RICERCA ITALIANA     

La carta del rischio del patrimonio culturale: rilievo, georeferenziazione, monitoraggio e modellazione multiscala

Politecnico di Milano

Abstract

La Carta del rischio del patrimonio culturale è un GIS che ha come fine la tutela, la conservazione, la valorizzazione dei beni culturali. E' il risultato di "un'area di ricerca, presente da almeno tre decenni all'interno dell'Istituto Centrale per il Restauro, che mette l'accento sulla necessità di programmare la conservazione dei beni soprattutto attraverso la prevenzione dei danni". Il concetto di restauro preventivo e non successivo al danno deve essere inteso come allontanamento dell'opera d'arte dalle condizioni ambientali e antropiche che possono minacciarne la conservazione e già negli anni '60 era auspicato da Cesare Brandi e successivamente da Giovanni Urbani nel 1975 col programma sperimentale di intervento per il "Piano per la Conservazione programmata dei beni culturali in Umbria". La ricerca nell'ambito della redazione della Carta del Rischio del patrimonio culturale è l'oggetto della proposta delle tredici U. O.
Si tratta di una ricerca che già aveva posto le sue basi nei Cofin00 e 02, entrambi finanziati, dove l'esperienza condotta nel campo del rilievo dei beni architettonici ai fini di conoscenza e tutela aveva sì evidenziato le problematiche proprie delle ricerche attivate, ma messo in luce anche tematiche che si legano a quella che nella accezione comune viene chiamata Carta del Rischio. La finalità principale della Carta è infatti la valutazione del rischio cui sono soggetti i beni culturali allo scopo di programmarne l'attività di conservazione, sulla base di dati e indicatori omogenei per tutto il territorio nazionale a partire dall'analisi e dall'elaborazione dei dati sullo stato di degrado dell'edificio (indicatore di vulnerabilità) e dal pericolo potenziale di fenomeni ambientali, territoriali e antropici (indicatore di pericolosità). E' nell'ambito dei fenomeni ambientali che s'individuano le attinenze alla ricerca: la pericolosità statico-strutturale, che riguarda i fenomeni naturali che possono influire sulla stabilità strutturale degli edifici (pericolosità da sisma, da esondazioni, da frane, da dissesti ecc.), mentre la pericolosità ambientale-aria (inquinamento atmosferico con i due indici da erosione e da annerimento delle superficie) e la pericolosità antropica (fenomeni di spopolamento, di pressione demografica e turistica, furti, potenziali danneggiamenti e che prevede l'elaborazione dei relativi indicatori) è collaterale alla ricerca, ma compare nell'organizzazione del GIS attraverso la catalogazione conservativa.
E' nelle analisi dei dati e nelle relazioni spaziali e temporali associabili alle varie entità che sta il vero potenziale del GIS. Il patrimonio architettonico, a differenza di altri beni culturali tutelati, è quotidianamente utilizzato, soggetto a trasformazioni d'uso, interventi di ripristino, manutenzione e restauro: è necessario, quindi, che il sistema sia organizzato per poter accogliere le informazioni relative alle diverse tipologie di intervento che interessano tale patrimonio e il contesto in cui è inserito.
Una stretta integrazione tra la rapidità del momento conoscitivo (individuazione del bene, rilievo del bene, sua georeferenziazione e inserimento in mappa) porta al processo di costruzione della Carta del Rischio, che strutturata in un GIS, consente l'aggiornamento in "tempo reale" delle informazioni, evitando il paradosso dei grandi sistemi, in cui l'informazione dal momento in cui viene raccolta, al momento in cui è resa disponibile è, per definizione, già obsoleta.
Tale paradosso è oggi superato se si coniugano le più alte competenze tecnologiche contemporanee per il rilievo (laser scanner per il rilievo multi scala, integrazione con modelli 3D, ortofoto digitali, monitoraggio del bene) con lo sviluppo dei sistemi informativi in rete in un sistema integrato che unisca da un lato una struttura per la georeferenziazione e dall'altro le modalità e gli indicatori di rischio che sono alla base della Carta del Rischio. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Carlo MONTI Politecnico di MILANO

