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OBTENCIÓN DE UN MODELO TRIDIMENSIONAL (3D) DEL EDIFICIO NATURA DE LA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS POR MEDIO DEL ESCANER LASER TERRESTRE. Presentado por: Diana Marcela Tique Chaves Nicolás Rojas Concha Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales Proyecto curricular Tecnología en Levantamientos Topográficos Bogotá D.C., 2020

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OBTENCIÓN DE UN MODELO TRIDIMENSIONAL (3D) DEL EDIFICIO

NATURA DE LA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE

CALDAS POR MEDIO DEL ESCANER LASER TERRESTRE.

Presentado por:

Diana Marcela Tique Chaves

Nicolás Rojas Concha

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales

Proyecto curricular Tecnología en Levantamientos Topográficos

Bogotá D.C., 2020

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OBTENCIÓN DE UN MODELO TRIDIMENSIONAL (3D) DEL EDIFICIO

NATURA DE LA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE

CALDAS POR MEDIO DEL ESCANER LASER TERRESTRE.

Presentado por:

Diana Marcela Tique Chaves

Cód.: 20161031014

Nicolás Rojas Concha

Cód.: 20161031037

Trabajo de grado en la modalidad de monografía para optar por el título de:

Tecnólogo en Topografía

Director:

Carlos Alfredo Rodríguez Rojas

Ing. Topográfico; Esp. En SIG

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales

Proyecto curricular Tecnología en Levantamientos Topográficos

Bogotá D.C., 2020

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Nota Aclaratoria

Artículo 117:

La Universidad Distrital Francisco José de Caldas

No será responsable de las ideas expuestas

Por el graduado en el trabajo de grado

Según el artículo 029 de 1988

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Nota de aceptación

El comité de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas aprueba el trabajo de

grado titulado “OBTENCIÓN DE UN MODELO TRIDIMENSIONAL (3D) DEL

EDIFICIO NATURA DE LA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE

CALDAS POR MEDIO DEL ESCANER LASER TERRESTRE” en cumplimiento a

los requisitos para obtener el título de Tecnólogo en Topografía.

Nota de aceptación

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

__________________________________________

Director: Ing. Carlos Alfredo Rodríguez

Revisor: Ing. Julio Hernán Bonilla

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v

Agradecimientos

Este logro se lo dedico a mi familia quienes depositan su fe en mi incluso ante las

adversidades, a mi padre quien desde un inicio se ha sentido orgulloso de mi como yo

de él, a mi madre la cual ha estado presente y me obsequia su amparo, a Yennifer quien

ha sido mi apoyo y me ofreció la motivación para cumplir este sueño. Pero sobre todo

agradezco a la universidad y mis amigos que me otorgaron su respaldo y compañía a lo

largo del camino.

Nicolás Rojas Concha

Agradezco a mi familia por su apoyo, educación y amor que me permitieron concluir

de la mejor manera mi proyecto de grado, también a mis amigos y compañeros por su

acompañamiento durante este proceso, en especial a Johan Salazar por su incondicional

colaboración en las diferentes etapas del proyecto

Por ultimo agradezco a los administrativos, docentes y demás profesionales que

laboran en la facultad por su disposición y tiempo que optimizaron la realización del

proyecto, destacando al docente Carlos Alfredo Rodríguez Rojas, por sus enseñanzas y

conocimientos, sin los cuales habría sido imposible culminar este trabajo.

Diana Marcela Tique Chaves

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vi

Resumen

El siguiente proyecto de grado tiene como fin el generar un modelo tridimensional del

edificio Natura en la Universidad Distrital Francisco José de Caldas en su sede de vivero.

Inicialmente se explicará el uso de las tecnologías TLS, diversos conceptos para su

entendimiento, los diversos equipos presentes, la metodología aplicada con el paso a paso

para la toma de la información junto con los resultados logrados.

Este proyecto se basa en tres pasos como eje estructural, inicialmente se realiza una

captura de la información con el fin de realizar una pre visualización, asimismo una fase

en campo con la que se espera la recolección completa de la información y finalmente un

trabajo en oficina con el fin de consolidar la información en un solo modelo

tridimensional.

A continuación, se expondrá la metodología clara y concisa la cual fue aplicada para

el desarrollo del proyecto en conjunto con los análisis de los resultados obtenidos y a su

vez resaltando las recomendaciones necesarias al momento de realizar un proyecto con el

uso del escáner laser terrestre.

PALABRAS CLAVE: Tecnologías TLS, Modelo tridimensional, Captura de

información, Edificio Natura.

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vii

Abstract

The following undergraduate project aims to generate a three-dimensional model of

the Natura building at the District University Francisco José de Caldas in its

headquarters in Vivero. Initially, the use of TLS technologies, various concepts for

understanding, the various teams present, the methodology applied with the step-by-step

to take the information together with the results achieved will be explained.

This project is based on three steps as a structural axis, initially a capture of

information is performed in order to perform a pre-visualization, as well as a field phase

with which the complete collection of information is expected and finally an office job

in order to consolidate the information into a single three-dimensional model.

The clear and concise methodology, which was applied for the development of the

project in conjunction with the analysis of the results achieved, will be outlined below,

while highlighting the recommendations necessary at the time of a project using the

terrestrial laser scanner.

KEYWORDS: TLS Technologies, 3D Model, Information Capture, Natura Building.

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Tabla de contenido

Pg.

Resumen ....................................................................................................................... 6

Abstract ........................................................................................................................ 7

Introducción ............................................................................................................... 17

Objetivos .................................................................................................................... 18

Marco teórico ............................................................................................................. 19

Tecnología TLS ..................................................................................................... 22

Categorías. ......................................................................................................... 22

Clasificación por visibilidad .............................................................................. 24

Principios del escáner laser ................................................................................ 26

Mediciones con luz ............................................................................................ 30

Medición basada en tiempo ............................................................................... 35

Equipo .................................................................................................................... 40

Mejoramiento del entorno escaneado con targets .............................................. 43

General ............................................................................................................... 44

Objetivos de papel (tablero de ajedrez) ............................................................. 45

Esferas de referencia .......................................................................................... 46

Densidad de puntos por su resolución ............................................................... 46

Antecedentes .............................................................................................................. 47

Metodología ............................................................................................................... 48

Planeación .............................................................................................................. 49

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ix

1. Caracterización de la información ............................................................ 51

2. Proyección de trabajo en campo ............................................................... 51

Captura de datos ......................................................................................................... 53

1. Poligonal ................................................................................................... 53

2. Desarrollo de la poligonal: ....................................................................... 54

3. Ubicación de auxiliares y targets .............................................................. 55

4. Resultados de la poligonal y auxiliares .................................................... 57

5. Escaneos ................................................................................................... 58

6. Ubicación de puntos de esferas ................................................................ 61

7. Captura de las escenas .............................................................................. 62

8. Nivelación ................................................................................................. 65

9. Calculo ITRF y Epoca .............................................................................. 66

Trabajo en oficina ...................................................................................................... 70

1. Organización de los datos: ........................................................................... 70

2. Limpieza de las escenas ............................................................................... 70

3. Registro ........................................................................................................ 72

4. Colorización ................................................................................................. 74

5. Georreferenciación ....................................................................................... 75

6. Generación de la nube de puntos.................................................................. 77

Resultados y análisis .................................................................................................. 79

Conclusiones .............................................................................................................. 81

Recomendaciones ...................................................................................................... 82

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Bibliografía ................................................................................................................ 83

Anexos ....................................................................................................................... 84

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Índice de tablas

Tabla 1 Especificaciones del Escáner Aéreo ............................................................. 19

Tabla 2 Especificaciones Escáner Móviles ................................................................ 19

Tabla 3 Especificaciones Static 3D Scanner con láser de largo rango (1 a 1,6 km) .. 20

Tabla 4 Static 3D Scanner con láser de corto rango (130 – 330 m) .......................... 20

Tabla 5. Especificaciones Scanner para túneles ........................................................ 21

Tabla 6. Especificaciones Scanner de alta densidad .................................................. 21

Tabla 7. Especificaciones Escáner laser manual ....................................................... 21

Tabla 8: Tabla de riesgos derivables de cada clase de sistema láser ......................... 29

Tabla 9: Tabla de Medidas de control de cada clase de sistema láser ....................... 31

Tabla 10: Equipo del escáner laser ............................................................................ 40

Tabla 11: costado derecho escáner laser FARO ........................................................ 41

Tabla 12: Partes dentro de la cubierta del escáner laser FARO. ................................ 41

Tabla 13: Costado izquierdo escáner laser FARO. .................................................... 42

Tabla 14: Parte frontal del escáner laser terrestre FARO. ......................................... 42

Tabla 15: Resolución y densidad de puntos ............................................................... 46

Tabla 16. Caracterización de planos existentes ......................................................... 51

Tabla 17. Placas de referencia ................................................................................... 55

Tabla 18. Error angular de la poligonal ..................................................................... 57

Tabla 19. Error en distancia por proyecciones .......................................................... 57

Tabla 20. Resultados de la poligonal ......................................................................... 58

Tabla 21. Configuraciones previas ............................................................................ 60

Tabla 22. Datos de la nivelación ................................................................................ 66

Tabla 23. Calculo de ITRF y época ........................................................................... 69

Tabla 24. Calculo de coordenadas Planas Cartesianas .............................................. 69

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Tabla 25. Coordenadas de los targets ........................................................................ 76

Tabla 26. Medidas de rectificación ............................................................................ 80

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Listado de ilustraciones

Ilustración 1. Tecnologías TLS. ................................................................................. 22

Ilustración 2: Escáner laser estático ........................................................................... 23

Ilustración 3: Escáner laser dinámico (DRONE) ....................................................... 24

Ilustración 4: visibilidad. ........................................................................................... 24

