Estació fotogramètrica digital per a pràctiques de generació cartogràfica

El mètode fotogramètric permet extreure informació mètrica del terreny a partir de mesures fetes sobre fotografies. La generació de la cartografia i dels plànols de les façanes dels edificis són exemples on s’utilitzen majoritàriament la fotogrametria com a eina de mesura. En aquest projecte es vol implementar una estació fotogramètrica que permeti construir el bloc de fotografies, que faci les correccions dels errors sistemàtics i que finalment permeti construir un model tridimensional de l’objecte en estudi, sigui el terreny, un edifici o qualsevol altre objecte físic. La intenció és que pugui executar-se sobre el sistema operatiu Windows instal·lat en ordinadors convencionals, tant els que disposa l’escola a la sala de càlcul com els ordinadors personals de cada estudiant.Peer Reviewe

Comparison of photogrammetric techniques for rockfalls monitoring

The use of Unmanned Aerial Vehicles, UAVs to image capture for monitoring natural hazards has had a major boost for its wide possibilities in the last decade. These are, for example, the studying and monitoring of unstable slopes, glaciers and rocky escarpments. Moreover, to evaluate the risk after a rockfall or debris flow event, for example measuring volume of displaced material, trajectories of blocks or building and/or infrastructure damaged. But the use of these devices requires a specific treatment regarding the studied case and geomatic techniques suitable to get the adequate precision of the movement, size of items or events to study. For each application it is necessary to determine what kind of capture is the most appropriate to obtain an optimal benefit-cost ratio. A comparison of the use of terrestrial photogrammetry, UAV photogrammetry and video from UAV has been done. The best result has been obtained combining techniques aerial and terrestrial since ground points with a best quality can be identified and measured and all the surface has a best image coverage.Peer ReviewedPostprint (published version

Fotogrametría y videogrametría desde UAV para la captura de geoinformación en estudios geológicos

tripulados (UAV en sus siglas en inglés) ha tenido un gran impulso en la última década por sus amplias posibilidades. Entre otros riesgos naturales, los deslizamientos de ladera rápidos y la caída de bloques rocosos tienen un gran potencial de causar daños, tanto humanos como materiales. Este tipo de movimientos ocurren en zonas de gran pendiente (> 45°), muy poco accesibles en la práctica, lo que suele impedir la obtención sobre el terreno de una serie de datos completa y representativa y, por otra parte, entraña un riesgo para los observadores. El uso de UAV como plataforma para sensores de captura de información geoespacial en estudios geológicos está plenamente justificada en estos casos en que no es recomendable la proximidad a la zona activa. En el uso de estos dispositivos no se pueden utilizar siempre los mismos parámetros, sino que requiere de un tratamiento específico para cada caso de estudio. Su elección depende de la precisión requerida, así como, del tipo y del tamaño de movimiento de la ladera. En la actualidad existen gran variedad de vehículos aéreos no tripulados y cámaras fotográficas que permiten la toma de vídeo y fotografía fija, así como otros tipos de sensores (cámaras de infrarrojo cercano, termografía, LiDAR…). Para cada aplicación, es necesario determinar qué tipo de captura es el más adecuado para obtener una óptima relación coste-beneficio. En esta ponencia nos centramos en la captura de imágenes desde multicópteros considerando dos fuentes diferentes de información: fotografía y vídeo. Se analizarán las características y precisiones de los modelos obtenidos con ambos tipos de captura y con la captura con fotogrametría terrestre, así como las posibles aplicaciones de la información en función de la calidad obtenida. El área de prueba ha sido uno de los frentes de una cantera ubicada en la región de “El Garraf”, al SO de la provincia de Barcelona. La pared de la cantera es de roca caliza, de aproximadamente 100 m de longitud y 75 m de alto, y en la actualidad presenta varias cicatrices y grietas con interés geológico. Además en esta pared se produjo un desprendimiento de rocas hace pocos meses que dañó alguno de los almacenes situados más abajo, en las cercanías. Se han obtenido modelos independientes utilizando cada tipo de captura: UAV y terrestre, y combinando ambos, tanto en el caso de vídeo como fotografía. Los resultados obtenidos muestran la ventaja del empleo de las imágenes terrestres para la georreferenciación y ajuste del bloque fotogramétrico conjunto.Peer ReviewedPostprint (published version

Improving the ability of image sensors to detect faint stars and moving objects using image deconvolution techniques

