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LiDAR vs Fotogrametria para Topografia Aerea

Para los profesionales de la topografía y la cartografía, LiDAR y la fotogrametría han sido durante mucho tiempo herramientas necesarias del oficio. Pero los avances recientes en la tecnología de drones han cambiado la forma en que se capturan los datos para mejor.

En comparación con los levantamientos aéreos tradicionales, que se basaban casi exclusivamente en aviones tripulados, los drones ofrecen una alternativa segura, precisa y más asequible. El resultado ha sido la democratización de las soluciones topográficas. Ahora, los proyectos de agricultura, construcción, conservación, minería, reconstrucción de la escena del accidente y más pueden beneficiarse de nubes de puntos detalladas, mapas precisos y modelos 3D.

Para los topógrafos establecidos y aquellos que son nuevos en el campo, la pregunta mas común es; si trabajar con LiDAR o fotogrametría. En este artículo, lo guiaremos a través de los pros y los contras de ambos métodos. No es que uno sea simplemente mejor o deba preferirse al otro pase lo que pase. En cambio, la decisión correcta depende de la tarea específica en cuestión, las habilidades del operador en cuestión y, como siempre, el presupuesto con el que está trabajando.

 

¿Qué es LiDAR?

LiDAR es la abreviatura de “detección y alcance de luz”. Los sensores LiDAR funcionan emitiendo pulsos de luz y midiendo el tiempo que tardan en reflejarse del suelo, junto con la intensidad con la que lo hacen.

Aunque ha existido durante décadas, solo en los últimos años la tecnología LiDAR se ha vuelto lo suficientemente compacta como para integrarse en una carga útil que puede transportar un dron.

El sensor LiDAR representa solo una parte de un proceso complicado. Para recopilar los datos necesarios para construir una nube de puntos que refleje con precisión el terreno y su topografía, LiDAR incorpora otros sistemas de alta precisión: posicionamiento por satélite (datos GNSS) y una unidad de medición inercial (IMU).

Con un poco de magia de software, los vuelos LiDAR se pueden usar para construir nubes de puntos 3D y mapas de intensidad, los cuales necesitan mucha habilidad para interpretar, pero brindan datos invaluables en operaciones de minería, silvicultura, agricultura y construcción.

Los pros de LiDAR

El aspecto positivo más citado del uso de LiDAR para el mapeo es la precisión de la tecnología. Pero como una declaración independiente que no nos da mucho con qué trabajar.

Primero, es importante considerar qué significa la precisión para usted y su proyecto. ¿Está priorizando la precisión relativa o absoluta? En otras palabras, ¿le preocupa que su producto final sea preciso en términos de sus características en relación con los demás, o sus características en relación con su lugar en el mundo?

LiDAR es el camino a seguir para lograr una precisión absoluta y, por lo general, es la mejor opción cuando el objetivo es un modelo realista de tierra desnuda. Eso se debe a que es el mejor método para contabilizar la elevación, la vegetación y las condiciones actuales.

La integración de LiDAR con datos GNSS y el hecho de que se trata de una medición directa (que dispara miles de pulsos láser desde arriba) garantizan que su mapa del terreno digital final tenga una precisión vertical extrema.

Las complicaciones topográficas no solo vienen en forma de ondulaciones del terreno. La vegetación también puede impedir que los métodos topográficos basados ​​en fotografías obtengan datos granulares a nivel del suelo.

Los pulsos de luz de LiDAR penetran los espacios entre las hojas y las ramas, alcanzando el suelo debajo y mejorando la precisión de las mediciones.

LiDAR también es preferible si las condiciones de luz de su lugar de trabajo son inconsistentes. Si desea realizar estudios nocturnos o misiones de baja visibilidad, LiDAR puede manejar la tarea sin necesidad de una fuente de luz externa.

Por último, LiDAR le permite capturar detalles de pequeño diámetro. Un gran ejemplo de esto son los cables de alimentación. Gracias al muestreo puntual de alta densidad y al método de medición directa, puede utilizar LiDAR para mapear con precisión la catenaria del cable.

Los contras de LiDAR

El desafío más obvio que conlleva trabajar con LiDAR es su costo. Debido a la mayor complejidad operativa (y la necesidad de componentes y sensores más sofisticados), puede gastar fácilmente cientos de miles de dólares en una solución topográfica completa.

Esta complejidad también amplía su margen de error y aumenta la dependencia de un profesional experimentado. Con múltiples sensores e información a la que no se puede acceder fácilmente sin una buena cantidad de procesamiento, extraer los datos que necesita no es sencillo.

También es importante tener en cuenta que, tradicionalmente, los sensores LiDAR han sido más voluminosos que las cámaras simples. Dado que los drones se están volviendo cada vez más populares para la topografía aérea, la necesidad de un dron más grande para manejar una carga útil más pesada puede sumarse a un gasto ya significativo.

