Mapas y topografía es mejor hacerlos con fotogrametría

La fotogrametría tiene una larga historia de uso en mapas y topografía. La fotogrametría se puede utilizar para mediciones puntuales o para generar nubes de puntos. En comparación con su principal rival, LiDAR (Laser Imaging, Detection and Ranging), la generación de nubes de puntos a partir de la fotogrametría es rentable, portátil y versátil, por lo que siempre ha tenido un seguimiento fiel entre los profesionales.

Mapas y topografía

Sin embargo, en los últimos años, el interés por la fotogrametría entre los profesionales que hacen mapas y topografía ha experimentado un gran auge. Esta tendencia ha sido catalizada por el aumento de los drones aéreos asequibles y comercialmente disponibles, o UAV, para abreviar. Los drones brindan una serie de ventajas que hacen que la fotogrametría sea aún más accesible, y ha llevado a un renovado interés en la tecnología.


Para entender por qué, primero echemos un vistazo a lo que hace que la fotogrametría sea tan atractiva para algunas formas de topografía terrestre.

Los beneficios de la fotogrametría para hacer mapas y topografía terrestre

La fotogrametría es el proceso de generar un modelo 3D a partir de un conjunto de fotografías 2D para crear mapas y topografía. En topografía, esto se hace tomando dos o más imágenes del mismo punto desde diferentes ángulos. Estas imágenes luego se cargan en un paquete de software de fotogrametría como PhotoModeler, que desplaza las imágenes por una línea de base, y utiliza estos datos para triangular la elevación de ese punto. Tome suficientes de estas imágenes y podrá crear un modelo de malla detallado de toda el área.

La alternativa tecnológica clave a la fotogrametría para el modelado de nubes de puntos densos es LiDAR, también conocido comúnmente como escaneo láser. LiDAR funciona emitiendo un láser pulsado hacia el punto y midiendo el tiempo que lleva reflejarse. Por lo tanto, a diferencia de la fotogrametría, solo requiere una única «línea de visión» directa. Esto puede hacerlo más adecuado para aplicaciones particulares, como el mapeo de áreas con mucha vegetación.

Propuesta comercial muy convincente

A pesar de estas diferencias técnicas, la fotogrametría siempre ha presentado una «propuesta comercial» muy convincente, por varias razones:

  1. Es rentable. El equipo LiDAR es costoso y requiere experiencia especializada para funcionar correctamente. La fotogrametría solo requiere una cámara DSLR y un software que pueda ejecutarse en una computadora estándar.
  2. Está fácilmente disponible. Debido a la necesidad de equipos y operadores especializados, los recursos de LiDAR a menudo son difíciles de asegurar a corto plazo. El equipo de fotogrametría puede caber en la parte trasera del camión de cualquier topógrafo, y usted puede operarlo usted mismo.
  3. Es versátil. La tecnología de fotogrametría ha evolucionado hasta el punto de ser una gran herramienta de uso general. LiDAR tiene casos de uso más específicos debido a limitaciones técnicas, como la mayor parte del equipo y la dificultad para obtener imágenes de alta resolución.


Estos beneficios hacen que la fotogrametría sea una opción atractiva


Estos es cierto para ciertos tipos de topografía terrestre. Si bien LiDAR en tierra definitivamente tiene su lugar, la accesibilidad y la amplia aplicación de la fotogrametría lo han convertido en una opción fácil «predeterminada» en muchos escenarios.

Mapas y topografía

La topografía por medios aéreos, sin embargo, es una historia diferente. Si bien muchas de las fortalezas anteriores aún se aplican, la fotogrametría aérea históricamente ha tenido un cuello de botella: el avión en sí, a la hora de realizar mapas y topografía. Alquilar un avión con una cámara aérea especializada a menudo puede negar las fortalezas clave de la fotogrametría: son caras, problemáticas de movilizar y limitadas en los niveles de elevación y ángulos que pueden capturar. Debido a esto, la decisión entre la fotogrametría aérea y LiDAR ha sido tradicionalmente menos clara.