Ilustración 5: Escáner tipo cámara. ............................................................................ 25

Ilustración 6: Escáner hibrido. ................................................................................... 25

Ilustración 7: Escáner panorámico. ............................................................................ 26

Ilustración 8: Prisma que convierte la luz blanca en los diferentes colores .............. 26

Ilustración 9: El espectro electromagnético ............................................................... 27

Ilustración 10: Principios de la triangulación ............................................................ 32

Ilustración 11: Principio del escáner laser basado en la triangulación ...................... 33

Ilustración 12: Técnicas de proyección utilizadas en los escáneres de triangulación 35

Ilustración 13: Principio de un escáner laser basado en el tiempo de vuelo .............. 36

Ilustración 14: Escáneres láser basados en tiempo de vuelo ..................................... 37

Ilustración 15: Principio de un escáner laser basado en el cambio de fase ............... 38

Ilustración 16: Escáneres láser basados en fase ......................................................... 39

Ilustración 17: Equipo ................................................................................................ 40

Ilustración 18: Costado derecho ................................................................................ 40

Ilustración 19: Dentro de la cubierta .......................................................................... 41

Ilustración 20: Costado Izquierdo .............................................................................. 42

Ilustración 21: Frontal ................................................................................................ 42

Ilustración 22: Checkboard and sphere target ............................................................ 43

Ilustración 23: Organigrama de la metodología ........................................................ 48

Ilustración 24 Búsqueda de la información en planeación ........................................ 50

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Ilustración 25 Planos de planeación Universidad Distrital Famarena, piso 1 ........... 50

Ilustración 26 Plano de planeación Universidad Distrital Famarena, piso 2 ............. 51

Ilustración 27. Proyección en campo ......................................................................... 52

Ilustración 28. Estación total PENTAX V-325N ....................................................... 54

Ilustración 29. Demarcación delta 2………………………………………………...56

Ilustración 30. Demarcación delta 3.... ...................................................................... 54

Ilustración 31. Estacionamiento del equipo, delta 3 ................................................ 56

Ilustración 32. Estacionamiento del equipo, delta 6 ............................................. 54

Ilustración 33. Trazado de la poligonal, Google Earth .............................................. 55

Ilustración 34. Deltas auxiliares ................................................................................. 56

Ilustración 35. Target escaleras de 1-2 piso ........................................................... 58

Ilustración 36. Target piso 1, audiovisuales ........................................................... 56

Ilustración 37. Configuración del escáner ................................................................. 58

Ilustración 38. Identificadores de la resolución ......................................................... 60

Ilustración 39. Tabla de resolución vs distancia ........................................................ 60

Ilustración 40. Posicionamiento puntos de esferas .................................................... 61

Ilustración 41. Posicionamiento del escáner y esferas ............................................... 62

Ilustración 42. Limpieza entrada, piso 1 ................................................................ 62

Ilustración 43. Limpieza aulas, piso 1 ................................................................ 62

Ilustración 44. Escaneo corredor, piso 1 ................................................................ 63

Ilustración 45. Escaneo rampa, piso 1 ................................................................ 63

Ilustración 46. Escaneos de aulas, piso 4 ............................................................... 63

Ilustración 47. Escaneo aulas , piso 1 ............................................................... 63

Ilustración 48. Escaneos de biblioteca, piso 2 ........................................................ 64

Ilustración 49. Escaneos escaleras biblioteca ........................................................ 64

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xv

Ilustración 50. Escaneo coordinación Tec. Topografía ......................................... 64

Ilustración 51. Escaneo aula 121, coordinación ......................................... 64

Ilustración 52. Escaneos rampa, piso 4 ............................................................ 64

Ilustración 53. Escaneos escaleras, piso 2 ................................................................. 64

Ilustración 54. Entrada sala de profesores, piso 1 .................................................. 65

Ilustración 55. Sala de profesores, piso 1 .................................................. 65

Ilustración 56.Almacén de topografía, lado izquierdo ........................................... 65

Ilustración 57. Almacen de topografía, lado derecho ........................................... 65

Ilustración 58. Nivelación geométrica, piso 2 ............................................................ 66

Ilustración 59. Nivelación geométrica, piso 2,vista atrás .......................................... 66

Ilustración 60. Actualización de la Red Geodésica FAMARENA ............................ 67

Ilustración 61. Cálculo de velocidades ...................................................................... 67

Ilustración 62.iteraciones en la página web EUREF Permanent GNSS Network ..... 68

Ilustración 63. Conversión de coordenadas Geocéntricas a Planas Cartesianas ........ 68

Ilustración 64. Cálculo de ondulación geoidal ........................................................... 69

Ilustración 65. Selección del polígono, vista planar ................................................ 71

Ilustración 66. Selección del polígono, vista 3D ....................................................... 71

Ilustración 67. Eliminar datos del polígono, vista planar ......................................... 71

Ilustración 68. Eliminar datos del polígono, vista 3D .............................................. 71

Ilustración 69. Escena limpia, vista planar ............................................................. 71

Ilustración 70. Escena limpia, vista 3D ............................................................. 71

Ilustración 71. Resultados de la limpieza (antes) ........................................................ 72

Ilustración 72. Resultados de la limpieza (después) .................................................. 72

Ilustración 73. Registro .............................................................................................. 73

Ilustración 74. Selección de escenas .......................................................................... 73

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xvi

Ilustración 75. Unión de escenas ............................................................................... 74

Ilustración 76. Visualización previa .......................................................................... 74

Ilustración 77. Proceso Colorización ..................................................................... 75

Ilustración 78. Antes de la colorización ..................................................................... 75

Ilustración 79. Resultado de modelo con colorización .............................................. 75

Ilustración 80. Cuadro de coordenadas del modelo ................................................... 76

Ilustración 81. Parámetros de la nube de puntos ....................................................... 77

Ilustración 82. Nube de puntos .................................................................................. 78

Ilustración 83. Resultados registro ............................................................................. 79

Ilustración 84. Resultados de la nube de puntos ........................................................ 80

Ilustración 85. Anexo cálculo de la poligonal cerrada, datos principales .................. 84

Ilustración 86. Anexo imagen del plano topográfico de la poligonal cerrada ........... 84

Ilustración 87. Anexo cartera de nivelacion geométrica ............................................ 85

Ilustración 88. Anexo carpetas con crudos de los escaneos de cada piso .................. 85

Ilustración 89. Anexo vista de la nube de puntos ...................................................... 86

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17

Introducción

Inicialmente el escáner laser nace como una herramienta para facilitar y optimizar la

producción en masa, pues permitía hacer revisiones de calidad en un corto tiempo y

mejoras en los diseños de los productos (3DRiskMapping). El uso del escáner laser se

convirtió en una novedad tecnológica, la cual se adaptó a diferentes áreas ingenieriles

como lo es la topografía, otorgando soluciones en la obtención de cartografía y modelos

digitales de elevación de forma rápida y precisa (Porraz Díaz, Cáceres Jiménez, & Gallo

Lancheros, 2014).

El modelamiento 3D se presta al usuario para adaptar, mejorar, diseñar y reconocer

el terreno que lo rodea con fiabilidad y eficacia. El siguiente proyecto se centra en el

levantamiento topográfico y arquitectónico hecho con escáner laser, para ello se

requiere de tres pasos fundamentales, la caracterización de la información previa al

proyecto, la planeación y captura de los datos de trabajo y finalmente unificación de

escenas; todo esto para proporcional a la universidad una nueva herramienta para el

mantenimiento y mejora de las instalaciones.

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18

Objetivos

General:

Obtener un modelo tridimensional (3D) a partir del uso de Escáner Laser Terrestre de

los 4600 m2 aproximados de área del edificio Natura de la Universidad Distrital Francisco

José de Caldas.

Específicos:

- Caracterizar la información existente sobre el edificio natura de la facultad demedio

Ambiente.

- Capturar los 4600 m2 aproximados del área que comprende el edificio Natura en la

facultad de medio ambiente.

- Consolidar las escenas del levantamiento topográfico en una nube de puntos como

un modelo tridimensional del edificio.

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19

Marco teórico

El escáner laser terrestre (TSL) es un “dispositivo que analiza un objeto o una escena

para reunir datos de su forma y ocasionalmente su color. La información obtenida se

puede usar para construir modelos digitales tridimensionales que se utilizan en una amplia

variedad de aplicaciones. Desarrollados inicialmente en aplicaciones industriales

(metrología, automóvil), los escáner láser han encontrado un vasto campo de aplicación

en actividades como la arqueología, arquitectura, ingeniería y entretenimiento”Fuente

especificada no válida., quien también especifica los tipos de escáner laser disponibles

en el mercado, según su finalidad y características, lo separa en los siguientes equipos:

Escáner Aéreo

Tabla 1 Especificaciones del Escáner Aéreo

Características Especificaciones

Distancia de

escaneo Desde 500 hasta 3000 metros.

Separaciones

de puntos Alrededor de 20 cm (rango de referencia)

Valores de

referencias

Desde U$500,000 dólares a U$2,000,000,

considerando sistema completo (Aplicaciones de

post proceso, sin avión) y considerando la

implementación.

Mercado

Objetivo

Equipamiento ideal para levantamientos de

terrenos extensos (Forestales, proyectos de

distribución de energía, topografía con

aplicaciones viales, etc.)

Escáner móvil

Tabla 2 Especificaciones Escáner Móviles

Características Especificaciones

Distancia de

escaneo

De 1 - 150 metros (referencial dependerá del

equipo)

Separaciones

de puntos Alrededor de +- 5 cm (rango de referencia)

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20

Valores de

referencias Entre U$250,000 hasta U$550,000 dólares

Mercado

Objetivo

Equipamiento ideal para levantamientos

asociados a infraestructura vial.

