Descrizione tecnica delle modalità di funzionamento:
Il Lidar (Light Detection and Ranging), è uno strumento che, attraverso l’emissione di una sequenza di impulsi laser è in grado di ricostruire un’immagine tridimensionale di un oggetto o di un’area rilevata. In generale, il sistema è strutturato in modo da essere in grado di emettere una serie di impulsi laser e di riceverne gli echi di ritorno. Nella sua versione più moderna, il LiDAR è caratterizzato dalla capacità di analizzare tutta la forma d’onda dell’eco di ritorno (full waveform). Questa capacità è molto importante in quanto consente di effettuare un procedimento di classificazione del segnale di ritorno. In base alle caratteristiche dell’eco, è infatti possibile identificare la tipologia di oggetto che lo ha generato. In questo modo è possibile, per esempio, distinguere il dato legato alla risposta della vegetazione ad alto fusto da quelli legati alla vegetazione arbustiva o al terreno.
Nel campo dello studio delle frane, il dato relativo all’eco emesso dal terreno (ground) è certamente il più importante in quanto permette la ricostruzione di un modello digitale del terreno.
Questo dato si dimostra essere solitamente molto importante in quanto consente di analizzare la morfologia della superficie topografica anche in aree coperte da vegetazione.
Sebbene accomunati dallo stesso principio di funzionamento, esistono due macro categorie di LiDAR: la versione aviotrasportata e quella terrestre (anche detto laser scanner terrestre).
Il sistema aereo è decisamente più complesso, in quanto è composto non solo dall’apparato LiDAR ma da una serie di altri elementi che permettono l’acquisizione della nuvola di punti in movimento. Gli altri elementi essenziali sono il ricevitore GNSS, il sistema inerziale e l’unità di controllo. Attraverso l’unione di questi dati, il sistema è in grado di ricostruire la traiettoria di volo e di geo riferire correttamente la nuvola di punti acquisita. Solitamente, oltre a questi elementi il sistema LiDAR è anche equipaggiato con un apparato fotografico in grado di acquisire una sequenza di fotogrammi da utilizzare in modalità stereoscopica e creare un ortofotomosaico. Allo stato attuale, l’accuratezza delle nuvole di punti e del prodotto ortofotografico risulta essere solitamente contenuta entro margini decimetrici.
Nella versione terrestre il LiDAR si presenta solitamente come uno strumento di dimensioni più contenute che ne garantiscono una discreta portabilità. Si tratta di uno strumento che viene utilizzato su un apposito supporto (solitamente un cavalletto topografico) e che è in grado di riprendere una nuvola di punti dell’area che lo circonda. Si tratta quindi di un’acquisizione statica da un singolo punto di scansione. Al fine di riprendere aree di maggior dimensione, è quindi necessario utilizzare la tecnica della multi-scansione: si tratta di effettuare più scansioni di punti di presa differenti inquadrati in un unico sistema di riferimento. Per raggiunge tale scopo, vengono solitamente utilizzati dei punti o elementi di riferimento che consentono l’operazione di riallaccio delle varie scansioni.
Descrizione delle modalità di utilizzo per il monitoraggio dei fenomeni franosi ed esempi operativi:
Per quanto riguarda lo studio e il monitoraggio dei fenomeni franosi, il Lidar viene impiegato principalmente perseguendo due finalità:
- come supporto ad altre attività di ricerca e monitoraggio fornendo un modello digitale del terreno ad alta risoluzione di vaste porzioni di territorio;
- come sistema di monitoraggio vero e proprio per la valutazione delle variazioni morfologiche di una determinata area di studio.
Rilevamenti LiDAR su vaste aree si prestano molto bene all’individuazione e alla mappatura dei fenomeni franosi, siano essi di neo-formazione o più antichi. Questa possibilità si dimostra molto utile per il rilevamento di fenomeni franosi occorsi in concomitanza ad un evento alluvionale. Un rilievo LiDAR (e la relativa ortofoto) offrono un supporto impareggiabile all’individuazione dei fenomeni geo-idrologici, siano essi legati alla dinamica di versante o torrentizia. In generale, quindi, questo strumento (soprattutto nella sua versione aviotrasportata) si dimostra molto utile per lo studio degli effetti di un evento alluvionale anche su aree vaste.
La versione terrestre viene invece molto spesso impiegata per l’acquisizione di modelli digitali di affioramenti e pareti rocciose sub-verticali. In questo caso tali rilievi (come quelli acquisiti utilizzando droni) possono essere molto utili per l’identificazione delle discontinuità.
Nel campo dello studio dell’evoluzione di un fenomeno franoso, il Lidar viene solitamente impiegato per acquisire una sequenza di modelli digitali del terreno della stessa porzione di territorio.
Questi modelli digitali del terreno possono essere confrontati per identificare e misurare le eventuali differenze legate all’evoluzione del processo gravitativo. Difficilmente utilizzato per sistemi in near real-time, il LiDAR può essere impiegato per individuare macro differenze come quelle legate al distacco di blocchi da partei rocciose oppure variazioni più contenute e progressive come quelle legate a frane a comportamento progressivo e non impulsivo. Data l’accuratezza decimetrica della nuvola di punti, questo sistema solitamente mal si presta al monitoraggio di frane molto lente in quanto l’entità di movimento rischia di essere dello stesso ordine di grandezza dell’incertezza della nuvola di punti.
L’elevata densità di punti descriventi il piano campagna possono in seguito essere utilizzati per la stima volumetrica delle variazioni occorse o per la generazione di mappe e sezioni.
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