LiDAR elevation data of Yukon Coast and Herschel Island in 2012 and 2013

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Study of the fronts of Johnsons and Hurd Glaciers (Livingston Island, Antarctica) from 1957 to 2013, with links to shapefiles

The study of glacier fronts combines different geomatics measurement techniques as the classic survey using total station or theodolite, technical GNSS (Global Navigation Satellite System), using laser-scanner or using photogrammetry (air or ground). The measure by direct methods (classical surveying and GNSS) is useful and fast when accessibility to the glaciers fronts is easy, while it is practically impossible to realize, in the case of glacier fronts that end up in the sea (tide water glaciers). In this paper, a methodology that combines photogrammetric methods and other techniques for lifting the front of the glacier Johnsons, inaccessible is studied. The images obtained from the front, come from a non-metric digital camera; its georeferencing to a global coordinate system is performed by measuring points GNSS support in accessible areas of the glacier front side and applying methods of direct intersection in inaccessible points of the front, taking measurements with theodolite. The result of observations obtained were applied to study the temporal evolution (1957-2014) of the position of the Johnsons glacier front and the position of the Argentina, Las Palmas and Sally Rocks lobes front (Hurd glacier).

SIMLIDAR Simulation of LiDAR performance in artificially simulate orchards

SIMLIDAR is an application developed in Cþþ that generates an artificial orchard using a Lindenmayer system. The application simulates the lateral interaction between the artificial orchard and a laser scanner or LIDAR (Light Detection and Ranging). To best highlight the unique qualities of the LIDAR simulation, this work focuses on apple trees without leaves, i.e. the woody structure. The objective is to simulate a terrestrial laser sensor (LIDAR) when applied to different artificially created orchards and compare the simulated characteristics of trees with the parameters obtained with the LIDAR. The scanner is mounted on a virtual tractor and measures the distance between the origin of the laser beam and the nearby plant object. This measurement is taken with an angular scan in a plane which is perpendicular to the route of the virtual tractor. SIMLIDAR determines the distance measured in a bi-dimensional matrix N M, where N is the number of angular scans and M is the number of steps in the tractor route. In order to test the data and performance of SIMLIDAR, the simulation has been applied to 42 different artificial orchards. After previously defining and calculating two vegetative parameters (wood area and wood projected area) of the simulated trees, a good correlation (R2 ¼ 0.70e0.80) was found between these characteristics and the wood area detected (impacted) by the laser beam. The designed software can be valuable in horticulture for estimating biomass and optimising the pesticide treatments that are performed in winter.

Estimación de los costes de inventario forestal con y sin información LIDAR

Las aplicaciones tecnológicas obtenidas a partir de sensores láser aerotransportados (Airborne Laser Scanner, ALS), han supuesto una gran expectativa para mejorar la calidad de los datos del inventario forestal, mediante su actualización y la posible disminución de los costes de inventario. Sin embargo, todavía existen problemas de aplicación que no están resueltos de manera que su empleo como sustitutivo de un inventario tradicional presenta algunas incógnitas, tanto de carácter técnico como económicas. Por ello, en este trabajo se va a realizar un estudio analítico de costes de utilización, teniendo en cuenta los objetivos del inventario y las limitaciones de la técnica. El caso de estudio se sitúa en el Pinar de Valsaín (Segovia).

Estimación de variables dasométricas a partir de datos LiDAR y obtención de modelos de referencia para las distribuciones de alturas y diámetros del arbolado

