Low cycle fatigue is an important valving parameter of materiale which are exposed random alternate strain during their operation. The alternate strain in that material is caused by temperature fluctuations during operation and outages such as aircraft engines. Tests of low cycle fatigue were performed on samples of superalloy Inconel 738LC at stable room temperature at 23°C. The actual experiment took place at certain intervals, consisting of cycling itself, and observing changes in surface relief by light and electron microscopy. There was observed significant surface relief at an early stage of low cycle fatigue. We compared results of measurement with other different observation methods.

This thesis analyses ice-rich mountain permafrost with regard to its genesis, distribution, deformation and interaction with other environmental factors. The processes influencing ground ice formation in ice-rich and ice-poor mountain permafrost are highlighted. Factors influencing the presence of ice-rich permafrost are identified and their individual or combined effect on frozen ground is determined. Based on these findings, a new permafrost distribution map of Switzerland was created, which specifies permafrost temperature and ice contents and considers rock glacier creep paths. The deformation of rock glaciers is investigated with newly developed monitoring systems and concepts. This enables a better understanding of the processes leading to rock glacier acceleration at different time scales.

A mobile laser scanning (MLS) system equipped with a lidar, inertial navigation system and satellite positioning can be used to reconstruct georeferenced point-based models of the surveyed environments. Ideal reconstruction requires accurate trajectories that are challenging to obtain in forests. Satellite signals are heavily degraded under the forest canopy, while lidar-based positioning is often inefficient due to the forest’s unstructured and complex nature. Most forestry-related solutions compute or improve the trajectory in post-processing, focusing on accuracy rather than the possibility of real-time operation. On the other hand, real-time solutions exist, but they are primarily tested and evaluated in urban environments, and the forest’s effect on them is less known. In this study, high-quality, real-time point-based forest model generation was considered by applying techniques from the field of robotics. Forest data were collected with an MLS system mounted 1) on a stick carried by a person and 2) mounted on a forest harvester while performing thinning operations. The system’s trajectory was computed using lidar-inertial-based smoothing and mapping algorithms with real-time limitations. In addition, satellite measurements were either fused into the smoothing algorithm contributing to the trajectory estimation or were used to georeference the trajectory in a post-processing manner. Collecting reliable reference trajectories is difficult in forests. Therefore, this study mainly contains qualitative and relative evaluation. The results indicate that real-time and onboard processing is feasible for forest data with adequate accuracy. State-of-the-art edge and planar feature-based lidar odometry was the most accurate but could not fully maintain real-time operation. On the other hand, the normal distributions transform-based odometry can maintain fast and constant computation with slightly lower accuracy. Fusing the satellite positioning for the mapping reduced the internal integrity of the reconstructed point cloud models, and it is suggested to use it for post-processed georeferencing instead. / Ett mobilt laserskanningssystem (MLS) utrustat med ett lidar, tröghetsnavigeringssystem och satellitpositionering kan användas för att rekonstruera georefererade punktbaserade modeller av de undersökta miljöerna. Idealisk återuppbyggnad kräver exakta banor som är utmanande att uppnå i skogar. Satellitsignaler är kraftigt försämrade under skogens tak, medan lidarbaserad positionering ofta är ineffektiv på grund av skogens ostrukturerade och komplexa natur. De flesta skogsbruksrelaterade lösningar beräknar eller förbättrar banan i efterbearbetning, med fokus på noggrannhet snarare än möjligheten till drift i realtid. Å andra sidan finns realtidslösningar, men de är främst testade och utvärderade i stadsmiljöer och skogens påverkan på dem är mindre känd. I denna studie övervägdes högkvalitativ, punktbaserad skogsmodellgenerering i realtid genom att tillämpa tekniker från robotteknikområdet. Skogsdata samlades in med ett MLS-system monterat 1) på en pinne som bärs av en person och 2) monterad på en skogsskördare under gallringsoperationer. Systemets bana beräknades med hjälp av lidar-tröghetsbaserade utjämnings- och kartläggningsalgoritmer med realtidsbegränsningar. Dessutom fuserades satellitmätningar antingen in i utjämningsalgoritmen som bidrog till banuppskattningen eller användes för att georeferera banan på ett efterbearbetningssätt. Att samla pålitliga referensbanor är svårt i skogar. Därför innehåller denna studie främst kvalitativ och relativ utvärdering. Resultaten indikerar att bearbetning i realtid och ombord är möjlig för skogsdata med tillräcklig noggrannhet. Toppmodern kant- och planfunktionsbaserad lidarodometri var den mest exakta men kunde inte helt upprätthålla realtidsdrift. Å andra sidan kan normalfördelningstransformationsbaserad odometri upprätthålla snabb och konstant beräkning med något lägre noggrannhet. Att sammansmälta satellitpositioneringen för kartläggningen minskade den interna integriteten hos de rekonstruerade punktmolnmodellerna, och det föreslås att man istället använder den för efterbehandlad georeferens.

Sich verändernde Rahmenbedingungen des Klimawandels haben einen erheblichen Einfluss auf die Gestaltung der Erdoberfläche. Der Sachverhalt ist anhand unterschiedlicher geomorphologischer Veränderungsprozesse zu beobachten, sei es bei gravitativen Naturgefahren (Felsstürze, Hangrutschungen oder Murereignissen), der Gletscherschmelze in Hochgebirgsregionen oder der Änderungen der Küstendynamik an Sandstränden. Derartige Ereignisse werden durch immer stärker ausgeprägte, extreme Wetterbedingungen verursacht. In diesem Zusammenhang sind präventive Maßnahmen und der Schutz der Bevölkerung im Zuge eines Risikomanagements essentiell. Um mit diesen Gefahren sicher umgehen zu können, sind qualitativ hochwertige drei- und vierdimensionale (3D und 4D) Datensätze der Erdoberfläche erforderlich. Der technische Fortschritt in der Messtechnik und damit verbunden ein Paradigmenwechsel haben die Möglichkeiten in der Erfassung von räumlich als auch zeitlich verdichteten Daten erheblich verbessert. Die Weiterentwicklung von terrestrischen Laserscannern hin zu kommunikationsfähigen, programmierbaren Multisensorsystemen, eine kompakte und robuste Bauweise, hohe Messreichweiten sowie wirtschaftlich attraktive Systeme lassen einen Übergang zu permanentem terrestrischen Laserscanning (PLS) zu. Im Sinne eines adaptiven Monitorings ist PLS für die Integration in echtzeitnahe Assistenz- oder Frühwarnsysteme prädestiniert. Um die Akzeptanz eines solchen Systems zu erreichen sind jedoch transparente, nachvollziehbare Methoden und Prozesse zur Informationsgewinnung und -aufbereitung zu definieren. Ziel dieser Arbeit ist es, PLS als Methode systematisch aufzuarbeiten. Vier wesentliche Schritte entlang der Prozesskette werden identifiziert: (i) Die Datenerfassung einer einzelnen Epoche, (ii) die Bereitstellung eines redundanten Datenmanagements sowie einer sicheren Datenkommunikation zu zentralen Servern, (iii) die multitemporale Datenanalyse und (iv) die Aufbereitung, das Reporting und die Präsentation der Ergebnisse für Stakeholder. Basierend auf dieser Prozesskette ergeben sich zwei Untersuchungsschwerpunkte. Zunächst wird die qualitative Beurteilung der erfassten Punktwolken behandelt. Der Fokus liegt dabei einerseits auf dem Einfluss unterschiedlicher Registrierungsmethoden auf die multitemporalen Punktwolken und andererseits auf dem Einfluss der Atmosphäre auf die Messergebnisse. Es wird nachgewiesen, dass eine Nichtberücksichtigung dieser Einflüsse zu signifikanten Abweichungen führt, welche zu Fehlinterpretationen der abgeleiteten Informationen führen kann. Weiterhin wird gezeigt, dass es an datenbasierten Verfahren zur Berücksichtigung dieser Einflüsse fehlt. Als Grundlage für die Untersuchungen dienen umfangreiche Datensätze aus Noordwijk / Niederlande und Vals / Österreich. Der zweite Schwerpunkt befasst sich mit der Datenanalyse. Die