CH658921A5 - Procedimento di rilevamento stereofotogrammetrico di oggetti di grandi dimensioni in mare e su terraferma. - Google Patents

Description

La presente invenzione concerne un procedimento di rilevamento stereofotogrammetrico che permette, con estrema semplicità e sicurezza operativa, con elevata precisione e con notevole economia di tempo e spesa, di misurare minutamente oggetti di grandi dimensioni e comunque complessi anche quando questi sono ubicati in posizioni disagiate e relativamente inaccessibili.

Dallo stato della tecnica sono già noti diversi metodi di rilevamento oltre a quello classico diretto dell'uso di binde metalliche con dinamometri, quali quelli offerti dalla topografia e dalla geodesia mediante l'uso di strumenti specifici come i teodoliti, i tacheometri, i distanziatori elettronici, i telemetri a coincidenza o stereoscopici.

Quando però le dimensioni e la complessità dell'oggetto da rilevare comportano una grande quantità di dati da misurare nonché elaborazioni di tipo statistico, i suddetti metodi diventano evidentemente non pratici e decisamente antieconomici.

In questo caso si fa ricorso alla stereofotogrammetria che è un metodo collaudato largamente nelle qualità delle prestazioni e ben conosciuto nella prassi di rilevamento planimetrico ed al-timetrico di oggetti immobili sulla terraferma quali edifici, ruderi, strutture ecc., o della terraferma stessa per applicazioni topografiche plano-altimetriche, cartografiche ecc.

La stereofotogrammetria è basata sostanzialmente sulla tecnica di effettuare le misurazioni di un oggetto sfruttando, invece dell'oggetto medesimo, la sua immagine fotografica a tre dimensioni o modello ottico stereoscopico riprodotto in forma e dimensioni nello spazio da un apparato stereorestitutore servendosi di una o più coppie di foto dell'oggetto riprese ciascuna da due distinti punti di ripresa.

Detto metodo noto di rilevamento stereofotogrammetrico consiste in definitiva nella ripresa da due punti diversi di una o più coppie di fotografie di uno stesso oggetto da rilevare, per l'ottenimento di immagini stereoscopiche dell'oggetto stesso; nella preventiva determinazione delle coordinate spaziali di almeno cinque punti caratteristici, sull'oggetto stesso o ad esso adiacenti, necessari per la univoca ed esatta ricostruzione di un modello stereoscopico esente da parallasse, per il raddrizzamento ed orientamento del modello nello spazio mediante sue opportune rotazioni finché l'assetto diviene perfettamente orizzontale ed infine per la determinazione precisa della scala planimetrica del modello stereoscopico stesso, la determinazione in coordinate spaziali x, y e z dei detti cinque punti essendo fatta mediante procedure topografiche classiche; nel ricostruire in laboratorio con uno stereorestitutore una immagine o modello ottico tridimensionale dell'oggetto da rilevare partendo dalle dette foto e, dopo un corretto orientamento del modello, nell'effet-tuare le richieste misurazioni agendo su tale modello anziché sull'oggetto reale, essendo nota la scala che permette di trasformare qualunque misura lineare del modello ottico nella corrispondente distanza sull'oggetto reale; ed infine nel registrare su nastro le misure effettuate e nell'elaborarle elettronicamente per ottenere poi risultati grafici disegnati con plotter o numerici su tabulato meccanografico.

Orbene, anche questo metodo presenta però l'inconveniente di non poter essere utilizzato in certe applicazioni di rilevamento ove per motivi pratici di sicurezza operativa a seguito di ambienti inospitali e/o pericolosi per i rilevatori, per la brevità del tempo disponibile dovuto ad esigenze di cantiere o per altri motivi contingenti non è assolutamente possibile effettuare la determinazione a priori delle coordinate spaziali di cinque punti.

È quanto generalmente si verifica nell'installazione offshore di piattaforme per la produzione di idrocarburi in mare aperto, ove per installare un impianto industriale fisso col sistema delle mototubolari, dopo aver infisso i tubi di supporto nel fondo marino, occorre determinare l'esatto interesse fra le loro testate allo scopo di progettare su misura la piattaforma sovrastante le cui gambe dovranno giustapporsi con precisione alle testate dei tubi stessi.