La Gestión Forestal Sostenible se define como “la administración y uso de los bosques y tierras forestales de forma e intensidad tales que mantengan su biodiversidad, productividad, capacidad de regeneración, vitalidad y su potencial para atender, ahora y en el futuro, las funciones ecológicas, económicas y sociales relevantes a escala local, nacional y global, y que no causan daño a otros ecosistemas” (MCPFE Conference, 1993). Dentro del proceso los procesos de planificación, en cualquier escala, es necesario establecer cuál será la situación a la que se quiere llegar mediante la gestión. Igualmente, será necesario conocer la situación actual, pues marcará la situación de partida y condicionará el tipo de actuaciones a realizar para alcanzar los objetivos fijados. Dado que, los Proyectos de Ordenación de Montes y sus respectivas revisiones son herramientas de planificación, durante la redacción de los mismos, será necesario establecer una serie de objetivos cuya consecución pueda verificarse de forma objetiva y disponer de una caracterización de la masa forestal que permita conocer la situación de partida. Esta tesis se centra en problemas prácticos, propios de una escala de planificación local o de Proyecto de Ordenación de Montes. El primer objetivo de la tesis es determinar distribuciones diamétricas y de alturas de referencia para masas regulares por bosquetes, empleando para ello el modelo conceptual propuesto por García-Abril et al., (1999) y datos procedentes de las Tablas de producción de Rojo y Montero (1996). Las distribuciones de referencia obtenidas permitirán guiar la gestión de masas irregulares y regulares por bosquetes. Ambos tipos de masas aparecen como una alternativa deseable en aquellos casos en los que se quiere potenciar la biodiversidad, la estabilidad, la multifuncionalidad del bosque y/o como alternativa productiva, especialmente indicada para la producción de madera de calidad. El segundo objetivo de la Tesis está relacionado con la necesidad de disponer de una caracterización adecuada de la masa forestal durante la redacción de los Proyectos de Ordenación de Montes y de sus respectivas revisiones. Con el fin de obtener estimaciones de variables forestales en distintas unidades territoriales de potencial interés para la Ordenación de Montes, así como medidas de la incertidumbre en asociada dichas estimaciones, se extienden ciertos resultados de la literatura de Estimación en Áreas Pequeñas. Mediante un caso de estudio, se demuestra el potencial de aplicación de estas técnicas en inventario forestales asistidos con información auxiliar procedente de sensores láser aerotransportados (ALS). Los casos de estudio se realizan empleando datos ALS similares a los recopilados en el marco del Plan Nacional de Ortofotografía Aérea (PNOA). Los resultados obtenidos muestran que es posible aumentar la eficiencia de los inventarios forestales tradicionales a escala de proyecto de Ordenación de Montes, mediante la aplicación de estimadores EBLUP (Empirical Best Linear Unbiased Predictor) con modelos a nivel de elemento poblacional e información auxiliar ALS similar a la recopilada por el PNOA. ABSTRACT According to MCPFE (1993) Sustainable Forest Management is “the stewardship and use of forests and forest lands in a way, and at a rate, that maintains their biodiversity, productivity, regeneration capacity, vitality and their potential to fulfill, now and in the future, relevant ecological, economic and social functions, at local, national, and global levels, and that does not cause damage to other ecosystems”. For forest management planning, at any scale, we must determine what situation is hoped to be achieved through management. It is also necessary to know the current situation, as this will mark the starting point and condition the type of actions to be performed in order to meet the desired objectives. Forest management at a local scale is no exception. This Thesis focuses on typical problems of forest management planning at a local scale. The first objective of this Thesis is to determine management objectives for group shelterwood management systems in terms of tree height and tree diameter reference distributions. For this purpose, the conceptual model proposed by García-Abril et al., (1999) is applied to the yield tables for Pinus sylvestris in Sierra de Guadrrama (Rojo y Montero, 1996). The resulting reference distributions will act as a guide in the management of forests treated under the group shelterwood management systems or as an approximated reference for the management of uneven aged forests. Both types of management systems are desirable in those cases where forest biodiversity, stability and multifunctionality are pursued goals. These management systems are also recommended as alternatives for the production of high quality wood. The second objective focuses on the need to adequately characterize the forest during the decision process that leads to local management. In order to obtain estimates of forest variables for different management units of potential interest for forest planning, as well as the associated measures of uncertainty in these estimates, certain results from Small Area Estimation Literature are extended to accommodate for the need of estimates and reliability measures in very small subpopulations containing a reduced number of pixels. A case study shows the potential of Small Area Estimation (SAE) techniques in forest inventories assisted with remotely sensed auxiliary information. The influence of the laser pulse density in the quality of estimates in different aggregation levels is analyzed. This study considers low laser pulse densities (0.5 returns/m2) similar to, those provided by large-scale Airborne Laser Scanner (ALS) surveys, such as the one conducted by the Spanish National Geographic Institute for about 80% of the Spanish territory. The results obtained show that it is possible to improve the efficiency of traditional forest inventories at local scale using EBLUP (Empirical Best Linear Unbiased Predictor) estimators based on unit level models and low density ALS auxiliary information.