La última desventaja de elegir LiDAR es posiblemente su mayor fortaleza: el hecho de que es la mejor herramienta para el trabajo en situaciones muy específicas. Para muchas aplicaciones, la fotogrametría regular será suficiente. Esta es una tendencia que está cobrando impulso a medida que mejora el software de procesamiento de imágenes.

¿Qué es la fotogrametría?

En pocas palabras, la fotogrametría es una forma de medir distancias utilizando fotografías. Estas fotografías se procesan utilizando software especializado para generar modelos precisos y realistas del mundo.

Los mapas ortomosaicos y los modelos 3D tienen una variedad de aplicaciones, desde la planificación de la construcción y la gestión de proyectos en curso hasta usarse como material de marketing.

La cantidad de imágenes que necesita para una fotogrametría eficaz puede oscilar entre cientos y miles. Todo depende del tamaño del sitio en cuestión y de la profundidad y precisión que desee lograr.

Los pilotos de drones tendrán que determinar la altitud de vuelo óptima para obtener la distancia de muestra de tierra necesaria. También tendrá que configurar una superposición en cada imagen para asegurarse de que su software pueda unir sus imágenes sin problemas.

Los pros de la fotogrametría

El principal beneficio de trabajar con fotogrametría es su accesibilidad. El auge de la tecnología de drones y el software de mapeo ha simplificado los flujos de trabajo y ha puesto mapas precisos y modelos 3D al alcance de cualquier organización con un dron con cámara decente.

Aparte de la calibración de la cámara, la planificación básica del vuelo y el trazado de los puntos de control en tierra, llevar a cabo una misión de mapeo y convertir esos datos en algo útil es relativamente sencillo. Existen innumerables escenarios en los que este proceso produce resultados tangibles, en industrias tan variadas como la construcción, la conservación, la minería y la agricultura.

Es importante destacar que los resultados también son accesibles. Los mapas y modelos con características y colores reconocibles son instantáneamente intuitivos, lo que los convierte en una excelente herramienta de colaboración y algo con lo que las partes interesadas pueden trabajar sin perder demasiado tiempo manipulando los datos.

Otra gran parte del atractivo de la fotogrametría es lo asequible que es. Como mencionamos, comenzar significa invertir unos pocos miles de dólares en un dron con cámara profesional y mucho menos en el software que necesitará para procesar sus datos.

Finalmente, la fotogrametría ofrece un enfoque más flexible. Dependiendo de la tarea en cuestión, puede tener más control sobre la compensación entre la velocidad, la altitud y la precisión de la misión.

Los contras de la fotogrametría

Hay algunas desventajas de los métodos de topografía basados ​​en fotogrametría.

La primera es que la precisión de sus mapas y modelos depende en gran medida de la calidad de la cámara de su dron y del dron en sí.

El tamaño del sensor, la apertura, la resolución y la distancia focal impactan la distancia de muestra del suelo (GSD) junto con la altitud a la que está volando. Además de eso, tendrá dificultades para producir resultados con absoluta precisión sin varios puntos de control terrestre o un dron habilitado para RTK o PPK.

El segundo desafío al que se enfrentan sus ambiciones de fotogrametría es el clima. O, para ser más específicos, las condiciones de luz. La oscuridad, la nubosidad, el polvo y más pueden afectar negativamente la calidad de los resultados de su levantamiento.

Cuando se trata del procesamiento de datos, solo puede medir lo que puede ver con claridad. Esto significa que los vuelos con visibilidad limitada, ya sea debido a la vegetación, las sombras o la hora del día, producirán menos puntos terrestres y mapas y modelos menos precisos.

Cuándo elegir LiDAR

Se recomienda LiDAR si está mapeando un terreno complejo con un alto porcentaje de cobertura de vegetación. Debido a sus mediciones directas que penetran entre hojas, ramas y árboles, puede construir nubes de puntos topográficos precisos con los datos resultantes.

La tecnología también es ideal para medir con precisión objetos como cables, que generalmente son demasiado delgados para ser reconocidos por cualquier otro método.

LiDAR también debe ser su método de elección si la tarea topográfica en cuestión exige precisión por encima de todo. Aunque esto no está exento de desafíos, que se presentan en forma de costo y la experiencia necesaria para dar vida a los datos.

Elija LiDAR para:

  • Mapeo de terrenos de difícil acceso, complejos y cubiertos de vegetación
  • Captura de detalles en estructuras delgadas, como líneas eléctricas o bordes de techos

• Proyectos donde el detalle y la precisión son las prioridades

Cuándo elegir la fotogrametría

La asequibilidad de la fotogrametría la convierte en una opción preferible para aquellos que son nuevos en la topografía con drones. Aunque ser más barato que LiDAR no es su único beneficio.

De hecho, muchas aplicaciones estarían mejor atendidas con la fotogrametría. Este es particularmente el caso cuando desea trabajar en planos usando mapas ortomosaicos, colaborar usando modelos 3D o proporcionar actualizaciones accesibles del progreso del proyecto por un costo relativamente pequeño.

