Towards Mapping of Rock Walls Using a UAV-Mounted 2D Laser Scanner in GPS Denied Environments

In geotechnical engineering, the stability of rock excavations and walls is estimated by using tools that include a map of the orientations of exposed rock faces. However, measuring these orientations by using conventional methods can be time consuming, sometimes dangerous, and is limited to regions of the exposed rock that are reachable by a human. This thesis introduces a 2D, simulated, quadcopter-based rock wall mapping algorithm for GPS denied environments such as underground mines or near high walls on surface. The proposed algorithm employs techniques from the field of robotics known as simultaneous localization and mapping (SLAM) and is a step towards 3D rock wall mapping. Not only are quadcopters agile, but they can hover. This is very useful for confined spaces such as underground or near rock walls. The quadcopter requires sensors to enable self localization and mapping in dark, confined and GPS denied environments. However, these sensors are limited by the quadcopter payload and power restrictions. Because of these restrictions, a light weight 2D laser scanner is proposed. As a first step towards a 3D mapping algorithm, this thesis proposes a simplified scenario in which a simulated 1D laser range finder and 2D IMU are mounted on a quadcopter that is moving on a plane. Because the 1D laser does not provide enough information to map the 2D world from a single measurement, many measurements are combined over the trajectory of the quadcopter. Least Squares Optimization (LSO) is used to optimize the estimated trajectory and rock face for all data collected over the length of a light. Simulation results show that the mapping algorithm developed is a good first step. It shows that by combining measurements over a trajectory, the scanned rock face can be estimated using a lower-dimensional range sensor. A swathing manoeuvre is introduced as a way to promote loop closures within a short time period, thus reducing accumulated error. Some suggestions on how to improve the algorithm are also provided.

Planar Odometry from a Radial Laser Scanner. A Range Flow-based Approach

In this paper we present a fast and precise method to estimate the planar motion of a lidar from consecutive range scans. For every scanned point we formulate the range flow constraint equation in terms of the sensor velocity, and minimize a robust function of the resulting geometric constraints to obtain the motion estimate. Conversely to traditional approaches, this method does not search for correspondences but performs dense scan alignment based on the scan gradients, in the fashion of dense 3D visual odometry. The minimization problem is solved in a coarse-to-fine scheme to cope with large displacements, and a smooth filter based on the covariance of the estimate is employed to handle uncertainty in unconstraint scenarios (e.g. corridors). Simulated and real experiments have been performed to compare our approach with two prominent scan matchers and with wheel odometry. Quantitative and qualitative results demonstrate the superior performance of our approach which, along with its very low computational cost (0.9 milliseconds on a single CPU core), makes it suitable for those robotic applications that require planar odometry. For this purpose, we also provide the code so that the robotics community can benefit from it.

Monitoramento da morfologia costeira em setores da bacia potiguar sob influência da indústria petrolífera utilizando geodésia de alta precisão e laser escâner terrestre

The objective of this Doctoral Thesis was monitoring, in trimestral scale, the coastal morphology of the Northeastern coast sections of Rio Grande do Norte State, in Brazil, which is an area of Potiguar Basin influenced by the oil industry activities. The studied sections compose coastal areas with intense sedimentary erosion and high environmental sensitivity to the oil spill. In order to achieve the general objective of this study, the work has been systematized in four steps. The first one refers to the evaluation of the geomorphological data acquisition methodologies used on Digital Elevation Model (DEM) of sandy beaches. The data has been obtained from Soledade beach, located on the Northeastern coast of Rio Grande Norte. The second step has been centered on the increasing of the reference geodetic infrastructure to accomplish the geodetic survey of the studied area by implanting a station in Corta Cachorro Barrier Island and by conducting monitoring geodetic surveys to understand the beach system based on the Coastline (CL) and on DEM multitemporal analysis. The third phase has been related to the usage of the methodology developed by Santos; Amaro (2011) and Santos et al. (2012) for the surveying, processing, representation, integration and analysis of Coastlines from sandy coast, which have been obtained through geodetic techniques of positioning, morphological change analysis and sediment transport. The fourth stage represents the innovation of surveys in coastal environment by using the Terrestrial Laser Scanning (TLS), based on Light Detection and Ranging (LiDAR), to evaluate a highly eroded section on Soledade beach where the oil industry structures are located. The evaluation has been achieved through high-precision DEM and accuracy during the modeling of the coast morphology changes. The result analysis of the integrated study about the spatial and temporal interrelations of the intense coastal processes in areas of building cycles and destruction of beaches has allowed identifying the causes and consequences of the intense coastal erosion in exposed beach sections and in barrier islands

Caracterização de um sistema digital de aquisição de imagens radiográficas utilizando nêutrons térmicos e raios gama para a inspeção de componentes mecânicos.

