Progetto fotogrammetrico preliminare – la scala di restituzione del rilievo

Le operazioni preliminari per una scelta ottimale della scala di restituzione del rilievo

La fotogrammetria è una tecnica di rilievo indiretto che permette di ottenere informazioni su una vasta area, una facciata, ma anche su un oggetto, principalmente di tipo metrico a  partire da un modello ottenuto mediante l’elaborazione di semplici fotogrammi.

Come detto negli articoli precedenti, affinché si possa utilizzare tale tecnica fotogrammetrica, è necessario che i fotogrammi catturati abbiano tra essi, lateralmente e trasversalmente, un ricoprimento tale che, ogni punto a terra (o su di una facciata) sia catturato in almeno due scatti. Tuttavia dall’esperienza maturata nel settore possiamo affermare che, per una restituzione più accurata è bene che ogni punto fotografato sia visibile in almeno tre scatti.

Per ciascuna tipologia di lavoro o richiesta della committenza sarà necessario decidere la scala di restituzione più appropriata. Detta scelta influenzerà l’intera ripresa dei fotogrammi: la risoluzione, l’altezza o la distanza di volo. Vediamo come e perché.

Nel caso di rilievo di un ampio campo coltivato, il grado di dettaglio richiesto al rilievo, ed alla successiva restituzione, sarà differente rispetto ad un rilievo di un oggetto o meglio ancora, un rilievo architettonico o archeologico.

Per ottenere un lavoro di rilievo finito, preciso e ben rappresentato, è quindi necessario preliminarmente definire quale sarà la scala di restituzione che dovrà avere il lavoro e in funzione della camera utilizzata, definire il GSD di progetto.

Definizione del valore di GSD (Ground Sample Distance),

Il GSD è un parametro fondamentale da pianificare in fase di progettazione di un piano di volo per ottenere un rilievo in scala ottimale. La sua definizione può essere data come distanza tra il centro di due pixel consecutivi rappresentati a terra ovvero “campione di terreno nel modello” ma più semplicemente “dimensione media al suolo del pixel” che indica la quantità metrica di terreno al suolo rappresentato in un pixel; lo stesso concetto si estende analogamente alla quantità di facciata o di un qualsiasi oggetto del rilievo, contenuta in un pixel.

Il calcolo del GSD è molto semplice e dipende esclusivamente da due parametri:

• distanza della camera all’oggetto di presa o quota di volo nel caso di droni;

• caratteristiche della macchina di presa per ogni modello: sensore e distanza focale (note a priori e fornite dal produttore della camera).

Scala di restituzione del rilievo ricercata in funzione dello “scopo” del rilievo

Chiariamo perché il concetto di scala del rilievo dipende dallo scopo del rilievo facendo un esempio concreto:

Un nostro cliente ci ha commissionato la progettazione del rifacimento della facciata di un fabbricato. Il primo passo da compiere è il rilievo della facciata e la restituzione cad (operazione che possiamo svolgere ottimizzando i tempi del 90% attraverso l’uso della fotogrammetria e del nostro software VeRa).

Fissiamo una scala di restituzione adeguata per un rilievo architettonico, che nel nostro caso sarà scala non inferiore a 1:100.

Quale relazione intercorre tra scala e GSD e come posso rappresentare i miei elaborati alla scala richiesta, garantendo la massima precisione? E soprattutto, cosa posso fare a priori, io, tecnico, per ottenere quanto richiesto dal committente?

Esiste una relazione numerica lineare tra GSD e scala del rilievo.

Posto che, lo spessore convenzionale del tratto grafico rappresentabile è pari a 0,20 mm, il valore del GSD da garantire per ottenere un elaborato chiaro e leggibile sarà dato dalla moltiplicazione del valore della scala di restituzione scelta per lo spessore convenzionale del tratto grafico rappresentabile sopradetto.

Volendo, ad esempio, ottenere una restituzione in scala 1:100 l’impronta del singolo pixel in facciata potrà avere una dimensione massima di 2 cm (ovvero 100*0.20mm=20mm=2 cm).

Ottenuto il valore del GSD, noti i parametri della camera con la quale effettuerò gli scatti, utilizzando una banale formula inversa ottengo a quale distanza massima posso realizzare tali scatti.

Attenzione! Dire che, per ottenere una scala di restituzione pari ad 1:100 è bene avere un gsd (dal quale dipende, nota la camera utilizzata, la distanza di presa) di 2 cm, non significa assolutamente che, per distanze di presa maggiore e quindi GSD maggiore, non sia possibile realizzare una restituzione in tale scala. Posso sempre rappresentare lo stesso balcone in scala 1:100! Con un GSD molto elevato potrei perdere qualche informazione pur ottenendo comunque una restituzione in scala 1:100 con meno dettagli e meno precisione.

E’ questa la chiave di lettura: i dettagli che l’elaborato restituito dovrà contenere.

Ovviamente, il GSD, soprattutto nel caso di ripresa aerea, è un valore stimato, che deve intendersi come “valore medio”. Infatti, il suo calcolo si basa sull’ipotesi di mantenere per tutta la durata del volo, una distanza costante tra camera e area del rilievo, ma come è facilmente comprensibile, salti di quota, dossi o avvallamenti del terreno, fanno si che tale valore relativo alla distanza, sia variabile, per cui otterremo un GSD del rilievo che non sempre coincide strettamente con il GSD di progetto.

Questo non inficia assolutamente il lavoro, ma bisogna tenerne conto e saper analizzare i vari dati che entrano in gioco nel rilievo, per essere sempre più padroni dell’argomento.

Data la definizione di GSD facciamo qualche esempio numerico e pratico:

• maggiore è il suo valore, maggiore sarà la “quantità di terreno” e quindi le informazioni racchiuse in un pixel; da ciò deriva quindi un minore dettaglio nella rappresentazione dell’oggetto.

Infatti dire che il GSD(a) di un rilievo è pari a 50cm/px equivale a dire che un pixel di dimensioni date, contiene, cioè rappresenta, una porzione di terreno di lato 50 centimetri (analogamente con il caso delle facciate o dei monumenti). Avere un GSD(b) di 5 cm/px, equivale a dire che un pixel delle stesse dimensioni del precedente contiene solo 5 centimetri di territorio.

Il GSD(b) senza dubbio, ci darà un livello di dettaglio nelle informazioni, nettamente superiore al GSD(a).

Acronimi

GSD – Ground Sample Distance