Pesci, Arianna

he romanesque-byzantine style, 1000 year old leaning bell tower of Caorle (Venice Province, Italy) is a unique masonry structure, characterized by single and double lancet windows harmonically distributed on a cylinder-shaped shaft surmounted by a conic cusp. A terrestrial laser scanning (TLS) survey was carried out in 2011 and some analyses were performed on the resulting point cloud to provide the following: bell tower leaning angle, wall inclination/tapering and radius, local deviation from circular shape, and local curvature. Emphasis was placed on the changes of these quantities with elevation. In order to perform these analyses, a MATLAB/Octave toolbox was developed and is available as supplementary material of this paper. In this way, a reliable picture of the current geometry of the bell tower was obtained. In particular, a correlation between leaning angle (average value 1.4 degrees towards East-South-East) and some surface deformations and damage (bulges, brick displacements or also material loss) was found. These results are useful for cultural heritage preservation purposes

Nel presente lavoro sono presentati due metodi, uno dei quali in grado di fornire dati molto precisi e l’altro di tipo grossolano. Il primo si avvale di una serie di punti misurati indipendentemente con tecniche di telerilevamento o topografiche per assegnare valori reali ai punti omologhi riconosciuti nelle immagini, o meglio nei modelli ottenuti mediante SfM, e creare le polilinee per il calcolo del perimetro. In riferimento alla figura 7 sono state create le polilinee utilizzando i punti misurati in precedenza con tecnica TLS [Pesci et al., 2016]. I dati sono riportati in tabella 3. Come già nel caso dell’allineamento tra loro delle nuvole di punti SfM, sono stati considerati 10 test per ciascuna polilinea. La statistica mostra che la vera lunghezza del perimetro, espressa in metri, è stata ottenuta con un errore di circa 2 cm ed un conseguente errore relativo di circa 0.01%, in ottimo accordo con le misure mostrate in precedenza. Questo indica che la rumorosità della nuvola di punti TLS, in questa situazione di rilievo, è paragonabile a quella delle nuvole fotogrammetriche, cosa che in effetti è supportata anche dal grafico in figura 2 nel quale la dimensione del pixel a terra può essere intesa come indice del livello di rumore. I risultati riguardanti le lunghezze delle polilinee sono altresì riportati in figura 10.

