Droni e telerilevamento a supporto delle attività di controllo

SAPR (droni) e LIDAR terrestre sono stati utilizzati nel Progetto speciale cave

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Nell’ambito della collaborazione attivata tra ARPAT e il Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università degli Studi di Firenze, tra il 2017 e il 2018 sono stati effettuati una serie di rilievi con drone su sette aree campione. I rilievi sono stati condotti da personale esperto in pilotaggio di droni, topografia ed elaborazione dati dell’Università di Firenze con il supporto del personale del settore tecnico SIRA e dei tecnici del Dipartimento di Massa Carrara e del servizio di Pietrasanta, per le seguenti finalità:

  • determinazione delle configurazioni di volo ottimali e delle massime precisioni raggiungibili
  • stima delle variazioni volumetriche (sbancamenti e riporti di materiale)
  • integrabilità con banche dati geografiche di diversa origine e risoluzione

Nella tabella che segue sono riportate date e caratteristiche dei rilievi svolti. Per NAC si intende Nadirale ad Altezza Costante, per NAV Nadirale ad Altezza Variabile, per OAC Obliquo ad Altezza Costante e per OAV Obliquo ad Altezza Variabile.

DataTipologia di voloCaratteristiche cavaObiettivoAccuratezza (GCP)
6 luglio 2017NACCava di versante
Visibilità media
Estensione elevata (40 ha)
Test> 3 cm
16 novembre 2017NAC, NAV, OAC
25 luglio 2017NAC, OAC RavanetoTest> 3 cm
8 maggio 2018NAV (incrociato)Cava non di versante
Visibilità media
Estensione limitata (3.5 ha) Indagine in corso

Usabilità dei dati in attività di controllo
40cm
12 settembre 2018NAV, OAVCava di versante
Visibilità elevata
Estensione elevata (13.5 ha)
Dislivello elevato (1350-1550 m s.l.m.)
Cantieri superficiali e sotterranei
Monitoraggio ravaneto e integrazione con dati LIDAR terrestri (galleria)> 3cm
27 settembre 2018NAV (incrociato)
OAV (incrociato)
Cava non di versante Visibilità bassa (pareti verticali)
Estensione limitata (2.5 ha)
Stress test (pareti verticali)> 3cm
27 settembre 2018NAV
OAV
Cava non di versante Visibilità bassa (pareti verticali)
Estensione limitata (0.8 ha)
Stress test (pareti verticali e vegetazione)> 4cm

18 ottobre 2018
NAV
OAV
Cava sommitale Visibilità elevata (bassa in prossimità di parti aggettanti)
Estensione elevata (13.5 ha)
Integrazione rilievi con diverse metodologie> 3.5 cm/ (voli 18 ottobre) / N.A. volo 14 novembre (no GCP)
14 novembre 2018Pilotaggio manuale su pareti verticali + rilievo da terra

Nelle immagini a sinistra e al centro è possibile vedere le aree rilevate (cava e ravaneto) per la messa a punto della metodologia (anno 2017). A destra invece il dettaglio delle variazioni volumetriche rilevate a cadenza semestrale (luglio/novembre 2017). Gli sbancamenti sono evidenziati in rosso, i riporti in blu.

Nel corso del 2017 è stata messa a punto la metodologia di rilievo, evidenziando la possibilità di ottenere un dato altimetrico di elevato dettaglio utilizzabile per il calcolo delle variazioni volumetriche. Nel corso del 2018 si è provveduto al rilievo di cinque aree campione per finalità di stress test della procedura e per la valutazione dell’integrabilità con rilievi LIDAR terrestri e fotografici in situazioni complesse (cave con più cantieri superficiali e pareti aggettanti) e con dati pregressi a differente risoluzione.

Caso studio n. 1 – Situazioni di bassa visibilità

La metodologia messa a punto nel corso del 2017 è stata testata in due condizioni limite, costituite da una prima cava con tre lati su pareti verticali e una seconda cava a pozzo con presenza di vegetazione fitta ai bordi. La copertura delle aree di cava a seguito di operazioni di filtraggio è risultata superiore rispetto a quella del rilievo LIDAR aereo. Nell’immagine a seguire è possibile vedere le aree in condizioni di bassa visibilità (settembre 2018): con tre pareti verticali (a sinistra) e a pozzo (a destra) – panoramica (in alto) e modello di superficie (in basso).

Nell’immagine sotto sono riportati i rilievi in condizioni di bassa visibilità: in alto nuvole di punti da rilievo fotogrammetrico con drone (settembre 2018, altezza: 70m circa), in basso da rilievo LIDAR aereo (ottobre 2017, quota di volo media: 2.500 m).

