UNIVERSIDAD CATÓLICA DE LA SANTÍSIMA CONCEPCIÓN INSTITUTO TECNOLÓGICO RAMO:TOPOGRAFIA. INFORME: INSTRUMENTO DE MEDICION DRON. Integrantes: LEONIDAS CORDOVA VALLEJOS. MAGDIEL TOLOZA JORQUERA. SECCION 41 PROFESOR GUÍA:ROBINSON CAÑETE, CHILE MAYO 2020 . . TABLA DE CONTENIDOS Pág. INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 1 I. II. OBJETIVOS ............................................................................................................. 2 III. DESARROLLO. ................................................................................................ 3 3.1. Aplicaciones ........................................................................................................ 3 3.2. Tipos de drones según su uso .............................................................................. 3 3.2.1. Drones de uso civil ....................................................................................... 3 3.2.2. Drones de uso militar ................................................................................... 4 3.2.3. De Uso Topográfico: .................................................................................... 5 Drones de ala fija.............................................................................................................. 5 Drones de ala rotatoria .................................................................................................... 6 3.3. Como funciona: ................................................................................................... 7 3.4. IV. Medición, calidad y precisión ........................................................................... 11 CONCLUSIONES. .......................................................................................... 17 ii iii I. INTRODUCCIÓN Los drones han supuesto una revolución en el trabajo topográfico. En primer lugar por la importante reducción de costes que suponen. Esto ha permitido, que proyectos que no eran viables por su elevado coste hoy se puedan realizar sin problemas. Y no estamos hablando solo de los costes económicos o de personal, también de tiempo. Por ejemplo, examinar un terreno podía costar días o semanas dependiendo de su extensión. Hoy en día con un dron en menos de una hora puedes examinar unas cien hectáreas, con lo que el avance es muy importante. Esta tecnología además permite capturar un mayor número de puntos para realizar planimetrías. El levantamiento topográfico que se consigue con ellos aporta mucha más información gráfica y real que un levantamiento topográfico tradicional, gracias a sus cámaras de última generación. Y como con un dron se puede llegar a zonas de difícil acceso o incluso inaccesibles, se amplía el conocimiento del lugar y de los alrededores, con lo que conseguimos mayor información. Además así se consiguen evitar riesgos innecesarios para el topógrafo, porque no tienen que ir por zonas de difícil acceso debido a la geografía del terreno, ni por zonas altamente contaminadas ni peligrosas 1 II. OBJETIVOS Objetivo general. Conocer las características de los drones y su utilidad en la topografía. Objetivos específicos. A) Identificar y conocer los procesos sobre la Etapas Constructivas Observadas. B) Recopilar Información de rendimientos asociados en cada una de las Etapas Constructivas Observadas. C) Conocer la percepción y la respectiva experiencia de los integrantes de la constructora en los procesos constructivos. D) Analizar la información levantada con el fin de aportar con los rendimientos para mi futura vida laboral. 2 III. DESARROLLO. 3.1. Aplicaciones Gracias a la fotogrametría y el uso topográfico, las aplicaciones inmediatas para la minería serían: • Topografía inicial y de reconocimiento de los terrenos en fase de investigación. • Cálculo de reservas. • Modelado 3D para el diseño tanto de explotación como de restauración de la mina. • Cálculo de movimientos de tierras, tanto a futuro como en tiempo real. • Cubicación de acopios y reservas en tiempo real. • Confección de planes de labores. • Cálculo de pendientes. • Conocimiento hidrológico y zonas inundables. 3.2. Tipos de drones según su uso La primera clasificación que podemos hacer es en función de su uso. En este sentido hay que saber que sus primeros usos fueron en aplicaciones dentro del entorno militar, pero con el paso del tiempo se ha ido extendiendo al uso civil o comercial. Por lo tanto, podríamos diferenciar dos tipos según su uso, drones de uso militar y de uso civil. 3.2.1. Drones de uso civil Ahora bien, dentro del uso civil se pueden diferenciar otros muchos usos, desde juguetes hasta aquellos utilizados para un uso comercial como la medida de terrenos o exploración de espacios inaccesibles, realización de reportajes fotográficos y vídeo, etc. 3 Existen por lo tanto drones de uso infantil, pensados para un vuelo en interiores y de fácil manejo para los más pequeños y que además, cuentan con un precio bastante asequible. Para adultos y aquellos que ya muestran algo más de experiencia o interés por este tipo de aparatos, el siguiente salto son los drones de uso amateur. 