Uno studio completo dell’attuale stato di salute delle Due Torri non può che essere effettuato mediante una diagnostica basata sull’applicazione e l’integrazione di una vasta gamma di tecniche di rilievo, distruttive e non, mirate all’analisi delle strutture, allo studio dei terreni di fondazione e del suolo, senza tralasciare la valutazione degli effetti ambientali agenti sull’intera area urbana. Il laser a scansione terrestre (TLS) è uno strumento di rilievo non distruttivo che permette di misurare una grande quantità di punti (milioni) distribuiti sulle superfici fisiche osservate. Per ogni punto si ottengono le coordinate geometriche cartesiane x, y e z ed un valore di intensità I, generalmente fornito nell’intervallo [0, 255], cioè nella scala di grigi. L’intensità è una variabile strettamente correlata alla rugosità dei materiali e alle condizioni di umidità al momento del rilievo e, in certi casi, fornisce indicazioni sullo stato di alterazione delle superfici. Il risultato di una singola scansione, cioè la nuvola di punti, è quindi composto dall’insieme delle coordinate e delle intensità (x, y, z, I) di tutti i punti misurati in un sistema di riferimento locale. Le singole scansioni, eseguite da punti di vista diversi al fine di acquisire completamente il sistema osservato, sono poi registrate, ossia allineate, in un sistema di riferimento comune a dare una nuvola di punti completa. Algoritmi iterativi di “surface matching” permettono una registrazione molto precisa delle scansioni parziali, con errori millimetrici. Gli strumenti long-range, la cui portata è sensibilmente superiore ai 100 m, hanno generalmente precisioni variabili tra alcuni millimetri ed un centimetro. Se una superficie è osservata in incidenza normale dalla distanza di 100 m, può essere raggiunta una precisione dell'ordine di 6-7 mm nell'acquisizione del singolo punto. Tuttavia, la risoluzione finale di un rilievo dipende sia dalla precisione sulla misura dei singoli punti sia dalla densità della nuvola di punti (l'acquisizione di molti punti permette di migliorare nettamente la precisione rispetto al caso del singolo punto) e varia a seconda delle caratteristiche strumentali. Nel Settembre 2010 l’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia ha eseguito il rilievo delle Due Torri utilizzando lo strumento Optech ILRIS3D. Per ottenere la massima copertura sono state effettuate 19 scansioni da 6 punti di stazione distribuiti nelle vicinanze delle Torri. Le nuvole di punti sono state allineate con una precisione di 1-2 mm assicurando il risultato finale, cioè la ricostruzione delle Due Torri, da distorsioni indotte da errori procedurali. La ricostruzione di dettaglio ha permesso di effettuare una analisi mirata e minuziosa delle strutture mettendo in evidenza non solo le accentuate inclinazioni dei prospetti e le variazioni delle stesse a vari livelli verticali ma anche uno stato deformativo probabilmente correlato agli eventi sismici verificatesi dai tempi antichi ad oggi. In particolare, la mappa di deformazione ottenuta mostra una alterazione interessante del corpo delle Torri, più accentuata nei prospetti su via Rizzoli e via Zamboni, formata da una alternanza rientranze e sporgenze con valori fino a ± 10 cm. E' indubbiamente interessante confrontare i risultati osservativi TLS con quelli relativi all'analisi sismica della Torre degli Asinelli. I modelli agli elementi finiti (FEM) mostrano che i punti sottoposti alle massime sollecitazioni in compressione (relativamente sopportabili da una struttura in muratura) e in trazione (molto più critici per una tale struttura) si trovano proprio sul lato di via Zamboni alle quote di 35 m, 65 m e 75 m. Le osservazioni eseguite con TLS hanno mostrato importati variazioni dell'inclinazione della torre alle quote di 45 m, 60 m e 75 m, dunque a quote molto vicine alle precedenti, ad evidenziare una molto verosimile correlazione tra il pattern di inclinazione osservato e gli effetti di eventi sismici. L’alta risoluzione della misura TLS e la completezza del dato acquisito ha reso possibile anche per la Torre Garisenda l’identificazione di numerose anomalie, evidenziando bombature e rigonfiamenti presenti sia alla base della stessa, nella parte in cui la parete in mattoni si congiunge al basamento in blocchi di selenite, sia nelle zone soprastanti, in particolare oltre la terza cinghia metallica e nella parte ancora più elevata a circa 35 m di altezza. Alla luce dei risultati raggiunti pare spontaneo correlare le deviazioni osservate rispetto all'inclinazione media delle Torri ad effetti legati alle vibrazioni degli edifici, fatto che indubbiamente consiglia prudenza nel caso in cui si preveda di sottoporla ad importanti sollecitazioni di origine artificiale. Contestualizzare lo stato “deformato” delle Due Torri in un quadro più generale di dissesto dell’intera area urbana è fondamentale. In particolare il fenomeno della subsidenza, che fin dagli anni ’50 affligge il territorio causando sprofondamenti fino a 6 cm all’anno, è caratterizzato da un alto gradiente spaziale, con una notevole variazione nell’abbassamento da zona a zona. Ciò induce cambi di carico sulle strutture nella vecchia maglia medievale i cui effetti sono ben visibili al pari delle numerose opere di restauro effettuate. L’INGV, oggi, sta monitorando le Due Torri mediante la ripetizione di rilievi con tecnica laser a scansione terrestre e sta operando misurazioni GPS (Global Positioning System) sia in modalità statica sia mediante stazioni permanenti al fine di valutare i movimenti del suolo che possono essere causa di ulteriore instabilità per le Torri ed i monumenti storici, patrimonio inestimabile della città e del Paese.

Questo Rapporto Tecnico è stato prodotto per mostrare nel dettaglio uno dei modi possibili di realizzare un esperimento per ottenere informazioni interessanti sulle prestazioni TLS e modalità di analisi, un modo semplice ma completo che fornisce valori chiari sull’affidabilità di allineamento. Inoltre si anticipa, con questa esperienza, una fase sperimentale per la verifica e indagine sulle reali caratteristiche dello strumento REIGL VZ-1000 [Caputo et al., 2014] , in dotazione alla Sezione INGV di Napoli, per testarne le potenzialità a livello strumentale e valutare le prestazioni del software Riscan Pro (www.riegl.com) ad esso dedicato per il post-processing.

