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Teza, Giordano
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- PublicationRestrictedGeometric characterization of a cylinder-shaped structure from laser scanner data: Development of an analysis tool and its use on a leaning bell towerhe 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
57 3 - PublicationOpen AccessMonitoraggio speditivo delle coste rocciose da fotogrammetria SfM da imbarcazione: considerazioni sul metodo per misure indipendenti.(2016)
; ; ; ; ; ; ; ; ; 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 10.452 27 - PublicationRestrictedDiscrimination between marls and limestones using intensity data from terrestrial laser scannerTerrestrial 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.
76 1 - PublicationOpen AccessLa precisione e la risoluzione delle nuvole di punti SfM: fattibilità di un approccio sperimentaleNon 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).
275 16 - PublicationRestrictedMultisensor surveys of tall historical buildings in high seismic hazard areas before and during a seismic sequenceA seismic sequence that included a moment magnitude M-W = 5.9 earthquake struck three regions of Northern Italy (Emilia Romagna, Veneto and Lombardy) in May-June 2012. The sequence caused significant damage to several historical buildings and in some cases caused complete structural collapse. Cracks appeared in the belfry and cusp of the 69 m high, similar to 3 degrees leaning bell tower of Ficarolo (Rovigo). A project aimed at studying the geometry of the tower, possible local seismic amplification and soil-structure interaction began in early 2013 before the earthquake. The data were provided by terrestrial laser scanning, low-cost operational modal analysis and geophysical measurements. The repetition of the surveys during and after the seismic sequence, which was augmented by thermal imaging measurements, allowed an evaluation of the changes caused by the earthquake. In addition to an evaluation of the damage, the data allowed the development of a method based on fast and relatively low-cost measurements that provide useful information for cultural heritage management purposes. The results highlighted that the surveys can be carried out during a seismic emergency and that preventive measures can be carried out underreasonable time and budget constraints in high seismic hazard areas.
255 2 - PublicationRestrictedCharacterization of landslide ground surface kinematics from terrestrial laser scanning and strain field computationAssessment and mitigation of the risk induced by landslide activation need an appropriate phenomenon investigation, to obtain useful information about the failure processes. The first step is the complete kinematics characterization of the landslide ground surface, by evaluating the involved displacement and deformation patterns. A dense displacement field can be obtained from comparison of a series of multi-temporal observations performed by means of terrestrial laser scanning. Subsequently, the strain field can be computed from displacement vectors. In this paper, a modified least square technique is employed to compute the strain on the nodes of a regular grid (2D) approach) or on the points of a digital terrain model (3D) approach). Such a computation takes into account the displacements, their spatial distribution, as well as the measurement and modelling errors. A scale factor is introduced in order to emphasize the contributions of the experimental points on the basis of their distance from each computation point, and to recognize possible scale-depending behaviours. This method has been implemented in Matlab and applied on two landslides located in the northeastern Italian Alps (Lamosano and Perarolo di Cadore). The experiments show that different kinematics can be recognized, and the presence and influence of eventual discontinuities can be revealed
64 3 - PublicationOpen AccessUtilizzo della fotogrammetria SfM terrestre per il monitoraggio dei versanti: considerazioni sulle precisioni per applicazioni a lunga distanza(2018)
; ; ; ; ; ; ; ; ;; ; La fotogrammetria digitale Structure-from-Motion (SfM) oggi è molto utilizzata poiché permette di ottenere modelli digitali completi e ad alta precisione con operazioni semplici tanto nella fase di misura, attuata mediante una normale fotocamera ed eventualmente basata su una rete di appoggio topografico, quanto in quella di analisi dati. Si tratta di una tecnologia versatile che risulta utile sia in ambito topografico/geomorfologico [Westoby et al., 2012], sia in ambito architettonico [Teza et al., 2016]. In questo lavoro sono presentati i risultati di una campagna di misura esclusivamente terrestre, quindi realizzata senza l’ausilio di sistemi aerei quali droni, finalizzata al rilievo di un versante in zona aquilana. Lo scopo è quello di capire se sia possibile o meno realizzare monitoraggi del terreno realmente utili per misurare variazioni morfologiche mediante comparazione di modelli