L’evoluzione del rilievo 3D sta vivendo un passaggio epocale. Sempre di più si sente la necessità di passare da un Laser Scanner Terrestre a un Laser Scanner in movimento.
Esigenza d’altronde dettata dal mercato: è richiesta sempre più velocità nell’acquisizione dei dati laser e sempre più produttività.
Il rilievo in movimento non è certamente una novità, ma il vero limite nell’utilizzare questa tecnologia è vincolata alla presenza del segnale GPS, oltre ai costi elevati di questi sistemi.
Il passaggio epocale nell’utilizzo del Laser Scanner in movimento in assenza di segnale GPS oggi è possibile grazie alla tecnologia SLAM.
Senza entrare troppo nello specifico si tratta di una tecnica dove lo strumento che si muove in un ambiente sconosciuto costruisce in “tempo reale” la mappa di tale ambiente.
SLAM è l’acronimo di Simultaneous Localisation And Mapping e i leader indiscussi di questa tecnologia è la società inglese GeoSLAM.
Oltre ad ottimizzare l’algoritmo SLAM si sono spinti a creare hardware e software estremamente versatili e unici.
Ecco le 5 principali unicità:
… ma vediamole nel dettaglio queste unicità
Modularità dei Sistemi Laser
GeoSLAM produce strumenti per tutte le tasche e per tutte le applicazioni.
Infatti se devo effettuare rilievi principalmente in interno il prodotto più adatto è lo ZebGO. Il sistema è anche implementabile con un Tablet qualora si avesse la necessità di vedere direttamente in campagna il risultato.
Inoltre, è possibile inserire una video camera oppure con una fotocamera panoramica.
Se i rilievi si svolgono in esterno fino a 30 m è possibile utilizzare sempre lo Zeb Go, ma per distanze superiori lo strumento più idoneo è lo Zeb Horizon.
Quest’ ultimo in particolare è estremamente versatile. La GeoSLAM, ad esempio, produce una staffa dedicata per il posizionamento su drone e su auto.
È possibile espandere il sistema a mezzo di uno zaino dedicato con una macchina fotografica sferica ad alta risoluzione qualora per esempio l’oggetto del rilievo è un centro abitato, o addirittura integrare sempre nello zaino anche un’antenna GPS.
Laser in grado di rilevare con qualsiasi inclinazione
Questo è un aspetto per nulla trascurabile. Sono presenti sul mercato Laser Scanner sempre con tecnologia SLAM che non possono essere inclinati per acquisire in quanto si bloccano nella fase di acquisizione.
Questo non avviene con GeoSLAM, tant’è che una delle applicazioni è proprio quella del rilievo dei pozzi. In questi particolari contesti viene prodotta un’asta per calare il sistema nei pozzi o per portare lo strumento in quota.
Lavora anche in assenza di luce
Altro aspetto fondamentale, a differenza di altri sensori SLAM sul mercato che utilizzano le fotocamere per “vedere” dei punti e correggere la traiettoria, i prodotti GeoSLAM lavorano anche totalmente al buio perché sono in grado di riconoscere le geometrie degli oggetti acquisiti.
Possibilità di acquisire punti di controllo
Questa caratteristica rende il Laser Scanner GeoSLAM uno strumento topografico.
A mezzo di una piastra alloggiata alla base dello strumento è possibile acquisire punti di coordinate note siano essi orizzontali e verticali. In post-processamento dei dati, quindi, è possibile effettuare una roto – traslazione rigida e non rigida migliorando ulteriormente il calcolo della traiettoria.
Ri – processamento dei dati laser
Questo è un aspetto che non ha prezzo. Molto probabilmente ti starai chiedendo perché potresti avere la necessità di riprocessare i dati.
Prendiamo ad esempio che nella zona di rilievo non sono presenti sufficienti superfici di collegamento tali da permettere al software di svolgere il calcolo con i parametri standard, e questa mancanza di superfici la scopriamo solamente quando si elaborano i dati.