Herausforderung besteht darin, tausende Punktwolken einzelner Messepochen analysieren zu müssen. Bitemporale Methoden sind hier nur eingeschränkt anwendbar. Die vorliegende Arbeit stellt eine zweistufige Methode vor, mit der automatisiert Informationen aus dem umfangreichen Datensatz abgeleitet werden können. Aus der vollumfänglichen 3D-Zeitserie der Szene werden zunächst relevante Merkmale auf Basis von 2D-Rasterbildern durch Clustering extrahiert. Semiautomatisch lassen sich die extrahierten Segmente klassifizieren und so maßgeblichen geomorphologischen Prozessen zuweisen. Dieser Erkenntnisgewinn über den vorliegenden Datensatz wird in einem zweiten Schritt genutzt, um die Szene räumlich zu limitieren und in den Interessensbereichen tiefergehende Analysen durchzuführen. Auf Basis der Methoden «M3C2-EP mit adaptierter Kalman-Filterung» und «4D-Änderungsobjekten» werden zwei Analysetools vorgestellt und auf den Datensatz in Vals angewendet. Die Überwachung topographischer Oberflächenveränderungen mit PLS wird zunehmen und eine große Menge an Daten erzeugen. Diese Datensätze müssen verarbeitet, analysiert und gespeichert werden. Diese Dissertation trägt zum besseren Verständnis der Methodik bei. Anwender bekommen durch die Systematisierung der Methode ein besseres Verständnis über die beeinflussenden Faktoren entlang der Prozesskette von der Datenerfassung bis hin zur Darstellung relevanter Informationen. Mit dieser Dissertation wird eine Toolbox vorgestellt, die es ermöglicht, multitemporale Punktwolken mit Hilfe von unüberwachtem maschinellem Lernen automatisiert auszuwerten und Informationen dem Nutzer zur Verfügung zu stellen. Dieser Ansatz ist einfach und hat ein hohes Potential für die automatische Analyse in zukünftigen Anwendungen.:Kurzfassung i Abstract iii Danksagung v 1. Einleitung 1 2. Deformationsmonitoring mittels terrestrischer Laserscanner: Aktuelle Methoden, Regulierungen und technische Aspekte 5 2.1. Ingenieurgeodätische Überwachungsmessungen . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2. Anforderungen an ein integratives Monitoring aus der Sicht eines ganzheitlichen Risikomanagements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.1. Aktives Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.2. Ganzheitliches Risikomanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2.3. Qualitätsbeurteilung und Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . 12 2.2.4. Relevante Normen, Richtlinien und Merkblätter beim Einsatz von permanentem Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3. Terrestrisches Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.4. Permanentes Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.5. Parameter einer permanenten Installation eines Long Range Laserscanners 24 2.5.1. Registrierung und Georeferenzierung . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.5.2. Geodätische Refraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.5.3. Geodätisches Monitoring mittels terrestrischer Laserscanner . . 36 2.6. Zusammenfassende Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3. Ziel und abgeleiteter Untersuchungsschwerpunkt dieser Arbeit 41 4. Konzept eines Echtzeitassistenzsystems basierend auf PLS 43 5. Untersuchung von Einflussfaktoren auf die Messergebnisse von permanent installierten terrestrischen Long Range Laserscannern 47 5.1. Fallstudie I: Noordwijk / Niederlande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.1.1. Beschreibung der Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 5.1.2. Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.1.3. Resultate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.1.4. Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.2. Fallstudie II: Detektion von Corner Cube Prismen und deren Genauigkeit 58 5.2.1. Prismendetektion aus Daten eines TLS . . . . . . . . . . . . . . 59 5.2.2. Genauigkeitsanalyse der Prismendetektion . . . . . . . . . . . . 59 5.3. Fallstudie III: Valsertal (Tirol) / Österreich . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3.1. Beschreibung des Datensatzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.3.2. Geodätische Refraktion als Einfluss auf die Messergebnisse eines PLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.3.3. Einfluss von Registrierungsparametern auf die Messergebnisse eines PLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6. Informationsextraktion aus multitemporalen Punktwolken 95 6.1. Stufe I: Segmentierung räumlich verteilter Zeitreihen auf Basis von 2DBildrastern als Methode des unüberwachten maschinellen Lernens . . . 96 6.1.1. Extraktion von Zeitreihen aus den Punktwolken . . . . . . . . . 98 6.1.2. Zeitreihensegmentierung mittels k-Means-Algorithmen . . . . . 101 6.1.3. Zeitreihensegmentierung mittels extrahierter Merkmale auf Grundlage Gaußscher Mischmodelle (GMM) . . . . . . . . . . . . . . . 113 6.2. Stufe II: Zeitreihenanalyse von räumlich hochauflösenden 3D-Daten . . 122 6.2.1. M3C2-EP mit adaptiver Kalman-Filterung . . . . . . . . . . . . 122 6.2.2. 4D-Änderungsobjekte (4D-OBC) . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.2.3. Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 7. Fazit und Ausblick 135 A. Ergebnisse der Systemuntersuchung in Unna-Hemmerde (21.03.2022) 141 B. Ergebnisse der Zeitreihensegmentierung mittels k-Means 145 B.1. Ergebnistabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 B.2. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - vollständiger Bereich . . . . . 148 B.3. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - limitierter Bereich . . . . . . 161 C. Ergebnisse der Zeitreihensegmentierung mittels GMM 164 C.1. Ergebnistabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 C.2. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - vollständiger Bereich . . . . . 166 Literaturverzeichnis 175 Abbildungsverzeichnis 195 Abkürzungsverzeichnis 199 Tabellenverzeichnis 201 Curriculum Vitae 203 / Climate change has an important impact on the scale and frequency with which the Earths surface is changing. This can be seen in various geomorphological change processes, such as gravitational natural hazards (rockfalls, landslides or debris flows), glacier melt in high mountain regions or the quantification of coastal dynamics on sandy beaches. Such events are triggered by increasingly prominent and extreme meteorological conditions. In this context, it is essential to implement preventive measures to protect the population as part of a risk management system. To safely manage these hazards, high quality three- and four-dimensional (3D and 4D) data sets of the Earth’s surface are required. Technological advances in metrology and the associated paradigm shift have significantly improved the ability to collect spatially and temporally distributed data. Progress from terrestrial laser scanners to communication-enabled, programmable multisensor systems, compact and robust design, long range and economically competitive systems allow a transition to a permanent laser scanning (PLS). PLS enables the acquisition of data from a fixed position to a target area kilometers away at high frequency and over a long period of time. In terms of adaptive monitoring, PLS is suitable for integration into near realtime assistance or early warning systems. However, in order to achieve acceptance of these systems, transparent, reproducible methods and processes for extracting information must be defined. The aim of this thesis is to present a methodological framework for PLS. Four crucial steps along the processing chain are identifiable: (i) collecting single epoch data, (ii) providing redundant data management and secure data communication to central servers, (iii) multi-temporal data analysis and (iv) reporting and presenting results to stakeholders. Two main research topics emerge from this processing chain. First, the qualitative assessment of the acquired point clouds, which focuses on the influence of different registration methods on the multitemporal point clouds and the influence of the atmosphere on the measured data. It is shown that ignoring these influences leads to significant deviations, which in turn can result in a misinterpretation of the derived information. It is also shown that there is still a lack of data-based procedures to account for these influences. The investigations are based on extensive data sets from Noordwijk/Netherlands and Vals/Austria. The second research topic addreses data analysis. The challenge is to analyse thousands of point clouds per measurement epoch. In