Emergency management in the highways of the future. A performance-based multilayered ITS architecture design proposal

Emergency management is one of the key aspects within the day-to-day operation procedures in a highway. Efficiency in the overall response in case of an incident is paramount in reducing the consequences of any incident. However, the approach of highway operators to the issue of incident management is still usually far from a systematic, standardized way. This paper attempts to address the issue and provide several hints on why this happens, and a proposal on how the situation could be overcome. An introduction to a performance based approach to a general system specification will be described, and then applied to a particular road emergency management task. A real testbed has been implemented to show the validity of the proposed approach. Ad-hoc sensors (one camera and one laser scanner) were efficiently deployed to acquire data, and advanced fusion techniques applied at the processing stage to reach the specific user requirements in terms of functionality, flexibility and accuracy.

Multisensor data fusion for accurate modelling of mobile objects

In the last decade, multi-sensor data fusion has become a broadly demanded discipline to achieve advanced solutions that can be applied in many real world situations, either civil or military. In Defence,accurate detection of all target objects is fundamental to maintaining situational awareness, to locating threats in the battlefield and to identifying and protecting strategically own forces. Civil applications, such as traffic monitoring, have similar requirements in terms of object detection and reliable identification of incidents in order to ensure safety of road users. Thanks to the appropriate data fusion technique, we can give these systems the power to exploit automatically all relevant information from multiple sources to face for instance mission needs or assess daily supervision operations. This paper focuses on its application to active vehicle monitoring in a particular area of high density traffic, and how it is redirecting the research activities being carried out in the computer vision, signal processing and machine learning fields for improving the effectiveness of detection and tracking in ground surveillance scenarios in general. Specifically, our system proposes fusion of data at a feature level which is extracted from a video camera and a laser scanner. In addition, a stochastic-based tracking which introduces some particle filters into the model to deal with uncertainty due to occlusions and improve the previous detection output is presented in this paper. It has been shown that this computer vision tracker contributes to detect objects even under poor visual information. Finally, in the same way that humans are able to analyze both temporal and spatial relations among items in the scene to associate them a meaning, once the targets objects have been correctly detected and tracked, it is desired that machines can provide a trustworthy description of what is happening in the scene under surveillance. Accomplishing so ambitious task requires a machine learning-based hierarchic architecture able to extract and analyse behaviours at different abstraction levels. A real experimental testbed has been implemented for the evaluation of the proposed modular system. Such scenario is a closed circuit where real traffic situations can be simulated. First results have shown the strength of the proposed system.