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Cómo los Drones han transformado la fotogrametría aérea para hacer mapas y topografía

Si bien los drones se han empleado durante mucho tiempo en aplicaciones militares, solo recientemente han estado ampliamente disponibles para el público comercial. Los drones han revolucionado por completo el uso de la fotogrametría para hacer mapas y topografía, porque a diferencia de los aviones, idealmente complementan las fortalezas clave de la tecnología.

Para empezar, los drones son asequibles y fácilmente disponibles. La accesibilidad de la fotogrametría con drone no solo ha aumentado la popularidad de la fotogrametría para aplicaciones topográficas generales, sino que ha creado un mercado completamente nuevo conocido como micro-mapeo. Esto implica la inspección de sitios de menos de 5 kilómetros cuadrados.

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Históricamente con un pequeño avión tripulado en el cielo , proyectos como estos no han sido económicos, ya que la topografía tuvo que hacerse con aviones tripulados. Los altos costos de movilización y los largos plazos de los proyectos dificultaron que las empresas de topografía tradicionales aceptaran estos trabajos. Sin embargo, con los drones que caben fácilmente en el camión de un topógrafo, los proveedores pueden movilizarse mucho más rápidamente y completar estos pequeños proyectos en menos de un día.

Los drones son más versátiles

Además, los drones son más versátiles que los aviones cuando se trata de posicionamiento, niveles de elevación y navegación en espacios reducidos. Esto los hace adecuados para una variedad más amplia de trabajos.

Por ejemplo, los drones se pueden usar para resolver el problema de obstrucción aérea. Muchos drones se pueden programar con una ruta de vuelo autónoma conocida como «waypoint». La tecnología de puntos de referencia del drone le permite moverse con precisión por áreas estrechas que serían imposibles de navegar para un piloto humano. Esto, junto con el tamaño compacto del drone, le permite tomar imágenes debajo de las copas de los árboles y otras obstrucciones con facilidad.

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Fotogrametría con drones vs. DRONE+LiDAR

Estas son solo algunas de las formas en que los drones han transformado la topografía aérea. Si bien tanto la fotogrametría como el LiDAR se han beneficiado de este cambio, está claro que la fotogrametría es el gran ganador aquí.

La razón de esto es que los drones se basan directamente en las fortalezas centrales de la fotogrametría: asequibilidad, disponibilidad y versatilidad. Liberada del cuello de botella de los costosos alquileres de aviones, la fotogrametría se vuelve tan convincente en el aire como en el suelo.

En contraste, DRONE+LiDAR es mucho menos accesible. Si bien los sistemas compactos DRONE+LiDAR están disponibles, incluso estos sistemas de corto alcance sufren el clásico problema del sistema LiDAR que es de alto costo, hay escasez y poco soporte. Mientras tanto, una cámara de alta calidad cuesta menos de $ 500 (en internet) y se puede comprar un dron profesional por menos de $ 1,000 (en internet). Ambos están ampliamente disponibles en tiendas de electrónica en general por lo cual tienen suficiente soporte. Los drones populares (como DJI) ahora también incluyen cámaras adecuadas para muchas tareas fotogramétricas como para hacer mapas y topografía.

Además, intentar reducir costos mediante el uso de configuraciones DRONE+LiDAR de «gama baja» puede agravar un problema clave con el DRONE+LiDAR la precisión no es aceptable para usos topográficos.


Mapa y topografía

Problema de precisión del DRONE+LiDAR

Históricamente, el LiDAR aéreo (montado en aviones o helicópteros tripulados y con sensores corregidos en tiempo real) siempre ha tenido una precisión mucho menor que su contraparte LiDAR terrestre, por dos razones principales. Ambos factores pueden verse exacerbados por el uso del DRONE+LiDAR .

El primer factor

Es la información posicional imprecisa. Para obtener mediciones precisas de LiDAR, debe conocer la posición exacta del sensor emisor y el punto que se está midiendo. Esto es relativamente simple en LiDAR terrestre, ya que los puntos suelen estar razonablemente cerca y completamente estacionarios. Sin embargo, en LiDAR aéreo, el sensor de emisión está mucho más lejos, y a menudo hay cierto grado de movimiento. A menudo puede ser difícil saber exactamente dónde se encuentra, y esto puede distorsionar las mediciones de manera bastante significativa.