this case, bitemporal methods are limited in their applicability. The thesis presents a two-step method to automatically extract information from the large data set. In the first step relevant features are extracted from the full 3D time series of the scene based on 2D raster images by clustering. The extracted segments can then be semi-automatically classified and assigned to relevant geomorphological processes. Based on this knowledge, the scene is, in the second step, spatially delimited. Deeper analyses can then be performed in areas of interest. Using the «M3C2-EP method with adapted Kalman filtering» and «4D objects-by-change», two analysis tools are presented and applied to the dataset in Vals. The monitoring of topographic surface changes with PLS will increase and generate large amounts of data. These data sets need to be processed, analysed and stored. This thesis contributes to a better understanding of the methodology. Users will gain a deeper understanding of the influencing factors along the processing chain from data acquisition to reporting of relevant information by applying the method in a systematic way. The dissertation presents a toolbox that enables automated evaluation of multitemporal point clouds using unsupervised machine learning and provides relevant information to the user. The approach is straightforward and simple and has a high potential for automated analysis in future applications.:Kurzfassung i Abstract iii Danksagung v 1. Einleitung 1 2. Deformationsmonitoring mittels terrestrischer Laserscanner: Aktuelle Methoden, Regulierungen und technische Aspekte 5 2.1. Ingenieurgeodätische Überwachungsmessungen . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2. Anforderungen an ein integratives Monitoring aus der Sicht eines ganzheitlichen Risikomanagements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.1. Aktives Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.2. Ganzheitliches Risikomanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2.3. Qualitätsbeurteilung und Qualitätssicherung . . . . . . . . . . . 12 2.2.4. Relevante Normen, Richtlinien und Merkblätter beim Einsatz von permanentem Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3. Terrestrisches Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.4. Permanentes Laserscanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.5. Parameter einer permanenten Installation eines Long Range Laserscanners 24 2.5.1. Registrierung und Georeferenzierung . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.5.2. Geodätische Refraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.5.3. Geodätisches Monitoring mittels terrestrischer Laserscanner . . 36 2.6. Zusammenfassende Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3. Ziel und abgeleiteter Untersuchungsschwerpunkt dieser Arbeit 41 4. Konzept eines Echtzeitassistenzsystems basierend auf PLS 43 5. Untersuchung von Einflussfaktoren auf die Messergebnisse von permanent installierten terrestrischen Long Range Laserscannern 47 5.1. Fallstudie I: Noordwijk / Niederlande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.1.1. Beschreibung der Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 5.1.2. Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.1.3. Resultate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.1.4. Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 5.2. Fallstudie II: Detektion von Corner Cube Prismen und deren Genauigkeit 58 5.2.1. Prismendetektion aus Daten eines TLS . . . . . . . . . . . . . . 59 5.2.2. Genauigkeitsanalyse der Prismendetektion . . . . . . . . . . . . 59 5.3. Fallstudie III: Valsertal (Tirol) / Österreich . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3.1. Beschreibung des Datensatzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.3.2. Geodätische Refraktion als Einfluss auf die Messergebnisse eines PLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.3.3. Einfluss von Registrierungsparametern auf die Messergebnisse eines PLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6. Informationsextraktion aus multitemporalen Punktwolken 95 6.1. Stufe I: Segmentierung räumlich verteilter Zeitreihen auf Basis von 2DBildrastern als Methode des unüberwachten maschinellen Lernens . . . 96 6.1.1. Extraktion von Zeitreihen aus den Punktwolken . . . . . . . . . 98 6.1.2. Zeitreihensegmentierung mittels k-Means-Algorithmen . . . . . 101 6.1.3. Zeitreihensegmentierung mittels extrahierter Merkmale auf Grundlage Gaußscher Mischmodelle (GMM) . . . . . . . . . . . . . . . 113 6.2. Stufe II: Zeitreihenanalyse von räumlich hochauflösenden 3D-Daten . . 122 6.2.1. M3C2-EP mit adaptiver Kalman-Filterung . . . . . . . . . . . . 122 6.2.2. 4D-Änderungsobjekte (4D-OBC) . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.2.3. Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 7. Fazit und Ausblick 135 A. Ergebnisse der Systemuntersuchung in Unna-Hemmerde (21.03.2022) 141 B. Ergebnisse der Zeitreihensegmentierung mittels k-Means 145 B.1. Ergebnistabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 B.2. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - vollständiger Bereich . . . . . 148 B.3. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - limitierter Bereich . . . . . . 161 C. Ergebnisse der Zeitreihensegmentierung mittels GMM 164 C.1. Ergebnistabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 C.2. Zeitreihen und räumliche Visualisierung - vollständiger Bereich . . . . . 166 Literaturverzeichnis 175 Abbildungsverzeichnis 195 Abkürzungsverzeichnis 199 Tabellenverzeichnis 201 Curriculum Vitae 203

Tesis por compendio / [ES] Los ecosistemas riparios presentan una gran variabilidad, desde un punto de vista geomorfológico como hidrológico y ecológico, incluyendo las complejas interacciones que la morfología y la vegetación de ribera puede presentar. La vegetación se presenta como un factor físico muy influyente en los sistemas fluviales, con una relación directa en los procesos geomorfológicos que tienen lugar en los corredores fluviales. La detección, monitoreo y evaluación de los procesos que se desarrollan en el espacio ripario son clave a la hora de poder entender las funciones ecológicas y el desarrollo de dichos hábitats, y por tanto para tomar decisiones para su conservación y restauración. Según la distribución de especies y los rasgos de las plantas, las comunidades vegetales y su dinámica presentan distintas características en el ecosistema ripario, a las cuales los métodos de detección y monitoreo deben adaptarse. Los constantes cambios que sufren estos espacios a lo largo del tiempo se deben en gran parte a procesos físicos relacionados con las dinámicas de erosión y sedimentación, las variaciones de la trayectoria del cauce, variaciones en la distribución de especies y vegetación en el bosque de ribera, etc., pero también se deben al impacto antropogénico, que puede llegar a generar grandes desajustes en la dinámica ecológica de los ecosistemas en cuestión. Debido a las interacciones de diversos procesos y alteraciones antropogénicas, y las complejas dinámicas espacio-temporales, resulta necesario continuar desarrollando metodologías teóricas y prácticas para la monitorización y caracterización de estos ecosistemas. La teledetección, incluyendo el uso de drones, se presenta como una herramienta muy interesante y óptima para el mapeo y recogida de información en estos espacios naturales. Los beneficios que demuestran las aeronaves no tripuladas -UAV- incluyen las mejoras en la resolución espacial y temporal de los datos capturados, así como la cartografía de áreas extensas en poco tiempo, lo que los convierte en instrumentos clave en tareas de gestión y conservación de los espacios riparios. La necesidad de estudiar la dinámica geomorfológica que se produce en los cauces fluviales ha sido la principal motivación en los estudios que se presentan en esta tesis doctoral. Los capítulos 2 y 3 se basan en técnicas de captura de datos con láser escáner terrestre (TLS) y en el modelado de los datos obtenidos en vuelos fotogramétricos de UAV. Con ellos se han caracterizado los procesos que tienen lugar en una cierta área de estudio, un cauce efímero del sureste de la Península Ibérica, la Rambla de la Azohía (Murcia). Estos estudios también han permitido comparar el ajuste y precisión de los datos capturados a partir de dos técnicas distintas. Además, el interés en caracterizar los cauces fluviales con un flujo permanente ha motivado el estudio de la topografía sumergida en un tramo de río, segmentado por tipos de