Fusión de datos geomáticos para el estudio de patologías en edificios de Patrimonio Histórico
Authors:   , Raimundo Valdecantos Antonio Javier 
Published: December 2024

In the twilight of time, historic buildings stand not only as monuments of stone and mortar, but as time capsules that enclose the whispers of bygone eras. This PhD thesis delves into the invisible shadow of those whispers, using geomatic data fusion as a master key to decipher the pathologies hidden in their entrails. It is a journey that transcends the visible, offering a new perspective to appreciate and conserve our architectural legacy. Through this prism, meticulous data analysis unravels the mysteries of deterioration and wear, revealing how the marks of time are not simply signs of old age, but tales of survival and resilience. Thus, we embark on a quest to protect and perpetuate these silent storytellers, ensuring that their stories continue to inspire future generations. This will to uncover and heal the afflictions of our monuments is more than a technical task; it is a mission to connect with our past and, in it, find the path to our future.

As we have progressed in this research, we have found ourselves at a crossroads where science and art merge, where technology becomes an essential tool in the fight against oblivion and degradation. Geomatic data fusion thus emerges as a beacon of innovation, illuminating both the wonders and wounds of our historic buildings, and offering us a deeper understanding of our past. This effort to preserve and revitalise our heritage is ultimately an act of respect for those who came before us and a legacy for those who will follow. In this work, we aim not only to safeguard the physical pillars of our history, but also to honour and perpetuate the intangible wealth that these historic buildings represent.

We will begin our journey by diving into the depths of current knowledge, exploring how Geomatics has become an indispensable tool for the documentation and study of the treasures of Historical Heritage. We will navigate through previous scientific research, which has made use of both advanced sensors and geospatial techniques, taking us through the discoveries made and the obstacles faced in this research.

We will progress our research towards understanding how the pansharpening image analysis technique can overcome the technological limitations of current thermal imaging cameras. No previous research has attempted to employ this technique for thermal image enhancement.

We will then develop the innovative concept of multispectral voxels, the master key to overcoming the challenges inherent in handling point clouds. These data sets, the primary output of different geomatic sensors used in architectural building surveys, take on a new dimension when fused using the multispectral voxel technique, thus opening up new possibilities in research. With this new fusion technique, we are taking the investigation of building pathologies even further.

And raising the potential of multispectral voxels, we will apply this approach to the detection of pathologies in a jewel of Spanish Heritage: the Visigothic church of Santa Maria de Melque. Using automatic deep learning techniques, we will identify the areas of the building affected by pathologies, setting the direction for future repair, maintenance and rehabilitation interventions.

Our academic expedition will conclude with an overview of all the achievements, having fulfilled all the objectives set which, together with the proposed future research directions, will outline the horizon of Geomatics in the study, conservation and preservation of Cultural Heritage in its architectural field.

RESUMEN

En la penumbra del tiempo, los edificios históricos se erigen no solo como monumentos de piedra y mortero, sino como cápsulas temporales que encierran los susurros de épocas pasadas. Esta Tesis Doctoral se adentra en la sombra invisible de esos susurros, empleando la fusión de datos geomáticos como llave maestra para descifrar las patologías ocultas en sus entrañas. Es un viaje que trasciende lo visible, ofreciendo una nueva perspectiva para apreciar y conservar nuestro legado arquitectónico. A través de este prisma, el análisis meticuloso de datos desentraña los misterios de deterioro y desgaste, revelando cómo las marcas del tiempo no son simplemente señales de vejez, sino relatos de supervivencia y resistencia. Así, nos embarcamos en una búsqueda para proteger y perpetuar estos narradores silenciosos, asegurando que sus historias continúen inspirando a generaciones futuras. Esta voluntad por desvelar y curar las afecciones de nuestros monumentos es más que una tarea técnica: es una misión para conectar con nuestro pasado y en él, encontrar el camino hacia nuestro futuro.

A medida que hemos avanzado en esta investigación, nos hemos encontrado en una encrucijada donde la ciencia y el arte se fusionan, donde la tecnología se convierte en una herramienta esencial en la lucha contra el olvido y la degradación. La fusión de datos geomáticos emerge así como un faro de innovación, iluminando tanto las maravillas como las heridas de nuestros edificios históricos, ofreciéndonos una comprensión más profunda de nuestro pasado. Este esfuerzo por preservar y revitalizar nuestro patrimonio es, en última instancia, un acto de respeto hacia aquellos que nos precedieron y un legado para quienes nos seguirán. En este trabajo, nos proponemos no solo salvaguardar los pilares físicos de nuestra historia, sino también honrar y perpetuar la riqueza inmaterial que estos edificios históricos representan.

Iniciaremos nuestra travesía adentrándonos en las profundidades del conocimiento actual, explorando cómo la Geomática se ha convertido en una herramienta indispensable para la documentación y el estudio de los tesoros del Patrimonio Histórico. Navegaremos a través de investigaciones científicas previas, que han hecho uso tanto de sensores avanzados como de técnicas geoespaciales, adentrándonos en los descubrimientos logrados y los obstáculos enfrentados en estas investigaciones.

Avanzaremos en nuestro periplo hacia la comprensión de cómo la técnica de análisis de imágenes del pansharpening puede solucionar las limitaciones tecnológicas de las cámaras termográficas actuales. Ninguna investigación anterior ha tratado de emplear esta técnica para el realce de imágenes térmicas.

Tras ello, desarrollaremos el innovador concepto de los vóxeles multiespectrales, llave maestra para superar los retos inherentes al manejo de nubes de puntos. Estos conjuntos de datos, fruto primario de distintos sensores geomáticos utilizados en estudios de edificaciones arquitectónicas, adquieren un nuevo significado al fusionarse mediante la técnica de vóxeles multiespectrales, abriendo así nuevos caminos en la investigación. Con esta nueva técnica de fusión, llevamos mas allá la investigación de patologías en edificios.

Y elevando aún más el potencial de los vóxeles multiespectrales, aplicaremos este enfoque a la detección de patologías en una joya del Patrimonio Español: la iglesia visigoda de Santa Maria de Melque. Empleando técnicas de aprendizaje profundo automático, identificaremos las áreas del edificio afectadas por patologías, estableciendo el curso para futuras intervenciones de reparación, mantenimiento y rehabilitación.

Concluirá nuestra expedición académica con una visión global de todos los logros alcanzados, habiendo cumplido todos los objetivos marcados que, junto a las futuras direcciones de investigación propuestas, esbozarán el horizonte de la Geomática en el estudio, conservación y preservación del Patrimonio Cultural en su ámbito arquitectónico.