1. Tecnologie applicate ai beni culturali
(rilievo e gestione delle informazioni sul manufatto storico)
Estratto dalla tesi:
San Nicola a Capo di Bove in Roma: metodologie di rilievo per la
conservazione.
RELATORE: Prof. Stefano Della Torre
CORRELATORE: arch. Paolo Salonia
LAUREANDA: arch. Laura Galli
Politecnico di Milano – Facoltà di Architettura e Società
A.A. 2005-2006

2. Per un manufatto storico, è importante non solo la conoscenza, costituita da numerose informazioni
eterogenee, ma anche la sua gestione e la sistematizzazione, in modo che possa essere trasmessa
in modo semplice ed efficace.
Questa tesi si propone la sperimentazione di un approccio innovativo nei confronti della gestione
della conoscenza con l’utilizzo del sistema informativo Arkis.
Per rendere possibile questa sperimentazione è stato individuato un caso reale di applicazione,
all’interno di una serie di proposte dell’ITABC del CNR di Roma, durante il tirocinio dell’ultimo anno
di laurea specialistica.
È stata scelta la chiesa di San Nicola, sulla via Appia antica, all’interno di un progetto portato
avanti da Soprintendenza Archeologica di Roma e ITABC avente come fine la creazione di un
database informativo sui monumenti dell’Appia antica.
Tutte le informazioni e gli esiti delle analisi svolte sul monumento hanno riguardato diversi aspetti del
manufatto, cercando di arrivare ad averne una buona comprensione.
In questa presentazione verranno presentate brevemente le tecnologie utilizzate in fase di rilievo e
di gestione delle informazioni acquisite sul manufatto (sistema informativo Arkis, utilizzato dall’ITABC
– CNR di Roma).
Abstract

3. RILIEVO TOPOGRAFICO
RILIEVO FOTOGRAMMETRICO
RILIEVO CON SCANNER LASER
MONOSCOPIA
STEREOSCOPIA
RILIEVO PLANIMETRICO
PUNTI DI APPOGGIO PER LA RESTITUZIONE
DEI FOTOGRAMMI
Rilievo – Tecnologie utilizzate

4. RILIEVO INDIRETTO
Rilievo in cui non c’è contatto diretto tra l’operatore addetto al rilievo e l’edificio in quanto lo
strumento è sempre interposto tra i due.
VANTAGGI DEL RILIEVO INDIRETTO TOPOGRAFICO
ELEVATA PRECISIONE DEL RILIEVO
VELOCITA’ E SPEDITEZZA DELLE OPERAZIONI
SALVAGUARDIA DEL MANUFATTO, NON NECESSITANDO DI UN CONTATTO DIRETTO
CON IL MANUFATTO STESSO
POSSIBILITA’ DI RILEVARE ANCHE PARTI DI EDIFICIO NON ACCESSIBILI
SVANTAGGI DEL RILIEVO INDIRETTO TOPOGRAFICO
ELEVATO COSTO DELLA STRUMENTAZIONE
NECESSITA’ DELLA PRESENZA DI PERSONALE SPECIALIZZATO DURANTE IL RILIEVO E PER
L’ELABORAZIONE DEI DATI IN LABORATORIO
Rilievo

5. STRUMENTI
STAZIONE TOTALE PENTAX R-315N
Le stazioni totali, o teodoliti digitali:
struttura ottico-meccanica dei tradizionali teodoliti,
(cerchio orizzontale, alidada provvista di
cerchio verticale che regge il cannocchiale collimatore
e le varie viti e livelle),
Inoltre, sono provviste di un distanziometro elettro-ottico
che utilizza per l’invio e la ricezione del segnale lo stesso
cannocchiale collimatore e un microprocessore interno
che presiede a tutte le operazioni di misura e di
interpolazione (misura di distanze e di angoli) e alla
correzione degli errori residui, all’elaborazione dei dati
primari (calcolo di distanze ridotte all’orizzonte e
dislivelli) e la loro successiva memorizzazione o
trasmissione al computer portatile.
Vantaggi rispetto ai teodoliti:
- facilità d’uso;
- riduzioni di errori e imprecisioni.
PRISMA E PALINA
Rilievo topografico

