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Timestamp: 2017-10-23 15:00:28+00:00

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Topografía y Fotogrametría con DRON Ala Fija. Precisiones y Proceso. - Droning Sistemas Aéreos
29 septiembre, 2015 Leave a commentDroning, TA2000, Topografía, Tutorial, UAVs, UncategorisedBy droning
La topografía ha sufrido y va a seguir sufriendo una transformación fruto del uso extensivo de UAVs (drones).
Los UAVs son mucho más baratos y flexibles a la hora de realizar vuelos fotogramétricos que sus hermanos mayores, aviones y helicópteros pilotados.
La revolución continúa gracias también a la creciente potencia de proceso de ordenadores y servidores y al desarrollo de herramientas y algoritmos específicos para fotogrametría. Las suites de ortorectificación y generación de modelos digitales avanzan sin pausa y mejoran día a día las precisiones y volúmenes de datos que pueden procesar. Gracias a ellas ya no es imprescindible (ni necesario) tener unidades inerciales de precisión en las cámaras. Tampoco es necesario tener cámaras métricas lo que permite una fotogrametría y topografía de precisión asequible.
En esta entrada vamos a mostrar la realización de un trabajo de topografía/fotogrametría con DRON/RPA de Ala Fija DRONING TA2000 desde su planificación y concepción hasta su vectorizado final para uso en AutoCAD y MDT. Obtendremos:
Explotable por
Modelo Digital de Superficie (DSM) GeoTIFF GIS Fichero GeoTIFF con la información de cada cota de cada punto de la superficie (X,Y).
Tiene todos los elementos de la superficie sin filtrar, incluyendo casetas, árboles, bulldozers, camiones etc
Modelo Digital del Terreno (DTM) GeoTIFF GIS Fichero GeoTIFF con la información de cada cota de cada punto del terreno (X,Y).Mediante un proceso automático y un posterior refinamiento manual se elimina todo aquello que no sea terreno
Ortofotografía GeoTIFF GIS y otros Fichero GeoTIFF con la ortofoto georeferenciada.
Modelo Tridimensional con textura OBJ Otros 3D Malla de triángulos con una textura en formato OBJ. Puede llegar a ser muy pesada en datos si no se diezma
Nube de puntos densa categorizada LAS, TXT Visores Lidar o AutoCAD CIVIL Nube de puntos densa generada por el proceso y categorizada en terreno y resto. Exportada con o sin información de color
Plano Vectorizado DXF AutoCAD , MDT Plano vectorizado con categorías, polilíneas, puntos etc dibujados sobre el modelo. Usable directamente en AutoCAD y MDT
Ala Fija Droning TA2000 con
Cámara Samsung NX2000 + Objetivo 20mm Topcon Hiper Pro
Planificación y consideraciones previas
Analizamos los requisitos del trabajo y su significado:
GSD Menor que 3cm / pixel GSD o Ground Sampling Distance.
Representa la resolución espacial (con respecto al terreno) de las fotos y por tanto de la ortofoto que se generará.
El GSD es la distancia espacial en centímetros entre los centros de dos píxeles adyacentes.
Superficie 28Ha Superficie neta en hectáreas real a levantar.
Precisión XY Mejor que 6cm Precisión en la georeferenciación del modelo y por tanto de los resultados generados
Precisión Z Mejor que 6cm Precisión de la cota calculada por cada punto XY de los modelos de elevación.
Resolución del Modelo de Elevación Menor de 15cm La resolución del modelo de elevación define la cantidad o densidad de puntos XY a los que se les calculará la cota. Se explicará más abajo al ser el parámetro, quizás, menos intuitivo
Casi todos los requisitos arriba indicados los impone el cliente (en este caso nosotros mismos al ser un trabajo de demostración).
Básicamente el cliente suele imponer el GSD requerido en la ortofoto final y las precisiones en georeferenciación (dentro de un cierto margen ya que el GSD impone parte de la calidad en la georef).
