogno di condurre ispezioni precise di droni su beni o infrastrutture che richiedono un’accuratezza di livello centimetrico.

Mavic 3 Enterprise: ridefinisce gli standard del settore dei droni commerciali di piccole dimensioni. Con un otturatore meccanico, una fotocamera con zoom a 56× e un modulo RTK per una precisione di livello centimetrico, Mavic 3E porta l’efficienza di ogni missione e la mappatura a un livello superiore. È disponibile anche una versione termica per operazioni antincendio, di ricerca e soccorso, ispezioni e operazioni notturne. Questo strumento compatto e pieghevole è dotato di un doppio sensore da 48MP con risoluzione termica da 640×512 px. Il modulo RTK incorporato consente a questo drone di eseguire missioni di ispezione precise e ripetibili. Con un tempo massimo di volo di fino a 31 minuti, questa è una soluzione potente e portatile.

FARO Technologies ha orgogliosamente presentato alla fiera INTERGEO di Berlino Orbis, un innovativo scanner laser destinato a ridefinire il panorama dell’acquisizione di dati geospaziali integrando in modo fluido la tecnologia SLAM con metodologie di scansione terrestre e la tecnologia Flash. Questa soluzione stabilisce un nuovo punto di riferimento nel campo della raccolta di dati precisa, efficiente e completa.

“Precisione in Movimento, Semplicità in Azione”

Con il lancio dell’Orbis, FARO mantiene la sua promessa di migliorare la precisione e la portata con una precisione di 5 mm e una portata di 120 metri in modalità di acquisizione SLAM e una precisione di 2 mm con una portata di 80 metri in modalità Flash TLS. Inoltre, l’Orbis è capace di acquisire 640.000 punti al secondo, grazie a un potente sensore a 32 linee. Per ottenere questi risultati, l’Orbis, alimentato dalla tecnologia GeoSLAM, utilizza un nuovissimo algoritmo SLAM aggiornato che fa il suo debutto oggi. I miglioramenti hardware sull’Orbis sono significativi, ma è importante notare che non sono l’unica cosa da considerare, e che non è possibile acquistare uno scanner laser basandosi solo sulle specifiche tecniche!

Un Nuovo Paradigma dell’Esplorazione dei Dati.

L’Orbis è riuscito ad andare oltre lo GeoSLAM ZEB Horizon, che è dotato di un laser a 16 linee, una portata di 100 metri e una capacità di 300.000 punti al secondo e lanciato per la prima volta nel 2018. L’introduzione dell’Orbis traccia una nuova traiettoria in vari settori, offrendo ai professionisti della costruzione, dell’ingegneria, della scienza forense e di altri campi uno strumento incomparabile per la raccolta completa e dettagliata di dati geospaziali.

Lanciando una Nuova Era di acquisizione 3D Ibrida

FARO Orbis non si limita a scansionare. Il nuovo sistema crea un ponte verso una nuova era di cattura di realtà ibrida, offrendo agli utenti un’efficace combinazione di tecnologia SLAM e elevate capacità di scansione terrestre Flash ad alta velocità. Questo approccio completo consente agli utenti di effettuare una scansione SLAM tradizionale, una scansione terrestre FLASH di 15 secondi o entrambe, tutto nello stesso rilievo.

Elaborazione Versatile dei Dati con FARO Connect e FARO Sphere XG

Comprendendo le diverse esigenze dei settori e dei professionisti, Orbis offre agli utenti una scelta per l’elaborazione dei dati. I clienti possono optare per l’elaborazione su desktop con FARO Connect o esplorare le ampie possibilità di elaborazione in Cloud con FARO Sphere XG, garantendo adattabilità e flessibilità nella gestione e nell’utilizzo dei dati acquisiti. La scelta è vostra!

Il nuovo laser scanner terrestre VZ-600i del prestigioso produttore austriaco RIEGL è il protagonista della prima sperimentazione in Italia ambientata a Padova, nello specifico nella Piazza Prato della Valle.

Perché proprio Prato della Valle? È una delle più grandi piazze d’Europa e ci ha dato la possibilità di testare le diverse caratteristiche del VZ-600i alle diverse scale, soprattutto quella urbana. Abbiamo combinato inoltre le scansioni con il Laser Scanner terrestre con delle scansioni acquisite con un Mobile Mapping System RIEGL VMQ-1HA. Prato della valle si configura come un grande vuoto urbano di 90.000 mq circa, caratterizzato da un’isola verde centrale e circondato da edifici storici con la presenza di numerose statue al suo interno. Queste quindi le caratteristiche che abbiamo ricercato:

1. Area esterna di grandi dimensioni
2. Limitato numero di geometrie utili per l’allineamento nella parte centrale della piazza
3. Verifica di qualità dei dati acquisti alle diverse scale (urbana, architettonica, decorativa)

Quali sono le caratteristiche tecniche del nuovo VZ-600i?

