Produzione e collaudo di cartografia tecnica numerica
… verso i DB topografici
Ufficio CartograficoServizio Cartografia e Gis della Provincia di Brescia
Ing. Antonio Trebeschi
Assistenza tecnica a chi realizza cartografia tecnica numerica,attraverso:
–– Predisposizione del Capitolato
– Direzione lavori
– Collaudo
L’attività dell’Ufficio Cartografico
LA FOTOGRAMMETRIA - Cenni introduttivi
tutta la cartografia tecnica (di base) oggi viene prodotta mediante aerofotogrammetria
LA FOTOGRAMMETRIA - Cenni introduttivi
Cos’è l’aerofotogrammetria
tecnica che consente di giungere alla
realizzazione della carta attraverso particolari
fotografie (dette FOTOGRAMMI)
riprese da aereo.
LA FOTOGRAMMETRIA - Cenni introduttivi
I vantaggi della fotogrammetria
A partire dai FOTOGRAMMI
è possibile realizzare un MODELLO
TRIDIMENSIONALEdell’oggetto ripreso sul
quale si possono compiere misure con VALIDITA’ METRICA
LA FOTOGRAMMETRIA - Cenni introduttivi
I vantaggi della fotogrammetria
Anziché rilevare sul terreno i punti uno per uno
E’ possibile effettuare misure “a tavolino”
sul modello ottenuto dai fotogrammi
Pn
P4
P1P2
P3
LA FOTOGRAMMETRIA - Cenni introduttivi
La visione stereoscopica
Vediamo 3Dgrazie alla “fusione”
delle 2 immagini diverse che arrivano
agli occhi da due punti di vista
distinti
LA FOTOGRAMMETRIA - Cenni introduttivi
Il “sistema Fotogramma”
(*)Indicati con grande precisione (± 0,01 mm) sul certificato di calibrazione della camera da presa.
ORIENTAMENTO INTERNO
• xm ym (marche)
• c (dist. principale)
parametri di orientamento interno (*)
sistema di riferimento definito a partire da marche fiduciali e centro di presa
LA FOTOGRAMMETRIA - Cenni introduttivi
La camera da presapuò essere schematizzata come un corpo rigido libero nello spazio, con 6 gradi di libertà: tre traslazioni e tre rotazioni
che si possono anche esprimere attraverso le 3 coord. di posizione del centro di presa e i tre angoli di assetto della camera
κ
ω
ϕ
X0 Y0 Z0
X0 Y0 Z0 ω ϕ κParametri di orientamento esterno
ORIENTAMENTO ESTERNO
LA FOTOGRAMMETRIA - Cenni introduttivi
Esemplificazione analitica
P: punto oggettoche in un sistema di riferimento definito sul terreno ha coordinate: (X,Y,Z);
O: centro di presache nel medesimo "sistema terreno" ha coordinate: (X0,Y0,Z0);
p: punto immagineche nel "sistema fotogramma" ha
coordinate (x,y) e dista da O di una lunghezza pari alla distanza principale c.