Elija fotogrametría para:

• Mapeos ricos en contexto que son accesibles y requieren un posprocesamiento y experiencia mínimos

• Mapas y modelos fáciles de entender para ojos inexpertos

• Conjuntos de datos que necesitan una evaluación visual

LiDAR vs fotogrametría: ¿cuál es más precisa?

Al igual que las nubes de puntos de color verdadero hechas por el DJI L1, la respuesta aquí no es tan simple como el blanco y negro.

LiDAR tiende a producir escaneos con mayor detalle y precisión en comparación con la fotogrametría. Además, debido a que puede funcionar bien a pesar de los desafíos ambientales – piense en poca luz o mucha vegetación – es ideal para escenarios en los que se valora la precisión por encima de todo lo demás.

Las nubes de puntos LiDAR pueden ser increíblemente granulares, con hasta 500 puntos por metro cuadrado y una precisión de elevación vertical de menos de tres centímetros. Con una alta densidad de puntos de datos viene un conjunto de datos más robusto, que a su vez le da más versatilidad a la hora de procesar sus hallazgos.

Eso no quiere decir que la fotogrametría sea inherentemente inexacta. Si su terreno es relativamente simple y está libre de vegetación densa, aún puede crear mapas y modelos altamente detallados, especialmente si también está utilizando un módulo de posicionamiento RTK.

LiDAR vs Fotogrametría: Los datos

LiDAR y fotogrametría son métodos fundamentalmente diferentes de recopilación de datos.

Con LiDAR terminas con miles de puntos de datos que forman una nube de puntos 3D que describe el terreno en cuestión. Deberá incorporar el color de conjuntos de datos independientes para convertirlo en algo visualmente accesible.

Con la fotogrametría, terminas con cientos o miles de imágenes que tienen que ser procesadas y cosidas para producir algo de valor: ya sea una nube de puntos 3D, un mapa o un modelo navegable.

El procesamiento LiDAR basado en la nube no es tan frecuente ni accesible como el software de fotogrametría basado en la nube. Lo que significa que tendrá que tener un especialista en el sitio que pueda convertir esos datos sin procesar en algo procesable, junto con el software correcto.

Soluciones de fotogrametría de DJI

Phantom 4 RTK

El Phantom 4 RTK ofrece a los topógrafos profesionales un equilibrio ideal de precio, precisión y accesibilidad.

Con su sensor cinético en tiempo real (RTK) incorporado, las fotos se geoetiqueta automáticamente y se corrigen contra los puntos de control del suelo con una precisión a nivel de centímetro.

El Phantom 4 RTK representa una inversión introductoria inteligente sin importar sus necesidades de topografía.

https://www.geosysteming.com/producto/phantom-4-pro-rtk/

Matrice 300 RTK + P1

Este combo es la solución de fotogrametría insignia de DJI. El P1 es una carga útil de fotogrametría avanzada con un sensor de fotograma completo y lentes de enfoque fijo intercambiables. Un obturador mecánico global y características de software que incluyen Smart Oblique Capture lo hacen ideal para vuelos de fotogrametría a gran escala. Apalancado por el M300 RTK, el P1 permite a los topógrafos cubrir 3 km2 en un solo vuelo y lograr resultados de 3 cm horizontalmente / 5 cm verticalmente precisos sin GCP.

https://www.geosysteming.com/producto/zenmuse-p1/

Matrice 300 RTK + L1

El L1 alberga un módulo Livox  LiDAR, una IMU de alta precisión y una cámara con un CMOS de 1 pulgada en un cardán estabilizado de 3 ejes. Con una precisión vertical de 5 cm y una precisión horizontal de 10 cm, y la capacidad de cubrir 2 km2 en un solo vuelo, el M300 RTK, el L1 y el DJI Terra juntos forman una solución de topografía integral que ofrece datos 3D, detalles de estructuras complejas y reconstrucciones visuales precisas.

Obtenga más información sobre las soluciones de topografía de DJI https://www.geosysteming.com/etiqueta-producto/dji/

Reflexiones finales

Evaluar LiDAR y fotogrametría como dos métodos de captura de datos que compiten no es el enfoque más instructivo. Como hemos mencionado, no es que uno sea necesariamente mejor que el otro. En última instancia, es la tarea en cuestión la que determinará la mejor solución.

Si el contraste, la iluminación, el sujeto y las condiciones están a su favor, la fotogrametría es probablemente más que adecuada para el trabajo. Pero para proyectos de mapeo desafiantes donde la precisión de la elevación, las estructuras complejas o el terreno parcialmente envuelto están involucrados, LiDAR es probablemente el camino a seguir.

Por supuesto, el costo y la experiencia de su equipo también jugarán un papel importante en cualquier decisión entre los dos. Aunque las últimas cargas útiles de DJI, el P1 y el L1 son testimonios de la creciente asequibilidad y accesibilidad de la tecnología a la topografía.

En última instancia, los profesionales en el campo tendrán que ser expertos en el uso de ambas tecnologías a medida que los drones que las transportan se vuelven más sofisticados.

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