In questo caso, infatti, il problema da risolvere è di determinare con l'approssimazione specificata di 1 •*- 2 cm le distanze tra i centri, peraltro non materializzati, di tre o più tubi di supporto del diametro di 2-^-3 m, emergenti dal mare 8-h 12 m, fra loro distanti 20 h- 30 m e lontani dalla linea di spiaggia 20 h- 50 km.

Non solo, ma si rende pure necessario determinare per ogni tubo di supporto eventuali irregolarità di circonferenza e di spessore, la presenza di ammaccature dovute ad urti di natanti e la loro corretta verticalità di infissione e quindi occorre effettuare una molteplicità di misurazioni che solo il metodo stereofotogrammetrico renderebbe agevole. Ma d'altra parte, tenendo sempre ben presente la condizione preminente di salvaguardare la sicurezza degli operatori, risulta impensabile di poter effettuare efficaci misurazioni dirette con sufficiente precisione quali richieste per l'applicazione di questo metodo noto.

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Scopo della presente invenzione è appunto quello di ovviare al suddetto inconveniente e di fornire quindi un procedimento di rilevamento che, pur adottando la stereofotogrammetria, non richieda misurazioni dirette sull'oggetto da rilevare e perciò consenta una agevole e precisa rilevazione anche di oggetti situati in posizioni disagiate e relativamente inaccessibili quali specificatamente i tubi di supporto per l'installazione offshore di piattaforme.

Ciò viene sostanzialmente conseguito per il fatto che le prese fotografiche dell'oggetto da rilevare vengono realizzate da una distanza di circa 30 m con due fotocamere metriche che sono sincronizzate tra loro e distanziate di una distanza nota di ~ 6 m, ottimale per conseguire l'accuratezza richiesta nella misura di profondità con lo stereorestitutore, con un errore massimo tollerabile di ± 1 cm.

In tale modo infatti si ottiene un corretto modello stereoscopico misurabile con precisione non solo negli oggetti fermi quali i tubi di supporto delle piattaforme offshore, ma anche negli oggetti mobili quali superfici liquide, galleggianti, funi penzolanti ecc.

Inserendo quindi nel campo di ripresa fotografica semplicemente una catenella di acciaio, inestensibile e non aggrovigliabi-le, di lunghezza premisurata con precisione, è possibile non solo orientare correttamente il modello stereoscopico ma anche, essendo facilmente determinabile la scala planimetrica, ricavare da questo qualsiasi misura lineare dell'oggetto reale da rilevare.

In definitiva il procedimento per il rilevamento stereofotogrammetrico di oggetti di grandi dimensioni situati specificatamente in mare ma anche su terraferma, comprendente la fase di riprodurre mediante uno stereorestitutore un modello ottico stereoscopico dell'oggetto da rilevare servendosi di una o più coppie di foto dell'oggetto stesso riprese da due distinti punti di ripresa, è caratterizzato, secondo la presente invenzione, dal fatto di comprendere in successione le fasi di agganciare all'oggetto da rilevare, in modo da risultare sempre e tutta visibile, una catenella di acciaio, inestensibile e non aggrovigliabile, sulla quale sono bloccati solidamente due indici o segnali a distanza tra loro nota e pre-misurata con precisione e tali da risultare sicuramente visibili in fotogrammi ripresi da distanze di 30 40 m, di riprendere fotograficamente da una altezza di circa 30 m l'oggetto da rilevare con due fotocamere metriche sincronizzate e distanziate tra loro di una distanza conosciuta, pari a circa 6 m, di ricavare dalle coppie di foto scattate un modello ottico stereoscopico dell'oggetto per mezzo di uno stereorestitutore, di misurare su detto modello ottico stereoscopico otto serie di punti, in congrua quantità, raggruppati nelle otto ubicazioni perimetrali classiche dell'orientamento fotogrammetrico e situati equamente una metà sui livelli di cresta (massimo positivo) e l'altra metà nelle gole (massimo negativo) delle increspature od ondulazioni dell'acqua o del terreno, di elaborare statisticamente le suddette misure per la determinazione del piano orizzontale di livello medio, di orientare correttamente mediante opportune rotazioni il modello ottico stereoscopico sul suddetto piano orizzontale medio, di misurare sul modello ottico così orientato la lunghezza dell'arco di catenaria a scala fotografica compreso tra i due indici o segnali della suddetta catenella di acciaio facendo la sommatoria dei valori delle lunghezze di piccoli tratti di arco corrispondenti ad una maglia della catenella stessa, di determinare la scala quale rapporto tra il suddetto valore trovato e quello pre-misurato e con questa trasformare qualunque misura lineare del modello ottico nella corrispondente distanza sull'oggetto reale.