Obiettivo del Programma di Ricerca

La Carta del rischio del patrimonio culturale è un sistema informativo territoriale finalizzato alla tutela, alla conservazione e alla valorizzazione dei beni architettonici. E' "un'area di ricerca, presente da almeno tre decenni all'interno dell'Istituto Centrale per il Restauro, che mette l'accento sulla necessità di programmare la conservazione dei beni culturali soprattutto attraverso la prevenzione dei danni". Nel passaggio concettuale dalla catalogazione alla conservazione e manutenzione programmata, la redazione della Carta del Rischio costituisce un presupposto di fondamentale importanza che si sostituisce alla logica degli interventi speciali a danno avvenuto. Alla base sta l'idea di individuare sistemi e procedimenti che consentano di programmare gli interventi, integrando i dati relativi al rischio ambientale e correlando gli edifici storici al contesto territoriale.
La finalità principale del sistema è dunque la valutazione del rischio cui sono soggetti i beni culturali e ciò allo scopo di programmare l'attività di conservazione, sulla base di dati e indicatori omogenei per tutto il territorio nazionale.
Obiettivo generale della ricerca qui presentata è dunque quello di contribuire allo sviluppo di applicazioni metodologiche e tecnologiche al rilevamento, alla modellazione, alla georeferenziazione e gestione dei Beni Culturali nel più generale quadro della stesura di una Carta del Rischio, che, secondo il sistema articolato dall'ICR, definisce sei tracciati schedografici che si rapportano a Beni di differente tipologia e dimensioni:
• Scheda A (Unità edilizia storica);
• Scheda B (Complesso e monumento archeologico);
• Scheda C (Opere d'arte);
• Scheda D (Pavimenti, rivestimenti parietali, decorazioni e materiali lapidei archeologici);
• Scheda E (Contenitori di manufatti mobili);
• Scheda F (Pericolosità antropica ed esposizione dei beni).
Un sistema nel quale le scale di rilievo da affrontare e le finalità correlate sono differenti, obbliga il passaggio alla georeferenziazione multiscala, e getta un ponte tra l'ambito della catalogazione finalizzata alla redazione della Carta dei BBCC a scala nazionale e regionale (1:25000, 1:10000) e l'ambito puntuale del Bene alla scala architettonica (1:200, 1:100, 1:50). Rilievi mirati, integrati dalle nuove tecnologie (immagini satellitari ad alta risoluzione, tecnologie laser scanner, etc.) sono il supporto per analisi dello stato di fatto - del degrado e dei dissesti - per la redazione di schede di vulnerabilità e danno ai vari livelli, per la manutenzione programmata fino alla ordinaria attività di cantiere.
Sono obiettivi generali del programma di ricerca il:
• contribuire a coordinare e integrare le differenti competenze, sviluppando le ricerche in atto da parte dei ricercatori italiani del settore ICAR/06 avvalendosi anche di altre competenze specifiche;
• stendere linee guida, per l'esecuzione dei rilievi, l'elaborazione, la gestione e la distribuzione dei dati, che tengano conto dei prodotti che si devono ottenere individuando a tal fine mirate zone campione;
• trasferire il risultato delle ricerche effettuate in ambito accademico direttamente al mondo degli operatori del settore.
Seguendo quelli che sono gli indirizzi di ricerca avanzata nell'ambito nazionale ed internazionale di genesi e di utilizzo di Carte del Rischio, si intendono sviluppare cinque ambiti di ricerca in cui sono individuati specifici obiettivi.

I. GEOREFERENZIAZIONE
• Definizione delle metodologie di georeferenziazione a partire da differenti cartografie e stesura delle relative specifiche tecniche. In particolare dalla scala Regionale (1:10000 - 1:5000), alla scala di mappa comunale o catastale (1:2000 - 1:500), alla scala architettonica (1:100 - 1:50);
• proposta e impostazione di norme per la georeferenziazione dei Beni Culturali e strutturazione GIS dei dati nella Carta del Rischio a partire dai tracciati schedografici previsti dall'ICR;
• georeferenziazione diretta dei Beni ambientali mediante l'approccio Virtual Reference Station (VRS) di posizionamento cinematico GPS;
• sviluppo di processi di georeferenziazione delle nuvole di dati laser per permettere la ricostruzione degli orientamenti delle acquisizioni secondo le metodologie individuate: trasformazione conforme tra coppie di scansioni (7 parametri), matching tra superfici 3D ai minimi quadrati (ETH Zurigo), Analisi Procrustiana (Università di Udine);
• analisi e sviluppo dell'utilizzo di informazioni digitali di tipo multispettrale, con implementazione di algoritmi per la definizione di geometrie spazialmente risolute.

