Calcolo volumi con drone: come si misurano scavi, riporti, cave e stoccaggi

Il calcolo dei volumi con drone misura la differenza tra due superfici: il modello del terreno ricavato dal volo e una superficie di riferimento, che può essere il piano di progetto, il piano di campagna o il rilievo di qualche settimana prima. È il metodo standard per sterri e riporti, cumuli di materiale, avanzamento di cave e contabilità dei movimenti terra. Con capisaldi misurati a terra il dato è centimetrico in quota, e un rilievo di questo tipo si chiude nella maggior parte dei casi tra €500 e €2.000.

Il numero che ricevi, però, vale quanto le due superfici da cui nasce. Questa guida spiega come si calcola, da dove viene l’errore e cosa deve contenere il report perché tu possa metterlo in una contabilità senza rifarlo.

Come si calcola il volume da un rilievo con drone

Dal volo fotogrammetrico esce una nuvola di punti; dalla nuvola, dopo aver tolto vegetazione e oggetti estranei, il modello del terreno (DTM). Il volume è l’integrale della differenza tra quel modello e la superficie di riferimento, calcolato cella per cella su una griglia o triangolo per triangolo su una superficie TIN. Il segno dipende dal riferimento. Rispetto al volo precedente, dove il terreno oggi sta più alto c’è materiale riportato e dove sta più basso c’è materiale scavato; rispetto al piano di progetto vale il contrario: il terreno sopra il progetto è ancora da scavare, quello sotto è da riportare. Il software tiene i due segni separati.

Il caso più semplice è il cumulo: la superficie di riferimento è il piano di appoggio, che il software chiude interpolando i bordi. Il caso più utile è il confronto tra due voli: stessa area e stessi capisaldi, in due date diverse. La differenza è il materiale movimentato nel periodo, ed è il dato che serve a un SAL.

Tutto questo lo fa qualsiasi software fotogrammetrico in pochi minuti (e lo fa bene: il bottone “calcola” non è mai stato il problema). Il lavoro vero sta prima, nel decidere cosa confrontare con cosa.

Da dove viene l’errore

Un errore in quota si moltiplica per l’area. Su un piazzale di 10.000 metri quadri, uno scostamento sistematico di 3 centimetri vale 300 metri cubi. È una moltiplicazione, e vale per chiunque, con qualsiasi drone.

Le fonti dello scostamento sono poche e note:

• I capisaldi. Sono l’ancoraggio del modello al sistema di riferimento. Senza punti di controllo misurati a terra la nuvola può essere bellissima, stare mezzo metro più in alto del vero o incurvarsi a cupola di qualche centimetro al centro dell’area (lo spostamento rovina il confronto con progetto o volo precedente, la cupola entra dritta nel volume anche di un cumulo singolo): la precisione non la verifica nessuno, nemmeno chi ha volato.
• Il riferimento diverso tra due voli. Se il rilievo di marzo e quello di giugno usano capisaldi diversi, o lo stesso caposaldo rimisurato da zero a ogni campagna, con lo scarto di ogni misura, la differenza tra le due superfici contiene anche quello scarto. Per i confronti periodici i capisaldi devono essere stabili nel tempo: materializzati in modo permanente e fuori dall’area di lavoro, così da riusarli a ogni volo.
• DSM al posto del DTM. Erba alta sul piazzale, un telo su un cumulo, gli arbusti che in due anni hanno colonizzato il fronte di cava: la fotocamera vede quello, e se nessuno lo toglie dal modello il volume se lo porta dentro. Sotto arbusti e piante la fotogrammetria non basta e serve il LiDAR; l’erba alta, quando si può, si taglia prima del volo, perché anche il LiDAR ci lascia dentro qualche centimetro.
• I bordi. Il piede del cumulo va tracciato dove il materiale tocca il terreno, punto per punto: se il contorno sale sul fianco del cumulo, la base interpolata sale con lui e il volume cala; se il terreno intorno non è piano, un contorno largo di un metro cambia il piano di appoggio, e con lui il volume.
• Acqua, ombre nette e superfici senza texture (asfalto nuovo, sabbia fina). Dove la fotogrammetria non trova texture il modello si rompe, e quei buchi vanno riconosciuti ed esclusi, non interpolati in silenzio.

Ognuna di queste voci si tiene sotto controllo con un accorgimento di processo, e nessuna con un drone più caro.

Cosa deve contenere il report di calcolo volumi

Il numero da solo non basta: chi lo riceve deve poter ricostruire come è stato ottenuto. Un report di calcolo volumi che puoi mettere in contabilità contiene:

1. La superficie di riferimento, dichiarata: piano di progetto (con la sua origine), rilievo precedente (con data), o piano di appoggio interpolato.
2. Scavo e riporto separati, con il netto a parte. Un numero solo nasconde le compensazioni.
3. Il sistema di riferimento e il tipo di quote, con i capisaldi usati e i loro scarti dopo la verifica.
4. Il GSD del volo e la data, perché la stessa area rilevata a 2 e a 5 centimetri per pixel non ha la stessa affidabilità.
5. Le aree escluse e il perché (un ristagno d’acqua, la vegetazione che il filtro non ha tolto, l’escavatore che si è spostato tra una strisciata e l’altra).