Questo significa non eseguire il rilievo o dover ritornare ed effettuare le misure.
Avere la possibilità di intervenire sull’elaborazione per modificare per esempio il parametro di sovrapposizione della superficie in comune, oppure aumentare o diminuire il numero di punti utili per definire una geometria e altri parametri, garantisce di non bloccarsi in campagna e concludere sempre il lavoro.
Il SuperBonus 110% è un nuovo incentivo fiscale per la riqualificazione energetica e sismica degli edifici esistenti, previsto dal Decreto Rilancio, per migliorare la qualità dei nostri edifici.
110% è l’aliquota incentivante per specifici interventi in ambito di efficienza energetica, di interventi antisismici, di installazione di impianti fotovoltaici o delle infrastrutture per la ricarica di veicoli elettrici negli edifici.
La detrazione è riconosciuta nella misura del 110% da ripartire tra gli aventi diritto in 5 quote annuali successivi.
I beneficiari di questo SuperBonus sono molteplici: condomini, persone fisiche, organizzazioni non lucrative di utilità sociale, associazioni, ecc…
Per poterlo ottenere uno dei requisiti fondamentali è che gli interventi comportino il miglioramento di almeno due classi energetiche.
In particolare, gli interventi che beneficiano del bonus si distinguono in interventi trainanti e interventi trainati.
Negli interventi trainanti, ad esempio, rientrano il cappotto termico e l’adeguamento sismico che se realizzati (almeno uno dei due) permette di inserire altri interventi che possono essere detratti al 110% (interventi trainati).
Una volta verificata la prima parte dell’iter per l’accesso al Superbonus 110% arriva il momento dell’esecuzione dei lavori, con i rilievi sul campo.
Gli operatori 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.
Caso studio di una palazzina per il SuperBonus
Il caso riportato di seguito riguarda un rilievo di una palazzina composta da quattro piani più uno interrato adibito a garage. 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 gli immobili 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.
Cos’è l’innovativa tecnologia SLAM?
L’innovativo ZEB Horizon, utilizzato in questa sessione, è uno strumento dell’azienda GeoSLAM, leader di mercato dei prodotti laser scanner con 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 un Laser Scanner, per costruire un’immagine dell’ambiente che li circonda e riuscendo a posizionare gli elementi all’interno di quell’ambiente. I dati forniti dal Laser Scanner 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 si sposteranno in relazione al dispositivo e l’algoritmo SLAM potrà migliorarne la stima 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 dei seguenti vantaggi:
Attività di rilievo
L’attività ha previsto 6 sessioni di circa 15 minuti l’uno per un totale di un’ora e mezzo di rilievo effettivo.
Preliminarmente sono stati distribuiti 15 target cartacei in modo tale da unire i rilievi effettuati separatamente. I target sono stati posizionati all’interno dell’edificio per essere visibili in ogni progetto e collocati in punti chiave come nell’area esterna e all’ingresso dei pianerottoli.
Data la complessità dello scenario è stata utilizzata la tecnica dei punti di controllo in comune. Questa consiste nell’acquisire sul campo i target direttamente con lo strumento senza l’ausilio di altre strumentazioni, e in fase di post elaborazione, nel software dedicato, è possibile calcolarli e, come vedremo, permetteranno di allineare i diversi progetti.
Il primo rilievo, quello principale – definito Master -, ha riguardato la parte esterna, il garage e la parte delle scale che collegava i pianerottoli, soffermandosi su tutti e quindici target.
I successivi rilievi si sono concentrati sui singoli pianerottoli dell’edificio. In questi progetti sono stati registrati almeno 4 target.
Elaborazione dataset in GeoSLAM Draw
La parte hardware della GeoSLAM è accompagnata lato software da una Suite altrettanto potente e completa.