In this paper we show how the techniques of image deconvolution can increase the ability of image sensors as, for example, CCD imagers, to detect faint stars or faint orbital objects (small satellites and space debris). In the case of faint stars, we show that this benefit is equivalent to double the quantum efficiency of the used image sensor or to increase the effective telescope aperture by more than 30% without decreasing the astrometric precision or introducing artificial bias. In the case of orbital objects, the deconvolution technique can double the signal-to-noise ratio of the image, which helps to discover and control dangerous objects as space debris or lost satellites. The benefits obtained using CCD detectors can be extrapolated to any kind of image sensorsPeer ReviewedPostprint (published version

Recursos para autoaprendizaje en topografia

En esta comunicación se muestra la tarea llevada a cabo por profesores de diferentes asignaturas de la titulación de Ingeniería Técnica en Topografía de Barcelona, dentro de un proyecto de innovación docente financiado por la Universitat Politècnica de Catalunya. Se ha desarrollado una herramienta para que el estudiante, frente a un problema práctico que involucra varias asignaturas de la carrera, se enfrente a su resolución a partir de datos provenientes de observaciones virtuales, pueda consultar la teoría correspondiente a las diferentes materias que intervienen, realice los cálculos necesarios con ayuda de las herramientas matemáticas implementadas y compruebe el avance de su aprendizaje y el grado de comprensión de las materias mediante la resolución de tests de autoevaluación. Con todo ello se pretende: a) Demostrar la aplicabilidad práctica de las enseñanzas mediante el acceso a una completa base de datos de problemas multidisciplinares y con fuerte relación con el entorno profesional y a una aplicación que facilite el procesamiento de los datos. b) Evidenciar la aplicación de los conocimientos adquiridos en una asignatura en ámbitos correspondientes a otras. c) Favorecer la adquisición gradual y fundamentada de los conocimientos. d) Fomentar la autoformación y la práctica de la autoevaluación como parte integrante del proceso de autoaprendizaje.Peer ReviewedPostprint (published version

Implementation of a fixed-location time lapse photogrammetric rock slope monitoring system in Castellfollit de la Roca, Spain

When monitoring deformations in natural hazards such as rockfalls and landslides, the use of 3D models has become a standard. Several geomatic techniques allow the generation of these models. However, each one has its pros and cons regarding accuracy, cost, sample frequency, etc. In this contribution a fixed-location time lapse camera system for continuous rockfall monitoring using photogrammetry has been developed as an alternative to Light Detection and Ranging (LiDAR) and ground-based interferometric synthetic-aperture radar (GB-InSAR). The usage of stereo photogrammetry allows the obtention of 3D points clouds at a low cost and with a high sample frequency, essential to detect premonitory displacements. In this work the designed system consists of three digital single-lens reflex (DSLR) cameras which collect photographs of the rock slope daily controlled by a Raspberry Pi computer using the open-source library gPhoto2. Photographs are automatically uploaded to a server using 3G network for processing. This system was implemented at Castellfollit de la Roca village (Girona province, Spain), which sits on a basaltic cliff that has shown significant rockfall intensity in recent years. The 3D models obtained will allow monitoring rockfalls frequency, premonitory displacements, and calculate the erosion rate of the slope. All technical decisions taken for the design and implementation on this specific site are discussed and first results shown.This work has been carried within the framework of the research project Georisk “Avances en el análisis de la cuantificación del riesgo (QRA) por desprendimientos rocosos”, PID2019-103974RB-I00 funded by MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033. We want to acknowledge the ICGC team for their recommendations during the design of the system and during its implementation on the field. Also, to Vilarrasa S.L enterprise for allowing the placement of the cameras on its buildings. Finally, we appreciate all help provided by the Montagut i Oix local council.Postprint (published version

Capturing rockfall kinematic and fragmentation parameters using high-speed camera system

