Tecnologia SLAM nei rilievi geologici e ambientali: quando utiliz

Effettuare un rilievo geologico o ambientale significa spesso lavorare in contesti molto diversi da quelli di un normale cantiere.

Gole strette, sottobosco fitto, cavità naturali, gallerie, pareti rocciose e terreni difficili da percorrere possono rendere più complicato l’utilizzo degli strumenti topografici tradizionali.

Il problema non riguarda soltanto la precisione della misurazione. In determinate condizioni possono aumentare anche i tempi necessari per completare il rilievo, il numero di stazionamenti e l’esposizione dell’operatore a zone potenzialmente pericolose.

In questi scenari, la tecnologia SLAM può rappresentare un’importante integrazione ai sistemi di rilievo tradizionali.

Il problema sul campo: il rilievo tradizionale può rallentare, perdere copertura o richiedere all'operatore di raggiungere aree difficili e potenzialmente esposte.

Perché alcuni ambienti sono difficili da rilevare

GNSS e stazione totale continuano a essere strumenti fondamentali per le attività topografiche. Il loro utilizzo, però, può incontrare alcuni limiti quando il rilievo viene eseguito in aree caratterizzate da:

•  scarsa visibilità del cielo
•  assenza del segnale satellitare
•  vegetazione molto fitta
•  ostacoli che impediscono la collimazione
•  superfici instabili o difficili da raggiungere
•  ambienti sotterranei o completamente chiusi

In queste condizioni l’operatore può essere costretto a effettuare più stazionamenti, cercare nuove posizioni per lo strumento o interrompere frequentemente l’acquisizione.

La conseguenza è un rilievo più lento e complesso, soprattutto quando bisogna rappresentare superfici articolate o acquisire grandi quantità di informazioni tridimensionali.

Come funziona un rilievo con tecnologia SLAM

SLAM è l’acronimo di Simultaneous Localization and Mapping, cioè localizzazione e mappatura simultanee.

Durante il movimento dell’operatore, il sistema acquisisce continuamente l’ambiente circostante e ricostruisce progressivamente la traiettoria seguita e la geometria dello spazio rilevato.

A differenza di un rilievo eseguito esclusivamente da postazioni fisse, lo scanner può quindi essere trasportato lungo il percorso di acquisizione.

Il risultato è una rappresentazione tridimensionale dell’area sotto forma di nuvola di punti, utilizzabile per analizzare superfici, distanze, sezioni, volumi e morfologia del territorio.

Uno degli aspetti più interessanti è la possibilità di acquisire dati anche in ambienti nei quali il segnale GNSS è assente o discontinuo.

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Gole, forre e pareti ravvicinate

Le gole e le forre sono ambienti particolarmente complessi per il rilievo topografico.

Le pareti rocciose possono limitare fortemente la visibilità del cielo, rendendo difficile ottenere e mantenere una soluzione GNSS stabile. Allo stesso tempo, gli spazi ristretti e la geometria irregolare possono complicare la visibilità tra lo strumento e i punti da misurare con una stazione totale.

Uno scanner SLAM permette di percorrere l’area acquisendo in modo continuo:

•  pareti rocciose;
•  fondo della gola;
•  discontinuità e variazioni della superficie;
•  passaggi stretti;
•  elementi morfologici presenti lungo il percorso.

L’acquisizione dinamica consente di documentare anche zone articolate, riducendo la necessità di interrompere frequentemente il rilievo per riposizionare lo strumento.

Rilievi nel sottobosco fitto

Nei boschi e nelle aree con vegetazione molto fitta, la copertura degli alberi può schermare o degradare il segnale satellitare.

Rami, tronchi e vegetazione possono inoltre limitare la visuale tra stazione totale, prisma e punti di interesse.

Il rilievo SLAM consente di muoversi tra gli ostacoli e acquisire l’ambiente da differenti direzioni. Questo può essere utile per ricostruire:

•  morfologia del terreno
•  sentieri e percorsi
•  scarpate
•  argini
•  tronchi e masse vegetali
•  strutture presenti all’interno dell’area

La vegetazione rimane comunque un elemento da gestire attentamente durante l’elaborazione, soprattutto quando l’obiettivo è ricostruire con precisione la superficie del terreno sottostante.

Cavità naturali e gallerie

Cavità, grotte e gallerie sono ambienti completamente privi di copertura GNSS.

In questi contesti può risultare difficile anche individuare punti di riferimento facilmente riconoscibili e mantenere collegamenti visivi lungo l’intero percorso.

La tecnologia SLAM è particolarmente adatta alla mappatura di ambienti chiusi perché permette di acquisire il percorso mentre l’operatore avanza.

Fronti instabili e aree potenzialmente pericolose

Frane, fronti di cava, scarpate e pareti rocciose possono presentare zone instabili o soggette al distacco di materiale.

Un rilievo tradizionale potrebbe richiedere all’operatore di raggiungere più postazioni o avvicinarsi alle superfici da misurare.

L’utilizzo di uno scanner mobile può ridurre il tempo trascorso nelle aree maggiormente esposte e permettere di acquisire grandi quantità di dati durante un unico percorso.

La nuvola di punti ottenuta può essere utilizzata per documentare la geometria del fronte, estrarre sezioni e confrontare acquisizioni effettuate in periodi differenti.

La tecnologia non elimina naturalmente i rischi presenti sul campo: il rilievo deve essere sempre pianificato nel rispetto delle procedure di sicurezza e delle caratteristiche dell’area.

SLAM, GNSS e stazione totale: tecnologie complementari

La tecnologia SLAM non deve essere considerata necessariamente come un sostituto di GNSS e stazione totale.

In molti rilievi, il risultato migliore si ottiene integrando più strumenti.

Il GNSS può essere utilizzato per acquisire punti di controllo e inserire il rilievo in un sistema di coordinate. La stazione totale può servire per misurazioni di dettaglio o per verificare punti particolarmente importanti. Lo scanner SLAM può invece acquisire rapidamente la geometria tridimensionale complessiva dell’ambiente.

La scelta dipende da diversi fattori:

• precisione richiesta
• estensione dell’area
• caratteristiche del terreno
• presenza o meno del segnale GNSS
• livello di dettaglio necessario
• tipo di elaborato finale da produrre

Prima dell’acquisizione è quindi importante definire il metodo di rilievo, il percorso da seguire e gli eventuali punti di controllo da utilizzare.

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Dall’acquisizione alla nuvola di punti

Una volta completato il rilievo, i dati acquisiti devono essere elaborati e controllati.

La nuvola di punti può essere utilizzata per ottenere differenti elaborati, come:

•  sezioni del terreno
•  profili longitudinali e trasversali
•  modelli tridimensionali
•  misurazioni di distanze e superfici
•  calcolo dei volumi
•  analisi delle pareti rocciose
•  confronto tra rilievi eseguiti in momenti differenti

La qualità del risultato dipende non soltanto dallo strumento utilizzato, ma anche dalla corretta pianificazione del rilievo, dalla velocità di acquisizione, dalla geometria del percorso e dalle verifiche effettuate sui dati.