Fig. 1, Georeferenziazione del Patrimonio Architettonico in Lombardia (Milano)

Fig. 2, Georeferenziazione del Centro storico di Genova (WEBGIS)


II. MODELLAZIONE DI CLOUDS DA LASER SCANNER IN SUPERFICIE COMPLESSE
• Impostazione e sviluppo di una metodologia di generazione delle superficie utilizzando sistemi speditivi di documentazione quali i laser GBLS (Ground-Based Laser Scanner) tramite l'acquisizione multipla di nuvole di dati;
• studio delle teorie delle superficie, integrato con tecniche di interpretazione e interpolazione adatte a risolvere il problema della modellazione architettonica per la descrizione di Beni;
• individuazione di un protocollo di specifiche di rilievo e modellazione che permetta l'ottimizzazione del processo di rilievo e di modellazione multiscala del patrimonio culturale;
• sviluppo di metodi e algoritmi volti ad integrare le scansioni laser con riprese fotogrammetriche digitali ad alta risoluzione;
• determinazione delle soluzioni algoritmiche e metodologiche più idonee per la creazione di modelli 3D metricamente accurati, utili alla creazione di ambienti virtuali multiscala (modelli di oggetti caratterizzati da dimensioni, complessità e risoluzioni differenti) ai fini della semplice documentazione o per applicazioni di restauro virtuale.

Fig. 3, Acquisizione LS dell'intradosso di S. Stefano in Verona

Fig. 4, Acquisizione LS dell'intradosso di S. Stefano in Verona con sovvrapposta maglia triangolare e ortofoto 3D

III. SITI E COMPLESSI ARCHEOLOGICI
• Studio sull'evoluzione del paesaggio nell'antichità, utilizzando tecniche di analisi e di rilevamento all'avanguardia, che integrate da studi e scavi mirati, consentano l'elaborazione dei dati all'interno di un GIS che permetta una valutazione del rischio del Bene;
• sperimentazione ed utilizzo di sistemi non convenzionali di rilevazione dei siti archeologici complessi, medianti sistemi mobili fotogrammetrici da terra o da palloni frenati.

IV. AREE AD ELEVATO RISCHIO AMBIENTALE
• Verifica della efficacia e della rispondenza a stabiliti requisiti di precisione di metodologie non tradizionali, da utilizzare per il rilevamento di monumenti e pareti verticali situate in situazioni di difficile accesso e transitabilità;
• studio, costruzione e test di un sistema integrato di sensori utili alla georeferenziazione diretta di dati (laser ed immagini) installati su piattaforme mobili (elicottero, imbarcazione, autoveicolo, etc.).

V. MONITORAGGIO DELL'AMBIENTE E DELLE STRUTTURE
• Sperimentazione e applicazione delle tecniche Laser-Scanning, GPS e livellazione geometrica di precisione per il monitoraggio dei beni culturali in territori soggetti a subsidenza e implementazione con altri tematismi e indici di pericolosità ambientale;
• sviluppo di procedure e di codice finalizzato ad individuare informazioni utili alla determinazione delle condizioni statiche di un edificio storico, attraverso l'analisi del rilevamento tridimensionale tramite strumentazione laser-scanner;
• utilizzo delle tecniche di analisi interferometrica differenziale da satellite per il monitoraggio del costruito. <<<

Risultati parziali attesi

Verifica della fase di acquisizione dei rilievi
• esecuzione delle reti di inquadramento necessarie sulle aree prescelte;
• corretta esecuzione delle prese fotogrammetriche ad alta risoluzione;
• verifica delle prese multispettrali;
• verifica della corretta impostazione ed esecuzione della georeferenziazione on site dei beni sia georiferiti da cartografia (digitalizzazione), sia con Sistema GPS (tramite georeferenziazione VRS o tradizionale) con strumentazione Statica o Palmare DGPS quando necessario o opportuno;
• verifica della corretta esecuzione del rilevamento di punti di controllo effettuato con GPS integrato da livellazione geometrica e collegamento alle stazioni permanenti in aree soggette a subsidenza;
• analisi critica dei modelli 3D ottenuti con software di modellazione mediante l'uso sia di Nurbs, sia di mesh a maglia o a triangoli per verificarne gli esiti in rapporto ad una rappresentazione finalizzata anche all'implementazione in un sistema informativo.
• duplicazione e distribuzione dei dati alle unità operative.


