ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS EN TOPOGRAFÍA, GEODESIA Y...

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE

MADRID

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS EN TOPOGRAFÍA,

GEODESIA Y CARTOGRAFÍA

TITULACIÓN: GRADO EN INGENIERÍA GEOMÁTICA Y TOPOGRAFÍA

TRABAJO FIN DE GRADO

OBTENCIÓN DEL MODELO TRIDIMENSIONAL DE UN

PUENTE MEDIANTE TECNOLOGÍA LÁSER ESCÁNER

Año 2016

Alumna: Martyna Początek Tutora: Dra. Mercedes Farjas Abadía

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OBTENCIÓN DEL MODELO TRIDIMENSIONAL DE UN PUENTE MEDIANTE

TECNOLOGÍA LÁSER ESCÁNER

AGRADECIMIENTOS

Gracias a mi tutora, Mercedes Farjas Abadía, por haberme dado la oportunidad de

realizar este proyecto tan bonito y novedoso. Gracias por los consejos, el apoyo y todo el

tiempo dedicado a este proyecto.

Gracias al profesor Carlos Acevedo de la universidad HafenCity de Hamburgo por la

ayuda recibida durante los días de toma de datos y haberme dado la oportunidad de

trabajar con sus alumnos y su escáner láser.

Gracias a mi familia por haberme dado el apoyo y la confianza para realizar estos

estudios.

Gracias a mi pareja, David, por haber estado a mi lado en los momentos más difíciles y

haberme apoyado en todas mis decisiones.

Y por último, gracias a Geotronics por haberme cedido las licencias necesarias para

realizar el modelo 3D, sin su ayuda habría sido imposible obtener estos resultados.

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ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 11

1.1. Objetivos .......................................................................................................... 11

1.2. Reseña histórica ............................................................................................... 12

1.3. Situación geográfica ......................................................................................... 15

1.4. Introducción al escáner láser ........................................................................... 17

1.5. Posibles aplicaciones de un modelo tridimensional obtenido por técnicas láser

escáner ........................................................................................................................ 19

1.6. Material utilizado en la toma de datos ............................................................ 21

1.6.1. Láser Escáner Z+F IMAGER 5010 .............................................................. 21

1.6.2. Dianas de referencia ................................................................................. 22

1.6.3. Cámara fotográfica ................................................................................... 24

2. METODOLOGÍA DE TRABAJO ................................................................................. 29

2.1. Planificación del trabajo de campo.................................................................. 29

2.2. Toma de datos ................................................................................................. 29

2.3. Preparación de los datos ................................................................................. 31

2.3.1. Toma y procesado de fotografías ............................................................. 33

2.3.2. Preparación de las nubes de puntos ........................................................ 36

2.4. Unión de las nubes de puntos ......................................................................... 39

2.5. Procesado de las nubes de puntos .................................................................. 49

2.5.1. Segmentación de la nube ......................................................................... 49

2.5.2. Muestreo de la nube ................................................................................ 56

2.5.3. Mallado de la nube de puntos .................................................................. 57

3. RESULTADOS ........................................................................................................... 63

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3.1. Texturizado de un pilar del puente .................................................................. 63

3.2. Secciones longitudinales y transversales ......................................................... 69

3.3. Ortofotografías ................................................................................................ 73

3.4. Estudio de túnel ............................................................................................... 75

4. CONCLUSIONES ....................................................................................................... 81

5. PRESUPUESTO ......................................................................................................... 85

6. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 89

7. WEBGRAFÍA ............................................................................................................ 93

8. ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ..................................................................................... 97

9. ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................. 103

10. ANEXOS ............................................................................................................. 107

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INTRODUCCIÓN

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1. INTRODUCCIÓN

1.1. Objetivos

El objetivo principal de este Trabajo Fin de Grado (TFG) es la medición con un equipo

láser escáner 3D y posterior modelado tridimensional de un puente situado en el

municipio El Puente del Arzobispo, pueblo de la provincia de Toledo (Castilla la Mancha).

Para que el modelo tuviera un aspecto realista se realizaron fotografías panorámicas

para dotarlo de color y textura.

En este proyecto se describen las fases de trabajo para conseguir el modelado final, los

programas que se han utilizado y se analiza el potencial de la tecnología láser escáner

en una de sus múltiples aplicaciones.

La tecnología escáner láser es cada vez más utilizada en todo tipo de campos, y

especialmente útil en arqueología ya que permite hacer un análisis exhaustivo sin tocar

el elemento a estudiar y obtener, con una procesión alta en un tiempo relativamente

corto, un modelo tridimensional de un elemento.

El flujo de trabajo de un proyecto de modelado tridimensional con tecnología láser

escáner sigue siempre los mismos pasos, que son los siguientes:

Planificación previa, en la que se debe tener en cuenta la finalidad del escaneado

y la intensidad de captura

Captura de datos en campo

Preparación de los datos

Registro y georreferenciación

Procesamiento de las nubes de puntos

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1.2. Reseña histórica

El objeto de estudio de este TFG da nombre al pueblo que lo alberga, El Puente del

Arzobispo. Fue construido por Don Pedro Tenorio, Arzobispo de Toledo y duque de

Estrada, propietario de la localidad vecina Alcolea del Tajo, lugar donde era necesario

cruzar el Tajo para ir al Santuario de la Virgen de Guadalupe en Extremadura, a Lisboa y a

Ávila, tierra de trashumancia. El puente facilitó el paso a los pastores de Castilla y León.

El puente fue mandado construir en 1380 y su obra finalizó en 1388. Inicialmente poseyó

ocho arcos que en el siglo XVIII pasaron a ser once para prevenir riadas. Hoy en día,

como se muestra a lo largo de TFG, se conserva perfectamente y sigue en uso. Se trata

de un puente de traza medieval, de granito, con arcos de medio punto que van

disminuyendo hacia los lados. Su situación es muy estratégica, lo que permitió que el

pueblo se convirtiera en una población lúdica, que condensara caseríos y tuviera

presencia urbana.

Ilustración 1.1: Puente objeto del TFG

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Originariamente el puente contaba con dos torres, que facilitaban el control del

“pontazo” (tasa que se pedía para poder cruzar el puente). Estas torres se derribaron a

principios del siglo XX para facilitar el paso de coches y camiones, ya que es el único paso

por el río Tajo en kilómetros. Se trataba de una vía muy transitada, y lo es incluso hoy

en día, debido a que no se ha podido construir otro puente en la zona.

Ilustración 1.2: Puente a principios del siglo XIX

En Toledo se puede observar una obra similar del mismo Pedro Tenorio, el puente de

San Martín (Ilustración 1.3), que aún conserva sus torres originales. Se aprecia la

estructura similar y la forma de los pilares en tajamar, construidos de tal manera que la

corriente se reparta por igual a ambos lados del pilar, para producir una menor

resistencia a la fuerza de arrastre del agua.

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Ilustración 1.3: Puente de San Martín (Toledo)

Se puede intuir la manera en la que fue construido el puente a través de las pistas que

han perdurado en el tiempo: primero, las saeteras por las que se introducía la cimbra

(armazón que sostiene el peso del arco durante la construcción del mismo); y segundo,

las hendiduras en la pared que facilitaban la subida de las piedras (Ilustraciones 1.4 y 1.5

respectivamente).

Ilustración 1.4: Saeteras

Ilustración 1.5: Hendiduras

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1.3. Situación geográfica

El Puente del Arzobispo se encuentra al oeste de la provincia de Toledo, Castilla La

Mancha, a la orilla del río Tajo (ilustraciones 1.6 y 1.7 procedentes de información del

IGN). Esta localidad se encuentra a unos 180 Km de la capital pasando por Talavera de

la Reina. Se sitúa en el límite entre Extremadura y Castilla la Mancha.

El puente se encuentra al sur de dicho pueblo, cruzando el río Tajo. Se trata de un puente

muy transitado ya que es, como se ha indicado anteriormente, el único en muchos

kilómetros.