mesohábitat. Así pues, el capítulo 4 presenta un algoritmo y una herramienta de corrección para el efecto de la refracción en un tramo del rio Palancia (Castellón), para llevar a cabo la correcta representación de la morfología del lecho sumergido. A partir de la metodología planteada y el algoritmo desarrollado, es posible minimizar los efectos de distorsión debidos a la presencia del agua, para obtener la reconstrucción tridimensional del lecho a partir de imágenes tomadas con UAV. La construcción del modelo 3D se llevó a cabo mediante la técnica de Structure from Motion. Finalmente, y como elemento clave en la dinámica de los ecosistemas riparios, el capítulo 5 desarrolla una metodología para clasificar las fases de sucesión de la vegetación del bosque ripario. Dichas fases de sucesión se basan en la metodología del proyecto RIPFLOW, que también está implementada en el modelo dinámico CASiMiR-vegetation. / [CA] Els ecosistemes riparis presenten una gran variabilitat, des d'un punt de vista geomorfològic com a hidrològic i ecològic, incloent les complexes interaccions que la morfologia i la vegetació de ribera pot presentar. La vegetació es presenta com un factor físic molt influent en els sistemes fluvials, amb una relació directa en els processos geomorfològics que tenen lloc en els corredors fluvials. La detecció, monitoratge i avaluació dels processos que es desenvolupen en l'espai ripari són clau a l'hora de poder entendre les funcions ecològiques i el desenvolupament d'aquests hàbitats, i per tant per a prendre decisions per a la seua conservació i restauració. Segons la distribució d'espècies i els trets de les plantes, les comunitats vegetals i la seua dinàmica presenten diferents característiques en l'ecosistema ripario, a les quals els mètodes de detecció i monitoratge han d'adaptar-se. Els constants canvis que pateixen aquests espais al llarg del temps es deuen en gran part a processos físics relacionats amb les dinàmiques d'erosió i sedimentació, les variacions de la trajectòria del llit, variacions en la distribució d'espècies i vegetació en el bosc de ribera, etc., però també es deuen a l'impacte antropogènic, que pot arribar a generar grans desajustaments en la dinàmica ecològica dels ecosistemes en qüestió. A causa de les interaccions de diversos processos i alteracions antropogèniques, i les complexes dinàmiques espaciotemporals, resulta necessari continuar desenvolupant metodologies teòriques i pràctiques per al monitoratge i caracterització d'aquests ecosistemes. La teledetecció, incloent l'ús de drons, es presenta com una eina molt interessant i òptima per al mapatge i recollida d'informació en aquests espais naturals. Els beneficis que demostren les aeronaus no tripulades -UAV- inclouen les millores en la resolució espacial i temporal de les dades capturades, així com la cartografia d'àrees extenses en poc temps, la qual cosa els converteix en instruments clau en tasques de gestió i conservació dels espais riparis. La necessitat d'estudiar la dinàmica geomorfològica que es produeix en els llits fluvials ha sigut la principal motivació en els estudis que es presenten en aquesta tesi doctoral. Els capítols 2 i 3 es basen en tècniques de captura de dades amb làser escàner terrestre (TLS) i en el modelatge de les dades obtingudes en vols fotogramètrics de UAV. Amb ells s'han caracteritzat els processos que tenen lloc en una certa àrea d'estudi, un llit efímer del sud-est de la Península Ibèrica, la Rambla de la Azohía (Múrcia). Aquests estudis també han permés comparar l'ajust i precisió de les dades capturades a partir de dues tècniques diferents. A més, l'interés a caracteritzar els llits fluvials amb un flux permanent ha motivat l'estudi de la topografia submergida en un tram de riu, segmentat per tipus de mesohábitat. Així doncs, el capítol 4 presenta un algorisme i una eina de correcció per a l'efecte de la refracció en un tram del va riure Palància (Castelló), per a dur a terme la correcta representació de la morfologia del llit submergit. A partir de la metodologia plantejada i l'algorisme desenvolupat, és possible minimitzar els efectes de distorsió deguts a la presència de l'aigua, per a obtindre la reconstrucció tridimensional del llit a partir d'imatges preses amb UAV. La construcció del model 3D es va dur a terme mitjançant la tècnica de Structure from Motion. Finalment, i com a element clau en la dinàmica dels ecosistemes riparis, el capítol 5 desenvolupa una metodologia per a classificar les fases de successió de la vegetació del bosc ripari. Aquestes fases de successió es basen en la metodologia del projecte RIPFLOW, que també està implementada en el model dinàmic CASiMiR-vegetation. / [EN] Riparian ecosystems show great variability, from a geomorphological, hydrological and ecological point of view, including the complex interactions that riparian morphology and vegetation can present. Vegetation appears as a very influential physical factor in river systems, with a direct relationship in the geomorphological processes that take place in river corridors. The detection, monitoring and evaluation of the processes that take place in the riparian space are key when it comes to understanding the ecological functions and development of these habitats, and therefore for making decisions for their conservation and restoration. According to the distribution of species and plant traits, plant communities and their dynamics present different characteristics in the riparian ecosystem, to which detection and monitoring methods must be adapted. The constant changes that these spaces undergo over time are largely due to physical processes related to the dynamics of erosion and sedimentation, variations in the path of the channel, variations in the distribution of species and vegetation in the riparian forest, etc. These processes also are due to the anthropogenic impact, which can generate major imbalances in the ecological dynamics of the ecosystems in question. Due to the interactions of various anthropogenic processes and alterations, and the complex spatio-temporal dynamics, it is necessary to continue developing theoretical and practical methodologies for the monitoring and characterization of these ecosystems. Remote sensing, including the use of drones, is presented as a very interesting and optimal tool for mapping and collecting information in these natural spaces. The benefits demonstrated by unmanned aircraft -UAV- include improvements in the spatial and temporal resolution of the captured data, as well as the mapping of large areas in a short time, which makes them key instruments in the management and conservation tasks of riparian spaces. The need to study the geomorphological dynamics that occur in river channels has been the main motivation in the studies presented in this doctoral thesis. Chapters 2 and 3 are based on ground-based laser scanner (TLS) data capture techniques and modelling of UAV photogrammetric flight data. They have characterized the processes that take place in a certain study area, an ephemeral riverbed in the southeast of the Iberian Peninsula, the Rambla de la Azohía (Murcia). These studies have also made it possible to compare the fit and precision of the data captured from two different techniques. In addition, the interest in characterizing the fluvial channels with a permanent flow has motivated the study of the submerged topography in a stretch of river, segmented by types of mesohabitat. Thus, chapter 4 presents an algorithm and a correction tool for the effect of refraction in a stretch of the Palancia river (Castellón), to carry out the correct representation of the submerged bed morphology. From the proposed methodology and the developed algorithm, it is possible to minimize the distortion effects due to the presence of water, to obtain the three-dimensional reconstruction of the bed from images taken with UAVs. The construction of the 3D model was carried out using the Structure from Motion technique. Finally, and as a key element in the dynamics of riparian ecosystems, chapter 5 develops a methodology to classify the phases of succession of riparian forest vegetation. These succession phases are based on the RIPFLOW project methodology, which is also implemented in the dynamic CASiMiR-vegetation model. / Agradezco a Francisca Segura y a Carles Sanchis por su ayuda y trabajo conjunto en el proyecto “Natural and anthropogenic changes in Mediterranean river drainage basins: historical impacts on rivers morphology, sedimentary flows and vegetation” financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) (CGL2013-44917-R). Agradezco también a la Universidad de Murcia y la Universidad de Alicante así como al proyecto de investigación “Respuesta morfológica y sistémica al cambio climático en cauces efímeros mediterráneos: dinámica, resiliencia y propuestas de actuación” funded by ERDF/Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities—State Research Agency/Project CGL2017-84625-C2-1-R (CCAMICEM); State Program for Research, Development and Innovation Focused on the Challenges of Society, del Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) y EU FEDER (Project TEC2017- 85244-C2-1-P) y de la Universidad de Alicante (vigrob-157 and GRE18-05). / Puig Mengual, CA. (2021). Remote Sensing and UAVs for the Geomorphological and Habitat Analysis in Ephemeral and Permanent Mediterranean Streams [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/177643 / Compendio

