¿Topografía, fotogrametría o LiDAR? Cómo elegir la mejor tecnología para mediciones de terreno

Existen distintas tecnologías disponibles en la actualidad para la medición del territorio tales como son la topografía, fotogrametría aérea, fotogrametría satelital y recientemente el LiDAR. Con tantas opciones y sus variantes es habitual desconocer cuando conviene aplicar una u otra herramienta en sus proyectos.

Medir una superficie sobre el territorio siempre representa importantes retos sobre todo en grandes extensiones. Esto se debe principalmente a las irregularidades de la topografía y la curvatura de la tierra.

¿Topografía Tradicional, Fotogrametría o LiDAR?

Los instrumentos de medición topográficos como las estaciones totales se utilizan muy próximo al objeto de interés lo que permite ofrecer precisión milimétrica en cada punto medido con relación a un origen. Sin embargo, entre mayor la distancia entre mediciones mayor será la influencia de la curvatura del planeta y las irregularidades del terreno. Otra gran limitante de esta metodología en grandes áreas es la necesidad de gran cantidad de mediciones para describir con precisión la superficie. Esto significa mayores tiempos, personal, equipo y costos.

La fotogrametría aérea trabaja sobre un gran número de fotos de alta resolución sobre el área de interés. Estas imágenes tienen un gran porcentaje de sobreposición entre sí, de modo que el mismo punto del terreno es visible en varias fotos y desde distintos puntos de vista. Esta tecnología funciona de manera similar al cerebro humano utilizando la información recibida desde la perspectiva de ambos ojos para interpretar la profundidad y construir una visión tridimensional del entorno. O sea, una reconstrucción virtual 3D de alta resolución que no solo contiene información sobre la posición y elevación de cada objeto en cada pixel en la foto, sino también sobre su textura, forma y color. Estos son datos clave al momento de generar productos cartográficos.

Igual que sucede con la topografía, la precisión de las mediciones está influenciados por la distancia. Sin embargo, el desarrollo de esta tecnología ha hecho disponible instrumentación capaz de lograr gran precisión y detalle aún a cientos de kilómetros de distancia fuera de la atmósfera. Es por ello es que a esta tecnología se le conoce como “Sensoramiento Remoto”. Dependiendo de la altura de vuelo y características técnicas de la cámara y la unidad inercial a bordo, por lo general los productos fotogramétricos pueden ofrecer precisiones en el orden de centímetros a nivel de cada uno de los millones de pixeles que componen la ortofoto. Según la aplicación, este sacrificio en precisión en la gran mayoría de proyectos sobre grandes extensiones se compensa con ahorro en costos, tiempos y detalle.

Avances en los últimos años

Hoy día, la miniaturización de esta tecnología y la popularización de los drones ha permitido la democratización de estos beneficios. Las menores distancias al suelo permiten que con tecnología de menor nivel se logren precisiones en el orden de centímetros. Y es aquí donde radican muchas de las ventajas que ofrecen los drones.

Sin embargo, la extensión y ubicación del área de cobertura siguen siendo muchas veces un gran reto.  En este sentido, los satélites comerciales de alta resolución como los de la constelación MAXAR ofrecen una gran alternativa para gran cantidad de proyectos por el bajo costo y disponibilidad de los productos que ofrece.  Estas imágenes tienen resolución entre 30cm y 50cm y ofrecen suficiente precisión y detalle para trabajar cartografía a escala hasta niveles de 1:3,000.

Siempre hay que tener en cuenta que la fotogrametría se fundamenta en información óptica. Esto significa que estas tecnologías nos permiten medir tan solo lo que queda a la vista en la foto.  El terreno oculto por árboles definitivamente no puede ser medido directamente.  En su lugar, la fotogrametría se vale de técnicas de interpolación para estimar la altura del dosel forestal y completar la superficie del terreno oculto.  Muchas veces, esta puede ser una técnica aceptable, sin embargo, otros casos van a requerir la combinación de técnicas (ejemplo, fotogrametría + topografía). En otros casos se requerirá de la aplicación de tecnologías como el LiDAR.

¿Qué es un levantamiento LiDAR?

LiDAR son las siglas en inglés de “Light Detection and Ranging“, o sea, un sistema de medición en base a impulsos de luz. Esta tecnología integra GPS, Unidad de Medición Inercial y sensor láser. Hoy día ha ganado muchas aplicaciones por su capacidad de describir elementos en un ambiente tridimensional y prácticamente en tiempo real. En cartografía se utiliza para la colecta de datos de altitud, posición y su descripción 3D. Los productos básicos que genera este sensor son las nubes de puntos, los Modelos de Superficie (DSM) y Modelos de Terreno (DTM). De estos se derivan modelos tridimensionales del entorno y objetos, curvas de nivel y un sin número de análisis espaciales computarizados sobre la nube de puntos que es realmente la representación digital de la realidad.

El sensor LiDAR es un escaner que emite millones de haces de luz cada segundo y mide el rebote de cada uno de estos haces de luz sobre la superficie y objetos. La densidad de estas mediciones dependerá de las características del sensor y la altura a la que opera. Generalmente se trabaja a densidades superiores a los 10 puntos por metro cuadrado (10 mediciones dentro de cada metro cuadrado). La precisión de cada medición está en el orden de los 10cm. Una de las grandes ventajas que ofrece esta tecnología es su capacidad de colarse entre las hojas de un bosque y lograr mediciones del suelo que permanece oculto a la vista de un sensor óptico. Te invitamos a leer nuestro artículo sobre los beneficios, aplicaciones y precisiones con LiDAR.

¿Cómo funciona el LiDAR?

El LiDAR aerotransportado, es un sensor activo que consta de un telémetro emisor de luz láser y de un espejo que desvía el haz perpendicularmente a la trayectoria de la aeronave, generando una serie de pulsos de luz que al entrar en contacto con los objetos o el terreno refleja al sensor parte de la energía del pulso emitido. Una característica distintiva de los retornos en zonas de vegetación es que éstos se pueden producir a diferentes niveles, siendo posible que el último retorno se produzca al nivel del terreno.

La tecnología LiDAR es particularmente de utilidad cuando se requiere medir terrenos con vegetación alta y densa, topografía quebrada y compleja, objetos estrechos tales como líneas de transmisión, tuberías, rasgos afilados (por ejemplo, bordes del tejado) y campos de rocas.  El procesamiento profesional de estos datos permite generar productos finales de gran calidad y precisión sobre grandes extensiones. Entre estos: curvas de nivel de detalle, Modelos de Superficie, Modelos de Terreno, Nube de Puntos clasificadas (datos 3D por elementos), separación de la vegetación, edificaciones u otros objetos específicos sobre el terreno.

Las herramientas de software permiten filtrar estos puntos según el elemento y quedarnos solo con aquellos que rebotaron en el suelo. Los datos filtrados de este modo son fuente para un modelo de elevaciones del suelo desnudo.

De esta misma forma podemos filtrar cualquier otro elemento de interés y representarlo de manera tridimensional.

Escríbenos a info@geosolutionsconsulting.com para conocer cómo podemos apoyarte en tus proyectos con vuelos LiDAR. Podemos cubrir desde áreas muy pequeñas utilizando drones, hasta áreas o corredores extensos utilizando equipos aerotransportados. También puedes contactarnos a través de nuestro formulario de contacto.