Bóvedas sexpartitas : los orígenes del gótico

Uno de los capítulos más interesantes del gótico europeo lo constituyen las bóvedas sexpartitas, sin lugar a dudas una de las bóvedas más singulares jamás creadas dentro de este estilo. Las primeras bóvedas góticas, en cruce de ojivas y de planta cuadrada, limitaban su uso a espacios relativamente pequeños, pero ante la necesidad de cubrir espacios de considerables dimensiones, apareció una nueva bóveda de características muy peculiares; la sexpartita. Esta bóveda en cruce de ojivas está reforzada por el centro con un arco paralelo a los arcos fajones que la divide por la mitad y que fragmenta el arco formero en dos, creando una pareja de ventanales en cada lado. La sencilla superficie en bóveda de arista, en el origen de las bóvedas de crucería, se complica extraordinariamente creando una volumetría de gran complejidad con seis cuarteles de plementería y con seis apoyos de distinto tamaño, cuatros esquineros y dos centrales más pequeños. Las dificultades que implica la construcción de este tipo de bóvedas explican quizás su abandono prematuro y la vuelta a la bóveda de crucería simple, ahora de tramos rectangulares. No obstante, a pesar de su corta existencia, la bóveda sexpartita fue la gran protagonista de los inicios del gótico y con ella se llevaron a cabo importantes abovedamientos, desde Inglaterra hasta Rumanía. La disciplina de la Historia de la Construcción se vio extraordinariamente favorecida por los estudios realizados en el siglo XIX, sin embargo su investigación se abandona durante el siglo XX para ser recuperada recientemente. Viollet-le-Duc, a finales del s. XIX, hace una sucinta explicación de este tipo de bóvedas. También Auguste Choisy, más tarde, dedica unas páginas a la bóveda sexpartita francesa; desde entonces, este tema, ha merecido escasísimas referencias en los estudios posteriores. Esta investigación se enmarca en este contexto y pretende poner de manifiesto los conocimientos geométricos y constructivos que hicieron posible la realización de las bóvedas sexpartitas europeas. Para ello se ha llevado a cabo la investigación de las principales bóvedas en Europa occidental; Francia, España, Inglaterra, Alemania, Suiza e Italia. Su estudio comparativo nos ha permitido poner de manifiesto sus características constructivas comunes y aquellos aspectos propios de cada país, así como algunos de los canales de comunicación que permitieron la expansión de esta arquitectura. Las nuevas tecnologías de medición, el escáner láser, la estación total, la fotogrametría, etc., han supuesto una revolución para la documentación y restauración del Patrimonio y un salto cualitativo formidable para el análisis de las bóvedas góticas, permitiendo estudios de la arquitectura histórica hasta ahora inabordables. Para realizar el análisis de las bóvedas sexpartitas europeas se ha llevado a cabo un levantamiento exhaustivo de las mismas, lo que ha permitido definir su despiece, obteniendo la forma de la talla de cada uno de los elementos constructivos que la componen; jarjas, dovelas, claves y plementería. La obtención de estos datos nos ha permitido abordar un profundo estudio de su estereotomía y construcción, aportando datos inéditos hasta el momento. Por otro lado se ha llevado a cabo la detección y catalogación de las principales bóvedas sexpartitas que aún se conservan en Europa. Los estudios realizados nos permiten afirmar que la bóveda sexpartita surge en Francia en la segunda mitad del siglo XII, utilizándose en las principales catedrales francesas, como Notre Dame de Paris, Bourges o Laon. A comienzos del siglo XIII cae en desuso en Francia y comienza su expansión por el resto de Europa, donde se abandona medio siglo después, desapareciendo definitivamente del gótico europeo. Mientras que los ejemplos que datan del siglo XII muestran soluciones escasamente desarrolladas y propias del románico, las bóvedas construidas en el siglo XIII muestran soluciones enormemente complejas, con grandes jarjamentos e inteligentes estrategias constructivas y geométricas que permiten la simplificación de sus estructuras auxiliares y una mayor libertad en su diseño. Estas bóvedas son el reflejo del desarrollo de la estereotomía gótica en sus comienzos por lo que su estudio nos ha permitido conocer el desarrollo y la evolución del gótico primitivo en Europa. ABSTRACT One of the most interesting chapters of European Gothic is the sexpartite vault, without doubt one of the most remarkable vaults ever created within this style. The first Gothic vaults, with crossed ribs on a square base, were restricted to relatively small areas, but a new vault, with very particular characteristics emerged to address the need to cover spaces of considerable size; the sexpartite vault. This cross-ribbed vault is reinforced in the centre by an arch that runs parallel to the transverse arches, divides the vault in half and splits the wall arch in two, creating a pair of windows, one on each side. The simple groin vault surface, the source of ribbed vaults, was greatly complicated creating a highly complex volume with six sections of severies and with six supports of different sizes, four on the corners and two smaller central ones. The construction difficulties involved in building this type of vault may explain its premature abandonment and a return to the simple cross-ribbed vault, now in rectangular sections. However, despite its brief existence, the sexpartite vault was the great protagonist of the beginnings of Gothic architecture and important vaulting was built using this system from England to Romania. Studies undertaken in the 19th century helped the History of Construction as a discipline tremendously. Research was abandoned during the twentieth century however, and has only recently been taken up again. Towards the end of the 19th century, Viollet-le-Duc gave a brief description of this type of vault. Later, Auguste de Choisy also devoted some pages to the French sexpartite vault; since then, later studies have made very few references to it. Against this background, this research now attempts to bring to light the knowledge of geometry and construction that made the construction of the European sexpartite vault possible. To this end, the main vaults in Western Europe - France, Spain, England, Germany, Switzerland and Italy, have been studied. By making a comparative study we have been able to reveal the common construction features and those that are specific to each country, as well as some of the channels of communication that enabled this architecture to spread. New measuring technologies, the laser scanner, total station, photogrammetry, etc., have given rise to a revolution in heritage documentation and restoration, as well as facilitating a huge qualitative leap for the analysis of Gothic vaults, enabling studies of historical architecture that until now were inaccessible. A comprehensive survey was carried out to be able to analyse European sexpartite vaults. We could thus create an exploded view, which enabled us to obtain the form of each of the elements; tas-de-charges, voussoirs, keystones and severies. The data gathered provided previously unknown facts that enabled us to make an in-depth study of stereotomy and construction. Furthermore, the main sexpartite vaults still preserved in Europe have been identified and categorised. The studies undertaken allowed us to affirm that the sexpartite vault appeared in France in the second half of the twelfth century, being used in the main French cathedrals, such as Notre Dame de Paris, Bourges or Laon. At the beginning of the thirteenth century it fell into disuse in France and began to expand throughout the rest of Europe, where it was abandoned half a century later, disappearing from European Gothic for good. While the examples dating back to the 12th century display poorly developed solutions more characteristic of the Romanesque, the vaults built in the 13th century reveal enormously complex solutions, with large tas-de-charges and intelligent construction and geometric strategies that allowed auxiliary support structures to be simplified, and gave more freedom to design. These vaults reflect the beginnings of Gothic stereotomy and by studying them we have been able to learn more about the development and evolution of Early Gothic architecture in Europe.