Ensaio não destrutivo é uma ferramenta essencial quando um equipamento, dispositivo ou componente não pode ser submetido a procedimentos destrutivos ou invasivos devido a razões de segurança, alto custo ou outras restrições físicas ou logísticas. Dentro deste quadro radiografias por transmissão com raios gama e nêutrons térmicos são técnicas singulares para inspecionar um objeto e desvendar sua estrutura interna devido à capacidade de atravessar uma vasta gama de materiais utilizados na indústria. Grosso modo, raios gama são mais atenuados por materiais pesados enquanto nêutrons térmicos são mais atenuados por materiais mais leves, tornando-as ferramentas complementares. Este trabalho apresenta os resultados obtidos na inspeção de vários componentes mecânicos, através da radiografia por transmissão com nêutrons térmicos e raios gama. O fluxo de nêutrons térmicos de 4,46x105 n.cm-2.s-1 disponível no canal principal do reator de pesquisa Argonauta do Instituto de Engenharia Nuclear foi usado como fonte para as imagens radiográficas com nêutrons. Raios dekeV emitidos pelo 198Au, também produzido no reator, foram usados como fonte de radiação para radiografias . Imaging Plates, especificamente produzidos para operar com nêutrons térmicos ou com raios X, foram empregados como detectores e dispositivos de armazenamento e captação de imagens para cada uma dessas radiações. Esses dispositivos exibem varias vantagens quando comparados ao filme radiográfico convencional. Com efeito, além de maior sensibilidade e serem reutilizáveis não são necessários câmaras escuras e processamento químico para a revelação. Em vez disso, ele é lido por um feixe de laser que libera elétrons armadilhados na rede cristalina durante a exposição à radiação, fornecendo uma imagem final digital. O desempenho de ambos os sistemas de aquisição de imagens, assim constituído, foi avaliado com respeito à sensibilidade, resolução espacial, linearidade e range dinâmico, incluído uma comparação com sistemas radiográficos com nêutrons empregando filmes e folhas de gadolínio como conversor de nêutrons em partículas carregadas. Além desta caracterização, diversos equipamentos e componentes foram radiografados com ambos os sistemas visando-se avaliar suas capacidades de desvendar a estrutura interna desses objetos e detectar estruturas e estados anormais. Dentro desta abordagem, uma neutrongrafia detectou a presença de material cerâmico remanescente empregado como molde no processo de fabricação nos canais de refrigeração de uma aleta do estator de uma turbina tipo turbo-fan, que deveria estar livre desse material. O reostato danificado de um sensor de pressão automotivo, foi identificado por neutrongrafia, embora nesse caso a radiografia também conseguiu realizar essa tarefa com melhor resolução, corroborando assim as curvas de resolução espacial obtidas na caracterização dos dois sistemas. A homogeneidade da distribuição do material encapsulado em uma gaxeta explosiva de chumbo utilizada na indústria aeroespacial foi igualmente verificada por neutrongrafia porque esse metal é relativamente transparente para nêutrons, mas suficientemente opaco para o explosivo rico em hidrogênio. Diversos outros instrumentos e componentes tais como variômetro, altímetro, bússola aeronáutica, injetor automotivo de combustível, foto-camera, disco rígido de computador, motor de passo, conectores eletrônicos e projéteis foram radiografados com ambos os sistemas visando avaliar suas habilidades em desvendar diferentes peculiaridades em função do agente interrogador.

Il rilievo della facciata della chiesa di Santa Lucia a Bologna, mediante sistemi fotogrammetrici a basso costo e open source.

