Pesci A., P. Stefanelli, M. Bisson, F. Muccini, C. Carmisciano (2016). Integrazione di dati Laser Scanning e fotogrammetrici per il monitoraggio delle coste: i primi rilievi TLS terrestri per il progetto SCANCOAST, Rapporti Tecnici INGV, n.330.

Il lavoro descritto in questo rapporto tecnico è parte integrante del programma operativo del progetto SCANCOAST, pensato per il monitoraggio di aree costiere e sottomarine condotto mediante l’integrazione di tecniche di telerilevamento quali Terrestrial Laser Scanning (TLS), fotogrammetria digitale e multibeam interferometrico. SCANCOAST è un progetto finanziato dalla Regione Liguria nell’ambito del Piano Operativo Regionale (2007-2013) Asse 1 Bando Distretto Ligure delle Tecnologie Marine. L’attività si concentra nel
territorio ligure, nel versante delle Cinque Terre, particolarmente soggetto ad instabilità di natura idrogeologica quali fenomeni franosi o alluvioni le cui tragiche conseguenze sono state più volte raccontate nelle cronache locali e nazionali (ad esempio l’alluvione di Vernazza e Monterosso del 25 ottobre 2011). Lo scopo principale del progetto è realizzare ed utilizzare un sistema di osservazione e monitoraggio di tipo contactless che permetta, in tempi rapidi e con operazioni veloci, di restituire un data set di Modelli Digitali del Terreno (DTM) utilizzabile per identificare e monitorare potenziali fenomeni franosi.
L’area indagata si caratterizza per un elevato numero di settori con problemi di stabilità e di difficile accessibilità per la presenza di ripidi versanti esposti al mare che rendono assai ostico un approccio di studio di tipo tradizionale effettuato con misure ed osservazioni dirette in situ.
Nell’ambito delle tecniche da remoto, la fotogrammetria digitale moderna integrata da un’analisi delle immagini basata su algoritmi di tipo Structure from Motion (SfM) risulta particolarmente adatta per ottenere una definizione geo-morfologica di dettaglio dei corpi di frana [Westoby et al., 2012]. Tale prodotto costituisce la base fondamentale per mappare, nella fascia costiera, aree emerse e sottomarine potenzialmente instabili che possono costituire un fattore di rischio per le attività umane. L’osservazione da mare fornisce il vantaggio di avere una visione d’insieme della costa, compresi eventuali corpi di frana presenti. L’integrazione con i dati sottomarini da multibeam interferometrico, permette di investigare anche i corpi detritici alla base della scarpata, elemento di principale importanza per valutazioni sulla stabilità generale del pendio [Brock and Purkis, 2009; Michoud et al., 2014].
La fotogrammetria SfM permette di ottenere modelli tridimensionali densi e precisi a partire da serie di immagini digitali acquisite in piena libertà, senza l’uso di complessi e costosi sistemi per il posizionamento delle camere digitali nello spazio. Nonostante venga utilizzata la base geometrica della fotogrammetria tradizionale (equazioni di collinearità e geometria epipolare), si registra una notevole implementazione garantita dalla potenza di calcolo oggi disponibile anche in comuni PC [Hartley and Zisserman, 2004; Snavely et al., 2008; James and Robson, 2012]. Tale vantaggio permette di utilizzare algoritmi che individuano in modo automatico o semi-automatico una grande quantità di punti omologhi, cioè pixel relativi agli stessi elementi nelle immagini digitali acquisite da posizioni differenti intorno alla superficie di interesse. Così si forniscono le informazioni necessarie per calcolare la posizione e l’orientamento delle camere nello spazio fisico e si calcolano i parametri delle equazioni fotogrammetriche necessari a trasformare i pixel delle immagini in punti nello spazio tridimensionale. Esiste però un punto critico del rilievo SfM, ovvero la necessità di fornire un fattore di scala alle nuvole di punti da esso estratte per poterle inserire in un sistema metrico e restituire un modello registrato in un sistema di riferimento reale. Esperienze precedenti [Pesci et al., 2015a] hanno mostrato come la scelta di estrarre la lunghezza di polilinee create congiungendo particolari ben visibili nelle nuvole di punti fotogrammetriche e TLS, si sia rivelata ottimale per calcolare il fattore di scala rispetto al più tradizionale metodo di utilizzare le coordinate di un set di punti, misurati con GPS o con altri metodi (per esempio stazione totale) per le successive trasformazioni di Helmert (rototraslazioni più fattore di scala). La creazione di polilinee è estremamente semplice e performante in ambito architettonico per la facilità di individuare spigoli e forme particolari sulle quali fare passare linee virtuali; nei rilievi ambientali (territoriali) ciò risulta senz’altro più complicato poiché le caratteristiche del terreno rendono più difficile l’individuazione di punti di riferimento. In questi casi l’utilizzo a terra di target fotogrammetrici (croci, cerchi, etc.) misurati al centro con tecnologia di tipo Global Positioning System (GPS) potrebbe essere la soluzione più vantaggiosa purché distribuiti in modo omogeneo sull’area del rilievo. A seconda dei casi di studio, si dovrà verificare con cura quale strategia sia più adatta per ottenere modelli di giuste e realistiche dimensioni dal SfM.
Nei rilievi fotogrammetrici ottenuti da piattaforma mobile, si pensi per esempio ad immagini acquisite da una imbarcazione o da un drone radiocomandato a distanza, è possibile in fase di analisi avvalersi di coordinate misurate con GPS (in modalità statica o cinematica) per ottenere la giusta scala su aree di notevoli dimensioni ed è interessante comprendere, da un punto di vista qualitativo e quantitativo, l’eventuale errore di scala indotto con queste procedure. Se invece le misure sono già metriche, come nel caso dell’acquisizione TLS, un rilievo speditivo può essere registrato in un sistema esterno con semplice roto-traslazione.
Il rilievo TLS è presentato nel dettaglio in questo lavoro per i seguenti scopi: a) ottenere un modello iniziale ad alta risoluzione di aree potenzialmente instabili e dunque di particolare interesse in quanto insistenti su zone abitate; b) studiare il contenuto di intensità del segnale per valutare la presenza di zone di accumulo di acqua e quindi osservare le parti maggiormente esposte a fenomeni di erosione del mare; c) ottenere un forte vincolo geometrico per la verifica dei rilievi SCANCOAST da piattaforma mobile; d) ricostruire la morfologia cercando di capire i limiti e vantaggi di un rilievo TLS, nell’ottica di una possibile integrazione con altre tecniche di rilievo quale per esempio ALS (Airborne Laser Scanning).
 
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