The Use of Terrestrial Laser Scanners in Modeling Historical Bridges

Year 2023, Volume: 5 Issue: 2, 68 - 75, 31.12.2023

Adem Kabadayı

https://doi.org/10.51946/melid.1395425

Abstract

Using the latest 3D measurement technologies to digitally preserve historic sites opens up new possibilities for mapping solutions. The use of laser scanners instead of traditional methods such as classical tachometry is becoming widespread. By improving the hardware, it is possible to increase the accuracy and sensitivity of the data obtained in 3D terrestrial laser scanning, the scanning speed, the maximum distance between object and object, and the volume of objects that can be measured. This paper evaluates the capability of terrestrial laser scanning technology for documenting facade data of historic bridges in 3D. This is followed by the creation of a 3D visualization model based on registered colorized point clouds. The study uses the FARO laser scanner system, a terrestrial laser scanner, to record the geometry data of the historical bridge. The color information of the geometric object was obtained from the camera integrated in the laser scanner. The average standard deviation between the point clouds of the laser scanned stations was calculated as 4.4 mm after registration. Our technological approach allows us to create a 3D color visualization model of the historical monument with automatic colorization process. The RGB values from the detailed high-resolution digital images were added to the 3D point cloud data using FARO Scene software. In this way, the 3D model can be visualized in a much more photorealistic way.

Keywords

Laser scanning, documentation, historical bridges

Yersel Lazer Tarayıcıların Tarihi Köprülerin Modellenmesinde Kullanımı

Abstract

Tarihi alanları dijital olarak korumak için en son 3B ölçüm teknolojilerini kullanmak, haritalama çözümleri için yeni olanaklar sunuyor. Klasik takeometri gibi geleneksel yöntemler yerine lazer tarayıcıların kullanımı yaygınlaşmaktadır. Kullanılan donanımların geliştirilmesiyle 3B yersel lazer taramada elde edilen verilerin doğruluğunu ve duyarlılığını, tarama hızını, obje nesne arasındaki maksimum mesafeyi ve ölçülebilen obje hacmini arttırmak mümkün olmaktadır. Bu makale, tarihi köprülerin cephe verilerinin 3B ortamda belgelenmesi için yersel lazer tarama teknolojisinin kapasitesini değerlendirmektedir. Bunu, kayıtlı renklendirilmiş nokta bulutlarına dayalı 3B görselleştirme modelinin oluşturulması takip etmektedir. Çalışma, tarihi köprünün geometri verilerini kaydetmek için yersel lazer tarayıcı olan FARO lazer tarayıcı sistemi kullanılmıştır. Geometrik nesnenin renk bilgisini yakalamak için lazer tarayıcıya entegre edilen kameradan elde edilmiştir. Lazer tarama yapılan istasyonların nokta bulutları arasındaki ortalama standart sapma kayıt sonrasında 4.4 mm olarak hesaplanmıştır. Teknolojik yaklaşımımız, otomatik renklendirme işlemi ile tarihi anıtın 3B renkli görselleştirme modelini oluşturma olanağı sağlamaktadır. Detaylı yüksek çözünürlüklü dijital görüntülerden RGB değerlerinin 3B nokta bulutu verilerine eklenmesi FARO Scene yazılımı kullanılarak tamamlanmıştır. Bu sayede 3B model çok daha fotogerçekçi bir şekilde görselleştirilebilmektedir.