Investigação de aquífero fraturado para entendimento de fluxo e transporte de contaminantes clorados: estudo de caso em Valinhos, SP

Casos de contaminação de aquíferos fraturados são bastante complexos, tendo em vista a heterogeneidade das redes de fraturas, e no geral, sua investigação demanda a utilização de técnicas pouco usuais, como por exemplo o imageamento acústico e a perfilagem de velocidade de fluxo de água. Na área de estudo, localizada em Valinhos/SP, o uso inadequado de solventes organoclorados no passado ocasionou a contaminação do aquífero raso em duas áreas, e o aparecimento de concentrações no aquifero profundo levaram a condução do atual trabalho, que teve como principal objetivo a elaboração de um modelo conceitual de fluxo de água e transporte de contaminantes no aquífero cristalino. Previamente à investigação do aquífero fraturado, foi realizada uma análise de trabalhos existentes, incluindo a interpretação de lineamentos, levantamentos geológicos além de perfilagens geofísicas de superfície. Em cada área investigada, foi realizada a perfuração de um poço profundo e aplicadas as técnicas de perfilagens de raios gama, cáliper, flowmeter, imageamento acústico, além da filmagem do poço e realização de ensaios hidráulicos nos dois pontos perfurados. Para caracterização química do aquífero fraturado, foram realizadas coletas de água subterrânea em intervalos selecionados com a utilização de obturadores pneumáticos. As cargas hidráulicas medidas durante a amostragem também auxiliaram no entendimento da direção do fluxo de água. O aquífero cristalino é formado por rochas gnáissicas e se encontra bastante fraturado e intemperizado, principalmente na porção superficial da rocha (até aproximadamente 65,0 m) onde as maiores velocidades de fluxo de água também foram observadas. A rocha sã possui uma menor densidade de fraturas e predominância de minerais mais claros. As fraturas de baixo a médio angulo de mergulho (Grupo 1) são as mais frequentes em ambas as perfurações e possuem direção principal N-S a NE-SW. São observadas, no geral, exercendo grande influência sobre o fluxo de água, principalmente na porção alterada do gnaisse. Fraturas com ângulo elevado de mergulho, classificadas como Grupo 2 (paralelas à foliação) e Grupo 3 (direção NW à W), são também observadas ao longo de toda a perfuração estabelecendo a conexão hidráulica entre as fraturas do Grupo 1. Em menor proporção, são ainda verificadas fraturas com ângulos de mergulho >40 ° pertencente aos Grupos 4 (NE-SW), 5 (E-W), 6 (NW-SE) e 7 (E-W). O fluxo de água subterrânea se mostrou descendente na porção superior da rocha alterada e ascendente na porção mais profunda, possivelmente direcionando a água subterrânea para a região de transição da rocha mais alterada para a rocha sã (entre 61 a 65 m de profundidade). Apesar do fluxo ascendente em profundidade, o bombeamento de poços tubulares existentes no entorno ao longo dos anos, favoreceu a migração dos contaminantes para porções mais profundas. Os contaminantes observados no poço tubular P6 possuem maior semelhança com os contaminantes observados na Área 2, e ambos estão localizados entre lineamentos NW-SE, indicando uma possível influência dos lineamentos no controle sobre o fluxo de água. No entanto, para entendimento do transporte dos contaminantes em área, é necessário um adensamento da rede de monitoramento, levando em consideração a heterogeneidade do meio e as incertezas relacionadas à extrapolação dos dados para áreas não investigadas.

