AERONAVES NO TRIPULADAS: PRESENTE Y FUTURO febrero 6, 2018 – Posted in: I+D+i – Tags: , , , ,

 

El crecimiento en el sector de la construcción siempre ha venido acompañado de la implementación de las nuevas tecnologías para hacer más eficientes los procesos constructivos y de este modo favorecer su calidad y seguridad. La introducción de los Vehículos Aéreos no tripulados, UAVs, comúnmente llamados drones, ha supuesto igualmente un avance en esa eficiencia en el sector mediante la aplicación de determinadas técnicas, enfocadas a la precisión de la métrica y por lo tanto en una herramienta indispensable para cuantificar costes. La importancia de los drones en la construcción no radica en la propia aeronave, si no en los sensores que es capaz de transportar y en el correcto tratamiento de los datos que pueden capturar.

A día de hoy coexisten multitud de sensores en la construcción que empleamos según el grado de precisión que queremos obtener a la hora de medir y por lo tanto valorar lo que se ha hecho. Los drones son un instrumento más a incorporar, al que debemos sacar el mayor provecho posible dependiendo de sus características de diseño.

 

Las aplicaciones en el sector son múltiples, y aunque en este post nos vamos a centrar en su gran utilidad en la toma de datos del terrreno, son muchos sus usos. Destacar desde la reparación de estructuras que se hacen desde el propio dron hasta el control de todas las actividades ligadas a la explotación de un concesión. Os dejo el link del interesante número de la Revista Obras Urbanas que trata estos temas:

http://obrasurbanas.es/revistas/revista-obras-urbanas-66/

Centrándonos ya en el uso que se hace de los drones en construcción como herramienta de mapeado, es decir de la captura geoespacial del territorio con precisión centimétrica, tenemos ahora un sistema aéreo capaz de obtener productos finales como modelos tridimensionales u ortofotografías. Estamos introduciendo sensores como un laser scaner, un lidar o una cámara fotográfica para obtener levantamiento topográficos del terreno con una precisión similar en muchas ocasiones a la obtenida con instrumental y medios convencionales, pero en mucho menos tiempo, de forma no invasiva y a un coste muy bajo.

La obtención de modelos digitales tridimensionales y ortofotografías ya se empieza a realizar con drones sobre todo en zonas de orografía complicada o prácticamente inaccesible y de grandes extensiones, sustituyendo a largos y tediosos levantamientos topográficos a pie o vuelos con avioneta. Canteras, embalses, zonas montañosas de orografía complicada ya no son excusa para conocer su métrica de forma precisa.

Las técnicas de mapeado más comunes se realizan a día de hoy embarcando en un dron un sensor Lidar o una cámara fotográfica. Normalmente un Lidar se emplea en orografías más abruptas, con mayor índice de vegetación y cuando se necesita alcanzar una mejor precisión en el dato. Su forma de medición, más parecida a las sondas utilizadas en batimetrías pero con múltiples ecos, nos permite obtener información tanto de la superficie como del terreno propiamente dicho, incluyendo o no la vegetación que lo cubra. En el caso de la cámara fotográfica, lo que se realiza desde el aire son muchas fotografías solapadas unas con otras con el fin de procesarlas a posteriori con el software apropiado y obtener información superficial del terreno en 3D, en una estereoscopia,  técnica capaz de recoger información visual tridimensional y/o crear la ilusión de profundidad mediante una imagen estereográfica, un estereograma, o una imagen 3D.

 

Fotogrametría, “El mapeo del suelo”

Vamos a detenernos en explicar un poco el proceso de la Fotogrametría aérea con drones, para aclarar al lector el método de trabajo actual y el que se va a emplear en un futuro muy cercano, porque a priori es el más eficiente en cuanto a rendimiento y costes.

Recordemos que para realizar trabajos de Fotogrametría aérea se ha de seguir el proceso de mapeo del territorio de la siguiente manera.

En el trabajo in situ efectuaremos la captura del dato en 2 fases:

-Materialización y medición de Puntos de Apoyo y Puntos de Control. Esto supone medir sobre el terreno puntos característicos mediante GPS de precisión que a posteriori se visualizaran en las fotografías aéreas captadas desde el dron y que nos van a servir para darle consistencia geométrica al modelo tridimensional.

