1. Introduzione
Il centro di equilibrio geografico del Vallese è noto poiché è stato calcolato negli anni 2000 da un tecnico della regione con il sostegno di swisstopo. Situato nel bel mezzo della foresta, vicino a St-Luc, questo punto è rappresentato da un totem in legno, ornato dalla bandiera vallesana. L’AVECEV(1) mira alla valorizzazione di questo luogo costruendo una passerella che gravita attorno a questo centro con lo scopo di:
- creare un punto d’osservazione
- avere un impatto minimo sul paesaggio
- costruire un elemento high-tech aggregando le conoscenze locali
I due primi punti sono fondamentali per il progetto. Un rendering imperfetto degli alberi potrebbe tramutarsi in un insuccesso durante la costruzione. Questo lavoro di diploma è quindi incentrato unicamente sul rendering degli alberi, avendo come unica base un rilevamento LiDAR(2), e sul fatto di allestire tutte le analisi che consentiranno di definire se gli obiettivi sono stati raggiunti o meno. È possibile creare un punto d’osservazione, in piena foresta, con un impatto minimo sul paesaggio e sugli alberi? Questo è l’interrogativo a cui si cercherà di fornire una risposta.
2. Renderizzazione degli elementi
L’obiettivo di questa tappa consiste nel trasmettere all’architetto le informazioni necessarie per lo studio della passerella. Il file finale dovrà contenere la posizione dei tronchi, la posizione e l’altezza delle cime, l’entità delle corone e una topografia della zona. Si rappresenterà anche il centro di equilibrio.
L’analisi e il controllo del LiDAR sono stati realizzati preliminarmente. Queste sono le sue caratteristiche principali:
- densità: ~70 punti per m²
- classificazione: secondo lo standard ASPRS(3)
- precisione : ~10 cm
2.1 Curve di livello
Un MDT(4) è stato realizzato con il software ArcGis, con l’interpolazione IDW (5). Per limitare il rumore correlato alla densità dei punti si è provveduto a filtrarlo. Le curve di livello sono state calcolate su questa base. Per ridurre il volume dei dati, le curve sono state generalizzate attraverso una routine FME.
Questo metodo è stato controllato confrontando diverse altitudini lorde del LiDAR con le altitudini interpolate, nelle stesse posizioni, sul MDT filtrato. Il risultato (FH medio di 4 cm e uno scarto tipico di 5cm) sta a indicare che il processo di produzione non ha alterato la posizione iniziale della nuvola di punti.
2.2 Segmentazione
Le but est de restituer les 3 principaux éléments d’un arbre, à savoir :
- la cima (punto in 3D)
- il tronco (punto in 2D)
- la corona (poligono 2D)
Cime
Questa renderizzazione è realizzata grazie a codici impiantati nel programma Octave. Un punto della nuvola è determinato come cima se, in un raggio definito, nessun altro punto è situato più in alto. Questo raggio è proporzionale all’altezza dell’albero. Quest’altezza è calcolata sulla base di modelli digitali (del terreno, delle chiome e dell’altezza) calcolati precedentemente.
Un algoritmo consente successivamente di attribuire, per ogni cima, i punti della nuvola LiDAR a esso correlati. I 2 risultati ottenuti sono una nuvola di punti colorizzati in funzione alla loro appartenenza nonché alla posizione 3D delle cime.
Corone
Questa renderizzazione è realizzata grazie a una routine FME, sulla base della nuvola di punti colorizzati durante la detezione delle cime.
La nuvola è dapprima tagliata e poi filtrata in base ai colori delle cime. Le varie nuvole sono successivamente trasformate in griglie raster di 50 centimetri. Infine, le celle esterne di ogni albero sono collegate tra loro e poi lisciate per segmenti di 20 centimetri al massimo.
Questo procedimento offre il vantaggio di restituire le corone secondo la loro forma reale.
Tronchi
I codici implementati in Octave consentono la renderizzazione dei tronchi. Si basano su un principio semplice: la densità dei punti della vegetazione è più alta in vicinanza di un tronco.
In tal modo si ottiene la posizione di tutti i tronchi con la loro altezza. L’altitudine dal suolo è calcolata tramite interpolazione sul MDT.
2.3 Controllo della segmentazione
Abbiamo effettuato un secondo rilevamento indipendente: la segmentazione manuale. Questa detezione manuale è stata confrontata con il metodo automatico.
Se il controllo delle cime ha portato a un risultato soddisfacente, l’analisi è più complessa per i tronchi. In merito al metodo di rilevamento (LiDAR) sembra palese che determinate informazioni sul sottobosco siano andate perse. Sarà quindi necessario completarle con un rilevamento terrestre.
Le chiome sono confrontate con un MDC(6). Le loro geometrie sono nel complesso conformi.
