IT201800009761A1

IT201800009761A1 - Sistema fotogrammetrico di ausilio al posizionamento dei dati georadar sullo scenario di misura

Info

Publication number: IT201800009761A1
Application number: IT102018000009761A
Authority: IT
Inventors: Guido Manacorda; Davide Pasculli; Alessandro Simi; Andrea Buonaccorsi
Original assignee: Ids Georadar Srl
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2020-04-24
Also published as: US20210382167A1; WO2020084551A1; CN112955781A; EP3871004A1

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo “Sistema fotogrammetrico di ausilio al posizionamento dei dati georadar sullo scenario di misura”

DESCRIZIONE

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione riguarda il settore delle indagini mediante tecnica GPR (Ground Penetrating Radar).

In particolare, l’invenzione riguarda un metodo per l’ausilio della movimentazione e della localizzazione di un’apparecchiatura GPR durante l’indagine di uno scenario.

Descrizione della tecnica nota

Come noto, la ricerca di oggetti presenti nel sottosuolo mediante tecnica GPR (Ground Penetrating Radar) trova molteplici applicazioni nel campo dell’ingegneria civile, della geologia e dell’archeologia.

Le apparecchiature GPR prevedono almeno una antenna ricevitrice/emettitrice RF a radiofrequenza (sensore GPR) ed una unità di controllo remota comprendente un PC ed una scheda di interfaccia con l’antenna. Il sensore GPR viene spostato sulla superficie dello scenario da investigare, e, una volta avviata la trasmissione del segnale RF, i segnali di ritorno ricevuti sono in genere visualizzati sotto forma di immagini bi-dimensionali.

Per effettuare una corretta localizzazione nello spazio degli oggetti rilevati occorre fornire strumenti di ausilio che permettano di localizzare l’apparecchiatura GPR, nel momento in cui rileva un oggetto sotterraneo, rispetto ad un sistema di riferimento noto. Le principali soluzioni utilizzate per ricavare la posizione dell’apparecchiatura GPR nello spazio in tempo reale prevedono ad esempio la localizzazione tramite GPS e/o mediante raggio laser rispetto ad una stazione locale di posizione nota (total station).

Tuttavia tali soluzioni non sono sempre applicabili. In particolare, la localizzazione GPS è problematica in luoghi coperti anche parzialmente, mentre la localizzazione mediante raggio laser risulta impossibile in presenza di oggetti interposti tra l’apparecchiatura GPR e la stazione locale.

Inoltre, entrambi i sistemi non permettono all’operatore di visualizzare in tempo reale le coordinate di oggetti visibili nello scenario sia di fronte a sé che in vista planimetrica, aspetto che aiuterebbe notevolmente una corretta movimentazione dell’apparecchiatura GPR e l’interpretazione dei dati da essa raccolti.

Sintesi dell’invenzione

È quindi scopo della presente invenzione fornire un metodo per l’analisi georadar di uno scenario che permetta di localizzare oggetti all'interno dello scenario rispetto alla posizione assunta dall'apparecchiatura GPR e rispetto ad un sistema di riferimento predefinito, senza bisogno di elaborare informazioni provenienti da altri sistemi di posizionamento(ad es. GPS o stazione locale).

Questo ed altri scopi sono raggiunti da un metodo per l'analisi georadar di uno scenario avente una superficie rispetto ad un sistema di riferimento cartesiano S(x,y) avente origine 0(0,0) ed assi x ed y, detto metodo comprendendo le fasi di:

predisposizione di un'apparecchiatura GPR, detta apparecchiatura GPR comprendendo:

— almeno un sensore GPR;

— un'unità di controllo;

— un centro di riferimento C(xc,yc) avente coordinate xc e yc rispetto al sistema di riferimento cartesiano s(x,y);

— almeno un dispositivo di acquisizione di immagini, ciascun dispositivo di acquisizione di immagini avendo una direzione di puntamento γj nota rispetto al centro di riferimento C(xc,yc<'>) ; movimentazione dell'apparecchiatura GPR sulla superficie;

rilevamento di eventuali oggetti sotterranei mediante tecnica GPR;

la cui caratteristica principale è che la fase di movimentazione comprende le fasi di:

— acquisizione di almeno un'immagine frontale IF dello scenario, ciascuna immagine comprendendo una pluralità di pixel Ρi;

— localizzazione di ciascun pixel P ι della o di ciascuna immagine frontale IF rispetto alla o a ciascuna direzione di puntamento yj, detta fase di localizzazione comprendendo una fase di individuazione di almeno una coppia di angoli

e per ciascun pixel Pi;

— elaborazione, per ciascun pixel Pi, di coordinate xi e yi rispetto al sistema di riferimento cartesiano s(x,y);

— ricostruzione di un'immagine in pianta IP dello scenario, detta immagine in pianta IP comprendendo la pluralità di pixel Pi disposti secondo le coordinate xi e yi .

Grazie alla localizzazione dei pixel nella planimetria dello scenario, è possibile conoscere dimensioni e distanza dall'apparecchiatura GPR di qualsiasi oggetto presente sopra la superficie dello scenario.

In questo modo, è possibile avere una planimetria dello scenario in cui siano sovrapposti virtualmente oggetti visibili dello scenario e oggetti sotterranei in maniera vantaggiosa rispetto alla tecnica nota. Infatti, in tecnica nota questa sovrapposizione è possibile solo mediante mappe satellitari, il che non sempre è possibile, soprattutto in luoghi chiusi. La presente invenzione permette invece di effettuare tale planimetria, sovrapponendo oggetti visibili e oggetti sotterranei, anche in assenza di segnale GPS, fornendo inoltre un’immagine planimetrica con una risoluzione molto maggiore rispetto alle immagini satellitari.

Tale planimetria permette di avere riferimenti più intuitivi per la localizzazione di oggetti sotterranei, sia per creare mappature più semplici da consultare sia per facilitare l’operatore durante la movimentazione dell’apparecchiatura GPR.

In particolare, l’apparecchiatura GPR comprende almeno due dispositivi di acquisizione di immagini aventi rispettive direzioni di puntamento γ1 e γ2 note rispetto al centro di riferimento C(x c, y c).

Vantaggiosamente, la fase di acquisizione prevede l’acquisizione di due immagini frontali I F tramite rispettivi dispositivi di acquisizione di immagini, ciascuna immagine frontale I F comprendendo una pluralità di pixel Pi, e in cui la fase di localizzazione prevede la localizzazione di ciascun pixel Pi di ciascuna delle immagini frontali I F e l’individuazione di una coppia di angoli per ciascun pixel Pi.

In particolare, sono inoltre previste le fasi di:

- confronto delle immagini frontali I F per individuare pixel Pi corrispondenti ad uno stesso punto dello scenario;

- localizzazione di ciascun pixel Pi rispetto ad entrambe le direzioni di puntamento γ1 e γ2.

In tal modo, si ha una localizzazione tridimensionale dei pixel, e quindi una ricostruzione più precisa dello scenario. In particolare, la localizzazione tridimensionale dei pixel permette di calcolare in maniera più accurata dimensioni e distanze relative di oggetti visibili nello scenario.

Vantaggiosamente, l’apparecchiatura GPR comprende un’interfaccia visiva ed è inoltre prevista una fase di visualizzazione dell’immagine in pianta I p dello scenario sull’interfaccia visiva.

In tal modo, l’operatore può visualizzare la propria posizione all’interno dello scenario.

In particolare, è prevista una reiterazione, ad intervalli di tempo t durante la fase di movimentazione, delle fasi di:

- acquisizione di almeno un’immagine frontale I F; - localizzazione di ciascun pixel Pi;

- elaborazione, per ciascun pixel Pi, di coordinate xi e yi;

- ricostruzione di un’immagine in pianta I P dello scenario.

In tal modo, la visualizzazione della posizione all’interno dello scenario può essere continuamente aggiornata, anche in tempo reale.

Vantaggiosamente, anche l’immagine frontale I F è visualizzata sull’interfaccia visiva.

In particolare, sull’interfaccia visiva, in sovrapposizione all’immagine frontale I F e all’immagine in pianta I P sono visualizzati riferimenti grafici atti a permettere l’individuazione di uno stesso punto dello scenario sull’immagine frontale I F e sull’immagine in pianta I P.