Ilustración 1.6: Situación geográfica del Puente del Arzobispo (mapa)

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Ilustración 1.7: Situación geográfica del Puente del Arzobispo (Ortofoto)

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1.4. Introducción a la tecnología escáner láser

Antes de explicar el proceso del escaneado láser debemos explicar brevemente en qué

consiste. El escaneado láser es un método mediante el cual una superficie se muestra o

escanea usando tecnología láser. Se analiza un entorno u objeto real para tomar datos

sobre su forma y, posteriormente, su apariencia. Los datos capturados pueden ser

usados para realizar reconstrucciones digitales, planos bidimensionales o modelos

tridimensionales, como en nuestro caso, productos útiles en gran variedad de

aplicaciones.

La ventaja del escaneado láser es el hecho de que se puede tomar una gran cantidad de

puntos con una alta precisión en un periodo de tiempo relativamente corto. Es como

tomar una fotografía con información de profundidad, y al igual que en el caso de la

fotografía, los escáneres láser son instrumentos de línea de vista. Por tanto, es necesario

realizar múltiples capturas desde diferentes estaciones para garantizar una cobertura

completa de una estructura.

La tecnología actual de los escáneres láser se puede dividir en dos categorías de equipos:

estático y dinámico. En el caso de este TFG se ha empleado la primera técnica, ya que el

escáner se mantiene fijo durante la toma de datos. Las ventajas de este método son la

alta precisión y la relativa alta densidad de puntos. El escáner láser estático suele ser el

método más extendido a la hora de realizar escaneados terrestres.

En el caso de los escáneres láser dinámicos, el escáner se suele montar en una

plataforma móvil. Estos sistemas requieren sistemas de posicionamiento adicionales

tales como INS o GNSS, lo que hace que el sistema completo sea más complejo y caro.

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1.5. Posibles aplicaciones de un modelo tridimensional obtenido por

técnicas láser escáner

Esta técnica resulta muy útil en la ingeniería civil ya que constituye una ayuda para las

medidas de conservación y mejora de la restauración en este tipo de infraestructuras.

Las aplicaciones en este campo pueden ser variadas y entre ellas podemos citar:

Visualización de los perfiles, tanto longitudinales como transversales

Localizar grabados

Detectar restauraciones que se han efectuado a lo largo del tiempo

Si realizamos escaneados cada cierto periodo de tiempo podemos ver si se

producen deformaciones

Generación de ortofotografías

Levantamiento topográfico de alta definición

Algunas de las múltiples ventajas de la utilización de esta técnica son las siguientes:

Registro de una gran cantidad de puntos en cuestión de segundos o minutos

El volumen de datos permite la creación de un modelo muy detallado y fiel a la

realidad (millones de puntos)

Posibilidad de agregar texturizado a los modelos y darle un aspecto realista

Sólo es necesario la participación de un operario

Con esta técnica se puede trabajar a cualquier hora del día o de la noche ya que

no se necesita luz para la toma de datos

También es importante señalar que si trabajamos con objetos de interés

histórico esta técnica es una elección válida ya que se realiza una medición sin

contacto con el objeto a estudiar y evitamos las alteraciones de éste.

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Al igual que cuenta con ventajas, hay que nombrar algunos inconvenientes de esta téc-

nica de trabajo:

La gran cantidad de datos hace que el trabajo de gabinete (modelado) sea largo

y tedioso

Se trata de una técnica muy costosa, ya que el precio del equipo láser escáner es

muy elevado pudiendo costar hasta los 350.000 euros.

Zonas de sombra. Pueden suponer un gran problema y es necesaria una

planificación previa cuidadosa para cubrir todo el objeto a escanear

Ilustración 1.8: Aplicaciones del escáner láser

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1.6. Material utilizado en la toma de datos

1.6.1. Láser Escáner Z+F IMAGER 5010

El instrumento láser escáner 3D es un elemento fundamental de este Trabajo Fin de

Grado. El equipo utilizado es un láser-escáner de la casa Z+F IMAGER 5010, que procede

de la HafenCity Universität Hamburg (HUC).

El funcionamiento del equipo láser escáner se basa en la captura de una nube de puntos

con la que luego se realiza la obtención del modelo tridimensional. Para cubrir un objeto

en general es necesaria la realización de varios estacionamientos que posteriormente

se unen. Esta unión se basa en la transformación de diversos sistemas de coordenadas

locales (cada escaneado posee el suyo propio) en un sistema de coordenadas general.

El escáner láser utilizado tiene las

características que se especifican en las tablas

de la 1.1 a la 1.7. Como se aprecia en la

ilustración 1.10 el equipo cuenta con dos

puertos de entrada USB en los que se insertan

2 discos de 32 GB de memoria para almacenar

datos. También posee una memoria interna

de 64 GB de alta velocidad en la que se

pueden almacenar los datos. Se pueden

extraer por medio de una IP que genera el

propio láser escáner, mediante una conexión

inalámbrica Wifi entre éste y el ordenador.

Ilustración 1.9: Láser escáner Z+F IMAGER 5010

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Este tipo de escáner láser basa la medida de distancia

en analizar la diferencia de fase existente entre la

onda emitida y la recibida. La luz emitida (incoherente)

se modula en amplitud y se envía a la superficie. La

reflexión dispersa se captura y un circuito mide la

diferencia de la fase entre las ondas enviada y

recibida, y por tanto la demora.

Las diferentes resoluciones de captura son preliminar,

media, alta, súper alta, ultra alta y extremadamente

alta. Posee una pantalla táctil a color con funciones

para visualizar los escaneos y medir directamente

sobre los datos capturados.

Es un escáner láser de alta precisión y se usa para ingeniería, agrimensura de precisión,

investigación forense, accidentología, medición de fachadas (arquitectura),

monumentos, patrimonio histórico, etc.

1.6.2. Dianas de referencia

Las dianas de referencia, también llamadas target, son muy importantes a la hora de

realizar una medición, ya que son las responsables de que luego podamos unir las nubes

de puntos de todos los escaneados realizados. Es importante que estén bien distribuidas

en todas las direcciones y que haya, al menos, tres dianas en común entre un punto de

escaneado y otro. Cuantos más puntos en común existan mayor será la precisión de la

unión de las nubes de puntos.

Ilustración 1.10: Puertos del escáner láser

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Ilustración 1.11: Diana giratoria sobre trípode Ilustración 1.12: Dianas impresas, plastificadas y pegadas sobre elementos de la calle

Ilustración 1.13: Target de placa de aluminio sobre trípode

Cada diana tiene asignado un número y éste tiene que ser único en todo el proyecto, ya

que la repetición de uno de ellos produciría problemas y errores a la hora de hacer la

unión de nubes de puntos.

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1.6.3. Cámara fotográfica

Fue necesario utilizar una cámara fotográfica réflex en la toma de imágenes desde cada

estacionamiento para el posterior creado de panorámicas. Estas panorámicas se

utilizaron para hacer un modelo tridimensional más realista del puente como se explica

en apartados posteriores.

El equipo utilizado fue una cámara NIKON de modelo D80 con las siguientes

características para la toma de nuestras fotografías:

Objetivo de focal fija: 20mm

ISO: 100

Tiempo de exposición: variable

Dimensiones: 2592x3872 píxeles

Resolución horizontal y vertical: 300 ppp

Representación del color: sRGB

Ilustración 1.14: Nikon D80

Ilustración 1.15: Nikkor 20 mm f/2.8 D AF

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Laser system IMAGER and PROFILER

Laser class 1

Beam divergence < 0.3 mrad (fullangle)

Beam diameter approx. 3.5 mm (at 0.1 m distance)

Range 187.3 m (unambiguity interval)

Minimum distance 0.3 m

Resolution range 0.1 mm

Data acquisition rate Max. 1.016 million pixel/sec.