This paper presents a procedure for tracking rockfall trajectories and extracting kinematic parameters from both the impacts and the resultant fragments. A set of full scale rockfall experiments was performed in a quarry located in Vallirana, Barcelona (Spain). The study site was chosen due to the presence of a rigid discontinuity surface, inclined at 42° in the middle of the slope, whose configuration was expected to favor the breakage of the blocks. The trajectories of the blocks released and of the resultant fragments were recorded with three video cameras. A C++ program was specifically developed to track the 3D trajectory of blocks and fragments, and measure velocities before and after the impact. Two different modules were implemented, one for the blocks that break and one for those that do not. The trajectory of a non-fragmented block is obtained by comparing it to its 3D model. In this way, both the center of mass position and the orientation of the block are tracked. For fragmented blocks, the local coordinates of the fragments determined from the images are converted to terrain coordinates using the program we developed. A total of 16 blocks and 36 rock fragments after impact were tracked. The parameters obtained were georeferenced and linked to a common system of 3D terrestrial coordinates. The captured parameters allow obtaining the velocity distribution of fragments, the coefficient of restitution, and energy balance for the blocks that break. To our knowledge, this is the first attempt to capture kinematic parameters of rock fragments that result from the impact and breakage of rock blocks in full-scale tests. Although the analysis of the rockfall fragmentation phenomenon is beyond of this work, we have compared the performance of the fragmented and unbroken blocks. To this purpose, we have built 3D models of the rock fragments generated using images captured with a drone. The results indicate that blocks that fragment show higher rebound velocities and coefficients of restitution than the blocks that do not although there exists a certain overlap between the two groups. Despite the experiment is carried out on the same discontinuity surface and with small variations in the impact velocities, impact kinetic energies and impact angles, the coefficients of restitution obtained present a wide range of values, both for the blocks that break and for those who do not. The number of tested blocks is too small to draw generalizable conclusions, but they highlight the stochastic nature of the rebound process and the necessity to consider additional parameters for its understanding. Finally, the results confirm the relation between the dissipated energy and, especially the impact energy and the new area created by fragmentation. Furthermore, the blocks that hit the ground with the face are those that generate the most new area while those that hit the vertex generate less.Peer ReviewedPostprint (published version

Empleo de técnicas geomáticas para el estudio de paredes rocosas

En la última década el aumento de tráfico en las carreteras, y de personas en zonas de ocio de montaña y playas situadas en acantilados ha incrementado el riesgo provocado por desprendimientos rocosos. Para poder prevenir estos fenómenos es necesaria la caracterización geométrica de las discontinuidades existentes en la pared rocosa a través de su identificación en modelos creados a partir de captura masiva de datos espaciales con técnicas geomáticas. La elección de una determinada técnica entre las diferentes posibilidades existentes se suele basar en su rapidez, alcance, precisión y coste. En este artículo se presenta la comparación de la calidad geométrica de los modelos obtenidos con diferentes sensores empleando fotogrametría tanto terrestre como aérea desde UAV. Para la comparación se ha tomado como referencia el modelo TLS obtenido. Queda patente que las precisiones que se pueden lograr actualmente a distancias de trabajo medias son similares en todos los modelos.Peer ReviewedPostprint (published version

RockGIS: a GIS-based model for the analysis of fragmentation in rockfalls

A rockfall is a mass instability event frequently observed in road cuts, open pit mines and quarries, steep slopes and cliffs. After its detachment, the rock mass may disaggregate and break due to the impact with the ground surface, thus producing new rock fragments. The consideration of the fragmentation of the rockfall mass is critical for the calculation of the trajectories of the blocks and the impact energies and for the assessment of the potential damage and the design of protective structures. In this paper, we present RockGIS, a GIS-based tool that simulates stochastically the fragmentation of the rockfall, based on a lumped mass approach. In RockGIS, the fragmentation is triggered by the disaggregation of the detached rock mass through the pre-existing discontinuities just before the impact with the ground. An energy threshold is defined in order to determine whether the impacting blocks break or not. The distribution of the initial mass between a set of newly generated rock fragments is carried out stochastically following a power law. The trajectories of the new rock fragments are distributed within a cone. The fragmentation model has been calibrated and tested with a 10,000 m3 rockfall that took place in 2011 near Vilanova de Banat, Eastern Pyrenees, Spain.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Recursos para autoaprendizaje en la titulación de ingeniería técnica en topografía

En esta comunicación se muestra la tarea llevada a cabo por profesores de diferentes asignaturas de la titulación de Ingeniería Técnica en Topografía de Barcelona, dentro de un proyecto de innovación docente financiado por la Universitat Politècnica de Catalunya. Se ha desarrollado una herramienta para que el estudiante, frente a un problema práctico que involucra varias asignaturas de la carrera, se enfrente a su resolución a partir de datos provenientes de observaciones virtuales, pueda consultar la teoría correspondiente a las diferentes materias que intervienen, realice los cálculos necesarios con ayuda de las herramientas matemáticas implementadas y compruebe el avance de su aprendizaje y el grado de comprensión de las materias mediante la resolución de tests de autoevaluación