Terminata la fase di acquisizione in soli 90 minuti si è importato il dataset all’interno della piattaforma GeoSLAM Draw. Nel software si è impostato come riferimento principale il progetto master compreso di tutti i target distribuiti nell’ambiente e su quello sono stati allineati gli altri progetti (quindi i singoli pianerottoli) in maniera semi automatica avendo gli stessi target in comune.
GeoSLAM Draw in più consente in maniera semplice di estrarre rapidamente planimetrie e sezioni dai dati della nuvola di punti, nonché la vettorizzazione automatica degli elementi all’interno dell’ambiente.
I formati delle sezioni e planimetrie generati in Draw comunicano senza problemi con altri software esterni come quelli CAD e con le piattaforme più note adibite al BIM.
Microgeo è a disposizione per una consulenza gratuita per consigliarti le strumentazioni più efficaci al fine di poter ottimizzare le procedure ed effettuare i lavori di ristrutturazione rispettando i parametri imposti dal SuperBonus.
Gli algoritmi di codifica video hanno sempre problemi con le nuvole di punti. Assicurati di scegliere le impostazioni del materiale appropriate, in particolare il parametro delle dimensioni, ed evita percorsi frenetici della fotocamera.
Per ridurre il tempo di rendering del video, scegli un formato di sequenza di immagini anziché WebM.
Il rendering di una sequenza di immagini è tre volte più veloce del formato WebM, ma produrrà file di output più grandi e richiederà la codifica in un software di editing video. WebM impiega molto più tempo per il rendering, ma il file di output sarà più piccolo a causa della codifica.
Sii paziente, il rendering del primo fotogramma richiede sempre più tempo.
Il rendering in 4K su WEBM può massimizzare l’utilizzo della CPU e prolungare notevolmente il tempo di rendering, innescando arresti anomali. Se preferisci produrre contenuti in 4K, ti consigliamo di eseguire il rendering di sequenze di immagini.
L’utilizzo della VRAM determina il numero di punti renderizzati in ogni frame. Maggiore è l’utilizzo della VRAM, più punti verranno renderizzati, aumentando in definitiva la qualità, ma anche il tempo di rendering.
Quando si imposta l’utilizzo della VRAM, fare attenzione alla memoria video dedicata. L’impostazione predefinita è 4 GB ma a seconda del sistema è possibile scegliere impostazioni più elevate per ridurre la percezione del caricamento dei punti. Se riscontri strani artefatti nel video renderizzato, riduci l’utilizzo della VRAM.
Tenere presente che quando si utilizza la vista a raggi X, alcuni punti di caricamento sono normali, poiché è necessario eseguire il rendering dell’intera profondità del set di dati per simulare la vista a raggi X.
Se intendi aggiungere il tuo logo a un video o combinare un video con altri filmati, esegui il rendering di una sequenza di immagini. Puoi quindi importare questa sequenza di immagini nel tuo software di editing video preferito.
Lavorare con una sequenza di immagini manterrà la qualità evitando la compressione ripetuta.
Quando si combinano più riprese video (di NUBIGON e di terze parti), assicurarsi che tutte abbiano la stessa impostazione FPS. Diverse impostazioni FPS possono portare a video discontinui.
Per l’editing video, ti consigliamo di utilizzare Adobe Premiere Pro.
Il mondo delle strumentazioni per il rilievo 3D negli ultimi anni si è popolato di sistemi altamente tecnologici che rispondono alle richieste sempre più esigenti del mercato, come la qualità e la produttività.
Sempre più professionisti in ambito topografico, ingegneristico e impiantiscono hanno già investito o sono in procinto di farlo in strumentazioni che gli consentano di ottenere un dato 3D accurato e di elevato valore.
Microgeo con il bagaglio di esperienza maturato in quasi vent’anni sul mercato della strumentazione di rilievo 3D contact-less ha deciso di mettere a confronto due strumentazioni di altissimo livello tecnologico direttamente sul campo: Laser Scanner Terrestre statico e Sistema Mobile Mapping con tecnologia SLAM.
