Calcolo dei volumi di scavo e di riporto in Agisoft Metashape

Il calcolo dei volumi di scavo e di riporto in Agisoft Metashape è uno strumento potentissimo per l’edilizia, i lavori di movimento terra, i progetti stradali, l’estrazione mineraria, l’attività estrattiva e la sistemazione dei cantieri.

Effettuando un rilevamento del sito con un drone prima e dopo le operazioni di movimento terra, Metashape Professional è in grado di generare modelli digitali di elevazione (DEM) precisi che ti permettono di individuare dove è stato asportato del materiale, dove ne è stato aggiunto e di quanto è cambiato il terreno.

Questo rende la fotogrammetria con i droni particolarmente utile per monitorare l’avanzamento degli scavi, le operazioni di livellamento, i terrapieni e i grandi cantieri, dove le misurazioni tradizionali a terra possono richiedere molto tempo.

In questa guida ti spieghiamo come calcolare i volumi di scavo e di riempimento in Agisoft Metashape Professional, illustrando due diversi flussi di lavoro: la misurazione di una superficie rispetto a un piano di riferimento e il confronto tra due modelli DEM acquisiti in fasi diverse di un progetto.

Cosa sono i volumi di scavo e di riporto?

Nel settore delle costruzioni e dei lavori di movimento terra, per “taglio” si intende il materiale che deve essere scavato o che è già stato rimosso dal terreno.

Per “riempimento” si intende il materiale che va aggiunto o che è già stato posato per portare il terreno all’altezza richiesta.

I calcoli di scavo e riporto vengono comunemente utilizzati per:

• Preparazione del cantiere
• Progetti stradali e ferroviari
• Monitoraggio degli scavi
• Costruire le fondamenta
• argini
• Attività estrattive
• Progetti minerari
• Livellamento del terreno
• Bacini di ritenzione
• Movimentazione terra su larga scala

Conoscere questi volumi aiuta i responsabili di progetto a stimare la movimentazione dei materiali, a monitorare lo stato di avanzamento dei subappaltatori e a confrontare le condizioni effettive del cantiere con i rilievi precedenti o con i requisiti di progetto.

Agisoft Metashape è in grado di calcolare i volumi di scavo e di riporto?

Sì. Agisoft Metashape Professional offre diversi strumenti che puoi usare per l’analisi di scavo e riempimento.

Ci sono due approcci particolarmente utili:

1. Volume rispetto a un piano di riferimento – utile quando si confronta il terreno con un livello noto o una semplice superficie di base.
2. Calcolo della differenza tra DEM – utile quando si confronta lo stesso cantiere in due date diverse.

Il secondo metodo è in genere l’approccio più efficace per monitorare l’effettivo avanzamento dei lavori di sterro, perché mette a confronto due superfici misurate invece di dare per scontato che la superficie di riferimento sia piana.

Flusso di lavoro 1: Scavo e riempimento rispetto a un piano di riferimento

Per aree relativamente semplici, Metashape può calcolare il volume al di sopra e al di sotto di un piano di riferimento selezionato.

Il flusso di lavoro generale è il seguente:

1. Crea il DEM.
2. Aprilo nella vista Ortho.
3. Disegna un poligono attorno all’area che ti interessa.
4. Fai clic con il tasto destro del mouse sul poligono.
5. Seleziona ” Misura”…
6. Apri la scheda ” Volume “.
7. Scegli tra “Adattamento ottimale”, “Livello medio” o “Livello personalizzato”.

Metashape riferisce:

• Volume superiore
• Volume qui sotto
• Volume totale

Se il piano selezionato rappresenta il livello di costruzione desiderato, il materiale al di sopra del piano può essere interpretato come potenziale scavo, mentre le aree al di sotto del piano potrebbero rappresentare il riempimento necessario.

Best Fit, livello medio o livello personalizzato?

La scelta migliore

Il piano “Best Fit ” viene calcolato in base alle quote dei vertici del contorno del poligono e può adattarsi a una superficie generalmente inclinata.

Questo è utile quando il perimetro dell’area offre un’approssimazione ragionevole del terreno originale.

Livello medio

“Livello medio ” crea un piano orizzontale utilizzando l’altitudine media dei vertici del poligono.

Questo è particolarmente indicato quando la superficie di riferimento è sostanzialmente piana.

Livello personalizzato

La funzione “Livello personalizzato ” ti permette di specificare manualmente un’altitudine esatta.

