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PoinTools il plugin per importare nuvole di punti in Google SketchUP

E’ arrivato il momento di fare BIM con modelli basati su nuvole di punti?

Perché basare il modello del terreno in progetti di infrastrutture su "vecchie" cartografie a curve di livello quando si può ottenere una rappresentazione aggiornata e a volte più accurata del terreno sulla base di una scansione laser? Questa è la domanda che sempre più ricorre sul filo della gestione dei servizi di rilevamento, l'elaborazione e la modellazione delle informazioni geografiche per la realizzazione delle infrastrutture.

Sebbene la tecnologia di scansione laser e la tecnologia di modellazione siano entrambe completamente disponibili, nella realtà europea, la maggior parte dei progetti di rilievo cartografico su larga scala usufruisce di modelli di nuvole di punti utilizzando la scansione laser da aereo. Tuttavia, il più delle volte, anche utilizzando nuvole di punti, si tracciano mappe a curve di livello tradizionali per essere facilmente lette, utilizzate ed inserite nel ciclo di produzione dell’ingegneria di progetto infrastrutturale.
La domanda che ci si pone è quindi se sia giunto il momento che il settore delle infrastrutture sperimenti i benefici dei modelli derivati dalle nuvole di punti. Soprattutto in vista di nuove tecnologie basate su oggetti e BIM con sistemi in grado di importare e di processare, i cosiddetti dati LAS.
Il formato LAS è un formato standardizzato internazionale per lo scambio di dati di nuvole di punti 3D tra sistemi. Il formato include le classi che consentono di distinguere la vegetazione, i punti a terra e altre classi di oggetti come ponti, edifici, pali, antenne, cavi e così via. Gli oggetti possono essere ulteriormente elaborati e raffinati nel modello del terreno, spesso in combinazione con altri vettori o dati rilevati.
I dati LAS sono in realtà solo una nuvola densa di punti XYZ, spesso con attribuzione di un valore di colore. Il valore del colore può essere acquisito da quelle immagini scattate simultaneamente con la scansione laser, o da altre immagini della zona.

E’ un passaggio generazionale che comporta grandi variazioni di cicli produttivi progettuali, ma non solo tali modelli di terreno possono essere più accurati e utili per le infrastrutture, in quanto possono essere utilizzati anche con grande vantaggio in molte altre applicazioni. Ad esempio, per il monitoraggio della produzione di energia idroelettrica, la silvicoltura, le reti di servizi, il controllo delle inondazioni e il monitoraggio del clima. La maggior parte delle persone che vengono introdotte alla tecnologia di scansione laser rimangono sorprese e colpite dalla precisione, con cui ad esempio si può ottenere la rappresentazione del terreno anche in aree con fitta vegetazione.

Ma il vero problema è nel processo che deve utilizzare il rilievo per il progetto dell’infrastruttura e fintanto che l’ingegneria trova più comodo e veloce realizzare il processo di progetto su una cartografia tradizionale, tracciando su una pianta a curve di livello in modalità 2D per poi estendere il progetto con viste altimetriche per rappresentare separatamente la terza dimensione, sarà difficile avviare questo cambiamento.

Dal punto di vista teorico i sistemi di progettazione come quelli BIM, che gestiscono l’intero processo dal rilievo allo smaltimento finale, sono ottimizzati e funzionali solo se il processo è gestito nello stesso modo e normalizzato con standard realmente condivisi.
In questo caso l’economia di gestione del processo BIM è evidente e provata da tempo.

Ma basta che un solo elemento del processo non sia adeguato al processo BIM per produrre danno all’intero ciclo.
Molte società di ingegneria hanno difficoltà a cambiare i loro sistemi di progettazione, quindi può capitare che ad esempio una parte del processo inizi con l’acquisizione di una nuvola di punti perfettamente integrata per essere importata in sistema BIM, ma può succedere facilmente che l’ingegneria di progetto successiva vada ad utilizzare semplici strumenti CAD ove il 3D ancora non è gestito in maniera intuitiva.
Ed anche se il legislatore a livello europeo è intervenuto a dare un obbligo nell’uso di tali sistemi, di certo non potrà condizionare processi consolidati che portano utili nella progettazione, per portare perdite economiche significative nei casi di gestione classica.
Si ricorrerà, come si è sempre fatto, a finzioni d’uso per soddisfare i requisiti di legge con sistemi che saranno in grado di dimostrare l’uso del BIM anche se alle spalle i processi progettuali continuano ad essere utilizzati in modalità tradizionali.

Nel mondo che cambia oggi con velocità sorprendente, la cartografia e il rilievo di progetto devono essere sempre freschi ed aggiornati. La scansione laser da aerei ed elicotteri può essere utilizzata prima, durante e dopo un progetto di infrastrutture. Sia come base del modello del terreno in fase di progettazione, che per il supporto prezioso in fase di costruzione, che per la documentazione della consegna finale, il cosiddetto modello dell’ “as-built”.
Di certo la scansione laser non è affatto un fenomeno nuovo risalendo già i primi esperimenti LiDAR agli anni ’90. Tuttavia, l'adozione di dati laser per la progettazione e l’ingegneria non è stata veloce come si pensava inizialmente. La nuova tecnologia ha bisogno di essere appresa e trovare il suo posto nei processi di lavoro stabiliti e consolidati che non tollerano interruzioni ed innovazioni.