Verranno presentati i risultati di entrambi su un medesimo scenario per mettere in risalto le caratteristiche che contraddistinguono entrambe le tecnologie. Da un lato vedremo la produttività, dall’altra la qualità.
Lo scopo, quindi, non è quello di decretare un “vincitore” tra i due sistemi, ma di mostrare come questi strumenti, estremamente validi, affrontano il medesimo scenario.
Entrambi gli strumenti sono dotati di tecnologia laser che è 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 è un insieme di punti molto denso che è definito “nuvola di punti”.
Si tratta quindi di una 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.
Ciò che distingue i sistemi presi in esame sono le modalità di acquisizione, uno acquisisce il mondo circostante in maniera statica e l’altra in movimento e non solo…
Vediamo brevemente come funzionano
I Laser Scanner Terrestri sono montati su un treppiede e possono acquisire un’intera area a 360° sia in pochi secondi sia in decine di minuti a seconda del tipo di modello e di impostazioni selezionate.
Una volta terminata la prima scansione l’operatore sposterà lo scanner su un altro punto (stazione di scansione) per proseguire con l’acquisizione dell’area di interesse.
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, ad esempio, sarà tanto più alto quanto la superficie tenderà al colore bianco.
GeoSLAM, leader di mercato dei prodotti laser scanner con tecnologia SLAM 3D, ha messo in produzione degli strumenti estremamente versatili e produttivi. 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 (utilizzato in questo test) prendono i dati dai sensori, in questo caso un Laser Scanner, per costruire un’immagine dell’ambiente che li circonda e riuscendo a posizionare gli elementi all’interno di quell’ambiente. I dati forniti dal Laser Scanner 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 si sposteranno in relazione al dispositivo e l’algoritmo SLAM potrà migliorarne la stima 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.
Il modo migliore per mettere a confronto entrambi i Sistemi è stato quello di utilizzare lo stesso scenario di acquisizione.
Il rilievo consiste nell’acquisire un immobile composto da parte interna destinato agli uffici, lato esterno adibito a parcheggio e un piano interrato, per un’area totale di 600 mq. ca
I sistemi in movimenti come lo GeoSLAM nascono per essere estremamente produttivi e versatili ed è per questo che riescono a ricoprire aree molto grandi in brevissimo tempo.
I tempi di scansione dei Sistemi Laser Scanner Terrestri variano a seconda del tipo di qualità e risoluzione vogliamo ottenere dal nostro rilievo.
Per velocità si intende il numero di punti acquisiti al secondo. La risoluzione, d’altra parte, riguarda la capacità di rilevare e rappresentare gli oggetti di dimensioni minime, ossia la capacità massima della nuvola di punti. Il grande vantaggio di utilizzare il Laser Scanner FARO è quella di avere fino a 9 profili di risoluzione che consentono agli utenti la massima flessibilità e di affrontare qualsiasi scenario.
La portata è la massima distanza che lo scanner è in grado di misurare.
Entrambi i sistemi sono dotati di una camera che permette di colorare la nuvola di punti.
Il ZEB Horizon è equipaggiato dalla ZEB Cam, ossia una videocamera che raccoglie immagini che possono essere visualizzate insieme alla nuvola di punti 3D e utilizzate per estrarre informazioni dell’ambiente.
La camera integrata della Serie S dei Laser Scanner FARO è tra le più performanti del mondo Laser Scanner. Si tratta di una fotocamera coassiale con il raggio laser, con una risoluzione che raggiunge fino a 180 MP con possibilità di effettuare il bilanciamento del bianco in 3 modalità: misurazione bilanciata, ponderata orizzontale, ponderata allo zenit.
La modalità HDR (High Dynamic Range) consiste nell’unire le immagini acquisite con diverse esposizioni della luce fornendo una gamma dinamica di luminosità maggiore.
Inoltre, la FARO ha introdotto un’interessante modalità di fusione dati: HDR con illuminazione laser (LI-HDR). Con LI-HDR, una fotografia dell’area sottoposta
a scansione viene unita alle informazioni sulla quantità di luce laser riflessa
dalle superfici durante la scansione.
