Caracterización geométrica y visualización interactiva 3d del patrimonio histórico y artístico en la provincia de Cáceres (España)

[EN] The three-dimensional (3D) visualization of historical and cultural heritage in the province of Cáceres is essential for tourism promotion. This study uses panoramic spherical photography and terrestrial laser scanning (TLS) for the geometric characterization and cataloguing of sites of cultural interest, according to the principles of the Charter of Krakow. The benefits of this project include improved knowledge dissemination of the cultural heritage of Cáceres in a society that demands state-of-the-art tourist information. In this sense, this study has three specific aims: to develop a highly reliable methodology for modeling heritage based on a combination of non-destructive geomatics methods; to design and develop software modules for interactive 3D visualization of models; and to promote knowledge of the historical and cultural heritage of Cáceres by creating a hypermedia atlas accessible via the Internet. Through this free-of-charge hypermedia atlas, the tourist accesses 3D photographic and interactive scenes, videos created by 3D point clouds obtained from laser scanning and 3D models available for downloading in ASCII format, and thus acquire a greater knowledge of the touristic attractions in the province of Cáceres.[ES] La visualización tridimensional (3D) del patrimonio histórico-cultural en la provincia de Cáceres es una herramienta vital para su promoción turística. Este trabajo emplea la fotografía panorámica esférica y el uso del escáner láser terrestre para la caracterización geométrica de los bienes de interés cultural, así como su catalogación, de acuerdo a los principios de la Carta de Cracovia. El beneficio de este proyecto es alcanzar un mayor conocimiento del patrimonio cultural de Cáceres para una sociedad que demanda información turística actualizada. En este sentido, hay tres objetivos específicos en el trabajo: desarrollar una metodología de alto grado de fiabilidad para la modelización del patrimonio basado en la combinación de diferentes métodos geomáticos no destructivos; diseñar y desarrollar módulos de software para la visualización interactiva de modelos 3D; y promover el conocimiento del patrimonio histórico de Cáceres mediante la creación de un atlas hipermedia accesible en Internet. A través del atlas hipermedia, el turista accede gratuitamente a los escenarios fotográficos tridimensionales e interactivos, los videos a partir de las nubes de puntos 3D adquiridas con láser escáner y a la descarga de los modelos 3D en formato ASCII, adquiriendo un mayor conocimiento de los atractivos turísticos de la provincia de Cáceres.The article has been possible thanks to the funding granted by the Junta de Extremadura and the Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), through the reference aid GR15069 for the research groups NEXUS and DESOSTE. In addition, the present work was developed under the 2013 Plan of Initiation to Research of the University of Extremadura within the Program Orientated at Projects of Initiation to Research called Action VII, financed by the Provincial Government in Cáceres. We also thank the Regional Government of Extremadura for providing aerial images. The authors would like to thank Alan D.J. Atkinson Gordo, José Antonio Gutiérrez Gallego, Juan Antonio Pérez Alvárez, Mercedes Jiménez Muñoz, Manuel Sánchez Fernández and David Díaz Paredes for the guidance received. Likewise, thanks are also extended to Mr. Fergus Crystal and Mr. Giles Petty for help with revising the English version of this text.Naranjo, JM.; Parrilla, Á.; De Sanjosé, JJ. (2018). Geometric characterization and interactive 3D visualization of historical and cultural heritage in the province of Cáceres (Spain). Virtual Archaeology Review. 9(18):1-11. https://doi.org/10.4995/var.2018.601011191

Surface movement and cascade processes on debris cones in temperate high mountain (Picos de Europa, northern Spain)

