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LiDAR y fotogrametría ¿Cuál es el más adecuado?

28/sep./2021 2:12

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LiDAR y fotogrametría ¿Cuál es el más adecuado?: Analizamos las ventajas y desventajas de estos métodos de captura de datos aplicados en drones. Aprenda qué método elegir atendiendo a las características de su proyecto.

Para los profesionales de la topografía y la cartografía, el LiDAR y la fotogrametría han sido durante mucho tiempo herramientas complejas. Pero los recientes avances en la tecnología de los drones han cambiado la forma de capturar los datos fácilmente.

En comparación con la topografía aérea tradicional, que dependía casi exclusivamente de aviones tripulados, los drones ofrecen una alternativa segura, precisa y más asequible. El resultado ha sido la democratización de las soluciones topográficas. Ahora, los proyectos de agricultura, construcción, conservación, minería, reconstrucción de escenarios de accidentes, etc., pueden beneficiarse de nubes de puntos detalladas, mapas precisos y modelos 3D.

Tanto para los topógrafos establecidos como para los que se inician en este campo, la cuestión de si trabajar con LiDAR o con fotogrametría les resultará familiar. En este artículo, vamos a explicar los pros y los contras de ambos métodos. No se trata de que uno sea simplemente mejor o deba preferirse al otro sin más. La decisión correcta depende de la tarea específica que se realice, de las habilidades del operador en cuestión y, como siempre, del presupuesto con el que se trabaje.

 

¿Qué es el LiDAR?

LiDAR es la abreviatura de “light detection and ranging”. Los sensores LiDAR funcionan emitiendo pulsos de luz y midiendo el tiempo que tardan en reflejarse en el suelo, junto con la intensidad con la que lo hacen.

Aunque existe desde hace décadas, sólo en los últimos años la tecnología LiDAR se ha vuelto lo suficientemente compacta como para integrarla en una carga útil que pueda llevar un dron.

El sensor LiDAR representa sólo una parte de un proceso complicado. Para recopilar los datos necesarios para construir una nube de puntos que refleje con precisión el terreno y su topografía, el LiDAR incorpora otros sistemas de alta precisión: posicionamiento por satélite (datos GNSS) y una unidad de medición inercial (IMU).

Con un poco de magia de software, los vuelos LiDAR pueden utilizarse para construir nubes de puntos en 3D y mapas de intensidad, que no requieren mucha habilidad para su interpretación, y que proporcionan datos muy valiosos en operaciones de minería, silvicultura, agricultura y construcción.

Las ventajas del LiDAR

El aspecto positivo más citado del uso de LiDAR para la cartografía es la precisión de la tecnología. Sin embargo, esta afirmación por sí sola no nos da mucho margen de maniobra.

En primer lugar, es importante considerar qué significa la precisión para usted y su proyecto. ¿Prioriza la precisión relativa o la absoluta? En otras palabras, ¿le preocupa que su producto final sea preciso en términos de sus características en relación con las demás, o sus características en relación con su lugar en el mundo?

El LiDAR es el método más adecuado para obtener una precisión absoluta y suele ser la mejor opción cuando el objetivo es obtener un modelo de tierra desnuda realista. Esto se debe a que es el mejor método para tener en cuenta la elevación, la vegetación y las condiciones existentes.

La integración del LiDAR con los datos del GNSS y el hecho de que se trata de una medición directa, disparando miles de pulsos láser desde arriba, garantizan que el mapa digital del terreno final tenga una precisión vertical extrema.

Las complicaciones topográficas no sólo vienen en forma de ondulaciones del terreno. La vegetación también puede impedir que los métodos de topografía basados en fotografías obtengan datos granulares a nivel del suelo.

Los pulsos de luz del LiDAR penetran en los huecos entre las hojas y las ramas, llegando al suelo y mejorando la precisión de las mediciones.

El LiDAR también es preferible si las condiciones de luz de su lugar de trabajo son inconsistentes. Si desea realizar estudios nocturnos o misiones de baja visibilidad, el LiDAR puede encargarse de la tarea sin necesidad de una fuente de luz externa.

Por último, el LiDAR permite captar detalles de pequeño diámetro. Un gran ejemplo de ello son los cables eléctricos. Gracias al muestreo de puntos de alta densidad y al enfoque de medición directa, puede utilizar el LiDAR para cartografiar con precisión la catenaria de los cables.

Los contras del LiDAR

El reto más evidente que supone trabajar con LiDAR es su coste. Debido a la mayor complejidad operativa (y a la necesidad de componentes y sensores más sofisticados), es fácil gastar cientos de miles de dólares en una solución topográfica completa.

Esta complejidad también amplía el margen de error y aumenta la dependencia de un profesional experimentado. Con múltiples sensores e información a la que no se puede acceder fácilmente sin una buena cantidad de procesamiento, la extracción de los datos que necesita no es sencilla.