LA FOTOGRAMMETRIA - Cenni introduttivi
Esemplificazione analitica
( )( )x c
r X X r Y Y r Z Z
r X X r Y Y r Z Z= −
⋅ − + ⋅ − + ⋅ −
⋅ − + ⋅ − + ⋅ −11 0 21 0 31 0
13 0 23 0 33 0
( ) ( )
( ) ( )
( )( )y c
r X X r Y Y r Z Z
r X X r Y Y r Z Z= −
⋅ − + ⋅ − + ⋅ −
⋅ − + ⋅ − + ⋅ −12 0 22 0 32 0
13 0 23 0 33 0
( ) ( )
( ) ( )
con che tiene conto delle tre rotazioni ω, ϕ e κ tramite legami funzionali. R
r r rr r rr r r
=11 12 13
21 22 23
31 32 33
equazioni di collinearità(“da terra al fotogramma”)
X Y ZX0 Y0 Z0ω ϕ κ
x,y = f
Noti i parametri di orientamento interno e esterno per ogni “punto-terreno” (X, Y, Z) si può ottenere la posizione del corrispondente “punto-fotogramma
percorso del raggio ottico che impressiona la pellicola
LA FOTOGRAMMETRIA - Cenni introduttivi
equazioni di collinearità(“dal fotogramma a terra”)
x’ y’X’0 Y’0 Z’0ω’ ϕ’ κ’
X,Y,Z = f
( )X X Z Zr x r y r cr x r y r c
= + − ⋅⋅ + ⋅ − ⋅⋅ + ⋅ − ⋅0 0
11 12 13
31 32 33
( )Y Y Z Zr x r y r cr x r y r c
= + − ⋅⋅ + ⋅ − ⋅⋅ + ⋅ − ⋅0 0
21 22 23
31 32 33
Z = …
Esemplificazione analitica
x yX0 Y0 Z0ω ϕ κ
Noti i parametri di orientamento interno e esterno per ogni punto a terra (X, Y, Z) non basta un solo punto-fotogramma (x, y) è necessario disporre di un’altra immagine ripresa da un altro punto (x’, y’)
per “ricostruire l’oggetto ripreso - formare il modello-, partendo dai fotogrammi
LA FOTOGRAMMETRIA - Cenni introduttivi
Il processo fotogrammetrico
Esemplificazione analitica
I) Acquisizione dei fotogrammi (Volo)
II) Orientamento dei fotogrammi per la formazione del modello comporta operazioni preliminari (misure a terra e sui fotogrammi) per la determinazione dei parametri di orientamento esterno, la cui conoscenza consente, dopo aver formato il modello (orientamento relativo dei fotogrammi), di orientare in modo “assoluto” il modello stesso, cioè fare in modo che le coordinate-modello risultino corrispondenti alle coordinate-terreno (nel sistema di riferimento prestabilito)
III) Restituzione: primo disegno a partire dal modello
IV) Produzione degli elaborati cartografici finali comporta l’esecuzione di vari interventi sia per acquisire informazioni integrative che per la “strutturazione del prodotto”
può essere riassunto schematicamente nel modo seguente:
CARTA TECNICA REGIONALE
NUMERICA ALLA SCALA 1:10.000
SETTORE CARTOGRAFICO
Regione Calabria
DATABASE TOPOGRAFICO E CARTA
FOTOGRAMMETRICA NUMERICA ALLA SCALA
1:5.000
Specifiche Tecniche per la realizzazione del Database topografico
alle scale 1:5000 e 1:10000
CAPITOLATO CARTOGRAFIA
TECNICA NUMERICA ALLASCALA 1:2.000
LE PRESCRIZIONI TECNICHE DI CAPITOLATO
LA PRODUZIONE CARTOGRAFICA:
PROVINCIA DI BRESCIA
Specifiche tecniche per la realizzazione dei
Data Base Topografici di interesse generale
scale 1:1.000, 1:2.000, 1:5.000 e 1:10.000
Versione per la sperimentazione
ecc…
… fino ad oggidomani?
LE PRESCRIZIONI TECNICHE DI CAPITOLATO
LA CARTA
LA PRODUZIONE CARTOGRAFICA:
• caratteristiche
• contenuti
• precisioni
- scala- rappresentazione- sistema di rif. e coord.- dimensione e taglio
- contenuto planimetrico- contenuto altimetrico- toponomastica- tolleranza planimetriche- tolleranze altimetriche
IL RILEVAMENTO FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO
LE PRESCRIZIONI TECNICHE DI CAPITOLATO
LA CARTA
LA PRODUZIONE CARTOGRAFICA:
• caratteristiche- scala- rappresentazione- sistema di rif. e coord.
