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La modellazione realistica al servizio delle infrastrutture
12/09/2017
Aidan Mercer

Fotografia e sistemi LiDAR:confronto e sinergie

Ancora di recente la modellazione realistica, applicata alle infrastrutture di energia elettrica e gas, dipendeva in larga misura dalla tecnologia LiDAR (Light Detection and Ranging), che include la cartografia, l'analisi geospaziale e dei siti, nonché la progettazione, la gestione e la manutenzione di asset critici. Oggi, le soluzioni software vengono alla ribalta, trasformando semplici fotografie in modelli 3D completi e dettagliati di tutti questi dati infrastrutturali. Non solo, ma vi riescono in modo meno laborioso, più efficiente ed economico.

La fotografia offre un controllo costante delle infrastrutture
Grazie a software grafici 3D ad alta fedeltà, come Context Capture di Bentley, le immagini delle condizioni reali del terreno possono essere trasformate in modelli 3D realistici e accurati, con un'impressionante resa dei dettagli, a partire dalle tradizionali fotografie digitali.


Software come ContextCapture sono in grado di generare modelli 3D estremamente dettagliati a partire da semplici fotografie 

Questa innovazione tecnologica consente di automatizzare la produzione di modelli, con una rapidità inedita, e può essere facilmente impiegata all'interno di flussi  di lavoro CAD, BIM e GIS, per poi essere pubblicata sul Web senza bisogno di costose apparecchiature hardware. Inoltre, la versatilità del software è tale che può gestire una vasta gamma di dispositivi fotografici, da semplici smartphone e tablet fino a sistemi aerei o terrestri di acquisizione multidirezionale altamente specializzati, e qualsiasi formato d'immagine desiderato. 
Poiché un numero enorme di persone possiede e sa utilizzare apparecchi fotografici, il bacino potenziale di collaboratori in grado di partecipare al processo di acquisizione può essere notevolmente ampliato, applicando i processi di cattura della realtà praticamente ad ogni situazione e in ogni luogo.
Benché le tecniche di scansione laser restino ancora interessanti in virtù della loro versatilità e precisione, sono tuttavia molto costose, richiedono tempo e possono essere impiegate unicamente da esperti.

 
La fotografie terrestre e quella aerea forniscono le immagini necessarie per creare una mesh 3D 


La mesh 3D viene automaticamente generata dal motore di ContextCapture (Image courtesy of Gerpho) 

La modellazione realistica consente a ogni utente di scattare foto del panorama infrastrutturale con un apparecchio digitale, sia esso manuale o installato su un aeromobile a pilotaggio remoto (APR) come un drone. Successivamente,le immagini sono sottoposte a un'elaborazione fotogrammetrica per generare una mesh 3D con una mappatura delle texture di alta qualità, tanto precisa e realistica quanto le foto originali. La funzionalità più strabiliante di questo processo risiede nel fatto che il modello 3D scalabile – in grado di riprodurre qualsiasi elemento, da piccoli oggetti a vaste reti infrastrutturali – può essere potenziato con ulteriori immagini e dati revisionati. Ciò consente di eseguire rilevamenti durante l'intero ciclo di vita degli asset, dalla progettazione iniziale alle condizioni presenti, e di applicare i nuovi dati per aggiornare costantemente le informazioni sulle condizioni delle apparecchiature. Si allarga in tal modo il campo d'azione della gestione progettuale, superando  il controllo delle infrastrutture in base a come erano in passato o come potrebbero essere in futuro, per fornire un quadro completo dello stato dell’arte. La realtà costantemente aggiornata diventa il contesto in cui si possono progettare, costruire e gestire i progetti. Oltre a non necessitare di competenze specifiche o formazioni pratiche all'uso, questa tecnologia produce una forma geometricamente simile a quella di un modello ingegneristico, in grado di fornire il contesto reale a progettisti, costruttori e gestori delle infrastrutture. In passato, la scansione laser era la tecnologia indispensabile per questi flussi di lavoro,ma oggi non è più l'unico approccio possibile.


E’ possibile eseguire il rilevamento continuo di una sottostazione(Image courtesy of ERDF, France)

Strumenti con molteplici proprietà di mappatura
I nuovi strumenti riproducono inoltre immagini 3D più nitide e con un numero superiore di sfaccettature di qualsiasi punto critico all'interno delle reti infrastrutturali. Queste immagini possono fornire l'ossatura delle informazioni durante l'intero ciclo di vita progettuale e trasformare i modelli ingegneristici 3D digitali in preziose risorse.

 
I modelli 3D possono essere usati negli ambienti ingegneristici per supportare vari flussi di lavoro

L'elaborazione avanzata dei dati delle nuvole di punti consente di estrarre da esse feature geometriche come ad esempio interruzioni, superfici, verniciatura, piani e cilindri con le relative linee centrali. È disponibile un software per la visualizzazione delle nuvole di punti, che offre molteplici opzioni di ombreggiatura per facilitare l'interpretazione delle immagini. Le proprietà di modifica per livelli e di segmentazione dei dati consentono di manipolare le nuvole di punti, mostrando parti isolate o panoramiche globali, e le funzionalità di elaborazione ne massimizzano densità e chiarezza.
Diventa ora possibile produrre e visualizzare modelli digitali del terreno estremamente vasti, che mostrano il sito da più prospettive. La vista potrebbe porre l'accento su elevazione, pendenza, angolo di rappresentazione, contorni o addirittura sull'ombreggiatura.
È perfino possibile produrre film e animazioni di altissima qualità del sito di una determinata infrastruttura, mediante le funzionalità di animazione e vista aerea intuitive e basate su scala temporale.