Secondo poi una realizzazione preferenziale della presente invenzione le dette due fotocamere metriche sincronizzate sono distanziate tra loro di una distanza esattamente conosciuta mediante una trave in metallo ad alta resistenza come duralluminio, acciaio speciale ecc., alle cui estremità dette fotocamere sono montate orientabili, detta trave essendo sporgente a sbalzo dai due portelloni di un elicottero.

Secondo invece un'altra realizzazione preferenziale della presente invenzione la suddetta trave in metallo ad alta resistenza di supporto delle due fotocamere è installata su una gabbia sostenuta da una gru di grandi dimensioni (altezza maggiore di 30 m).

L'invenzione viene ora meglio chiarita con riferimento ai disegni allegati che illustrano una forma preferenziale di realizzazione pratica data solo a titolo esemplificativo ma non limiativo in quanto varianti tecniche e costruttive potranno essere sempre apportate senza uscire dall'ambito della presente invenzione.

In detti disegni, ove il metodo dell'invenzione viene visualizzato applicato specificatamente nel campo dell'installazione offshore di piattaforme per la determinazione precipua dell'esatto interesse fra la testata di tre tubi di supporto infissi sui fondo marino:

la figura 1 illustra la fase di aggancio di una catenella di lunghezza nota tra due tubi generici di supporto;

la figura 2 illustra la fase della ripresa fotografica da un elicottero, secondo una realizzazione preferenziale;

la figura 3 illustra la fase della ripresa fotografica mediante una gru di grandi dimensioni, secondo un'altra realizzazione dell'invenzione;

la figura 4 illustra il modello ottico stereoscopico ottenuto con lo stereorestitutore, su cui vengono effettuate le misurazioni.

Con riferimento alle figure, con 1, 2 e 3, vengono rispettivamente indicati tre tubi di supporto del diametro di 2 4- 3 m che, infissi sul fondo del mare 4 generalmente ad una distanza di 20 4- 50 km dalla linea di spiaggia 5 ed emergenti del mare di 8-^ 12 m, devono supportare una sovrastante piattaforma le cui gambe dovranno giustapporsi con precisione alle testate di detti tubi.

AI fine di applicare il metodo dell'invenzione nella necessaria determinazione della distanza tra i centri, peraltro non materializzati, dei tre tubi, tra i due tubi 1 e 2 viene agganciata, con l'ausilio di un natante 6, una catenella inestensibile e non aggrovigliabile 7 di acciaio che porta ad essa solidalmente fissati due indici o segnali, rispettivamente 8 e 9, posti ad una distanza tra loro pre-misurata con precisione in laboratorio.

I due indici 8 e 9 sono realizzati di dimensioni tali da risultare, unitamente alle maglie della catenella stessa, sicuramente visibili in fotogrammi ripresi da distanze di 30 4- 40 m e la catenella 7 viene tesa in modo da non toccare mai l'acqua del mare 4.

II sistema tubi-catenella viene poi fotografato con due fotocamere metriche, rispettivamente 10 ed 11, sincronizzate tra loro e montate orientabili alle estremità di una trave 12 in metallo ad alta resistenza, lunga circa 6 m e sporgente a sbalzo dai due portelloni di un elicottero 13 posto ad un'altezza di circa 30 m.

Secondo invece una variante dell'invenzione la trave 12, supportante alle sue estremità le due fotocamere 10 ed 11, è installata su una gabbia 14 sostenuta (v. figura 3) ad una altezza di circa 30 m da una gru 15 di grandi dimensioni. Le coppie di foto così ottenute vengono quindi immesse in un stereorestitutore che fornisce un modello ottico stereoscopico (v. figura 4) della realtà fotografata.

