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Georadar 3D sotto esame

Autostrade per l’Italia testa il georadar 3D di Codevintec Italiana che riscuote sempre più interesse. Il successo è dovuto alla vasta gamma di applicazioni: ricerca di ordigni bellici inesplosi, mappatura dei sottoservizi, indagini strutturali, pavimentazioni stradali, gallerie e ponti

sfondo codevintec

Il Laboratorio Centrale di Autostrade per l’Italia di Fiano Romano ha condotto un’indagine estensiva lungo l’Autostrada del Sole per confrontare dati ottenuti con un 3D-Radar con le informazioni già in suo possesso.

Lo scopo era valutare le capacità del sistema di mappare la pavimentazione stradale, di determinarne con precisione gli spessori e gli ammaloramenti. 

Il test su strada

Sono stati effettuati due rilievi con il nuovo sistema georadar 3D-Radar (https://www.codevintec.it/3d-radar-geoscope-it):

  • il primo giorno sono stati rilevati alcuni brevi tracciati nei dintorni della sede del Laboratorio, per installare e provare il sistema, verificarne la compattezza e la facilità d’uso;
  • il secondo giorno è stato effettuato un rilievo nel tratto di 21 km della A1 tra il km 534+000 e il km 555+000, in direzione Sud verso Guidonia Montecelio.
codevintec
1. L’installazione del 3D-Radar presso la struttura Pavimentazioni e Laboratori di Autostrade per l’Italia SpA

Il sistema 3D-Radar utilizzato era dotato di array con 25 antenne con frequenze tra 200 e 3.000 MHz, che ha consentito di coprire una larghezza di indagine di 1,87 cm con un solo rilievo.

È stato selezionato un passo di campionamento medio (distanza tra i profili di 7,5 cm sia in senso trasversale che longitudinale) considerato adatto al tipo di rilevo da svolgere e alla velocità media scelta per l’acquisizione: 85 km/ora.

Il sistema è comunque in grado di acquisire con velocità e densità di punti maggiori. Ad esempio, rilevando tracce georadar ogni 10 cm si può individuare a oltre 170 km/ora; quando fosse sufficiente una spaziatura di 20 cm, si potrebbe rilevare anche a oltre 340 km/ora.

Il sistema, inoltre, regola automaticamente il campionamento dei dati in base alla velocità, mantenendo la densità dei punti omogenea anche in caso di accelerazioni, rallentamenti o soste.

Tutte le misure georadar sono state georeferenziate attraverso un SBG-Systems Ekinox2-D: un sistema di posizionamento satellitare integrato con piattaforma inerziale Tactical Grade a tecnologia MEMS, in grado di fornire precisi dati di posizione anche in parziale o totale assenza di segnale GPS (gallerie).

3D-Radar
2. Lo schema di un array georadar 3D-Radar

Lavoro quasi finito già durante il rilievo

Durante il rilievo, senza interrompere le acquisizioni, il software ha permesso di:

  • visualizzare tutto il rilievo in 3D, verificandone il tempo reale la qualità;
  • inserire dei marker per associare etichette con significati diversi, utilizzabili successivamente durante l’interpretazione del dato;
  • regolare l’intensità e il contrasto del radargramma, e modificare la paletta colori per una più facile interpretazione;
  • verificare la qualità della georeferenziazione del GPS;
  • visualizzare le coordinate in tempo reale;
  • visualizzare la velocità attuale e la massima consentita in base ai parametri scelti;
  • visualizzare la dimensione massima di acquisizione espressa in chilometri (molto più utile di una dimensione in Gigabyte);
  • controllare la numerazione progressiva del file in acquisizione.
Software
3. L’elaborazione in tempo reale

L’elaborazione dei dati

In seguito, i dati raccolti sui 21 km di tracciato autostradale sono stati velocemente elaborati dal potente software Examiner in grado di gestire una enorme mole di dati con facilità e rapidità:

  • visualizzazione del dato radar su mappe satellitari o stradali;
  • dato 3D georeferenziato;
  • creazione di macro per processare automaticamente il dato;
  • calcolo e determinazione del dielettrico;
  • tracciamento manuale e/o automatico delle stratigrafie (layer);
  • esportazione dei layer individuati;
  • esportazione delle immagini radar su file leggibili dai più comuni software GIS (ad esempio *.kmz per Google Earth);
  • integrazione del dato radar con i marker inseriti durante l’acquisizione;
  • zoom del radargramma lungo tutti gli assi.

Il software, infine, ha permesso di esplorare in 3D il dato radar, lungo le diverse sezioni:

  • xy (sezione planimetrica nelle profondità);
  • xz (sezione longitudinale lungo la direzione di avanzamento);
  • yz (sezione trasversale rispetto la direzione di avanzamento).