Linearity error ≤ 1 mm

Range noise black 14 % grey 37 % white 80 %

Range noise, 10 m 0.5 mm rms 0.4 mm rms 0.3 mm rms



Range noise, 100 m 10 mm rms 3.8 mm rms 2.0 mm rms

Temperature drift negligible

Tabla 1.1: Datos técnicos del Láser-Escáner Z+F IMAGER 5010

Deflection unit IMAGER PROFILER

Vertical system completely encapsulated rotating mirror

Horizontal system device rotates about its vertical axis

Vertical fi eld of view 320° 320°

Horizontal fi eld of view 360° ---

Vertical resolution 0.0004° 0.0016°

Horizontal resolution 0.0002° ---

Vertical accuracy 0.007° rms 0.007° rms

Horizontal accuracy 0.007° rms ---

Rotation speed max. 50 rps (3,000 rpm) max. 100 rps (6,000 rpm)

Tabla 1.2: Precisiones y resoluciones del Láser-Escáner Z+F IMAGER 5010

Deflection

unit IMAGER IMAGER and PROFILER PROFILER

Scan duration

Angle

resolution pixel/360°

horizontal & vertical less quality

normal quality

high quality

premium quality

pixel/360° vertical

“preview“ 1,250 --- 0:26 min --- --- 1,280

“low“ 2,500 0:26 min 0:52 min 1:44 min --- 2,560

“middle“ 5,000 0:52 min 1:44 min 3:22 min 6:44 min 5,120

“high“ 10,000 1:44 min 3:22 min 6:44 min 13:28 min 10,240

“super high“ 20,000 3:28 min 6:44 min 13:28 min 26:56 min 20,480

“ultra high“ 40,000 --- 13:28 min 26:56 min 53:20 min 40,960

“extremely

high“ 100,000 --- 81:00 min 162:00 min --- ---

Tabla 1.3: Posibles resoluciones del Láser-Escáner Z+F IMAGER 5010

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Miscellaneous IMAGER PROFILER

Dual-axis compensator resolution: 0.001° measurement range: +/- 0.5°

accuracy: < 0.007° selectable on/off ---

Laser plummet laser class: 2 accuracy of plummet: 0.5 mm/1m

laser point diameter: < 1.5 mm at 1.5 m ---

Levelling display electronic level in onboard display and LRC ---

Communication Ethernet/W-LAN Ethernet

Data storage internal 64 GB fl ash card, 2 x 32 GB USB external fl ash drive

Data transmission Ethernet or USB 2.0

Integrated control panel touch screen, colour display for browsing scan data and colour pictures,

with measuring and navigation functions

Interfaces 2 x USB, LEMO 9-pin und LEMO 7-pin connections for M-Cam and external

sensors e.g. GPS, odometer, etc.

Tabla 1.4: Datos técnicos del Láser-Escáner Z+F IMAGER 5010

Power supply IMAGER PROFILER

Input voltage 24 V DC (scanner) 100 – 240 V AC

(power unit)

24 V DC (scanner) 100 – 240 V AC

(power unit)

Power consumption < 65 W

(on average)

< 75 W

(on average)

Operating time > 2.5 h (internal battery) unlimited

Tabla 1.5: Características de la fuente de alimentación del Láser-Escáner Z+F IMAGER 5010

Ambient conditions IMAGER and PROFILER

Operating temperature -10 °C … +45 °C

Storage temperature -20 °C … +50 °C

Lighting conditions operational in all conditions, from bright sunlight to pitch darkness

Humidity non-condensing

Protection class IP 53

Tabla 1.6: Condiciones atmosféricas del Láser-Escáner Z+F IMAGER 5010

Dimensions and weights IMAGER PROFILER

Scanner

Dimensions (w x d x h)

Weight

170 x 286 x 395 mm

9.8 kg

170 x 286 x 395 mm

9.8 kg

Battery

Dimensions (w x d x h)

Weight

170 x 88 x 61 mm

1.2 kg ---

AC power unit

Dimensions

Weight

35 x 67 x 167 mm

0.54 kg

35 x 67 x 167 mm

0.54 kg

Tabla 1.7: Dimensiones del Láser-Escáner Z+F IMAGER 5010

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METODOLOGÍA DE TRABAJO

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2. METODOLOGÍA DE TRABAJO

2.1. Planificación del trabajo de campo

En la planificación del trabajo de campo, con este tipo de instrumento, lo más

importante que hay que tener en cuenta son los puntos de estacionamiento del equipo

láser y la distribución de las dianas, al igual que la precisión a la que vamos a realizar el

escaneado, que dependerá de la finalidad de nuestro trabajo. Esto último también

puede depender del tiempo que tengamos, ya que dependiendo de la precisión a la que

realicemos el escaneado el tiempo de éste varía (ver tabla 1.3). La precisión está

directamente relacionada con la densidad de puntos del escaneado.

En el caso del presente proyecto los puntos de estación y las posiciones de las dianas se

planificaron previamente al trabajo. El proceso se especifica en el punto 2.2.

2.2. Toma de datos

La toma de datos se comenzó el día 4 de marzo de 2015 por el lado sur del río, la parte

superior del puente, y se fue avanzando en dirección norte por la parte baja del puente

escaneando los arcos. A continuación se cruzó el río y se continuó debajo del puente.

Finalmente se terminó la parte más septentrional y la parte superior de éste.

El proceso acabó el día 9 de marzo. La posición de los puntos de estacionamiento se

indica en los croquis realizados (ver en el apartado de anexos).

Se acordó ir apuntando en cada estación las dianas visibles para así facilitar el trabajo

de identificación y de unión de las nubes de puntos (ver apartado de anexos).

A la hora de estacionar, se tuvo en cuenta que el cero (o punto donde empieza a

escanear el escáner láser, ver ilustración 2.1) se orientara más o menos en la misma

dirección en todas las estaciones para así facilitar un poco más el tratamiento de datos,

ya que se trata de muchos estacionamientos y, por tanto, muchas nubes de puntos que

unir.

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Ilustración 2.1: Origen de los escaneados en el escáner láser Z+F IMAGER 5010

El método de trabajo utilizado fue el registro mediante resección de dianas escaneadas.

La elección de este método influye en la planificación del trabajo de campo ya que en

ella se decide la colocación de éstas y de los puntos de estacionamiento.

Por último, a la hora de trabajar con este tipo de instrumento, es importante asegurar

que se cubre toda la zona del objeto del trabajo y que se estaciona tantas veces como

sea necesario. Es conveniente, por ello, hacer la unión de puntos antes de abandonar la

zona para comprobar si ésta queda correctamente cubierta.

La toma de datos se realizó con una resolución llamada “super high” (Resolución muy

alta) y una calidad normal, lo que implicó que el tiempo de cada escaneado fuera de

6.44 minutos (tabla 1.3).

Cuando cada escaneado se hubo acabado se realizaron escaneados adicionales de

resolución “extremelly high” (extremadamente alta) sólo en las zonas de las dianas

desde el mismo punto de estación. Esta operación se realiza abriendo la imagen del

escaneado y marcando sólo las áreas de interés para volver a escanearlas con más

precisión y así facilitar el reconocimiento de éstas en la fase de tratamiento de datos.

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2.3. Preparación de los datos

La primera y más importante preparación de los datos consiste en la conversión de los

datos de las nubes de puntos a un formato en el que podamos trabajar con el programa

específico de Trimble, RealWorks.

Este programa permite registrar, visualizar, explorar y manejar datos de nubes de

puntos capturados previamente con un equipo láser escáner. Incorpora herramientas

precisas, características de modelado orientadas a aplicaciones como la topografía civil,

la construcción, el catastro de patrimonio histórico como en nuestro caso, y aplicaciones

forestales, además de muchas otras de la industria geoespacial.

Ilustración 2.2: Filtros de importación Z+F

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Se abren los ficheros en el formato original del escáner y aparecerá una ventana en la

que rellenaremos las características correspondientes (Ilustración 2.2). Esta conversión

de datos, debido a su gran precisión y número de puntos, tarda aproximadamente

treinta minutos.

Ilustración 2.3: Visualización de nube de puntos de un posicionamiento (archivo TZF)

Una vez convertidos los datos se generarán unos proyectos de extensión .rwp a los que

están vinculados los archivos TZF que permiten un mejor reconocimiento de dianas

(Ilustración 2.3).

