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3D Target

Machine Automation Guidance per costruire strade con modelli 3D ricavati da droni

Quando si tratta di pavimentazione delle strade, l'aggiunta erronea di un centimetro di materiale extra può far aumentare il conto finale di qualche centinaio di migliaia di euro. Per evitare tali errori i manager delle costruzioni sono sempre più alla ricerca di migliorare la precisione e l'accuratezza complessiva dei progetti di costruzione con la guida automatizzata delle macchine da lavoro, la Machine Automation Guidance o AMG nel mondo anglosassone.

L’ Machine Automation Guidance collega le apparecchiature per la costruzione con computer di bordo che utilizzano dati provenienti da modelli 3D e GNSS per guidare le operazioni risparmiando tempo e denaro, oltre che a migliorare la sicurezza e la qualità. 

Negli Stati Uniti si sta esplorando l'aggiunta di aerei senza pilota per migliorare l’indagine e la precisione nella costruzione. La ODOT, il Dipartimento dei trasporti in Oregon, sta iniziando un programma di uso di velivoli senza pilota con un Aibotix Aibot X6 Hexacopter, che può volare con traiettorie di volo programmate in modo autonomo e trasportare 4,4 chili di telecamere e sensori.

Stanno utilizzando telecamere RGB tradizionali al momento nell’attesa che Aibotix adegui un sensore LiDAR per questo particolare esacottero. Il drone naviga utilizzando tecnologia GPS RTK (Real Time Kinematic), ed è progettato per essere controllato da una stazione totale robotizzata. Si generano mappe 3-D da immagini ortorettificate che rappresentano le variazioni topografiche della superficie terrestre. In particolare, producono modelli digitali del terreno con sistemi di restituzione SFM (Structure From Motion) che restituiscono modelli 3D da sovrapposizioni multiple di immagini 2D.

Nell’esperienza del dipartimento ODOT  è risultato qualche problema dato da anomalie derivate dall’uso di tecnologie software structure-from-motion, che notoriamente non hanno la stessa precisione dei software a base fotogrammetrica classica.

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Sempre riferisce ODOT che se abbiamo un pezzo nuda terra, come un sito di cava, dove non c'è erba crescente alta, utilizzando tecnologie structure-from-motion, è possibile ottenere un modello abbastanza precisa con un paio di centimetri di precisione verticale e un livello di confidenza del 95 per cento. Tuttavia, si può avere l'erba, ad esempio alta 10 centimetri e non si può vedere il terreno, quindi la precisione del modello della superficie sarà bassa. Invece usando il LiDAR e l'erba è abbastanza rada in modo che il LiDAR possa vedere attraverso l'erba e colpire a terra, si possono ottenere modelli migliori.

Tutto in 3D

Tutto sommato, le missioni dei droni sono parte della “ricerca del tutto in 3D”. Stannoo cercando di passare dal disegno e un mondo delle costruzioni 2D ad un mondo pieno di 3D. Vogliono droni per aiutare un sondaggio su un terreno in 3D o il progetto su una mappa in 3D che include tutti i sottoservizi su un sito, come le linee di drenaggio e di alimentazione, così come le caratteristiche per i movimenti di terra, o per gli alberi e i muri.

I dati 3D, che i progetti di costruzione generano ora sono sempre caricati nei computer delle macchine per aiutare automaticamente la costruzione delle strade.

In ODOT pensano che quasi ogni pezzo di attrezzature pesanti per l'edilizia può essere automatizzato, e nel lungo periodo, è quello che si aspettano. I risparmi derivano dalla accuratezza che si può raggiungere, ad esempio se si vuole una massicciata di cemento per una sezione di autostrada, la pavimentazione in calcestruzzo può raggiungere una precisione verticale contenuta probabilmente entro  2 o 3 millimetri. Una operazione di fresatura di rettifica di una vecchia strada, raccogliendo materiale e riponendolo in un autocarro con cassone ribaltabile, può essere automatizzata; può essere controllata da una stazione totale o GPS. Poi magari dietro di esso si può avere una operazione di pavimentazione in calcestruzzo. Che può essere una grande macchina, che prevede una massicciata di cemento ad esempio di 20-30 cm di spessore con gestione dei computer. A pochi passi dietro a quella macchina si può avere un altra lavorazione di finitura controllata anch’essa da stazioni totali o GPS.

Nelle lavorazioni delle strade americane il risparmio realizzato con questi sistemi è di almeno un terzo del tempo necessario e si auspica un aumento della precisione conseguibile con i modelli 3D derivati da droni. Ad esempio se si sta costruendo un ponte di cemento a sdraio è necessario ottenere una precisione verticale di più o meno 2 - 3 millimetri, mentre se si sta costruendo una strada asfaltata, una precisione verticale di più o meno 1 centimetro è molto ragionevole, e se si stanno costruendo fossati o spalle, una precisione verticale di pochi centimetri sarà ottimale. Con i droni, in questo momento, nella migliore delle ipotesi, possiamo ottenere una precisione verticale di più o meno 2 centimetri. 

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ODOT ha l’obiettivo di riprendere tutto il sistema statale, circa 9000 miglia di strade, e di sviluppare una rappresentazione digitale di esso in 3-D, integrato con tutte le loro informazioni GIS. L'idea è che chiunque nel dipartimento, dal direttore alla persona addetta alla manutenzione che ha bisogno di falciare l'erba in una zona, possano vedere su una interfaccia web-based ingrandendo la mappa ove necessita per vedere tutto ciò di cui hanno bisogno per prendere una decisione, come la storia di incidente, l’attrito della massicciata, i guardrail, i canali sotterranei, la segnaletica, i semafori, e poter capovolgere la vista stradale con immagini a 360 gradi, se vorranno, proprio come Google Street View, o far cadere nella realtà modelli 3D di progetti in corso di costruzione.

(Ron Sigh, capo rilevatore di ODOT racconta quanto riportato in questo articolo nel post Drone Surveys Improve Automated Road Construction di Charles Choi su Inside Unmanned System)

 


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