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GEOCUBA LA HABANA
Ponencia:
CARTOGRAFIA FOTOGRAMETRICA DIGITAL DE CIUDAD DE LA HABANA
A ESCALA 1:500
Autores:
Ing. Bernardino Denis Díaz Rodríguez
Ing. Sandra Haydeé González García
Ing. Ibis Alonso Suárez
Ing. Francisco Chao Mo Santana.
Temática: Fotogrametría.
1
Introducción.
Hasta nuestros días los mapas Topográficos a escala 1:500 se han confeccionado fundamentalmente
por métodos directos en campo, en pequeñas áreas, para trabajos ingenieriles muy específicos, lo
que está dado por las exigencias de precisión que se establecen para esta escala y el alto grado de
detalle en su contenido lo que hace que estos tengan un alto costo de elaboración.
Se han realizado investigaciones a partir de aplicar la Fotogrametría tradicional para la cartografía a
esta escala, no obstante los resultados no han sido totalmente satisfactorios, debido
fundamentalmente a las limitantes en cuanto a la utilización de grandes escalas de fotos que
garanticen la exactitud exigida y la necesidad de señalizar (previo al vuelo) los puntos que servirán
de apoyo durante la restitución de los originales.
En estos momentos en la Empresa GEOCUBA La Habana, se cuenta con Sistemas
Fotogramétricos Digitales de avanzada tecnología y un escáner Fotogramétrico de última
generación, con un alto poder resolutivo. La introducción de estas tecnologías, crean condiciones
adecuadas para realizar trabajos más complejos, con un nivel de productividad favorable y buena
calidad en los resultados, lo que eleva considerablemente el grado de competitividad de esta
Empresa. Por otra parte, es de gran interés para nuestra institución contar con una base cartográfica
digital actualizada a esta escala de las principales ciudades del país, que sirva de apoyo para el
desarrollo de otros trabajos, todo lo cual constituye un patrimonio muy valioso para la Empresa.
El colectivo de tecnólogos de la Agencia de Fotogrametría asumió con gran interés el desarrollo del
proyecto, realizándose los siguientes análisis:
Tecnologías y métodos.
A partir de estudiar el pliego de condiciones establecido por el cliente; donde se solicitaba un mapa
a escala 1:500, con un contenido simplificado, pues está destinado a la implementación de un
sistema de información geográfico local, para el manejo de las redes del acueducto de la Ciudad de
la Habana. El contenido solicitado es el siguiente:
Elemento
Alambrada
Muro
Tapia
Acera
Línea Eléctrica
Ríos y otras aguas
permanentes
Canal
Acequias
Autopistas y Autovías
Carreteras
Caminos
Puentes y Paso Elevado
Túnel
Vías del tren
Parcela
Geometría
Polyline
Polyline
Polyline
Polyline
Polyline
Polyline
Layer
LCBASE 01
LCBASE 02
LCBASE 03
LCBASE 04
LCBASE 05
LCBASE 07
Color
Negro
Rojo
Rojo
Rojo
Azul
Cian
Polyline
Polyline
Polyline
Polyline
Polyline
Polyline
Polyline
Polyline
Polyline
LCBASE 08
LCBASE 10
LCBASE 11
LCBASE 12
LCBASE 13
LCBASE 14
LCBASE 15
LCBASE 19
LCBASE 20
Cian
Cian
Rojo
Rojo
Rojo
Negro
Negro
Negro
Negro
No. Policía
Términos Municipal
Texto
Polyline
cerrada
LN POL
Lterm_Mu
Negro
Negro
2
Observaciones
Polyline cerrada.
Incluyen Líneas de
Costa.
Drenaje Artificiales.
División Interna de
Manzanas.
Distrito (Consejo Popular)
Topónimos de ríos
Cotas de Altimetría
Polyline
cerrada
Texto
Lterm_D1
Negro
Ltoponos
Lcot_Alt
Negro
Negro
No se solicita el dibujo de las curvas de nivel al tratarse de una zona totalmente edificada, pero si,
situar puntos con alturas en todas las intersecciones de cada calle (esquinas de las manzanas).