-Planificación y vuelo semi-autónomo del dron. En el que dependiendo de la extensión y precisión en el dato que queramos obtener, planificaremos el vuelo autónomo del dron a cierta altura, velocidad, solape entre pasadas paralelas y calidad de las fotos. Todos esos parámetros se pueden programar en un software asociado a la controladora del dron, se transmite y la aeronave realiza el vuelo según esas especificaciones capturando las imágenes de forma autónoma.

A continuación se realiza el proceso de los datos obtenidos sobre el terreno de los Puntos de Apoyo, que ubican y mejoran la geometría del modelo 3D resultante y los Puntos de Control, que evalúan el grado de precisión obtenido en el propio modelo 3D, como las fotografías, obteniéndose un modelo tridimensional en forma de millones de puntos en el espacio, cuyas precisiones oscilan normalmente unos 5-6 cms en coordenadas “z” y entre 2-3 cm en coordenadas “x” e “y”.

La ventaja fundamental de la Fotogrametría aérea es que ahora podemos obtener ortofotografías a muy alta resolución derivadas del vuelo y la correcta georreferenciación de los Puntos de Apoyo. Así, además de obtener un mapeado de gran precisión geométrica podemos obtener una imagen de gran formato, que además de proporcionarnos información visual de la escena capturada del territorio con píxeles de incluso 1 cm, nos proporciona una excelente información métrica ya que podemos medir sobre la misma. Este punto favorece la utilización de éste método frente al sensor Lidar del que solamente podemos obtener el modelo tridimensional en forma de nube de puntos.

Ahora bien, sabiendo que con un dron capaz de embarcar una cámara con unas especificaciones mínimas y dada su autonomía estándar, podemos estar obteniendo información geoespacial precisa del territorio de unas 30-40 Ha de media por vuelo para sistemas multirrotor -similar a helicópteros- e incluso triplicarlo para sistemas de Ala Fija (similar a un avión) sin necesidad de cubrir a pie toda esa extensión, nos daremos cuenta de la ventaja que supone incorporar éstas aeronaves adaptadas en el sector de la construcción.

Mediciones de canteras y minas a cielo abierto, grandes extensiones de movimiento de tierras, obtención de cartografía precisa de zonas muy abruptas y poco accesibles necesarias para la elaboración de cualquier proyecto constructivo, seguimiento visual y métrico de la ejecución de obras, cuantificación de las unidades de obra,… son varias de las posibles aplicaciones de este método. Ademas es más preciso ya que comparamos nubes de millones de puntos con cientos o en el mejor de los casos pocos miles de puntos topografiados por técnicas tradicionales.

En este video se puede ver el procedimiento completo

 

Ciertamente, los drones han ayudado al sector a medir más, mejor y en menos tiempo, pero en éste ámbito la verdadera revolución está por llegar o más concretamente ya ha llegado y está a la espera de explotar.

 

Georreferenciación   

Hemos comentado que para realizar un modelo tridimensional del terreno con una buena precisión métrica necesitamos previamente al vuelo hacer una medición sobre el terreno de ciertos puntos característicos materializados en forma de pintura o dianas, que posteriormente aparezcan en las fotografías para localizarlos a posteriori en el software pertinente y decirle que esos puntos tienen ciertas coordenadas. Esta técnica de posicionamiento espacial denominada Georreferenciación resulta imprescindible para darle la ubicación, orientación y escala correctas a la nube de puntos 3D generada tras el procesado de las imágenes. Sin esto obtendríamos un modelo 3D perfecto pero carente de consistencia geométrica y ubicado en el espacio con un error de algunos metros, producto que desecharemos en cualquier proyecto constructivo. Éste proceso supone a día de hoy el mayor porcentaje de tiempo empleado sobre el terreno para la obtención del dato ya que supone desplazar un técnico cualificado a ciertas ubicaciones dentro del área a sobrevolar, tarea que si existe buena accesibilidad supondrá menos tiempo, pero si no es tan buena o inexistente, pues tenemos un problema.