Sicuramente la sua alta produttività registrando a bordo le scansioni acquisite, le sue performance superiori capaci di poter effettuare una scansione di 30 secondi con una risoluzione di 6mm a 10 mt di distanza, l’estrema versatilità grazie al suo peso ridotto di soli 6 kg e la possibilità di utilizzo in modalità cinematica – RIEGL è attualmente l’unica azienda al mondo che abilita l’uso di un laser Scanner terrestre in modalità cinematica solamente con un aggiornamento software. Inoltre è dotato di tre camere interne che permettono di scattare le foto durante le scansioni per una colorazione ottimale della nuvola di punti.

Durante questa attività svolta a Padova, la modalità che abbiamo voluto testare, ottimale per il contesto nel quale eravamo, è quella definita “Panorama6” ovvero 6mm a 10 metri che, come si può leggere dal grafico sotto, consente di eseguire fino a 480 postazioni di scansione in 8h di lavoro.

Da questa immagine sotto riportata, potete apprezzare quali dati acquisisce il Nuovo VZ-600i durante una scansione da un minuto – scansioni, immagini e tutte le informazioni di posizione e altitudine (in abbinamento ad un GNSS RTK):

Inoltre, avendo come unicità l’allineamento delle scansioni a bordo macchina, è possibile visualizzare direttamente dallo smartphone lo stato dell’allineamento delle scansioni eseguite nell’arco temporale:

Grazie alle performance superiori del nuovo RIEGL VZ-600i in termini di qualità e produttività, risulta possibile poter effettuare come strategia di scansione con modalità stop&go ogni soli 5-10 metri e preferibilmente con catene chiuse di scansioni, ottenendo quindi nello stesso tempo di un Laser Scanner tradizionale, una maggiore densità della nuvola e una riduzione delle zone d’ombra. Le catene di scansioni aperte possono essere registrate su posizioni di scansione utilizzate come “anchor point”. Naturalmente è sempre possibile bloccare le scansioni su target di coordinate note.

Il rilievo dei fabbricati è una cosa complessa e che richiede tempo, specie se la produzione deve essere veloce e precisa in questo periodo in cui la mole di lavoro aumenta e i progetti vanno preparati velocemente.

Con le nuove tecniche LiDaR, è possibile rilevare interi fabbricati in poco tempo, portandosi in studio un vero e proprio “gemello digitale” del manufatto, di cui in ufficio è possibile conoscere misure, stato dei luoghi e produrre gli elaborati in breve tempo.

L’evoluzione del rilievo 3D sta vivendo un passaggio epocale. Sempre di più si sente la necessità di passare da sistemi tradizionali a quelli dotati di tecnologia Laser Scanner.

Esigenza d’altronde dettata dal mercato: è richiesta sempre più velocità nell’acquisizione dei dati laser e sempre più produttività.

Oggigiorno, infatti, i professionisti si trovano ad affrontare impegnative sessioni di rilievo che con le strumentazioni tradizionali, quali il disto e la Stazione Totale, potrebbero richiedere lunghe e numerose giornate lavorative. Senza considerare che gran parte del lavoro dovranno eseguirlo in studio disegnando manualmente sezioni e prospetti e qualsiasi altro elemento considerato utile al fine dell’intervento.

Il rilievo con tecnologie laser scanner sia statiche sia in movimento non è certamente una novità, ma il vero cambiamento è dovuto nell’utilizzo del Laser Scanner in movimento, e in assenza di segnale GPS. Tutto ciò è oggi possibile grazie alla tecnologia SLAM.

Cos’è l’innovativa tecnologia SLAM?

L’acronimo SLAM sta per Simultaneous Localization and Mapping, ossia Mappatura e Localizzazione Simultanee, ed è una tecnologia nata tra gli anni ’80 e ’90 nell’ambito dell’industria robotica. Gli ingegneri svilupparono un algoritmo che consentiva ai robot di mappare e navigare contemporaneamente all’interno di un ambiente chiuso senza l’ausilio del GPS.

I dispositivi come lo ZEB Horizon prendono i dati dai sensori, in questo caso una testa rotante dotata di un sensore LiDAR, per costruire un’immagine dell’ambiente che li circonda e riuscendo a posizionare gli elementi all’interno di quell’ambiente.

I dati forniti dal LiDAR e contemporaneamente da una piattaforma inerziale (IMU) all’interno dello strumento consentono di calcolare e di posizionarsi nell’ambiente circostante.

Spostando la sua posizione all’interno dell’area, tutte le geometrie dell’ambiente, cioè muri, pavimenti, pilastri, etc., assumeranno la posizione relativa al dispositivo e l’algoritmo SLAM potrà migliorarne la stima delle loro coordinate con le nuove informazioni di posizione.

Si tratta, quindi, di un processo iterativo: più iterazioni richiede il dispositivo, più accuratamente può posizionarsi all’interno di quello spazio.

Una volta capito qual è il principio di base degli strumenti GeoSLAM ci si rende immediatamente conto degli enormi vantaggi, ovvero:

• Non è necessario l’impiego del GPS;
• È un processo dinamico;
• Si ottiene un modello 3D completo dell’ambiente rilevato sotto forma di una densa nuvola di punti.