6. FASI
1- ricognizione dei luoghi
2- pianificazione del rilievo
3- fissare la prima stazione, A (primo punto fisso di una poligonale chiusa impostata per il rilievo)
4- iso-orientare il rilievo (impostare il nord, e vengono impostati gli angoli viene azzerato l’angolo
azimutale, in modo che l’intero rilievo sia orientato rispetto a nord).
I punti fissi della poligonale vengono decisi in modo che:
- tutti i punti da rilevare per irradiamento siano visibili da almeno una stazione (alcuni punti
vengono battuti da due stazioni in modo da avere un controllo)
- due punti fissi siano inter-visibili.
Ogni stazione veniva battuta sia dalla stazione precedente sia da quella successiva
(determinazione dei punti della poligonale sia per intersezione in avanti sia per intersezione
indietro) per poter eventualmente eseguire una diminuzione dei possibili errori di misura
(compensazione con la determinazione degli scarti)
5- Rilievo per coordinate polari (o celerimensura): ogni punto viene definito rispetto alla stazione su
cui si posa lo strumento tramite la misura della direzione azimutale rispetto a un’origine qualsiasi,
dell’angolo zenitale o d’altezza, della distanza tra stazione e punto e, infine, dell’altezza
strumentale (cioè dell’altezza dalla quota del terreno all’incrocio dei cerchi) e di quella
dell’elemento che fornisce la distanza, in modo da avere, oltre alla posizione planimetrica del
punto collimato (x e y), anche la posizione altimetrica (z).
6- Elaborazione dei dati registrati tramite apposito software.
Rilievo topografico

7. Rilievo topografico – Poligonale principale e rilievo per
coordinate polari

8. Rilievo topografico – Pianta a quota +0,80m

9. Rilievo topografico – Pianta a quota +3,00m

10. VANTAGGI DEL RILIEVO FOTOGRAMMETRICO
ELEVATA PRECISIONE DEL RILIEVO
VELOCITA’ E SPEDITEZZA DELLE OPERAZIONI
POSSIBILITA’ DI MAPPARE DIVERSI TEMI DIRETTAMENTE SUL FOTOGRAMMA, POSSIBILITA’
DI APPREZZARE CONGIUNTAMENTE ASPETTO QUANTITATIVO E QUALITATIVO DEL MANUFATTO
SALVAGUARDIA DEL MANUFATTO, NON NECESSITANDO DI UN CONTATTO DIRETTO
CON IL MANUFATTO STESSO
POSSIBILITA’ DI RILEVARE ANCHE PARTI DI EDIFICIO NON ACCESSIBILI
SVANTAGGI DEL RILIEVO FOTOGRAMMETRICO
ELEVATO COSTO DELLA STRUMENTAZIONE
NECESSITA’ DELLA PRESENZA DI PERSONALE SPECIALIZZATO DURANTE IL RILIEVO E
PER L’ELABORAZIONE DEI DATI IN LABORATORIO
LIMITATEZZA DEL METODO IN CASO DI MANUFATTI NON PIANI MA CHE PRESENTANO
PARTI CURVILINEE
LIMITATEZZA DEL METODO IN CASO DI MANUFATTI NON PIANI MA CHE PRESENTANO
AGGETTI E PARTI NON COMPLANARI
Rilievo fotogrammetrico

11. STRUMENTI
STAZIONE TOTALE PENTAX R-315N
(per la creazione di un sistema topografico di riferimento)
FOTOCAMERA REFLEX DIGITALE NIKON D100
(acquisizione delle coppie di fotogrammi)
Caratteristiche tecniche: sensore CCD 23,7x15,6mm RGB 6.31
milioni di pixel totali, 6.1 megapixel effettivi; memorizzazione non
compressi RAW e TIFF e JPEG compresso; mirino ottico, reflex a
pentaprisma fisso per visione orizzontale; regolazione diottrica
incorporata; copertura di circa il 95% del campo ripreso; messa a
fuoco automatica; tempi di posa: da 30 sec. a 1/4000 sec.
BARRA CYCLOP
(acquisizione delle coppie di fotogrammi)
Barra Cyclop della Menci è lunga 120 cm e presenta delle
posizioni fisse (A1, B1, C1, D, C2, B2, A2) su cui si può fissare la
fotocamera, in modo che la base di presa della coppia di
fotogrammi sia sempre nota. Il sistema è costituito da: un
treppiede topografico, la barra Cyclop, in alluminio ad alta
rigidità, e la macchina fotografica montata su apposita slitta che
scorre sulla barra.
La precisione del rilievo dipende così da:
dalla calibrazione della barra e della fotocamera.
Rilievo fotogrammetrico