Questo permette di poter movimentare l’apparecchiatura con facilità anche in assenza di riferimenti visibili nello scenario.

Vantaggiosamente, l’apparecchiatura GPR comprende un dispositivo di localizzazione atto a fornire in tempo reale all’unità di controllo le coordinate x c e y c.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e/o vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiari con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

- la figura 1 mostra un diagramma di flusso del metodo, secondo la presente invenzione, in cui è prevista un solo dispositivo di acquisizione di immagini;

- la figura 2 mostra un diagramma di flusso di una variante del metodo, secondo la presente invenzione, in cui sono previsti due dispositivi di acquisizione di immagini;

- la figura 3A mostra un’immagine frontale dello scenario;

- la figura 3B mostra un’immagine in pianta dello scenario.

Descrizione di alcune forme realizzative preferite Nel diagramma di flusso 300 di figura 1 sono mostrate le fasi di una prima variante del metodo per l’analisi georadar all’interno di uno scenario, secondo la presente invenzione, in cui è prevista la presenza di un solo dispositivo di acquisizione di immagini 110, in particolare una videocamera o una fotocamera.

Il metodo prevede una prima fase di predisposizione dell’apparecchiatura GPR con una camera a bordo [310], una seconda fase di movimentazione dell’apparecchiatura sulla superficie dello scenario da indagare [320] ed una terza fase di rilevamento di eventuali oggetti sotterranei [330].

Con riferimento anche alle figure 3A e 3B, il metodo secondo la presente invenzione prevede che durante la fase di movimentazione dell’apparecchiatura 100, vi siano alcune fasi atte a permettere all’operatore la localizzazione, eventualmente anche in tempo reale , dell’apparecchiatura 100 e la visualizzazione di oggetti dello scenario 200 in un’immagine in pianta dello scenario stesso, in modo tale da poter sovrapporre virtualmente tali oggetti dello scenario 200 agli oggetti sotterranei rilevati.

In particolare, si ha una fase di acquisizione mediante la camera 110 di un’immagine frontale I F [321], di cui un esempio schematico è mostrato in figura 3A.

Successivamente, conoscendo la direzione di puntamento y1 della camera 110 rispetto al centro di riferimento C(x c, y c) dell’apparecchiatura 100, vi è una fase di localizzazione di ciascuno dei pixel Pi dell’immagine acquisita, in termini di angoli rispetto alla direzione di puntamento y1 [322].

Una volta localizzati i pixel P i rispetto alla posizione dell’apparecchiatura 100, è possibile, mediante trasformazione di coordinate, elaborare le coordinate xi e yi di ciascun pixel Pi rispetto ad un riferimento cartesiano S(x, y) di origine e orientamento noto [323].

Infine, unendo tutti i pixel rispetto alle loro coordinate nel riferimento S(x, y), è possibile ricostruire un’immagine in pianta I P dello scenario 200 in modo da fornire all’operatore una vista dall’alto della propria posizione rispetto sia ad eventuali oggetti sotterranei rilevati, sia rispetto ad oggetti presenti nello scenario sopra la superficie 200 [324].

Le suddette fasi vengono poi reiterate ad intervalli predeterminati in maniera tale che l’immagine in pianta I P venga aggiornata periodicamente.

In una variante del metodo, mostrata schematicamente dal diagramma 300’ di figura 2, sono previste due camere 110 e 120 aventi rispettive direzioni di puntamento y1 e y2.

In tal caso, le immagini frontali I F acquisite sono due e vi è una fase aggiuntiva di confronto delle immagini frontali atta a individuare i pixel Pi corrispondenti ad uno stesso punto dello scenario 200 [325’].

In tal modo, si ha una localizzazione tridimensionale di ciascun pixel, mediante l’acquisizione di due coppie di angoli, e quindi si ha poi una ricostruzione più precisa dello scenario.

