Rilievo di cantiere con WebODM: volumi e confronto tra date

Un cantiere cambia forma ogni settimana e nessuno, alla fine, ricorda con precisione quanta terra è uscita a marzo. La fotogrammetria da drone risolve il problema in modo semplice: voli con regolarità, sempre nello stesso modo, e ogni rilievo diventa una superficie misurabile da confrontare con la precedente. Con WebODM tutto questo si fa con software libero e dati che restano nel tuo ufficio. Qui ti mostriamo come impostarlo su un cantiere tipo, dai punti di controllo fissi al calcolo dei volumi, in nove minuti di lettura.

Il cantiere e l'obiettivo#

Immagina un lotto di circa 3 ettari in area periurbana: scavo di fondazione per un edificio produttivo, movimento terra per i piazzali, un deposito temporaneo di inerti. Durata prevista otto mesi. La direzione lavori vuole tre cose: sapere ogni due settimane quanti metri cubi sono stati scavati o riportati, avere un'ortofoto aggiornata da allegare al giornale dei lavori e poter dimostrare, a fine cantiere, la sequenza degli stati di avanzamento.

Il requisito che cambia tutto è la ripetibilità. Un rilievo singolo può permettersi qualche approssimazione; una serie di sedici rilievi da confrontare tra loro no. Se il primo è spostato di dieci centimetri in quota rispetto al secondo, la differenza tra i due DSM su 3 ettari vale 3.000 m³ di terra che non esistono.

Prima del primo volo: i punti di controllo fissi#

La ripetibilità passa dai punti di controllo a terra (GCP). In un cantiere puoi permetterti un lusso che sul campo aperto non hai: renderli permanenti. Chiodi topografici o borchie su cordoli, plinti già gettati, basamenti di recinzione, pozzetti, con un target dipinto a scacchiera di 50 cm di lato che si vede bene dall'alto. Vanno collocati fuori dall'area di scavo attiva, altrimenti li perdi alla seconda settimana.

Per 3 ettari bastano otto GCP ben distribuiti lungo il perimetro e uno o due al centro, più tre check point che non entrano nel calcolo e servono solo a verificare il risultato. Li misuri una volta con GNSS in modalità RTK, nel sistema di riferimento che userai per tutta la commessa. Per un cantiere italiano la scelta naturale è RDN2008 / UTM (EPSG:7791 per il fuso 32N, 7792 per il 33N) con quote ortometriche, perché è il sistema con cui dialogano il progetto e gli elaborati della direzione lavori.

Le coordinate finiscono nel file gcp_list.txt con la prima riga EPSG:7791. Il file lo prepari una volta e lo riusi a ogni rilievo: ciò che cambia sono solo le immagini in cui clicchi i punti. La guida sui punti di controllo a terra spiega il formato e l'interfaccia GCP di WebODM passo per passo.

Il volo, sempre uguale#

Il volo lo salvi nell'app di pianificazione e lo ripeti identico. Nel nostro esempio la camera è una tipica camera da drone con sensore da 1 pollice e 20 megapixel: larghezza del sensore circa 13,2 mm, focale 8,8 mm, 5.472 pixel sul lato lungo. La distanza campionata al suolo (GSD) si calcola così:

GSD = (larghezza sensore × quota di volo) / (focale × larghezza immagine in pixel)
GSD = (13,2 mm × 60 m) / (8,8 mm × 5.472 px) ≈ 0,0164 m ≈ 1,6 cm/px

A 60 m di quota ottieni quindi circa 1,6 cm per pixel, sufficiente per volumi di cantiere e ben dentro il limite dei 120 m della categoria aperta. La griglia è doppia (due passaggi ortogonali) con sovrapposizione 80 % frontale e 70 % laterale: su scavi con pareti verticali la seconda direzione riduce i buchi nel modello. A queste impostazioni un lotto di 3 ettari richiede circa 150 fotografie e una ventina di minuti di volo, batteria compresa. Se il cantiere ha gru, verifica le quote degli ostacoli e la distanza dalle persone al lavoro: sei in un'area industriale, e le regole della sottocategoria in cui voli le trovi nella guida alla normativa.

Le impostazioni della camera vanno bloccate: ISO fissa, tempo di esposizione breve per evitare mosso, bilanciamento del bianco manuale, formato JPG alla massima qualità. Scatti sempre alla stessa ora del giorno, per quanto possibile, così le ombre non diventano differenze nel DSM.

L'elaborazione in WebODM#

Per 150 immagini bastano 16 GB di RAM e un paio d'ore. Crei un progetto per il cantiere e un task per ogni data, nominato con la data stessa, così la lista dei task diventa il registro degli stati di avanzamento.