Cada punto de la nube de puntos posee unas coordenada X, Y, Z y un valor de intensidad,

lo que permite ver la nube mejor ya que, si no representamos la nube con las

intensidades, los objetos serían muy difíciles de reconocer. Algunos escáneres

proporcionan información de color pero éste no es nuestro caso.

Ilustración 2.4: Day01_02 sin intensidades Ilustración 2.5:Day01_02 con intensidades

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2.3.1. Toma y procesado de fotografías

Desde cada punto de estación se tomaron veinticuatro fotografías, doce a 45º hacia

arriba y doce a 45º hacia abajo (Ilustración 2.6).

Ilustración 2.6: Toma de fotografías

Estas fotografías se realizaron para

luego dar textura y color al modelo, ya

que el escáner láser utilizado en este

TFG realiza la captura de datos en

blanco y negro.

Una vez tomadas las fotografías en cada

estación, se procesaron con el programa

PTGui, que permite unir fotografías y

convertirlas en panorámicas de alta

calidad.

Su nombre viene de las siglas de “Graphical User Interface for Panorama Tools”. Se trata

de un programa muy rápido, de manejo fácil y que permite unir varias filas de

fotografías. Con él se pueden generar panorámicas cilíndricas, parciales (plano) e incluso

esféricas (360x180). No hay necesidad de mantener el nivel de la cámara, aunque en

este proyecto lo mantuvimos, ya que con PTGui se pueden unir imágenes rotadas y

basculadas.

El proceso de la unión se hace de forma automática. Se identifican puntos en común

entre dichas fotografías de forma automática, y si no se encontrasen se puede hacer la

búsqueda de manera manual. Se pueden ir analizando los errores que se producen y si

hay alguno muy alto, se va a dicho punto y se corrige manualmente.

pág. 34



Ilustración 2.7: Importación fotografías en software PTGui

Ilustración 2.8: Procesamiento de fotografías en el software PTG

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Ilustración 2.9: Panorámica de la estación 3

El resultado del tratamiento de las imágenes es una panorámica por cada punto de

estacionamiento que posteriormente se fusiona con el modelo, como se explicará en

apartados siguientes.

Este proceso permitirá obtener un modelo final realista, ya que, como se ha indicado

anteriormente, el modelo que se obtiene con los datos del equipo láser escáner no tiene

ni color ni textura debido al equipo utilizado en la medición. En versiones posteriores de

este tipo escáner láser se incorpora una cámara a color que evita este proceso y facilita

el procesamiento de datos.

Se dan casos en que no se obtiene resultados de manera automática y tampoco se

soluciona con corregir algunos puntos. Esto se suele producir porque la diferencia de

intensidad entre las fotografías es muy grande y hay que proceder a realizar el proceso

de manera completamente manual.

Las panorámicas de este TFG están hechas con una proyección cilíndrica que permite

una visualización de 360º al igual que en la visualización de la nube de puntos 3D.

pág. 36



2.3.2. Preparación de las nubes de puntos

En esta fase hemos trabajado con el programa de Trimble Realworks 9.0. Para este

proceso se decidió que se realizarían grupos de proyectos, ya que los datos de este TFG

eran de gran envergadura tanto por el número de escaneados como por la precisión

predeterminada. En concreto se realizaron cinco grupos estructurados de la manera que

se muestra más abajo (ilustraciones 2.10, 2.11, 2.12, 2.13 y 2.14).

Ilustración 2.10: Fusión 1




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Una vez que hemos cargado todos los datos y convertido en proyectos de RealWorks es

importante que hayamos guardado los datos originales en formato Z+F, previniendo

que, si se cometiera algún tipo de error a la hora del procesado de datos, podamos vol-

ver al punto de inicio. En este caso hemos guardado los datos en cada fase del proyecto.

Como podemos ver en las ilustraciones (2.10, 2.11, 2.12, 2.13 y 2.14) cada escaneado

constituye un proyecto independiente de RealWorks que a su vez están agrupados en

cinco proyectos. Por ello el proyecto Fusión1 consta de diez nubes de puntos (diez pun-

tos de estacionamiento), el proyecto Fusión2 consta de ocho nubes de puntos (ocho

puntos de estacionamiento) y así consecutivamente.

pág. 38



pág. 39



2.4. Unión de las nubes de puntos

Una vez incorporados los datos al programa procedemos a trabajar con las opciones que

ofrece RealWorks (Ilustración 2.15). En este caso se comenzó con marcar la opción

Registro, ya que vamos trabajar con la identificación de dianas y registro de éstas.

Ilustración 2.15: Opciones de RealWorks

Para la extracción automática de dianas y registro se pulsa el menú “Registro” y se elige

la opción “Extracción automática de objetivos, y registro…” y se abre una ventana con

características que modificaremos en concordancia a nuestro proyecto (Ilustraciones

2.16 y 2.17).

Ilustración 2.16: Extracción automática de objetivos y registro

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Ilustración 2.17: Características de la extracción de objetivos

Realizado este proceso de incorporación de datos al programa y extracción automática

de dianas, podremos ver los datos representados en 3D (Ilustración 2.18).

La extracción automática de dianas no siempre funciona como nos gustaría y a veces no

identifica todas las dianas o identifica como dianas objetos que no lo son. En este caso

procederemos a realizarlo de forma manual en la opción “Registro” y eligiendo el menú

“Herramienta analizador de objetivos” (Ilustración 2.19).

Se abre una ventana en el Área de trabajo (Ilustración 2.20) y una ventana con la imagen

en formato TZF en blanco y negro (Ilustraciones 2.21 y 2.22).

Ilustración 2.18: Escaneado Day01_02

pág. 41



Ilustración 2.19: Herramienta Analizador de objetivos

En este proyecto se decidió cargar las nubes con los datos intactos para así hacer una

identificación más precisa, por lo que no se empezó a aligerar hasta que estuvo todo

unido.

Ilustración 2.20: Opciones de Herramienta Analizador de objetivos

pág. 42



Ilustración 2.21: Creación de objetivos de forma manual

Ilustración 2.22: Nueva diana identificada

Si una diana está muy lejos y no es posible identificarla con precisión es mejor no

identificarla en el programa ya que empeora la precisión de todo el trabajo. Por esta

razón es importante haber puesto en campo más dianas de las estrictamente necesarias.

El mínimo son tres dianas en común entre dos escaneados, por lo que es bueno contar

con al menos cinco. La gran ventaja de haber puesto dianas de más es que si una de ellas

es de peor precisión se puede eliminar del proyecto mejorando así la precisión global.

pág. 43



Se decidió hacer el reconocimiento y la búsqueda de dianas en cuanto se cargaba un

único escaneado debido al tamaño y al gran número de puntos tomados, lo que permitió

seguir un orden a la hora del numerado y del registro.

Debido a la envergadura del proyecto (treinta y ocho escaneados) hubo algunos

escaneados en los que no había dianas suficientes en común entre dos de ellos, o bien

debido a que algunas de las dianas estaban muy lejos (como por ejemplo al otro lado

del río Tajo) y no eran posibles de identificar. En este caso lo que se procedió a hacer es

crear objetivos de tipo puntales visibles en dos o más escaneados. En este TFG lo más

prudente fue coger puntos en el mismo puente o en objetos anexos a él como en los

conductos de ventilación.

Una vez hecha la identificación de dianas en el menú “Registro” entramos en “Herra-

mienta Analizador de objetivos” (Ilustración 2.23).

Esta técnica consiste en fusionar las nubes de puntos utilizando las dianas, aunque el

programa utilizado da la opción de hacerlo por otra técnica llamada “Herramienta Re-

gistro basado en nubes” (técnica utilizada más adelante) que consiste en identificar pun-

tos homólogos en los escaneados. Este proceso se hace de forma automática o semiau-

tomática. En este caso se optó por hacerlo de manera automática.

Ilustración 2.23: Herramienta Registro basado en objetivos

pág. 44



El programa registrará todas las dianas de los escaneos que hayamos marcado y mos-

trará los errores residuales y de ajuste. Si encontramos que hay algún error muy grande

puede que hayamos hecho una mala identificación y se procederá a corregirlo o a qui-

tarlo.