Producción CientíficaDebris talus is a very common landform in the temperate high mountain, so much so that it is the most representative of the periglacial and nival processes. This work studies debris cones in the Picos de Europa, an Atlantic mountain range in the north of the Iberian Peninsula. A detailed geomorphological map was prepared, fieldwork was carried out on the debris cone surface, the ground and air thermal regime was analyzed, and a five-year Terrestrial Laser Scan survey carried out. Annual volume changes on the surface of the debris cones were detected and related to active processes and sediment transfer. Two different behaviors were observed in each cone. Cone A is linear, with equilibrium between accumulation and sediment transfer, while Cone B is concave-convex denoting accumulation processes in the upper part deriving from the greater frequency of snow avalanches. Changes in morphology surpass 50 cm/year with most of the activity taking place in the highest and lowest areas. The presence and action of the ice on the debris slope are moderate or non-existent and freeze-thaw processes are only active on the walls at over 2000 m a.s.l. The main processes on debris cones are debris flow and creep related to snowcover, but sediment transfer on the slopes involves high intensity-low frequency (debris flow, avalanches) and high frequency-low intensity processes (creep, shift, solifluction and wasting).Ministerio de Economía, Industria y Competitividad - Fondo Europeo de Desarrollo Regional (project CGL2015-68144-R)Junta de Extremadura - Fondo Europeo de Desarrollo Regional (project GR10071

Modelling and Terrestrial Laser Scanning Methodology (2009–2018) on Debris Cones in Temperate High Mountains

Producción CientíficaDebris cones are a very common landform in temperate high mountains. They are the most representative examples of the periglacial and nival processes. This work studies the dynamic behavior of two debris cones (Cone A and Cone B) in the Picos de Europa, in the north of the Iberian Peninsula. Their evolution was measured uninterruptedly throughout each August for 10 years (2009–2018) using the Terrestrial Laser Scanning (TLS) technique. The observations and calculations of the two debris cones were treated independently, but both showed the same behavior. Therefore, if these results are extrapolated to other debris cones in similar environments (temperate high mountain), they should show behavior similar to that of the two debris cones analyzed. Material falls onto the cones from the walls, and transfer of sediments follows linear trajectories according to the maximum slope. In order to understand the linear evolution of the two debris cones, profiles were created along the maximum slope lines of the Digital Elevation Model (DEM) of 2009, and these profile lines were extrapolated to the remaining years of measurement. In order to determine volumetric surface behavior in the DEMs, each year for the period 2009–2018 was compared. In addition, the statistical predictive value for position (Z) in year 2018 was calculated for the same planimetric position (X,Y) throughout the profiles of maximum slopes. To do so, the real field data from 2009–2017 were interpolated and used to form a sample of curves. These curves are interpreted as the realization of a functional random variable that can be predicted using statistical techniques. The predictive curve obtained was compared with the 2018 field data. The results of both coordinates (Z), the real field data, and the statistical data are coherent within the margin of error of the data collection.Fondo Europeo de Desarrollo Regional - Agencia Estatal de Investigación (grant TIN2016-76843-C4-2-R)Ministerio de Economía, Industria y Competitividad - Fondo Europeo de Desarrollo Regional (grant CGL2015-68144-R

Evolución post-lahárica de un canal proglaciar: garganta de Huiloac (México)

