Point cloud models with Terrestrial Laser Scanner (TLS) applied to recording built heritage: Workflow implication in results quality

Authors

  • Luis Carlos Cruz-Ramírez Laboratorio de Posgrado, Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, Unidad Tecamachalco, Instituto Politécnico Nacional, México https://orcid.org/0000-0002-3651-4471
  • Valentín Uribe-Piedras Laboratorio de Posgrado, Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, Unidad Tecamachalco, Instituto Politécnico Nacional, México https://orcid.org/0009-0007-1133-0979
  • Jorge Fernando Zárate-Martínez Laboratorio de Posgrado, Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, Unidad Tecamachalco, Instituto Politécnico Nacional, México

DOI:

https://doi.org/10.5377/arquitectura.v8i15.16230

Keywords:

Cloud-Point, documentation, heritage, laser-scanner, modelling

Abstract

Points-Cloud are mathematical models which use spatial coordinate (XYZ) that represent the built physical space. In the last decade, point-cloud has been widely applied to built heritage register, because among its benefit this type of registration allows capture a high level of geometric detail, especially when it is performed with Terrestrial Laser Scanner (TLS). However, results can present variations in precision values in function of the process that is taken. The aim of this paper is to analyze the process of building measurement capture with the use of TLS to explain how some parts of the workflow can improve or affect points-cloud models. The results of this study are useful to future projects of TLS registration, due to the fact that it presents the main consideration to be taken into account and thus reduce errors to improve points-cloud models.

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Author Biographies

Luis Carlos Cruz-Ramírez, Laboratorio de Posgrado, Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, Unidad Tecamachalco, Instituto Politécnico Nacional, México

Arquitecto por la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI RUSB), Managua, Nicaragua (2004-2009). Maestro (2012-2015) y Doctor en Ciencias en Arquitectura y Urbanismo (2016-2018), por la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, Unidad Tecamachalco (ESIA, TEC), del Instituto Politécnico Nacional (IPN). Posdoctorado en Desarrollo de Tecnologías para la Gestión del Riesgo de Inundaciones ante el Cambio Climático por IPN, University of Edinburgh y Heriot-Watt University (2019-2022). Realizó estancia de investigación en la Università degli “G. d'Annunzio”, Pescara, Abruzzo, Italia, para estudiar Integraciones Contemporáneas en Contextos Históricos (2017). Elaboró proyectos ejecutivos para DIARSA (2010-2012) y Video Mapping para Managua-LAB (2011-2012). Desde 2022 es Coordinador de Laboratorios de Posgrado de la ESIA TEC del IPN .

Valentín Uribe-Piedras, Laboratorio de Posgrado, Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, Unidad Tecamachalco, Instituto Politécnico Nacional, México

Egresó en 2021 de la carrera de Ingeniero Arquitecto en la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, Unidad Tecamachalco (ESIA TEC), del Instituto Politécnico Nacional (IPN). Ha tenido interés en el diseño de instalaciones educativas, línea en la que presentó el proyecto final “Casa de la cultura Estornino Pinto”, el cual tiene las características de ser un centro de educación, cultura y entretenimiento para las poblaciones al oriente de la Ciudad de México. Ha prestado servicios profesionales como freelance desde 2021 a la actualidad, desempeñando las siguientes actividades: apoyo en levantamiento topográfico, dibujo asistido por computadora y apoyo a la supervisión de obra. Ha realizado registros de nubes de puntos de al menos 7 proyectos con tecnología LiDAR con hasta 153 estaciones. Desde Enero 2023 es el encargado del diseño y edición del sitio web de Posgrado en ESIA TEC del IPN.

Jorge Fernando Zárate-Martínez, Laboratorio de Posgrado, Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura, Unidad Tecamachalco, Instituto Politécnico Nacional, México

Licenciado en Psicología Social por la UAM-Iztapalapa, Ciudad de México (1980-1986), Egresado de la Maestría en Psicología Universidad Iberoamericana (1987-1990). Docente del Instituto Politécnico Nacional (IPN), México de 1977-1991 y de 2006- a la actualidad. Además es docente a nivel licenciatura en la Universidad Iberoamericana, y en la Universidad Latinoamericana. Es Presidente de la Academia de inglés, en la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura Unidad Tecamachalco (ESIA TEC) del IPN. Es coordinador de Movilidad e Internacionalización del Posgrado de ESIA TEC del IPN. Es director de AB Center Inglés. Speaking Examiner para Cambridge University (Cambridge English Assessment), en niveles pre-A1, A1, A2, B1, B2, C1 y BEC Preliminary (B1 business).

References

Addison, A. C., & Gaiani, M. (2000). Virtualized Architectural Heritage: New Tools and Techniques. IEEE Multimedia, 7(2), 26-31.