Discontinuity spacing analysis in rock masses using 3D point clouds

The complete characterization of rock masses implies the acquisition of information of both, the materials which compose the rock mass and the discontinuities which divide the outcrop. Recent advances in the use of remote sensing techniques – such as Light Detection and Ranging (LiDAR) – allow the accurate and dense acquisition of 3D information that can be used for the characterization of discontinuities. This work presents a novel methodology which allows the calculation of the normal spacing of persistent and non-persistent discontinuity sets using 3D point cloud datasets considering the three dimensional relationships between clusters. This approach requires that the 3D dataset has been previously classified. This implies that discontinuity sets are previously extracted, every single point is labeled with its corresponding discontinuity set and every exposed planar surface is analytically calculated. Then, for each discontinuity set the method calculates the normal spacing between an exposed plane and its nearest one considering 3D space relationship. This link between planes is obtained calculating for every point its nearest point member of the same discontinuity set, which provides its nearest plane. This allows calculating the normal spacing for every plane. Finally, the normal spacing is calculated as the mean value of all the normal spacings for each discontinuity set. The methodology is validated through three cases of study using synthetic data and 3D laser scanning datasets. The first case illustrates the fundamentals and the performance of the proposed methodology. The second and the third cases of study correspond to two rock slopes for which datasets were acquired using a 3D laser scanner. The second case study has shown that results obtained from the traditional and the proposed approaches are reasonably similar. Nevertheless, a discrepancy between both approaches has been found when the exposed planes members of a discontinuity set were hard to identify and when the planes pairing was difficult to establish during the fieldwork campaign. The third case study also has evidenced that when the number of identified exposed planes is high, the calculated normal spacing using the proposed approach is minor than those using the traditional approach.

Discontinuity Set Extractor

Disponible en Github: https://github.com/adririquelme/DSE

Uso de nubes de puntos 3D para identificación y caracterización de familias de discontinuidades planas en afloramientos rocosos y evaluación de la calidad geomecánica