Questo elaborato presenta una procedura di rilievo eseguito con la scansione Laser e la Fotogrammetria per lo studio della facciata della Chiesa di Santa Lucia in Bologna e le successive elaborazioni dei dati tramite software di correlazione automatica Open Source e commerciali Low Cost basati sui principi della Structure from Motion. Nel particolare, il rilievo laser è stato eseguito da 5 posizioni diverse e tramite l’utilizzo di 7 target, mentre il rilievo fotogrammetrico è stato di tipo speditivo poiché le prese sono state eseguite solo da terra ed è stato impiegato un tempo di lavoro minimo (una decina di minuti). I punti di appoggio per la georeferenziazione dei dati fotogrammetrici sono stati estratti dal datum fornito dal laser e dal set di fotogrammi a disposizione è stato ottenuta una nuvola di punti densa tramite programmi Open Source e con software commerciali. Si sono quindi potuti operare confronti tra i risultati ottenuti con la fotogrammetria e tra il dato che si aveva di riferimento, cioè il modello tridimensionale ottenuto grazie al rilievo laser. In questo modo si è potuto verificare l’accuratezza dei risultati ottenuti con la fotogrammetria ed è stato possibile determinare quale calcolo teorico approssimativo dell’errore poteva essere funzionante per questo caso di studio e casi simili. Inoltre viene mostrato come produrre un foto raddrizzamento tramite l’utilizzo di una sola foto utilizzando un programma freeware. Successivamente è stata vettorializzata la facciata della chiesa ed è stata valutata l’accuratezza di tale prodotto, sempre confrontandola con il dato di riferimento, ed infine è stato determinato quale calcolo teorico dell’errore poteva essere utilizzato in questo caso. Infine, avendo notato la diffusione nel commercio odierno della stampa di oggetti 3D, è stato proposto un procedimento per passare da una nuvola di punti tridimensionale ad un modello 3D stampato.

Estudo de cicloestratigrafia nos depósitos eopermianos do Grupo Itararé, Bacia do Paraná, nos Estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul, baseado em dados de testemunho e de perfis de raios gama

O final da Glaciação Neopaleozóica está representado hoje no registro sedimentar da Bacia do Paraná pelas rochas do Grupo Itararé. No Estado do Rio Grande do Sul e no sudeste do Estado de Santa Catarina seus depósitos possuem idade eopermiana, datados desde o Asseliano até o Artinskiano. A partir de dados de testemunhos e de perfis de raios gama de dois poços, um em Santa Catarina (7-RL-04- SC) e outro no Rio Grande do Sul (IB-93-RS), perfurados para pesquisa de carvão pela CPRM (Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais), foram feitas análises cicloestratigráficas com o intuito de determinar a existência e a natureza da possível ciclicidade induzida por fenômenos astronômicos presente nesses sedimentos glaciais (basicamente folhelhos e ritmitos). A distância entre as locações originais dos poços (cerca de 380 km) possibilitou testar a influência da indução astronômica em localidades distintas da bacia. Dois métodos de amostragem foram utilizados no estudo, de acordo com a escala dos dados e com a possível indução: os perfis de raios gama (191 m para o 7-RL-04-SC e 71 m para o IB-93-RS) foram digitalizados e amostrados em intervalos de 1 cm, com o intuito de testar a presença de indução pelos ciclos orbitais na escala de 20 mil a 400 mil anos, ou outros fenômenos indutores na escala de 3 mil a 10 mil anos, e os testemunhos foram escaneados nos intervalos com ritmitos, (1,2 m para o 7-RL-04-SC e 38 cm para o IB-93-RS) e transformados em dados em escala de cinza equiespaçados (0,2538 mm), objetivando a busca por ciclos anuais a milenares A análise harmônica pela transformada rápida de Fourier demonstrou a presença de ciclicidade em ambas as escalas: ciclos orbitais, com períodos de cerca de 17 mil a 100 mil anos, foram caracterizados em perfil e ciclos solares, com períodos de cerca de 22 a 1000 anos, foram evidenciados nos testemunhos. Os tempos de acumulação calculados para o poço 7-RL-04-SC nas duas escalas mostraram um alto grau de correlação (cerca de 9400 anos para o intervalo escaneado e aproximadamente 12600 para o mesmo intervalo nos dados do perfil), comprovando a eficiência dos métodos de obtenção dos dados e a utilidade da cicloestratigrafia como ferramenta de análise e refinamento cronoestratigráfico. Quanto às espessas seções de ritmitos, características do Grupo Itararé e presentes nos testemunhos, estas têm sido freqüentemente denominadas de varvitos ou referenciadas como semelhantes a varvitos na literatura. Porém os resultados mostraram que cada par de ritmitos foi depositado em períodos de vinte e dois anos, relacionados aos ciclos solares de Hale. A análise permitiu ainda o estudo das relações existentes entre várias variáveis, como a taxa e o tempo de acumulação, e a definição, na seção do poço 7-RL-04-SC, de seqüências deposicionais de terceira e de quarta ordem. Essas últimas são associadas à indução pelos ciclos orbitais de excentricidade e comparáveis aos períodos glaciais do Pleistoceno, sendo que as taxas de acumulação calculadas para os dados do poço, variando entre 5,2 a 9,3 cm/ka, são muito similares às taxas de acumulação do Pleistoceno. A análise também mostrou que a seção completa do Grupo Itararé no poço IB-93-RS corresponde apenas à cerca de meio ciclo de precessão (12342 anos). Como os dois fenômenos de indução astronômica detectados, os ciclos solares e os orbitais, afetam o clima de maneira global, certamente influenciaram a sedimentação em outros pontos da bacia.