Ahn, J., & Wohn, K. (2016). Interactive scan planning for heritage recording. Multimedia Tools and Applications(75), 3655-3675. doi:10.1007/s11042-015-2473-0

Alshawabkeh, Y., & Haala, N. (2004). Integration of digital photogrammetry and laser scanning for heritage documentation. ISPRS XX. Symposium, Com. V., 12-23. Obtenido de https://www.isprs.org/proceedings/xxxv/congress/comm5/papers/590.pdf

Aryan, A., Bosché, F., & Tang, P. (2021). Planning for terrestrial laser scanning in construction: A review . Automation in Construction (125). doi:10.1016/j.autcon.2021.103551

Barber, D. M., Dallas, R. W., & J Mills, o. P. (2006). Laser Scanning for Architectural Conservation. Journal of Architectural Conservation, 12(1), 35-52. doi:10.1080/13556207.2006.10784959

Bosché, F. (2012). Plane-based registration of construction laser scans with 3D/4D building models. Advanced Engineering Informatics, 26, 90-102. doi:10.1016/j.aei.2011.08.009

Cellucci, C. (2016). Models of Science and Models in Science. En E. Ippoliti, F. Sterpetti, & T. Nickles (Edits.), Models and inferences in science (págs. 95-112). Switzerland: Springer.

Dallas, R. (2003). Measured Surveys of Historic Buildings: User Requirements and Technical Progress. Journal of Architectural Conservation, 9(2), 58-81. doi:10.1080/13556207.2003.10785343

Damięcka-Suchocka, M., Katzer, J., & Suchocki, C. (2022). Application of TLS Technology for Documentation of Brickwork Heritage Buildings and Structures. Coatings, 12(12). doi:10.3390/coatings12121963

Dong, Z., Liang, F., Yang, B., Xu, Y., Zang, Y., Li, J., . . . Stilla, U. (2020). Registration of large-scale terrestrial laser scanner point clouds: A review and benchmark. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 163, 327-342. doi:10.1016/j.isprsjprs.2020.03.013

Eld, M., Mizerák, M., & Trojan, J. (2018). 3d Laser Scanner: History and Applications. Acta Simulatio, 1-5. doi:10.22306/asim.v4i4.54

El-Din Fawzy, H. (2019). 3D laser scanning and close-range photogrammetry for buildings documentation: A hybrid technique towards a better accuracy. Alexandria Engineering Journal, 1191–1204. doi:10.1016/j.aej.2019.10.003

Grussenmeyer, P., Alby, E., Assali, P., Poitevin, V., Hullo, J. F., & & Smigiel, E. (2011). Accurate Documentation in Cultural Heritage by merging TLS and high resolution photogrammetric data. Videometrics, Range Imaging, and Applications XI, 8085, 79-91. doi:10.1117/12.890087

Gu, X., Wang, X., & Guo, Y. (2020). A Review of Research on Point Cloud Registration Methods. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 782. doi:10.1088/1757-899X/782/2/022070

Guarnieri, A., Remondino, F., & & Vettore, A. (2006). Digital photogrammetry and TLS data fusion applied to Cultural Heritage 3D modeling. Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. Spat. Inf. Sci, 36, 1-6. Obtenido de https://www.isprs.org/proceedings/xxxvi/part5/paper/1216_dresden06.pdf.

ICOMOS. (1990). Guide to Recording Historic Buildings. Butterworth Architecture.

Kwoczyńska, B., Litwin, U., Piech, I., Obirek, P., & Śledź, J. (2016). The Use of Terrestrial Laser Scanning in Surveying Historic Buildings. 2016 Baltic Geodetic Congress . Poland: IEEE. doi:10.1109/BGC.Geomatics.2016.54

Lercari, N. (2016). Terrestrial Laser Scanning in the Age of Sensing. En M. Forte, & S. Campana (Edits.), Digital Methods and Remote Sensing in Archaeology (págs. 3-33). New York: Springer. doi:10.1007/978-3-319-40658-9_1

Mukupa, W., Roberts, G. W., Hancock, C. M., & Al-Manasir, K. (2016). A review of the use of terrestrial laser scanning application for change detection and deformation monitoring of structures. Survey Review. doi:10.1080/00396265.2015.1133039

Pritchard, D., Sperner, J., Hoepner, S., & & Tenschert, R. (2017). Terrestrial laser scanning for heritage conservation: the Cologne Cathedral documentation project. ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 4, págs. 213-220. Ottawa, Canada. doi:10.5194/isprs-annals-IV-2-W2-213-2017

Remondino, F. (2011). Heritage Recording and 3D modeling with photogrammetry and 3d scanning. Reomete Sensing, 1104-1138. doi:10.3390/rs3061104

Swallow, P., Dallas, R., Jackson, S., & Watt, D. (2016). Measurement and Recording of Historic Buildings. London: Routledge.

Wu, C., Yuan, Y., Tang, Y., & Tian, B. (2022). Application of Terrestrial Laser Scanning (TLS) in the Architecture, Engineering and Construction (AEC) Industry. Sensors. doi:10.3390/s22010265

Xu, Y., & Stilla, U. (2021). Toward building and civil Infrastructure reconstruction from point clouds: A review on data and key techniques. Journal Of Selected Topics In Applied Earth Observations And Remote Sensing, 2857-2885. doi:10.1109/JSTARS.2021.3060568

Published

2023-06-30

How to Cite

Cruz-Ramírez, L. C., Uribe-Piedras, V., & Zárate-Martínez, J. F. (2023). Point cloud models with Terrestrial Laser Scanner (TLS) applied to recording built heritage: Workflow implication in results quality. Arquitectura +, 8(15), 37–52. https://doi.org/10.5377/arquitectura.v8i15.16230

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