Nel 2022 numerose sono le definizioni che possono essere date alla scienza geomatica e tutte argomentano sul tema della tecnologia di rilevamento e trattamento informatico dei dati relativi al pianeta terra e all’ambiente. Tuttavia questa definizione, largamente condivisa dalla comunità scientifica internazionale, alla luce dei recenti sviluppi tecnologici, rimane troppo generica e circoscritta limitandone sensibilmente i campi di applicazione.
La cosiddetta “geomatica non ortodossa”, nel senso di estensione degli ambiti d’uso e delle tecnologie utilizzate, comprende tutto quello che interagisce con il pianeta e con lo stato chimico e fisico della materia, con la descrizione statica e dinamica delle forme liquide e gassose.
In tal senso anche il rilievo acustico tridimensionale, il moto magnificato e la fotoelasticità tridimensionale trovano negli strumenti geomatici un robusto flusso di lavoro che consente la caratterizzazione geometrica e la descrizione continua nel tempo, cioè il monitoraggio nello spazio bidimensionale e tridimensionale con gli stessi strumenti in uso della disciplina “classica”.
Nel seguito descriveremo cosa si intende per geomatica “classica” e “non ortodossa”, confidando che a breve, come già successo in passato, l’uso di nuovi strumenti nei flussi di lavoro consolidati diventi patrimonio comune della scienza geomatica.
La tomografia e la radiografia digitale unite alla fotogrammetria di ultima generazione rappresentano l’evoluzione della geomatica in grado di fornire strumenti potenti non solo di rappresentazione ma anche di progettazione e di analisi. Nell’approccio classico nulla viene detto in merito alle caratteristiche degli strati profondi dell’oggetto rilevato: i tempi sono maturi grazie alla messa a punto di nuovi metodi e flussi di lavoro in grado di colmare questo gap rispetto ai metodi di diagnostica per immagini che hanno visto nella chirurgia e nella medicina un importante progresso.
Pur essendo la tridimensionalità una caratteristica ormai consolidata nel flusso di lavoro del geomatico, questa descrizione geometrica risulta sempre limitata alla pelle dell’oggetto indagato. In questo contributo descriveremo la tecnica di caratterizzazione chimica tridimensionale focalizzata sull’indagine di ponti e viadotti, fornendo anche alcuni cenni sull’approccio tomografico e radiografico attraverso le nuvole dense “piene”, che verrà trattato in una pubblicazione successiva.
Su ponte dell’Ing. Sergio Musmeci abbiamo condotto una ricerca unica nel suo genere grazie all’indagine iperspettrale di prossimità condotta con una fotocamera Specim IQ dell’azienda Specim, Spectral Imaging Ltd. Insieme al rilievo iperspettrale è stata realizzata una campagna di scansione fotogrammetrica ed una laser scanner con strumentazione Teledyne Optec Polaris. Il Prof. Ing. Matteo Felitti e l’Ing. Lucia Rosaria Mecca dello Studio MECCAINGEGNERIA hanno analizzato in dettaglio le criticità strutturali ed il degrado dell’infrastruttura orientando le fasi di acquisizione dei dati. La scelta del ponte sul Basento per compiere le prime indagini massive iperspettrali tridimensionali in Italia è nata da alcune considerazioni relative alla unicità dell’opera ed al suo stato di conservazione che presenta importanti criticità.
Per originalità e tecnica di costruzione utilizzata dal suo geniale progettista, oltre che alle condizioni di degrado che interessano il manufatto, abbiamo voluto condurre sull’opera indagini di cantiere sperimentali sfruttando le esperienze pregresse e l’opportunità di utilizzare attrezzature uniche nel loro genere in questo momento in Italia.
Trasformare una camera iperspettrale in un potente strumento di indagine tridimensionale
Le precedenti esperienze di acustica visuale tridimensionale e di termografia 3D sviluppate sul ponte di Via Zappa, in Provincia di Como, nel territorio amministrativo della Città di Erba (CO), hanno permesso lo sviluppo di un flusso di lavoro che ha permesso la ricostruzione iperspettrale tridimensionale attraverso la nuvola densa. Peraltro la stessa tecnica ha consentito di superare i limiti della scarsa qualità del colore e dell’accuratezza dell’informazione colorimetrica del laser scanner sul punto che, con poche lodevoli eccezioni, è un limite di moltissimi strumenti sul mercato.
La fotogrammetria di grado metrologico consente di raggiungere un livello di accuratezza sub pixel nella registrazione delle informazioni. Ad oggi esiste un unico algoritmo commerciale in grado di eseguire fotogrammetria di precisione per applicazioni avanzate di metrologia. Nel caso del rilievo del ponte sul Basento abbiamo utilizzato un approccio sperimentale basato sulla visione artificiale. Questa tecnica ha anche il vantaggio di eseguire i rilievi in assenza di luce, affidando l’aggiunta dell’informazione del colore in fasi diverse della campagna del rilievo.
L’informazione iperspettrale richiede invece condizioni di luce ambientale ottimale che può essere naturale o artificiale a seconda delle condizioni in cui si opera. Durante l’impiego della Specim IQ sono nate nuove strategie per l’impiego in condizioni estreme attraverso lo sviluppo di kit in grado di estenderne i campi di applicazione. Sulle membrane del ponte Musmeci è stato possibile individuare la presenza di ossidi di ferro su superfici apparentemente non interessate dai fenomeni di corrosione delle armature. Tuttavia l’impiego di firme iperspettrali preregistrate consente di estrarre molte informazioni sulla presenza di composti chimici sulle superfici in calcestruzzo: da questo punto di vista la macchina è in grado di essere programmata e restituire tutte le informazioni richieste dal tecnico strutturista direttamente in cantiere, senza l’ausilio di computer o hardware aggiuntivo.
Portare l’imaging iperspettrale nella terza e quarta dimensione (il tempo) è stato un obiettivo ambizioso raggiunto grazie alla SPECIM IQ, un dispositivo rivoluzionario ed estremamente pratico per le indagini iperspettrali prodotto dalla Spectral Imaging Ltd. Grazie alla fine mosaicatura dei dataset iperspettrali, all’intelligenza artificiale e a innovative tecniche di registrazione automatica dei dati del laser scanner e della fotogrammetria, è stato possibile ottenere nuvole dense stratificate con l’intero spettro catturato dal dispositivo ed interrogabile tramite tresholding attraverso gli strumenti disponibili negli ambienti di lavoro basati su matrici di punti spaziali.