Banner Centenario

Ricostruzione geometrica 3D di blocchi di roccia mediante fotogrammetria low cost

Aicardi Irene Grasso Nives Musci Maria Angela Piras Marco
Articolo Immagine
ISSN:
1121-9041
Rivista:
GEAM
Anno:
2017
Numero:
150
Fascicolo:
GEAM N.150/2017

Articolo Open Access

Download:

    Open Access Image

Ogni materiale naturale è unico e, specialmente, nel caso di blocchi di roccia destinati alla costruzione, tra i fattori che ne caratterizzano il pregio si possono individuare: il colore e la geometria. Il colore è legato agli aspetti radiometrici del blocco, mentre la geometria è definita da due parti: volumi lavorabili del blocco e percentuale di fratturazione. In questo articolo verrà trattato solo l’aspetto della geometria, in particolare, come generare dei modelli 3D geometricamente accurati di blocchi di roccia per la stima dei volumi di lavorazione, l’individuazione dei piani di frattura ed la visualizzazione dei blocchi in 3D. Oggi esistono già tecnologie in grado di rispondere a queste necessità, ma risultano costose e difficilmente praticabili in ambito produttivo, in quanto sono di complesso utilizzo e richiedono l’interruzione della catena di lavorazione. Al contrario, quindi, occorre investigare tecnologie e metodologie in grado di offrire una raccolta dati veloce, economica e facilmente fruibile da operatori anche non esperti. Inoltre, il metodo proposto deve essere facilmente replicabile in qualsiasi luogo del mondo. Da qui l’idea di utilizzare la fotogrammetria attraverso strumenti low cost, come smartphone e fotocamere amatoriali, disponibili oggigiorno a prezzi contenuti e facilmente reperibili, per la creazione di modelli metrici 3D, al fine di fare tutte le analisi sul blocco. Nel presente lavoro, si propone una metodologia per la generazione di un modello 3D, geometricamente corretto, per i blocchi di roccia. L’approccio descritto è stato opportunamente testato e validato attraverso un test in laboratorio e un caso reale. I modelli generati mediante rilievo fotogrammetrico con strumenti low cost sono stati confrontati con quelli ottenuti con tecniche laser scanner e strumenti tradizionali, al fine di capire le potenzialità e i limiti dell’approccio proposto. In generale, la tecnica proposta risulta essere low cost (<500 €) rispetto alla tecnologia LiDAR (il costo di un laser scanner close-range è compreso tra 35.000 e 50.000 €). Inoltre la metodologia proposta ci consente di ottenere un modello tridimensionale in meno di due ore. Per la definizione della metodologia ne sono stati analizzati i limiti in termini di dimensione dei blocchi e loro localizzazione. Ci si riferisce, in particolare, alla localizzazione del blocco rispetto a quelli adiacenti che può incidere sulla facilità di acquisizione delle immagini e sui tempi finali di elaborazione. In conclusione, per alcuni campi applicativi il metodo risulta soddisfacente in termini di qualità e applicabilità.

Parole chiave: fotogrammetria, smartphone, sensori low cost, laser scanner.

Geometrical 3D model generation of rock blocks using low-cost photogrammetry 

Each natural material is unique and specially in the case of rock blocks employed in civilian construction, among the factors that characterize the quality we can identify: color and geometry . The color is related to radiometric aspects of the block, while the geometry is defined by two parts: saleable volumes of the block and percentage of fracturing. This article will be discussed only the geometrical aspect, in particular, how to generate a 3D model which is geometrically correct to estimate the volumes and to identify the fracture planes and to visualize the blocks in 3D. Today, there are several technologies already available for these needs, but they are expensive and not usable in the production field, as they are complex to be used and they can require to break the processing chain. On the contrary, it is necessary to investigate alternative technologies and methodologies which are able to offer a faster data collection, cheaper and easily usable by operators even not experts. In addition, the proposed method should be easily replicable anywhere in the world. A possible solution is the use of photogrammetry with low cost tools such as smartphones and amateur cameras, available today with limited prices and readily available, for creating 3D models metric, in order to do all of the analysis on the block. In this work a methodology for the generation of a 3D model of rock blocks, which is geometrically correct it is proposed. The described approach was appropriately tested and validated through a laboratory test and a real case. The models generated by photogrammetry were compared with those obtained by laser scanner, in order to understand the capability and the limits of the proposed approach. Generally, the proposed method appears low cost (< 500 €) compared to the LiDAR technology (the cost of close-range laser scanners is between 35.000 € and 50.000 €). Moreover, the proposed methodology allows to produce 3D model in around in two hours. To define the methodology, we have analyzed the limits according to sizes of rock blocks and their position. Specially, indeed, the distance among the blocks and their relative positions can influence time of acquisition and processing. In conclusion, in some application fields, the method is satisfactory in terms of quality and applicability. 

Keywords: photogrammetry, smartphone, low cost sensors, laser scanner.