Il rilievo di una palazzina finalizzato al SuperBonus

Il caso riportato di seguito riguarda il rilievo di una palazzina composta da 3 piani. Per la grandezza e la tipologia di fabbricato, affrontare il rilievo con gli strumenti tradizionali costringerebbe gli operatori a ritornare più e più volte sul campo, con conseguente perdita di tempo prezioso e un ammontare di costi non previsti.

Anche l’utilizzo di strumentazioni più recenti e veloci come i Laser Scanner statici potrebbe non essere la strategia più efficace. I Laser Scanner statici, infatti, nonostante garantiscano molti vantaggi rispetto alla Stazione Totale, tra cui i tempi di acquisizione dei dati notevolmente più bassi e l’ottenimento di un modello 3D completo, in questo caso specifico impiegherebbero diversi giorni di lavoro per acquisire l’intero fabbricato compreso ogni singolo appartamento e la parte esterna.

Per questa tipologia di scenario si è deciso, quindi, di impiegare uno strumento capace di ottenere il massimo rendimento senza scendere a compromessi con la qualità del dato acquisito.

Le attività di rilievo

L’attività di rilievo si è tenuta con un’unica sessione di circa 20 minuti per rilevare l’intera palazzina compresi di tutti gli ambienti e la parte esterna.

Il risultato ottenuto è sotto forma della cosiddetta nuvola di punti, un elemento scalato e misurabile che può essere continuamente analizzato per ottenere informazioni fondamentali in tale ambito quali il disegno di piante, sezioni, prospetti, calcoli di aree, misure classiche, volumi e via di seguito.

Gli strumenti usati per il rilievo e per l’elaborazione dei dati

In questa occasione è stato utilizzato lo strumento ZEB HORIZON, il top di gamma dell’azienda GeoSLAM, leader globale del mercato SLAM, con l’accessorio ZEB VISION, la nuova fotocamera panoramica in risoluzione 4K.

La parte hardware della GeoSLAM è accompagnata lato software da una Suite altrettanto potente e completa.
Terminata la fase di acquisizione in soli 20 minuti è stato importato il dataset all’interno della piattaforma GeoSLAM Connect.

Nel software è possibile navigare all’interno della nuvola e, grazie alle foto panoramiche ottenute dalla ZEB VISION, è possibile spostarsi all’interno delle bubble view, stile street view, dove è possibile anche prendere delle misure dirette in quanto si tratta di immagini perfettamente georeferenziate con la nuvola di punti ottenuta.

L’acquisizione delle immagini oltre ad essere di ausilio per il rilievo permette di avere traccia di quella che era la situazione al momento dei lavori. Se ad esempio il rilievo è stato eseguito durante la posa di tubature e/o cavi che inevitabilmente verranno ricoperti nella fase successiva, avere le informazioni dell’esatta posizione di questi impianti ci consentirà poi di poter compiere futuri lavori senza andare incontro a spiacevoli inconvenienti.

La suite GeoSLAM inoltre offre un modulo molto potente e interessante, GeoSLAM DRAW, che consente in maniera semplice di estrarre planimetrie e sezioni dai dati della nuvola di punti, nonché la vettorizzazione automatica degli elementi all’interno dell’ambiente rilevato.

I formati delle sezioni e planimetrie generati in DRAW possono impiegarsi senza problemi con altri software di terze parti, come quelli CAD o delle piattaforme più note in ambito BIM.

Perché la soluzione ZEB HORIZON è il più diffuso e completo sistema SLAM sul mercato

Principalmente per i seguenti fattori:

• Possiede l’algoritmo SLAM più robusto, affidabile e longevo al mondo
• È l’unico in grado di lavorare con qualsiasi inclinazione
• Lavora in assenza di luce
• Portata di 100 m
• Potente suite software che consente di utilizzare filtri per migliorare l’accuratezza della nuvola, il riprocessamento dei dati, la colorazione, di trasformare dal 3D al 2D in pochi click la tua nuvola di punti in modo da produrre in maniera rapida e veloce piante, sezioni e prospetti;
• Possibilità di rilevare in maniera automatica punti di controllo sia orizzontali che verticali che permettono non solo di poter allineare i diversi rilievi tra di loro ma anche di georiferire la nuvola su punti di controllo acquisiti da strumentazioni topografiche tradizionali quali GPS e Stazioni Totali;
• Possibilità di rototraslazione NON-RIGIDA della nuvola di punti su punti di controllo acquisiti sul campo per migliorare ulteriormente l’accuratezza del dato;
• Configurabile con diversi accessori, quali GPS, camere panoramiche ad altissima risoluzione; adattabile su più piattaforme, quali auto, drone, pali estendibili, zaini; può anche adottare una copertura per eseguire ispezioni di sottoservizi, come pozzi piezometrici, tombini e altro.

Microgeo è a disposizione per una consulenza gratuita, e consigliarti le soluzioni più adatte ed efficaci per le vostre esigenze di rilievo 3D e per il vostro budget.