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L'uso di modelli realistici per prevedere il deterioramento delle infrastrutture consente di ridurre i rischi, di aumentare la sicurezza e di evitare una costosa manutenzione correttiva, grazie alle tecniche di fotogrammetria con velivoli APR (Aeromobili a pilotaggio remoto).
Le nuove tecnologie si sono rivelate una fonte economica di dati 3D precisi per la modellazione e la manutenzione preventiva della diga di Ridracoli, di Romagna Acque, Società delle Fonti, la quale applica la tecnica di rilevamento aereo per accedere con rapidità alle aree difficili da raggiungere.
Monitoraggio delle infrastrutture e valutazione dei rischi
L'operatore idrico italiano Romagna Acque aveva bisogno di un'alternativa rapida, economica e precisa al rilevamento topografico terrestre che usava per monitorare lo stato delle sue infrastrutture. La diga di Ridracoli, che sbarra il corso del fiume Bidente nel Parco nazionale delle Foreste Casentinesi, ha fornito il banco di prova per un innovativo metodo di rilevazione aerea mediante droni radiocomandati muniti di fotocamere.
Italdron, un'azienda locale specializzata nell'acquisizione aerea di dati e immagini, parte del team di progetto, ha condotto il rilevamento-test sulla diga e sugli edifici e ha usato il software Bentley di modellazione realistica ContextCapture per convertire migliaia di immagini in un modello 3D preciso della diga.
A partire dalle immagini ContextCapture ha elaborato automaticamente un modello fedele e realistico della diga di Ridracoli: la precisione del modello 3D impiegato per la manutenzione preventiva di questa diga di approvvigionamento idrico, è stata confermata con scarti massimi di 2 centimetri da uno studio condotto dall’Università di Perugia. Adeguatamente calibrato, il modello consentirà a Romagna Acque di prevedere e scongiurare il deterioramento di questa infrastruttura strategica.
I limiti del rilievo tradizionale
Ultimata nel 1982 da Romagna Acque, la diga di Ridracoli eroga acqua potabile a 48 municipalità dell'Emilia-Romagna. Questa diga ad arco-gravità e doppia curvatura, con un'altezza di 103,5 metri e una larghezza di 432 metri, trattiene 33 milioni di metri cubi di acqua, destinati all'approvvigionamento dell'Acquedotto della Romagna.
Per la manutenzione di questa enorme infrastruttura, l'operatore integra le ispezioni con rilevamenti topografici periodici. Questi rilievi raccolgono dati per modellare il comportamento statico e dinamico della diga, in modo da prevederne il potenziale deterioramento e pianificarne la manutenzione preventiva. Il modello consente inoltre di prevedere e prepararsi all'impatto di eventi sismici, variazioni di temperatura e altre condizioni ambientali.
L'uso del metodo di rilevamento tradizionale LiDAR (Light Imaging, Detection And Ranging) forniva ai topografi l'accesso alle aree della diga difficili da raggiungere, ma questa tecnica era spesso lenta, costosa e di difficile impiego. Romagna Acque necessitava di una metodologia più efficiente per raccogliere dati precisi su diga, edifici ausiliari e spalle.
La fotografia aerea ha rappresentato un'alternativa promettente ai rilievi laser terrestri, tuttavia la sua accuratezza e precisione non erano ancora state collaudate in tali condizioni.
Pertanto si è proceduto a verificare la precisione della fotogrammetria assistita da velivoli APR grazie alla collaborazione con l’Università di Perugia e a costruire un modello realistico e funzionale della diga.
Accessibilità senza precedenti
Il team per l'acquisizione aerea di dati e immagini ha pianificato lo svolgimento del rilevamento aereo in una sola giornata, per ridurre al minimo gli effetti delle variazioni atmosferiche sulla raccolta di dati. Le attività a monte prevedevano il posizionamento di 175 target geolocalizzati attorno alla diga e all'area circostante per delimitare la zona di sorvolamento.
Per ottenere dati di base, il team di progetto ha eseguito un rilievo topografico della diga e delle strutture ausiliarie mediante stazione totale, stazione GPS e scansione laser terrestre. Per la rilevazione aerea, sono stati impiegati velivoli RPAS in 19 sorvolamenti, ciascuno di 15 minuti, per acquisire 4.600 immagini. Gli RPAS hanno raggiunto aree in precedenza inaccessibili, come la parte a valle dell'arco della diga.
Durante la post-elaborazione, è stato impiegato ContextCapture di Bentley Sytems per ricostruire la geometria della struttura a partire da migliaia di immagini. La tecnica di elaborazione delle immagini ha allineato le fotografie 2D all'interno di uno spazio 3D georeferenziato, per creare il modello 3D realistico della diga e degli edifici ausiliari. Il software Bentley di modellazione realistica ha generato dense nuvole di punti e modelli mesh 3D e questi risultati sono stati sottoposti a verifiche di densità, per punti, linee e superfici, utilizzando la topografia tradizionale come riferimento.
Il confronto tra i risultati del rilevamento topografico aereo e quelli del rilevamento terrestre ha indicato chiaramente che l'impiego di velivoli APR era tanto preciso quanto i rilievi LiDAR, con scarti compresi tra 2 centimetri e meno di 1 centimetro.
Il test sul campo ha dimostrato che la fotogrammetria aerea, elaborata dal software ContextCapture di Bentley, poteva generare i modelli 3D realistici estremamente dettagliati di cui Romagna Acque aveva bisogno per il suo programma di manutenzione preventiva.
La convalida dei risultati, mediante il confronto con la geometria progettuale conosciuta, ha dimostrato che questa tecnica offre una rappresentazione precisa e realistica dello stato corrente della diga. Il modello realistico è stato integrato dai dati preesistenti provenienti dalla documentazione progettuale del proprietario e dagli schemi tecnici regionali. La digitalizzazione degli archivi risalenti al 1974 ha offerto una base completa per confrontare dati passati e presenti. La nuvola di punti integrata ha fornito la base di un modello solido con proprietà strutturali e meccaniche.
Dopo essere stato calibrato con le consone proprietà dei materiali e con i carichi statici e dinamici, il modello è diventato un prezioso strumento per una previsione realistica delle condizioni strutturali della diga nel tempo.
