Los drones, herramienta de apoyo en los levantamientos topográficos en obras de ingeniería

La topografía aplicada a obras civiles tradicionalmente ha representado la solución cuando por exigencias de precisión y detalle se requieren planos con escalas mayores a 1:1.000. 

Los diferentes tipos de mapas topográficos a ser producidos pueden ser de replanteo, de diseño ó modificación de obra, cálculos de movimientos de tierra ó de volumen, de uso legal como adquisición, venta, etc de terreno, entre otros. 

Específicamente, para la creación de los mapas de diseño y modificación de obras, calculo de movimientos de tierra así como de replanteo de obras, el uso de drones representa un extraordinario apoyo  ya que en poco tiempo y con un costo relativamente inferior a un levantamiento topográfico, es posible obtener productos geoespaciales de gran precisión y contenido. 

Sin embargo, como en todo escenario que se quiera utilizar una tecnología nueva es conveniente revisar la base teórica en que se fundamenta los procesos, las especificaciones técnicas de los instrumentos y las soluciones que ofrece el software a utilizar.

Como caso de estudio se presenta aquí la experiencia en la generación de planos topográficos de un área de 46 Ha. a partir de las fotografías tomadas desde un dron, de un distribuidor que forma parte de un sistema vial que será modificado.

 

BASES TEÓRICAS

• Levantamiento fotogramétrico
• Control Terrestre
• Aerotriangulacion fotogramétrica
• Autocorrelación digital de imágenes
• Restitución fotogramétrica
• Ortocorrección

INSTRUMENTOS

• Dron Phantom II Vision +
• GPS Diferencial
• Estación Total

RESULTADOS

• Planimetría

                  Vialidad               
                  Hidrografía
                  Elementos de construcción

• Altimetría

                  Se generaron curvas de nivel con un intervalo de 1 m.
                  Modelo Digital de Elevación (Con las estructuras de los puentes)
                  Modelo Digital del Terreno 

• Imágenes

                  730 Fotografías
                  Ortofotos
                  Vistas en perspectivas

ESPECIFICACIONES:

• Control Terrestre: 

                       12 puntos medidos con GPS Diferencial con residuales menores a 2 cm

• Aerotriangulación:

                  Se procesaron 1/3 de las fotografías

                        Error X (cm): 2.9

                        Error Y (cm): 0.4

                        Error Z (cm): 10.2

                        Error general (cm): 11.0 

• Ortofoto:

                  Resolución: 7.5 cm/pixel

• Modelo Digital de Elevación:

                  Resolución: 25 cm/pixel
                       Nube de puntos: 15.39 ptos/m2

VALIDACIÓN EN CAMPO: 

Se seleccionó un área de evaluación de 3 Ha. en donde se realizaron mediciones de 117 puntos con una estación total, obteniendo los siguientes resultados en las comparaciones en altura:

                              Promedio: -0.057 m
                                        Desviación Standard: 0.354 m

Equipo:
Ing. Geod: Julián García
Ing. Geod: Adriana Da Ruiz (SIBRIDAR, CA)
Ing. Geod: Luis Briceño (SIBRIDAR, CA)
Ing. Geod: Maritza Rivas

Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución 4.0 Internacional.

Uso de drones para la actualización cartográfica

Embarcadero La Pérgola,
Higuerote, Estado Miranda, Venezuela

Cuando necesitamos actualizar la cartografía a escalas de gran detalle para la planificación urbana ó para el seguimiento de obras, siempre podemos contar con vuelos aéreos o imágenes de satélite de alta resolución. Nos surgirá entonces la pregunta de cuál alternativa escoger. En este punto debemos analizar las características que más pueden influir en los costos de adquisición y procesamiento para obtener los productos que necesitamos. Entre estas características tendremos por ejemplo; escala de los productos finales, periodicidad de tomas en casos de seguimiento, dimensiones del área, etc.

Una vez definidas estas variables podremos indagar en cuanto a la inversión que se necesitará realizar, evaluando si la relación costo beneficio de los productos esperados sea adecuada a nuestras finanzas.

Hasta ahora las alternativas disponibles se centraban en imágenes de satélite de alta resolución y vuelos fotogramétricos. Sin embargo con el desarrollo de tecnologías que mejoraron significativamente las características de navegación de drones, su versatilidad en cuanto a instalar dispositivos de captura de imágenes y su precio relativamente económico, contamos con otra alternativa que nos permite realizar cartografía con unas excelentes prestaciones en cuanto a escala y periodicidad de adquisición y viene a complementar un rango de escalas no habituales para el área de la fotogrametría aunque colindantes ya con las utilizadas en el área de la topografía clásica.

En cuanto a la utilización de los drones, de manera general existen dos alternativas para el uso de dispositivos de captura; en primer lugar drones con cámaras incorporadas y en segundo lugar, aquellos que ofrecen la posibilidad de instalar cámaras de gran formato. En el primer caso las cámaras disponen de una resolución media y un sistema óptico orientado a usos deportivos de focal pequeña como las GoPro y formato pequeño, mientras que en el segundo caso podemos utilizar cámaras de gran formato de hasta 36 megapíxeles y una óptica profesional de lentes intercambiables que nos permiten la selección de una focal adecuada. En ambos casos tendremos que considerar una calibración rigurosa de la cámara antes de cada vuelo.

Al momento de seleccionar altura de vuelo, focal, tamaño de píxel y escala de toma, tenemos que considerar, como se ilustra en los siguientes gráficos, sus relaciones entre ellos para luego poder definir área a cubrir por cada toma, solape, intervalo de toma, rendimientos, etc.

El gráfico y la tabla presentan los datos nominales de algunas cámaras estándar en comparación con una fotogramétrica.

Sin embargo, aunque podemos señalar las ventajas que ofrecen los drones para la actualización de cartografía a escalas grandes y con una frecuencia alta de toma, cuando las extensiones de las áreas a cubrir sean  grandes los vuelos aéreos convencionales ó imágenes de satélite de alta resolución vuelven a presentarse entre las opciones con grandes ventajas.

Julián García

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