[ES] En la civilización de la antigua Roma, tres de los aspectos más importantes de la vida cotidiana estaban vinculados a la arquitectura: las termas, los acueductos y las tumbas. Esta investigación propone el estudio de la integración de sistemas avanzados para la documentación, gestión y valorización del patrimonio arquitectónico funerario de la Vía Latina y la Vía Appia Antica, en estrecha relación con el tema del Paisaje Cultural. De hecho, el Parque de las Tumbas Latinas alberga uno de los complejos funerarios más importantes, que en la actualidad conserva inalterado el aspecto tradicional del antiguo paisaje romano. A lo largo de una vía empedrada, como todas las vías consulares, la Vía Latina (al igual que la Vía Appia Antica), que, como recuerda Livio, conectaba en su día las ciudades de Roma con Capua, mantiene aún el "congelado" trazado urbano/paisajístico antiguo. El tema de la carretera y el sistema de infraestructuras es, de hecho, una manifestación de una necesidad humana fundamental, la del movimiento, y refleja la historia de toda la humanidad en su evolución. En la actualidad, a lo largo de un tramo de unos 450 metros, hay numerosas tumbas de diversos tipos construidas entre la época republicana y la Alta Edad Media. Este estudio no se centra exclusivamente en el patrimonio arquitectónico de las antiguas tumbas, sino que también pretende realizar un análisis urbanístico de la red de infraestructuras que conecta el yacimiento arqueológico con el centro histórico de Roma y de la relación que se establece entre los restos antiguos y el paisaje tradicional del Lacio en el que se contextualizan: el Ager Romanus. Este aspecto es muy importante para toda la propuesta de investigación, ya que es parte integrante de todo el análisis. De hecho, la sinergia derivada de la relación entre estos componentes, que convergen en su forma esencial, es: "una síntesis de los elementos visuales que insisten en un espacio incluido en un único círculo de horizonte" (Biasutti, 1962). En el caso concreto, el paisaje de la Vía Latina y la Vía Appia Antica es una realidad muy compleja que consiste en la interrelación entre las ruinas (Tumbas), los elementos bióticos, el centro histórico y la red urbana periférica compuesta por las antiguas vías que han de convivir con la continua expansión de los ejes contemporáneos. Por lo tanto, este sistema polifacético del Ager Romanus y del sitio cultural Vía Latina/Appia Antica es comparable a una estructura viva y dinámica y, como tal, debe ser analizada. El último aspecto clave que la investigación quiere abordar es la catalogación. De hecho, los sitios y monumentos históricos no se pueden mantener sólo mediante su uso y utilización pasiva, sino activando todas las operaciones de protección y conservación mediante intervenciones directas (mantenimiento/restauración) e indirectas, como la catalogación constante de las obras históricas y la consiguiente "catalogación dinámica". En el caso de las tumbas de la Vía Latina y de la Vía Appia Antica, este procedimiento está actualmente incompleto: uno de los objetivos de la investigación será la creación de un archivo/base de datos que permita el seguimiento constante de las tumbas antiguas. Para diseñar una herramienta de protección y gestión tan "potente", será necesario utilizar las técnicas de levantamiento arquitectónico más avanzadas que se utilizan actualmente (como el escaneo láser y la fotogrametría, junto con programas informáticos de análisis específicos), acompañadas de un estudio en profundidad de las técnicas de construcción antiguas. / [CA] En la civilització de l'antiga Roma, tres dels aspectes més importants de la vida quotidiana estaven vinculats a l'arquitectura: les termes, els aqüeductes i les tombes. Esta investigació proposa l'estudi de la integració de sistemes avançats per a la documentació, gestió i valoració del patrimoni arquitectònic funerari de la Via Latina i la Via Appia Antica, en estreta relació amb el tema del Paisatge Cultural. De fet, el Parc de les Tombes Latines alberga un dels complexos funeraris més importants, que en l'actualitat conserva inalterat l'aspecte tradicional de l'antic paisatge romà. Al llarg d'una via empedrada, com totes les vies consulars, la Via Latina (igual que la Via Appia Antica), que, com recorda Livio, connectava al seu dia les ciutats de Roma amb Capua, manté encara el congelado traçat urbano/paisajístico antic. El tema de la carretera i el sistema d'infraestructures és, de fet, una manifestació d'una necessitat humana fonamental, la del moviment, i reflectix la història de tota la humanitat en la seua evolució. En l'actualitat, al llarg d'un tram d'uns 450 metres, hi ha nombroses tombes de diversos tipus construïdes entre l'època republicana i l'Alta Edat Mitjana. Este estudi no se centra exclusivament en el patrimoni arquitectònic de les antigues tombes, sinó que també pretén realitzar una anàlisi urbanística de la xarxa d'infraestructures que connecta el jaciment arqueològic amb el centre històric de Roma i de la relació que s'establix entre les restes antigues i el paisatge tradicional del Llis en què es contextualitzen: l'Ager Romanus. Este aspecte és molt important per a tota la proposta d'investigació, ja que és part integrant de tota l'anàlisi. De fet, la sinergia derivada de la relació entre estos components, que convergixen en la seua forma essencial, és "una síntesi dels elements visuals que insistixen en un espai inclòs en un únic cercle d'horizonte" (Biasutti, 1962). En el cas concret, el paisatge de la Via Latina i la Via Appia Antica és una realitat molt complexa que consistix en la interrelació entre les ruïnes (Tombes), els elements biòtics, el centre històric i la xarxa urbana perifèrica composta per les antigues vies que han de conviure amb la contínua expansió dels eixos contemporanis. Per tant, este sistema polifacètic de l'Ager Romanus i del lloc cultural Via Latina/Appia Antica és comparable a una estructura viva i dinàmica i, com a tal, ha de ser analitzada. L'últim aspecte clau que la investigació vol abordar és la catalogació. De fet, els llocs i monuments històrics no es poden mantindre només per mitjà del seu ús i utilització passiva, sinó activant totes les operacions de protecció i conservació per mitjà d'intervencions directes (mantenimiento/restauración) i indirectes, com la catalogació constant de les obres històriques i la consegüent "catalogación dinámica". En el cas de les tombes de la Via Latina i de la Via Appia Antica, este procediment està actualment incomplet: un dels objectius de la investigació serà la creació d'un archivo/base de dades que permeta el seguiment constant de les tombes antigues. Per a dissenyar una ferramenta de protecció i gestió tan "potente" serà necessari utilitzar les tècniques d'alçament arquitectònic més avançades que s'utilitzen actualment (com l'escaneig làser i la fotogrametria, junt amb programes informàtics d'anàlisis específiques), acompanyades d'un estudi en profunditat de les tècniques de construcció antigues. / [EN] In the civilization of ancient Rome, three of the most important aspects of daily life were linked to architecture: the Baths, the Aqueducts and the Tombs. This research proposes the study of the integration of advanced systems for the documentation, management and valorization of the architectural funerary heritage of the Via Latina and Via Appia Antica, in close relation to the theme of Cultural Landscape. In fact, the Park of the Latin Tombs is home to one of the most important funerary complexes, which currently preserves the traditional appearance of the ancient Roman landscape