Su questo modello, in corrispondenza di ciascuna delle otto ubicazioni perimetrali classiche dell'orientamento fotogrammetrico 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 e 23 e servendosi dell'indice mobile dello stereorestitutore vengono determinati i valori di profondità (asse Z) di un congruo numero di punti, rispettivamente 16'.... 23', situati equamente una metà sulle creste (massimo positivo) e l'altra metà nelle gole (massimo negativo) delle ondulazioni del mare 4. Il valor medio di queste misurazioni fornisce quindi il livello medio della superficie liquida e conseguentemente il piano medio che deve essere orizzontale.

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Con opportune rotazioni del modello ottico atte a portare il livello delle suddette otto ubicazioni allo stesso valore del livello medio trovato, si riesce così ad orientare correttamente il modello ottico.

Sul modello ottico così orientato è ora possibile procedere ad una accurata misurazione, sempre servendosi dell'indice mobile dello stereorestitutore, della lunghezza dell'arco di catenaria a scala fotografica compreso tra i due indici o segnali 8 e 9 ben visibile della catenella 7.

Detta misurazione viene compiuta facendo la sommatoria dei valori delle lunghezze di piccoli tratti di arco corrispondenti ad esempio ad una maglia (pure visibile) della catenella stessa.

5 A questo punto dal rapporto diretto tra il suddetto valore trovato e quello pre-misurato con precisione del tratto 8-9 della catenella, si ottiene la scala di trasformazione con la quale si può ricavare qualsiasi distanza reale effettuando una corrispondente misura lineare sul modello.

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2 fogli disegni

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1. Procedimento per il rilevamento stereofotogrammetrico di oggetti di grandi dimensioni situati specificatamente in mare ma anche su terraferma, comprendente la fase di riprodurre mediante uno stereorestitutore un modello ottico stereoscopico dell'oggetto da rilevare servendosi di una o più coppie di foto dell'oggetto stesso riprese da due distinti punti di ripresa, caratterizzato dal fatto di comprendere in successione le fasi di agganciare all'oggetto da rilevare, in modo da risultare sempre e tutta visibile, una catenella di acciaio, inestensibile e non aggro-vigliabile, sulla quale sono bloccati solidamente due indici o segnali a distanza tra la loro nota e pre-misurata con precisione e tali da risultare sicuramente visibili in fotogrammi ripresi da distanze di 30-MO m, di riprendere fotograficamente da una altezza di circa 30 m l'oggetto da rilevare con due fotocamere metriche sincronizzate e distanziate tra loro di una distanza conosciuta pari a circa 6 m, di ricavare dalle coppie di foto scattate un modello ottico stereoscopico dell'oggetto per mezzo di uno stereorestitutore, di misurare su detto modello ottico stereoscopico otto serie di punti, in congrua quantità, raggruppati nelle otto ubicazioni perimetrali classiche dell'orientamento fotogrammetrico e situati equamente una metà sul livello di cresta (massimo positivo) e l'altra metà nella gola (massimo negativo) delle increspature od ondulazioni dell'acqua o del terreno, di elaborare statisticamente le suddette misure per la determinazione del piano orizzontale di livello medio, di orientare correttamente mediante opportune rotazioni il modello ottico stereoscopico sul suddetto piano orizzontale medio, di misurare sul modello ottico così orientato la lunghezza dell'arco di catenaria a scala fotografica compreso tra i due indici o segnali della suddetta catenella di acciaio facendo la sommatoria dei valori delle lunghezze di piccoli tratti di arco corrispondenti ad una maglia della catenella stessa, di determinare la scala quale rapporto tra il suddetto valore trovato e quello pre-misurato e con questa trasformare qualunque misura lineare del modello ottico nella corrispondente distanza sull'oggetto reale.

2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le dette due fotocamere metriche sincronizzate sono distanziate tra loro di una distanza conosciuta mediante una trave in metallo ad alta resistenza alle cui estremità dette fotocamere sono montate orientabili, detta trave essendo sporgente a sbalzo dai due portelloni di un elicottero.

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RIVENDICAZIONI

3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le dette due fotocamere metriche sincronizzate sono distanziate tra loro di una distanza conosciuta mediante una trave in metallo ad alta resistenza alle cui estremità dette fotocamere sono montate orientabili, detta trave essendo installata su una gabbia sostenuta da una gru di grandi dimensioni.