Verifica che accanto alla fase di acquisizione dei dati siano state eseguite le prime sperimentazioni sui seguenti argomenti:
• analisi, validazione e filtraggio dei dati ottenuti con laser a scansione;
• prima elaborazione dei DSM ottenuti con laser a scansione;
• prima esperienza d'uso delle informazioni InSAR satellitari;
• impostazione di una metodologia di analisi di superficie complesse per la generazione di modelli 3D raster-vector;
• sviluppo di algoritmi di TA basati su modelli procrustiani per la georeferenziazione di prese, immagini e nuvole di dati;
• implementazione di algoritmi di riconoscimento di differenti formati e modelli di superficie all'interno di SW di fotogrammetria digitale.
• Verifica e individuazione di un protocollo di specifiche di rilievo e modellazione che, sulla base di quanto realizzato, permetta l'ottimizzazione del processo di rilievo e di modellazione multiscala del Patrimonio Culturale;
• Individuazione di norme e di procedure per la conduzione di un rilievo 3D mirato alla costruzione di modelli multiscala metricamente controllati, e la costruzione di modelli 3D multiscala basati sul concetto della semplificazione intesa come selezione di informazioni geometriche;
• Verifica dei metodi di georeferenziazione dei modelli multiscala per ottenere un unico modello tridimensionale integrato;
• Verifica della efficacia e della rispondenza a stabiliti requisiti di precisione di metodologie non tradizionali, da utilizzare per il rilevamento di monumenti e pareti verticali situate in situazioni di difficile accesso e transitabilità. In particolare si intende studiare, "costruire" e testare un sistema integrato di sensori utili alla georeferenziazione diretta di immagini acquisite da camera digitale, utilizzabile su piattaforme mobili (elicottero, imbarcazione, autoveicolo, ecc.).

Valutazione della qualità dei prodotti ottenuti.
• Redazione dei rapporti dei responsabili scientifici e del coordinatore nazionale sull'attività svolta e sui risultati conseguiti anche attraverso il XX Simposio Internazionale del CIPA Torino 2005 (v. Criteri).Verifica della seconda fase.

• Completamento degli esperimenti inizialmente programmati da ogni unità di ricerca, incluso il conseguimento dei prodotti, la messa a punto di metodologie e lo studio degli algoritmi inizialmente previsti;
• conseguimento di un buon livello di know-how nella elaborazione di modelli integrati di rappresentazione delle differenti zone campione, confrontato criticamente con quanto fatto da altri paesi al riguardo;
• produzione di un GIS per la consultazione e il trasferimento di dati geografici 3D ottimizzato per l'uso da parte di uffici PA interessati alla Carta del Rischio;
• individuazione e stesura di norme e prescrizioni tecniche mirate alla stesura della Carta del Rischio;
• redazione dei rapporti finali da parte dei responsabili scientifici delle unità di ricerca e del coordinatore nazionale;
• realizzazione di seminario programmato, con il coinvolgimento di ricercatori internazionali, degli Enti cartografici dello Stato, delle Ditte operanti nel settore dei rilievi, dei referenti e degli operatori interessati nell'ambito della Carta del Rischio.

In particolare:

I. GEOREFERENZIAZIONE
• Impostazione e individuazione di norme, prescrizioni tecniche per la georeferenziazione del Patrimonio Culturale e per la strutturazione GIS degli Archivi correlati secondo i tracciati schedografici ICR nella Carta del Rischio;
• definizione dei criteri di collaudo;
• individuazione di una metodologia di trattamento standard dei dati;
• realizzazione di servizio di supporto al processamento dati.

II. MODELLAZIONE AVANZATA
• Elaborare modelli 3D raster vector per la descrizione e documentazione di beni, architetture, elementi, siti culturali, archeologici di oggetti o frammenti ad elevata complessità morfologica, implementando nel SW fotogrammetrico i modelli 3D laser per la elaborazione di ORTOFOTO 3D;
• prospettare soluzioni possibili ai problemi di interfaccia e compatibilità dei formati, import ed export dati dei modelli di superficie avanzate all'interno dei SW fotogrammetrici che ad ora non li supportano;
• strutturazione dei dati a supporto della contestualizzazione degli interventi e all'analisi di rischio da parte dei soggetti interdisciplinari preposti alla tutela.