Static 3D Scanner con láser de largo rango (1 a 1,6 km)

Tabla 3 Especificaciones Static 3D Scanner con láser de largo rango (1 a 1,6 km)

Características Especificaciones

Distancia de

escaneo

Desde 5m - 2,5 km (aproximada dependiendo del

equipo)

Separaciones

de puntos Alrededor de +- 2 cm (rango de referencia)

Valores de

referencias

Valores del equipamiento entre U$60,000 dólares

a U$120,000, considerando sistema completo e

implementación.

Mercado

Objetivo

Equipamiento utilizado para todo tipo de

levantamientos, estructuras, minería, plantas,

terrenos, etc.)

Static 3D Scanner con láser de corto rango (130 – 330 m)

Tabla 4 Static 3D Scanner con láser de corto rango (130 – 330 m)

Características Especificaciones

Distancia de

escaneo

Desde 0,5 m hasta 130 m o 330 m (dependiendo

del equipo a utilizar)

Separaciones

de puntos Alrededor de +- 0,5 cm (condiciones ideales)

Valores de

referencias

Valores del equipamiento entre U$35,000 hasta

U$65,000 dólares.

Mercado

Objetivo

Estructuras, instalaciones, plantas, piping,

fachadas, monumentos nacionales, túneles.

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21

Scanner para Túneles

Tabla 5. Especificaciones Scanner para túneles

Características Especificaciones

Distancia de

escaneo

Desde 1 m hasta 500 m (dependiendo del equipo

a utilizar)

Separaciones

de puntos Alrededor de +- 2 cm

Valores de

referencias

Valores del equipamiento entre U$60,000 a

U$90,000 dólares

Mercado

Objetivo Túneles, cavidades, diques de traspaso, etc.

Scanner de Alta Densidad (Aplicaciones Mecánicas y Orgánicas)

Tabla 6. Especificaciones Scanner de alta densidad

Características Especificaciones

Distancia de

escaneo Hasta 30 cm del objetivo.

Separaciones

de puntos Alrededor de +- 0,004 cm

Valores de

referencias

Valores del equipamiento entre U$50,000 a

U$60,000 dólares

Mercado

Objetivo

Piezas de alta precisión, ingenierías inversas

mecánicas, etc.

Escáner Láser Manual

Tabla 7. Especificaciones Escáner laser manual

Características Especificaciones

Distancia de

escaneo Desde 0,5 m a 3 m del objetivo.

Separaciones

de puntos Alrededor de +- 2,5cm

Valores de

referencias

Valores aproximados entre U$12,000 hasta

U$16,000 dólares

Mercado

Objetivo Monumentos, pipes, interiores, instalaciones, etc.

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22

Tecnología TLS

Un Escáner Terrestre de Laser, TLS, es un dispositivo, por lo general montado sobre

un trípode o plataforma estable, que explora, por medio de un fino haz de Laser, los

elementos del espacio circundante, en forma tal, que, a cada punto del objeto explorado,

se le asigna, las coordenadas reales que está ocupando en nuestro sistema de

representación espacial. El dispositivo por lo general, se mueve a pequeños incrementos

angulares de izquierda a derecha, y entre cada incremento, que representa una medida del

Angulo Horizontal del escáner, éste queda en forma estática, y su telescopio, o un espejo

giratorio, se mueve de abajo hacia arriba, y va disparando el Laser a intervalos

predeterminados, calculando con esos disparos, la distancia entre el escáner y el punto,

donde la luz láser se refleja y se devuelve. (Márquez, 2010)

Ilustración 1. Tecnologías TLS.

Tomado de: “Tratado sobre el escáner terrestre tls”

Categorías.

La tecnología actual de los escáneres láser se puede dividir en dos categorías, estático

y dinámico.

Estático

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Cuando el escáner se mantiene en una posición fija durante la toma de datos, se llama

escaneado láser estático. Las ventajas de este método son la alta precisión y la relativa

alta densidad de puntos. El láser escáner estático suele ser el método más extendido a la

hora de realizar escaneados terrestres. Sin embargo, no todos los escáneres láseres

terrestres son estáticos. (3D RiskMapping, 2008)

Ilustración 2: Escáner laser estático

Tomado de “www.faro.com”

Dinámico

En los casos de láser escáner dinámico, el escáner se suele montar en una plataforma

móvil. Estos sistemas requieren otros sistemas de posicionamiento adicionales tales como

INS o GPS, lo que hace que el sistema completo sea más complejo y caro. Ejemplos de

láser escáner dinámico los encontramos en aeroplanos (láser escáner aerotransportado),

escáneres sobre vehículos o plataformas aéreas no tripuladas. (3D RiskMapping, 2008)

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Ilustración 3: Escáner laser dinámico (DRONE)

Tomado de “www.stormbee.com”

Clasificación por visibilidad

Ilustración 4: visibilidad.

Tomado de: “Tratado sobre el escáner terrestre tls”

1. Tipo cámara: Por lo general el cuerpo no gira horizontalmente y su campo de vista

está limitado a ángulos desde 30 a 45 grados en horizontal, y unos 60 grados

máximos en vertical. Están bastantes limitados a un ancho de escena específicos,

y consisten desde el punto de vista óptico, en un espejo interno que incrementa su

ángulo horizontalmente, para que otro espejo interno realice un barrido desde

arriba hacia abajo o viceversa, disparando el Laser en los incrementos adecuados

al sistema. Escáneres de este tipo, son los de TRIMBLE GX, y OPTECH ILRIS

entre otros. Se denominan tipo cámara, porque su visibilidad, campo de acción y

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operatividad, son muy parecidos a los de una cámara de fotogrametría terrestre.

(Márquez, 2010)

Ilustración 5: Escáner tipo cámara.

Tomado de “www.faro.com”

2. Tipo Hibrido: El cuerpo del equipo gira a pequeños intervalos horizontales, y en

cada intervalo, el espejo oscilante se mueve desde arriba hacia abajo en forma

similar a los del tipo cámara, entre estos están el F+Z, el cual es similar en forma,

a una estación total topográfica. (Márquez, 2010)

Ilustración 6: Escáner hibrido.

Tomado de “www.riegl.com”

3. Tipo Panorámico: Estos escáneres giran horizontalmente, y tienen a su vez un

espejo rotativo vertical de alta velocidad, que les permite tomar prácticamente todo

lo que tienen a su alrededor, exceptuando la parte inferior donde está situado el

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trípode. Suelen ser del tipo de Desplazamiento de Fase, como consecuencia,

limitados en distancia. (Márquez, 2010)

Ilustración 7: Escáner panorámico.

Tomado de “www.faro.com”

Principios del escáner laser

Espectro electromagnético y la luz

La razón por la que vemos los objetos es porque emiten, reflejan o transmiten una parte

de la parte visible del espectro que llamamos luz. Esta parte visible del espectro

electromagnético está compuesta por los colores que podemos ver en el arco iris (desde

los rojos y naranjas hasta los azules y violetas). (3D RiskMapping, 2008)

Ilustración 8: Prisma que convierte la luz blanca en los diferentes colores

Tomado de “Tratado sobre el escáner terrestre tls”

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Las longitudes de onda del espectro electromagnético varían desde las ondas largas de

radio (del tamaño de edificios) hasta los cortos rayos gamma más pequeños que el núcleo

de un átomo.

Ilustración 9: El espectro electromagnético

Tomado de “Uso y procesamiento del sistema escaner laser”

El espectro electromagnético se puede expresar en términos de energía, longitud de

onda o frecuencia. Estas magnitudes están relacionadas mediante las siguientes

ecuaciones:

c =ν *λ E = h* ν = c / λ

Dónde: c = velocidad de la luz = 299.792.458 m/s

h = constante de Planck = 6.626069·10-34 J·s.

ν = frecuencia

λ = longitud de onda.

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Láseres

Es un instrumento capaz de generar ondas de luz usando una estrecha banda del

espectro. Un láser típico emite luz en un estrecho y poco divergente haz de longitud de

onda bien definida (correspondiente a un color particular si el láser opera en el espectro

visible). Esto contrasta con otra fuente de luz como la bombilla incandescente, que emite

luz con una gran abertura y con un amplio espectro de longitudes de onda, lo que hace

que veamos la luz de la bombilla de color blanco y no sólo en una única dirección. Estas

propiedades se pueden resumir con el término coherencia.

Generan o amplifican luz al igual que los transistores, asimismo generan o amplifican

señales electrónicas de audio, radio o frecuencias de microondas. La palabra láser es el

acrónimo en inglés de las palabras amplificación de la luz por emisión inducida de

radiación (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). (3D RiskMapping,

2008)

Seguridad

El láser se usa en una amplia variedad de aplicaciones, entre las que encontramos

aplicaciones científicas, militares, medicina y el comercio, todos ellos desarrollados

desde la invención del láser en 1958. La coherencia, el alta mono cromaticidad, y la

capacidad de alcanzar potencias extremas son propiedades que permiten utilizarlo en

estas aplicaciones especializadas. Por tanto, la luz láser debe ser manejada con una

precaución extrema y se estima fundamental conocer los diferentes tipos de láser. (3D

RiskMapping, 2008)

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Tabla 8: Tabla de riesgos derivables de cada clase de sistema láser

CLASES DE

SISTEMA LASER

RIESGOS DERIVABLES

CLASE 1

No generan riesgos sin son usados con normalidad, además no es previsible

que causen daño ocular aunque el operador emplee algún tipo de instrumento

óptico (lente de aumento) de visión directa.

CLASE 1M

No generan riesgos si son usados con normalidad, pero podrían causar daño

ocular si el operador emplea algún tipo de instrumento óptico (lente de aumento)

de visión directa.

CLASE 2

Podría causar daños oculares, a priori los mecanismos de aversión como el

reflejo papebral son suficientes como protección. El riesgo de padecer daño ocular

aumenta si el operador emplea algún tipo de instrumento óptico (lente de

aumento) de visión directa.

