Cómo Hacer Topografía con Drones

Cómo Hacer Topografía con Drones

topografía con drones

Levantamiento con dron

La topografía tradicional es una ciencia que estudia la forma de representar gráficamente la superficie terrestre y todo lo que ello implica (detalles, infraestructura y cualquier objeto de interés). En la actualidad la estación total y el GPS son las herramientas más valiosas para desarrollar éstos levantamientos. Desde hace unos años ha comenzado a escucharse el uso de los Vehículos Aéreos No Tripulados, mejor conocidos como drones, para realizar levantamientos topográficos, pero al mismo tiempo surgen un montón de dudas e incertidumbres. En éste artículo te hablaremos de cuál es el procedimiento adecuado para generar productos topográficos con drones y despejaremos tus dudas al respecto.

El término adecuado para nombrar la ciencia que permite medir la superficie a través de fotografías (en este caso aéreas) es FOTOGRAMETRÍA. Es decir, con los drones no podemos hacer directamente topografía, sino que más bien tomamos fotografías sobrepuestas tanto transversal como longitudinalmente y utilizando el principio de estereoscopía podemos medir distancias y elevaciones, dado que tenemos dos o más fotografías del mismo punto pero con diferente ángulo. Las técnicas fotogramétricas han sido utilizadas ampliamente desde hace algunas décadas con fotografías tomadas desde aviones. Los drones han ayudado a economizar ésta actividad, ya que como te imaginarás, la renta de un avión implica una inversión bastante elevada. Sin embargo, serán las características del proyecto las que determinen cuál es la mejor metodología a seguir; vuelo con dron, vuelo con avión o topografía tradicional (o un complemento de ellas).

Uno de los principales obstáculos para realizar levantamientos con drones es la vegetación (a menos que se cuente con un sensor lidar) por lo cual los drones y la topografía tradicional se utilizarán siempre como complementos y no como un reemplazo una técnica de la otra.

Vamos ahora sí a describir los pasos a seguir para generar productos topográficos con drones:

1. Inspección de la zona de estudio.

Como en cualquier trabajo topográfico, es necesario que primero se haga una revisión de la zona de estudio, preferentemente con visita a campo, pero de no ser posible, con el archivo kmz montado en google earth que proporcione el cliente. Cosas importantes a considerar en este punto: la presencia de vegetación, ya que no implica el mismo trabajo realizar un levantamiento en una zona completamente despejada de vegetación que en la selva chiapaneca. Otro punto importante es la morfología del terreno, es decir, si la superficie es plana o es una sierra o un tajo o zonas con pendientes muy pronunciadas.

Topografia con drones

Inspección del área de estudio

2. Puntos de control. 
Al momento de hacer un levantamiento topográfico con drones, siempre necesitamos poner puntos de control (GPC), estos puntos nos ayudarán a orientar nuestro modelo digital de superficie a un sistema de coordenadas para poder realizar su georreferenciación y alcanzar la exactitud y precisión requeridas tanto en planimetría como en altimetría. Para poder poner estos puntos de control se necesita un sistema de GPS diferencial o RTK. En México, se deben ligar los puntos a la estación más cercana de la Red Geodésica Nacional Activa (RGNA) del INEGI.

Los puntos deben estar marcados (algunos lo hacen con cal, pintura, dianas) para que se aprecien en las imágenes aéreas.

Cosas importantes a considerar: El número de puntosLa ubicación de los puntos.
topografia con drones punto de control    levantamiento con gps, estacion total y dron
3. Planeación y ejecución del vuelo.
Existen muchas aplicaciones móviles para planear vuelos de drones, la elección de la más adecuada dependerá siempre del objetivo del proyecto y de la marca del dron. Por ejemplo, la marca más común de drones en México es probablemente DJI y una de las aplicaciones más aceptadas por los especialistas en el rubro para volar drones de esta marca es Groud Station Pro. Por otro lado  el eBee que es un dron de ala fija permite la planeación de vuelos a través de su aplicación eMotion. Otras aplicaciones muy comunes son Pix4D Capture y Drone Deploy.

Los elementos más importantes al planear un vuelo fotogramétrico de manera tradicional eran el número de líneas de vuelo, la altura de vuelo, la velocidad del avión/avioneta, el porcentaje de sobreposición de las imágenes tanto con las imágenes de su misma línea de vuelo como con las de líneas adyacentes, entre otros.
El objetivo es cubrir cada parte del terreno, por pequeña que sea, para visualizarlo de manera estereoscópica. Con los vuelos de drones, estos parámetros siguen siendo algunos de los más importantes, y a pesar de que las aplicaciones móviles de planeación de vuelos son muy flexibles, es necesario conocer el fundamento fotogramétrico que permitirá llevar a cabo un buen trabajo. 
planeación de vuelo con dron geodrones

Planeación de vuelo

Otro factor que puede influir es el tiempo, es decir las condiciones climáticas del día del vuelo. Por ejemplo, la norma de la DGAC establece que no se debe volar cuando el viento presenta velocidades mayores a los 10 m/s (se debe contar con un anemómetro para poder medirlo). La temperatura es otro factor que puede afectar de manera directa la autonomía de vuelo, disminuyéndola considerablemente.