Progettazione e manutenzione al servizio di integrità e protezione del sistema
Le recenti soluzioni di modellazione realistica offrono vantaggi lungo l'intera catena di valore delle infrastrutture.
Facciamo l’esempio di una sottostazione.
La progettazione intelligente, applicata alle componenti elettriche e fisiche delle sottostazioni, accelera la progettazione e riduce gli errori che dovrebbero altrimenti essere corretti in fase di costruzione.
La visualizzazione 3D di una sottostazione migliora la precisione della progettazione e consente di rilevare a monte i  potenziali rischi per la sicurezza (ad es. le problematiche legate alle distanze di sicurezza). La portata della progettazione è immensa, includendo ogni aspetto, dai diagrammi unifilari a una configurazione generale in 3D estremamente dettagliata.

Alcuni  degli  elementi  delle  sottostazioni che possono essere progettati con questi strumenti 3D includono il sistema di messa a terra, la protezione antifulmine, gli schemi di cablaggio, i diagrammi schematici e le configurazioni dei pannelli. La funzionalità di acquisizione del contesto reale semplifica la scelta del sito ideale, determinando l'impatto delle condizioni del sottosuolo  e valutando persino il costo di ogni operazione di movimentazione della terra. Le reazioni dei supporti estrapolate dai modelli  di analisi strutturale consentono di progettare le fondamenta, mentre le strutture della sottostazione sono concepite nel rispetto delle norme e per resistere ai carichi statici e dinamici.
Dal punto di vista macroscopico, è possibile progettare l'intero sito, includendo tutte le piattaforme delle sottostazioni, le opere di drenaggio e le strade di accesso.
Per garantire l'avanzamento dell'iter di progettazione, la modellazione realistica genera un modello base del sito, creando e unificando immagini aeree, modelli del terreno, mappe di utilizzo del territorio e configurazioni stradali. L'infrastruttura può essere ideata e progettata all'interno di un ambiente comune dei dati per semplificare e ottimizzare il coordinamento progettuale. Una capacità ancora più potente è il rilevamento periodico e continuo del sito o di più infrastrutture. Questa funzionalità introduce tutta una serie di opportunità di gestione e monitoraggio su scala temporale con una portata inedita.

I percorsi potenziali dei corridoi, la loro efficienza e la durata del loro funzionamento dipendono in gran parte dalla valutazione precisa della presenza e dell'impatto degli elementi circostanti. Le applicazioni di modellazione realistica sono in grado di acquisire e analizzare i dati di cantiere relativi a terreno, infrastrutture esistenti e vegetazione (ad es. la sua propagazione nei tracciati dei corridoi) per valutare le relazioni tra tutti questi fattori.
Possono inoltre creare geometrie orizzontali e verticali che soddisfino le esigenze di progettazione dei corridoi.
Le soluzioni di gestione delle performance, che mostrano il comportamento reale, passato e presente, forniscono un prezioso supporto alle operazioni di manutenzione, offrendo infrastrutture sicure e affidabili.
Grazie alla possibilità di catturare e analizzare dati infrastrutturali storici e in tempo reale, si è in grado sviluppare piani di manutenzione e ispezione ottimali e affidabili, potendo quindi incrementare l'efficienza e minimizzare rischi operativi o interruzioni di servizio. Le nuove soluzioni software avanzate monitorano attivamente e prevedono con coerenza, in tempo reale e in anticipo il funzionamento di apparecchiature, pompe, sistemi di tubature e di tutte le altre infrastrutture correlate.
L'obiettivo raggiunto da queste nuove funzionalità di modellazione è la protezione completa del sistema, in grado di tutelare l'integrità meccanica come, nel l caso di una utility,   tubature statiche e recipienti a pressione, di minimizzare le perdite di contenimento causate dal deterioramento, di controllare la corrosione e di analizzare le cause profonde dei guasti potenziali, in modo da prescrivere interventi preventivi e preservare l'integrità strutturale.

Fotografia e sistemi LiDAR:confronto e sinergie
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Aidan Mercer
Direttore Marketing Utility ed enti pubblici.
Aidan Mercer è entrato a far parte di Bentley nel 2010 e riveste attualmente il ruolo di Industry Marketing Director.
Ha ricoperto vari incarichi nel reparto marketing di Bentley, nel settore geospaziale e dei servizi, e in precedenza diversi ruoli commerciali in altre organizzazioni simili specializzate nell'alta tecnologia.
Aidan ha conseguito una laurea di primo livello in storia e un master in marketing alla University of Gloucestershire, nonché diverse qualifiche di marketing riconosciute dal CIM (The Chartered Institute of Marketing).

 

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