multitemporali ottenuti con procedure di acquisizione dati a basso costo. Tali procedure sono caratterizzate da una logistica di lavoro semplice e indipendente, senza l’uso di punti di controllo a terra (Ground Control Points, GCPs), tenendo ben presente il fatto che, in condizioni di emergenza, un rilievo terrestre è fortemente vincolato alla accessibilità delle aree su cui è possibile camminare ed alla visuale spesso ostruita dalla presenza di vegetazione. Si sottolinea pertanto che la valenza del lavoro si riferisce essenzialmente al monitoraggio rapido e in presenza di fattori ostativi all’uso di GCPs, anche se alcuni dei risultati ottenuti riguardo alla risoluzione e alla scelta di una particolare fotocamera rispetto ad un’altra hanno validità generale. È infatti di particolare interesse comprendere quale sia la risoluzione spaziale realmente ottenibile, la quale dipende dall’ottica della camera utilizzata per gli scatti e dalla distanza di lavoro, ma anche dalla copertura raggiungibile da osservazioni terrestri. È chiaro che, nel quadro di un monitoraggio libero e a basso costo, si tratta altresì di valutare le prestazioni, in termini di bontà dei modelli fotogrammetrici ottenuti, di fotocamere di fascia medio-alta ma non necessariamente di tipo professionale. Si parla cioè di apparecchi acquistabili con cifre contenute in alcune centinaia di euro e non migliaia. Per questo lavoro sono state utilizzate due fotocamere digitali di produzione Nikon: la D3300 e la Coolpix P520. Inoltre, per avere un riferimento stabile e preciso per scopi di confronto e validazione dei risultati, è stato utilizzato un laser scanner terrestre (TLS) long range Optech ILRIS-ER [Optech, 2017]. Il presente lavoro si aggiunge, completandole, alle esperienze precedenti condotte presso la sezione di Bologna dell’INGV e inerenti al confronto SfM e TLS [Pesci et al., 2015; Teza et al., 2016], all’ottimizzazione del numero di scatti fotografici [Pesci e Teza, 2016], alla valutazione della risoluzione del modello fotogrammetrico in funzione del pixel a terra [Pesci et al., 2016a] e alla valutazione dei risultati ottenibili con fotocamere diverse ma compatibili [Pesci et al., 2016b].974 45 - PublicationOpen AccessRemote sensing of induced liquefaction: TLS and SfM for a full scale blast test(2022)
; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; Terrestrial laser scanning (TLS) and drone-based structure-from-motion (SfM) photogrammetry allowed the study of soil de formations due to blast-induced liquefaction during an experiment carried out on 4 June 2018. The research aimed at both evaluating the measurement quality and estimating the rammed aggregate piers (RAPs) effectiveness in mitigating the effects of soil liquefaction. These effects mainly consist of subsidence and deposits of ejected and extruded materials. The comparison between multitemporal 3D models provided surface variation maps and volume changes. In addition, classical topographical leveling allowed the measurement of subsurface vertical displacement along a specific cross section. The results pointed out a significant reduction, higher than 50% of soil deformation in areas improved by RAPs installation; moreover, the corresponding volume variations were no more than about 37% of those occurred in the not improved area. Finally, a critical comparison between remote sensing and leveling suggested that surface variation maps could under-estimate the area lowering up to 15% in this kind of terrain.393 7 - PublicationOpen AccessEditorial: Management and monitoring of natural disasters using remote sensing and ground-based dataEditorial on the Research Topic Management and monitoring of natural disasters using remote sensing and ground-based data
45 5 - PublicationOpen AccessResolution and Precision of Fast Long-Range Terrestrial Photogrammetric Surveying Aimed at Detecting Slope Changes(2020-11)
; ; ; ; ; ; ; Structure-from-motion (SfM) is currently used for geological-geomorphological purposes under the condition that the modeling is based either on several ground control points (GCPs) well distributed in the scene or on direct georeferencing (DG). In emergency conditions and in presence of active morphodynamic processes, it could be unfeasible to use GCPs or DG. A study aimed at evaluating the quality of the results achievable by means of completely free SfM modeling of images taken from a distance of some hundred meters is shown in this paper. It is based on an experiment with an artificial target and some surveys of a bedrock scarp, where resolution and precision are evaluated as empirical functions of distance and focal length, taking into account the issues related to the scale factor. The problems related to the recognition of localized surface changes by means of multitemporal surveys are also studied. The primary result is that the free approach can really be used in geomorphological and seismotectonical surveying carried out in emergency conditions.387 73
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