CLASE 2M

Puede causar daños oculares. El riesgo de padecer daño ocular aumenta

notablemente si el operador emplea algún tipo de instrumento óptico (lente de

aumento) de visión directa.

CLASER 3R

La visión directa del haz es potencialmente peligrosa, aunque en menor

medida que láser 3B. Pueden causar daños oculares y crónicos.

EXTREMAR PRECAUCIÓN

CLASE 3B

La visión directa del haz es siempre peligrosa, además la visión de reflexiones

difusas según el caso, podría ser peligrosa también. Pueden causar daños oculares

agudos y crónicos.

EXTREMAR PRECAUCIÓN

CLASE 4

Pueden causar daños oculares y cutáneos agudos o crónicos si se produce un

contacto directo, indirecto o reflexión con el haz láser. También pueden originar

incendios.

EXTREMAR PRECAUCIÓN

Tomado de: Safety of laser products (IEC, 2007)

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Precauciones particulares y procedimientos a tener en cuenta en topografía, alineación

y nivelación se describen en el estándar IEC para los productos con láser Clase 1M, Clase

2M y Clase 3R. Estas precauciones relevantes para los escaneados láser son:

Sólo el personal cualificado y preparado debe ser asignado para instalar, ajustar y

utilizar el equipamiento láser.

Las áreas donde se utiliza estos láseres deberían estar señalizadas con la señal de

advertencia apropiada.

Deberían tomarse precauciones para asegurar que el personal no mira al haz (de

manera prolongada e intrahaz ya que puede ser peligroso). La visión directa del

haz a través de instrumentos ópticos (teodolitos, etc.) también puede ser peligrosa.

Deberían tomarse precauciones para garantizar que el haz láser no se dirige a

superficies especulares tipo espejo de manera intencionada.

Cuando el equipo láser no esté en uso debe guardarse en un sitio donde el personal

no autorizado no tenga acceso.

Debe utilizarse equipamiento láser especial a prueba de explosiones en entornos

con peligro potencial de explosión (p. ej. plantas petroquímicas, minas). Las

propiedades de este equipamiento son: el máximo de potencia del láser y la

temperatura máxima deberían estar limitados. Además, que no produzca chispas.

Mediciones con luz

Los recientes avances en el desarrollo de la visualización por computador y la

tecnología de sensores, permiten la utilización de la luz de varias maneras para medir

objetos; estas técnicas de medición se pueden dividir en dos categorías: activas y pasivas.

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Tabla 9: Tabla de Medidas de control de cada clase de sistema láser

CLASES DE

SISTEMA LÁSER

MEDIDA DE CONTROL

CLASE 1

Señalización, Información y formación del personal involucrado o

expuesto

CLASE 1M

Señalización, Información y formación del personal involucrado o

expuesto.

CLASE 2

Idem Clase 1 y, además, Ingeniería, Equipos de protección

individual.

CLASE 2M

Idem Clase 1 y además, Ingeniería, Equipos de protección

individual, Medidas de Control: cálculo y marcado de la DNRO.

CLASER 3R Idem clase 2M y además, Ingeniería, Controles administrativos.

CLASE 3B Idem clase 2M y además, Ingeniería, Controles administrativos.

CLASE 4 Idem clase 2M y además, Ingeniería, Controles administrativos.

Tomado de: Safety of laser products (IEC, 2001)

Las técnicas pasivas no emiten radiación alguna, en cambio se basan en detectas la

radiación ambiental reflejada; la mayoría de escáneres de este tipo detectan luz visible

porque es una radiación ambiental fácilmente disponible. Los métodos pasivos son

baratos porque en la mayoría de los casos no necesitan más hardware que una cámara

digital, el problema radica en la dependencia de encontrar correspondencias, lo que no

siempre tiene solución única. (Blais & Berladin, 2006)

Los escáneres activos emiten un tipo de radiación controlada y detectan su reflexión

con el fin de explorar un objeto o un entorno, los posibles tipos de radiación utilizados

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son la luz, los ultrasonidos y los rayos X. Estas técnicas de medición activa requieren un

transmisor láser y un receptor, por lo cual son mecánicamente más complejas que las

técnicas pasivas; las principales ventajas de estos sistemas son (Blais & Berladin, 2006):

No requieren luz ambiental, el equipo genera su propia radiación.

Proporcionan una gran cantidad de mediciones de manera automática.

Se pueden utilizar en superficies sin rasgos distintivos.

Capturan gran cantidad de información en poco tiempo (1.000 – 500.000 puntos

por segundo).

Sin embargo, algunos sistemas activos pueden verse afectados por fuentes externas de

la luz, reflectividad, color y rugosidad. Existen seis tipos de escáneres activos,

diferenciados entre ellos por la manera en la cual el escáner recibe y/o analiza la señal de

radiación reflejada. (Blais & Berladin, 2006)

Medición basada en triangulación

Los triángulos son la base de muchas técnicas de medición. Se utilizaron en

mediciones geodésicas básicas en la Antigua Grecia y todavía pueden encontrarse en las

modernas cámaras 3D basadas en láser.

Ilustración 10: Principios de la triangulación

Tomado de “Uso y procesamiento del sistema escaner laser”

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Donde:

𝒂

𝑺𝒊𝒏(∝)=

𝒃

𝑺𝒊𝒏(𝜷)=

𝒄

𝑺𝒊𝒏(ƛ)

𝒂𝟐 = 𝒃𝟐 + 𝒄𝟐 − 𝟐. 𝒃. 𝒄. 𝑪𝒐𝒔 (∝)

𝒄 = 𝒂. 𝑪𝒐𝒔(𝜷) + 𝒃. 𝑪𝒐𝒔(∝)

Un láser escáner por triangulación utiliza el mismo principio (Fig. 6) para investigar

el entorno. Se dirige un patrón láser sobre el objeto y se emplea una cámara para buscar

la localización de la proyección del mismo. El emisor láser y la cámara se instalan con un

ángulo constante, creando un triángulo entre ellos y la proyección del láser sobre el

objeto. De ahí, el nombre de triangulación. Debido a esta configuración, la proyección

del láser cambia el campo de visión de la cámara en función de la distancia a la cámara.

(3D RiskMapping, 2008)

Ilustración 11: Principio del escáner laser basado en la triangulación

Tomado de” Tratado sobre el escáner terrestre tls”

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Se observa que el lado D del triángulo es conocido, es decir, la distancia entre la

cámara y el emisor láser. El ángulo del emisor láser α, también es conocido. En ángulo

de la cámara β puede ser determinado encontrando la localización del haz láser en el

campo de visión de la cámara. Estos tres elementos determinan completamente la forma

y el tamaño del triángulo y proporcionan la profundidad exacta del objeto medido. (3D

RiskMapping, 2008)

Se puede demostrar que, cuanto mayor es el lado D (base), menor es el error en la

estimación de la profundidad del objeto. Sin embargo, la base no puede ser muy grande

porque entonces el emisor láser y la cámara tendrían un solape en el campo de visión muy

reducido y la proyección del láser no siempre podría ser capturada por la cámara (3D

RiskMapping, 2008).

Formas de reducir la imprecisión en la dirección de la profundidad

Reducción de la distancia del objeto al escáner: reduce los efectos de las sombras.

Incremento de la base de triangulación (D): también aumentan los efectos de las

sombras.

Incremento de la distancia focal de la lente: Disminuye el campo de visión.

Reducción de la imprecisión de la medición: más píxeles en la cámara.

En la mayoría de casos se usa y arrastra una línea de láser, en lugar de un único punto,

para obtener un objeto completo en 3D. Esto significa que el ángulo del emisor láser

también cambia mientras se barre el objeto. (3D RiskMapping, 2008)

El método de triangulación activa fue inventado para solucionar en notable problema

de correspondencia encontrado en las técnicas de medición pasiva. El problema de

correspondencia se puede establecer de la siguiente manera: dadas dos imágenes, I1 e I2,

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de una escena tomada desde dos puntos de vista, la orientación relativa de las cámaras y

un par de puntos homólogos entre las dos imágenes, se puede calcular el correspondiente

punto en 3D usando el principio de triangulación. De este modo, el problema de

correspondencia consiste en encontrar pares de puntos homólogos en diferentes

imágenes. El método de triangulación activa usa la luz del láser para solucionar este

problema marcando el punto del objeto con el color de la luz del láser. De este modo, el

haz puede ser detectado fácilmente en la imagen. (3D RiskMapping, 2008)

Ilustración 12: Técnicas de proyección utilizadas en los escáneres de triangulación

Tomado de” Tratado sobre el escáner terrestre tls”

Medición basada en tiempo

Escáneres basados en pulsos (Tiempo de vuelo)

Las ondas de luz viajan con una velocidad finita y constante a través de un medio. Por

consiguiente, cuando puede medirse la demora durante el cual la luz viaja de una fuente

a un objeto reflectante y regresa a la fuente, la distancia a dicha superficie puede

calcularse mediante la fórmula siguiente:

D = (𝒄.𝒕)

𝟐

Donde:

c = velocidad de la luz en el aire

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t = tiempo que tarda la señal en ir y volver

Ilustración 13: Principio de un escáner laser basado en el tiempo de vuelo

Tomado de: Playbyte; Sensor Láser VL53L0X

El valor actual de la velocidad de la luz en el vacío es exactamente 299.792.458 m/s.

Si la luz viaja por el aire, se debe aplicar un factor de corrección igual al índice de

refracción (en función de la densidad del aire). Tomando el valor de la velocidad de la

luz en el aire como 3,108 km/s aproximadamente se puede obtener que tarda 3.33

nanosegundos en recorrer un metro. Por tanto, para alcanzar una precisión de 1mm,

necesitamos ser capaces de medir intervalos de tiempo de alrededor de 3.33

picosegundos. (3D RiskMapping, 2008)

La precisión de este tipo de escáner dependerá de la capacidad que tenga el dispositivo

para medir el tiempo, de manera que cuanto más precisos sean en medir los tiempos, más

precisos serán en medir la distancia.