L’estrazione di fluidi sotterranei ha prodotto significativi fenomeni di subsidenza nel territorio della Regione Emilia-Romagna. Al fine di analizzare il fenomeno, per meglio comprenderne l’origine e gli aspetti evolutivi, è stato utilizzato un approccio multidisciplinare basato su innovativi sistemi di controllo delle quote piezometriche dei pozzi e degli spostamenti della superficie topografica. In particolare mediante la tecnica di interferometria DInSAR – SBAS sono state elaborate 52 immagini distribuite su un’area compresa tra l’Appennino bolognese e il fiume Po. E’ stata inoltre studiata l’evoluzione temporale delle quote piezometriche dei pozzi presenti in Regione, con lo scopo di evidenziare aree potenzialmente soggette a subsidenza confrontabile con i dati di spostamento al suolo DInSAR e con dati geodetici (livellazioni e dati GPS). Un significativo miglioramento della conoscenza dei fenomeni di subsidenza potrà avvenire integrando i risultati ottenuti con i dati forniti dalla nuova rete di stazioni GPS permanenti progettata congiuntamente dall’INGV e dall’Università di Bologna. L’analisi di dati geologici, idrogeologici, telerilevati e geodetici ha portato a risultati significativi per una corretta comprensione dei processi di subsidenza su buona parte della città di Bologna e della sua provincia. Tale approccio verrà esteso a tutta l’area compresa tra la catena appenninica ed il fiume Po.

Terrestrial Laser Scanner (TLS) is an active instrument widely used for physical surface acquisition and data modeling. TLS provides both the geometry and the intensity information of scanned objects depending on their physical and chemical properties. The intensity data can be used to discriminate different materials, since intensity is proportional, among other parameters, to the reflectance of the target at the specific wavelength of the laser beam. This article focuses on the TLS-based recognition of rocks in simple sedimentary successions mainly constituted by limestones and marls. In particular, a series of experiments with an Optech ILRIS 3D TLS was carried out to verify the feasibility of this application, as well as to solve problems in data acquisition protocol and data processing. Results indicate that a TLS intensity-based discrimination can provide reliable information about the clay content of rocks in clean outcrop conditions if the geometrical aspects of the acquisition (i.e. distance) are taken into account. Reflectance values of limestones, marls and clays show, both in controlled conditions and in the field, clear differences due to the interaction of the laser beam (having a 1535 nm wavelength) with H2O- bearing minerals and materials. Information about lithology can be therefore obtained also from real outcrops, at least if simple alternation of limestones and marls are considered. Comparison between reflectance values derived from TLS acquisition of an outcrop and the clay abundance curves obtained by gas chromatography on rock samples taken from the same stratigraphic section shows that reflectance is linked by an inverse linear relationship (correlation coefficient r = −0.85) to the abundance of clay minerals in the rocks. Reflectance series obtained from TLS data are proposed as a tool to evaluate the variation of clay content along a stratigraphic section. The possibility of linking reflectance values to lithological parameters (i.e. clay content) could provide a tool for lithological mapping of outcrops, with possible applications in various fields, ranging from petroleum geology to environmental engineering, stratigraphy and sedimentology.

L’intervento di restauro non può prescindere dalla comprensione storica e strutturale del monumento ove il primo aspetto si esaurisce in un accurato studio delle fonti storiche e nella lettura dei segni architettonici mentre il secondo approfondisce gli assetti di equilibrio che nei secoli sono stati assunti dalla costruzione in risposta a mutati stati di equilibrio. Entrambi gli aspetti sono sintetizzati dalle mappe di deviazione ottenute dall’elaborazione dei dati del rilievo laser scanner e opportune primitive rappresentanti i macro-elementi in cui viene suddivisa la struttura. In particolare, coniugando la lettura delle mappe di deformazione con tecniche di lettura tematica del monumento si è sviluppato un metodo effi cace per individuare precocemente i meccanismi di danno da terremoto e per ricostruirne la storia del danno. Tale metodo è ancora più utile in condizioni di pericolo in quanto esso si basa su tecniche che non necessitano del contatto con l’edifi cio. La pieve di Cantalovo (Verona, Italia), colpita da sisma nel XII sec. , è stata studiata portandone alla luce la storia dei danni e gli attuali meccanismi di danno in atto.