Esempio di cartografia comunale (parte del cartiglio)
FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO
1) Volo
2) Appoggio - Inquadramento
3) Restituzione
4) Ricognizione
5) Editing - Disegno
6) Elaborati finali
IN CORSO D’OPERA viene fatto il COLLAUDO su ciascuna fase
LA PRODUZIONE CARTOGRAFICA:
LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO
1) Volo: acquisizione dei fotogrammicon copertura stereoscopica
lL
cH m
= =1
Relazione fondamentale
dove:m = fattore di scala media del fotogrammaH = quota relativa di voloc = distanza principalel = lato fotogramma (23 cm per fotogrammi aerei)L = abbracciamento al suolo
H
L
c
l
H
LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO1) Volo (fase di presa)
•camera da presa •materiale fotografico•quota di volo – SCALA MEDIA•disposizione delle strisciate•variazione angoli di assetto•ricoprimenti (tra fotogr. e tra strisciate)
Prescrizioni relative a: Elaborati da consegnare:
Collaudo
•piano di volo (progetto) •certificato calibrazione camera•quadro d’unione fotogrammi•copia fotogrammi•verifiche orientamento interno •verifiche variazioni assetto
• verifica delle caratteristiche “metriche” dei fotogrammi: scala, ricoprimenti – per stereoscopia e completezza della copertura • verifica delle caratteristiche “qualitative”: nitidezza, assenza nubi, deformazione film
LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO1) Volo (fase di presa)
Elaborati da consegnare:
•quadro d’unione fotogrammi
LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO
2) Appoggio – Inquadramento:determinazione delle coordinate-terreno di punti necessari per l’orientamento assoluto
Attraverso:
2.1) misure sul terreno
2.2) operazioni fotogrammetrichetriangolazione aerea
LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO2.1) Misure sul terreno
•punti da utilizzare per l’inquadramento•modalità di rilevamento•calcolo •precisioni: tolleranze
Prescrizioni relative a: Elaborati da consegnare:
Collaudo
•progetto delle reti•grafico delle misure effettuate•dati acquisiti – libretti di campagna•elaborazioni •monografie
• verifica di modalità operative di misura e calcoli • verifica del rispetto delle tolleranze• monografie
LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO2.1) Misure sul terreno
punti da utilizzare per l’inquadramentoPrescrizioni relative a:
LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO2.1) Misure sul terreno
Elaborati da consegnare:
•grafico delle misure effettuate
LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO2.2) Triangolazione aerea
•numero di punti di appoggio necessari per ogni modello•numero e disposizione dei punti noti a terra•numero e disposizione dei punti di legame da determinare•scarti e sqm ammissibili
Prescrizioni relative a: Elaborati da consegnare:
Collaudo
•grafico delle strisciate con ubicazione dei punti •tabulati delle misure•elaborazioni•relazione sul programma adottato
• verifica numero dei punti, disposizione • verifica del rispetto delle tolleranze
LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO3) Restituzione
•strumento restitutore•sistema di restituzione – analitica, digitale•scarti ammissibili sui punti di appoggio nell’orientamento assoluto•rappresentazione grafica
Prescrizioni relative a: Elaborati da consegnare:
Collaudo
• protocolli di restituzione con parametri di orientamento e residui sui punti di appoggio•elaborato grafico della restituzione con evidenziate zone incerte
•verifica di strumenti e sistema di restituzione •ripetizione di orientamento e restituzione su un campione•verifica di completezza del contenuto e accuratezza della fotointerpretazione
LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO
4) Ricognizione
toponomasticaaltre integrazioni
esempio carta 1:500
LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO4) Ricognizione
•integrazione metrica•integrazione informativa•raccolta della toponomastica•riporto dei limiti amministrativi