Il processo deve avvenire nell’arco di un intero cambio generazionale e può attuarsi se e solo se il processo formativo di base va di pari passo, cosa che purtroppo non avviene nelle Università italiane, troppo distaccate dal mondo della produzione.

Altro problema risiede nelle segmentazione dei processi. Chi fa il rilievo deve produrre elaborati di consegna normati sia da standard internazionali che da usi e costumi imprescindibili, ad esempio se si deve produrre il rilievo di una pista aeroportuale per il suo adeguamento è facile pensare ad un laser scanner aereo per avere in poco tempo un modello del terreno affidabile e accurato. Ma quale sarà l’elaborato finale che verrà richiesto ad esempio dalle autorità aeroportuali? Di certo la classica planimetria con disegno al tratto realizzato secondo gli schemi dell’interpretazione e simbologia cartografica.

Se la precisione e la potenza di visualizzazione delle nuvole di punti rappresentano un grande potenziale, le mappe a curve di livello sono ancora la base di progetto. In teoria non si dovrebbe davvero aver bisogno di creare curve di livello se si possono leggere nuvole di punti e si hanno buone routine per l'elaborazione di tali dati.

Al fine di ottenere un vantaggio nel processo di modellazione delle infrastrutture, le funzionalità delle nuvole di punti, naturalmente, devono essere parte del software ingegneristico. Il problema è che gli strumenti di modellazione esistenti oggi sul mercato, in origine sono stati scritti per dati vettoriali e puntuali singoli, non rivolti alle dense nuvole della scansione laser. Pertanto, gli strumenti devono essere riprogrammati per gestire i nuovi requisiti per grandi volumi di dati, con conseguenze nella gestione della memoria, la grafica 3D e gli algoritmi di calcolo.

Venendo poi alla precisione ottenibile, semplici considerazioni, derivate dalle numerose esperienze effettuate, ci portano oggi a considerare che il LiDAR fornisce una accuratezza in altezza di circa 5-10 cm nel modello del terreno. La densità e la precisione dei punti dipende dalla quota di volo, ma anche fino a 2000 metri la precisione è circa 10 cm sulle superfici piane e ben definite. Da un elicottero che vola a 300-400 metri da terra la precisione è 2-5 cm con una densità di 40-60 punti per metro quadrato.
Da un'altitudine di 2000 metri in volo un aereo può fare una scansione laser di 1000-1500 km2 al giorno. Un tipico corridoio di terreno per un progetto stradale può essere completato in un paio d'ore in elicottero.
Il servizio di scansione dovrebbe essere pertanto molto competitivo.

La parte importante del processo di acquisizione laser è la riduzione del numero dei punti contrariamente alla facile opinione che più punti hai, meglio è. I punti vanno sfoltiti in funzione della morfologia rilevata. Non è necessario lo stesso numero di punti ove il terreno è piatto rispetto a quello ondulato. Per ovvi motivi di efficienza, è importante non trattare dati non necessari nel processo di progettazione. Altre considerazioni possono però portare a diverse densificazioni specialmente per eventuali futuri utilizzi.

L'esperienza del settore delle costruzioni dice che i costi sono notevolmente ridotti e la qualità migliorata se si dispone di un buon modello per progettare e costruire.
L’intera economia del sistema progettuale e costruttivo delle infrastrutture si avvantaggia economicamente, ma questo come già detto, può valere solo se tutto il processo è realizzato dallo stesso gestore.
La frammentazione degli operatori in un processo infrastrutturale non può che portare alla non adozione di strumenti di economia di insieme, perché questi saranno sicuramente dannosi, economicamente parlando, ai singoli operatori.

Il primo strumento da cambiare nella progettazione è il software che ha consentito per anni di informatizzare i vecchi procedimenti manuali di disegno di rilievo e di progetto senza apportare però effettive innovazioni. AutoCAD ad esempio è stato per decenni e lo è ancora il più conosciuto ed utilizzato strumento per trasformare i vecchi pennini a china in codici informatici da inviare a video e plotter, utilizzato in maggioranza per le sue veloci possibilità di rappresentazione 2D.
Ma essere al fianco della rivoluzione del 3D necessita un impeto di innovazione come ad esempio l’innovativo strumento SketchUp realizzato da Google per la progettazione direttamente in 3D, oggi acquisito - non a caso - da Trimble, una società conosciuta nel mondo della topografia e del posizionamento di precisione.

L’approccio al mondo della progettazione sin dalla prima formazione dei suoi utenti negli ambienti scolastici ed universitari deve avvenire tramite quegli strumenti che hanno la capacità di visione tridimensionale globale facile al fine di colmare il gap di acquisizione della mentalità 3D che l’uomo ancora dimostra a livello universale.

 

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