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Tesis Doctoral
DOI
https://doi.org/10.11606/T.44.2021.tde-18012022-122057
Documento
Autor
Nombre completo
Camila Duelis Viana
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2021
Director
Tribunal
Grohmann, Carlos Henrique (Presidente)
Cirolini, Angélica
Freitas, Bernardo Tavares
Hartwig, Marcos Eduardo
Silva, Aline Theophilo
Título en portugués
Fotogrametria digital multi-escala para aquisição de dados estruturais
Palabras clave en portugués
Análise de fraturas
Fotogrametria
Geologia estrutural
Modelo digital de afloramento
Structure-from-Motion - Multi-view Stereo
Resumen en portugués
A fotogrametria digital vem se tornando uma importante ferramenta para a aquisição remota de dados. O uso de modelos digitais de afloramento (MDAs) para análise de fraturas tem crescido no ambito das geociencias. Structure-from-Motion Multi-view Stereo (SfM-MVS) é uma técnica recente, que permite a criação de MDAs de maneira mais simples e barata. Para direcionar um estudo aprofundado da aplicação de SfM-MVS na investigação de meios fraturados, a tese buscou responder quais parâmetros relacionados a estes sistemas podem ser obtidos através dos MDAs gerados por SfM-MVS, e quais fatores tem influencia sobre a precisao dos dados. Foram gerados modelos de diferentes afloramentos (rochas ígneas, sedimentares e metamórficas), utilizando conjuntos de imagens em diferentes escalas, capturados por diferentes câmeras e plataformas. Os modelos foram analisados em três abordagens: para obtenção de propriedades de fraturas; análise qualitativa dos fatores que influenciam na sua qualidade e dos dados derivados; e investigação dos níveis de qualidade de reconstrução oferecidos pelo programa Agisoft Metashape. Como resultado, foi produzida uma lista de boas práticas de levantamento de campo, para a construção de um MDA. Concluiuse que o RPA é a plataforma mais flexível para diferentes topografias, pois permite o planejamento prévio do levantamento ou pilotagem manual, enquanto oferece bom custo benefício. Na análise de fraturas, são facilmente implementados algoritmos que calculam orientação, espaçamento e persistência. Estes três parâmetros são dependentes da capacidade de identificação das fraturas no modelo 3D. Essa capacidade é influenciada pela resolução espacial e a presença de deformações no modelo. No caso da rugosidade, a dificuldade de quantificação está na conversão eficiente do Joint Roughness Coefficient (JRC) para o espaço tridimensional. Na investigação das opções oferecidas pelo Metashape, os dados analisados sugerem os pares precisao-qualidade high-high e highest-high como os de melhor custo-benefício, sendo o primeiromais seguro para aplicação em condições de campo. Os resultados obtidos apontam para a existência de um tripé, composto por três elementos altamente correlacionados: o escopo, o tempo e o custo. A alteração de um deles sem que haja impacto nos demais irá sacrificar a qualidade final do modelo, e consequentemente da análise. Outro resultado importante foi o desenvolvimento do aplicativo multiplataforma SurvAid, uma ferramenta de planejamento do levantamento de imagens; e do programa livre CAPI, dedicado à análise estrutural de MDAs. Como conclusão, SfM-MVS mostrou-se uma técnica poderosa para a geração de MDAs, que podem ser usados na análise de fraturas. Ainda assim, deve ser vista como uma ferramenta complementar ao trabalho de campo.
Título en inglés
Multi-scale digital photogrammetry for acquisiton of structural data
Palabras clave en inglés
Digital outcrop model
Fracture analysis
Photogrammetry
Structural geology
Structure-from-Motion - Multi-view Stereo
Resumen en inglés
Digital photogrammetry is becoming an important tool for remote data acquisition. The use of digital outcrop models (DOMs) for fracture analysis has grown in the field of geosciences. Structure-from-Motion- Multi-view Stereo (SfM-MVS) is a recent technique that allows the creation of DOMs in a simple and inexpensive way. To direct an in-depth study of the application of SfM-MVS in the investigation of fractured media, the thesis sought to answer which parameters related to these systems can be obtained through the 3D models generated by SfM-MVS, and which factors have an influence on the data accuracy. Models of different outcrops (igneous, sedimentary and metamorphic rocks) were generated using sets of images at different scales, captured by different cameras and platforms. The models were analyzed using three approaches: to measure fracture properties; qualitative analysis of the factors that influence its quality and the derived data; and investigation of the quality levels offered by Agisoft Metashape. As a result, a list of best practices for fieldwork for the construction of an DOM was produced. It was concluded that the RPA is the most flexible platform available for different topographies, as it allows flight planning or manual piloting, while offering a good cost-benefit. In fracture analysis, algorithms that calculate orientation, spacing and persistence are easily implemented. These three parameters depend on the ability to identify fractures in the generated 3D model. This, in turn, is influenced by the spatial resolution and the presence of deformations in the model. For roughness, the difficulty of quantification lies in the efficient conversion of the Joint Roughness Coefficient (JRC) to three-dimensional space. In investigating the options offered by the Metashape program, the analyzed data suggest the accuracy-quality pairs high-high and highest-high as the best costbenefit ones, the first being the safest for application in field conditions. The results obtained point to the existence of a tripod, composed of three highly correlated elements: scope, time and cost. Changing one of them without impacting the others will sacrifice the final quality of the model, and consequently of the analysis. Another important result was the development of the multiplatform application SurvAid, an image survey planning tool; and the open software CAPI, dedicated to the structural analysis of DOMs. In conclusion, SfM-MVS proved to be a powerful technique for generating MDAs, which can be used in fracture analysis. Still, it should be seen as a complementary tool to field work.
 
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Fecha de Publicación
2022-01-21
 
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