En el último periodo eruptivo del volcán Popocatépetl (19º 02´ N, 98º 37´ W, 5424 m) se produjeron varios lahares sin-eruptivos que modificaron la red fluvial de su ladera nororiental, donde se localiza el curso del río Huiloac. Los lahares responsables de los cambios morfológicos más importantes fueron los ocurridos en 1997 y 2001. Aunque desde entonces se han producido algunos eventos explosivos, como las recientes erupciones de mayo y junio de 2013, en la garganta de Huiloac no se ha vuelto a registrar ningún lahar relacionado con la actividad volcánica. El presente artículo propone una metodología para detectar y cuantificar los cambios morfológicos, así como determinar la diná¬mica de procesos erosivos y sedimentarios en un tramo de la garganta de Huiloac, tras el paso del lahar sin-eruptivo de 2001, durante un primer periodo de siete años. Este método combina la interpretación de una serie temporal de mapas geomorfológicos y de perfiles topográficos transversales del canal, con ayuda de herramientas de CAD (Computer-aided design) y de SIG (Sistemas de Información Geográfica). El análisis de la evolución geomorfológica y topográfica se cruza finalmente con la información meteorológica disponible sobre precipitaciones. Los resultados obtenidos muestran que la fase inicial (hasta octubre de 2002) estuvo caracterizada por la incisión y evacuación del material que colmató el cauce durante el lahar de 2001. Posteriormente, la acción geomorfológica de las aguas corrientes y la dinámica de laderas ensancharon y profundizaron el canal, aunque también se produjo sedimentación, como lo atestiguan bancos y terrazas fluvio-laháricos. La frecuencia y capacidad de los lahares secundarios, alimentados por las precipitaciones y el agua del deshielo glaciar, fueron los factores que determinaron el dominio de procesos erosivos o de sedimentación en Huiloac. De esta manera, se ha observado que en épocas menos lluviosas y con precipitaciones regulares, el canal experimentó menos variaciones morfológicas y las cantidades erosionadas son también menores, como en el periodo 2004 ‒ 2006. En cambio, las precipitaciones excepcionales en la estación seca (enero de 2002 y enero de 2004) y los aguaceros continuados al final de la estación húmeda (septiembre y octubre de 2007) activaron los procesos de erosión por incisión y por zapa lateral, lo cual produjo el vaciado de los depósitos laháricos que tapizan el canal. Una vez concluido el primer periodo de observación, se concluye que el cauce no ha alcanzado su estabilidad, ya que sus laderas fueron muy inestables debido a la fuerte pendiente que presentaron, a pesar del considerable vaciado de depósitos que ha experimentado en este lapso temporal.In the last eruptive period of Popocatépetl volcano (19º 02'N, 98º 37' W, 5424 m) several syn-eruptive lahars modified the fluvial network of the northeastern slope, where the Huiloac River is located. The lahars that produced the most important morphological changes took place in 1997 and 2001. Although some explosive events have taken place since then, such as the recent eruptions of May and June 2013, lahars related to volcanic activity have not been recorded in Huiloac gorge. This article proposes a methodology to detect and quantify morphological changes and to determine the dynamics of erosion and sedimentary processes in a section of Huiloac gorgef or the first seven years after the syn-eruptive lahar of 2001. This method combines the interpretation of a temporal series of geomorphological maps and topographic profiles across the channel using CAD (Computer-aided design) and GIS (Geographic Information Systems). Finally, the analysis of the geomorphic and topographic evolution is cross-referenced with available information on rainfall. The results show that the initial phase (up until October 2002) is characterized by incision and removal of the material that filled the river bed during the 2001 lahar. Afterwards, the geomorphological action of running water and the dynamics of slopes widened and deepened the channel, although sedimentation occurred as well, as evidenced by river-banks and lahar terraces. The frequency and capacity of secondary lahars, fed by rainfall and glacier melt water, are the factors that determine the domain of erosion or sedimentation in Huiloac. Thus, it has been observed that in seasons with less rain and regular precipitation, fewer morphological variations occurred and a smaller amount of material was eroded, such as in the period 2004 ‒ 2006. On the other hand, exceptional rainfall in the dry season (January 2002 and January 2004) or continuous rains at the end of the wet season (September and October 2007) triggered processes of erosion by incision, lateral erosion, and removal of the laharic deposits. It can be concluded, at the end of this first period of observation, that despite considerable erosion, the riverbed is still unstable due to steep slopes on the sides of the river.-- Ministerio de Economía y Competitividad (Proyecto CGL 2012-35858 (CRYOCRISIS)) -- Grupo de Trabajo BSCH/UCM:931562 Geografía de Alta MontañapeerReviewe

Geomatic methods applied to the change study of the la Paúl Rock Glacier, Spanish Pyrenees