El resultado del trabajo se entrega en formato digital con extensión DGN, DWG o DXF para su
posterior procesamiento en Arc View GIS 3.0
Se emplearán las coordenadas planas rectangulares según la proyección conforme de Lambert para
Cuba Norte.
Dada la poca experiencia e información que se tiene en este tipo de levantamiento por métodos
fotogramétricas digitales y la complejidad de los trabajos, se acordó con el cliente evaluar de
conjunto los resultados en cuanto a la precisión alcanzada. El resultado de las primeras
investigaciones realizadas se muestra en la tabla anexa.
La zona de trabajo y área aproximada es la siguiente:
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
Total
MUNICIPIOS
Habana Vieja
Centro Habana
Plaza de la Revolución
Playa
Lisa
Marianao
Cerro
10 de Octubre
ÁREA APROX. (Ha.)
430
340
1235
2800
1936
1300
978
1220
10239
Levantamiento Aéreo.
Los parámetros del vuelo se determinaron considerando que se debían garantizar las precisiones
exigidas, así como el mayor nivel de detalles que requería el cliente, utilizando la Restitución
Fotogramétrica Digital y realizar un completamiento en campo de los elementos que no son
posible levantar en el par estereoscópico y forman parte del contenido del mapa, este
completamiento debe ser lo más ligero posible para disminuir el costo de los trabajos. La escala de
las fotografías seleccionada es de 3500. Dada la altura de vuelo se realizó un análisis de los
desplazamientos que se producen en las imágenes durante la exposición.
Este debe asegurar un desplazamiento de la imagen no superior a 0.03 mm.
En nuestro caso velocidad del avión es de W = 180 Km/Hrs, el tiempo de exposición seleccionado
es de 1/450 (0,0022 seg), entonces el desplazamiento de la imagen es de:
λ = f/H . W. t = 152/532 x 50 m/seg x 0.0022 seg. = 0.03 mm
Datos Generales del Proyecto:
Equidistancia: 0.5 m.
Método: Restitución Digital.
Equipo: Digitales (DPS) o similares.
Escala de foto: 1: 3500
Altura de Vuelo: 532.00 m.
3
Distancia focal: 152.00 mm.
Solape longitudinal 60 %
Solape transversal 30 %
Base aérea (Bx) 322 m
Distancia entre líneas (By) 563 m
Área de un modelo 18 Ha
Número del Proyecto: 0300009
Cantidad de modelos 960
Fecha del Levantamiento: Abril 2001
Usuario: Aguas Habana.
Obtención de las Imágenes Digitales.
Las imágenes digitales se obtienen a partir del escaneo de las imágenes convencionales (positivos),
directamente del rollo original en un escáner fotogramétrico Ultra Scan 5000 (Wild Australia), con
una precisión geométrica de ± 2 µ resolución que garantizan las exigencias de precisión pedida por
el cliente.
Para definir la resolución a utilizar se evaluó la incidencia que esta tiene en la precisión altimétrica
y planimétrica durante la restitución de los originales.
La precisión altimétrica en unidades de terreno se puede expresar por:
Δz = H/B . K . PR
Donde:
Δz –Incertidumbre en altitud.
H- Altura de vuelo.
B- Base Aérea
PR- Resolución (tamaño de un píxel).
K- constante adimensional que se toma entre 0,30 < K < 0,42 y expresa el grado de correlación
alcanzado en la medida del paralaje longitudinal, cuando se trabaja con imágenes procesadas en
Equipos Fotogramétricos Digitales.
En nuestro caso asumimos K = 0.36 [ 1 ].
El tamaño del píxel que garantice la precisión requerida se obtiene por:
PR = 1/K . B/H . Δz
Como error permisible de Δz se asumió el establecido 15 cm.