Non c'è abstract - Il presente Rapporto Tecnico presenta i risultati di un esperimento finalizzato a comprendere il livello di precisione e di risoluzione della nuvola di punti ottenuta da fotogrammetria SfM in funzione della distanza media di acquisizione. In particolare, l’esperimento mira a dare risposta a due domande, ossia 1) se un metodo semplice concepito e attuato nel modo descritto possa davvero permettere di studiare precisione e risoluzione della nuvola di punti ottenuta; 2) se i risultati possono essere messi in relazione diretta con le caratteristiche del rilievo in termini di ottica utilizzata, distanza di acquisizione e orientazione spaziale delle fotocamere, onde ottenere una tabella operativa utile nella programmazione delle campagne di misura analoga a quella ottenuta, nel caso della tecnica TLS, in [Pesci et al., 2011]. L’esperimento descritto è dunque, in realtà, uno studio di fattibilità per programmare e, in prospettiva, attuare un esperimento più rigoroso e basato su un protocollo esecutivo maggiormente dettagliato. I risultati consentono di dare risposta affermativa alle due domande, anche se alcuni problemi riscontrati nel corso dell’esperimento rendono necessarie alcune modifiche alla procedura operativa. Ad esempio, un problema emerso è legato alla non buona regolarità della parete rilevata. In sostanza, nella fase di creazione di un piano di riferimento per lo studio morfologico compaiono valori che non consentono di vedere in modo netto le fughe tra i mattoni. Per questo motivo sarà necessario costruire un target artificiale composto da elementi spaziati in modo preciso e regolare onde avere un riferimento noto e sicuro da ispezionare. Un dato molto interessante è quello fornito dalle mappe delle differenze tra nuvole di punti. Si nota che, oltre i 30 m, i valori sono nettamente più elevati, passando da qualche millimetro al centimetro. Ciò è probabilmente dovuto alla dimensione del pixel a terra che aumenta pressoché linearmente con la distanza per cui è intuibile un aumento del rumore nella modellazione fotogrammetrica. I pattern rimangono simili, ma si ottengono valori più elevati e colori più accentuati nella scala tra ±12 mm. Oltre i 30 m, le fughe tra i mattoni (mediamente 10 mm) non sono più identificabili nettamente nella nuvola di punti, ad indicare che la risoluzione spaziale ottenibile con la modellazione fotogrammetrica è, almeno nel caso considerato, circa il doppio del lato del pixel a terra (circa 5 mm alla distanza di acquisizione di 40 m).

The monitoring of crustal motions in Northern Victoria Land (NVL) of Antarctica by means of episodic GPS stations (EGPSs) provides an accurate and dense (∼50-km spaced) velocity field. The data, gathered starting in Austral summer 1999, derive from a series of benchmarks belonging to the Victoria Land Network for DEFormation control (VLNDEF) geodetic network. The velocity uncertainties are checked on the basis of length and returning time of the episodic surveys, to obtain a meaningful strain rate field by means of a least-square computation where the contribution of a GPS station is weighted by the inverse square of its velocity error. The study shows that the NVL is characterized by a complex kinematics and that, although three subregions with different prevailing deformational behaviour can be recognized, the single blocks cannot be resolved because too few stations exist. Only features having 150–200 km size at least can be recognized. Moreover, it is demonstrated that an appropriate data processing of EGPS data can lead to an accurate evaluation of the strain rate field even in a harsh environment like Antarctica.

An efficient procedure is proposed in order to define realistic lower limits of velocity errors of a non-permanent GPS station (NPS), i.e. a station where the antenna is installed and operates for short time periods, typically 10-20 days per year. Moreover, the proposed method is aimed at being independent from the standard GPS data processing. The key is to appropriately subsample the coordinate time series of several continuous GPS stations (CGPSs) situated nearby or inside the considered NPS network, in order to simulate the NPS behavior and to estimate the velocity errors associated with the subsampling procedure. The obtained data are therefore used as lower limits to accept or correct the error estimates provided by standard data processing. The proposed approach is applied to data from the dense non-permanent network in the Central Apennine of Italy based on a sequence of solutions for the overlapping time spans 1999-2003, 1999-2004, 1999-2005 and 1999-2007. Both the original and error-corrected velocity patterns are used to compute the strain rate fields. The comparison between the corresponding results reveals large differences that could lead to divergent interpretations about the kinematics of the study area.