III. SITI E COMPLESSI ARCHEOLOGICI
• Valutazione del livello raggiunto nel supporto al rilievo di siti e complessi archeologici al fine di integrare le schede di valutazione del rischio dei Beni, il controllo e la valutazione della vulnerabilita' e del danneggiamento successivo a differenti eventi;

IV. AREE AD ELEVATO RISCHIO AMBIENTALE
• Messa a punto di procedure standardizzate per l'analisi territoriale e la documentazione di fenomeni di rischio ambientale;
• generazione di carte del rischio (idrogeologico, sismico, antropico, ambientale, etc.) a partire da indici e parametri specifici di vulnerabilità.

V. MONITORAGGIO DELL'AMBIENTE E DELLE STRUTTURE
• generazione di carte del rischio della subsidenza o movimenti franosi;
• costruzione di un modello matematico per le zone soggette a tale rischio;
• realizzazione di un vero e proprio servizio permanente di controllo gestibile anche da Ente pubblico. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La ricerca, nell'ambito della redazione della Carta del Rischio del patrimonio culturale, continua la ricerca iniziata nel programma Cofin02: questa verteva sulla strutturazione GIS da remoto, sulla modellazione dati laser scanner e sulla ortofoto 3D di beni e contesti a rischio. L'esperienza condotta in questo campo e ancora in corso ha evidenziato non solo le problematiche proprie della ricerca attivata, ma ha anche messo in luce altre importanti questioni relative ad aspetti legati alla tutela del patrimonio architettonico e quindi a quella che nella accezione comune viene chiamata Carta del Rischio. La finalità principale di tale Carta è la valutazione del rischio cui sono soggetti i beni culturali allo scopo di programmare l'attività di conservazione sulla base di dati e indicatori omogenei per tutto il territorio nazionale.
L'esperienza acquisita col Cofin02 e con l'IRER (Istituto Regionale di Ricerche Economiche della Regione Lombardia) sul problema del censimento e georeferenziazione dei Beni vincolati (ex. L.1089/39), ha messo in luce problemi reali complessi e vari, e di conseguenza delle difficoltà che abbisognano di soluzioni. Una esigenza reale è, ad es., quella della Regione Lombardia che intende sviluppare queste tematiche, realizzando tra le prime in Italia, il Polo Regionale della Carta del Rischio all'interno di un programma quadro di accordi con il Ministero dei Beni e delle Attività Culturali.
Con la Legge n. 84 del 19.04.1990, infatti, è stato finanziato il "Piano organico di inventariazione, catalogazione ed elaborazione della carta del rischio dei beni culturali" con la finalità di approfondire e razionalizzare la conoscenza e il rapporto tra beni e territorio attraverso SIT organizzato su due livelli: un livello centrale (Polo Centrale presso l'Istituto Centrale del Restauro) in grado di gestire i dati, cartografici e alfanumerici, raccolti a livello nazionale e relativi a fattori di degrado e alla distribuzione dei beni; e un livello locale (Poli Regionali) che oltre a integrare nel sistema i dati territoriali locali di pericolosità raccoglie le informazioni puntuali sui beni, sul loro stato di conservazione (catalogazione), permettendo la valutazione della loro vulnerabilità. Il sistema rende così possibile il monitoraggio del bene in relazione a tre ambiti di pericolosità (statico-strutturale, ambiente-aria, antropico) al fine della prevenzione dei danni.
Obiettivo generale della ricerca qui presentata è dunque quello di contribuire allo sviluppo di applicazioni metodologiche e tecnologiche al rilevamento, alla modellazione, alla georeferenziazione e gestione dei Beni Culturali nel più generale quadro della stesura di una Carta del Rischio, che, secondo il sistema articolato dall'ICR, definisce sei tracciati schedografici che si rapportano a Beni di differente tipologia e dimensioni:
• Scheda A (Unità edilizia storica);
• Scheda B (Complesso e monumento archeologico);
• Scheda C (Opere d'arte);
• Scheda D (Pavimenti, rivestimenti parietali, decorazioni e materiali lapidei archeologici);
• Scheda E (Contenitori di manufatti mobili);
• Scheda F (Pericolosità antropica ed esposizione dei beni).
Un sistema nel quale le scale di rilievo da affrontare e le finalità correlate sono differenti, obbliga il passaggio alla georeferenziazione multiscala, e getta un ponte tra l'ambito della catalogazione finalizzata alla redazione della Carta dei BBCC a scala nazionale e regionale (1:25000, 1:10000) e l'ambito puntuale del Bene alla scala architettonica (1:200, 1:100, 1:50). Rilievi mirati, integrati dalle nuove tecnologie (immagini satellitari ad alta risoluzione, tecnologie laser scanner, etc.) sono il supporto per analisi dello stato di fatto - del degrado e dei dissesti - per la redazione di schede di vulnerabilità e danno ai vari livelli, per la manutenzione programmata fino alla ordinaria attività di cantiere.