12. RIPRESE FOTOGRAFICHE
Coppie con l’utilizzo della barra Cyclop per il
rilievo stereofotogrammetrico.
Creazione di modelli.
Attenzione a:
- Esposizione della fotocamera alla luce
- Posizione dell’asse di ripresa
- Sovrapposizione tra fotogrammi (30% di norma)
- Tenere l’asse ottico della camera ortogonale alla barra
Rilievo fotogrammetrico

13. CREAZIONE DI UN SISTEMA TOPOGRAFICO DI
RIFERIMENTO
Con la stazione totale vengono battuti i punti di
appoggio per l’orientamento dei fotogrammi e
la restituzione (stereoscopica o monoscopica).
Utilizzo di mire.
Utilizzo di punti naturali: individuazione su
supporto fotografico o monografia.
Punti da rilevare:
- minimo 4 punti su ogni fotogramma e su ogni
piano da raddrizzare per la monoscopia;
- minimo 3 punti in comune tra diversi modelli
per il collegamento tra modelli per la
stereoscopia.
Rilievo fotogrammetrico

14. RADDRIZZAMENTO FOTOGRAMMI (RDF)
Acquisizione dei fotogrammi su PC.
Scelta delle fotografie adatte per il raddrizzamento
(minori parti in ombra, miglior esposizione e colore)
Fotoritocco in Photoshop:
Modifica di luminosità e contrasto per ottenere una
perfetta omogeneità tra i fotogrammi e
vengono salvate tutte le fotografie scelte in .bmp, per
l’elaborazione in RDF.
Elaborazione dei dati acquisiti con la stazione totale da
parte del topografo elabora i dati: vengono trovate,
tramite software apposito, le coordinate cartesiane dei
punti battuti sui diversi prospetti.
Raddrizzamento in RDF
MOSAICATURA (PHOTOSHOP)
Unione fotogrammi.
Ritocco di colori, contesto, parti non raddrizzate (es.:
superfici inclinate).
Rilievo – Ortomosaicatura dei fotogrammi 1

15. Rilievo – Ortomosaicatura dei fotogrammi 2

16. Rilievo – Vettorializzazione prospetti

17. STEREOSCOPIA: MODALITA’ DI RESTITUZIONE E POTENZIALITA’
La restituzione dei modelli stereoscopici avviene grazie al software SV
Cyclop, un modulo di StereoView Suite della Menci: questo consente
di restituire i modelli non orientati noti la base utilizzata (ad esempio,
A1-B2), la distanza approssimativa dall’oggetto e il file di Calibrazione
della camera.
La restituzione è quindi molto veloce e richiede l’inserimento di
pochi, semplici parametri.
Solo nel caso i fotogrammi siano affetti da parallasse verticale, il
programma consente di correggerli, semplicemente individuando lo
stesso punto nella foto di destra e nella foto di sinistra aperte
contestualmente nella stessa schermata.
Il programma lavora su coppie di fotogrammi costituenti un modello
stereoscopico: per agganciare i modelli è necessario individuare 3
punti ben visibili su modelli adiacenti e procedere alla restituzione.
Il modello stereoscopico permette di apprezzare l’oggetto rilevato
nelle sue tre dimensioni per mezzo di speciali occhiali. Inoltre, la
restituzione è misurabile, quindi in scala reale.
Il programma permette anche di disegnare direttamente sul modello:
una finestra Cad visualizza il disegno eseguito.
Rilievo - Stereoscopia

