Cómo la innovación tecnológica en la construcción puede influir, modificar y mejorar todo el proceso de levantamiento digital de las edificaciones: escáneres láser, fotogrametría digital y drones

En los últimos años, la innovación tecnológica en la construcción ha traído consigo importantes herramientas, especialmente en el campo del levantamiento topográfico y en obras de construcción: basta considerar las ventajas significativas (precisión, tiempo, costos) que se pueden obtener de un levantamiento realizado con un escáner insertado en un dron.

Ventajas accesibles a todos los técnicos, sobre todo por medio del desarrollo de software, que permiten reconstruir la malla tridimensional a partir de las fotografías tomadas desde arriba: gran parte del trabajo de procesamiento de datos hoy puede ser efectuado con un software fácil de usar, que pone a disposición los datos en un modelo 3D.

Estos software permiten transformar los datos recopilados con los dispositivos láser y fotográficos en nubes de puntos, mallas tridimensionales, Modelos Digitales de Elevación (DTM) y ortofotos georreferenciadas:

obteniendo todo lo necesario para el relievo de los edificios, el diseño de nuevas infraestructuras o su mantenimiento.

Veamos los principios de funcionamiento de estas tecnologías.

Levantamiento de los edificios

En una época en la que cada vez se construye menos y se recupera cada vez más el patrimonio inmobiliario existente, es importante el levantamiento preciso del estado de la edificación a recuperar.

El conocimiento detallado de una estructura, una fachada o un sitio, permite al diseñador concentrarse en la fase de diseño. Tomando decisiones informadas, optimizando los espacios de la mejor manera, computando el trabajo a realizar con considerable precisión.

Hasta hace algún tiempo el levantamiento de edificaciones y/o sitios se realizaba con simples herramientas que no permitían obtener un modelo del inmueble a intervenir.

Las medidas tomadas para generar la planta de un edificio eran a menudo secciones horizontales, a cierta altitud, que no tenían en cuenta posibles inclinaciones de las paredes, anomalías estáticas de los techos, etc. Incluso si se definía un modelo 3D del edificio, este estaba condicionado por una serie de aproximaciones.

Hoy las nuevas tecnologías permiten combinar información métrica, fotográfica, termográfica, etc. Por ejemplo, mediante el uso de escáneres láser y drones.

El diseñador trabaja directamente en la estructura, conociendo su forma, dimensiones, materiales, situaciones críticas (lesiones, situaciones de insalubridad, etc.).

Todo esto en beneficio de un diseño de alto nivel.

Fotogrametría digital

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La fotogrametría arquitectónica es una técnica de levantamiento que permite adquirir datos métricos de un objeto (forma y posición) a través de la adquisición y análisis de un par de fotogramas estereométricos.
El levantamiento con fotogrametría arquitectónica implica dos fases:

  1. la toma, el resultado son dos fotogramas estereométricos. El objeto se fotografía con la cámara estereométrica o con la cámara métrica, colocándola en dos puntos distintos elegidos respectando la estereoscopia artificial.
  2. la restitución, utiliza los dos fotogramas estereométricos. Con esta operación es posible detectar las dimensiones de interés, o se puede elaborar un modelo, en proyección ortogonal, del objeto fotografiado

La fotogrametría digital, es la técnica de levantamiento que permite obtener información métrica, geográfica, de forma y posición, de objetos tridimensionales, como terrenos y edificios por medio de la elaboración de imágenes fotográficas digitales.

La aplicación en los drones (aerofotogrametría) funciona a través de la creación de modelos digitales del terreno y ortofotos. También produce levantamientos arquitectónicos de infraestructuras y edificios para la creación de modelos 3D.

Actualmente la aerofotogrametría representa una de las técnicas de adquisición de datos del territorio más confiable, económica y precisa, útil también en el análisis de los cambiamientos del territorio.

La fotogrametría con drones tiene diferentes aplicaciones técnicas: ortofotos, levantamientos geológicos, servicios topográficos con drones, modelos 3D (reconstrucciones de nubes de puntos, curvas de nivel), mapeo de sitios de construcción y territorios, renderización de edificios, monitoreo de sitios con inestabilidad hidrogeológica, DEM (Digital Elevation Model).

