Sfruttare tutto il potenziale della scansione laser mobile per il monitoraggio delle infrastrutture

Scansione di vaste aree e individuazione delle aree problematiche

L'esplorazione del potenziale completo della scansione laser mobile solleva la questione se i risultati ottenuti siano sufficientemente accurati per il monitoraggio della deformazione. Questo articolo si concentra sulla qualità geometrica della scansione laser mobile e propone un metodo per migliorarla a un livello tale da poter essere efficacemente impiegata per il monitoraggio delle infrastrutture civili. Questa ricerca è motivata non da semplice curiosità, ma da una necessità urgente.

Le infrastrutture civili sono una pietra angolare della società moderna, poiché consentono il trasporto di merci e persone su lunghe distanze. Tuttavia, mantenere la sicurezza e l’integrità di tunnel, ponti, barriere antirumore e muri di sostegno è un compito impegnativo, soprattutto perché gli operatori delle infrastrutture devono far fronte alle crescenti richieste derivanti dall’aumento dei volumi di traffico e dai capricci delle condizioni meteorologiche estreme. Non riuscire a individuare i segni di deterioramento può portare a gravi conseguenze, come l’aumento vertiginoso dei costi di riparazione e persino cedimenti strutturali catastrofici.

Purtroppo, una simile tragedia ha colpito l’autostrada del Brennero, un’arteria chiave nord-sud per il traffico merci e passeggeri attraverso le Alpi europee. Nel 2012, un muro di contenimento adiacente a un casello autostradale è crollato, riversando tonnellate di cemento sull’autostrada (Figura 1). In una frazione di secondo un camion venne sepolto e il suo conducente perse tragicamente la vita. Questo incidente straziante ha innescato un cambiamento nella consapevolezza dell'Austria riguardo al potenziale pericolo delle strutture geotecniche. C'era un urgente bisogno di metodi più precisi ed efficienti per rilevare i difetti nelle decine di migliaia di strutture che fiancheggiano le strade e le ferrovie del paese.

Garantire la sicurezza e l’affidabilità delle infrastrutture è fondamentale e la valutazione delle loro condizioni strutturali gioca un ruolo cruciale per raggiungere questo obiettivo. Decisioni tempestive e ben informate possono fare la differenza tra un trasporto regolare di persone e merci o un disastro totale. In molte parti del mondo, si applicano normative severe alla manutenzione delle infrastrutture e viene utilizzata tecnologia all’avanguardia per ottenere informazioni più approfondite sulle prestazioni strutturali. Sebbene nuovi sensori e funzionalità di analisi dei dati possano aiutare nelle ispezioni degli edifici e nelle valutazioni della sicurezza, non possono sostituire le ispezioni visive come base definitiva per la valutazione delle condizioni.

Tuttavia, è fondamentale riconoscere il valore dei dati oggettivi. Varie carenze geotecniche o strutturali potrebbero non essere visibili ad occhio nudo. L'Eurocodice 7 (EN 1997-1, 2004) mette in luce le molteplici modalità di rottura che possono portare a cedimenti, spostamenti laterali e ribaltamento. È qui che il monitoraggio delle deformazioni diventa uno strumento indispensabile, fornendo uno strumento standard per osservare il comportamento e valutare lo stato attuale di salute strutturale. Tuttavia, le tecniche tradizionali per il monitoraggio delle deformazioni presentano dei limiti. Misurare migliaia di oggetti con stazioni totali o installare decine di migliaia di nodi di sensori non è pratico e può richiedere incredibilmente tempo e risorse.

La scansione laser mobile (MLS) è emersa come una tecnologia all’avanguardia per l’acquisizione della realtà. A differenza della scansione statica, consente l'acquisizione di nuvole di punti 3D dell'ambiente circostante mentre si è in movimento, a piedi, in aereo o in veicolo. Il segreto del suo successo risiede nella georeferenziazione diretta, che consente l'acquisizione di nuvole di punti 3D nel quadro di coordinate desiderato senza la necessità di impostare e misurare punti di controllo a terra. Ciò si ottiene integrando i dati dei sensori provenienti da una varietà di fonti, come GNSS, unità di misurazione inerziali, contachilometri, fotocamere e scanner. La qualità di questi singoli componenti e gli algoritmi utilizzati per fondere i dati svolgono un ruolo fondamentale nella qualità delle nuvole di punti risultanti.

Per il monitoraggio delle infrastrutture civili lungo strade e ferrovie, i sistemi Lidar mobili basati su veicoli sono la scelta ideale. Consentono una raccolta rapida dei dati integrandosi perfettamente nel traffico a flusso libero. Inoltre, le dimensioni e il peso sono meno preoccupanti rispetto, ad esempio, ai sistemi basati su veicoli aerei senza equipaggio (UAV o “droni”).