3. Analisi
Questa tappa comporta tre obiettivi distinti:
- analizzare l’impatto della passerella sugli alberi
- valutare l’altezza della passerella
- timare la posizione della passerella rispetto ai diversi obiettivi menzionati nell‘introduzione
Adesso sono note la posizione e le dimensioni della passerella. Prima di iniziare le analisi abbiamo calcolato la sua altezza tramite interpolazione con il MDT.
3.1 Analisi dell’impatto
Tronco
Quest’analisi consentirà di quantificare il numero di alberi impattati (toccati o abbattuti) dalla costruzione della passerella. Tutti i calcoli sono effettuati in Excel.
Si procede a selezionare tutti i tronchi che si trovano nella zona cuscinetto di 2 m attorno alla passerella. Dall’altezza al suolo della passerella si sottrae l’altezza al suolo di ogni albero. La differenza tra l’altezza della passerella e l’altezza del tronco ci fornisce la dimensione del taglio. Quest’ultima viene relazionata all’altezza del tronco, sotto forma di percentuale. Se il tronco è tagliato per più del 30% della sua altezza, viene definito come «tagliato».
Corona
Tutti i punti situati nella zona cuscinetto sono stati conservati. Si applica lo stesso procedimento come per la segmentazione. In tal modo si ottengono le chiome impattate dal progetto.
3.2 Valutazione dell’altezza
L’altezza delle cime situate a valle della passerella è stata confrontata all’altezza della passerella. Per essere più vicini alla realtà abbiamo aggiunto un’altezza supplementare per trovare un’altezza al livello degli occhi degli escursionisti. Tutte le cime che si trovano al di sopra dell’altezza degli occhi sono delle cime che disturbano la visuale se la passerella fosse edificata (qui di seguito definite: «cime critiche»).
Abbiamo anche preso in considerazione la crescita degli alberi in 5 anni e rifatto gli stessi calcoli. Questo ci consente di anticipare l’evoluzione della vegetazione dalla raccolta dei dati (qui di seguito definite: «cime critiche tra 5 anni»).
3.3 Valutazioni di posizionamento
I risultati delle analisi sono i seguenti:
- Tronchi abbattuti: 30
- Corone abbattute: 17
- Corone modificate: 23
- Cime critiche: 22
- Cime critiche tra 5 anni: 9
3.4 Interpretazione delle analisi
È indispensabile adottare alcune misure precauzionali per l’interpretazione di questi risultati e tenere in considerazione la provenienza dei dati nonché il metodo utilizzato.
Le cime sono controllate in diversi modi. Il risultato può essere considerato affidabile. Come indicato sull’immagine 3, le cime critiche non disturbano la visuale. La tabella 1 mostra che anche nel periodo da adesso a tra 5 anni le cime critiche avranno un impatto irrilevante sul panorama.
L’interpretazione è tuttavia più sensibile in relazione ai tronchi. Bisogna tenere in considerazione il tasso di resa concernente i tronchi. Questi dati saranno completati da un rilevamento terrestre.
4. Risultati, conclusioni e prospettive
La maquette 3D raffigurante la passerella inserita nel suo ambiente è stata realizzata in base ai risultati delle diverse tappe. Ci sono ampie possibilità di miglioramento che saranno vagliate discrezionalmente dall’associazione.
Le varie analisi sono affidabili e consentiranno, una volta completati i dati tramite un rilevamento terrestre, di effettuare un aggiornamento rapido dei risultati.
Concludendo, per rispondere all’interrogativo iniziale è possibile affermare che gli obiettivi sono realizzabili. Non riusciremo pertanto a sfuggire all’abbattimento di certi alberi. In ogni caso, la passerella è stata studiata per essere integrata al massimo nell’ambiente circostante.
Une visualizzazione della maquette 3D è disponibile sul sito seguente: www.centre-du-valais.ch
Brunner Julien
Tecnico in geomatica con attestato federale
Ingénieurs et Géomètres Elzingre SA
Route de Chippis 44
3966 Chalais
julien.brunner@elzingre.ch
027 458 14 50
(1) AVECEV: Association pour la Valorisation et l’Exploitation du Centre d’Équilibre du Valais.
(2) LiDAR: Light Detection And Ranging (tecnica di misurazione della distanza basata sull’analisi delle proprietà di un fascio di luce rimandato verso il suo emittente.
(3) Standard ASPRS (American Society for Photogrammetry and Remote Sensing): classificazione standard di una nuvola di punti LiDAR.
(4) MDT : Modello Digitale del Terreno.
(5) IDW : Interpolazione dell’inverso della distanza. Serve a determinare il valore delle celle attraverso la combinazione ponderata del metodo lineare di un insieme di punti.
(6) MDC: Modello Digitale delle Chiome.