Questo programma di ricerca vuole, sulla base di queste esperienze e dello studio di analoghi interessi in campo nazionale e estero, numerosi ma tutti accomunati dalle medesime difficoltà, proseguire in questa direzione ritenuta fondamentale per la conoscenza ordinata del nostro patrimonio e per la sua tutela.
Per quanto riguarda, in particolare, la fase di individuazione sulle carte disponibili del Patrimonio Culturale e del rilievo dello stesso quando necessario o opportuno, ci si chiede come poter coniugare la fase conoscitiva al processo di costruzione della carta come supporto alle decisioni, ponendo sin dall'inizio una duplice finalità: porre in luce le informazioni utili ai diversi livelli e, contestualmente, individuare fonti e modalità di aggiornamento dei dati. Solo tale integrazione può consentire l'aggiornamento di un GIS che sta alla base del sistema e, conseguentemente, la sua utilizzabilità nel tempo.
A livello internazionale gli organismi ufficiali preposti alla salvaguardia del patrimonio culturale e ambientale (es. UNESCO) validamente affiancati da organizzazioni a carattere privato (es. Getty Foundation, World Heritage Found, ISPRS, ICOMOS, CIPA) hanno chiaramente indicato come sia necessario addivenire a veri e propri modelli geometrici tridimensionali dei beni culturali e ambientali per meglio conoscere e poter raggiungere meglio l'obiettivo della salvaguardia del patrimonio culturale.
Seguendo dunque quelli che sono gli indirizzi di ricerca avanzata nell'ambito nazionale ed internazionale di genesi di Carte del Rischio, si intendono sviluppare e applicare le tecniche di rilevamento, di georeferenziazione, di monitoraggio e di modellazione multiscala.

1. Rilevamento
Il patrimonio storico-architettonico, a differenza di altri beni culturali tutelati, è quotidianamente utilizzato, soggetto a trasformazioni d'uso, interventi di ripristino, manutenzione e restauro: è necessario, quindi, che il sistema sia organizzato per poter accogliere le informazioni relative alle diverse tipologie di intervento che interessano tale patrimonio e il contesto in cui è inserito.
Una stretta integrazione tra la rapidità del momento conoscitivo (individuazione del bene, rilievo del bene quando necessario, sua georeferenziazione e inserimento in mappa) porta al processo di costruzione della Carta del Rischio, che strutturata in un GIS, consente l'aggiornamento in "tempo reale" delle informazioni, evitando il paradosso dei grandi sistemi, in cui l'informazione dal momento in cui viene raccolta, al momento in cui è resa disponibile è, per definizione, già obsoleta. Tale paradosso è oggi superato se si coniugano le più alte competenze tecnologiche contemporanee (acquisizione rapida di dati laser scanner per il rilievo multi scala, integrazione con modelli 3D e ortofoto digitali) con lo sviluppo dei sistemi informativi in rete. Allo stato attuale dell'arte le tecniche innovative nel rilievo a cui ricorrere sono quelle appena citate che, con anche l'ausilio della fotogrammetria digitale e dei GPS, consente di predisporre un apparato conoscitivo appropriato allo scopo preposto.

