Técnicas de escaneado móvil aplicadas a la digitalización y gestión en edificación

Resumen

La aparición de los sistemas de escaneado láser dinámicos, capaces de capturar datos a medida que se avanza por la zona de interés, ha revolucionado la adquisición, agilizando y flexibilizando las tomas de datos y ofreciendo un abanico muy amplio de aplicaciones en el campo de la ingeniería y arquitectura, entre otros. Inicialmente, los sistemas de escaneado móvil comenzaron centrándose en la digitalización de grandes extensiones de terreno como carreteras o zonas forestales. Así, los equipos de escaneado se embarcan sobre vehículos terrestres o aéreos y se escanea a medida que se va recorriendo la zona. Este planteamiento no es aplicable a escenarios de interior, puesto que en estos espacios no hay recepción de los sistemas de posicionamiento global (GNSS) y además el equipamiento es muy grande y pesado como para utilizarlo en el interior de edificios o zonas pequeñas. La solución en estos casos de interior pasa por utilizar alguno de los siguientes planteamientos: i) empleo de sistemas “wearables” portables de escaneado móvil apoyados por técnicas SLAM (Simultaneous Location and Mapping), ii) empleo de drones terrestres que embarquen sistemas de escaneado láser y apliquen técnicas SLAM o Stop & Go. Por todo ello, uno de los objetivos principales de esta Tesis Doctoral se centra en estudiar la viabilidad de diferentes sistemas portables de escaneado móvil para la digitalización en edificación, tanto histórica como de nueva construcción. Así pues, por un lado, se investigan los sistemas portables de escaneado móvil del tipo WMLS (Wearable Mobile Laser System) y por otro, se investiga la eficacia y viabilidad de utilizar escáner láser estáticos del tipo TLS (Terrestrial Laser Scanner) sobre plataformas móviles. Para estos últimos, se ha desarrollado un sistema híbrido, formado por un dron terrestre y un TLS, capaz de navegar de forma autónoma y digitalizar el entorno automáticamente. Ambos sistemas se han utilizado en diversos casos de estudio y se han analizado las precisiones, eficacia y viabilidad en diferentes ámbitos del conocimiento. Para ello, se han implementado diferentes algoritmos de reducción de ruido, como el novedoso filtro FSOR (Fast Statistical Outlier Removal), así como filtros anisotrópicos y de homogeneización. A continuación, se han realizado procesamientos básicos de cada nube de puntos, obteniendo cartografías y secciones resultantes. Finalmente, se han aplicado procesos más complejos a través del desarrollo de metodologías semiautomáticas para el modelado de elementos constructivos, utilizando superficies paramétricas de tipo RANSAC (RANdom SAmple Consensus), y superficies no paramétricas de tipo NURBs (Non-Uniform Rational B-spline). Los modelos CAD (Computer Aided Desing) as-built resultantes han permitido diseñar sistemas de conservación preventiva a través de enfoques HBIM (Heritage Building Information Modelling) y avanzar en el diagnóstico estructural actual y futuro de una construcción a través de simulaciones numéricas por el Método de Elementos Finitos (FEM).