Para resolver este problema, las aeronaves tripuladas vienen equipadas con sistemas GPS de cinemática en tiempo real (RTK) que mejoran la precisión de la información de posicionamiento. Si bien esta tecnología está comenzando a incluirse en los Drones de alta gama (esto hace que el costo se eleve mucho) , la mayoría de los drones disponibles comercialmente no tienen GPS RTK. Eso significa que los topógrafos tendrán que elegir entre asequibilidad y precisión, nunca una buena compensación.

El segundo factor

Son las medidas angulares imprecisas. Incluso con los sensores LiDAR militares de última generación, la mejor precisión angular que puede obtener está en el rango de 1/100 de grado. Eso suena bastante preciso y, en realidad, a menudo es suficiente para LiDAR terrestre. Sin embargo, cuando el sensor está en una aeronave muy por encima del sitio, esto puede generar grandes discrepancias.

Por ejemplo, una aeronave tripulada a 3000 pies (914.4m) con un desplazamiento de 1/100 de grado significa una distancia de muestra de 16 cm en el suelo. Los drones tienen la ventaja de poder volar mucho más bajo, pero los sensores livianos que se pueden montar en ellos también son mucho menos precisos, con errores del orden de 1/10 de grado. Y en este caso, ni siquiera hay una opción para optar por un modelo de gama alta, ya que la tecnología todavía no está disponible.

Debido a estos factores, el LiDAR aéreo a menudo produce datos con menor precisión que el LiDAR terrestre, en el rango de 15-37 cm según algunas estimaciones. Y DRONE+LiDAR a menudo puede agravar este problema debido a que tiene una tecnología menos sofisticada.


Mapa y topografía

Fotogrametría con Drone: precisa y económica para hacer mapas y topografía.

A diferencia de los problemas de precisión del UAV LiDAR, la fotogrametría con drones puede proporcionar datos de imagen de muy alta calidad utilizando equipos asequibles y fácilmente disponibles.

La razón principal de esto es que cada fotografía tomada por un drone es un registro completo de todos los datos del sitio capturados dentro del marco. No depende de información complementaria como el posicionamiento o la dirección del sensor. En cambio, el software de fotogrametría construye el modelo basado en la relación entre diferentes píxeles dentro del marco.

Una de las grande ventajas de la fotogrametría es:

El modelo también se construye sobre la base de cientos o incluso miles de imágenes con una superposición significativa, lo que permite al software eliminar errores y ajustar cada punto geográfico con precisión dentro del modelo. Finalmente, para una capa adicional de precisión, los topógrafos pueden configurar Puntos de Control de Tierra (GCP). Estas son posiciones marcadas y examinadas en el suelo y visibles desde el aire, que pueden usarse como puntos de referencia en la etapa de construcción del modelo.

Mapa y topografía

Si todos los pasos se implementan correctamente, los modelos fotogramétricos generalmente pueden dar una precisión de +/- 8 cm, o incluso mejor si es necesario. Y esto se puede hacer fácilmente con el equipo disponible actualmente. Como beneficio adicional, estos modelos se presentan a todo color y en alta resolución, lo que facilita mucho la comprensión y la interpretación visual de los humanos.


Juntar los Drones y la fotogrametría es perfecto

En resumen, la fotogrametría con drones se basan en las fortalezas clave de la fotogrametría: asequibilidad, disponibilidad y versatilidad. Permiten a los topógrafos capturar datos de levantamiento aéreo mucho más precisos, al tiempo que reducen significativamente los costos y las dificultades operativas.

La fotogrametría siempre ha sido una tecnología clave para los topógrafos, y el auge de la tecnología drone simplemente la ha llevado al siguiente nivel. En PhotoModeler, hemos reconocido esta realidad y hemos desarrollado una suite de fotogrametría específicamente diseñada para usar con datos de fotos áreas realizadas con drone y hacer mapas y topografía.

Referencia:

Este Post es traducido del idioma ingles del Blog de la web de Photomodeler: Why use Photogrammetry for Surveying and Mapping?


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