Éste es un inconveniente al método que ha quedado resulto con la aparición de sistemas cuya Georreferenciación la hacen de forma directa (DG), obteniendo prácticamente la misma precisión geométrica final con la ventaja de materializar y medir tan solo un Punto de Apoyo sobre el terreno en el peor de los casos o incluso en muchas ocasiones careciendo de los mismos.

La verdadera innovación de estos sistemas aéreos radica en el conjunto de varios factores. En primer lugar, en el método de geoposicionamiento, tanto el GPS incorporado a bordo del dron como el utilizado en tierra para calcular su ubicación de forma precisa, trabajan conjuntamente midiendo de forma pasiva y no en tiempo real, a esto se lo conoce con el nombre de medición en postproceso y consiste en que ambos GPS van guardando mediciones a la misma velocidad y en el mismo momento, pero no se relacionan hasta el trabajo de procesado en oficina. En segundo lugar, la aeronave incorpora ahora uno o varios sistemas inerciales de navegación precisa, similar al que incorpora la aviación tripulada, barcos o sistemas mobile mapping, que registra en todo momento el movimiento en las 3 dimensiones de la aeronave en cada captura de imagen y también su deriva temporal. Estos sensores nos permite darle en el postprocesado final del trabajo, un geoposicionamiento de alta precisión a cada una de las imágenes capturadas, lo que permite incluso que los solapes en la ruta de vuelo de las aeronaves pasen a ser de la mitad, aumentando de esta forma el rendimiento en extensión de vuelo y reduce también los tiempos de procesado posterior ya que se realizan menos capturas de imagen para controlar/visualizar una mayor área de terreno.

Traducida esta innovación a rendimientos, podemos pasar a realizar mapeados de terreno de unas 100 Ha en vuelos de 30-35 min, equivalentes a más de 60 campos de fútbol ó incluso casi el doble si se puede optar a volar a una altura mayor en otro país con legislación distinta a la española.

Por lo tanto, estos sistemas novedosos en el ámbito de la fotogrametría aérea para mapeado de precisión de grandes extensiones cambia radicalmente las reglas del juego, permitiendo a los principales actores en el escenario de la Construcción obtener una mayor cantidad de datos en un menor tiempo sin comprometer la calidad de los mismos, aumentando significativamente la eficiencia en los procesos y por lo tanto reduciendo los costes.

 

COLABORADOR

 

Pedro Sancho Carrera: Responsable de Departamento en General Drones S.L.

https://www.linkedin.com/in/pedrosanchotopografo/

 

INFORMACIÓN ADICIONAL

Por si fueran de utilidad se incluyen a continuación una serie de definiciones de términos utilizados en el artículo para facilitar la lectura a los más ajenos al mundo de la topografía:

Estereoscopia.- La estereoscopía es cualquier técnica capaz de recoger información visual tridimensional y/o crear la ilusión de profundidad mediante una imagen estereográfica, un estereograma, o una imagen 3D (tridimensional).

Fotogrametría.- La fotogrametría es la ciencia o técnica cuyo objetivo es el conocimiento de las dimensiones y posición de objetos en el espacio, a través de la medida o medidas realizadas a partir de la intersección de dos o más fotografías

Geomática.- La Geomática es una disciplina que engloba las Geociencias con la integración y aplicación de las tecnologías de la información y la comunicación (TIC). Esta suma de Geociencias + TIC hace posible la captura, procesamiento, análisis, interpretación, almacenamiento, modelización, aplicación y difusión de información …

Georreferenciación.- La georreferenciación​ es la técnica de posicionamiento espacial de una entidad en una localización geográfica única y bien definida en un sistema de coordenadas y datum específicos. Es una operación habitual dentro de los sistema de información geográfica (SIG).

Geolocalización.- La geolocalización se define como la identificación de la ubicación de un dispositivo por ejemplo un radar, teléfono móvil o cualquier aparato tecnológico conectado a internet. Está relacionada con los sistemas de detección de posición, pero añade datos como información de la zona, calles, locales, etc.