3.2.2. Drones de uso militar Como hemos mencionado anteriormente, los primeros nacieron para un uso militar y a día de hoy siguen usándose para muchas tareas en este ámbito. Concretamente, en este entorno son conocidos comúnmente como UCAV, que son las siglas de Unmanned Combat Air Vehicle. Si lo traducimos a nuestro idioma diríamos que se les denomina aviones no tripulados de combate. 4 3.2.3. De Uso Topográfico: SE DIVIDEN EN 2 GRUPOS :ala fija y ala rotatoria Existen diferentes tipos de clasificaciones de los RPAs pero vamos a centrarnos exclusivamente en los tipos de drones en función de su tipo de sustentación. Así, tenemos drones de ala fija y drones de ala rotatoria. Drones de ala fija Los drones de ala fija son aeronaves que poseen un perfil alar que permite que la aeronave pueda moverse a través del aire y sea capaz de generar fuerzas sustentadoras para mantenerse en el aire. Este tipo de drones tienen una estética muy similar a los aeromodelos de radiocontrol. La principal característica de este tipo de drones es la gran autonomía que nos ofrecen ya que pueden estar volando varias horas gracias a su eficiencia aerodinámica. Los drones de ala fija son ideales para mapear grandes superficies de terreno ya que con una única batería se cubren grandes extensiones de terreno. Por este motivo son drones muy utilizados en trabajos de agricultura de precisión y de fotogrametría. 5 A diferencia de los drones de ala rotatoria, con este tipo de drones no es posible realizar vuelos estacionarios. Por tanto, no podremos realizar trabajos que requieran que el drone este volando fijo a una altura determinada como pueden ser, por ejemplo, los trabajos de inspección. Otra particularidad de este tipo de drones es que no pueden despegar ni aterrizar en vertical. Para el despegue de un drone de ala fija necesitaremos una persona que se encargue de lanzarlo a mano o disponer directamente de una catapulta. La gran mayoría de los drones de ala fija actuales ya son capaces de realizar aterrizajes de forma autónoma pero hay que tener en cuenta que se necesita una superficie lo suficientemente grande y en buen estado para que el drone no sufra ningún percance. Drones de ala rotatoria Los drones de ala rotatoria, o más conocidos como multirrotores, son lo tipos de dron más extendidos y más utilizados por los profesionales del sector. Si bien es cierto que existen otros tipos de drones de ala rotatoria, solamente vamos a analizar los multirrotores por ser los drones más comunes del mercado. 6 La principal diferencia de los multirrotores con respecto a los drones de ala fija radica en la forma en la que consiguen mantenerse en el aire. Mientras que los drones de ala fija consiguen la sustentación a través de su perfil alar, los multirrotores generan la sustentación a través de las fuerzas que generan las hélices de sus rotores. Según el número rotores que monte el drone existen: tricópteros (3 motores), cuadricópteros (4 motores), hexacópteros (6 motores) y octacópteros (8 motores). 3.3. Como funciona: El rol del drone en el trabajo de levantamientos topográficos es el de adquirir la data del campo mediante la toma georreferenciada de fotografías aéreas verticales consecutivas y homogéneas que se traslapan entre ellas a fin de crear pares estereoscópicos entre las fotos. 7 Luego las imágenes son procesadas por software especializado que, tomando la información de calibración de la cámara, el punto donde se tomó la foto y las coincidencias entre las múltiples fotos, interpreta y genera la nube de puntos georeferenciada de la superficie del terreno sobrevolado. El efecto final es similar al de un escáner de superficie laser, con el complemento de la información del color en cada punto, lo que permite obtener a la vez tanto la malla como la textura de la superficie. 8 La nube de puntos es similar a los puntos que se toman en el terreno para un levantamiento manual, con la diferencia de la densidad del muestreo. En grandes extensiones la densidad manual puede llegar a cuadriculas de 25, 50 y más metros. En el escaneo con dron esta misma cuadricula de puntos se reduce a solo centímetros, creando un modelo de la superficie totalmente detallado. A partir de la nube de puntos se puede reconstruir y texturizar la malla del terreno, que no es otra cosa que la superficie del terreno digitalizada. A partir de esta malla es posible generar cortes y curvas de nivel, medir volúmenes y realizar todos los trabajos necesarios, bien sea en software de ingeniería o GIS 9 Escaneado autónomo de topografía compleja siguiendo la superficie del terreno. Topografía completa generada de los vuelos mostrados en la lámina anterior. 3,500 hectáreas cubiertas a 8 cm/pixel. Las fotografías aéreas son el insumo básico para la creación de la nube de puntos y por lo tanto depende de su calidad y precisión el correcto resultado de todos los sucesivos pasos. 10 3.4. Medición, calidad y precisión 1.