Il rilievo fotogrammetrico si chiude con una nota tecnica che riporta strumenti, capisaldi e verifica eseguita: è lì che stanno queste informazioni. Se un fornitore ti manda il volume in una riga di email, il numero può anche essere giusto, ma tu non hai modo di saperlo. E il giorno in cui il committente contesta il SAL, quel numero non lo puoi difendere: non sai su quali capisaldi poggia, né con che scarto.

Drone o stazione totale, per i volumi

Sui volumi il drone ha un vantaggio strutturale: misura la superficie intera, non un campione di punti. Un rilievo a terra di un cumulo irregolare batte qualche decina di punti e il software tira triangoli tra loro; ogni gobba e ogni avvallamento tra un punto e l’altro sono persi. La nuvola da drone ha un punto ogni pochi centimetri, e la forma reale del materiale entra nel calcolo.

Dove il drone perde è lo stesso posto di sempre: sotto la vegetazione, e nei punti che richiedono accuratezza massima su poche coordinate. Per questo nelle cave e nei cantieri seri le due cose convivono: il drone per la superficie, la strumentazione a terra per i capisaldi permanenti che rendono confrontabili i voli. Il confronto per esteso tra le due tecniche lo trovi in una guida dedicata.

I tre casi tipici

Sterri e riporti contro il progetto. Il riferimento è il piano di progetto importato nello stesso sistema di riferimento del rilievo. Il calcolo dice quanto manca o quanto è stato fatto in più rispetto alle tavole, zona per zona. È il caso in cui il sistema di riferimento sbagliato fa più danni: un progetto in quote locali e un rilievo in quote ortometriche non si parlano.

Cumuli e stoccaggi. Inerti e terreno di scavo accantonato, o il materiale che aspetta il conferimento in discarica. Un volo copre in mezz’ora tutti i cumuli di un piazzale di un paio di ettari, e la contabilità del materiale smette di essere una stima a occhio.

Cave e monitoraggio periodico. Voli ripetuti sullo stesso sito, con gli stessi capisaldi e lo stesso sistema di riferimento del primo. La differenza tra due modelli è il materiale estratto o movimentato nel periodo, e il confronto multi-temporale diventa la base del SAL.

In tutti e tre i casi il committente riceve un dato che chiunque può ricontrollare, perché il report dichiara come è stato prodotto. Finché nessuno contesta i numeri non se ne accorge nessuno. La differenza la vedi al primo SAL contestato, quando devi dire su quali capisaldi poggia il tuo volume e con che scarto.

Quanto costa

La maggior parte dei nostri rilievi si chiude tra €500 e €2.000. Un singolo calcolo di cumuli su un piazzale sta nella parte bassa; sterri e riporti contro il progetto su un’area estesa, con capisaldi permanenti e sezioni di controllo, sale. Il confronto periodico richiede più voli nel tempo e si preventiva sul programma dei lavori. Il preventivo è gratuito, arriva entro 24 ore e riporta i deliverable voce per voce: se ti serve il report di calcolo, chiedilo nella richiesta.

Domande frequenti

Che precisione ha il calcolo dei volumi con drone?

Con capisaldi misurati a terra con RTK e verifica sui punti di controllo, il modello ha precisione centimetrica in quota. Sul volume, una stima prudente dell’incertezza è lo scarto medio in quota sui punti di controllo moltiplicato per l’area: è un tetto, perché gli errori casuali si compensano in parte da una cella all’altra, mentre uno scostamento sistematico si somma tutto. Su un cumulo alto tre metri, tre centimetri di scarto sono l’1%; nel confronto tra due voli entrano gli scarti di entrambi. Senza capisaldi lo scarto non lo conosce nessuno, e del volume non puoi dire di quanto può sbagliare.

Serve rimisurare i capisaldi a ogni volo?

Se sono materializzati in modo permanente e fuori dall’area di lavoro, si riusano, ed è proprio quello che rende confrontabili due voli a distanza di mesi. A ogni volo se ne ricontrollano un paio con l’RTK: se il cantiere li ha toccati o il terreno intorno si è mosso, lo scopri lì e non nel confronto.

Il volume di un cumulo coperto da erba o teli è attendibile?

Con la sola fotogrammetria no: la fotocamera ricostruisce la superficie che vede, teli e vegetazione compresi. Se la copertura è rimovibile, si rimuove prima del volo; se è vegetazione stabile, il terreno sotto si rileva con il LiDAR.

Posso usare il report per la contabilità dei lavori?

Il report documenta superfici di riferimento, capisaldi, scarti e aree escluse: è un dato ripetibile e verificabile da terzi, ed è quello che una contabilità richiede. La sua accettazione contrattuale resta una scelta della direzione lavori e delle parti.

Ogni quanto conviene ripetere il volo?

Dipende dal ritmo dei lavori e dalle scadenze del SAL: nelle cave è frequente il volo mensile, nei cantieri di movimento terra si aggancia agli stati di avanzamento. Con capisaldi permanenti, ai voli successivi i capisaldi si riusano e si ricontrollano, senza rimaterializzarli.