sábado, 27 de junio de 2015

Fotogrametría con vehículos aéreos no tripulados para mantenimiento y actualización de datos catastrales

Un vehículo aéreo no tripulado (VANT), más conocido como drone, es aquel que vuela sin necesidad de un piloto humano y que tiene como características principales su portabilidad y tamaño reducido.

Tratándose de equipos que vuelan en forma autónoma, disponen de una estación de control para pilotear la plataforma utilizando un enlace de radio. Todos los sistemas vienen provistos con una cámara convencional para aficionados o semiprofesional (aunque pueden incluir otros sensores), un receptor GPS y un sistema de navegación inercial para determinar la trayectoria de las plataformas, conducirlas sobre las líneas de vuelo planificadas y calcular la orientación externa de la cámara en el instante de cada toma, datos indispensables para ajustar los bloques de fotografías.


Plataformas

En cuanto a las plataformas, las hay de dos tipos: aviones de alas fijas y multirotores. Las diferencias principales entre ambas radican en que para los mini aviones es necesaria un área de despegue y aterrizaje libre de obstáculos, en tanto que para los multirotores no porque pueden ascender y descender verticalmente. Por otro lado, los aviones de alas fijas al poder volar a mayores altitudes permiten relevar áreas de mayor tamaño frente a las plataformas multirotor.



Avión de ala fija
Multirotor


Planificación y vuelo

La planificación del levantamiento es el paso más importante en la captura de datos, en la que intervienen variables como:

  • el acceso a la zona de trabajo y la determinación de los sitios de despegue y aterrizaje de la plataforma;
  • el tamaño del píxel que condiciona la altura de vuelo;
  • los porcentajes de superposición longitudinal y transversal de las fotos;
  • el área de cobertura del vuelo; y
  • la definición de la cantidad, distribución y emplazamiento de los puntos de apoyo en el terreno, su preseñalización y medición, siendo esta tarea necesaria en aquellos casos en que se requieran productos finales vinculados a un marco de referencia geodésico específico.

Respecto a la altura de vuelo cabe observar que para aquellas que se planifiquen por debajo de los 100 metros es importante inspeccionar en el terreno la presencia de estructuras elevadas como torres de líneas eléctricas de alta tensión, torres de comunicaciones, etc.

Sobre los puntos de apoyo, lo ideal es que sean marcados inmediatamente antes del vuelo, colocando señales de formas apropiadas en los casos de no disponer de suficiente cantidad de detalles que puedan identificarse en las fotos. En cualquier caso, en estos puntos deben determinarse sus coordenadas precisas en base a un levantamiento GPS diferencial y su exactitud, como regla general, debe ser equivalente a 1/3 del tamaño del píxel. 

Cabe señalar que algunos fabricantes han incorporado a sus equipos sistemas de posicionamiento cinemático en tiempo real (RTK) como una manera de mejorar la exactitud posicional de los datos de imagen capturados, lo cual evita la necesidad de medir puntos de control en el terreno para apoyar los vuelos o reducirlos a un mínimo indispensable. 

En base a la citada planificación, los sistemas comerciales ultralivianos incluyen dentro del suministro programas que permiten generar automáticamente las rutas de vuelo y las posiciones que corresponden a cada centro de toma de la imagen o foto (waypoints). Luego, dichos datos deben ser almacenados para realizar el vuelo en forma automatizada, lo que permite además realizar un control de calidad post vuelo, comparando la cobertura, waypoints  y trayectorias calculadas con las efectivamente realizadas.


Procesamiento y productos finales

El procesamiento del conjunto de imágenes capturadas en el vuelo se realiza en dos pasos, el primero es una triangulación aérea automatizada que crea una malla densa de puntos homólogos superabundantes conectados y luego se realiza el ajuste del bloque completo de imágenes, que difiere de su homólogo en la fotogrametría convencional, en ser capaz no solo de resolver, sino además de optimizar los datos de orientación o calibración externa e interna, en base a un sistema superdimensionado. Finalmente, son generados los datos de calibración que formarán la base de los resultados finales. Con la nube de puntos calculados se determina el modelo digital de superficie (MDS) a partir del cual son creados los mosaicos proyectando las imágenes sobre el referido modelo.

El producto final más característico de estos vuelos son los mosaicos ortorectificados, a partir de los cuales se pueden extraer como vectores  (punto, línea, polígono) los objetos de nuestro interés digitalizando sobre las imágenes para incorporarlos a un sistema de información territorial.