  • Autostrade per l’Italia SpA
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    4. Il software Examiner visualizza ed esamina una enorme quantità di dati
  • pavimentazione stradale
    5 codevintec
    5. Le tre sezioni del rilievo: la più grande è xz, a destra yz, in basso xy

La visualizzazione del dato su mappa

La sezione in pianta (xy) è visualizzabile su mappe satellitari o stradali, consentendo un veloce e utile riferimento con l’ambiente circostante. È molto utile correlare le evidenze del dato radar con le strutture esistenti o le condizioni ambientali. In questo modo, l’interpretazione è immediata e notevolmente facilitata. 

Il rilievo 3D: l’indagine esaustiva

Il test del sistema 3D-Radar ha evidenziato un drastico aumento della capacità investigativa diminuendo, nel contempo, i tempi di rilievo con una densità e qualità del dato senza paragoni.

3D-Radar mappa, quantifica e ricostruisce la geometria dei target individuati, siano essi armature metalliche, elementi strutturali, anomalie stratigrafiche, oggetti celati, elementi puntuali semplicemente guidando a 85 km/ora o più.

Con un georadar tradizionale – con un numero limitato di antenne ad impulsi, su frequenze specifiche – per avere la stessa densità di campionamento sarebbe necessario ripercorrere lo stesso tratto almeno dieci volte, a una velocità più bassa; ma la qualità e l’usabilità del dato sarebbe comunque ben lontana da quella ottenibile con la tecnica Step-Frequency tra 200 e 3.000 MHz. 

  • rotolamento
    6 codevintec
    6. La visione planimetrica del dato radar alla quota dell’armatura della soletta in calcestruzzo armato
  • Laboratorio
    7 codevintec
    7. Le stratificazioni della pavimentazione stradale: la linea arancione è il piano di rotolamento

La tecnica Step-Frequency: l’evoluzione

La tecnica di indagine a Step-Frequency non è una novità ed è alla base delle più moderne tecniche di telerilevamento. Si raggiungono livelli di definizione e dettaglio mai avuti finora, innanzitutto perché utilizza tutta la banda di frequenze (dalla bassissima 200 MHz all’altissima 3 GHz) mentre un tradizionale radar a impulsi trasmette su una sola frequenza centrale (per esempio 1 GHz).

Lavorare su una banda così ampia permette di combinare la migliore risoluzione con la maggiore profondità di indagine. È noto che più le frequenze sono alte, più il dato è dettagliato, ma minore è la profondità di indagine.

Viceversa, le frequenze basse permettono di andare più in profondità, ma con poco dettaglio. Avendo a disposizione tutte le frequenze, con 3D-Radar si ottengono migliori risultati sia in termini di risoluzione che di penetrazione di indagine.

Come esempio dei risultati ottenuti, è stato possibile individuare l’armatura metallica nei tratti dove la pavimentazione ha una soletta in calcestruzzo armato (Figura 6 sopra), cosa impossibile da fare con i sistemi tradizionali. L’uso del sistema 3D-Radar ha consentito la chiara detezione del primo strato relativo all’usura (Figura 7 sopra), non rilevabile con sistemi tradizionali.

In Figura 8 è illustrato il tracciamento automatico dei layer lungo tutti i profili radar acquisiti. È possibile inserire la costante dielettrica per ogni singola interfaccia, così da calcolare gli spessori esatti. Qualora non fosse noto il valore della costante dielettrica, lo si può calcolare con il software.

Le interfacce rilevate possono essere esportate in vari formati: csv, nuvola di punti, txt, tabelle formattate secondo scelta dell’utente.

Nelle Figure 9, 10 e 11 l’alta definizione del dato radar è palese: senza una indagine tridimensionale, non sarebbe possibile poter ricostruire correttamente e univocamente le geometrie illustrate nelle immagini.

  • manodopera
    8 codevintec
    8. La sezione radar con i diversi layer tracciati via software. Il primo strato (usura) è rilevato a una profondità media di 3-5 cm
  • mappa satellitare
    9 codevintec
    9. La forma geometrica di un elemento sottostante la pavimentazione stradale, forse un intervento di manodopera
  • array
    10 codevintec
    10. La ricchezza del dato radar permette di ricostruire forme, posizioni e dimensioni degli oggetti individuati
  • tecnologia
    11 codevintec
    11. Il dato radar su una mappa satellitare

Conclusioni

In occasione dei due test svolti con Autostrade per l’Italia, è stato possibile ottenere eccellenti risultati:

  • rilievo del primo strato di usura della pavimentazione (Figura 8);
  • aumento della velocità di acquisizione;
  • altissima definizione sia trasversale che longitudinale;
  • ricostruzione geometrica delle evidenze e target (Figura 9);
  • dato in tre dimensioni, con miglioramento della capacità interpretativa e di output finale.

Ringraziamenti

Si ringrazia la struttura Pavimentazioni e Laboratori di Autostrade per l’Italia SpA per il supporto fornito.

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