Tesis:
La representación de cuevas : metodología para la generación de un modelo tridimensional
- Autor: OJEDA MANRIQUE, Juan Carlos
- Título: La representación de cuevas : metodología para la generación de un modelo tridimensional
- Fecha: 2002
- Materia:
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: INGENIERIA Y MORFOLOGIA DEL TERRENO
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/72280/
- Director/a 1º: MARTINEZ MARIN, Rubén
- Resumen: La representación del terreno mediante Modelos Digitales del Terreno, ha sido tratada desde su aparición en los años 50, desarrollándose las diversas tipologías de éstos, así como el tratamiento y aplicaciones que se pueda realizar con su ayuda.
Las tipologías utilizadas en un principio en los MDT fueron las mallas regulares, fundamentalmente debido a problemas de almacenamiento de datos y velocidad de manejo de éstos.
A medida que se han desarrollado los equipos informáticos, el problema ha desaparecido, por lo que se empezaron a utilizar estructuras de malla triangular (TIN), que se adaptan mejor a las irregularidades del terreno.
Las estructuras de mallas triangulares, se utilizan en numerosas aplicaciones para la representación de la superficie, basándose en el criterio de Delaunay. Mediante esta técnica se consiguen modelos en dos dimensiones y media, ya que tienen la limitación de no poder haber puntos con similares coordenadas planimétricas, y elevaciones muy diferentes, por lo que esta técnica no es la adecuada para la representación de superficies abruptas, cuevas y grutas.
En la representación de cuevas y grutas, una técnica utilizada para la resolución del problema, consiste en dividir la superficie a representar en subdominios , realizando tratamientos distintos para cada una de ellos. El techo y el suelo no suponen mayor problema, ya que tienen el mismo tratamiento que una superficie, mientras que en los laterales se han tenido que realizar abatimientos y desabatimientos de planos. Esta técnica presenta los siguientes problemas:
1. Dificultad en determinar la separación entre los distintas subdominios.
2. La toma de los datos está condicionada por la separación en zonas.
3. Hay que aplicar filtros a los puntos, para determinar dentro de que subdominio se encuentra cada uno, y para que no existen puntos repetidos.
4. Una vez realizada la triangulación de las distintos subdominios, realizar las uniones entre ellos.
En esta Tesis Doctoral se desarrolla una técnica, que resuelve algunos de los problemas descritos, realizando una triangulación en el espacio, sin las limitaciones impuestas por el criterio de Delaunay.
En lo que respecta a la elección de la instrumentación, está condicionada por dos factores:
1. La precisión que requiera la representación.
2. Las condiciones adversas del entorno.
La metodología empleada para la toma de datos, es la realización de perfiles transversales, que son obtenidos con unos condicionantes:
- Los puntos se han de observar en el sentido de las agujas del reloj.
- Se aconseja que las secciones sean aproximadamente coplanarias.
- Los perfiles han de tener el mismo número de puntos, para ello se determina qué sección es la que más puntos tiene, y se interpolan los puntos necesarios a las restantes.
- Se realiza una reordenación de los puntos de las secciones. Esto se hace tomando como sección inicial la primera, y en el resto de secciones se comienza la ordenación de los puntos, en aquel en el que la distancia euclídea al primer punto de la sección anterior sea mínima.
A continuación se aplica el algoritmo de triangulación entre secciones, obteniendo un MDT en
tres dimensiones.
El MDT generado mediante el algoritmo propuesto, se puede utilizar en las siguientes
aplicaciones:
- Interpolación de puntos.
- Intersección de plano con el modelo para poder generar curvas de nivel, o secciones en otros lugares donde no se han observado.
- Cálculo de volúmenes para aplicación en Ingeniería.
- Generación de un modelo para el análisis por elementos finitos en dos y tres dimensiones.
- Importación del modelo a programas de visualización en tres dimensiones.
El MDT generado con esta metodología, tiene las siguientes ventajas:
- Asegura la continuidad entre perfiles, ya que mantiene una sección como unión entre modelos.
- Permite diferentes niveles de resolución, mediante la densificación de puntos en la sección.
- Permite la posibilidad de definir líneas de rotura que formaran parte del modelo.
Para la aplicación de esta metodología de una forma semiautomática, es necesario el conocimiento de la técnica y comportamiento de los MDT, por parte del usuario.
ABSTRACT
The surface's representation using DTM has been discussed from its implementation in the 50's, developening several typologies, as well as the processing and applications that can be made with their aid.
The first typologies used in DTM were regular grids, fundamentally due to storage problems of data and speed of handling. As the computer equipment has been developed, the problems were solved, reason why they began to use TIN structures which adapt better to rough surfaces. TIN are used in numerous applications for representation of surfaces, being based on the Delaunay's criteria. Using this technology models are available in two and half dimensions, but they have the limitation of not being able to have points with similar planimetric coordínales and very different devations. For this reason this method is not suitable for representation of rough surfaces and caves.
Caves representation, the technique used for resolution of this problem, consists in splitting the surface in subdomains, with different processing for each one. The roof and the floor have the same processing as a surface, while in the laterals it has been carried out planes dejections and undejections. This technique presents the following problems:
1. Difficulty to determínate the border between the different subdomains.
2. Data capture is conditioned by the splitting in áreas.
3. It is necessary to apply filters to the points, to determine in which subdomain one each is, and remove every double point.
4. It is necessary to join every subdomain maintained continuity between them. In this Thesis a method is developed in order to solve some of the described problems. A triangulation in the space, without the Delaunay criteria restrictions has been made.
In order to choose the appropriate Instruments two factors must be to ken into account:
1. The accuracy need for specific map.
2. The adverse conditions in the environment.
The methodology used to data capture is based on transversal profiles that are observed under the following requirements:
- The points are observed in clockwise.
- The section must be approximately coplanar.
The profiles must have the equal number of points. For this reason it is necessary to determine what section has more points and then insert the adequate number of points in order to match them.
- In each section a new point classification is made. Taking the fírst section and keeping the initial points order next section must be classified starting in the closest point to point number one belonging to the previous one.
The triangulation algorithm between sections is applied obtaining a three-dimensional DTM.
The DTM generated by this new algorithm can be used in the following applications:
- Interpolationof points.
- Intersection planes with the model, to be able to genérate contour lines or sections in other places where they have not been observed.
- Volumes' computation Engineering applications.
Model generation for fínite elements analysis in two and three dimensions.
The DTM created with this methodology has the following advantages:
- Continuity between profiles because it keeps a section unión between models.
- It allows different resolution levéis with an increment of points in the section.
- It allows the possibility of defíning breaklines taking part of the model.
For the application of this methodology to semiautomatic way it is necessary user knows the technology to genérate DTM.