La ventaja de los escáneres basados en el tiempo de vuelo, es que pueden operar a

distancias muy grandes (del orden de kilómetros), por tanto, son muy apropiados para

escanear grandes estructuras como edificios o accidentes geográficos. Las desventajas

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son su precisión, que suelen ser del orden de los milímetros y el problema de detectar la

llegada exacta de los retornos dispersos del pulso. (Echebarria, 2014)

Ilustración 14: Escáneres láser basados en tiempo de vuelo

Tomado de “Tratado sobre el escáner terrestre tls”

Escáneres basados en cambio de fase

Los escáneres basados en cambio de fase típica emplean un modulador, cuya señal

moduladora es básicamente una señal periódica, esto permite que el equipo cuente con

un espectro amplio en la potencia del láser lo cual lo hace diferente al método de tiempo

de vuelo. En el caso de una señal sinusoidal como moduladora, ésta es reflejada al chocar

con el objeto físico, lo cual permite encontrar el ángulo de desfasamiento, 𝜑. (Romero

Guerrero & Cuellar Vázquez, 2015)

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Ilustración 15: Principio de un escáner laser basado en el cambio de fase

Tomado de “Tipos de medición en el escáner láser 3d terrestre”

Los escáneres basados en la fase generalmente suelen modular su señal utilizando

modulaciones sinusoidales, amplitud modulada, frecuencia modulada, pseudo ruido o

modulación polarizada. Si la señal está modulada mediante modulación sinusoidal, la luz

reflejada se desmodulará por medio de cuatro puntos de muestra que son disparados a la

onda emitida. A partir de los cuatro puntos medidos c(τ0), c(τ1), c(τ2) y c(τ3) el desfase

o diferencia de fase ΔΦ, el desplazamiento B y la amplitud de pueden calcular mediante

las siguientes formulas (3D RiskMapping, 2008):

𝑩 = 𝒄 (𝝉𝟎) + 𝒄(𝝉𝟏) + 𝒄(𝝉𝟐) + 𝒄(𝝉𝟑)

𝟒

𝑨 = √(𝒄(𝝉𝟎) − 𝒄(𝝉𝟐))

𝟐+ (𝒄(𝝉𝟏) − 𝒄(𝝉𝟑))

𝟐

𝟐

∆∅ = 𝒂𝒓𝒄𝒕𝒂𝒏 [𝒄 (𝝉𝟎) − 𝒄 (𝝉𝟐)

𝒄 (𝝉𝟏) − 𝒄 (𝝉𝟑)]

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La diferencia de fase puede estar relacionada con el retardo similar al medido en los

escáneres basados en pulsos. La relación entre el desfase (ΔΦ), la frecuencia modulada (f

modulada) y el retardo (t) es:

𝒕 = ∆∅

𝟐𝝅 ∗ 𝒇 𝒎𝒐𝒅𝒖𝒍𝒂𝒅𝒂

Por tanto, según la ecuación de medición de distancia basada en el tiempo de vuelo, la

distancia al objeto viene dada por (3D RiskMapping, 2008):

𝐷 = 𝑐 ∗ 𝑡

2=

𝑐

4𝜋∗

∆∅

𝑓 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎

Limitaciones:

Frecuencia de la señal o modulación.

Precisión en el ciclo de medición de la fase � Depende de la fuerza de la

señal, el ruido.

Estabilidad del oscilador de modulación.

Turbulencias en el aire por el que se realiza la medición.

Variaciones en el índice de refracción del aire.

Ilustración 16: Escáneres láser basados en fase

Tomado de “Tratado sobre el escáner terrestre tls”

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Equipo

Ilustración 17: Equipo

Tomado de “Faro 2011”

Tabla 10: Equipo del escáner laser

Partes del escáner laser terrestre faro

Ilustración 18: Costado derecho

ID EQUIPO

1 Maletín de transporte

2 AC cable de poder

3 Unidad de fuente de alimentación externa con cable

4 Batería

5 Funda de la tarjeta de memoria

6 Lector tarjetas de memorias USB

7 Gafas de seguridad láser

8 Guía de inicio rápido situada en la tapa de la caja

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Tomado de “Manual Faro 2011”

Tabla 11: costado derecho escáner laser FARO

ID PARTES

1 Botón de encendido

2 Botón START / STOP - Pulse este botón para iniciar

o detener la grabación de un escaneo

3 LED debajo del botón START / STOP

4 Pantalla táctil

5 LED en el lado del espejo del escáner

6 Cubierta de la ranura de la tarjeta SD

Ilustración 19: Dentro de la cubierta

Tomado de “Manual Faro 2011”

Tabla 12: Partes dentro de la cubierta del escáner laser FARO.

ID PARTES

7 Ranura para tarjeta SD

8 Puerto micro USB (Sin funcionamiento por ahora)

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Ilustración 20: Costado Izquierdo

Tomado de “Manual Faro 2011”

Tabla 13: Costado izquierdo escáner laser FARO.

ID PARTES

9 Tapa de la batería

10 Compartimiento de la batería

11 Cierre de la batería - empuje el sujetador para liberar la batería

12 Lado del sensor LED

Ilustración 21: Frontal

Tomado de “Manual Faro 2011”

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Tabla 14: Parte frontal del escáner laser terrestre FARO.

ID PARTES

13 Espejo del escáner

14 Montaje del escáner

15 LED en el soporte del escáner

16 Toma de corriente

17 Zona de referencia

Mejoramiento del entorno escaneado con targets

Antes de escanear, debe asegurarse de que haya suficientes objetos de referencia en

los escaneos para que no haya problemas durante el proceso de registro posterior. Las

referencias u objetivos se utilizan para registrar múltiples escaneos individuales que están

cada uno en su propio sistema de coordenadas, en un solo sistema de coordenadas

alineado. Aunque el registro de escaneo en SCENE se puede realizar únicamente sobre la

base de objetivos naturales, como planos, paredes, esquinas, etc., recomendamos mejorar

el entorno escaneado con objetos de referencia artificiales adicionales, como esferas u

objetivos de papel de tablero de ajedrez. Las esferas y los objetivos de papel se pueden

combinar dentro de un sitio de escaneo. Por lo general, obtendrá resultados de registro

más precisos cuando haya colocado manualmente dichos objetivos. (FARO, 2011)

Ilustración 22: Checkboard and sphere target

Tomado de “Manual Faro 2011”

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Los siguientes consejos y sugerencias proporcionan una visión general de los

principios básicos que deben cumplirse cuando se trabaja con objetos de referencia

artificiales como esferas u objetivos de papel:

General

Matemáticamente necesita tres referencias correspondientes en los dos escaneos

que desea registrar entre sí. Los datos de inclinación capturados por el

compensador de doble eje incorporado pueden servir como una referencia, de

modo que solo se requieren otras 2 referencias externas del escáner. Pero un

mayor número de referencias por exploración puede mejorar los resultados de

registro y puede hacer que el registro sea más fácil y menos propenso a errores.

Como objetivos artificiales, debe utilizar objetivos de tablero de ajedrez o esferas

de referencia.

Utilice objetivos con una superficie no reflectante.

Imprima referencias de papel solo con impresoras láser.

Las referencias deben ser fáciles y claramente visibles en los escaneos.

Los objetivos no deben posicionarse simétricamente. Deben formar un polígono

alrededor del escáner y tener diferentes distancias al escáner. Colóquelos en el

área de escaneo a diferentes alturas, distancias y planos. Evite colocar los

objetivos en línea recta.

Si las referencias no se pueden colocar a una distancia adecuada del escáner,

aumente la resolución de escaneo o el tamaño de los objetivos.

No coloque objetivos cerca uno del otro. La distancia entre objetivos no debe ser

inferior a 1 m.

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Asegúrese de ver los objetivos en más de un escaneo (si no tiene coordenadas

topográficas para cada objetivo). Un objetivo que solo es visible en un escaneo es

inútil para el registro.

Al capturar una cadena de escaneos que dan como resultado una nube de puntos

tubular que es típica, p. Ej. topografía de túnel, se recomienda hacer uso del sensor

de inclinación y referencias con coordenadas topográficas. Dichas referencias

deben usarse a lo largo de toda la cadena. El escáner tiene una cierta incertidumbre

de medición y, si no utiliza referencias encuestadas al capturar y registrar una

cadena.

Objetivos de papel (tablero de ajedrez)

El ángulo de incidencia entre el rayo láser y los objetivos del tablero no debe ser

menor a 45 °.

Dependiendo de la resolución de escaneo elegida, la detección de referencias de

tablero de ajedrez en los escaneos por parte de SCENE puede volverse poco

confiable más allá de cierta distancia al escáner. P.ej. Al usar referencias de

tablero de ajedrez A4 y escanear con una resolución de 1/4, la distancia al escáner

no debe ser mayor de 15 m. Se pueden alcanzar distancias más grandes fácilmente

ampliando el tamaño del objetivo o escaneando con una resolución más alta.

Los objetivos del tablero de ajedrez no deben rotarse 45 ° en relación con el eje

del escáner.

Tener suficientes puntos de escaneo en los objetivos del tablero de ajedrez.

Necesitan cuatro o más puntos de escaneo por cuadrante.

Los objetivos de tablero de ajedrez no deben estar unidos a una superficie curva.

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Esferas de referencia

Las esferas de referencia deben estar completamente visibles en el escaneo.

Asegúrese de que no estén parcialmente cubiertos por otros objetos.