unchanged. Along a cobbled road, like all consular roads, the Via Latina (as well as the Via Appia Antica), which, as recalled by Livio, once connected the cities of Rome with Capua, still maintains the "frozen" ancient urban/landscape layout. The theme of the road and the infrastructure system is, in fact, a manifestation of a fundamental human need, that of movement, and reflects the history of all humanity in its evolution. Today, along a stretch of about 450 meters, there are numerous tombs of various types built between the Republican Age and the early Middle Ages. This study does not focus exclusively on the architectural heritage of the ancient tombs, but also aims at an urban analysis of the infrastructural network connecting the archaeological site to the historical center of Rome and of the relationship established between the ancient remains and the traditional landscape of Lazio in which they are contextualized: the Ager Romanus. This aspect is very important for the entire research proposal, as it is an integral part of the entire analysis. In fact, the synergy derived from the relationship between these components, which converge in their essential form, is: "a synthesis of the visual elements that insist on a space included in a single circle of horizon" (Biasutti, 1962). In the specific case, the landscape of the Via Latina and the Via Appia Antica is a very complex reality that consists in the interrelation between the ruins (Tombs), the biotic elements, the historical center and the peripheral urban network composed by the ancient roads that have to coexist with the continuous expansion of the contemporary axes. Therefore, this multifaceted system of the Ager Romanus and the Via Latina/Appia Antica cultural site is comparable to a living and dynamic structure and, as such, must be analyzed. The last key aspect that the research wants to address is cataloguing. In fact, historical sites and monuments cannot be maintained only by using them and using them passively, but by activating all the operations of protection and conservation through direct interventions (maintenance/restoration) and indirect ones such as the constant cataloguing of historical works and the consequent "dynamic cataloguing". For the Tombs of the Via Latina and the Via Appia Antica this procedure is currently incomplete: one of the objectives of the research will be the creation of a file/database that will allow the constant monitoring of the ancient Tombs. In order to design such a 'powerful' protection and management tool, it will be necessary to use the most advanced architectural survey techniques currently in use (such as laser scanning and photogrammetry, in conjunction with specific analysis software) accompanied by an in-depth study of ancient construction techniques. / Rinaldi, S. (2022). Integración de sistemas para la documentación, gestión y puesta en valor del patrimonio arquitectónico: el parque arqueológico de las tumbas de la Vía Latina en Roma [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/188939

Terrestrial laser scanning systems provide quick three-dimensional data acquisition with high spatial resolution. The technology can serve multiple applications such as monitoring and 3D modeling but several problems arise when scanning long objects such as tunnels, bridges, and corridors. Uncertainties in the data tend to propagate when conducting sequential registration on a long strip of point clouds and the errors can reach unacceptable levels only with a few scans. This thesis aims to examine this propagation of uncertainty caused by long strip registration and its effects on point cloud accuracy and precision. It further aims to evaluate the results of different ground control point distributions used for georeferencing and finally to construct guidelines and recommendations for the planning of terrestrial laser scanning projects of long objects. The thesis was divided into an analytical- and an experimental study. The analytical study explored the theoretical effects of long strip registration on a point cloud’s uncertainty by simulating repeated target-based registration in a 95-meter-long and 2.5-meter-wide corridor. This resulted in standard uncertainties of the point cloud coordinates on dm-level after the last registration and a clear trend in exponential growth. Tie point distribution in the overlaps between scans proved to have a big effect on the precision of the final point cloud. In the experimental study, a corridor of the same dimension was scanned from 16 stations and georeferenced in a local control network established at the scan site. Indirect registration in two steps was used, first by performing automatic feature-based registration in RealWorks before the point cloud was georeferenced. The results of different ground control point (GCP) scenarios were compared and evaluated by studying check point residuals. All scenarios had numerous check points that failed verification as the residuals exceeded the limit set to 15 mm. An even distribution of almost one GCP in every scan scene yielded the best results with a maximum check point residual of 3 cm in 3D. When the GCPs were clustered at one side of the corridor the check point residuals reached dm level at the opposite end. Also, a linear trend of increasing residuals as a function of distance from the point to the nearest GCP was evident. The linear trend was less evident when the GCPs were distributed evenly across the corridor. Their distribution proved more important than their quantity. The vertical coordinate component and the horizontal component perpendicular to the long side of the object proved less precise and accurate after long strip registration. This was apparent in both the analytical and the experimental study. / Terrester laserskaning erbjuder snabb, tre-dimensionell datafångst med hög punkttäthet. Teknologin täcker flertalet användningsområden såsom monitorering och 3D-modellering men problem kan uppstå vid skanning av långa objekt såsom tunnlar, broar och korridorer. Osäkerheter i data tenderar att fortplantas när registrering av en lång rad punktmoln genomförs sekventiellt och felen kan nå oacceptabla nivåer bara med några få skanningar. Detta examensarbete syftar till att undersöka denna fortplantning av mätosäkerhet orsakad vid registrering av långsträckta objekt och dess påverkan på punktmolnets noggrannhet och precision. Vidare syftar arbetet till att utvärdera resultatet av olika distributioner av utgångspunkter vid georeferering och slutligen till att utforma riktlinjer och rekommendationer för planering av terrestra laserskanningsprojekt över långa objekt.  Arbetet delades upp i en analytisk- och en experimentell studie. Den analytiska studien undersökte de teoretiska effekterna av långsträckt registrering på ett punktmolns osäkerhet genom att simulera upprepad punktbaserad registrering i en 95-meter-lång och 2.5-meter-bred korridor. Detta resulterade i standardosäkerheter av punktmolnets koordinater på dm-nivå efter den sista registreringen samt en tydlig exponentiell ökning. Distributionen av konnektionspunkter i överlappen mellan skanningarna visade sig ha en stor effekt på precisionen av det slutliga punktmolnet. I den experimentella studien skannades en korridor av samma dimensioner från 16 stationer innan det georefererades till ett lokalt stomnät som etablerats på platsen. Indirekt georeferering i två steg användes, först genomfördes automatisk objektbaserad registrering i RealWorks innan punktmolnet georefererades. Resultatet av olika scenarion av utgångspunkter jämfördes och utvärderades genom att studera avvikelser hos kontrollpunkter. Alla scenarion hade flertalet kontrollpunkter vars avvikelser överskred den satta gränsen på 15 mm. En jämn distribution med upp till en utgångspunkt i för varje skanning medförde de bästa resultaten med en maximal avvikelse hos kontrollpunkterna på 3 cm i 3D. När utgångspunkterna var placerade på ena änden av korridoren så nådde avvikelserna dm-nivå på den motsatta änden. Dessutom så uppstod en tydlig linjär trend med ökande avvikelser som en funktion av avståndet till närmsta utgångspunkt. Den linjära trenden var mindre tydlig när utgångspunkterna var jämnt fördelade över korridoren. Deras distribution visade sig vara viktigare än deras kvantitet. Punktkoordinaternas höjdkomponent och plana komponent vinkelrätt mot objektets långsida visade sig vara mindre precis och noggrann efter långsträckt registrering. Detta var tydligt både i den analytiska och den experimentella studien.