 Ortofoto resultante de un vuelo. Fuente: Cielito Drone, http://www.cielitodrone.com/

Si se combina la ortofoto con el MDS, podemos disponer de una representación del terreno en tres dimensiones, sobre la cual podemos navegar y visualizar desde diferentes puntos de vista, sirviendo de apoyo para realizar mediciones sobre el modelo como si recorriéramos el terreno levantando puntos con una estación total o receptor GPS. Además, la representación 3D permite la detección mucho más fácil de los elementos a levantar que la fotogrametría convencional.


Exactitudes

La exactitud en la cartografía generada es equivalente a 1,5 píxel en planimetría y 2 píxeles en altimetría, por lo que si el píxel es de 10 cm., en planimetría tendremos una exactitud de 15 cm. y en altimetría de 20 cm. Los controles para evaluar la exactitud posicional de los productos finales deben efectuarse a partir de una fuente de datos de mayor exactitud, en estos casos, provenientes de un levantamiento GPS diferencial. A tal fin, deben tomarse detalles perfectamente identificables en las fotos y en el terreno, siendo los puntos de control determinados como un conjunto de datos independiente, es decir que no hayan sido utilizados en el apoyo de campo para el procesamiento de las imágenes.


Regulaciones en el uso de VANT

A instancias de una recomendación de la Organización de Aviación Civil Internacional, que pidió que los países que dicten una normativa transitoria mientras el organismo redacta una norma internacional para 2018, la Administración Nacional de Aviación Civil (ANAC) de Argentina tiene en preparación un proyecto para regular el uso de los VANT, habida cuenta que los usos civiles se han incrementado notoriamente en los últimos años. Las normas en materia de tránsito aéreo tienden a evitar la peligrosidad de los vuelos para las personas, los bienes y la infraestructura. La privacidad es otro aspecto que debe ser tenido en cuenta, al respecto la Dirección Nacional de Protección de Datos Personales ha sacado la Disposición N°20/2015.


Contexto de uso y perspectivas

Para aplicaciones catastrales como en muchas otras áreas, los VANT o drones no han venido a reemplazar a otras técnicas de levantamiento sino a complementarlas. Si bien sus usos prácticos son incipientes, esta herramienta permite alcanzar objetivos de trabajo en zonas focalizadas más que en áreas extensas aunque con la más alta resolución, y sin tener que esperar el tiempo que demanda gestionar y contratar un vuelo fotogramétrico tradicional o una toma nueva de imagen satelital de alta resolución.

A modo de ejemplo, mostramos a continuación el área de cobertura por vuelo aproximada que es posible cubrir con el sistema Trimble UX5 considerando un 65% de superposición longitudinal:

Tamaño de píxel sobre el terreno
(en cm.)
Altura media sobre el terreno (en mts.)
Cobertura
(en has.)
20
625
1600
10
312
784
5
155
324

Pero una de las ventajas más importantes que ofrece la tecnología VANT, es ser una opción simple y rápida para capturar datos espaciales en el momento en que son necesarios, dada su baja dependencia de las economías de escala, ofreciendo oportunidades muy interesantes para el mantenimiento y/o actualización de datos catastrales de manera muy rápida, con calidad, flexibilidad y a bajo costo.

En nuestro país se ha podido observar que en provincias como las de Buenos Aires, Mendoza y Tucumán, ya tienen a disposición esta herramienta que esta siendo utilizada principalmente para la detección y relevamiento de obras no declaradas, pero además con esta tecnología las organizaciones catastrales están en condiciones de:

  • mejorar la calidad de sus conjuntos de datos aprovechando la alta resolución que ofrecen los productos finales como los mosaicos ortofotográficos;
  • realizar levantamientos a demanda, es decir cuando son necesarios, por ejemplo ante eventos climáticos o naturales que requieren operaciones de emergencia para capturar información del terreno para combinar con los datos catastrales existentes; y
  • realizar en forma periódica un monitoreo de las zonas periurbanas o de mayor crecimiento en las ciudades, que no solo es una forma de hacer mantenimiento continuo sino que asimismo representa una contribución al control urbanístico.


Fuentes consultadas:

Lemmens, Mathias (2014). UAS for Mapping. En revista GIM International, número especial sobre Sistemas Aéreos no Tripulados, págs. 12 a 18.

Op´t Eyndt, Tom & Volkmann, Walter (2013). UAS as a Tool for Surveyors. En revista GIM International Vol.27 – Abril de 2013, págs. 20 a 25.

Télam (2014). La ANAC trabaja en un proyecto para regular el uso civil de drones,  http://www.telam.com.ar/notas/201409/79168-dron-drones-regulacion-aviones-no-tripulados.html


Trimble (2015), http://uas.trimble.com/

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