18. RILIEVO CON LASER SCANNER
Il laser scanner permette di rilevare oggetti tridimensionali sotto forma di nuvola di punti: la nuvola di
punti è più o meno fitta, quindi è più o meno dettagliata, a seconda dell’impostazione definita
dall’utente e a seconda delle caratteristiche dello scanner stesso.
Ogni punto della nuvola acquisita è definito dalle tre coordinate spaziali (x, y e z) rispetto al punto in
cui viene posizionato lo scanner laser.
Lo strumento utilizzato è un Cyrax 2500.
Sono state eseguite diverse scansioni con punti ogni centimetro.
L’acquisizione tramite laser scanner è stata effettuata per integrare le informazioni già rilevate
tramite fotogrammetria.
POTENZIALITA’
- Fase di acquisizione dei dati in campagna abbastanza speditiva,
- Elevato dettaglio dell’acquisizione tridimensionale: la nuvola di punti visualizzata sullo schermo
riproduce in modo impeccabile la topologia dell’ggetto acquisito: il raggio laser ha diversi valori di
riflettanza a seconda del tipo di materiale che incontra, che si traducono in una variazione del
valore cromatico dei punti acquisiti.
- Una visualizzazione in scala di grigio fornisce una percezione della nuvola come se fosse una
ricostruzione dell’oggetto foto-realistica in bianco e nero ad altissima risoluzione e la lettura
interpretativa risulterà estremamente agevole e potenziata.
- Le diverse scale di dettaglio possono dare diverse informazioni, in base alle finalità del rilievo e
possono essere tra loro integrate.
SVANTAGGI
- La tecnologia del laser scanner è ancora poco evoluta e quindi poco utilizzata e poco conosciuta.
- I costi della strumentazione sono quasi proibitivi.
- I software di elaborazione della nuvola di punti sono ancora lacunosi e difficili da usare.
- La fase di restituzione è molto lunga e laboriosa e necessita buona esperienza nell’uso dei software.
Rilievo – Laser scanner

19. Immagine da laser scanner

20. Immagine da laser scanner

21. Immagine da laser scanner

22. Immagine da laser scanner

23. ORGANIZZAZIONE DEI DATI CONOSCITIVI IN UN SISTEMA INFORMATIVO
Arkis è stato ideato e realizzato da due ricercatori dell’Istituto ITABC del CNR di Roma.
L’organizzazione dei dati relativi alla chiesa di San Nicola:
1 - permette di impostare una solida base per chi in futuro vorrà effettuare un progetto di recupero
della struttura,
2 - può essere un buon supporto per la redazione di un progetto di conservazione, nell’ottica di
manutenzione,
3 - può rimanere solo un database informativo utile ai fini della conoscenza del manufatto storico.
IL SISTEMA INFORMATIVO ARKIS
Arkis (Architecture Recovery Knowledge Information System) è un sistema informativo di tipo GIS,
sfrutta cioè tutte le potenzialità dei sistemi informativi territoriali ma le applica ad un elemento
architettonico introducendo una serie di funzionalità specifiche proprie della scala architettonica.
I GIS (Geographical Information System) sono “sistemi informatizzati per l’acquisizione, la
memorizzazione, il controllo, l’integrazione, l’elaborazione e la rappresentazione di dati che sono
spazialmente riferiti alla superficie terrestre” (Gastaldo G., Panzeri M. (a cura di), Sistemi informativi
geografici e beni culturali, CELID, Torino 2000, p. 55).
Con Arkis è quindi possibile archiviare, visualizzare ed analizzare informazioni eterogenee relative al
patrimonio storico-architettonico, creando una valida base per un eventuale progetto di
conservazione, per la previsione di una conservazione programmata, per la valutazione dei costi di
cantiere o per il monitoraggio sui beni culturali.
Frutto di una sperimentazione riguardante l’introduzione delle ICT (Information Communication
Technologies) per la comunicazione multimediale dei beni culturali portata avanti dall’ITABC del CNR.
Comunicazione di informazioni eterogenee (dati dimensionali e morfologici, aspetti qualitativo-
descrittivi, come lo stato di degrado o la composizione materica,...), in un unico spazio informatico.
Sistema informativo Arkis