Producción CientíficaRock glaciers are one of the most important features of the mountain permafrost in the Pyrenees. La Paúl is an active rock glacier located in the north face of the Posets massif in the La Paúl glacier cirque (Spanish Pyrenees). This study presents the preliminary results of the La Paúl rock glacier monitoring works carried out through two geomatic technologies since 2013: Global Navigation Satellite System (GNSS) receivers and Terrestrial Laser Scanning (TLS) devices. Displacements measured on the rock glacier surface have demonstrated both the activity of the rock glacier and the utility of this equipment for the rock glaciers dynamic analysis. The glacier has exhibited the fastest displacements on its west side (over 35 cm yr-1), affected by the Little Ice Age, and frontal area (over 25 cm yr-1). As an indicator of permafrost in marginal environments and its peculiar morphology, La Paúl rock glacier encourages a more prolonged study and to the application of more geomatic techniques for its detailed analysis.Ministerio de Economía, Industria y Competitividad - Fondo Europeo de Desarrollo Regional (project CGL2015-68144-R)Junta de Extremadura - Fondo Europeo de Desarrollo Regional (project GR10071

Evolución durante 141 años (1875-2016) del retroceso de la línea de costa de la playa del Puntal-Somo-Las Quebrantas (Cantabria)

Producción CientíficaLa barra de arena denominada El Puntal es el rompeolas “natural” de la bahía de la ciudad de Santander. Esta forma del relieve costero es dinámica, y por tanto tiene el inconveniente que en coincidencia de fuertes temporales marinos con grandes oleajes (mayores a 8 metros) y coeficientes elevados de pleamar (superiores a 100) pueden provocar su destrucción parcial, y por tanto debe reponerse con dunas artificiales de arena y vegetación. La dinámica de la barra de arena debe controlarse, ya que la acumulación de arena submarina en la bocana de entrada a la bahía puede provocar que no exista suficiente calado para la envergadura de los barcos que acceden al puerto de Santander. Pero, en este artículo solo trataremos de la dinámica superficial de la playa del Puntal-Somo-Las Quebrantas, y no lo que ocurre por debajo del nivel de la lámina de agua. Para la realización de la evolución del Puntal-Somo se ha utilizado cartografía histórica (1875, 1908, 1920, 1946, 1950, 1985), la cual se ha escaneado y georeferenciado en ETRS 89. Posteriormente, se han digitalizado las curvas de nivel de 0 m y 5 m (la curva de nivel de 5 m se encuentra entre la cabeza y el pie del talud del frente arenoso) para cada cartografía. Con los vuelos fotogramétricos de los años 2001, 2005, 2007, 2010, 2014 se han restituido las curvas de nivel de 0 m, la cabeza y pie del talud arenoso. También se han digitalizado los vuelos de 1985, 1988 y 2001, de los cuales no se dispone del certificado de calibración de la cámara. Además, del estudio de la evolución cartográfica histórica de la playa del Puntal-Somo, se han realizado trabajos geomáticos (cartografía, topografía, fotogrametría, escáner láser terrestre) en la zona de Las Quebrantas. Los trabajos geomáticos en la zona de Las Quebrantas comenzaron en 1988 (proyecto CICYT, PB87-0800), siendo en el periodo 1988-1993 cuando se hicieron perfiles topográficos y batimétricos que mostraron ligeros cambios en la línea de costa. Para constatar estos cambios se ha estudiado la evolución de la zona de Las Quebrantas digitalizando cartografía histórica desde 1875 hasta 1985, también mediante técnicas fotogramétricas se ha analizado el periodo 1985-2014; y desde el año 2011 hasta la actualidad se están realizando dos mediciones anuales con escáner láser terrestre. Para este estudio comparativo, se ha seleccionado un área de la línea de costa de 400 metros

Assessment of the structural integrity of the Roman bridge of Alcántara (Spain) using TLS and GPR