En las siguientes ilustraciones se presentan los cinco proyectos representados en 3D con

los puntos de estacionamiento representados con un triángulo naranja y una etiqueta

con el nombre de éste.

Ilustración 2.24: Fusión 1 completa


pág. 45




Ilustración 2.27: Fusión4 completa


pág. 46



Una vez realizada la unión de los cinco proyectos se procedió a efectuar la unión de

éstos, es decir, la unión total de los treinta y ocho escaneados. Esta última unión tam-

bién se hizo por partes, ya que se trata de proyectos muy grandes y de esta forma es

más fácil advertir errores.

Ilustración 2.29: Combinación de proyectos

Esta última unión se realizó con la opción “Combinar proyectos” y fueron cuatro fusiones

en total:

Fusión 1

Fusión 2

Fusión 5

Fusión 3

Fusión 4

Una vez combinados dos proyectos se debe de hacer un registro como se indicó ante-

riormente. En este proceso hubo que añadir algunos puntos ya que, por ejemplo, entre

la unión de la Fusión_1,2y5 y la Fusión_3y4 no había dianas en común, lo que complicó

un poco la unión.

Fusión_1y2

Fusión_1,2y5

Fusión_3y4

FusiónTotal

pág. 47



Realizada la unión completa de todas las nubes de puntos, se obtuvo un proyecto lla-

mado FusiónTotal (Ilustración 2.30) y se obtuvo un informe del registro con un error

medio de 2.32 mm, que es tolerable por los objetivos de este TFG.

Ilustración 2.30: FusiónTotal

Después de la unión de todas las nubes se realizó un corte a lo largo del puente para

comprobar visualmente localidad métrica de la fusión. Esta operación se realizó con la

herramienta “Plano de corte”. En la ilustración 2.31 se observan los resultados.

Ilustración 2.31: Plano de corte

pág. 48



Ilust

raci

ón

2.3

2: D

eta

lle d

e la

Fu

sió

n T

ota

l

pág. 49



2.5. Procesado de las nubes de puntos

Una vez unidas todas las nubes de puntos se procedió a ejecutar la eliminación de todos

aquellos puntos que no pertenezcan al puente, es decir, todas las edificaciones

adyacentes, la vegetación, las personas, los coches, las señales, etc.

Esta tarea se realizó de manera manual usando dos herramientas básicas del programa

que fueron la segmentación y el muestreo.

2.5.1. Segmentación de la nube

La herramienta de segmentación de la nube permite seleccionar por medio de polígonos

las zonas que queramos eliminar o conservar en nuestro proyecto, es decir, permite

clasificar la información.

Esta fase del procesado es laboriosa y lleva mucho tiempo pero es clave para los

resultados que obtengamos, ya que se trata de una depuración que influirá

directamente en éstos.

Ilustración 2.33: Herramienta de segmentación

Esta tarea se dividió en dos fases: primero una depuración grosera (Ilustración 2.33 y

2.34) y posteriormente una depuración más fina, definiendo los bordes del puente

(Ilustración 2.35 y 2.36).

pág. 50



Ilustración 2.34: Depuración grosera de la nube fusionada

Ilustración 2.35: Depuración grosera de la nube fusionada según los colores del escaneado

En la fase de la depuración fina, aparte de definir los bordes del puente, se quitaron

todos los trípodes situados encima del puente y los vehículos que pasaban por encima

de él mientras se estaba realizando el escaneado.

pág. 51



Ilustración 2.36: Escaneado de la parte superior del puente sin depurar

Ilustración 2.37: Parte superior del puente depurada

Una vez realizada esta operación en la nube de puntos quedará únicamente el puente,

es decir, la nube de puntos final que servirá para la realización del modelo.

Al finalizar la unión de todas las nubes de puntos, se observó que un tramo de la

superficie superior quedaba sin información, sin puntos. En esta zona fue imposible

estacionar ya que el puente es de un solo carril y pasaban vehículos constantemente.

pág. 52



Lo que se podía realizar en este caso sería un levantamiento con técnica GNSS en tiempo

real en la zona que no alcanza el escáner láser, pero en el caso de este TFG, como se

realizó simultáneamente un levantamiento fotogramétrico con dron, se utilizó la nube

de puntos obtenida gracias a los datos de éste para completar el modelado del puente

(Ilustración 2.38).

Ilustración 2.38: Nube de puntos obtenida con el levantamiento con dron

La unión del modelo fotogramétrico con la nube de puntos de los escaneados se realizó

gracias a la herramienta registro basado en nubes. Esta herramienta permite unir nubes

mediante puntos homólogos, como se observa en la ilustración 2.38. Cada nube aparece

en una pantalla, lo que facilita este trabajo.

Esta herramienta usa la técnica llamada ICP (Iterative Closet Point) para alinear ambos

conjuntos de datos. Esta técnica requiere que el usuario marque al menos tres pares de

puntos correspondientes en las nubes de puntos. Como estos pares nunca serán

exactamente los mismos puntos, el algoritmo ICP comprueba iterativamente las

distancias entre todos los puntos de las nubes y estima la transformación para alinear

ambos conjuntos de manera que el error sea mínimo.

pág. 53



Ilustración 2.39: Registro basado en nubes

Otra opción, que es la que se utilizó, es el manejo manual de las nubes de puntos para

que coincidan (Ilustración 2.39). Este proceso consiste en dejar una nube fija e ir

moviendo la otra hasta que éstas coincidan. En el caso de este TFG se dejó fija la nube

del escaneado.

Ilustración 2.40: Registro basado en nubes manual

pág. 54



pág. 55



La unión final entre las dos nubes se muestra en la ilustración 2.40.

Ilustración 2.41: Registro basado en nubes (nubes coincidentes)

pág. 56



2.5.2. Muestreo de la nube

Es necesario realizar un muestreo de la nube de puntos, es decir, simplificar la nube

basándose en características predeterminadas. Esta herramienta consiste en la

eliminación de puntos mejorando el manejo y el tiempo de procesado al utilizar otras

herramientas.

El programa permite varios tipos de muestreo pero en este proyecto se aplicó el

muestreo espacial, ya que es necesario mantener el máximo detalle posible en el

modelo del puente. Esta opción requiere la distancia absoluta entre puntos en la nube

resultante. La distancia entre puntos se estableció en 100 milímetros.

Por tanto, hemos pasado de tener casi tres millones de puntos a menos de un millón.

Ilustración 2.42: Muestreo de la nube de puntos

pág. 57



2.5.3. Mallado de la nube de puntos

Normalmente, el producto final de un modelado 3D es una malla de la superficie del

objeto. Todos los puntos de la nube de puntos se conectan a través de triángulos y se

genera un modelo de malla.

Para que este modelo sea de calidad suficiente, se deben seguir los siguientes pasos:

Limpieza de los datos (reducción de ruido, eliminación de errores groseros…)

Remuestreo

Mallado o triangulación

Eliminación de vacíos

Optimización de la malla

Existen muchos algoritmos para crear una malla a partir de una nube de puntos. En el

caso de RealWorks este proceso se realiza mediante el criterio de Delaunay, que

establece que la circunferencia circunscrita en cada triángulo de la red no debe contener

ningún vértice de otro triángulo.

Ilustración 2.43: Ejemplo de criterio de Delaunay: en la primera imagen no se cumple y en la segunda sí

pág. 58



Ilustración 2.44: Triangulación de Delaunay de una nube de puntos

Una vez creada la malla a partir de la nube de puntos, ésta queda como se muestra en

la ilustración 2.44. Se observa una serie de imperfecciones como agujeros sobre la

superficie y zonas mal trianguladas, que serán tratadas posteriormente.

Ilustración 2.45: Mallado de la nube de puntos en RealWorks

La herramienta utilizada para el mallado ofrece la opción de realizar un mallado según

los tipos de proyecciones: plana, esférica, cilíndrica y la que hemos utilizado, sin proyec-

ción.