Caso studio n. 2 – Integrazione di rilievi su cantieri superficiali e sotterranei

È stato condotto un rilievo sia con laser scanner fisso a portata 350m che con sistema mobile: la cava selezionata per il test è caratterizzata dalla presenza di un ravaneto di dimensioni elevate (dislivello superiore a 300m) e dalla compresenza di cantieri superficiali e sotterranei. Il rilievo laser scanner ha riguardato l’intera superficie di cava, il ravaneto e il cantiere sotterraneo principale. Nell’immagine a seguire il rilievo aerofotogrammetrico con drone (a sinistra altimetria, a destra ortofoto di precisione).

Nell’immagine che segue è possibile vedere il confronto tra rilievi LIDAR con strumentazione fissa (in alto) e mobile (in basso) del corridoio di accesso al cantiere sotterraneo (foto al centro) e il confronto tra scansione con sistema mobile (a sinistra in verde) e fisso (a destra a colori).

I due sistemi fisso e mobile consentono una rapida acquisizione dei fronti di cava e dell’interno del cantiere sotterraneo: la disponibilità di due rilievi in date diverse (drone e LIDAR) ha consentito di verificare la sostanziale conservazione del volume del ravaneto. Nell’immagine sotto è visibile il modello LIDAR del cantiere sotterraneo (a sinistra) e il modello dell’area di cava (drone + LIDAR) (a destra).

Caso studio n. 3 – Integrazione di dati rilevati da drone con dati pregressi per il controllo delle attività di coltivazione

È stato condotto un rilievo con drone finalizzato alla delimitazione delle aree di coltivazione e alla stima del volume scavato nel corso degli anni in un’area di cava. Presso il settore SIRA si è proceduto al recupero dei dati pregressi:

  • Voli LIDAR 2010 e 2017 (Dati altimetrici con risoluzione 1m x 1m)
  • Ortofoto e fotogrammi anni 2012 (1:2.000) e 2013 (1:10.000)
  • Planimetrie allegate alla procedura di VIA e alla rendicontazione annuale sulle attività di coltivazione

e alla georeferenziazione delle planimetrie disponibili, alla generazione del modello digitale del terreno a partire dal rilievo con done e all’allineamento con il modello LIDAR. I dati sono stati integrati in ambiente GIS e si è proceduto al calcolo della differenza di volume tra ottobre 2017 (volo LIDAR) e maggio 2018 (modello da drone). Nell’immagine che segue è riportata l’area soggetta a indagine: da sinistra a destra ortofoto 2012 e rilievo aerofotogrammetrico da drone (altimetria e ortofoto di precisione).

È stato possibile verificare la corrispondenza tra le aree attive indicate dal gestore e le variazioni volumetriche riscontrate tra i due voli, oltre alle variazioni tra la situazione iniziale (anno 2010) e situazione a ottobre 2017. Qualora non siano disponibili rilievi ad altissima risoluzione è comunque possibile utilizzare dati alla scala di riferimento 1:2.000 per verificare l’andamento delle attività di coltivazione. Nell’immagine sotto è riportata l’integrazione di dati rilevati e dati pregressi a diversa risoluzione. A sinistra il dettaglio ortofoto LIDAR aereo (ottobre 2017), al centro il dettaglio ortofoto da drone (maggio 2018), a destra la differenza di quote tra rilievo LIDAR e rilievo con drone (in blu gli sbancamenti).

Anche l’immagine sotto riporta un’integrazione di dati rilevati e dati pregressi a diversa risoluzione. A sinistra l’ortofoto (ottobre 2012) antecedente alle attività di coltivazione, al centro l’ortofoto da LIDAR aereo (ottobre 2017), a destra la differenza di quote tra rilievi LIDAR aerei tra il 2010 e il 2017 (in blu gli sbancamenti).

Nell’immagine a seguire è rappresentata l’area di scavo da documentazione di VIA e report annuali del gestore.

Caso studio n. 4 – Integrazione di rilievi a pilotaggio automatico e manuale con rilievi fotografici

È stato condotto un rilievo su una cava sommitale a morfologia complessa, composta da cinque cantieri (uno dei quali percorso da un canyon con presenza di strutture aggettanti), integrato con un secondo rilievo a pilotaggio manuale e un terzo rilievo fotografico da terra. Nell’immagine a seguire è visibile l’area con pareti in aggetto e l’integrazione tra rilievi con drone (ad altezza variabile con piano di volo e pilotaggio manuale) e rilievo fotografico da terra. In alto da sinistra: piano di volo e rilievo aerofotogrammetrico da drone (altimetria e ortofoto di precisione). In basso da sinistra: foto del canyon e ricostruzione della nuvola di punti ottenuta dall’integrazione dei tre rilievi.

Il test ha dimostrato la necessità di ricorrere all’integrazione di più metodologie di rilievo in presenza di morfologie di cava particolarmente complesse, con un allungamento sia dei tempi di rilievo che di elaborazione.

Testo di Cinzia Licciardello con la collaborazione del GdL Cave

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