El puente romano de Alcántara es el más grande de España. Su preservación es de suma importancia y para ello deben estudiarse diferentes aspectos. El más destacado es la evaluación de su estructura, y esto es especialmente importante ya que el puente permanece en uso. Este documento documenta la forma en que se llevó a cabo la evaluación de la seguridad estructural. Se aplicó la metodología de evaluación de las estructuras existentes. La evaluación preliminar se basó en datos bibliográficos y técnicas no destructivas. Los datos geométricos del puente se obtuvieron mediante el escaneado láser terrestre (TLS), que permitió el análisis de sus deformaciones y la evaluación de su estructura. También se utilizó el Radar de penetración en el suelo (GPR) con diferentes antenas para trabajar a diferentes profundidades y resoluciones espaciales con el fin de analizar los elementos estructurales. A partir de la información anterior, la evaluación de la seguridad estructural se realizó mediante el método de análisis de límites aplicando los trabajos históricos realizados sobre el mismo y los descritos en la normativa de obligado cumplimiento en España (IAP11), estudiando la sensibilidad de la seguridad a los parámetros más relevantes. Se discute el estado de conservación e integridad estructural del puente y se extraen conclusiones sobre las áreas de mayor riesgo y las bases para la siguiente fase de evaluación de la conservación del puente.The Roman bridge of Alcántara is the largest in Spain. Its preservation is of the utmost importance and to this end different aspects must be studied. The most prominent is the assessment of its structure, and this is especially important as the bridge remains in use. This paper documents the way the assessment of structural safety was carried out. The assessment methodology of existing structures was applied. The preliminary assessment was based on bibliographic data and non-destructive techniques. The geometric data of the bridge were obtained by Terrestrial Laser Scanning (TLS), which made possible the analysis of its deformations and assessment of its structure. Ground-Penetrating Radar (GPR) was also used with different antennae to work at different depths and spatial resolutions with the aim of analysing structural elements. From the above information, the assessment of structural safety was made using the limit analysis method by applying the historical works carried out on it and those described in the regulation of obligatory compliance in Spain (IAP11), studying the sensitivity of safety to the most relevant parameters. The state of preservation and structural integrity of the bridge is discussed and conclusions are drawn on the areas of greatest risk and the bases for the following assessment phase of preservation of the bridge.• Junta de Extremadura y Fondos FEDER. Ayuda GR15069 y GR15107, para el grupo de investigación NEXUS y COMPHASpeerReviewe

Application of Multiple Geomatic Techniques for Coastline Retreat Analysis: The Case of Gerra Beach (Cantabrian Coast, Spain)

Producción CientíficaThe beaches of the Cantabrian coast (northern Spain) are exposed to strong winter storms that cause the coastline to recede. In this article, the coastal retreat of the Gerra beach (Cantabria) is analyzed through a diachronic study using the following different geomatic techniques: orthophotography of the year 1956; photogrammetric flights from 2001, 2005, 2010, 2014, 2017; Light Detection and Ranging (LiDAR) survey from August 2012; Unmanned Aerial Vehicle (UAV) survey from November 2018; and terrestrial laser scanner (TLS) through two dates per year (spring and fall) from April 2012 to April 2020. With the 17 observations of TLS, differences in volume of the beach and the sea cliff are determined during the winter (November–April) and summer (May–October) periods, searching their relationship with the storms in this eight-year period (2012–2020). From the results of this investigation it can be concluded that the retreat of the base of the cliff is insignificant, but this is not the case for the top of the cliff and for the existing beaches in the Cantabrian Sea where the retreat is evident. The retreat of the cliff top line in Gerra beach, between 1956 and 2020 has shown values greater than 40 m. The retreat in other beaches of the Cantabrian Sea, in the same period, has been more than 200 m. With our measurements, investigations carried out on the retreat of the cliffs on the Atlantic coast have been reinforced, where the diversity of the cliff lithology and the aggressive action of the sea (storms) have been responsible for the active erosion on the face cliff. In addition, this research applied geomatic techniques that have appeared commercially during the period (1956–2020), such as aerial photogrammetry, TLS, LiDAR, and UAV and analyzed the results to determine the precision that could be obtained with each method for its application to similar geomorphological structures.Junta de Extremadura and European Regional Development Fund (ERDF) grant (GR18053)FCT project- Instituto Dom Luiz (UIDB/50019/2020