Se seleccionó la nube entera y este proceso duró varios minutos. Para que este proce-

samiento no durara demasiado previamente se había realizado un muestreo de la nube

de puntos de 100 milímetros. En las opciones que ofrece esta herramienta se seleccionó

la eliminación de discontinuidades.

pág. 59



Ilust

raci

ón

2.4

6: M

od

elo

3D

pág. 60



pág. 61



RESULTADOS

pág. 62



pág. 63



3. RESULTADOS

Una vez obtenido un modelo 3D final depurado y preparado para su uso, tenemos

diferentes opciones para obtener una amplia gama de productos finales con el programa

RealWorks 9.0. En el caso de este TFG se decidió obtener los siguientes ejemplos de

productos:

Texturizado

Secciones longitudinales

Secciones transversales

Ortofotografías

Estudio de túnel

Estos productos finales están listos para hacer estudios tanto arqueológicos como

estructurales y para las aplicaciones ya indicadas en el apartado 1.5 de este TFG.

3.1. Texturizado de un pilar del puente

Se ha seleccionado un pilar del puente para mostrar cómo se realiza el texturizado,

teniendo en cuenta que el escáner láser utilizado no incorporaba cámara fotográfica y

las fotografías debieron tomarse con una cámara réflex, prolongando el tiempo de

postproceso.

El trozo de malla seleccionado es el de uno de los pilares principales, concretamente el

situado más al sur del puente. Los pilares principales son los dos pilares más grandes,

donde se encontraban los torreones, ubicados en los extremos de la arcada principal.

El primer paso ha sido seleccionar con el cursor la parte de la nube de puntos que se

quiere texturizar y después volver a hacer el mallado como se muestra en las

Ilustraciones 3.1 y 3.2.

pág. 64



Ilustración 3.1: Nube de puntos del Pilar

Ilustración 3.2: Mallado del Pilar

pág. 65



Para realizar el texturizado se utilizaron fotografías tomadas en campo con una cámara

réflex, como las ilustraciones 3.3 y 3.4. No se utilizaron las panorámicas enteras ya que,

para una parte tan reducida del puente, no era necesario. Bastó con unir las fotografías

que contenían la parte relevante para texturizar el trozo de malla del pilar seleccionado.

Ilustración 3.3: Fotografía 1 del Pilar

pág. 66



Ilustración 3.4: Fotografía 2 del Pilar

El proceso de texturizado resulta un proceso sencillo, aunque laborioso con el programa

utilizado, y se basa en seleccionar puntos homólogos tanto en el modelo como en la

fotografía (Ilustración 3.5).

En RealWorks primero se hace coincidir la imagen con la malla en la herramienta de

coincidencia de imágenes y después ésta se proyecta en edición de mallas.

Lo complicado de este proceso es el seleccionar de tal manera los puntos de ambos

ficheros para que se produzca la menor deformación posible en la fotografía. Además

hay que seleccionar los puntos homogéneamente sobre la imagen. En este modelo los

puntos clave de fusión han sido las esquinas del modelo para definir los planos

principales que lo forman.

pág. 67



Ilustración 3.5: Selección de puntos homólogos en la imagen y en el modelo

Ilustración 3.6: Selección de puntos homólogos de la parte superior del pilar

En el caso de la parte superior del puente se utilizó una de las imágenes obtenidas con

el dron, ya que desde tierra había zonas que quedaron sin fotografiar debidamente,

como es el caso de la parte superior de la barandilla (Ilustración 3.6) o el lugar de

estacionamiento en la parte superior. Una vez proyectada la imagen sobre el modelo,

éste queda como se puede observar en la Ilustración 3.7.

pág. 68



Ilustración 3.7: Resultado 1 - Pilar texturizado

Ilustración 3.8: Detalle del texturizado en la parte superior del pilar

pág. 69



3.2. Secciones longitudinales y transversales

Las secciones longitudinales son secciones que cortan el modelo mediante planos a lo

largo del eje X. Éstas permiten valorar el estado de los pilares, y detectar por ejemplo si

en éstos se están produciendo algunas deformaciones, etc. Los planos seleccionados en

el modelo del puente distan entre sí 1 metro.

Un estudio estructural sería un estudio muy acertado para este puente ya que nunca se

ha realizado ninguno. Este estudio sería de gran utilidad e importancia ya que no se sabe

si el tránsito de camiones y vehículos sobre él produce algún efecto negativo para la

estructura. Tampoco se conoce ningún efecto de la voladura de las torres (Reseña

histórica).

El estudio de la estructura también es importante a la hora de tomar decisiones con

relación a una restauración para la conservación del patrimonio histórico. Esta labor

también se les encomienda a los arquitectos.

A partir de las secciones obtenidas y simple vista no se detecta ninguna deformación

importante.

Ilustración 3.9: Secciones longitudinales - Sección 11

pág. 70



Ilustración 3.10: Secciones longitudinales - Sección 9

Las secciones transversales son secciones producidas por planos que cortan el modelo

mediante planos a lo largo del eje X. Estas secciones, al igual que las longitudinales,

permiten analizar cómo se comporta la estructura del puente y ver el perfil de la calzada.

Ilustración 3.11: Secciones transversales – Sección 50

pág. 71



Ilust

raci

ón

3.1

2: S

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pág. 72



Ilust

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3.1

3: S

ecci

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sale

s

pág. 73



3.3. Ortofotografías

Se realizaron tres ortofotografías de los laterales y una de la superficie superior del pilar

a escala 1:100 (el mismo pilar que hemos texturizado anteriormente). Una

ortofotografía es una fotografía de la superficie terrestre o de un elemento, como en

este caso del objeto de nuestro trabajo, en la que todas las zonas representadas

presentan la misma escala, libre de errores y deformaciones. Por tanto una

ortofotografía tiene las mismas características que un plano, y ésta puede ser utilizada

directamente para obtener documentación métrica a la escala indicada. Estas

ortofotografías son de gran importancia para trabajos tanto de ingeniería como de

arquitectura.

Se realizaron secciones, que se pueden observar en la ilustración 3.14. Estas

ortofotografías se incluyen en los anexos.

Ilustración 3.14: Ortofotografía 1

pág. 74



Para la creación de las ortofotografías se empleó la herramienta ortoproyección, que se

activa seleccionando la malla. Una vez abierta la herramienta procedemos a definir el

plano de proyección seleccionando tres puntos sobre la superficie que deseemos

representar. Una vez seleccionada, se define la resolución deseada.

Ilustración 3.15: Herramienta ortoproyección

La ortofotografía se puede crear tanto con el texturizado como sin él. En este TFG se

realizó con él.

Una vez elegida la resolución y el área de la fotografía de interés se obtiene una vista

previa, y si reúne los requisitos técnicos del trabajo, comienza su procesado. Se crea un

archivo de imagen TIFF y un archivo de texto que incluye como metadatos las

coordenadas de las esquinas.

La posterior edición, aparece en la ilustración 3.14 y fue realizada con el programa

AutoCAD.

pág. 75



3.4. Estudio de túnel

En la parte norte del puente se halla un túnel de paso de peatones. Con el programa

RealWorks se ha realizado un estudio o inspección de éste como se muestra en las

siguientes ilustraciones.

Ilustración 3.16: Nube de puntos del túnel

Primero se procedió a seleccionar únicamente la parte de la nube de puntos donde se

sitúa el túnel (Ilustración 3.16). Luego se realizó una triangulación, proceso que ya se ha

descrito en apartados anteriores, y generamos un modelo 3D. Posteriormente se utilizó

la herramienta de plano de corte para hacer secciones transversales (Ilustración 3.17).

Ilustración 3.17: Herramienta de plano de corte

pág. 76



Antes de proceder al corte, se debe definir el plano de intersección con la triangulación.

En este caso, las secciones se generarán perpendiculares al eje longitudinal del túnel

(Ilustración 3.19).

Este túnel tiene una longitud de 5.47 metros y el intervalo entre planos de sección se

fijó en 0.5 metros. Por tanto, consta de 24 secciones. En las ilustraciones 3.19 y 3.20 se

observa cada una de ellas.