Considerando los parámetros del vuelo proyectado tenemos que:
PR = 1/0,36 . 322/532 . 0,15 = 0.243 m
A partir de este análisis determinamos la resolución a la cual debíamos escanear los positivos para
garantizar que un píxel no sea superior a 0.243 m en el terreno. Teniendo en cuenta que se proyecta
una escala de foto igual a 1:3500, la resolución correspondiente a una micra es igual a 0.0035 m en
el terreno, entonces tenemos que:
La mínima resolución a la cual podemos escanear = 0.243/0.0035 = 69 µ. Si lo expresamos en DPI
tenemos que:
25400/69 = 396 DPI.
Con relación a la planimetría se estableció que la magnitud de un pixel debía ser la mitad de la
precisión establecida para el mapa 0,4 mm a la escala, o sea 10 cm en el terreno. Como la escala
de fotografía es de 3500, esto corresponde a 28 µ, o sea 907 DPI. Finalmente con el objetivo de
tener un margen de seguridad en el proyecto establecimos escanear las imágenes a 1200
DPI (21 µ).
4
Creación de la Base Geodésica de Apoyo (Control Fotográfico).
La base de apoyo para georeferenciar los modelos estereoscópicos se desarrolló totalmente en
campo (sin realizar la Aerotriangulación), pues no se contaba entonces con un sistema para tal fin,
para esto se utilizó el Sistema de Posicionamiento Global ( GPS ), cumplimentando las
exigencias siguientes:
Determinación de coordenadas X,Y,Z . Sistema de coordenadas planas rectangulares Cuba Norte
según Proyección Cónica Conforme de Lambert.
Coordenadas Verticales a partir del Sistema de Alturas Siboney.
Precisión:
Planimétrica 10 cm.
Altimétrica 10 cm.
Los puntos se sitúan en el terreno o sobre el techo de edificaciones, según las características de la
Zona de trabajo.
El lugar de ubicación de los puntos será indicado directamente en campo por personal con
experiencia en el desarrollo de los trabajos Fotogramétricos.
La distancia entre puntos es aproximadamente entre 300 y 500 m.
No se hace señalización previa (antes del vuelo) de los puntos.
No se requiere ubicar (empotrar) Chapas.
La cantidad de puntos de apoyo necesarios para la orientación de los modelos estereoscópicos (no
menos de 4 puntos por modelos) y el control de la exactitud de los trabajos.
Las mediciones se realizan por el método estático relativo, con un punto base a una distancia no
mayor de 5 Km. Se desarrollan las mediciones de forma tal que existan no menos de 5 satélites, con
una configuración favorable que garantice una exactitud en las coordenadas planimétricas y
altimétrica por debajo de los 10 cm.
El trabajo de control fotográfico se desarrolló en tres etapas, estas son:
Selección de los puntos. Durante esta proceso se consideró que los puntos se identifiquen sin lugar
a duda en cada una de las fotografías, incluyendo las líneas contiguas.
Confección de los Fotocroquis. Un aspecto novedoso en el proceso tecnológico es la introducción
de fotocroquis para ubicar y puyar los puntos de apoyo, estos se confeccionan a una escala (Zoom),
semejante a la que se utiliza durante la restitución en las estaciones fotogramétricas.
Puyado y determinación de las coordenadas en campo. El puyado se desarrolla directamente en
campo sobre los fotocroquis.
Hay que significar que estos trabajos se ejecutan por personal experimentado en los trabajos
Fotogramétricos, dada la incidencia que tiene una buena selección y puyado en el desarrollo de los
trabajos posteriores.
Los resultados de los trabajos de campo se entregan en ficheros digitales donde además se incluye el
error medio cuadrático en la determinación de dichas coordenadas (e.m.c.). Una muestra de los
resultado se muestra a continuación.