Efeitos de raios gama sobre trypanosoma cruzi. II. Anticorpos em camundongos inoculados com formas de cultura

Antibody fluorescent tests were carried out with serum and blood eluates from mice inoculated with different doses of irradiated (90 krad) and non irradiated T. cruzi culture forms. Non irradiated culture forms were more efficient immunogens than the irradiated ones. About 75% of the animals inoculated with non irradiated forms showed titers equal or higher than 1/16, the highest one reaching 1/64.

Análise comparativa das alterações periapicais diagnosticadas pela técnica radiográfica do paralelismo e pelo mapeamento tomográfico cintilográfico (com e sem blindador de raios gama)

O diagnóstico precoce de focos de infecção dentários é de fundamental importância para prevenir a ocorrência de maiores injúrias locais ou sistêmicas. Dentre os diversos métodos utilizados para complementar os achados radiológicos das alterações dentoalveolares surge uma alternativa: a cintilografia tomográfica (SPECT/CT), que permite a fusão de achados morfológicos com alterações metabólicas. Com o objetivo de estabelecer o diagnóstico precoce e acurado de processos infecciosos dentários, foram estudadas 320 áreas dentárias em mandíbula e maxila em (10 pacientes de ambos os sexos selecionados por meio de exames clínicos e radiológicos convencionais, seguidos de cintilografia tomográfica com e sem aparato blindador de raios gama. Os exames cintilográficos foram realizados no Serviço de Medicina Nuclear do Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE). Para isso, foi administrado para cada paciente o radiofármaco tecnécio 99- metilenodifosfonato (99mTc-MDP) via endovenosa com a dose de 37mBq/3Kg de peso corporal do paciente. Após o período de acúmulo de três horas, foi realizado o protocolo de aquisição de imagens. Todas as imagens foram analisadas por um médico nuclear e um endodontista, com experiência em cintilografia tomográfica. O resultado obtido por meio do exame radiográfico intrabucal pela técnica periapical digital mostraram 6 imagens positivas, em um total de 1,87% da amostra; exame do mapeamento cintilográfico dos ossos da face com a utilização do blindador de raios gâma revelou 9 imagens positivas, correspondendo a 2,81% do total de áreas estudadas, havendo diferença estatisticamente significante ao nível de 95% pelo teste qui-quadrado. Pode-se concluir que o SPECT/CT permitiu identificar as alterações periapicais em maior número quando comparadas ao exame radiográfico periapical e ao mapeamento cintilográfico dos ossos da face com a utilização do blindador de raios gama; o exame de SPCET/CT além de mostrar imagens mais detalhadas, permitiu também localizar com exatidão as áreas alteradas.