Questo può tornare utile quando il progetto edilizio prevede un’altezza finita prestabilita, ad esempio:

• Un’area edificabile
• Una lastra di cemento
• Una piattaforma a livello del suolo
• Una profondità di scavo nota
• Un piazzale di stoccaggio

Nei cantieri complessi, però, un unico piano potrebbe non rappresentare accuratamente il terreno reale. È qui che l’analisi delle differenze del DEM diventa particolarmente utile.

Flusso di lavoro 2: Calcolo dei volumi di scavo e di riporto tra due rilievi effettuati con il drone

Un flusso di lavoro più avanzato consiste nel confrontare due modelli DEM che rappresentano lo stesso sito in date diverse.

Ad esempio:

• DEM 1: il sito prima dello scavo
• DEM 2: il sito dopo lo scavo e il livellamento

Metashape Professional può sottrarre un DEM da un altro e creare un nuovo livello altimetrico che mostra la differenza tra le due superfici.

Questo permette di vedere esattamente dove il terreno si è alzato o abbassato.

Passo 1: Esegui il primo rilevamento con il drone

Scatta una foto del cantiere prima che inizino i lavori di movimento terra.

Segui una pianificazione di volo coerente e adotta buone pratiche fotogrammetriche, tra cui una sovrapposizione sufficiente delle immagini e una distanza di campionamento al suolo adeguata.

Per misurazioni professionali relative ai lavori di movimento terra, ti consigliamo di utilizzare:

• Coordinate del drone RTK
• Posizionamento PPK
• Punti di controllo a terra
• Posti di controllo indipendenti

Elabora le immagini in Metashape e crea un DEM georeferenziato che rappresenti il terreno iniziale.

Fase 2: Esegui il secondo rilevamento con il drone

Una volta terminate le operazioni di scavo, riempimento o livellamento, sorvola di nuovo il cantiere.

Per un confronto attendibile, cerca di rispettare quanto segue:

• Lo stesso sistema di riferimento coordinato
• Altitudine di volo simile
• Distanza di campionamento al suolo simile
• Flusso di lavoro coerente con RTK o GCP
• Sovrapposizione di immagini simili
• Lo stesso livello di riferimento verticale

Elabora il secondo set di dati e genera un altro DEM.

Passo 3: Assicurati che entrambi i DEM utilizzino lo stesso sistema di riferimento

Questo passaggio è fondamentale.

Se i modelli DEM utilizzano sistemi di coordinate orizzontali, sistemi di riferimento verticali o definizioni del geoide diversi, la differenza calcolata potrebbe indicare una discrepanza tra i sistemi di coordinate piuttosto che un effettivo movimento terrestre.

Prima di calcolare i volumi di scavo e di riporto, verifica che entrambe le superfici siano allineate correttamente in:

• Posizione X
• Posizione Y
• Quota Z
• Sistema di riferimento coordinato
• Riferimento verticale

I punti di controllo indipendenti possono rivelarsi particolarmente utili perché anche un piccolo scostamento sistematico di quota tra i rilievi può causare un errore di volume apparente notevole in un cantiere di grandi dimensioni.

Passaggio 4: Carica entrambi i DEM nello stesso progetto Metashape

Se i file DEM sono stati creati in blocchi diversi o in progetti esterni, puoi importarne uno usando:

Importa file >, importa >, importa DEM…

Metashape supporta l’importazione di dati DEM in formato raster GeoTIFF.

All’interno dello stesso chunk puoi memorizzare più di un DEM, il che ti permette di confrontare direttamente le superfici.

Passo 5: Calcola la differenza tra i modelli DEM

Seleziona il DEM che vuoi usare come superficie principale e assicurati che sia impostato come DEM predefinito.

Poi seleziona:

Strumenti > Trasforma DEM…

Abilita:

Differenza di calcolo

e seleziona il secondo DEM dall’elenco a discesa.

Metashape sottrarrà il DEM di confronto selezionato dal DEM attivo e creerà un nuovo DEM trasformato che mostra la differenza di quota.

L’ordine di sottrazione del DEM è importante

L’ordine delle operazioni di sottrazione determina il significato dei valori positivi e negativi.

Ad esempio, se fai questo calcolo:

Superficie attuale − Superficie precedente

quindi:

• Un dislivello positivo indica che è stato aggiunto del materiale: riempimento.
• Un dislivello negativo indica che è stato asportato del materiale: taglio.
• I valori vicini allo zero indicano una variazione del terreno minima o nulla.

Se inverti l’ordine delle sottrazioni, si invertiranno anche i segni.

Per questo motivo, prima di interpretare i risultati, assicurati sempre di annotare quale DEM è stato sottratto da quale.

Passo 6: Visualizza le modifiche al terrapieno

Il DEM delle differenze che ne risulta offre una rappresentazione intuitiva dei cambiamenti del sito.