Estación
X
Y
H
e.m.c
**********************************************
021201
361362.45 368836.06 1.68
0.01
021202
361704.72 368616.57 2.12
0.01
021203
361928.93 368349.18 1.55
0.01
021204
362147.21 368095.56 1.62
0.01
021205
361709.42 367866.70 3.15
0.01
021206
361961.27 367659.12 2.18
0.01
021207
361457.65 367939.69 15.23
0.01
021210
361486.96 368628.58 1.47
0.01
021213
361874.98 368057.03 1.63
0.01
Malecón
361188.15 368979.68 3.66
0.00
5
Restitución Fotogramétrica Digital.
La restitución Fotogramétrica del territorio sé realizo en las Estaciones Fotogramétricas Digitales
DPS, con un Zoom no inferior a 1:2 de forma que los elementos se levantan con una alta exactitud.
Se conserva las fichas de cada modelo fotogramétrico con los datos de la Orientación Absoluta,
indicando el número de la línea de vuelo, las imágenes que conforman el mismo, los datos de
orientación correspondientes, las coordenadas de los centros de perspectiva y los valores de los
errores residuales en los puntos de apoyo y de control, tanto en planimetría como en altimetría como
constancia de la calidad de la orientación de cada modelo y para facilitar otros trabajos que se
puedan desarrollar en la zona y requieran esa precisión, un ejemplo se muestra a continuación.
Absolute orientation results
Left photo:C:\Aguashabana\Chh-2-12.dip
Right photo:C:\Aguashabana\Chh-2-11.dip
Date 19/01/01
Time 9:07:17 AM
-----------------------------------------------------------------------------------------ID
| X, m
| Y, m
| Z, m | DX/ m | DY/ m | Stat/m
-----------------------------------------------------------------------------------------021202 368616.57 361704.72
2.12 0.093 0.018
-0.066 On
021203 368349.18 361928.93
1.55 -0.056 -0.072
0.034 On
021207 367939.69 361457.65
15.23 0.064 -0.003 -0.019 On
021205 367866.70 361709.42
3.15 -0.010 0.071 0.087 On
021213 368057.03 361874.98
1.63 -0.049 0.005 -0.091 On
-----------------------------------------------------------------------------------------Mean square deviation| 0.061 0.046 0.066
Average deviation|
0.009 0.004 -0.011
Scale 1:4978
Relative error in height is 1/10322
--------------------------------------------------------------Orientation elements
Left photo
X0, m: 368298.78
BX, m: -185.54
Y0, m: 361518.18
BY, m: 323.93
Z0, m:
686.79
BZ, m: -2.34
Alpha, deg:
-0.012296
Omega, deg: 0.360639
Kappa, deg: -30.848550
Right photo
X0, m 368113.23
Y0, m 361842.11
Z0, m
684.45
Alpha, deg: 0.526620
Omega, deg: 1.340960
Kappa, deg:
0.472098
Cada operador señaliza en el original restituido las zonas donde no pueden restituir, zonas muertas
provocadas por los edificios u otros objetos altos, así como las zonas de sombra donde no se
apreciaban con exactitud los elementos a levantar, para facilitar el trabajo de completamiento en
campo.
Completamiento.
El trabajo de Completamiento se realiza con el objetivo de situar en los originales de restitución
(edición) la parte del contenido del mapa que no es posible obtener en las Estaciones
Fotogramétricas, así como para verificar lo ya restituido en cuanto a su exactitud, correspondencia
con la realidad, características de los objetos y situar los números postales de cada construcción
6
(apartamento), como política cada operario debe realizar el completamiento de las áreas por el
restituidas.
Control de la Calidad.
Se establece un riguroso sistema de garantía de la calidad, donde cada operario autocontrola su
trabajo, los jefes de equipos controlan sistemáticamente el trabajo desarrollado por sus
subordinados, certifican los procesos intermedios y hacen el control de entrega (final) de los
trabajos que ejecuta su equipo.
Dada la característica de la escala, donde se debe respetar la posición espacial de cada elemento
restituido por el operador de las Estación Fotogramétrica, la edición persigue fundamentalmente
controlar la calidad de la restitución, así como utilizar diferentes aplicaciones para realizar la
topología acordada, realizándose los controles que garantizan al concluir el trabajo una limpieza
topología efectiva en lo que respecta a lo siguiente:
 Elementos duplicado.