Análise estratigráfica da sequência mesodevoniana-eocarbonífera da Bacia do Parnaíba, nordeste do Brasil

The Middle Devonian-Early Carboniferous sequence of the Parnaíba Basin, lithostratigraphically defined as Canindé Group, has been reinterpreted using the basic model of sequence stratigraphy. Therefore, lithology and gamma ray well-logs and seismic lines of central portion of the basin were analyzed, producing up from there diagrams 1D, isochore maps and stratigraphic sections. As results of this study, were defined two depositional cycles of second order, referred as Depositional Sequence 1 (SEQ1) and the Depositional Sequence 2 (SEQ2). The SEQ1, with interval about 37 Ma, is limited below by Early Devonian Unconformity and is equivalent to the formations Itaim, Pimenteiras and Cabeças. The SEQ2, which follows, comprises a range of about 15 Ma and is equivalent to the Longá Formation The SEQ1 starts with the lowstand systems tract, consisting of progradational parasequence set in the basal part, predominantly pelitic, deposited on a prodelta under influence of storms and the upper part consists in sandstones of deltaic front, with the maximum regressive surface on the upper limit. The transgressive systems tract, deposited above, is characterized by retrogradacional parasequence set composed of shallow shelf mudstones, deposited under storm conditions. The maximum flooding surface, upper limit of this tract, is positioned in a shale level whose radioactivity in gammaray well-log is close to 150 API. The highstand systems tract presents progradational parasequence set, comprising mudstones and sandstones deposited in shelf, fluvial-estuarine or deltaic and periglacial environments, with the upper limit the Late Devonian Unconformity. The SEQ2 was deposited in shelf environment, starting with the lowstand systems tract, that is characterized by a progradational parasequence set, followed by the transgressive systems tract, with retrogradational character. The upper limit of the tract corresponding to the fusion between maximum flooding surface with the upper limit of this sequence, which is the Early Carboniferous Unconformity, where the overlapping section was eroded. This section, which corresponds the highstand systems tract is restricted to portions at which the erosion that generate the Early-Carboniferous Unconformity was less effective, preserving the records of this unit.

Análise estratigráfica da sequência mesodevoniana-eocarbonífera da Bacia do Parnaíba, nordeste do Brasil

The Middle Devonian-Early Carboniferous sequence of the Parnaíba Basin, lithostratigraphically defined as Canindé Group, has been reinterpreted using the basic model of sequence stratigraphy. Therefore, lithology and gamma ray well-logs and seismic lines of central portion of the basin were analyzed, producing up from there diagrams 1D, isochore maps and stratigraphic sections. As results of this study, were defined two depositional cycles of second order, referred as Depositional Sequence 1 (SEQ1) and the Depositional Sequence 2 (SEQ2). The SEQ1, with interval about 37 Ma, is limited below by Early Devonian Unconformity and is equivalent to the formations Itaim, Pimenteiras and Cabeças. The SEQ2, which follows, comprises a range of about 15 Ma and is equivalent to the Longá Formation The SEQ1 starts with the lowstand systems tract, consisting of progradational parasequence set in the basal part, predominantly pelitic, deposited on a prodelta under influence of storms and the upper part consists in sandstones of deltaic front, with the maximum regressive surface on the upper limit. The transgressive systems tract, deposited above, is characterized by retrogradacional parasequence set composed of shallow shelf mudstones, deposited under storm conditions. The maximum flooding surface, upper limit of this tract, is positioned in a shale level whose radioactivity in gammaray well-log is close to 150 API. The highstand systems tract presents progradational parasequence set, comprising mudstones and sandstones deposited in shelf, fluvial-estuarine or deltaic and periglacial environments, with the upper limit the Late Devonian Unconformity. The SEQ2 was deposited in shelf environment, starting with the lowstand systems tract, that is characterized by a progradational parasequence set, followed by the transgressive systems tract, with retrogradational character. The upper limit of the tract corresponding to the fusion between maximum flooding surface with the upper limit of this sequence, which is the Early Carboniferous Unconformity, where the overlapping section was eroded. This section, which corresponds the highstand systems tract is restricted to portions at which the erosion that generate the Early-Carboniferous Unconformity was less effective, preserving the records of this unit.