Dependiendo de la resolución de escaneo elegida, la detección de referencias de

esfera en SCENE puede volverse poco confiable más allá de cierta distancia al

escáner. P.ej. Al escanear con una resolución de 1/4 y usar esferas con un diámetro

de 145 mm, la distancia al escáner no debe ser mayor de 18 m. Si está utilizando

esferas más grandes, p. Esferas con un diámetro de 200 mm, la distancia al escáner

puede extenderse a 45 m.

Densidad de puntos por su resolución

Tabla 15: Resolución y densidad de puntos

Resolución Puntos

1 / 16 2892800

1 / 10 7216000

1 / 8 10377972

1 / 5 26395590

1 / 4 44542584

1 / 2 180592640

1 / 1 722370560

Tomado de “Manual Faro 2011”

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Antecedentes

En la universidad de Córdoba en el año 2012, Diego Francisco García y Francisco de

Paula Montes recurren a la tecnología 3D para la documentación y divulgación del

patrimonio arquitectónico demostrando metodologías para el levantamiento de la Torre

del Homenaje.

La universidad Distrital en el empleo del escáner laser para modelamientos 3D han

realizado diversos proyectos, en entre estos se encuentra la captura de información en el

observatorio astronómico Muisca de Moniquira en el 2018 enfocado en el área de arqueo

astronomía, y la elaboración del modelo digital de la sede de Bosa Porvenir detallando un

modelo arquitectónico en la fachada de las instalaciones también en el 2018. Para

continuar con la actualización de las propias instalaciones la universidad requiere

continuar con el empleo de herramientas como el escáner laser en la obtención de un

modelo digital propio y que sea sencillamente actualizable.

Para el desarrollo del modelo 3D es evidente que el proyecto consta con dos fases

fundamentales para la elaboración del modelo digital, se constituyen de 3 objetivos claves

para el desarrollo estas. La planificación es necesaria debido a que si no se organiza un

programa para los puntos de escaneo puede generar mayores costos y extender las labores

en campo.

Continuando con la toma de datos, una planificación correcta conseguirá un orden que

permita obtener las posiciones óptimas para el escáner laser en la captura de datos. (García

Molina, 2012); finalizando con la etapa de post proceso en la cual las escenas son filtradas

y ensambladas para la obtención del modelo digital con sus respectivos ajustes y

correcciones.

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Metodología

La metodología utilizada en este proyecto consta de tres fases, dentro de las cuales se

especifican los pasos principales para la obtención de un modelo tridimensional como

nube de puntos.

Ilustración 23: Diagrama de la metodología

1. Planeación: esta fase se refiere a todo el proceso previo a realizar los escaneos.

a. Búsqueda de antecedentes.

b. Caracterización de los planos arquitectónicos.

c. Proyección de trabajo en campo.

2. Captura de los datos: en esta fase se procede a realizar los escaneos, para generar

la nube de puntos.

a. Poligonal y nivelación.

b. Demarcación de targets.

c. Localización de puntos de esferas y escaneos.

3. Trabajo en oficina: consta del pos procesamiento de la información obtenida, es

decir realizar la unión de las escenas para generar la nube de puntos.

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a. Organización y limpieza de los datos.

b. Registro.

c. Colorización de las escenas.

d. Georreferenciación.

e. Generación de la nube de puntos.

Planeación

- Antecedentes y planos existentes:

La búsqueda de antecedentes se planteó bajo 2 enfoques, el primero referente a

proyectos realizados en la universidad relacionados con el uso de escáner laser terrestre

y obtención de planos arquitectónicos de las diferentes facultades; el segundo centrado

en las diversas metodologías aplicadas al uso del TLS, como resolución de los datos, tipos

de escaneos, tipos de escáneres, y métodos de procesamiento de datos.

- Planos existentes

Investigando en las páginas de la universidad fue posible acceder a los planos

arquitectónicos iniciales del edificio Natura de la Facultad de Medio Ambiente, como se

muestra en las siguientes ilustraciones:

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Ilustración 24 Búsqueda de la información en planeación

Tomado de “planeacion.udistrital.edu.co”

Ilustración 25 Planos de planeación Universidad Distrital Famarena, piso 1

Tomado de “planeacion.udistrital.edu.co”

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Ilustración 26 Plano de planeación Universidad Distrital Famarena, piso 2

Tomado de “planeacion.udistrital.edu.co”

1. Caracterización de la información

Tabla 16. Caracterización de planos existentes

2. Proyección de trabajo en campo

Con los planos en mano se procedió a realizar la demarcación previa de los escaneos

en el edificio piso a piso, para ello se determinaron que dos escaneos eran necesarios para

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realizar el cambio de piso, entre 5 y 6 escaneos para rodear el jardín central del edificio y

un escaneo por cada salón, sin embargo es necesario resaltar que existieron zonas

especiales, como salas de profesores, biblioteca, cuartos de mantenimiento, que generaron

un incremento en los escaneos y solo se logró determinar el número de escaneos

necesarios realizando un recorrido en campo.

Ilustración 27. Proyección en campo

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Captura de datos

1. Poligonal

Para el desarrollo del levantamiento arquitectónico se plantea una poligonal, la cual se

desarrollará alrededor del edificio natura, administrativos y laboratorios en la Universidad

Distrital Francisco José de Caldas en su Facultad de Medio Ambiente y Recursos

Naturales.

Equipos

Estación pentax V-325 N

Prisma con bipode (x2)

Plomadas (x2)

Flexómetro

Clavos GEOPUNT

Maso

Pintura

Cinta métrica

Cartera de transito

Ejecución en campo

Para minimizar errores durante la toma de información primero se procede a verificar

la fiabilidad de los datos que arrojan los equipos una vez configurada la estación con los

parámetros generales en el sitio de trabajo.

Chequeo angular:

En la toma de ángulos se toman varios puntos lejanos y que se encuentre estáticos, a

dichos puntos se encera la estación y se procede en realizar el tránsito en el equipo

chequeando en repetidas ocasiones los valores angulares obtenidos y así comprobando

sus precisiones.

Chequeo en distancias:

Para verificar la precisión de las distancias arrojadas por la estación primero se

materializan 2 puntos a una distancia tomada con cinta de 10 m. Seguido a esto se

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estaciona el equipo en un punto y se ubica el prisma en el otro punto, se procede a tomar

varias mediciones y se verifica si el valor es lo más próximo al medido con la cinta

métrica.

2. Desarrollo de la poligonal:

Ilustración 28. Estación total PENTAX V-325N

Ilustración 29. Demarcación delta 2 Ilustración 30. Demarcación delta 3

Ilustración 31. Estacionamiento del equipo, delta 3 Ilustración 32. Estacionamiento del equipo, delta 6

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La poligonal cuenta con 10 vértices, cerrada geométricamente y con la toma de ángulos

internos. Las placas utilizadas para su desarrollo son TT1A y TT2 las cuales cuentan con

las siguientes coordenadas:

Tabla 17. Placas de referencia

PLACA NORTE ESTE

TT1A 100116,282 m,N 101423,264 m,E

TT2 100093,442 m,N 101407,076 m,E

Ilustración 33. Trazado de la poligonal, Google Earth

3. Ubicación de auxiliares y targets

Continuando con las labores en campo se procede en la ubicación de auxiliares en cada

piso del edificio Natura con el fin de utilizarlos para otorgarle coordenadas a los targets.

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Ilustración 34. Deltas auxiliares

Para los targets checkboard que se ubican en cada piso del edificio, se sitúan de tal

forma que al realizar los escaneos se encuentren perpendiculares a las mediciones del

escáner laser evitando inexactitudes en los procedimientos de oficina. Asimismo, al tener

un diseño similar cada piso, estos targets se ubicaban en posiciones similares, siendo estos

aproximadamente 7 por piso.

Ilustración 35. Target escaleras de 1-2 piso Ilustración 36. Target piso 1, audiovisuales

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Asignación de coordenadas a los targets a partir de los deltas auxiliares:

En esta ocasión se arrastra un delta por piso en el edificio natura con el fin de otorgarle

a cada uno de los targets coordenadas reales las cuales se utilizarán en la fase de oficina

como medio de orientación.

4. Resultados de la poligonal y auxiliares

Luego de terminar la toma de datos de la poligonal, sus respectivos auxiliares y la

demarcación de los targets, se procede a realizar el cálculo de la poligonal, como lo son

el error angular, error en distancia, precisión y las coordenadas de cada uno de los puntos

mencionados anteriormente, esto mediante el método de Crandall.

- El error angular que presento la poligonal se encuentra dentro de la tolerancia

establecida, lo cual permite realizar el ajuste.

Tabla 18. Error angular de la poligonal

ERROR ANGULAR

Datos Resultados

Amarre Externo

Tipo de Ángulos Internos

Teórico 1800°00'00,00"

Obtenido 0°00'10,00"

Vértices 10

Tolerancia 16"

- Lo errores en distancia a partir de las proyecciones son:

Tabla 19. Error en distancia por proyecciones

ERROR EN DISTANCIA

Proyección Error

ΣN - S -0,004

ΣE - W -0,009

- El error total de la poligonal fue de 0,010 m en total, lo que conlleva al cálculo de

la precisión de la poligonal, el resultado es de 1: 30214

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Tabla 20. Resultados de la poligonal

POLIGONAL

Datos Resultados

Error Angular 0°00'10"

Error Distancia 0,010m

Perímetro 299,840 m

Precisión 1:30214

5. Escaneos

Configuraciones previas:

Para comenzar con los escaneos del edificio, primero es necesario configurar el equipo

de tal modo que logre brindar una buena calidad en la toma de información pero que a su

vez este evite desperdiciar tiempo por cada escaneo.

Ilustración 37. Configuración del escáner

Como recomendación en el proyecto se fueron creando varias carpetas como

subproyectos por pisos o ciertos sectores, para que facilite el uso de la

información cuando se requiera, ya sea en campo para verificar o en el trabajo

en oficina.