Fotogrammetri är en viktig metod för att skapa 3D-representationer av terräng och strukturer, men utmaningar kvarstår när det gäller noggrannheten på grund av faktorer som bildkvalitet, kamerakalibrering och positionsdata. Användningen av drönare för byggnadsdetaljmätning möjliggör snabb och kostnadseffektiv datainsamling, men noggrannheten kan påverkas av bildkvalitet och skuggning. Avhandlingen syftar till att jämföra noggrannheten och kvaliteten hos punktmoln genererade med två olika tekniker: terrester laserskanning (TLS) och struktur-från-rörelse (SfM) fotogrammetri med drönare. För att testa båda metodernas osäkerhet och noggrannhet vid detaljmätning av bostäder. Genom att utföra mätningar på en villa har data samlats in med både TLS och drönare utrustade med 48 MP kamera, samt georeferering med markstöd (GCP). SfM-punktmoln bearbetades med Agisoft Metashape. Jämförelser gjordes mellan SfM- och TLS-punktmoln avseende täckning, lägesskillnad och lägesosäkerhet. Genom att följa riktlinjer från HMK - Terrester Laserskanning och tillämpa HMK Standardnivå 3 säkerställs hög noggrannhet i mätningarna. Kontroll av lägesosäkerhet av båda punktmolnen resulterade i en lägesosäkerhet som understeg toleranser satta enligt HMK - Terrester laserskanner Standardnivå 3.  Kontrollen av lägesosäkerheten visade att kvadratiska medelfelet(RMSE) i plan och höjd var 0.011m respektive 0.007m för TLS-punktmolnet, och 0.02m respektive 0.015m för drönar-SfM-punktmolnet, vilket låg under toleransen enligt HMK- Terrester Detaljmätning 2021. Resultaten tyder på att Structure-from-Motion fotogrammetri med drönare kan generera punktmoln med god detaljrikedom, inte lika noggrann som med terrester laserskanner på sin lägsta inställning. TLS uppvisade mindre osäkerhet enligt kontrollen av lägesosäkerhet, ungefär en halvering av RMSE i både plan och höjd. I studien framgick det att TLS presterar sämre vid svåråtkomliga ytor med skymd sikt och ogynnsamma infallsvinklar, där effekten blir en lägre punkttäthet för punktmolnet. Vid gynnsamma förhållanden erbjuder TLS en högre noggrannhet och detaljnivå jämfört med SfM punktmoln. Enligt M3C2 punktmoln analys, med TLS punktmolnet som referens, antydde det att SfM punktmolnet genererade största felen vid takfot samt vid buskage. De större felen vid takfot tyder på att SfM presterar sämre gällande detaljnivå och fel vid buskageområdet varierar inte från det som dokumenterats om fotogrammetriska fel vid mappning av vegetation. SfM kan utföra en effektiv datainsamling för större samt svåråtkomliga ytor men kräver lång bearbetningstid med diverse hjälpmedel för att uppnå hög noggrannhet. TLS kräver istället en lång datainsamlingsprocess men kan generera ett detaljerat och noggrant punktmoln direkt utan långa bearbetningsprocesser. Val av metod styrs därmed baserat på specifika projektkrav. Långsiktiga implikationer inkluderar förbättrad effektivitet och säkerhet inom bygg- och anläggningsprojekt, samt potentialen för kostnadsbesparingar och mer detaljerade inspektioner. / Photogrammetry is a crucial method for creating 3D representations of terrain and structures, yet challenges remain regarding accuracy due to factors such as image quality, camera calibration, and positional data. The use of drones for building detail measurements enables rapid and cost-effective data collection, but accuracy can be affected by image quality and shading. This thesis aims to compare the accuracy and quality of point clouds generated using two different techniques: terrestrial laser scanning (TLS) and Structure-from-Motion (SfM) photogrammetry with drones. The objective is to test the uncertainty and accuracy of both methods in residential surveying. Data collection was performed on a villa using both TLS and a drone equipped with a 48 MP camera, along with georeferencing with ground control points (GCP). SfM point clouds were processed with Agisoft Metashape. Comparisons were made between SfM and TLS point clouds in terms of coverage, positional difference, and positional uncertainty. By following guidelines from HMK - Terrester laserskanning 2021 and applying HMK Standard Level 3, high measurement accuracy was ensured. Positional uncertainty checks of both point clouds resulted in positional uncertainty within tolerances set by HMK - Terrestrial Laser Scanning Standard Level 3. The positional uncertainty, with a sample of 41 points showed that the root mean square error (RMSE) in plane and height was 0.011m and 0.007m respectively for the TLS point cloud, and 0.02m and 0.015m for the drone-SfM point cloud, both within the tolerance according to HMK - Terrestrial Detail Measurement 2021. The results suggest that Structure-from-Motion photogrammetry with drones can generate point clouds with good detail, although not as accurate as terrestrial laser scanning at its lowest setting. TLS showed less uncertainty according to the positional uncertainty check, with approximately half the RMSE in both plan and height. The study found that TLS performs worse on difficult-to-access surfaces with obstructed views and unfavorable angles, resulting in lower point cloud density. Under favorable conditions, TLS offers higher accuracy and detail compared to SfM point clouds. According to M3C2 point cloud analysis, using the TLS point cloud as a reference, SfM point clouds showed the largest errors at eaves and shrubbery. The larger errors at eaves indicate that SfM performs worse in terms of detail level, and errors in the shrubbery area are consistent with documented photogrammetric errors in vegetation mapping. SfM can effectively collect data for larger and difficult-to-access areas but requires extensive processing time with various aids to achieve high accuracy. Conversely, TLS requires a long data collection process but can generate a detailed and accurate point cloud directly without lengthy processing. The choice of method thus depends on specific project requirements. Long-term implications include improved efficiency and safety in construction and infrastructure projects, as well as potential cost savings and more detailed inspections.

<p dir="ltr">This dissertation explores the integration of remote sensing and artificial intelligence (AI) in geospatial mapping, specifically through the development of knowledge-based mapping systems. Remote sensing has revolutionized Earth observation by providing data that far surpasses traditional in-situ measurements. Over the last decade, significant advancements in inferential capabilities have been achieved through the fusion of geospatial sciences and AI (GeoAI), particularly with the application of deep learning. Despite its benefits, the reliance on data-driven AI has introduced challenges, including unpredictable errors and biases due to imperfect labeling and the opaque nature of the processes involved.</p><p dir="ltr">The research highlights the limitations of solely using data-driven AI methods for geospatial mapping, which tend to produce spatially heterogeneous errors and lack transparency, thus compromising the trustworthiness of the outputs. In response, it proposes novel knowledge-based mapping systems that prioritize transparency and scalability. This research has developed comprehensive techniques to extract key Earth and urban features and has introduced a 3D urban land cover mapping system, including a 3D Landscape Clustering framework aimed at enhancing urban climate studies. The developed systems utilize universally applicable physical knowledge of targets, captured through remote sensing, to enhance mapping accuracy and reliability without the typical drawbacks of data-driven approaches.</p><p dir="ltr">The dissertation emphasizes the importance of moving beyond mere accuracy to consider the broader implications of error patterns in geospatial mappings. It demonstrates the value of integrating generalizable target knowledge, explicitly represented in remote sensing data, into geospatial mapping to address the trustworthiness challenges in AI mapping systems. By developing mapping systems that are open, transparent, and scalable, this work aims to mitigate the effects of spatially heterogeneous errors, thereby improving the trustworthiness of geospatial mapping and analysis across various fields. Additionally, the dissertation introduces methodologies to support urban pathway accessibility and flood management studies through dependable geospatial systems. These efforts aim to establish a robust foundation for informed urban planning, efficient resource allocation, and enriched environmental insights, contributing to the development of more sustainable, resilient, and smart cities.</p>

[ES] La Gestión del Patrimonio Cultural (GPC) es una operación muy compleja cuyo objetivo es preservar la integridad física de los Bienes Culturales y, al mismo tiempo, difundir los valores históricos y permitir el disfrute del Patrimonio. Debido a las múltiples fases que componen la GPC (documentación, intervención, conservación preventiva, uso), el gestor se ve sometido a un gran esfuerzo de coordinación de las interacciones creadas por figuras profesionales muy diferentes, tanto por formación como por necesidades específicas en el ámbito de la gestión. En los últimos años, la aplicación de las tecnologías digitales al Patrimonio Cultural se ha convertido en una parte indispensable de la GPC. Las metodologías más utilizadas para la adquisición de datos, como el escaneo láser terrestre y la fotogrametría digital, también se han convertido en una práctica habitual en las actividades profesionales. Sin embargo, el uso de modelos 3D para la gestión se limita hasta ahora a algunas investigaciones académicas, que a menudo no tienen continuidad tras la finalización del proyecto. Además, hasta la fecha existen pocas normas supranacionales que guíen a las instituciones en el proceso de creación y uso de modelos 3D para la GPC. Por tanto, la falta de herramientas para controlar la calidad de los datos y productos digitales adquiridos afecta negativamente a la interacción entre el sector de la investigación académica, el sector de la gestión y el mundo profesional. La investigación propone el uso de los modelos 3D como una herramienta válida de apoyo en todas las fases de la gestión, ya sea utilizando los datos