Il preset di partenza è "Volume Analysis" oppure "DSM + DTM". In entrambi i casi attivi il DSM, che è la superficie che ti serve per i volumi; il DTM filtrato serve meno, perché in un cantiere vuoi vedere proprio i cumuli e gli scavi. Carichi il file gcp_list.txt e usi l'interfaccia GCP per identificare ogni punto in almeno cinque immagini. Le opzioni che vale la pena controllare sono --dsm, la --dem-resolution (5 cm/px è un buon compromesso per 3 ettari), --pc-quality almeno su high per pareti di scavo ben definite e --auto-boundary per non calcolare oltre il perimetro utile.

A fine elaborazione apri il report di qualità e guardi due cose: l'errore sui GCP e, soprattutto, l'errore sui check point. Se il secondo resta nell'ordine di pochi centimetri in quota, il rilievo è coerente con i precedenti. Se un rilievo mostra un check point fuori scala, non lo confronti con gli altri finché non hai capito il perché: spesso è un target coperto, una foto cliccata male o un GCP spostato da un mezzo.

I volumi con il plugin Measure#

Nella mappa 2D di WebODM il plugin Measure permette di disegnare un poligono attorno a un cumulo o a uno scavo e ottenere area e volume. Il volume è calcolato rispetto a una superficie di riferimento che puoi scegliere: un piano orizzontale alla quota minima o media del bordo, oppure una superficie triangolata che segue il perimetro del poligono. Per un cumulo su piazzale il piano va bene; per uno scavo su terreno in pendenza la superficie triangolata è più fedele.

Nel nostro cantiere, alla quarta settimana, il poligono sullo scavo di fondazione restituisce circa 1.800 m³ sotto il piano del bordo; il deposito di inerti, circa 600 m³. Sono i numeri che finiscono nel verbale, con l'indicazione del metodo di base usato e dell'errore dei check point di quel rilievo. La guida su misure, aree e volumi approfondisce i metodi e gli errori tipici, per esempio la scelta di un bordo poligonale che attraversa il pendio.

Un accorgimento: salva i poligoni. Puoi esportarli in GeoJSON e riusarli sul rilievo successivo, così il confronto avviene sulla stessa impronta.

Il confronto tra due date#

Il plugin Measure ti dà il volume di un oggetto rispetto a un piano. Il confronto tra due date ti dà qualcosa di più utile: quanto è cambiato il terreno ovunque, non solo dentro un poligono. Si fa in QGIS con due DSM.

Scarichi il DSM GeoTIFF dei due task, li apri in QGIS e verifichi che abbiano lo stesso sistema di riferimento (con gli stessi GCP e lo stesso gcp_list.txt sarà così). Con il Calcolatore raster fai la differenza DSM_nuovo - DSM_precedente: dove il valore è negativo hai scavato, dove è positivo hai riportato. Applicando una palette divergente ottieni una mappa dei cambiamenti leggibile a colpo d'occhio. Con le statistiche zonali su un poligono, la somma delle differenze moltiplicata per l'area del pixel restituisce il volume movimentato in quel periodo.

Due regole perché il confronto abbia senso. Prima: stessa risoluzione del DEM e stesse opzioni di elaborazione per tutti i task del cantiere; cambiarle a metà commessa introduce differenze artificiali. Seconda: prima di leggere i volumi, controlla la differenza su una zona che sai essere immutata, per esempio un piazzale asfaltato. Se lì il DSM "si è mosso" di 8 cm, quello è il rumore del tuo confronto, e non puoi dichiarare variazioni più piccole.

Cosa può andare storto#

Le pareti verticali dello scavo restano il punto debole: se la griglia doppia non basta, qualche foto obliqua a 60 gradi lungo il bordo aiuta il modello a chiudersi. L'acqua sul fondo dello scavo dopo una pioggia produce buchi e quote sbagliate; in quel caso il volume va calcolato fino al pelo dell'acqua e dichiarato come tale. I mezzi in movimento durante il volo diventano fantasmi nell'ortofoto: vola in pausa pranzo o a inizio turno. E i GCP, per quanto fissi, vanno controllati a vista a ogni rilievo: un chiodo coperto da un pallet è un chiodo che non c'è.

Per approfondire#

• Punti di controllo a terra (GCP): quanti, dove, come misurarli e come preparare il file.
• Misure, aree e volumi con il plugin Measure: i metodi di base e gli errori da evitare.
• DSM, DTM e curve di livello: risoluzione, filtri e quote ortometriche.