Perfil rápido es una buena opción previo al inicio de escaneos para confirmar

algún tipo de error, este funciona como chequeo siendo de resolución 1/32 y 1x

en lo que tarda poco menos de 2 minutos.

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El equipo no se debe apagar durante la jornada de trabajo para que así mantenga

los mismos parámetros establecidos.

No escanear durante días muy soleados porque afecta el sensor del escáner y se

pierde información.

Lo ideal es dejar todos los sensores activos:

Temperatura: Puesto que trabaja con infrarrojo y puede afectar la toma de los

datos.

Clinómetro: Se aproxima a los equipos de precisión con un nivel interno.

Brújula: Cuenta con la opción de actualizarla, bastante útil cuando los equipos

se mueven más 100km donde puede encontrar variaciones magnéticas.

Altímetro: Como herramienta para diferenciar un escaneo tomado de un piso

con el otro ubicando una altura de referencia.

Parámetros generales que ya se han visto en otros dispositivos.

Resolución

La máxima calidad es 1/1, lo que significa una toma de datos de 0.09° (grados)

que equivalen 32” (segundos). Como resultado va a tomar 40.000 líneas con esta

resolución.

En la detección del centro geométrico de la esfera la resolución es un factor

fundamental. Se requieren aproximadamente un mínimo de 120 puntos para

hallar dicho dato.

En topografía utilizamos una resolución optima, pero a su vez el agilizar en

tiempos, por lo que fue necesario alternar entre la resolución y calidad para

encontrar un valor óptimo. Como resultado se puede trabajar entre 6 a 7 minutos

por escaneo como tiempo estándar.

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Ilustración 38. Identificadores de la resolución

Ilustración 39. Tabla de resolución vs distancia

Tomada de: manual faro Scene

Calidad

La calidad está orientada a cuantas veces va a repetir una línea. Si se encuentra

a 4x repetirá la línea 4 veces.

Lo mínimo recomendado por el manual es que sea 2x o 3x para darle mayor

consistencia a la información.

Resumen

Tabla 21. Configuraciones previas

CONFIGURACIONES PREVIAS

Distancia entre esfera y escáner 12,5 m

Distancia entre esferas 1 m

Resolución 1/4

Calidad 3x

Tiempo de escaneo 7 min aprox.

Consideraciones

Si un dato es muy relevante el equipo tiene que estar perpendicular y de frente a

los targets para evitar errores.

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En planeación se determina que entre esfera y escáner habrá una distancia de

12.5 m, siendo esta la máxima distancia en que se encontraran las esferas.

Se recomienda 1 m de distancia entre esferas, puesto que, entre más distancias

se pierde avance en los escaneos.

6. Ubicación de puntos de esferas

Con una planeación previa y teniendo en cuenta los targets checkboard en los

alrededores del edificio, se distribuyen los targets de las esferas para que funcionen como

cambios entre escaneos. Estos se realizan con papel adhesivo y se refuerzan con papel

contac con el fin de que se mantengan fijos en dado caso que se requiera escanear un parte

de nuevo.

Ilustración 40. Posicionamiento puntos de esferas

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Ilustración 41. Posicionamiento del escáner y esferas

7. Captura de las escenas

En la fase de escaneos es necesario seleccionar un tiempo ideal para la toma de la

información esto debido a que la facultad se encuentra en funcionamiento constante, para

lo que fue necesario tomar las medidas en días que los estudiantes no se encontraran en

la sede. Dicho esto, se procede a mover, correr y desprender todo objeto que pueda

interferir con las mediciones en campo, para lo que es necesario despejar toda la zona

tanto de objetos como de personas para disminuir el ruido en cada fase de escaneo.

Ilustración 42. Limpieza entrada, piso 1 Ilustración 43. Limpieza aulas, piso 1

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Ilustración 44. Escaneo corredor, piso 1 Ilustración 45. Escaneo rampa, piso 1

Ilustración 46. Escaneos de aulas, piso 4 Ilustración 47. Escaneo aulas, piso 1

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Ilustración 48. Escaneos de biblioteca, piso 2 Ilustración 49. Escaneos escaleras biblioteca

Ilustración 50. Escaneo coordinación Tec. Topografía Ilustración 51. Escaneo aula 121, coordinación

Ilustración 52. Escaneos rampa, piso 4 Ilustración 53. Escaneos escaleras, piso 2

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Ilustración 54. Entrada sala de profesores, piso 1 Ilustración 55. Sala de profesores, piso 1

Ilustración 56.Almacén de topografía, lado izquierdo Ilustración 57. Almacen de topografía, lado derecho

8. Nivelación

Con el fin de comprobar los desniveles tomados por la estacion en los targets

checkboard es necesario realizar una nivelación geométrica que funcione como apoyo en

la corroboración de los datos. Por lo tanto, se parte de la placa NP59CD con la cual se

arrastra la cota piso por piso hasta llegar a la terraza del edificio Natura con un total de

15 cambios.

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Ilustración 58. Nivelación geométrica, piso 2 Ilustración 59. Nivelación geométrica, piso 2,vista atrás

Tabla 22. Datos de la nivelación

NIVELACIÓN

Datos Resultados

Punto de nivel (NP) NP- 59CD

Numero de cambios 15

Error de la nivelacion 0.013m

9. Calculo ITRF y Epoca

Con respecto al posicionamiento GPS se utilizó uno previamente hecho, en el cual se

elaboró una actualización de la red geodésica de la Universidad Distrital específicamente

en la Facultad de Medio Ambiente y Recursos Naturales. Al ser un proyecto reciente no

presento problemas al momento de utilizar sus datos, así mismo, los usos de algunas

placas presentaban interferencia para la captura de la información, por lo que dicho

proyecto resulto útil.

Como punto de partida se utilizaron las placas TT1A y TT2 que en nuestro caso son

el amarre de la poligonal, y el punto NP59 CD como base de la nivelación geométrica.

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Ilustración 60. Actualización de la Red Geodésica FAMARENA

Tomado de: trabajo de grado “Actualización de la red geodésica de la Facultad del Medio Ambiente y

Recursos Naturales de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas”

Fue necesario el cálculo en el cambio de época y así mismo las velocidades presentadas

por estas, puesto que la actualización en la resolución del IGAC (715 del 2018) daba a

conocer que se debía trabajar con el ITRF 2014 y en la época 2018.0. Para esto el software

de Magna Sirgas 4.2 fue empleado con el objetivo de obtener las velocidades de cada año.

Ilustración 61. Cálculo de velocidades

Tomado de: programa Magna Sirgas

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En la trasformación de coordenadas de ITRF94 época 1995.4 a ITRF2014 época

2018.0 se empleó la página web EUREF Permanent GNSS Network, la cual realiza la

transformación partiendo desde 1994 hasta el 2014, finalizando así el cálculo de las

coordenadas geocéntricas de los puntos en la época necesaria de trabajo 2018.0.

Ilustración 62.iteraciones en la página web EUREF Permanent GNSS Network

Tomado de la página web http://www.epncb.oma.be/

Seguido a esto se realiza la conversión de coordenadas Geocéntricas a Planas

Cartesianas Bogotá-2011 con el uso del mismo programa de Magna Sirgas.

Ilustración 63. Conversión de coordenadas Geocéntricas a Planas Cartesianas

Tomado de: programa Magna Sirgas

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Finalizando este proceso se calcula la ondulación geoidal, esto con la finalidad de

obtener la altura orto métrica de cada placa, el cual se resta a la altura elipsoidal obtenida

durante la conversión.

Ilustración 64. Cálculo de ondulación geoidal

Tomado de: programa Magna Sirgas

Tabla 23. Calculo de ITRF y época

Tabla 24. Calculo de coordenadas Planas Cartesianas

Punto X(m) Y(m) Z(m) Punto X(m) Y(m) Z(m)

TT1-A 1746279,990 -6116067,947 508025,435 TT1-A 1746280,014 -6116067,876 508025,834

TT2 1746265,102 -6116074,778 508002,722 TT2 1746265,126 -6116074,707 508003,121

NP 59CD 1746248,411 -6116074,863 508008,291 NP 59CD 1746248,435 -6116074,792 508008,690

Datum MAGNA SIRGAS (Época 1995,4 - ITRF 1994) Datum MAGNA SIRGAS (Época 2018,0 - ITRF 2014)

COORDERNADAS GEOCÉNTRICAS DE LA RED GEODESICA FAMARENA 2014

Punto Norte (m) Este (m) Altura (m.s.n.m.)

TT1-A 100116,282 101423,264 2714,591

TT2 100093,442 101407,076 2715,244

NP 59CD 100099,352 101391,003 2711,204

Datum MAGNA SIRGAS (Época 2018,0 - ITRF 2014)

COORDENADAS PLANAS CARTERSIANAS ORIGEN BOGOTÁ 2011

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Trabajo en oficina

1. Organización de los datos:

Lo primero que se debe realizar en el post proceso de los datos capturados es

organizarlos por tipo, es decir, agrupar las escenas obtenidas por piso, para lograr un

trabajo efectivo y rápido; con los datos organizados se procede a realizar la primera

limpieza de información, esta es la eliminación de escenas fallidas o innecesarias.

2. Limpieza de las escenas

La limpieza de las escenas consiste en la eliminación de puntos que generan ruido o

interferencia con la información principal. Para ello se realizan varios pasos, el primero

es abrir cada una de las escenas individualmente ya se en una vista 3d o en una vista

planar, con las que procede a limpiar:

- Personas

- Muebles

- Objetos externos o por fuera del área del edificio

- Tableros

- Aparatos electrónicos

- Vegetación

- Puntos por retracción

- Objetos posicionados dentro del edificio

Para esto es necesario ingresar al programa Scene faro, en la pestaña “Explorar”, aquí

seleccionaremos por medio de un polígono los puntos de interferencia y con clic derecho

se elegirá la opción de eliminar los puntos internos del polígono o externos dependiendo

la selección, como se muestra en la siguiente secuencia de imágenes.