24. Applicazione di GIS verticale: una superficie di un manufatto
architettonico può essere trattato come un territorio, su cui tracciare
diversi temi.
I dati relativi a temi diversi vengono rappresentati su layer diversi, in modo
che, su ognuno di essi siano presenti informazioni e entità omogenee.
Ad ogni entità di ogni tema vengono associate tabelle, database,
pagine di testo in cui sono inseriti tutti i dati relativi ad essa.
Ad ogni entità grafica (dato geometrico, come ad esempio,
un’immagine raster derivata dal rilievo fotogrammetrico o una
restituzione vettoriale del manufatto), sono associati dei dati alfanumerici
(dato descrittivo, come ad esempio, notizie storiche, patologie di
degrado,...), consultabili e modificabili in qualsiasi momento.
La georeferenziazione, rende il manufatto misurabile e su di esso sono
tracciate delle entità, univocamente identificabili.
Il programma è in continua implementazione: temi e campi vengono
continuamente aggiunti. Questo conferisce al programma flessibilità e
possibilità di essere migliorato e di adattarsi ai diversi casi studio.
L’uso di vocabolari rende possibile la fase di consultazione dei dati: i
diversi temi infatti sono organizzabili secondo un qualsiasi campo della
finestra di dialogo, consentendo la creazione di una “legenda”,
necessaria ad una più immediata comprensione dell’oggetto.
Sistema informativo Arkis

25. LA STRUTTURA DEI DATI
Aree tematiche presenti nel programma al momento:
• rilievo fotogrammetrico;
• fondazioni;
• strutture verticali;
• strutture orizzontali;
• scale;
• coperture;
• elementi di completamento e decorativi;
• materiali lapidei;
• altri materiali;
• campioni murari;
• analisi stratigrafia muraria;
• degrado ambientale;
• degrado strutturale;
• degrado chimico-fisico-biologico;
• degrado tipo-morfologico;
• intervento;
Se uno di questi campi non è di alcun interesse per il manufatto da
censire può essere eliminato, così come, con opportune
conoscenze di programmazione può essere inserito un nuovo tema
se necessario.
Sistema informativo Arkis

26. Raccolta ed inserimento dati relativi a:
• anagrafica;
• iconografia;
• geometria;
• struttura, tecnica costruttiva e materiali;
• analisi storico-architettonica;
• degrado (causa/effetti);
• interventi.
Aspetti storici
Aspetti dimensionali
Aspetti formali
Aspetti distributivi
Evoluzione nella storia
Immagini attuali storiche
Grafici
Acquisizione e rappresentazione dei dati risultanti dalle operazioni di rilievo;
tutti i successivi livelli di analisi sono ad essa collegati: immettendo piante,
prospetti e sezioni, si renderà possibile la scelta della vista che permetterà
l’accesso all’interfaccia contenente tutti i successivi dati conoscitivi.
Degrado ambientale (alterazioni antropiche riferite al contesto in cui
è inserito il manufatto e le condizioni del sistema aria, acqua e suolo);
Strutturale;
chimico-fisico-biologico (supportate dal lessico Normal);
tipo-morfologico (modifiche apportate all’edificio nel corso della sua
“vita”, sia in seguito a cambiamenti di funzione e destinazione d’uso
(ad esempio, aggiunte e demolizioni), sia dovute ad interventi di altra
natura).
Sistema informativo Arkis

27. PRINCIPALI FUNZIONALITA’ DEL SISTEMA
• perimetrare aree associate a specifici tematismi, aprendo automaticamente le schede in cui
inserire i dati descrittivi relativi alla nuova entità seguendo i campi e utilizzando dei vocabolari
prestabiliti;
• codificare automaticamente ogni nuova entità, garantendo i collegamenti tra le diverse scale
e aggiornando l’archivio dei database;
• consentire operazioni di overlay attivando più temi;
• eseguire operazioni di query;
• calcolare aree, perimetri e percentuali di superfici di interesse;
• visualizzare immagini di particolari e restituzioni di rilievi;
• operazioni di analisi interattiva.
Sistema informativo Arkis