tridimensionales como base del archivo digital, o explotando todos los productos obtenidos a partir de los datos básicos para las múltiples acciones de cada fase. Por lo tanto, el objetivo de la tesis doctoral es desarrollar directrices para la producción de modelos 3D con el fin de gestionar, introducir y preservar eficazmente los datos. Estas directrices investigan todos los aspectos del proceso que va desde la adquisición de datos, pasando por su catalogación y archivo, hasta su tratamiento y la creación de un sistema de información simplificado para su gestión. Cada directriz guía al usuario a través de una fase específica del tratamiento y el uso de los datos digitales, y proporciona indicaciones adaptadas al nivel de conocimientos respecto a las tecnologías y metodologías digitales. De este modo, el gestor puede utilizar los modelos 3D para su gestión y controlar su calidad y sus estándares mínimos. Se ha optado por un enfoque interdisciplinar e internacional con el fin de elaborar directrices que se adapten al mayor número posible de Bienes Culturales, desarrollando la tesis en el marco de un acuerdo de cotutela entre la Universidad de Bolonia y la Universitat Politècnica de València. Con el fin de obtener unas pautas universales, las metodologías analizadas en el estudio del estado del arte se aplicaron a una serie de casos de estudio. Los principales son los monumentos paleocristianos de Rávena (Italia), pertenecientes a la Lista del Patrimonio Mundial de la UNESCO, y un panteón neogótico situado en Castellón de la Plana (España). Las experiencias realizadas sobre la GPC en los dos países han contribuido a la elaboración de directrices y normas universales que mejoren las interacciones entre el mundo académico, los gestores y el sector profesional. La investigación, al poner de manifiesto los problemas inherentes a la GPC, ha permitido identificar las principales cuestiones abiertas que se deben explorar en futuras líneas de investigación, como la aplicación de estándares a un gran número de Bienes Culturales para conducir a la puesta a punto de los mismos estándares; la búsqueda de sistemas para la clasificación automática de los datos brutos; el tratamiento de los datos recogidos para la creación de relaciones, estrategias y métodos de clasificación, integración y optimización de datos heterogéneos. / [CA] La Gestió del Patrimoni Cultural (GPC) és una operació molt complexa l'objectiu de la qual és preservar la integritat física del els Béns Culturals i, al mateix temps, difondre els valors històrics i permetre el gaudi del Patrimoni. A causa de les múltiples fases que componen la GPC (documentació, intervenció, conservació preventiva, ús) , el gestor es veu sotmés a un gran esforç de coordinació de les interaccions creades per figures professionals molt diferents, tant per formació com per necessitats específiques en l'àmbit de la gestió. En els últims anys, l'aplicació de les tecnologies digitals al Patrimoni Cultural s'ha convertit en una part indispensable de la GPC, des de les fases de documentació fins a les d'intervenció. Les metodologies més utilitzades per a l'adquisició de dades, com l'escaneig làser terrestre i la fotogrametria digital, també s'han convertit en una pràctica habitual en les activitats professionals. No obstant això, l'ús de models 3D per a la gestió es limita fins ara a algunes investigacions i aplicacions acadèmiques, que sovint no tenen continuïtat després de la finalització del projecte. A més, fins a la data hi ha poques normes supranacionals que guien a les institucions en el procés de creació i ús de models 3D. Per tant, la falta de ferramentes per a controlar la qualitat de les dades i productes digitals adquirits afecta negativament la interacció entre el sector de la investigació acadèmica, el sector de la gestió i el món professional. La investigació proposa l'ús dels models 3D com una ferramenta vàlida de suport en totes les fases de la gestió, ja siga utilitzant les dades tridimensionals com a base de l'arxiu digital, o explotant tots els productes obtinguts a partir de les dades bàsiques per a les múltiples accions de cada fase. Per tant, l'objectiu de la tesi doctoral és desenrotllar directrius per a la producció de models 3D a fi de gestionar, introduir i preservar eficaçment les dades. Estes directrius investiguen tots els aspectes del procés que va des de l'adquisició de dades, passant per la seua catalogació i arxiu, fins al seu tractament i la creació d'un sistema d'informació simplificat per a la seua gestió. Cada directriu particular guia l'usuari a través d'una fase específica del tractament i l'ús de les dades digitals, i proporciona indicacions adaptades al nivell de coneixements respecte a les tecnologies i metodologies digitals. D'esta manera, el gestor pot utilitzar els models 3D per a la seua gestió i controlar la seua qualitat i els seus estàndards mínims. S'ha optat per un enfocament interdisciplinari i internacional a fi d'elaborar directrius que s'adapten al nombre més gran possible de tipus de Béns Culturals Cultural, desenrotllat la tesi en el marc d'un acord de cotutela entre la Universitat de Bolonya i la Universitat Politècnica de València. A fi d'obtindre unes pautes universals, les metodologies analitzades en l'estudi de l'estat de l'art es van aplicar a una sèrie de casos d'estudi. Els principals són els monuments paleocristians de Ravenna (Itàlia), pertanyents a la Llista del Patrimoni Mundial de la UNESCO, i una capella neogòtica situada a Castelló de la Plana (Espanya). Les experiències realitzades sobre la GPC en els dos països han contribuït a l'elaboració de directrius i normes universals que milloren les interaccions entre el món acadèmic, els gestors i el sector professional. La investigació, al posar de manifest els problemes inherents a la GPC, permet identificar les principals qüestions obertes que s'han d'explorar en futures línies d'investigació, com l'aplicació d'estàndards a un gran nombre de Béns Culturals per a conduir a la posada al punt dels mateixos estàndards; la busca de sistemes per a la classificació automàtica de les dades brutes; el tractament de les dades arreplegats per a la creació de relacions, estratègies i mètodes de classificació, integració i optimització de dades heterogènies. / [EN] The Management of Cultural Heritage (MCH) is a very complex operation aimed at protecting the physical integrity of Cultural Heritage assets, while promoting their historical value and development of tourism industry. Composed by distinct phases (documentation, intervention, monitoring and use), MCH implies a great effort for the project manager to coordinate the interactions among very different professional figures. In recent years, the use of digital technologies has become an essential part of the MCH delicate process, from early documentation to late intervention phases. The most commonly used methodologies for digital data acquisition, such as terrestrial laser scanning and digital photogrammetry, have become common practice in a broad range of professional activities. On the contrary, the use of 3D models for MCH is still limited to few academic research to date, often lacking continuity and wide application after the end of specific projects. Furthermore, very few supra-national standard guidelines regulating their use are available to date. As a consequence, the operator who decides to use a 3D model as a basis for management is faced with the scarcity and fragmentation of standards and guidelines. Moreover, the lack of standard on quality of acquired data and digital products negatively influences the interaction between the academic research sector, the managers and the professional world. The focus is on the use of 3D models as a valid support tool in the MCH process, highlighting their advantages in all the distinct phases of the management. As an example, 3D data can constitute themselves the basis for the digital database, gathering all available information concerning a Cultural Heritage site, exploitable for restoration works or for scientific dissemination. In particular, the aim of this PhD research is to develop guidelines to produce 3D models for MCH, with the purpose to efficiently entry, store and manage digital data. The here provided guidelines investigate every aspect of the process leading from data acquisition to cataloguing and archiving, processing and creation of a simplified information system. Each recommendation guides the user through the management of digital data, by adapting to his/her level of knowledge with respect to digital technologies and methodologies. In this way, the manager can efficiently use 3D models in MCH projects. In order to elaborate guidelines that could be suitable for as many typologies of Cultural Heritage as possible an international approach was chosen, developing the thesis in joint supervision under the University of Bologna and the Universitat Politècnica de València. We decided to apply state-of-the-art technologies and methodologies to a variety of case studies. The main ones are the early Christian monuments of Ravenna (Italy) belonging to the UNESCO World Heritage List, and a small neogothic chapel located in Castellón de la Plana (Spain). The fruitful collaboration between two different countries allowed an invaluable exchange of MCH expertise and, more broadly, contributed to the elaboration of standardized and universally applicable MCH guidelines that will allow a better interaction between managers, the academic research world and the professional one. The investigation, by highlighting the problems inherent to the MCH, made it possible to identify the main open issues that need to be explored in future lines of research, such as the application of standards to a large number of cultural assets in an iterative, continuous and automatic way, in order to perfecting the standards; the search for automatic classification of raw data; the processing of collected data for the creation of relations, strategies and methods for the classification, integration and optimisation of heterogeneous data. / Bertacchi, G. (2022). Guidelines for the Management of Cultural Heritage Using 3D Models for the Insertion of Heterogeneous Data [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/182419