1.A Rilievo Laser Scanner
Gli argomenti di ricerca proposti, la georeferenziazione diretta di immagini digitali e il rilievo laser scanner terrestre, sono sicuramente attuali e oggetto di studio e sperimentazione da parte di numerosi ricercatori in Italia e all'estero. In particolare, da tali studi, è emerso che il rilievo di Beni caratterizzati da dimensioni e complessità geometriche differenti può essere effettuato oggigiorno anche con metodi non fotogrammetrici utilizzando strumentazione laser scanner.
Si devono distinguere i sistemi laser scanner basati a terra (GBLS, Ground-Based Laser Scanner) da quelli montati su velivoli e utilizzati tipicamente per la generazione di DTM dettagliati (ALS, Airborne Laser Scanner). In generale, i vantaggi offerti dall'impiego di sistemi GBLS consistono principalmente nella possibilità di eseguire rilievi complessi in tempi relativamente ridotti ottenendo ricostruzioni 3D di adeguata precisione sulla base di misure dirette dettagliate di una quantità assai elevata di punti. Nell'ambito della modellazione 3D supportata da laser scanner terrestre si possono distinguere due tipologie di strumenti, in funzione dell'applicazione e delle dimensioni degli oggetti coinvolti: long-range e close-range. Al primo gruppo appartengono i GBLS basati sul principio del "Tempo di Volo" (TOF, Time of Flight), adatti a rilievi di oggetti di grandi dimensioni (es. edifici) dai quali lo strumento è posto a debita distanza, con incertezze nella posizione dei punti rilevati che variano oggigiorno dai 4 ai 12mm. Della seconda categoria invece fanno parte sistemi basati sul principio della Triangolazione o che sfruttano la proiezione sull'oggetto di pattern luminosi regolari (Luce strutturata). Entrambi questi dispositivi sono impiegati nel rilievo di oggetti di medio-piccole dimensioni (ad es. statue, bassorilievi, ecc.) posti a breve distanza dallo strumento (tipicamente da alcuni centimetri ad alcuni metri) con incertezze variabili fra i 30 e i 100 micrometri.

Fig. 5, Conoscopia: Tavola del Redentore, INOA-CNUCE

Fig. 6, Conoscopia: Tavola del Redentore, matrice con risoluzione 6micron (1 milione di punti in 20 minuti)

1.B. Rilievo archeologico
L'esigenza di uno studio completo degli insediamenti antichi è avvertita da tempo e soprattutto in questi ultimi anni si è sempre più marcata l'esigenza di approfondimento della natura particolare del Bene da conservare, restaurare o analizzare. Sono già state condotte in materia esperienze sull'utilizzo della fotogrammetria digitale terrestre per la ricostruzione 3D e il rendering di oggetti reali e scavi archeologici, sulla base di collaborazioni tra competenze diverse finalizzate a una ricostruzione completa dei siti archeologici nello stato di fatto e virtuale. La complessità e la ricchezza di tali siti fa sì che si presenti la necessità da una parte di rilevare la posizione dei manufatti all'interno di un'area urbana antica, dall'altra di rilevare ogni singolo edificio (rilievo delle architetture emergenti) e i frammenti ritenuti importanti che vengono ritrovati (rilievo dei particolari). Oltre all'utilizzo del rilievo in quanto studio della città e delle architetture è opportuno predisporre il rilievo quale "contenitore" multiscala per la catalogazione delle emergenze e del ritrovato, in un suo uso strumentale alle discipline archeologiche.

2. Georeferenziazione del patrimonio culturale
La conoscenza del nostro patrimonio architettonico è sicuramente un'urgenza su cui è indispensabile intervenire. Numerose sono le esigenze espresse di procedere alla georeferenziazione dei Beni Culturali in merito alla costruzione della Carta del Rischio, come primo passo per avviare una loro più corretta azione di gestione, recupero, salvaguardia e divulgazione. Nell'ottica di procedere all'organizzazione di campagne per l'acquisizione della posizione di tutti i Beni che insistono in un definito territorio, è necessario definire alcune procedure guida, da utilizzare in tali operazioni di rilevamento. La disponibilità di nuova strumentazione di rilievo e la potenza dei sistemi informativi aprono consistenti speranze nella direzione detta, ma hanno anche molti aspetti innovativi che devono essere indagati, sperimentati sul campo e risolti. Questo programma si prefigge lo studio delle metodologie e delle tecniche di utilizzo del rilevamento laser-scanning, di portare un importante contributo alla soluzione del problema della modellazione di oggetti e beni complessi, sia dal punto di vista del processamento dei dati acquisiti, anche con i sistemi palmari GPS, sia alla costruzione di linee guida per la georeferenziazione dei beni stessi.
In particolare la georeferenziazione deve:
- definire delle metodologie di utilizzo di differenti cartografie e stesura delle relative specifiche tecniche;
- proporre e impostare le linee guida per la georeferenziazione dei Beni Culturali e la strutturazione in un GIS dei dati nella Carta del Rischio;
- definire dei criteri di validazione dei dati e di collaudo;
- sviluppare e sperimentare i nuovi approcci alla georeferenziazione e rilevamento di Beni anche attraverso la misura on-site delle coordinate, utilizzando reti di rilievo sia in modalità real-time che in post-processamento cinematico, sfruttando i nuovi servizi di posizionamento GPS a scala regionale.

