Il sistema LiDAR (dall’inglese Light Detection And Ranging / individuazione e misurazione della distanza tramite la luce) comprende un trasmettitore e un sensore di sorgente luminosa che serve a misurare la distanza tramite laser. Le lunghezze d’onda utilizzate sono nello spettro invisibile e, dunque, sono prive di ripercussioni sull’occhio umano. Le pulsazioni laser emesse vengono riflesse dall’ambiente e quindi captate nuovamente dal sistema. La distanza si calcola in base al tempo impiegato dalle pulsazioni per andare e tornare.

Lo scanner laser a bordo di un aeromobile misura la topografia “spazzando” il suolo perpendicolarmente al senso del volo. Emette diverse centinaia di migliaia di pulsazioni laser per secondo: ecco perché si parla di “laser scanning” o di “lasergrammetria” aviotrasportata.

Con una densità di molti punti per metro quadrato, una precisione di 10 cm e un’alta rapidità di acquisizione dei dati, il LiDAR aviotrasportato è una delle tecniche più performanti per determinare la topografia del nostro ambiente. Questi dati sono utilizzati soprattutto per le applicazioni seguenti:

• Modellizzazione tridimensionale automatica di immobili e altri oggetti paesaggistici
• Studi sulla foresta: altezza, larghezza e inclinazione dei singoli alberi, carta e pianificazione del diboscamento, calcolo della biomassa, modelli numerici della canopia
• Modellizzazione tridimensionale di elementi al suolo sotto la copertura vegetale, quali sentieri forestali o corsi d’acqua
• Monitoraggio delle linee aeree (cavi, linee di alta tensione)
• Creazione di modelli numerici del terreno
• Creazione di modelli numerici di superficie
• Analisi di visibilità
  
  

Dai punti grezzi ai prodotti finiti

La massa di misure acquisite tramite LiDAR necessita di diverse elaborazioni prima di poter essere utilizzata per delle applicazioni specifiche.

Georeferenziazione diretta

Non basta conoscere la distanza tra l’apparecchio e il suolo per produrre delle mappe topografiche. I punti misurati devono essere referenziati in un sistema di coordinate terrestri. Nella lasergrammetria è utilizzata solo la posizione del LiDAR in volo. La posizione nello spazio (XYZ) viene misurata tramite GNSS, mentre la posizione angolare (rollio, beccheggio e imbardata) viene data da un’unità di misura inerziale. La georeferenziazione diventa così “diretta”, dato che non necessita più di punti d’appoggio al suolo, mentre la produzione risulta velocizzata.

Classificazione

La massa di punti grezzi ottenuti tramite LiDAR viene detta “nuvola di punti” e descrive tutti gli oggetti rinviati dal segnale laser, che sono poi estremamente complessi da interpretare. Per rendere quest’informazione più “digeribile” e utile, ogni punto viene assegnato a una classe predefinita con caratteristiche precise. Esiste lo stesso numero di classi e di applicazioni, dipendenti dal fabbisogno degli utenti. Comunque, la maggior parte dei progetti comprendono come minimo le classi seguenti: punti non classificati, suolo, vegetazione, immobili e acque in superficie.

Nuvola di punti classificati

La nuvola di punti classificati è già percepita come prodotto finito. Più difficile da trattare rispetto a certi prodotti semplificati (vedi sotto), essa offre comunque maggiore libertà ed è utile per più applicazioni. swisstopo dispone di una nuvola di punti classificati con il prodotto swissSURFACE^3D.

Il formato più utilizzato e più idoneo per trattare questi dati è il LAS (link in inglese). Sviluppato dall’associazione americana di fotogrammetria e di telerilevamento (ASPRS) in formato open source, è molto efficace per gestire i dati di grande volume e per conservare le informazioni specifiche dei punti LiDAR.

Modello digitale del terreno e della superficie terrestre

Una nuvola di punti classificata comprende una miriade di informazioni, l’uso delle quali rimane complesso. Ecco perché spesso vengono proposti due prodotti semplificati che utilizzano i dati LiDAR: il modello digitale del terreno (MDT) e il modello digitale della superficie terrestre (MDS). Nei due casi, l’informazione è rappresentata in maniera omogenea nello spazio. Le misure irregolari di una nuvola di punti sono riportate su una griglia regolare. Quest’operazione rende possibile l’uso del formato raster (immagine) e facilita l’elaborazione ulteriore. Comunque sia, la densità dei dati è spesso ridotta e la classificazione si perde.

Il MDT rappresenta il suolo nudo. Sono utilizzati solo i punti “suolo” della nuvola. swisstopo distribuisce un tale modello con il prodotto swissALTI^3D. Il MDS utilizza tutti i punti classificati e modellizza così la superficie del territorio, comprendendo la presenza di vegetazione e di beni immobili.