A self-assembly portable mobile mapping system for archeological reconstruction based on VSLAM-Photogrammetric algorithm

Abstract

Los modelos tridimensionales (3D) se utilizan ampliamente en aplicaciones clínicas, geo-ciencias la conservación del patrimonio cultural y la ingeniería; esto, junto con nuevas necesidades emergentes como el modelado de información de edificios (BIM) desarrollan nuevas técnicas y dispositivos de captura de datos con un bajo coste y una curva de aprendizaje reducida que permiten su empleo a usuarios no especializados. Este trabajo presenta un sencillo dispositivo de auto-ensamblaje para la captura de datos de nubes de puntos 3D con un precio base estimado precio base inferior a 2500 €; además, se describe un flujo de trabajo para los cálculos que incluye un sistema Visual SLAM-fotogramétrico de hilo que se ha implementado en C++. Otro objetivo de este trabajo es validar el sistema propuesto en entornos de trabajo BIM. Para conseguirlo, en pruebas de pruebas en exteriores, se obtuvieron varias nubes de puntos 3D y las coordenadas de 40 puntos de este dispositivo, con distancias de captura de datos que oscilaban entre 5 y 20 m. Posteriormente, se compararon comparadas con las coordenadas de los mismos objetivos medidas por una estación total. Los errores de distancia media euclidiana y el error cuadrático medio (RMSE) oscilaron entre 12-46 mm y 8-33 mm respectivamente, en función de la distancia de captura de datos (5-20 m). Además, el sistema propuesto se comparó con una metodología fotogramétrica comúnmente utilizada basada en el software Agisoft Metashape. Los resultados obtenidos demuestran que el sistema propuesto Los resultados obtenidos demuestran que el sistema propuesto satisface (en cada caso) las tolerancias de "nivel 1" (51 mm) y "nivel 2" (13 mm) para la adquisición de nubes de puntos en el diseño urbano y documentación histórica, según la Guía BIM para la obtención de imágenes en 3D (Servicios Generales de los Estados Unidos).

Three Dimensional (3D) models are widely used in clinical applications, geosciences, cultural heritage preservation, and engineering; this, together with new emerging needs such as building information modeling (BIM) develop new data capture techniques and devices with a low cost and reduced learning curve that allow for non-specialized users to employ it. This paper presents a simple, self-assembly device for 3D point clouds data capture with an estimated base price under €2500; furthermore, a workflow for the calculations is described that includes a Visual SLAM-photogrammetric threaded algorithm that has been implemented in C++. Another purpose of this work is to validate the proposed system in BIM working environments. To achieve it, in outdoor tests, several 3D point clouds were obtained and the coordinates of 40 points were obtained by means of this device, with data capture distances ranging between 5 to 20 m. Subsequently, those were compared to the coordinates of the same targets measured by a total station. The Euclidean average distance errors and root mean square errors (RMSEs) ranging between 12–46 mm and 8–33 mm respectively, depending on the data capture distance (5–20 m). Furthermore, the proposed system was compared with a commonly used photogrammetric methodology based on Agisoft Metashape software. The results obtained demonstrate that the proposed system satisfies (in each case) the tolerances of ‘level 1’ (51 mm) and ‘level 2’ (13 mm) for point cloud acquisition in urban design and historic documentation, according to the BIM Guide for 3D Imaging (U.S. General Services).