De una serie de imágenes digitales es posible obtener un modelo de superficie tridimensional. El origen de los datos puede ser múltiple, las principales fuentes son:

Escáner laser

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El escáner láser mide, en una región del espacio y de acuerdo con una densidad predefinida, las posiciones de puntos de los objetos presentes.
Se genera una nube de puntos, es decir, un conjunto de puntos con coordenadas definidas en el espacio. Desde la nube de puntos es posible definir superficies constituidas de triángulos (mesh) y de superficies continuas (nurbs). Las superficies pueden ser fotorrealistas.
El escáner láser nació para aplicaciones industriales, es un dispositivo electro – óptico mecánico que, mediante la técnica de escaneo sucesivo, permite levantar automáticamente un objeto en sus tres dimensiones.
El levantamiento tridimensional proporciona cuatro datos: las tres coordenadas del punto levantado y el valor de la reflectancia, que cambia según la naturaleza del material.

La reflectancia representa la capacidad de los cuerpos de reflectar el rayo láser; indica por cada punto de una superficie de material opaco, golpeado por un rayo de luz,

  • el factor de respuesta, es decir, la relación adimensional entre la irradiancia, o la densidad del flujo radiante incidente
  • la emisión, o densidad de flujo radiante saliente.

Cualquiera que sea la tecnología de escaneo láser utilizada (en el campo arquitectónico, el más avanzado es el escaneo de fase), el resultado es una nube de puntos muy densa de la cual es posible obtener una cantidad impresionante de datos y procesos:

  • Modelos 3D a color de los edificios levantados
  • Modelos 3D con superficies o mallas
  • Ortofotos de fachadas y elevaciones
  • Secciones y planos
  • Navegaciones virtuales dentro de la nube de puntos
  • Implementación en entornos digitales y software AR (Realidad Aumentada)
  • Implementación en entornos BIM (Building Information Modeling) para la modelización rápida de la situación actual.

El resultado también se puede integrar con las tecnologías GNSS para la georreferenciación de la nube, con levantamientos Aero fotogramétricos de drones para techos de edificios y cualquier otro levantamiento digital preexistente.

Videos digitales

La posibilidad de utilizar una cámara de video profesional para obtener un levantamiento hace que esta tecnología sea fácil de usar y difundir, con la ventaja de poder levantar rápidamente incluso áreas muy grandes. La portabilidad de los dispositivos y la autonomía hacen que estos instrumentos sean muy adecuados para encuestas en áreas de difícil acceso.

Fotografías digitales

El hecho de poder usar una cámara digital como herramienta de levantamiento hace que esta tecnología sea aún más fácil y más accesible. La principal ventaja es, sin duda, la de lograr una fotogrametría tridimensional de bajo costo.

Nube de puntos: ¿qué es?

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Al realizar un escaneó, el escáner láser registra una gran cantidad de puntos datos asignados de la superficie al área que se está escaneando. Estos pueden incluir paredes, ventanas, tuberías, estructuras en acero, etc.

Por lo tanto, el punto es la unidad fundamental en la que se basa el método de levantamiento fotogramétrico.

El resultado obtenido es una nube de puntos, de coordenadas x y z, que pueden ser vistas directamente en el monitor de la computadora como “fotografía tridimensional, formada por millones de puntos. Estos describen en detalle la superficie del objeto detectado, obteniendo también información dimensional y colorimétrica.

Es posible comparar una nube de puntos con una masa 3D formada por pequeñas gotas.

Los puntos detectados tienen, entre las diferentes características, un color asociado; de hecho, con el escaneo es posible asociar a las coordenadas de los puntos también datos RGB, derivados de una cámara.

El manejo de los datos

La imagen adquirida se importa en el software de modelización. Cada imagen adquirida es sujeta a operaciones de filtro para eliminar automáticamente las señales no genuinas que proporcionan coordenadas 3D incorrectas.

Luego se pasa al procesamiento de los datos a través de herramientas de edición, que permiten administrar miles de puntos derivados del proceso de digitalización. La nube de puntos se transforma en spline, superficies y mesh.

Luego del procesamiento de los datos, es posible:

  • medir;
  • producir videos;
  • obtener imágenes ajustadas;
  • exportar las secciones obtenidas en formato DXF;
  • posicionar el objeto detectado de acuerdo con la referencia topográfica;
  • crear modelos BIM.

Cada vez son más los software que permiten la gestión de la nube de puntos con un rendimiento siempre mayor: aprovechando la tecnología structure from motion (SfM) mejorando constantemente sus algoritmos, lo que hace posible por ejemplo generar un modelo tridimensional de un automóvil sacando las fotos con un smartphone, de manera rápida y con resultados notables.

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