Does HDR pre-processing improve the accuracy of 3D models obtained by means of two conventional SfM-MVS software packages? the case of the corral del veleta rock glacier

La precisión de los diferentes flujos de trabajo usando la estructura del Movimiento y técnicas estéreo vista múltiple (SfM-MVS) está probado. Nubes de doce puntos del Corral del Veleta glaciar de roca, en España, se produjeron con dos diferentes paquetes de software (123D Catch y Agisoft Photoscan), utilizando imágenes de bajo rango dinámico y composiciones de alto rango dinámico (HDR) para tres años distintos (2011, 2012 y 2014). La exactitud de las nubes de puntos resultante se evaluó mediante modelos de referencia adquiridos cada año con un escáner láser terrestre. Tres parámetros se utilizaron para estimar la precisión de cada nube de puntos: el RMSE, la nube-a-nube distancia (C2C) y la Multiscale-Model a comparación de modelos (M3C2). El M3C2 el error promedio varió de 0,084 m (desviación estándar de 0,403 m) a 1.451 m (desviación estándar de 1.625 m). Agisoft Photoscan superar 123D Catch, produciendo más precisas y densas nubes de puntos en 11 de 12 casos, siendo este trabajo, la primera comparación entre ambos paquetes de software en la literatura. Ninguna mejora significativa fue observada a través de HDR de pre-procesamiento. A nuestro conocimiento, esta es la primera vez que la exactitud geométrica de modelos 3D obtenidos utilizando LDR y HDR composiciones son comparados. Estos hallazgos pueden ser de interés para los investigadores que deseen para estimar los cambios geomórficas con SfM-MVS enfoques.The accuracy of different workflows using Structure-from-Motion and Multi-View-Stereo techniques (SfM-MVS) is tested. Twelve point clouds of the Corral del Veleta rock glacier, in Spain, were produced with two different software packages (123D Catch and Agisoft Photoscan), using Low Dynamic Range images and High Dynamic Range compositions (HDR) for three different years (2011, 2012 and 2014). The accuracy of the resulting point clouds was assessed using benchmark models acquired every year with a Terrestrial Laser Scanner. Three parameters were used to estimate the accuracy of each point cloud: the RMSE, the Cloud-to-Cloud distance (C2C) and the Multiscale-Model-to-Model comparison (M3C2). The M3C2 mean error ranged from 0.084 m (standard deviation of 0.403 m) to 1.451 m (standard deviation of 1.625 m). Agisoft Photoscan overcome 123D Catch, producing more accurate and denser point clouds in 11 out 12 cases, being this work, the first available comparison between both software packages in the literature. No significant improvement was observed using HDR pre-processing. To our knowledge, this is the first time that the geometrical accuracy of 3D models obtained using LDR and HDR compositions are compared. These findings may be of interest for researchers who wish to estimate geomorphic changes using SfM-MVS approaches.peerReviewe

Evolución morfodinámica de un enclave montañoso recién deglaciado: El caso del Corral del Veleta (Sierra Nevada), ¿Consecuencia del cambio climático?

RESUMEN: El Corral del Veleta (Sierra Nevada. España) cobija en su seno y bajo manto detrítico hielo glaciar fósil y permafrost alpino, restos, como mínimo, de la Pequeña Edad del Hielo (siglos XV/XIX). En la actualidad, estas masas heladas se encuentran en proceso de degradación. Los análisis y controles que desde 2001 se vienen llevando a cabo en un glaciar rocoso incipiente instalado en el tercio oriental del Corral del Veleta muestran procesos continuados de subsidencia de su manto detrítico, apoyado sobre las masas heladas referidas. La merma del manto nival durante el verano, las aguas de fusión y el grado de penetración de la onda de radiación externa en el suelo, son parámetros clave que explican este mecanismo de subsidencia, que podría estar relacionado con variaciones climáticas que vienen detectándose desde hace décadas