 Objetos cortos adicionales no deseados en los mapas.
 Objetos que se cortan y no existe el nodo correspondiente.
 Objetos insuficientes que se deben alargar para unirse a otro objeto dado.
 Grupo de nodos cercanos que deben estar unidos en un solo nodo.
 Seudonodos (nodos en exceso) en objetos lineales.
 Pequeños objetos sueltos que sobrepasan a otro objeto en el cual deben concluir.
Conclusiones.
Conclusiones.
El levantamiento a escala 1:500, es factible por Métodos Fotogramétricos Digitales, para crear
mapas topográficos especiales donde el objetivo fundamental es la representación de los elementos
firmes del terreno, con errores medios en la posición relativa de estos elementos no superior a los
25 cm.
La productividad del trabajo se incrementa considerablemente con relación a los métodos directos
clásicos, las normas de producción considerando la restitución, la edición y el completamiento es
de aproximadamente 0.4 ha/hrs, el costo aproximado de una Ha es de $21.00 de ellos 0.31 en MLC.
Literatura Consultada.
1.
2.
3.
4.
Revista MAPPING. Edición Especial MTN 25, No.38, Mayo 1997. Pag. 34-36.
Manual de Uso del Sistema DELTA.
Manual de Uso del Sistema Micrón.
Instrucciones Para el Levantamiento Topográfico a escalas 1:5000, 1:2000, 1:1000 y
1:500.Ediciones Nedra.1973.
5. Procedimiento para la Edición de los mapas topográficos obtenidos por métodos
Fotogramétricos digitales.
6. Procedimiento para la restitución fotogramétrica de planos por métodos digitales.
7. Manual de uso del DPS DELTA y MICRON.
8. Procedimiento para la elaboración de los proyectos generales y ejecutivos.
9. Procedimiento para el control de los procesos y disciplina tecnológica.
10. Manual de Gestión Tecnológica de la Empresa.
11. Procedimiento para el aseguramiento de la calidad en la Agencia Fotogramétrica.
7
Anexo
Resultado de los controles de campo realizados.
Errores en la posición relativa de los contornos firmes del terreno
No
Mapa
Campo
Diferencia
Cuad. Dif.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
12.46
2.35
12.17
4.49
12.66
9.26
3.53
6.02
10.90
6.14
6.06
3.50
11.39
10.29
6.25
5.96
5.95
24.48
5.25
5.96
6.16
14.80
14.00
5.30
3.55
6.08
6.47
6.05
5.76
6.06
6.15
6.03
6.24
6.14
3.49
12.00
2.90
12.30
4.60
12.70
9.30
3.60
5.90
11.10
6.10
5.75
3.30
11.60
10.15
6.10
5.90
5.90
24.62
4.50
6.10
6.00
14.90
14.00
5.00
3.20
6.00
6.20
5.90
6.00
6.00
6.00
6.00
6.00
6.10
3.20
0.46
0.55
0.13
0.11
0.04
0.04
0.07
0.12
0.20
0.04
0.31
0.20
0.21
0.14
0.15
0.06
0.05
0.14
0.75
0.14
0.16
0.10
0.00
0.30
0.35
0.08
0.27
0.15
0.24
0.06
0.15
0.03
0.24
0.04
0.29
0.2116
0.3025
0.0169
0.0121
0.0016
0.0016
0.0049
0.0144
0.0400
0.0016
0.0961
0.0400
0.0441
0.0196
0.0225
0.0036
0.0025
0.0196
0.5625
0.0196
0.0256
0.0100
0.0000
0.0900
0.1225
0.0064
0.0729
0.0225
0.0576
0.0036
0.0225
0.0009
0.0576
0.0016
0.0841
suma valores absolutos de los errores....
6.37
error medio......................................
0.18
suma de los cuadrados de los errores ....................
error medio cuadratico.............................................
2.0151
0.2434
8