Le aree con valori positivi indicano un terreno più alto rispetto al rilevamento precedente, mentre quelle con valori negativi indicano un terreno più basso.

Questo rende molto più facile riconoscerlo:

• Aree scavate
• Aree riempite
• argini
• Nuove scorte di materiale
• Progressi nella valutazione
• Modifiche impreviste al sito

La superficie di differenza può essere particolarmente utile per i resoconti sullo stato di avanzamento dei lavori, perché trasforma due modelli altimetrici complessi in una mappa che mostra direttamente i cambiamenti del terreno.

Passaggio 7: Calcola i volumi di scavo e di riporto dalla differenza del DEM

Un modo pratico per quantificare la superficie di differenza è misurarla rispetto a un livello personalizzato pari a 0.

Apri il DEM di differenza nella vista ortofotografica e traccia un poligono attorno all’area di costruzione che vuoi analizzare.

Allora:

1. Fai clic con il tasto destro del mouse sul poligono.
2. Seleziona ” Misura”…
3. Apri la scheda ” Volume “.
4. Seleziona ” Livello personalizzato“.
5. Inserisci 0 come livello di riferimento.
6. Clicca su ” Aggiorna“.

Se il tuo DEM differenziale è stato calcolato come segue:

DEM attuale − DEM precedente

allora i valori di volume che ne risultano possono essere interpretati come:

• Volume superiore a 0 = Riempi
• Volume inferiore a 0 = Taglia

Metashape fornisce anche il “Volume Totale”, che rappresenta il saldo netto tra i volumi positivi e quelli negativi.

Volume di taglio vs volume di riempimento vs volume netto

Questi valori non vanno confusi.

Immagina che un progetto contenga:

• 5.000 m³ di materiale di scavo
• 3.500 m³ di materiale di riempimento

Nel sito si è registrato un movimento complessivo di materiale pari a 8.500 m³, ma la variazione netta è solo di:

3.500 − 5.000 = −1.500 m³

Il valore netto da solo, quindi, non descrive l’intera attività di movimento terra.

Nei resoconti di cantiere, di solito è meglio indicare separatamente i lavori di scavo e di riempimento, oltre al saldo netto.

Perché è fondamentale un georeferenziazione accurata

Gli errori relativi ai volumi di scavo e di riporto possono aumentare rapidamente in un cantiere di grandi dimensioni.

Immagina un’area di costruzione di 20.000 m² con un errore verticale sistematico di soli 5 cm.

La differenza di volume potenziale associata a tale scostamento è approssimativamente:

20.000 m² × 0,05 m = 1.000 m³

Questo dimostra perché la coerenza verticale a livello di centimetro tra i rilievi sia estremamente importante.

Il posizionamento RTK può essere d’aiuto, ma si consiglia comunque di utilizzare punti di controllo indipendenti quando le misurazioni dei volumi hanno conseguenze contrattuali o finanziarie.

Errori comuni nei lavori di scavo e riempimento

Diversi sistemi di riferimento verticali

Se un DEM usa le altezze ellissoidali e un altro quelle ortometriche, l’intera mappa delle differenze può subire uno spostamento verticale.

Coordinate GCP incoerenti

L’uso di reti di controllo diverse da un’indagine all’altra può causare scostamenti sistematici.

Confini poligonali non ottimali

Se il poligono di misurazione comprende aree al di fuori della zona effettiva dei lavori di movimento terra, nel calcolo potrebbero essere incluse variazioni del terreno non correlate.

Vegetazione o veicoli

Le attrezzature in movimento, le riserve di materiale, le strutture temporanee e la vegetazione possono sembrare dei cambiamenti di quota, anche se in realtà non fanno parte del calcolo previsto per il taglio/riempimento.

Utilizzo del solo volume netto

Il volume netto può nascondere lavori di scavo e di riempimento consistenti che, matematicamente, si annullano a vicenda.

Controlla sempre separatamente il “Volume sopra” e il “Volume sotto”.

Scavi e riempimenti per il monitoraggio dello stato di avanzamento dei lavori

Uno dei maggiori vantaggi della fotogrammetria con i droni è che il rilevamento può essere ripetuto regolarmente.

Ad esempio, un appaltatore potrebbe sorvolare il cantiere:

• Prima di iniziare i lavori di sterro
• Ogni settimana durante gli scavi
• Dopo le principali fasi di livellamento
• Prima dei pagamenti a stato di avanzamento
• Al termine del progetto

Ogni nuovo DEM può essere confrontato con la superficie originale o con il rilevamento precedente per valutare i progressi compiuti.