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- Proceso en Vista planar - Proceso en Vista 3D

Ilustración 65. Selección del polígono, vista planar Ilustración 66. Selección del polígono, vista 3D

Ilustración 67. Eliminar datos del polígono, vista planar Ilustración 68. Eliminar datos del polígono, vista 3D

Ilustración 69. Escena limpia, vista planar Ilustración 70. Escena limpia, vista 3D

El resultado final de la limpieza se verá reflejado de la siguiente manera:

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Ilustración 71. Resultados de la limpieza (antes) Ilustración 72. Resultados de la limpieza (después)

3. Registro

Con la escenas limpias se procede a realizar la unión de los escaneos con el fin de

generar el modelo del edificio, en el programa Scene existe la pestaña de “Registro”, en

la cual se presentan dos maneras para realizar la union de las escenas, la primera es de

forma automatica y la segunda de forma manual.

El registro manual presenta beneficios en comparacion con el registro automatico,

puesto que permite seleccionar las escenas contiguas de forma mas precisa, este proceso

se realiza de a pares de escenas y por agrupamientos, es decir, que se une primero los

escaneos pertenecientes al corredor, luego los salones, baños y salas especiales, y al

finalizar se hace la union de todos los agrupamientos.

ANTES DESPUÉS

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1. Registro manual

Ilustración 73. Registro

2. Seleccionar el par de escenas a unir, teniendo en cuenta que deben presentar

puntos y esferan esn comun.

Ilustración 74. Selección de escenas

3. Seleccionar las esferas y targets en común para realizar a union.

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Ilustración 75. Unión de escenas

4. Por ultimo se hace un control de calidad de la union, según la visualizacion

previa

Ilustración 76. Visualización previa

4. Colorización

Cuando el registro está terminado se puede colorizar el modelo para reconocer

fácilmente las características que posee el edificio, para ello se realiza en el procesamiento

como se nombra en el programa Scene, en el cual se activan una serie de filtros que

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mejoran la visibilidad de la estructura, tales como: la eliminación de puntos oscuros,

puntos que se encuentran fuera de un radio de distancia establecido y aplicación del color

a los puntos de la nube.

Ilustración 77. Proceso Colorización Ilustración 78. Antes de la Colorización

Ilustración 79. Resultado de modelo con colorización

5. Georreferenciación

La georreferenciación se realiza a partir de los principios de traslación y de rotación,

para ello se hace uso de dos de los targets puestos en campo y de sus equivalentes en el

software Scene, incluyendo el punto de origen predeterminado del modelo que genera

automáticamente el programa.

Para iniciar con el proceso de georreferenciación se forman dos triángulos, el primero

con las coordenadas de los targets y el segundo con las coordenadas arbitrarias del

programa referentes a los mismos targets y la coordenada del punto origen. Con los dos

triángulos se realiza el proceso de traslación y de rotación para determinar las

coordenadas reales del punto de origen del modelo.

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- La traslación permite determinar las coordenadas X y Y.

- La rotación permite determinar el ángulo Z, para alinear los puntos en el azimut

correcto, en dirección norte.

- La cota Z, perteneciente a las coordenadas del punto, se determina a partir de la

nivelación geométrica realizada.

Las coordenadas empleadas para la georreferenciación son las que se muestran en la

tabla 25, en la cual se puede observar los dos targets y el punto de origen; el proceso lo

realiza automáticamente el Software Scenne – Faro, insertando los datos de la

transformación como se muestra en la ilustración 80.

Tabla 25. Coordenadas de los targets

COORDENADAS DE LOS TARGETS

Punto Scene Poligonal

Este Norte Altura Este Norte

T1 8,51900 9,21200 -5,28500 101444,300 100101,887

T4 -1,92300 -5,30800 -4,77900 101435,224 100086,464

Origen 0,07200 0,00116 1,28350 101438,100 100092,400

Ilustración 80. Cuadro de coordenadas del modelo

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6. Generación de la nube de puntos

Con todos los procedimientos listos, lo último que se realiza es la nube de puntos, para

ello en la pestaña de “explorar”, existe una opción de “nube de puntos”, dando clic en

ella se puede crear la nube, para ello se deben establecer algunos parámetros, estos son:

Ilustración 81. Parámetros de la nube de puntos

- Densidad de la nube, que en el caso del proyecto se seleccionó una media.

- Se puede seleccionar “eliminar puntos duplicados”, para reducir el peso de la

nube.

- Aplicación de filtros, como puntos fuera del rango máximo en el que se encuentra

el edificio.

Al finalizar los parámetros, se generará la nube, y da como resultado una nube

completa y unida del edificio Natura.

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Ilustración 82. Nube de puntos

Para generar la nube de puntos se deben establecer los parámetros como la densidad,

el borrado de puntos exteriores que generan ruido y los que se encuentran duplicados.

Luego el programa realiza el proceso y genera la nube de puntos final.

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Resultados y análisis

Como resultados se obtuvo el error medio del proceso de registro de las escenas, como

se muestra en la ilustración 83.

Ilustración 83. Resultados registro

Se puede determinar que el error máximo en un punto fue de 28mm y el error medio

de toda la nube fue de 14mm, esto puede relacionarse con los siguientes criterios:

- Muebles que impedía la toma completa y precisa de la estructura del edificio

- Limpieza de algunas escenas: Esto generaba perdida de un 70% a 80% de la

información de las aulas y algunas zonas del edificio.

- Tiempos de escaneos disponibles: En algunas oficinas el tiempo que se disponía

para la captura de la información era muy limitado, por lo cual no se pudo reiterar

las mediciones.

- Composición estructural del edificio: Algunas áreas presentaban espacios de

entrada reducidos, que impedían la correcta visibilidad y traslapo entre escenas,

generando un aumento del error en el registro de los datos.

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Ilustración 84. Resultados de la nube de puntos

También se detallan los siguientes resultados:

Un total de 214 escaneos para la captura de la información.

9 Agrupamientos con un total de 5.6 mm de error presentados.

La nube de puntos consta de 2,972’848,953 puntos en su modelo final.

Otro resultado que se obtuvo es la comparación entre las mediciones de los planos

arquitectónicos del edificio, las medidas del modelo (nube de puntos) y la verificación en

campo, para ello se tomó muestra de tres zonas del edificio.

Tabla 26. Medidas de rectificación

Es posible deducir que el nivel de precisión que se obtiene a partir del scanner es

milimétrico, por lo cual las medidas de campo y del modelo coinciden o son más cercanas

que las presentadas en los planos arquitectónicos, puesto que, el edificio está en constante

movimiento, y los planos se des actualizan rápidamente.

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Conclusiones

Se consolido opimamente el modelo tridimensional del edificio Natura a base de

una nube de puntos, sin embargo no fue posible capturar los 4600m2 de la

construcción, puesto existen zonas en las cuales el acceso es reducido, lo que

conlleva a tener un aproximado del 85% del área total.

La generación de la nube de puntos resulta versátil en la captura de la información,

puesto que permite tener una fiabilidad en los datos y un acceso inmediato a

medidas y estado de la estructura.

Los tiempos de la captura de la información fueron prolongados a los esperados

en la planeación, esto debido a la composición de la estructura presentada en

ciertas ocupaciones, por ejemplo, en determinados salones fue necesario realizar

dos escaneos para adquirir la información detallada en su conformación.

Como resultado podemos deducir que el escáner láser terrestre otorga al usuario

la captura detallada de la información en comparación a los métodos tradicionales

en el área de la topografía., Asimismo el uso de esta herramienta permite abarcar

grandes zonas tiempos reducidos.

La generación de la nube de puntos resulta versátil en la captura de la información,

puesto que permite tener una fiabilidad en los datos y un acceso inmediato a

medidas y estado de la estructura, como se muestra en la tabla 26 y en la

ilustración 86, con medidas y errores milimétricos.

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Recomendaciones

Es necesario estacionar el equipo perpendicular ante objetos de gran

relevancia, para así lograr obtener la mayor cantidad de información posible de

este.

Para un avance semejante durante los escaneos es aconsejable tener en cuenta

lo planeado, es decir, las distancias máximas para cada escena se tendrán

presentes.

Es clave tomar a consideración las condiciones climáticas en las que se realizan

las prácticas en campo, puesto que, de no ser así, afectarán en gran medida la

calidad de los datos recolectados.

Se sugiere cubrir los objetos reflectantes como espejos y muebles metálicos,

ya que el reflejo provocado por estos genera el efecto de un vidrio, en otras

palabras, crea una especie de puntos simétricos adyacentes a los existentes.

La limpieza de las escenas debe ser únicamente de objetos que interfieran y no

permitan generar el modelamiento o representación de la estructura, pero

algunos muebles que faciliten la proyección del muro son necesarios que se

mantengan.

En el momento que se realicen los escaneos, las áreas a capturar deberán

permanecer libres del ruido que interfiera en la toma de la estructura, es decir,

se retiraran los objetos y se impedirá el paso de las personas en el instante que

el escáner se encuentre trabajando.

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Anexos

1. Cartera de cálculo de la poligonal cerrada, realizada en la sede

FAMARENA

Ilustración 85. Anexo cálculo de la poligonal cerrada, datos principales

2. Plano de la poligonal

Ilustración 86. Anexo imagen del plano topográfico de la poligonal cerrada

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3. Cartera de la nivelación geométrica con control

Ilustración 87. Anexo cartera de nivelación geométrica

4. Datos de los escaneos, organizados por piso

Ilustración 88. Anexo carpetas con crudos de los escaneos de cada piso

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5. Nube de puntos final del proyecto

Ilustración 89. Anexo vista de la nube de puntos