De los parámetros arriba explicados hay uno que es especialmente importante y no es muy conocido. Se trata de la Resolución del Modelo de Elevación. Fíjese bien que no es la Precisión del Modelo de Elevación en la cota calculada.
La resolución del modelo de elevación responde a la densidad de puntos de cota que contendrá el Modelo de Elevación. Esto significa que a más resolución (menor cm/pixel) se generarán modelos con más puntos y por tanto con más definición. Para entenderlo mejor sería como pensar que el software de restitución calculará la cota de parches de terreno de X cm de lado. Es decir si la resolución del modelo es 10cm/pixel significará que el modelo tiene puntos (cotas) cada 10cm en horizontal.
Este parámetro de resolución afecta por lo tanto a la capacidad del modelo para detectar detalles de área pequeña y gran cambio de cota. Por ejemplo, si existe un pilar redondo de 15cm de diámetro y nuestra resolución es de 20cm/pixel, es muy probable que la cota del pilar no aparezca bien representada en el modelo. El pilar se verá “suavizado”.
Además este parámetro está íntimamente relacionado con la manera en la cual el software de generación del modelo funciona. Cuando se procesan los modelos con softwares como Pix4D o Agisoft PhotoScan, se define una “calidad” del resultado. Esta calidad es en realidad la resolución del modelo y define la escala de fotografía que se usará para computar las cotas del modelo.
Por ejemplo si el Modelo se quiere generar para que la Resolución del Modelo de elevación sea igual al GSD, entonces el software procesará las imágenes a su tamaño original. Esta es la “calidad” más alta disponible ya que computa una cota por cada pixel de la foto original. Esto resulta en modelos con un detalle extremo, pudiéndose distinguir pilares y pequeños detalles en cota de manera precisa.
Si por el contrario no tenemos tanto interés en los detalles menores y sí en la productividad del proceso (por ejemplo volumetrías en canteras) se puede procesar a calidades “medias” que suelen corresponder con procesar fotografías a 1/4 o 1/2 de su tamaño original. Produciéndose resoluciones del modelo de elevación mayores.
En nuestro caso vamos a procesar el Modelo a una calidad media.
Al generar los planes de vuelo hemos impuesto la altura de vuelo a la máxima legal en España, 120m sobre terreno o AGL. Con esta altura y nuestra cámara Samsung NX2000 + Objetivo 20mm obtenemos un vuelo como el siguiente.
Detalles importantes acerca de la generación del plan de vuelo:
Se ha generado el vuelo con solape de 80/80. Esto significa que una foto solapa con la que tiene delante y a sus lados en un 80%.
Las calles son paralelas a la dirección del viento
Esto es interesante siempre que el viento no sea muy fuerte y se posea de sensor de velocidad de viento ya que permite que las fotografías están alineadas con el vuelo y por tanto se respete el solape logitudinal y transversal elegido. De otra manera (con viento cruzado) el avión irá “guiñado” y por tanto las fotos.
La zona de vuelo (polígono en rojo) es más amplia que el área neta a levantar.
Esto es importante ya que queremos asegurar fotos cenitales y solape en la zona neta
Los “overshoot” o puntos de giro son mayores en la zona sur que en la norte. Esto es así para compensar el mayor radio de giro en el sur al tener viento en cola
Se ha generado el plan de vuelo con la opción de “Alternate Lanes” o “Calles Alternas” a 1 para mejorar el radio de giro. Por cierto que esta opción fue añadida por droning al código de Mission Planner
Los datos de vuelo aparecen en la parte inferior de la herramienta “Survey” de Mission Planner
35 Ha de Superficie de vuelo. Recordemos que queríamos 28Ha Netas
Distancia lineal recorrida (sin incluir el tramo de casa a WP1 y la vuelta a casa final)
La distancia que hará al autopiloto disparar una nueva imagen es de 19m
El GSD será de 2,58cm/pixel
El número estimado de fotos: 718
El número de calles: 19
La proyección de las fotografías en el suelo será un rectángulo de 141 m x 94,2m
Distancia entre calles de 28,2 metros
TIempo de vuelo estimado: 19 minutos
Tiempo entre fotos a 18m/s. Parámetro importante a tener en cuenta para no saturar la cámara.
