swisstopo ha lanciato un altro rilevamento LiDAR della Svizzera e del Principato del Liechtenstein per il 2024.
L’Airborne Laser Scanning è uno dei metodi più efficaci per misurare il territorio in 3D. Offre dati preziosi e di alta qualità quanto all’esattezza dei dettagli e alla precisione. I dati raccolti formano la base per i modelli digitali del terreno e sono utilizzati anche per altri prodotti e per numerose applicazioni.
L'immagine mostra una nuvola di punti LiDAR classificata nell'area del Castello di Spiez.
La campagna di rilevamento
swisstopo utilizza la tecnologia LiDAR dagli anni 2000 per la produzione del modello digitale del terreno secondo la misurazione ufficiale (MDT-MU), che è stato ora sostituito dal prodotto swissALTI3D. Grazie alla penetrazione del laser nella foresta, oggi è possibile produrre un MDT omogeneo e di qualità sulla totalità del terreno. Nel 2024, swisstopo ha lanciato una nuova acquisizione di dati LiDAR sull’insieme della Svizzera e del Liechtenstein distribuita su un periodo di sei anni (vedi pianificazione più basso).Le date annuali si riferiscono all'anno del rilevamento aereo. In media, i dati sono disponibili circa 12 mesi dopo l'indagine. Saranno pubblicati progressivamente e la campagna si concluderà con la pubblicazione dei ultimi dati entro la fine del 2030.
Tappe di acquisizione previste di swissSURFACE3D. I dati saranno disponibili al pubblico circa 12 mesi dopo l'acquisizione.
Questi dati LiDAR formano una nuvola di punti registrati. Servono internamente per la messa a giorno dei modelli di terreno e del paesaggio e sono disponibili nello shop online con il prodotto swissSURFACE3D.
La disponibilità attuale dei dati LiDAR può essere consultata grazie al layer “divisione swissSURFACE3D” sul geoportale federale map.geo.admin.ch
Caratteristiche dei dati LiDAR
Assenza di fogliame e neve durante l’acquisizione dei dati per una misurazione ottimale delle informazioni al suolo e per la produzione di un MDT
Densità di punti: minimo 10 impulsi per m2
Classificazione: non classificati, suolo, vegetazione, tetti degli edifici, acqua, linee ad alta tensione e linee di trasporto, tralicci / piloni con funzione portante, piastre di ponti e passerelle, facciate degli edifici, pilastri dei ponti e stralli dei viadotti
Punti sintetici su specchi d’acqua e sotto i ponti (classe acqua e suolo contrassegnata con un flag synthetic)
Valori di intensità normalizzati
Precisione planimetrica: 20 cm (1 sigma)
Precisione altimetrica: 10 cm (1 sigma)
Dati LiDAR cantonali
Parallelamente alle acquisizioni previste da swisstopo, l’Ufficio federale occasionalmente acquista dei dati LiDAR cantonali, se questi corrispondono ai criteri di qualità e ai periodi d’acquisizione voluti. Questi dati cantonali sono compresi poi nei prodotti distribuiti da swisstopo.
Il LiDAR (Light Detection And Ranging), nel caso specifico del LiDAR aereo, è una tecnologia che consente di mappare la Terra con precisione dal cielo. Un laser scanner montato su un aereo o un drone emette impulsi laser. Questi impulsi vengono riflessi dall'ambiente e un sensore a bordo dell'aereo registra il segnale e misura il tempo di volo. In base al tempo trascorso tra andate e ritorno, è possibile calcolare la distanza tra l'aereo e l'oggetto riflettente. Il laser scanner emette centinaia di migliaia di impulsi laser al secondo, creando così una mappa 3D dettagliata dell'ambiente. Gli impulsi laser, in condizioni ottimali, possono attraversare la vegetazione e anche la nebbia. Con una densità di diversi punti per metro quadrato, una precisione di 10 cm e un'elevata velocità di acquisizione, la scansione laser aerea è uno dei metodi più potenti per determinare la topografia.
Immagine di un rilievo realizzata con LiDAR aereo
Il laser scanner emette centinaia di migliaia di impulsi laser al secondo, creando così una mappa 3D dettagliata dell'ambiente. Gli impulsi laser, in condizioni ottimali, possono attraversare la vegetazione e anche la nebbia.
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
La sola conoscenza della distanza tra lo strumento di misura e il suolo non è sufficiente per una rilevazione topografica. Tutti i punti misurati devono essere referenziati all'interno di un sistema di coordinate terrestri. La posizione e l’altezza dell’aereo vengono registrate tramite GNSS, angoli di rollio, beccheggio e imbardata (roll, pitch, yaw), utilizzando un'unità di misura inerziale (IMU). Attraverso la sincronizzazione dei dati GNSS e IMU e il successivo calcolo della traiettoria esatta del volo, la posizione e l’orientamento del sensore vengono definiti con precisione nello spazio tridimensionale. Le distorsioni e i movimenti dell’aereo vengono corretti. Il tempo di volo consente di calcolare le coordinate 3D per tutti i punti misurati. Successivamente, viene effettuato un allineamento delle strisce di volo, durante il quale vengono individuate e corrette eventuali differenze in altezza e posizione tra le diverse strisce. Infine, i dati vengono trasformati nel sistema di coordinate e riferimento altimetrico svizzero.
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.
Sezione trasversale di una nuvola di punti LiDAR colorata per classe
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 swissSURFACE3D.
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 swissALTI3D. Il MDS utilizza tutti i punti classificati e modellizza così la superficie del territorio, comprendendo la presenza di vegetazione e di beni immobili.
Esempio di un MDS (a sinistra) e di un MDT (a destra)