In questo modo si ottiene un resoconto oggettivo della quantità di materiale che è stata rimossa o aggiunta nel corso del tempo.

Migliori pratiche per misurazioni affidabili nei lavori di sterro

• Usa lo stesso sistema di coordinate per ogni rilevamento.
• Usa lo stesso livello di riferimento verticale e lo stesso geoide.
• Mantieni parametri di volo simili per il drone.
• Usa RTK, PPK o punti di controllo a terra ben distribuiti.
• Verifica i sondaggi utilizzando punti di controllo indipendenti.
• Se necessario, rimuovi o tieni conto degli oggetti temporanei.
• Documenta l’ordine di sottrazione dei DEM.
• Usa gli stessi limiti di analisi per le misurazioni ricorrenti.
• Indica separatamente i volumi di scavo, di riporto e il volume netto.

Raccomandazioni finali

Per i cantieri semplici, i calcoli dei volumi di scavo e di riempimento in Agisoft Metashape possono essere effettuati rispetto a un piano di riferimento “Best Fit”, “Mean Level” o “Custom”.

Per il monitoraggio professionale dei lavori di movimento terra, però, confrontare due modelli digitali di elevazione (DEM) georeferenziati è spesso più utile, perché permette di misurare l’effettivo cambiamento della superficie tra due date di rilevamento.

Ecco un flusso di lavoro consigliato:

1. Fai un sopralluogo prima di iniziare i lavori di sterro.
2. Genera il DEM iniziale.
3. Controlla di nuovo il sito dopo i lavori di movimento terra.
4. Genera il DEM attuale.
5. Assicurati che entrambe le superfici utilizzino sistemi di coordinate e di riferimento verticale identici.
6. Usa Strumenti >, Trasforma DEM >, Calcola la differenza.
7. Calcola la differenza tra il DEM attuale e quello precedente.
8. Disegna un poligono attorno all’area dei terrapieni.
9. Misura la differenza DEM utilizzando il livello personalizzato 0.
10. Considera il volume positivo come un rialzo e quello negativo come un ribasso.

Grazie a procedure di rilevamento coerenti e a un georeferenziazione accurata, Agisoft Metashape Professional offre un flusso di lavoro efficiente per monitorare gli scavi, il livellamento e la movimentazione dei materiali durante tutto il ciclo di vita del progetto.

Domande frequenti

Agisoft Metashape è in grado di calcolare i volumi di scavo e di riporto?

Sì. Metashape Professional offre strumenti di misurazione volumetrica basati su DEM e può anche calcolare le differenze tra DEM acquisiti in momenti diversi.

Come faccio a confrontare due DEM in Metashape?

Carica entrambi i DEM nello stesso blocco, seleziona il DEM principale e vai su Strumenti > Trasforma DEM. Attiva l’opzione “Calcola differenza” e seleziona il secondo DEM.

Cosa significa una differenza DEM positiva?

Se la differenza viene calcolata come DEM attuale meno DEM precedente, un valore positivo indica che la superficie attuale è più alta e di solito indica un riempimento o l’aggiunta di materiale.

Cosa significa una differenza DEM negativa?

Se si usa “DEM attuale meno DEM precedente”, un valore negativo indica che la superficie si è abbassata e di solito rappresenta materiale asportato o scavato.

Posso calcolare i rilievi di scavo e di riempimento rispetto a un’altitudine di progetto?

Per semplici prospetti orizzontali, puoi usare un piano “Custom Level”. Per superfici di progetto complesse, un confronto tra modelli altimetrici compatibili offre in genere un flusso di lavoro più rappresentativo.

Perché i miei volumi di scavo e di riporto non sono precisi?

Tra le cause più comuni ci sono gli scostamenti verticali tra i rilievi, sistemi di coordinate o sistemi di riferimento verticali diversi, un georeferenziazione imprecisa, oggetti temporanei, la vegetazione e i confini di analisi non corretti.

Mi serve l’RTK per calcolare i volumi di scavo e di riporto?

L’RTK non è obbligatorio, ma è fondamentale che il georeferenziazione sia accurata e coerente. Si possono usare anche i punti di controllo a terra. Si consiglia di utilizzare punti di controllo indipendenti quando è necessario convalidare le misurazioni.

Devo indicare il volume netto o separare i volumi di scavo e di riporto?

Per la rendicontazione dei lavori di movimento terra, i volumi di scavo e di riempimento dovrebbero normalmente essere riportati separatamente. Il solo volume netto può nascondere grandi quantità di scavo e di riempimento che si compensano matematicamente a vicenda.