La operación en campo se divide principalmente en dos fases. La primera fase corresponde a la preparación de dianas y su toma de posiciones precisas mediante un GPS Bifrecuencia Geodésico como el Topcon Hiper Pro. En esta fase es importante tener en cuenta una serie de precauciones:
Usar dianas con un patrón claramente identificable y con un centro que permita obtener precisiones requeridas
Aunque se pueden usar muchos tipos dependiendo del trabajo y la precisión, es importante que sean visibles a 120m de altura an condiciones de destellos y alta iluminación
Posicionarlas en sitios abiertos para que no se oculten a la cámara en ninguna orientación.
La segunda fase es la preparación y el vuelo!
Mediciones de viento y toma de datos en el log del vuelo son responsabilidades del piloto y personal involucrado.
En el log de vuelo se anota por parte del piloto la información del trabajo a realizar. Personal en campo, vehículo usado, batería usada, estado de la cámara, configuración y cualquier incidencia durante la operación queda anotada.
Una vez se depega en FWBA, de monitoriza el vuelo constantemente. Nos fijamos especialmente en el nivel de batería, la guiñada (que nos indica el viento en altura) y la trazada seguida.
El proceso en gabinete lo dividimos en dos fases claramente diferenciadas.
Generación del Modelo de Elevación y Ortofoto
Este proceso consiste en la generación de la información de altura (cota) a partir de la información de triangulación llevada a cabo por softwares specializados.
Existen distintas alternativas en el mercado entre las que encontramos:
En cualquiera de ellas los pasos a seguir serán parecidos a los siguientes:
Insertar las fotografías cenitales generadas en el vuelo
En este punto es importante que dichas fotografías estén geoetiquetadas para ahorrar tiempo en el proceso de alineado
Alineación de las fotografías
Proceso por el cual se buscan Tie Points o puntos en común en diferentes fotografías para averigual la relación de posición del conjunto de fotografías
Introducción de los Puntos de Apoyo en Tierra (GCP). Nuestras famosas “dianas”
Se buscan en las fotografías con ayuda del software y se marcan de manera precisa en cada foto. Además se le asigna la posición obtenida en campo con el GPS Bifrecuencia
Cálculo de parámetros de cámara (calibración al vuelo)
Generación de la nube de puntos densa
Este es el proceso que más tarda al realizarse el cálculo de cota de cada pixel de entrada. Recordemos que la densidad de puntos/pixels con cota depende de la “calidad” (escala de las imágenes de entrada) seleccionada para el trabajo
Generación de la malla sobre la nube de puntos densa
Generación de la textura sobre la malla
Terminado todo el proceso tendremos un modelo 3D preciso del terreno levantado.
Es necesario comprobar con detenimiento la calidad del resultado mediante la toma de puntos extra en campo. Es recomendable tomar varias decenas de puntos.
Ejemplo de comprobación de calidad
Armado o vectorización (Creación del plano explotable en AutoCAD)
Aunque se pueden hacer mediciones directamente sobre el Modelo, es frecuente que se vectorice y se genere un plano en AutoCAD para un manejo más liviano y sencillo. La vectorización es un proceso manual en el cual nos apoyamos en el Modelo generado para disponer polilíneas, puntos y curvas que definen el terreno y sus accidentes (líneas de rotura, etc), así como edificaciones y demás elementos en superficie.
La vectorización se puede realizar de manera natura en un software GIS como QGIS, ArcGIS o GvSIG. Existen también soluciones a medida como Virtual Surveyor que hacen la vectorización extremadamente sencilla e intuitiva.
En la siguente captura se puede ver el modelo una vez vectorizado y listo para trabajar en AutoCAD.
*Proceso realizado por cortesía de Geobit Consulting SL
Droning presenta su nuevo Dron Multirotor DE820 en Expodrónica 2015
Extracción automática de datos de olivar, mediante SIG / GIS y RPA (DRON)

References: resolución 

Resolución 
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