Auscultación de presas de hormigón con láser escáner terrestre y modelización de las deformaciones del paramento

Se está produciendo en la geodesia un cambio de paradigma en la concepción de los modelos digitales del terreno, pasando de diseñar el modelo con el menor número de puntos posibles a hacerlo con cientos de miles o millones de puntos. Este cambio ha sido consecuencia de la introducción de nuevas tecnologías como el escáner láser, la interferometría radar y el tratamiento de imágenes. La rápida aceptación de estas nuevas tecnologías se debe principalmente a la gran velocidad en la toma de datos, a la accesibilidad por no precisar de prisma y al alto grado de detalle de los modelos. Los métodos topográficos clásicos se basan en medidas discretas de puntos que considerados en su conjunto forman un modelo; su precisión se deriva de la precisión en la toma singular de estos puntos. La tecnología láser escáner terrestre (TLS) supone una aproximación diferente para la generación del modelo del objeto observado. Las nubes de puntos, producto del escaneo con TLS, pasan a ser tratadas en su conjunto mediante análisis de áreas, de forma que ahora el modelo final no es el resultado de una agregación de puntos sino la de la mejor superficie que se adapta a las nubes de puntos. Al comparar precisiones en la captura de puntos singulares realizados con métodos taquimétricos y equipos TLS la inferioridad de estos últimos es clara; sin embargo es en el tratamiento de las nubes de puntos, con los métodos de análisis basados en áreas, se han obtenido precisiones aceptables y se ha podido considerar plenamente la incorporación de esta tecnología en estudios de deformaciones y movimientos de estructuras. Entre las aplicaciones del TLS destacan las de registro del patrimonio, registro de las fases en la construcción de plantas industriales y estructuras, atestados de accidentes y monitorización de movimientos del terreno y deformaciones de estructuras. En la auscultación de presas, comparado con la monitorización de puntos concretos dentro, en coronación o en el paramento de la presa, disponer de un modelo continuo del paramento aguas abajo de la presa abre la posibilidad de introducir los métodos de análisis de deformaciones de superficies y la creación de modelos de comportamiento que mejoren la comprensión y previsión de sus movimientos. No obstante, la aplicación de la tecnología TLS en la auscultación de presas debe considerarse como un método complementario a los existentes. Mientras que los péndulos y la reciente técnica basada en el sistema de posicionamiento global diferencial (DGPS) dan una información continua de los movimientos de determinados puntos de la presa, el TLS permite ver la evolución estacional y detectar posibles zonas problemáticas en todo el paramento. En este trabajo se analizan las características de la tecnología TLS y los parámetros que intervienen en la precisión final de los escaneos. Se constata la necesidad de utilizar equipos basados en la medida directa del tiempo de vuelo, también llamados pulsados, para distancias entre 100 m y 300 m Se estudia la aplicación del TLS a la modelización de estructuras y paramentos verticales. Se analizan los factores que influyen en la precisión final, como el registro de nubes, tipo de dianas y el efecto conjunto del ángulo y la distancia de escaneo. Finalmente, se hace una comparación de los movimientos dados por los péndulos directos de una presa con los obtenidos del análisis de las nubes de puntos correspondientes a varias campañas de escaneos de la misma presa. Se propone y valida el empleo de gráficos patrón para relacionar las variables precisión o exactitud con los factores distancia y ángulo de escaneo en el diseño de trabajos de campo. Se expone su aplicación en la preparación del trabajo de campo para la realización de una campaña de escaneos dirigida al control de movimientos de una presa y se realizan recomendaciones para la aplicación de la técnica TLS a grandes estructuras. Se ha elaborado el gráfico patrón de un equipo TLS concreto de alcance medio. Para ello se hicieron dos ensayos de campo en condiciones reales de trabajo, realizando escaneos en todo el rango de distancias y ángulos de escaneo del equipo. Se analizan dos métodos para obtener la precisión en la modelización de paramentos y la detección de movimientos de estos: el método del “plano de mejor ajuste” y el método de la “deformación simulada”. Por último, se presentan los resultados de la comparación de los movimientos estacionales de una presa arco-gravedad entre los registrados con los péndulos directos y los obtenidos a partir de los escaneos realizados con un TLS. Los resultados muestran diferencias de milímetros, siendo el mejor de ellos del orden de un milímetro. Se explica la metodología utilizada y se hacen consideraciones respecto a la densidad de puntos de las nubes y al tamaño de las mallas de triángulos. A shift of paradigm in the conception of the survey digital models is taking place in geodesy, moving from designing a model with the fewer possible number of points to models of hundreds of thousand or million points. This change has happened because of the introduction of new technologies like the laser scanner, the interferometry radar and the processing of images. The fast acceptance of these new technologies has been due