Ilustración 3.18: Plano de corte

Ilustración 3.19: Secciones del túnel

pág. 77



Este tipo de estudio permite, por ejemplo, realizar un mantenimiento del túnel:

Preservar la vida útil del túnel para su óptima explotación

Mantener la seguridad

Adecuación del túnel a nuevas condiciones de utilización

Mantenimiento preventivo de la infraestructura que evite un tratamiento

correctivo mucho más caro

Este modelado y procesado del túnel sirve de ejemplo para lo que se podría realizar con

un túnel más grande, con tráfico de vehículos similares.

Otra opción es la realización de un estudio evolutivo. Uno de los fundamentos esenciales

para la comprobación del estado de las infraestructuras y la detección de cambios es la

comparación entre varios escenarios o inspecciones realizadas en un determinado lapso

de tiempo. De esta forma se puede, primero, localizar e identificar la aparición de

nuevos daños de forma objetiva y con exactitud y, segundo, localizar e identificar con

precisión alteraciones en daños ya existentes anteriormente. Esta parte del estudio se

podría aplicar a todo el puente.

Todos estos datos obtenidos son exportables a formato CAD para profundizar más en su

estudio.

Ilustración 3.20: Mallado del túnel

pág. 78



En las ilustraciones 3.21 y 3.22 se pueden observar, mediante la combinación de modelo

tridimensional y fotografía, los materiales con los que se ha realizado el puente, y las

imperfecciones que éste presenta en algunos puntos, como, por ejemplo, la falta de

algunos de los ladrillos que cubren el arco. En la parte inferior del túnel se aprecia el

mismo tipo de roca que cubre el exterior del puente y que en este caso no presenta

imperfecciones.

Ilustración 3.21: Detalle del mallado del túnel

Ilustración 3.22: Fotografía del detalle del túnel

pág. 79



CONCLUSIONES

pág. 80



pág. 81



4. CONCLUSIONES

El objetivo de este Trabajo Fin de Grado era obtener un modelo 3D de un puente, el cual

se ha cumplido. Posteriormente se han indicado las opciones de los distintos productos

que se pueden obtener con este modelo para estudios posteriores.

En cuanto al trabajo de campo, se puede remarcar que la cantidad de datos obtenida es

inmensa y con una precisión muy alta. Este proceso es relativamente corto, cada esta-

cionamiento duró como media 6,5 minutos. Esta es la gran ventaja de la tecnología del

escaneado láser.

En cambio, el trabajo de gabinete presenta una gran desventaja. La gran cantidad de

datos nos obliga a invertir mucho tiempo en la unión de las nubes y en el modelado. Este

tiempo es mucho mayor que si utilizáramos otras tecnologías, aunque bien es verdad

que el resultado no puede ser mejor.

En mi opinión, se trata de una tecnología en la que hay muchas ventajas y desventajas,

que ya se han mencionado anteriormente en este TFG. Pienso que, comparando con

otras tecnologías como la topografía clásica, se compensa el tiempo de toma de datos

con el tiempo de procesamiento de éstos en gabinete.

El haber tenido la oportunidad de realizar este proyecto me ha ayudado a entender me-

jor esta tecnología tan novedosa y a asimilar todos los conocimientos adquiridos a lo

largo de mis estudios de Ingeniería Geomática y Topografía.

pág. 82



pág. 83



PRESUPUESTO

pág. 84



pág. 85



5. PRESUPUESTO

En este apartado se resume el coste económico que ha supuesto la elaboración de este

TFG. Se realiza una simulación como si este proyecto hubiera sido llevado a cabo por

una empresa privada. Los precios indicados son aproximados a los precios del mercado

actual.

Material utilizado en el trabajo de campo:

Concepto Precio unitario Numero días Numero unidades TOTAL

Escáner laser 1.000 2 1 2.000

Dianas

giratorias 5 2 4 40

Dianas planas 1,50 2 8 24

Trípode 5 2 4 40

Cámara

fotográfica 20 2 1 40

Objetivo 25 2 1 50

Total: 2.194 €

Material utilizado en el postproceso

Concepto Precio unitario Número días Número unidades TOTAL

RealWorks 9.0 60 20 1 1.200

AutoCAD 10 3 1 30

Microsoft

Office 10 7 1 70

Windows 8 6 30 1 180

Total: 1.480 €

pág. 86



Recursos Humanos:

Concepto Precio

unitario

Número

días

Número

unidades TOTAL

Ingeniero en Geomática y

Topografía (campo) 170 4 1 680

Ingeniero en Geomática y

Topografía (gabinete) 110 20 1 2.200

Auxiliar de campo 60 4 1 240

Redacción de la memoria 110 5 1 550

Total: 3.670 €

Redacción e impresión de la memoria:

Concepto Precio unitario Número días Número unidades TOTAL

Impresión 20 - 4 80

Encuadernación 8 - 4 32

Total: 112 €

Por tanto el total de los gastos es el siguiente:

Concepto TOTAL

Material del trabajo de campo 2.194

Material en el postproceso 1.480

Recursos humanos 3.670

Redacción e impresión de la memoria 112

SUBTOTAL 7.456

15% beneficio industrial 1.118,4

21% IVA 1.565,76

TOTAL 10.140,16 €

pág. 87



BIBLIOGRAFÍA

pág. 88



pág. 89



6. BIBLIOGRAFÍA

Mercedes Farjas y Francisco J. García Lázaro (Coordinadores). Modelización

tridimensional y sistemas de láser escáner 3D aplicados al Patrimonio histórico.

Madrid: Colección Biblioteca Básica, 2008.

Arturo Zazo, Daniel Jiménez y Mercedes Farjas. Guia visual de Trimble Realworks

Software laser 3D. Madrid: Ediciones de La Ergástula, S.L., 2011.7

José Luis Lerma García & Josep Miquel Biosca Tarongers, Teoría y práctica del

Escaneado Láser Terrestre. Versión 5. Septiembre 2008

pág. 90



pág. 91



WEBGRAFÍA

pág. 92



pág. 93



7. WEBGRAFÍA

IGN (Instituto Geográfico Nacional). Centro de descagras. Consulta web

http://www.ign.es/ign/main/index.do (consultado marzo 2015)

Mertind Argentina. “Escáneres Láser Industriales/Forense”. Consulta web

http://www.mertind.com/argentina/elindustriales.htm (consultado marzo 2015)

Z+F Laer. Z+F IMAGER 5010, 3D Laser scanner. Consulta web http://www.zf-

laser.com/Z-F-IMAGER-R-5010.3d_laserscanner0.0.html?&L=1 (consultado marzo

2015)

Diputación de Toledo. Municipio de El Puente del Arzobispo. Un poco de Historia y

datos de interés. Consulta web

http://www.diputoledo.es/global/areas/turismo/muni_datos.php?id_area=11&id_c

at=&f=&codine=45138&id_ent=192 (consultado marzo 2015)

Turismo Castilla la Mancha. El Puente del Arzobispo Visita. Consulta web

http://www.turismocastillalamancha.es/patrimonio/el-puente-del-arzobispo-

9231/visita/ (consultado marzo 2015)

Geotronics. Trimble RealWorks. Consulta web

http://geotronics.es/productos/escaneres-laser-3d/realworks (consultado mayo

2015)

PTGui. Create high quality panoramic images. Consulta web

http://www.festejoscrueles.org/ (consultado mayo 2015)

Triangulación de Delaunay. Oscar Fernandez Asunción. Consulta web

http://oefa.blogspot.com.es/2008/09/triangulacin-de-delaunay.html (consultado

septiembre 2015)

UPM. Características de la Triangulación Delaunay. Consulta web

http://www.dma.fi.upm.es/mabellanas/antenas/aratm/memoria/CaraSticDeLaTria

NDela.html (consultado octubre 2015)

http://www.ign.es/ign/main/index.do

http://www.mertind.com/argentina/elindustriales.htm

http://www.zf-laser.com/Z-F-IMAGER-R-5010.3d_laserscanner0.0.html?&L=1

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http://www.turismocastillalamancha.es/patrimonio/el-puente-del-arzobispo-9231/visita/