Prescrizioni relative a: Elaborati da consegnare:
Collaudo
•minuta di ricognizione•libretti delle misure
•analisi della documentazione •ricognizione sul terreno per verificare errori e omissioni
LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO
5) Editing - Disegno: inserimento integrazioni e strutturazione dati
LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO5) Editing - Disegno
•interventi di integrazione geometrica•inserimento della toponomastica•strutturazione dei dati secondo le caratteristiche richieste per i files finali•rappresentazione grafica: vestizioni
Prescrizioni relative a: Elaborati da consegnare:
Collaudo
•dati numerici strutturati come richiesto dalle specifiche•elaborati grafici corrispondenti ai filesfinali (disegno)
•controlli analitici a campione sui files•controlli formali a tappeto sui files•controlli visivi a campione – corretto inserimento della ricognizione •verifiche sulle caratteristiche del disegno: corrispondenza delle vestizioni
BANCA DATIBANCA DATI
•• geometricamente (punto, linea, poligono)• geograficamente (coordinate dei vertici)• mediante codifica (codice identificativo)
Cartografia Tecnica NUMERICANUMERICA
per ogni elemento per ogni elemento del territorio: un’entità del territorio: un’entità caratterizzatacaratterizzata
1) geometria: poligono (entità areale)
2) coordinate dei vertici3) codice identificativo
EsempioEsempiol’entità selezionata (l’entità selezionata (giallagialla))è caratterizzata da:è caratterizzata da:
Est Nord Quota1 1594837.81 5049032.36 198.272 … … …3 … … …4 … … …5 … … …6 … … …
2)3) 03010100
(edificio civile(*))
Cartografia Tecnica NUMERICANUMERICA
(*) Repertorio Carta Tecnica Provincia di Brescia
DB TOPOGRAFICO ……… un ulteriore passo avanti
non più un singolo codice identificativoma la possibilità di caratterizzazione attraverso diversi attributi, nonché un diverso tipo di strutturazione dei dati, finalizzatanon soltanto alla traduzione dei SEGNI,
ma all’organizzazione dei CONTENUTI
LE FASI DEL PROCESSO FOTOGRAMMETRICO6) Elaborati finali
•elaborati da consegnare:•materiale fotografico•materiale topografico•materiale informatico•materiale cartografico
Prescrizioni relative a: Elaborati da consegnare:
Collaudo
•vedi precedente
•verifica di completezza e rispondenza qualitativa
Collaudo finale sul terreno
•Misure dirette sul terreno per acquisire elementi da porre a confronto con la carta prodotta e valutare così il rispetto delle tolleranze
In particolare per le verifiche delle banche dati
appositi software per il “controllo di qualità”
Le fasi del processo fotogrammetrico
In corso d’opera fase per faseIL COLLAUDO:
CONTROLLI sempre meno a campione
sempre più a tappetoEVOLUZIONE
Sulla base delle specifiche di CapitolatoVerifica: strumentazione adeguata
procedure corretterispetto delle “tolleranze”
CARTOGRAFIA TECNICA NUMERICA … verso i DB topografici
TEMPI DI PRODUZIONE
180Totale (volo escluso)
15Elaborati finali
45Editing-Disegno
30Ricognizione
(20 *)Volo
30Misure topografiche
45Restituzione
Triangolazione aerea
FASI
15
giorni
Esempio: Territorio comunale 2.000 ettari:400 ettari urbanizzato – alla scala 1:2.0001.600 ettari extraurbano – alla scala 1:5.000
CARTOGRAFIA TECNICA NUMERICA … verso i DB topografici
TEMPI DI PRODUZIONE (*)
61:1.000
151:2.000
5501:10.000
1:5.000
scala carta
100
RESTITUZIONE [ettari/giorno]
In dettaglio, per fase restituzione, alle varie scale
(*) stima effettuata attraverso un’indagine presso ditte produttrici
CARTOGRAFIA TECNICA NUMERICA … verso i DB topografici
COSTI DI PRODUZIONE
200-3001:1.000
30-351:2.000
3-51:10.000
1:5.000
scala carta
7-10
RESTITUZIONE [€/ettaro] (*)
carta tecnica numerica
DB topografico + 20-30 % (??) potrà essere chiarito solo a conclusione delle sperimentazioni
(*) range di valori indicativi di importi base d’asta per appalti; la variabilità è funzione di molti fattori che devono essere valutati caso per caso