mainly to the great speed getting the data, to the accessibility as reflectorless technique, and to the high degree of detail of the models. Classic survey methods are based on discreet measures of points that, considered them as a whole, form a model; the precision of the model is then derived from the precision measuring the single points. The terrestrial laser scanner (TLS) technology supposes a different approach to the model generation of the observed object. Point cloud, the result of a TLS scan, must be treated as a whole, by means of area-based analysis; so, the final model is not an aggregation of points but the one resulting from the best surface that fits with the point cloud. Comparing precisions between the one resulting from the capture of singular points made with tachometric measurement methods and with TLS equipment, the inferiority of this last one is clear; but it is in the treatment of the point clouds, using area-based analysis methods, when acceptable precisions have been obtained and it has been possible to consider the incorporation of this technology for monitoring structures deformations. Among TLS applications it have to be emphasized those of registry of the cultural heritage, stages registry during construction of industrial plants and structures, police statement of accidents and monitorization of land movements and structures deformations. Compared with the classical dam monitoring, approach based on the registry of a set of points, the fact having a continuous model of the downstream face allows the possibility of introducing deformation analysis methods and behavior models that would improve the understanding and forecast of dam movements. However, the application of TLS technology for dam monitoring must be considered like a complementary method with the existing ones. Pendulums and recently the differential global positioning system (DGPS) give a continuous information of the movements of certain points of the dam, whereas TLS allows following its seasonal evolution and to detect damaged zones of the dam. A review of the TLS technology characteristics and the factors affecting the final precision of the scanning data is done. It is stated the need of selecting TLS based on the direct time of flight method, also called pulsed, for scanning distances between 100m and 300m. Modelling of structures and vertical walls is studied. Factors that influence in the final precision, like the registry of point clouds, target types, and the combined effect of scanning distance and angle of incidence are analyzed. Finally, a comparison among the movements given by the direct pendulums of a dam and the ones obtained from the analysis of point clouds is done. A new approach to obtain a complete map-type plot of the precisions of TLS equipment based on the direct measurement of time of flight method at midrange distances is presented. Test were developed in field-like conditions, similar to dam monitoring and other civil engineering works. Taking advantage of graphic semiological techniques, a “distance - angle of incidence” map based was designed and evaluated for field-like conditions. A map-type plot was designed combining isolines with sized and grey scale points, proportional to the precision values they represent. Precisions under different field conditions were compared with specifications. For this purpose, point clouds were evaluated under two approaches: the standar "plane-of-best-fit" and the proposed "simulated deformation”, that showed improved performance. These results lead to a discussion and recommendations about optimal TLS operation in civil engineering works. Finally, results of the comparison of seasonal movements of an arc-gravity dam between the registered by the direct pendulums ant the obtained from the TLS scans, are shown. The results show differences of millimeters, being the best around one millimeter. The used methodology is explained and considerations with respect to the point cloud density and to the size of triangular meshes are done.

Creazione di una costmap 2D per la navigazione di un rover terrestre

L’obiettivo di questa tesi è riuscire ad elaborare una point cloud 3D proveniente dal laser scanner per individuare possibili ostacoli e creare con essa, successivamente, una mappa che permetta la navigazione di un rover.

Histogram matching and global initialization for laser-only SLAM in large unstructured environments

This paper presents an enhanced algorithm for matching laser scan maps using histogram correlations. The histogram representation effectively summarizes a map's salient features such that pairs of maps can be matched efficiently without any prior guess as to their alignment. The histogram matching algorithm has been enhanced in order to work well in outdoor unstructured environments by using entropy metrics, weighted histograms and proper thresholding of quality metrics. Thus our large-scale scan-matching SLAM implementation has a vastly improved ability to close large loops in real-time even when odometry is not available. Our experimental results have demonstrated a successful mapping of the largest area ever mapped to date using only a single laser scanner. We also demonstrate our ability to solve the lost robot problem by localizing a robot to a previously built map without any prior initialization.