En este trabajo se estudia el uso de las nubes de puntos en 3D, es decir, un conjunto de puntos en un sistema de referencia cartesiano en R3, para la identificación y caracterización de las discontinuidades que afloran en un macizo rocoso y su aplicación al campo de la Mecánica de Rocas. Las nubes de puntos utilizadas se han adquirido mediante tres técnicas: sintéticas, 3D laser scanner y la técnica de fotogrametría digital Structure From Motion (SfM). El enfoque está orientado a la extracción y caracterización de familias de discontinuidades y su aplicación a la evaluación de la calidad de un talud rocoso mediante la clasificación geomecánica Slope Mass Rating (SMR). El contenido de la misma está dividido en tres bloques, como son: (1) metodología de extracción de discontinuidades y clasificación de la nube de puntos 3D; (2) análisis de espaciados normales en nubes de puntos 3D; y (3) análisis de la evaluación de la calidad geomecánica de taludes rocoso mediante la clasificación geomecánica SMR a partir de nubes de puntos 3D. La primera línea de investigación consiste en el estudio de las nubes de puntos 3D con la finalidad de extraer y caracterizar las discontinuidades planas presentes en la superficie de un macizo rocoso. En primer lugar, se ha recopilado información de las metodologías existentes y la disponibilidad de programas para su estudio. Esto motivó la decisión de investigar y diseñar un proceso de clasificación novedoso, que muestre todos los pasos para su programación e incluso ofreciendo el código programado a la comunidad científica bajo licencia GNU GPL. De esta forma, se ha diseñado una novedosa metodología y se ha programado un software que analiza nubes de puntos 3D de forma semi-automática, permitiendo al usuario interactuar con el proceso de clasificación. Dicho software se llama Discontinuity Set Extractor (DSE). El método se ha validado empleando nubes de puntos sintéticas y adquiridas con 3D laser scanner. En primer lugar, este código analiza la nube de puntos efectuando un test de coplanaridad para cada punto y sus vecinos próximos para, a continuación, calcular el vector normal de la superficie en el punto estudiado. En segundo lugar, se representan los polos de los vectores normales calculados en el paso previo en una falsilla estereográfica. A continuación se calcula la densidad de los polos y los polos con mayor densidad o polos principales. Estos indican las orientaciones de la superficie más representadas, y por tanto las familias de discontinuidades. En tercer lugar, se asigna a cada punto una familia en dependencia del ángulo formado por el vector normal del punto y el de la familia. En este punto el usuario puede visualizar la nube de puntos clasificada con las familias de discontinuidades que ha determinado para validar el resultado intermedio. En cuarto lugar, se realiza un análisis cluster en el que se determina la agrupación de puntos según planos para cada familia (clusters). A continuación, se filtran aquellos que no tengan un número de puntos suficiente y se determina la ecuación de cada plano. Finalmente, se exportan los resultados de la clasificación a un archivo de texto para su análisis y representación en otros programas. La segunda línea de investigación consiste en el estudio del espaciado entre discontinuidades planas que afloran en macizos rocosos a partir de nubes de puntos 3D. Se desarrolló una metodología de cálculo de espaciados a partir de nubes de puntos 3D previamente clasificadas con el fin de determinar las relaciones espaciales entre planos de cada familia y calcular el espaciado normal. El fundamento novedoso del método propuesto es determinar el espaciado normal de familia basándonos en los mismos principios que en campo, pero sin la restricción de las limitaciones espaciales, condiciones de inseguridad y dificultades inherentes al proceso. Se consideraron dos aspectos de las discontinuidades: su persistencia finita o infinita, siendo la primera el aspecto más novedoso de esta publicación. El desarrollo y aplicación del método a varios casos de estudio permitió determinar su ámbito de aplicación. La validación se llevó a cabo con nubes de puntos sintéticas y adquiridas con 3D laser scanner. La tercera línea de investigación consiste en el análisis de la aplicación de la información obtenida con nubes de puntos 3D a la evaluación de la calidad de un talud rocoso mediante la clasificación geomecánica SMR. El análisis se centró en la influencia del uso de orientaciones determinadas con distintas fuentes de información (datos de campo y técnicas de adquisición remota) en la determinación de los factores de ajuste y al valor del índice SMR. Los resultados de este análisis muestran que el uso de fuentes de información y técnicas ampliamente aceptadas pueden ocasionar cambios en la evaluación de la calidad del talud rocoso de hasta una clase geomecánica (es decir, 20 unidades). Asimismo, los análisis realizados han permitido constatar la validez del índice SMR para cartografiar zonas inestables de un talud. Los métodos y programas informáticos desarrollados suponen un importante avance científico para el uso de nubes de puntos 3D para: (1) el estudio y caracterización de las discontinuidades de los macizos rocosos y (2) su aplicación a la evaluación de la calidad de taludes en roca mediante las clasificaciones geomecánicas. Asimismo, las conclusiones obtenidas y los medios y métodos empleados en esta tesis doctoral podrán ser contrastadas y utilizados por otros investigadores, al estar disponibles en la web del autor bajo licencia GNU GPL.

Characterization of rock slopes through slope mass rating using 3D point clouds

Rock mass classification systems are widely used tools for assessing the stability of rock slopes. Their calculation requires the prior quantification of several parameters during conventional fieldwork campaigns, such as the orientation of the discontinuity sets, the main properties of the existing discontinuities and the geo-mechanical characterization of the intact rock mass, which can be time-consuming and an often risky task. Conversely, the use of relatively new remote sensing data for modelling the rock mass surface by means of 3D point clouds is changing the current investigation strategies in different rock slope engineering applications. In this paper, the main practical issues affecting the application of Slope Mass Rating (SMR) for the characterization of rock slopes from 3D point clouds are reviewed, using three case studies from an end-user point of view. To this end, the SMR adjustment factors, which were calculated from different sources of information and processes, using the different softwares, are compared with those calculated using conventional fieldwork data. In the presented analysis, special attention is paid to the differences between the SMR indexes derived from the 3D point cloud and conventional field work approaches, the main factors that determine the quality of the data and some recognized practical issues. Finally, the reliability of Slope Mass Rating for the characterization of rocky slopes is highlighted.