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INCYFER S.L. Sección de túneles con Láser Escáner Dinámico y Termografía. Consulta

web http://www.incyfer.com/index.php/areas-de-

actividad/inspecciondetunelesconlaserescanerytermografia (Consultado octubre

2015)

http://www.incyfer.com/index.php/areas-de-actividad/inspecciondetunelesconlaserescanerytermografia

http://www.incyfer.com/index.php/areas-de-actividad/inspecciondetunelesconlaserescanerytermografia

pág. 95



ÍNDICE DE ILUTRACIONES

pág. 96



pág. 97



8. ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1.1: Puente objeto del TFG ........................................................................... 12

Ilustración 1.2: Puente a principios del siglo XIX ............................................................ 13

Ilustración 1.3: Puente de San Martín (Toledo) ............................................................. 14

Ilustración 1.4: Saeteras ................................................................................................. 14

Ilustración 1.5: Hendiduras ............................................................................................ 14

Ilustración 1.6: Situación geográfica del Puente del Arzobispo (mapa)......................... 15

Ilustración 1.7: Situación geográfica del Puente del Arzobispo (Ortofoto) ................... 16

Ilustración 1.8: Aplicaciones del escáner láser ............................................................... 20

Ilustración 1.9: Láser escáner Z+F IMAGER 5010 ........................................................... 21

Ilustración 1.10: Puertos del escáner láser .................................................................... 22

Ilustración 1.11: Diana giratoria sobre trípode .............................................................. 23

Ilustración 1.12: Dianas impresas, plastificadas y pegadas sobre elementos de la calle

........................................................................................................................................ 23

Ilustración 1.13: Target de placa de aluminio sobre trípode ......................................... 23

Ilustración 1.14: Nikon D80 ............................................................................................ 24

Ilustración 1.15: Nikkor 20 mm f/2.8 D AF ..................................................................... 24

Ilustración 2.1: Origen de los escaneados en el escáner láser Z+F IMAGER 5010 ......... 30

Ilustración 2.2: Filtros de importación Z+F ..................................................................... 31

Ilustración 2.3: Visualización de nube de puntos de un posicionamiento (archivo TZF) 32

Ilustración 2.4: Day01_02 sin intensidades .................................................................... 32

Ilustración 2.5:Day01_02 con intensidades ................................................................... 32

Ilustración 2.6: Toma de fotografías .............................................................................. 33

Ilustración 2.7: Importación fotografías en software PTGui .......................................... 34

Ilustración 2.8: Procesamiento de fotografías en el software PTG ................................ 34

Ilustración 2.9: Panorámica de la estación 3 .................................................................. 35

Ilustración 2.10: Fusión 1 ................................................................................................ 36



pág. 98





Ilustración 2.15: Opciones de RealWorks ....................................................................... 39

Ilustración 2.16: Extracción automática de objetivos y registro .................................... 39

Ilustración 2.17: Características de la extracción de objetivos ...................................... 40

Ilustración 2.18: Escaneado Day01_02 ........................................................................... 40

Ilustración 2.19: Herramienta Analizador de objetivos.................................................. 41

Ilustración 2.20: Opciones de Herramienta Analizador de objetivos ............................ 41

Ilustración 2.21: Creación de objetivos de forma manual ............................................. 42

Ilustración 2.22: Nueva diana identificada ..................................................................... 42

Ilustración 2.23: Herramienta Registro basado en objetivos ......................................... 43

Ilustración 2.24: Fusión 1 completa ............................................................................... 44



Ilustración 2.27: Fusión4 completa ................................................................................ 45


Ilustración 2.29: Combinación de proyectos .................................................................. 46

Ilustración 2.30: FusiónTotal .......................................................................................... 47

Ilustración 2.31: Plano de corte ...................................................................................... 47

Ilustración 2.32: Detalle de la Fusión Total .................................................................... 48

Ilustración 2.33: Herramienta de segmentación ............................................................ 49

Ilustración 2.34: Depuración grosera de la nube fusionada .......................................... 50

Ilustración 2.35: Depuración grosera de la nube fusionada según los colores del

escaneado ....................................................................................................................... 50

Ilustración 2.36: Escaneado de la parte superior del puente sin depurar ..................... 51

Ilustración 2.37: Parte superior del puente depurada ................................................... 51

Ilustración 2.38: Nube de puntos obtenida con el levantamiento con dron ................. 52

Ilustración 2.39: Registro basado en nubes ................................................................... 53

Ilustración 2.40: Registro basado en nubes manual ...................................................... 53

Ilustración 2.41: Registro basado en nubes (nubes coincidentes) ................................. 55

pág. 99



Ilustración 2.42: Muestreo de la nube de puntos .......................................................... 56

Ilustración 2.43: Ejemplo de criterio de Delaunay: en la primera imagen no se cumple y

en la segunda sí .............................................................................................................. 57

Ilustración 2.44: Triangulación de Delaunay de una nube de puntos ............................ 58

Ilustración 2.45: Mallado de la nube de puntos en RealWorks ..................................... 58

Ilustración 2.46: Modelo 3D ........................................................................................... 59

Ilustración 3.1: Nube de puntos del Pilar ....................................................................... 64

Ilustración 3.2: Mallado del Pilar .................................................................................... 64

Ilustración 3.3: Fotografía 1 del Pilar .............................................................................. 65

Ilustración 3.4: Fotografía 2 del Pilar .............................................................................. 66

Ilustración 3.5: Selección de puntos homólogos en la imagen y en el modelo ............. 67

Ilustración 3.6: Selección de puntos homólogos de la parte superior del pilar ............. 67

Ilustración 3.7: Resultado 1 - Pilar texturizado .............................................................. 68

Ilustración 3.8: Detalle del texturizado en la parte superior del pilar ........................... 68

Ilustración 3.9: Secciones longitudinales - Sección 11 ................................................... 69

Ilustración 3.10: Secciones longitudinales - Sección 9 ................................................... 70

Ilustración 3.11: Secciones transversales – Sección 50 .................................................. 70

Ilustración 3.12: Secciones longitudinales ..................................................................... 71

Ilustración 3.13: Secciones transversales ....................................................................... 72

Ilustración 3.14: Ortofotografía 1 ................................................................................... 73

Ilustración 3.15: Herramienta ortoproyección ............................................................... 74

Ilustración 3.16: Nube de puntos del túnel .................................................................... 75

Ilustración 3.17: Herramienta de plano de corte ........................................................... 75

Ilustración 3.18: Plano de corte ...................................................................................... 76

Ilustración 3.19: Secciones del túnel .............................................................................. 76

Ilustración 3.20: Mallado del túnel ................................................................................. 77

Ilustración 3.21: Detalle del mallado del túnel .............................................................. 78

Ilustración 3.22: Fotografía del detalle del túnel ........................................................... 78

pág. 100



pág. 101



ÍNDICE DE TABLAS

pág. 102



pág. 103



9. ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1.1: Datos técnicos del Láser-Escáner Z+F IMAGER 5010 ..................................... 25

Tabla 1.2: Precisiones y resoluciones del Láser-Escáner Z+F IMAGER 5010 .................. 25

Tabla 1.3: Posibles resoluciones del Láser-Escáner Z+F IMAGER 5010 .......................... 25

Tabla 1.4: Datos técnicos del Láser-Escáner Z+F IMAGER 5010 ..................................... 26

Tabla 1.5: Características de la fuente de alimentación del Láser-Escáner Z+F IMAGER

5010 ................................................................................................................................ 26

Tabla 1.6: Condiciones atmosféricas del Láser-Escáner Z+F IMAGER 5010 ................... 26

Tabla 1.7: Dimensiones del Láser-Escáner Z+F IMAGER 5010 ....................................... 26

pág. 104



pág. 105



ANEXOS

pág. 106



pág. 107



10. ANEXOS

Croquis y anotaciones de campo

pág. 108



pág. 109



pág. 110



pág. 111



pág. 112



pág. 113



pág. 114



pág. 115



pág. 116



pág. 117



pág. 118



pág. 119



pág. 120



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ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS EN TOPOGRAFÍA, GEODESIA Y...

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