3. Monitoraggio delle strutture
Nell'ambito del rilievo architettonico, la conoscenza metrica tridimensionale di una costruzione consente l'analisi delle strutture architettoniche portanti e decorative, di risalire alle tecniche costruttive impiegate, alla storia evolutiva, ecc. Insieme a questi fattori, va considerato un altro elemento di estremo valore fornito da un rilevamento metrico di precisione: la possibilità del monitoraggio di una struttura o di un intero sito nel corso del tempo. Dal punto di vista del rilievo topografico, si tratta di misurare spostamenti o rotazioni, di ordine anche molto ridotto, che l'oggetto subisce a causa di particolari situazioni costruttive o per l'intervento di fattori esterni, quali ad esempio deformazioni del suolo. Esempi classici sono quelli indotti dalla subsidenza, dall'instabilità di aree in frana, o in seguito ad eventi sismici, che possono produrre lesioni e danneggiamenti anche significativi su opere di interesse architettonico o archeologico.
I metodi di controllo attualmente impiegati offrono la possibilità di eseguire misure molto accurate su un numero limitato di punti, non fornendo invece alcuna informazione sulla parte rimanente della struttura. Si ritiene che l'integrazione delle tecniche tradizionali con la strumentazione laser scanner permetta di aumentare notevolmente le informazioni disponibili per il controllo statico, allargando l'indagine ad un numero assai più ampio di punti.
Poiché le applicazioni delle tecniche laser scanner per il controllo statico di strutture rappresentano una novità, é interessante sperimentare le tipologie di intervento che in teoria sono ipotizzabili. In questa ricerca sono coinvolte tematiche che riguardano la scelta opportuna degli strumenti, gli schemi operativi, i tempi richiesti dalle operazioni di misura, le modalità di gestione ed elaborazione di queste, le precisioni raggiungibili ed i costi complessivi.

4. Modellazione avanzata
L'uso del laser-scanner unito alla modellazione tridimensionale oggi si può considerare ancora in fase sperimentale, anche se esistono già applicazioni complete di grande interesse. Se per l'arte figurativa plastica il rilievo di una densa nuvola di punti da elaborare per ottenere "più facilmente" un modello tridimensionale sembra risolvere alcuni problemi di acquisizione e di rappresentazione dell'oggetto, per la conoscenza metrica e qualitativa dell'architettura la tecnica laser è tuttora un orizzonte che va esplorato. Inoltre, se è del tutto evidente l'utilità del modello tridimensionale, non sempre è agevole la sua fruibilità. Molteplici sono le problematiche da affrontare. Legata al problema dell'incertezza, una questione essenziale è la scelta tra un modello "regolarizzato" e un modello che dà ragione di ogni irregolarità accidentale; qui le questioni relative alla precisione rientrano in gioco con nuove valenze: le discrepanze tra modello e oggetto sono dovute a inevitabili errori di misura o a regolarizzazione voluta e cercata? Questione tecnica è quella invece della scelta del sistema di costruzione del modello. Si possono realizzare modelli per superficie, oppure basati su primitive solide, su semplice triangolazione, bi o tridimensionale, di nuvole di punti. La stessa nuvola di punti è in fondo un modello tridimensionale discreto della superficie dell'oggetto. Il modello da realizzare deve essere multi risoluzione per poter essere utilizzato in contesti e in analisi differenti che possono essere o il singolo manufatto, o una parte di esso o un complesso sistema di oggetti sul territorio. <<<