-La resolución se expresa en pixeles/cm y representa el tamaño que ocupa cada pixel en la foto realizada. Dependiendo de las necesidades de cada proyecto es posible obtener resoluciones que van desde 1cm/pixel hasta 12cm/pixel. Para ello pueden variar el tipo de lente, resolución de la cámara y altura de vuelo. Por regla general, mayor resolución implica volar más bajo y más lento, lo que exige más tiempo en el aire, lo que a su vez implica realizar más vuelos. Es importante determinar la necesidad final de resolución para optimizar la altura y velocidad de los vuelos, a fin de maximizar la eficiencia del equipo en campo. 2. La calidad de las fotos es fundamental para obtener los pixeles/cm deseados. Se necesita que la foto sea nítida para alcanzar la resolución real de la cámara, pues de lo contrario, en una foto borrosa, movida o de poca resolución, no se podrá identificar con precisión los puntos de control ni realizar de manera eficaz la triangulación de la información. 11 La nitidez significa que la imagen adquirida por el dron es estática, sin movimiento: En esto juega un papel fundamental el tamaño del sensor: Un sensor grande y sensible permite capturar más luz en menos tiempo, con un mejor lente, con menor distorsión y sin distorsiones de compresión. Se considera una de las mejores cámaras para fotogrametría con drone la cámara Sony Alpha 6000 y la 5100. Ambas tienen el mismo sensor, tamaño ASP-C y permiten emplear ópticas de gran calidad. 12 En comparación, los drones utilitarios y livianos emplean cámaras con sensores pequeños y lentes de plástico, que comprimen la información y generan “artifacts” en la imagen que es percibida al analizar los pixeles. Estos lentes y sensores van bien para fotos y video pero no para análisis fotogramétricos. La compresión que ocurre a través del sensor de la cámara y las deformaciones de la luz que se producen al atravesar el lente perturban la imagen final. Las cámaras de sensores pequeños comprimen la información de muchos pixeles en bloques de información. Las cámaras de sensores grandes con capacidad fotométrica almacenan la información completa de cada pixel de manera individual y guardan un mapa de deformación consistente entre todas las tomas y cámaras, que es empleado por el software para eliminar las deformaciones durante la generación de la superficie: 13 Foto ampliada 500x: El Sensor APS-C mantiene los pixeles individuales, información RGB completa 3. La precisión de un levantamiento topográfico realizado con drone se basa en la diferencia que puede surgir entre las coordenadas de un punto determinado en el terreno y las coordenadas obtenidas del mismo punto en la reconstrucción tridimensional. En un buen proceso se obtienen precisiones absolutas de 3 cm en la resultante XYZ 14 En un buen proceso se obtienen precisiones absolutas de 3 cm en la resultante XYZ Por el contrario, sin puntos de control en el suelo, pueden aparecer en la reconstrucción deformaciones, abultamientos o depresiones, e incluso inclinación en todo el terreno. En un mal proceso pueden aparecer diferencias de hasta 3 metros en los ejes XY (latitud y longitud de los puntos geográficos) y hasta 30m en Z (altitud) Este tipo de errores se solucionan al contar con puntos de control con coordenadas conocidas. De esta manera es posible enlazar y acomodar el levantamiento aéreo con los puntos de control en el suelo (GCP). Los puntos de control se ubican y marcan con métodos tradicionales topográficos empleando estaciones de rastreo, estaciones totales, sistemas RTK, etc, y pueden o no estar estar enlazadas a la red geodésica. Se requieren como mínimo 3 puntos de control para rectificar un levantamiento aéreo. Cuantos más puntos se tengan y mejor distribuidos estén sobre el terreno, más preciso será el resultado final. 15 La distribución y densidad de los GCP la determina el especialista fotogramétrico en base al terreno que vaya a reconstruir y las características de la cámara y altitud de vuelo. 16 IV. CONCLUSIONES. Este informe es una aproximación técnica a los principales factores que intervienen en el correcto empleo de la tecnología drone para el levantamiento fotogramétrico. Las técnicas de levantamiento manual tienen también sus propios métodos y son las que garantizarán que el levantamiento aéreo sea óptimo. Teniendo esto en cuenta, se debe considerar en todos los levantamientos topográficos realizados con Drone: Los GCP sean tomados con GPS diferencial y sistema RTK con precisión inferior a 1 cm. La cantidad y precisión de los GCP dependerá de las especificaciones y objetivos del proyecto. La ubicación de los GCP la determinará el especialista en fotogrametría con drones. La cámara del UAV debe ser fotométrica Resulta óptimo trabajar con resoluciones de muestreo de entre 4 a 7 cm por pixel, pudiendo llegar a 10 cm/pixel si se desea optimizar el costo y sacrificar precisión. La resolución permite generar cartografía en escala 1:100 e incluso 1:50 Las nuevas técnicas y software permiten obtener curvas de nivel a cualquier intervalo y cota. 17