Debemos recordar que de acuerdo con la Normativa Vigente, no podemos volar a elevaciones mayores a los 120 m. También establece que no se puede volar de noche, ni sobre aglomeraciones de personas, entre otras cosas. Actualmente los pilotos pueden tramitar su registro ante la Dirección General de Aeronáutica Civil (DGAC), que es el órgano emisor de la norma CO AV-23/10 R4 que pertenece a la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT).

Consulta aquí la Normativa actualizada.

Líneas de alta tensión, objetos que obstruyan el plan de vuelo, los permisos que pueden llegar a requerirse en ciertas zonas, entre otras cosas, son puntos importantes a considerar también. Existen aplicaciones que permiten monitorear el vuelo de aeronaves para no crear accidentes e interferir en su espacio aéreo, sin embargo, la norma establece que se debe tramitar un permiso para volar con anticipación ante la DGAC. Por ejemplo, no es lo mismo volar sobre las pirámides de Teotihuacán o sobre el Nevado de Toluca, donde constantemente hay helicópteros monitoreando la zona, que sobre una zona agrícola deshabitada. Como experiencia extrema, en Tabasco le dispararon a nuestro dron pensando que intentábamos ordeñar los ductos de Pémex.

Al momento de realizar el vuelo, es importante que se establezca la zona de despegue/aterrizaje de dron, y de ser posible que se delimite con conos de seguridad. Al centro debe colocarse de preferencia la pista de despegue. Normalmente el piloto despega de manera manual el dron, y posteriormente este comienza a realizar su recorrido planeado previamente. La aplicación dirá el tiempo aproximado en el que realizará la misión, aunque muchas veces no es muy exacto. No se debe perder nunca la visibilidad del Vehículo Aéreo No Tripulado.

 

topografia con drones geodrones

Ejecución del vuelo

4. Procesamiento de la información.
Para procesar los datos GPS se deben descargar los archivos RINEX de la estación de la RGNA a la que se ha ligado el trabajo y procesarlo mediante software especializado como GNSS Solutions. Estos puntos deberán agregarse en el proceso para poder referenciar el trabajo de la manera más precisa posible.
Un punto muy importante para procesar es el equipo de cómputo. Es necesario tener como mínimo una buena tarjeta de gráficos, un procesador potente como Core I7 y al menos 8 Gb de memoria RAM.

Para el procesamiento de las imágenes tomadas aéreas, los pasos más importantes dentro del proceso fotogramétrico son:

  • La rectificación simple, donde se pretende corregir el efecto de la inclinación de la fotografía al obtenerla y así producir una imagen a escala constante (pero aún desconocida) si el terreno u objeto fotografiado es relativamente plano.
  • Orientación Interna, donde se recupera la geometría de cada una de las tomas fotogramétricas, utilizando las marcas fiduciales.
  • Orientación Relativa, donde se crean modelos estereoscópicos y se encuentran las coordenadas de dichos modelos utilizando por lo general 6 puntos homólogos que se encuentren en el área de recubrimiento estereoscópico.
  • Aerotriangulación, consiste en la determinación de puntos en el terreno mediante métodos fotogramétricos. La principal aplicación consiste en la determinación del canevás de restitución, es decir, conseguir el suficiente número de puntos de apoyo para poder orientar absolutamente todos los pares estereoscópicos que intervengan en un proyecto cartográfico.
  • Orientación absoluta, en esta parte se da escala y se nivela el modelo estereoscópico a partir de una serie de puntos de posición conocida. Es necesario disponer de una red de puntos de partida que no es determinada obligatoriamente sobre el terreno, sino también por triangulación aérea u otro método, para poder comparar las mediciones “modelo” con los de la “realidad”.
  • Restitución, se obtienen detalles cartográficos de planimetría y altimetría para generar nuevos mapas o actualizar los existentes.

 

Algunos de los softwares más comunes o más utilizados para procesar imágenes de drones son Pix4D y Agisoft PhotoScan. Ambos permiten generar, nubes de puntos, modelos digitales de superficie, curvas de nivel, ortomosaicos, entre otros. Se debe recordar que a cualquier sistema al que se introduce información errónea, arrojará indudablemente resultados erróneos.

 

Para realizar restitución se debe hacer mediante una estación fotogramétrica como Summit Evolution que permite extraer datos vectoriales en tres dimensiones a partir de información de pares o datasets estereoscópicos. Al inicio esté proceso se realizaba de manera analógica, posteriormente evolucionó a analítica, hasta llegar a lo digital, como se hace actualmente.

 

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Procesamiento Digital Fotogramétrico

5. Formato y presentación final.
Y como último paso, resta pasar al formato que se requiera la información, ya sea para manejarla en un entorno CAD (DXF, DWG) o en Sistemas de Información Geográfica (SHP), o darle formato para imprimirlo. Recuerda que no es el dron, es el procesamiento especializado de la información, lo que hace la diferencia.

 

 

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Te dejamos también un video sobre el equipo que necesitas para realizar levantamientos con dron, complementando la información previa.