Altamente consigliata questa modalità quando il soggetto da acquisire presenta una superfice con diverse tonalità cromatiche come un monumento dal valore storico-archeologico o quando si passa da una zona molto illuminata ad un’altra scarsamente illuminata.
Aspetto cruciale da considerare è il tempo di elaborazione dei dati acquisiti. I tempi dipendono principalmente dai seguenti elementi:
Altro fattore da valutare per una corretta ricostruzione 3D del soggetto acquisito è la qualità della nuvola di punti prodotta dai sistemi di scansione utilizzati.
Dalla nuvola di punti, infatti, dobbiamo estrarre elementi fondamentali quali sezioni, prospetti e planimetrie.
La qualità della nuvola di punti è determinata in parte da quanto rumore produce.
Il rumore non è altro che un insieme di punti di una nuvola che sono stati elaborati, ma che non rappresentano nessun elemento fisico del soggetto acquisito. Meno rumore è presente all’interno della nuvola, maggiore è la sua qualità.
Se l’acquisizione laser è accompagnata da quella a colori, la qualità di quest’ultima è determinata dalla risoluzione delle immagini scattate.
In ultima analisi, sono state esportati dalle nuvole di punti le medesime sezioni e planimetrie all’interno del software PointCAB. I formati delle sezioni e planimetrie generati comunicano senza problemi con altri software esterni come quelli CAD e con le piattaforme più note adibite al BIM
Nelle righe precedenti sono stati presentati gli aspetti fondamentali di questi due sistemi evidenziandone le principali differenze.
Scegliere di lavorare con un sistema in movimento e uno statico significa progettare il rilievo in maniera differente.
Lo ZEB Horizon, ad esempio, si presenta in una veste estremamente ergonomica. Puoi scansionare un’intera area semplicemente camminando… Lo strumento, inoltre, può essere equipaggiato da diversi accessori, pensati per far fronte a qualsiasi scenario. È trasportabile sia a mano sia in spalla con un comodo zaino. Può essere montato sia su auto sia su drone. Scegliere gli strumenti GeoSLAM significa ottenere la massima versatilità, flessibilità e produttività.
D’altro canto, con il Laser Scanner FARO si riesce ad ottenere un’accuratezza e una qualità del dato superiore rispetto al mobile. Sebbene la scansione terrestre richieda più tempo, è possibile ottenere una maggiore precisione nelle misure e anche immagini in HDR. Inoltre, in qualsiasi momento l’utente decide se generare una nuvola di punti più o meno densa e se creare finestre di scansione per un maggiore dettaglio.
Infine, il Laser Scanner FARO presenta anch’esso una buona dose di versatilità: oltre ad avere 9 programmi di funzionamento selezionabili e personalizzabili dall’utente ha la possibilità di essere integrato in un sistema Mobile.
Entrambi i sistemi sono valide soluzioni per i professionisti nel settore AEC e quello edilizio.
In particolare, con il recente Superbonus 110%, è diventato ancora più importante dotarsi di strumentazioni versatili e veloci come quelli appena descritti per affrontare impegnative e numerose sessioni di rilievo.
Il GeoSLAM ZEB Horizon può offrire maggiore flessibilità negli ambienti interni e al chiuso dove non sempre è possibile posizionare il treppiede degli scanner terrestri. Se non hai bisogno di ottenere la massima precisione e di colorare le tue scansioni questo potrebbe essere lo strumento che fa al caso tuo.
Se la precisione è la tua priorità e hai bisogno anche di immagini di elevata risoluzione e di una nuvola di punti poco rumorosa la scelta ricade sul Laser Scanner FARO.
E voi quale dei due strumenti di scansione 3D utilizzate? O quale vi piacerebbe provare?
Microgeo è a disposizione per una consulenza gratuita per consigliarvi le strumentazioni più efficaci e produttive.
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