Keywords

Lazer tarayıcı, belgeleme, tarihi köprü

References

• Alptekin, A., & Yakar, M. (2021). 3D model of Üçayak Ruins obtained from point clouds. Mersin Photogrammetry Journal, 3(2), 37-40.
• Alptekin, A., Çelik, M. Ö., & Yakar, M. (2019). Anıtmezarın yersel lazer tarayıcı kullanarak 3B modellenmesi. Türkiye Lidar Dergisi, 1(1), 1-4.
• Atik, M. E., & Duran, Z. (2021). Lokal özellik temelli yöntemler kullanılarak 3B yüz tanıma ve doğruluk analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(1), 359-372.
• Avşar, E. Ö. (2006). Tarihi köprülerin digital fotogrametri tekniği yardımıyla modellenmesi. Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 113.
• Cheng, L., Wu, Y., Wang, Y., Zhong, L., Chen, Y. ve Li, M. (2014). Havadaki LiDAR verilerini kullanarak büyük çok katmanlı değişim köprüsünün üç boyutlu yeniden inşası. IEEE Uygulamalı Yer Gözlemleri ve Uzaktan Algılamada Seçilmiş Konular Dergisi, 8(2), 691-708.
• Dustin, D., Liscio, E., & Eng, P. (2016). Accuracy and repeatability of the laser scanner and total station for crime and accident scene documentation. J Assoc Crime Scene Reconstr, 20(1), 57-67.
• Erdoğan, A., Kabadayı, A., & Akın, E. S. (2021). Kültürel mirasın fotogrametrik yöntemle 3B modellenmesi: Karabıyık Köprüsü Örneği. Türkiye İnsansız Hava Araçları Dergisi, 3(1), 23-27.
• Faro. (2022). Focus laser scanners. https://www.faro.com/en/Products/Hardware/Focus-Laser-Scanners
• Kanun, E., Metin, A., & Yakar, M. (2021). Yersel Lazer Tarama Tekniği Kullanarak Ağzıkara Han’ın 3 Boyutlu Nokta Bulutunun Elde Edilmesi. Türkiye Lidar Dergisi, 3(2), 58-64.
• Karataş, L., Alptekin, A., & Yakar, M. (2022). Creating Architectural Surveys of Traditional Buildings with the Help of Terrestrial Laser Scanning Method (TLS) and Orthophotos: Historical Diyarbakır Sur Mansion. Advanced LiDAR, 2(2), 54-63.
• Kaya, Y., Yiğit, A. Y., Ulvi, A., & Yakar, M. (2021). Arkeolojik alanların dokümantasyonununda fotogrametrik tekniklerinin doğruluklarının karşılaştırmalı analizi: Konya Yunuslar Örneği. Harita Dergisi, 165, 57-72.
• Kuşak, L., Unel, F. B., Alptekin, A., Celik, M. O., & Yakar, M. (2021). Apriori association rule and K-means clustering algorithms for interpretation of pre-event landslide areas and landslide inventory mapping. Open Geosciences, 13(1), 1226-1244.
• Liscio, E., & Le, Q. (2022). Inter observer errors of cast-off stains using FARO zone 3D. Forensic Science International, 330, 111098.
• Ogawa, T., & Hori, Y. (2019). Comparison with accuracy of terrestrial laser scanner by using point cloud aligned with shape matching and best fitting methods. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 42, 535-541.
• Prentice, R. (1993). Tourism and Heritage Attraction. London : Routledge, pp. 5.
• Ruther, H., Chazan, M., Schroeder, R., Neeser, R., Held, C., Walker, S.J., Matmon, A., & Horwitz, L.K. (2009). Laser Scanning for conservation research of African cultural heritage sites: the case study of wonderwork cave, South Africa. Journal of Archaelogical Science, 36, 1847-1856.
• Sarı, B., Hamal, S. N. G., & Ulvi, A., (2020). Documentation of complex structure using Unmanned Aerial Vehicle (UAV) photogrammetry method and Terrestrial Laser Scanner (TLS). Türkiye Lidar Dergisi, 2(2), 48-54.
• Suchocki, C., Damięcka-Suchocka, M., Katzer, J., Janicka, J., Rapiński, J., & Stałowska, P. (2020). Remote detection of moisture and bio-deterioration of building walls by time-of-flight and phase-shift terrestrial laser scanners. Remote Sensing, 12(11), 1708.
• Ulukok, A., & Ulvi, A. (2023). Yerel Yönetimlerde Kaçak Yapı Tespitinde İHA Kullanımı: Keçiören Belediyesi Örneği. Türkiye Fotogrametri Dergisi, 5(1), 7-19.
• Ulvi, A., & Yiğit, A. Y., (2022). Comparison of the Wearable Mobile Laser Scanner (WMLS) with Other Point Cloud Data Collection Methods in Cultural Heritage: A Case Study of Diokaisareia. ACM Journal on Computing and Cultural Heritage, 15(4), 1-19.
• Ulvi, A., Yakar, M., Toprak, A. S., & Mutluoglu, O. (2014). Laser scanning and photogrammetric evaluation of Uzuncaburç Monumental Entrance. International Journal of Applied Mathematics Electronics and Computers, 3(1), 32-36.
• Ulvi, A., Yiğit, A. Y., Çelik, M. Ö., & Alptekin, A., (2021). Detection of existing infrastructure lines with wearable laser scanners and making infrastructure map: a case of Mersin University. Mersin Photogrammetry Journal, 3(2), 61-68.
• Ünal, M., Yakar, M., & Yildiz, F. (2004). Discontinuity surface roughness measurement techniques and the evaluation of digital photogrammetric method. In Proceedings of the 20th international congress for photogrammetry and remote sensing, ISPRS, 1103, 1108.
• Yakar, M., & Doğan, Y. (2017). Uzuncaburç Antik Kentinin İHA Kullanılarak Eğik Fotogrametri Yöntemiyle Üç Boyutlu Modellenmesi. 16. Türkiye Harita Bilimsel ve Teknik Kurultayı. TMMOB Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Ankara.
• Yılmaz, H. M., & Yakar, M. (2006a). Lidar (Light Detection And Ranging) Tarama Sistemi. Yapı Teknolojileri Elektronik Dergisi, 2(2), 23-33.
• Yılmaz, H. M., & Yakar, M. (2006b). Yersel lazer tarama Teknolojisi. Yapı teknolojileri Elektronik dergisi, 2(2), 43-48.
• Yılmaz, H. M., & Yakar, M. (2008). Computing of volume of excavation areas by digital close range photogrammetry. Arabian J. Sci. Eng. 33(1A), 63-78.
• Yılmaz, I. (2009). A research on the accuracy of landform volumes determined using different interpolation methods. Scientific Research and Essay, 4(11), 1248-1259.
• Yılmaz, M., & Uysal, M. (2016). Comparison of data reduction algorithms for Li DAR‐derived digital terrain model generalisation. Area, 48(4), 521-532.
• Yılmaz, M., & Uysal, M. (2017). Comparing uniform and random data reduction methods for DTM accuracy. International Journal of Engineering and Geosciences, 2(1), 9-16.
• Yılmaz, M., Uysal, M., & Yılmaz, İ. (2015). Hava LiDAR Nokta Bulutundan Sayısal Yükseklik Modeli Üretiminde Veri Seyrekleştirme Algoritmalarının Karşılaştırılması. TMMOB Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, 15.