ROV E STRUMENTAZIONE A BASSO COSTO PER RILIEVI FOTOGRAMMETRICI DI SITI ARCHEOLOGICI SOMMERSI

Abstract

Negli ultimi anni, i ROV, chiamati anche UROV, Underwater Remote Operated Vehicle, sono stati impiegati per esplorare ambienti sottomarini e hanno svolto un ruolo importante per la documentazione e le indagini in diversi campi di ricerca scientifica, come le scienze marina o l'archeologia subacquea, sia in acque basse che profonde. Le tecnologie più innovative degli ultimi anni hanno portato a migliorare la qualità  delle indagini subacquee; l'uso dei ROV supporta il lavoro degli archeologi, specialmente in quei contesti di difficile accessibilità , come i relitti a profondità  maggiori. Anche a profondità  in cui i subacquei possono lavorare facilmente ma con tempi di immersione ridotti, i ROV, assemblati con camere, possono realizzare un rilievo fotogrammetrica in una singola immersione a causa dell'autonomia della batteria di circa 3 ore.

Nel 2017, il Laboratorio di Fotogrammetria dell'Università  Iuav di Venezia ha deciso di acquistare un ROV per documentare siti e ambienti archeologici sommersi; tra le molte possibilità , si è deciso di acquistare un OpenRov, un ROV a basso costo che può essere assemblato in maniera autonoma per modificare alcuni componenti esterni secondo le nostre necessità . È molto piccolo e leggero, ma, allo stesso tempo, può raggiungere i 100 m di profondità ; la struttura esterna è tagliata a laser da pannelli acrilici e contiene un cilindro trasparente per la webcam HD interna, luci a LED e parti elettroniche che sono collegate ad una serie di batterie al litio, sigillate all'interno di due tubi laterali trasparenti, che conferiscono potenza e stabilità  al veicolo. Tre motori compongono i componenti elettronici relativi alla propulsione, due orizzontali per i movimenti laterali e uno verticale per la profondità ; è stata applicata una piattaforma IMU (Inertial Measurement Unit) per abilitare e controllare profondità , direzione della bussola, rollio e inclinazione in maniera estremamente precisa. Il ROV è controllato tramite un cavo Ethernet collegato a un laptop ed p movimentato con un gamepad, per dare la possibilità  di guidare facilmente il veicolo direttamente dalla barca o dalla riva.

Questo lavoro vuole descrivere le fasi di costruzione, realizzate direttamente dai ricercatori del Laboratorio di Fotogrammetria, per spiegare come alcune soluzioni innovative e tecniche e diverse capacità  e ambiti di ricerca, come geomatica, ingegneria e archeologia possano essere sviluppati all'interno dello stesso laboratorio di ricerca. Le diverse fasi della costruzione del ROV sono state documentate in un video time-lapse, caricato su un sito web al link https://www.youtube.com/edit?o=U&video_id=IeI5LnGLyI8.

Una seconda parte dell'articolo è relativa all'applicazione principale del ROV e quindi al rilievo fotogrammetrico per la documentazione degli ambienti subacquei. Sulle parti laterali della struttura, si è deciso di applicare due videocamere subacquee a basso costo, due GoPro Hero4 Session scafandrate. L'utilizzo di queste telecamere a basso costo e ricreative è legato alle loro dimensioni e al loro peso neutro sott'acqua, che non compromette l'assetto del ROV ed è legato alla possibilità  di registrare sia immagini che video HD. Queste informazioni possono essere utilizzate per documentare le fasi del lavoro dell'archeologo durante lo scavo, ma anche per eseguire rilievi fotogrammetrici, per costruire un modello 3D sulla base di immagini che video subacquei. In particolare, la precisione geometrica del modello 3D ottenuto è stata valutata attraverso il confronto con un modello fotogrammetrico realizzato con una fotocamera reflex professionale, Nikon D610, utilizzando come punti di controllo alcuni target topografici rilevati con trilaterazione. Il blocco fotogrammetrico con la fotocamera reflex è stato realizzato manualmente dal subacqueo, mentre la videocamera GoPro è stata impostata automaticamente per registrare un'immagine ogni 0,5 secondi per garantire la massima sovrapposizione tra le immagini, considerando che OpenROV non ha la possibilità  di impostare il percorso di al volo, ma dobbiamo guidare manualmente il veicolo, prestando attenzione a mantenere linee parallele. Il confronto tra le nuvole di punti è stato realizzato dal software CloudCompare; attraverso tre diversi modelli, prendendo come riferimento le immagini della Nikon D610 e della GoPro Hero4 Session e il video realizzato dalla GoPro. Il confronto ha dato buoni risultati con un'elevata conformità  tra i punti, con un errore medio inferiore a 1 cm, al di sotto delle nostre aspettative, considerando la mancanza di un buon processo di calibrazione delle camere in un ambiente subacqueo.

Spesso, al giorno d'oggi, le attività  umane in ambiente marino sono supportate, e sostituite dove possibile, da strumentazione a controllo remoto che consente di ottenere risultati scientifici con meno rischi per la salute umana. Tra le varie possibilità  attualmente disponibili, i ROV offrono non solo sicurezza per i loro operatori, ma sono anche un'alternativa relativamente a basso costo. L'impiego di un veicolo a basso costo adattato alle necessità  dei rilievi supporta una richiesta di sicurezza, economicità  ed efficienza per esplorare ambienti subacquei, riducendo significativamente il costo delle operazioni archeologiche.