La descrizione di cui sopra di alcune forme realizzative specifiche è in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un metodo per l’analisi georadar di uno scenario (200) avente una superficie (210) rispetto ad un sistema di riferimento cartesiano S(x, y) avente origine 0(0,0) ed assi x ed y, detto metodo comprendendo le fasi di: - predisposizione di un’apparecchiatura GPR (100), detta apparecchiatura GPR (100) comprendendo: - almeno un sensore GPR; - un’unità di controllo; - un centro di riferimento C(x c, y c) avente coordinate x c e y c rispetto a detto sistema di riferimento cartesiano S(x, y); - almeno un dispositivo di acquisizione di immagini (110,120), ciascun dispositivo di acquisizione di immagini (110,120) avendo una direzione di puntamento yj nota rispetto a detto centro di riferimento C(x c, y c); - movimentazione di detta apparecchiatura GPR (100) su detta superficie (210); - rilevamento di eventuali oggetti sotterranei mediante tecnica GPR; detto metodo essendo caratterizzato dal fatto che detta fase di movimentazione comprende le fasi di: - acquisizione di almeno un’immagine frontale I F di detto scenario (200), ciascuna immagine comprendendo una pluralità di pixel Pi; - localizzazione di ciascun pixel Pi di detta o ciascuna immagine frontale I F rispetto a detta o ciascuna direzione di puntamento yj, detta fase di localizzazione comprendendo una fase di individuazione di almeno una coppia di angoli

e per ciascun pixel Pi; <- >elaborazione, per ciascun pixel Pi, di coordinate xi e yi rispetto a detto sistema di riferimento cartesiano S(x, y); - ricostruzione di un’immagine in pianta I P di detto scenario (200), detta immagine in pianta I P comprendendo detta pluralità di pixel Pi disposti secondo dette coordinate xi e yi.
2. Il metodo per l’analisi georadar, secondo la rivendicazione 1, in cui detta apparecchiatura GPR (100) comprende almeno due dispositivi di acquisizione di immagini (110,120) aventi rispettive direzioni di puntamento y1 e y2 note rispetto a detto centro di riferimento C(x c, y c).
3. Il metodo per l’analisi georadar, secondo la rivendicazione 2, in cui detta fase di acquisizione prevede l’acquisizione di due immagini frontali I F tramite rispettivi dispositivi di acquisizione di immagini (110,120), ciascuna immagine frontale I F comprendendo una pluralità di pixel Pi, e in cui detta fase di localizzazione prevede la localizzazione di ciascun pixel Pi di ciascuna di dette immagini frontali I F e l’individuazione di una coppia di angoli

per ciascun pixel Pi.
4. Il metodo per l’analisi georadar, secondo la rivendicazione 3, in cui sono inoltre previste le fasi di: - confronto di dette immagini frontali I F per individuare pixel Pi corrispondenti ad uno stesso punto di detto scenario (200); - localizzazione di ciascun pixel Pi rispetto ad entrambe dette direzioni di puntamento y1 e y2.
5. Il metodo per l’analisi georadar, secondo la rivendicazione 1, in cui detta apparecchiatura GPR (100) comprende un’interfaccia visiva e in cui è inoltre prevista una fase di visualizzazione di detta immagine in pianta I P di detto scenario (200) su detta interfaccia visiva.
6. Il metodo per l’analisi georadar, secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui è prevista una reiterazione, ad intervalli di tempo t durante detta fase di movimentazione, di dette fasi di: — acquisizione di almeno un'immagine frontale IF; — localizzazione di ciascun pixel Pi; — elaborazione, per ciascun pixel Pi, di coordinate xi e yi, — ricostruzione di un'immagine in pianta IP di detto scenario (200).
7. Il metodo per l'analisi georadar, secondo la rivendicazione 5, in cui anche detta immagine frontale Ip è visualizzata su detta interfaccia visiva.
8. Il metodo per l'analisi georadar, secondo la rivendicazione 7, in cui, su detta interfaccia visiva, in sovrapposizione a detta immagine frontale IF e a detta immagine in pianta IP sono visualizzati riferimenti grafici atti a permettere l'individuazione di uno stesso punto di detto scenario (200) su detta immagine frontale IF e su detta immagine in pianta IP .
9. Il metodo per l'analisi georadar, secondo la rivendicazione 1, in cui detta apparecchiatura GPR (100) comprende un dispositivo di localizzazione atto a fornire in tempo reale a detta unità di controllo dette coordinate xc e yc .