También es importante tener en cuenta que tradicionalmente los sensores LiDAR han sido más voluminosos que las simples cámaras. Dado que los drones son cada vez más populares para la topografía aérea, la necesidad de un dron más grande para manejar una carga útil más pesada puede añadirse a un gasto ya significativo.

La última desventaja de elegir el LiDAR es posiblemente su mayor fortaleza: El hecho de que es la mejor herramienta para el trabajo en situaciones muy específicas. Para muchas aplicaciones, la fotogrametría normal será suficiente. Se trata de una tendencia que va cobrando fuerza a medida que mejora el software de procesamiento de imágenes.

¿Qué es la fotogrametría?

En pocas palabras, la fotogrametría es una forma de medir distancias mediante fotografías. Estas fotografías se procesan mediante un software especializado para generar modelos precisos y realistas del mundo.

Los mapas de ortomosaicos y los modelos 3D tienen diversas aplicaciones, desde la planificación de la construcción y la gestión de proyectos en curso hasta el material de marketing.

El número de imágenes que se necesita para una fotogrametría eficaz puede oscilar entre cientos y miles. Todo depende del tamaño del lugar en cuestión y de la profundidad y precisión que se quiera conseguir.

Los pilotos de drones tendrán que determinar la altitud de vuelo óptima para conseguir la distancia de muestreo del terreno necesaria. También tendrán que establecer un solapamiento en cada imagen para asegurarse de que el software pueda unir las imágenes sin problemas.

Las ventajas de la fotogrametría

La principal ventaja de trabajar con fotogrametría es su accesibilidad. El auge de la tecnología de los drones y del software de cartografía ha simplificado los flujos de trabajo y ha puesto mapas precisos y modelos 3D al alcance de cualquier organización que disponga de un dron con cámara decente.

Aparte de la calibración de la cámara, la planificación básica del vuelo y el trazado de los puntos de control en tierra, llevar a cabo una misión de cartografía y convertir esos datos en algo útil es relativamente sencillo. Hay innumerables escenarios en los que este proceso produce resultados tangibles, en sectores tan variados como la construcción, la conservación, la minería y la agricultura.

Y lo que es más importante, los resultados son accesibles. Los mapas y modelos con características y colores reconocibles son intuitivos al instante, lo que los convierte en una gran herramienta de colaboración y en algo con lo que los interesados pueden trabajar sin dedicar demasiado tiempo a la manipulación de los datos.

Otra gran parte del atractivo de la fotogrametría es lo asequible que es. Como ya hemos dicho, para empezar hay que invertir unos cuantos miles de dólares en un dron con cámara profesional y mucho menos en el software que se necesita para procesar los datos.

Por último, la fotogrametría ofrece un enfoque más flexible. Dependiendo de la tarea a realizar, puedes tener más control sobre el equilibrio entre la velocidad de la misión, la altitud y la precisión.

Los contras de la fotogrametría

Los métodos de topografía basados en la fotogrametría tienen algunas desventajas. El primero es que la precisión de los mapas y modelos depende en gran medida de la calidad de la cámara y del propio dron.

El tamaño del sensor, la apertura, la resolución y la distancia focal influyen en la distancia de muestreo del suelo (GSD), junto con la altitud a la que se vuela. Además, te costará producir resultados con una precisión absoluta si no utilizas varios puntos de control en tierra o un dron habilitado para RTK o PPK.

El segundo reto al que se enfrentan tus ambiciones de fotogrametría es el clima. O, para ser más específicos, las condiciones de luz. La oscuridad, la nubosidad, el polvo y otros factores pueden afectar negativamente a la calidad de los resultados de la medición.

Cuando se trata de procesar datos, sólo se puede medir lo que se ve con claridad. Esto significa que los vuelos con visibilidad limitada, ya sea por la vegetación, las sombras o la hora del día, producirán menos puntos de terreno y mapas y modelos menos precisos.

Cuándo elegir LiDAR

El LiDAR se recomienda si se está cartografiando un terreno complejo con un alto porcentaje de cobertura vegetal. Debido a sus mediciones directas que penetran entre las hojas, las ramas y los árboles, puede construir nubes de puntos topográficos precisos con los datos resultantes.

La tecnología también es ideal para medir con precisión objetos como los cables, que suelen ser demasiado finos para ser reconocidos por cualquier otro método.

LiDAR también debería ser su método de elección si la tarea de topografía en cuestión exige precisión por encima de todo. Aunque esto no está exento de desafíos, que vienen en forma de coste y de la experiencia necesaria para dar vida a los datos.

Elija LiDAR para:

• Mapear terrenos de difícil acceso, complejos y con mucha vegetación
• Captura de detalles en estructuras finas, como líneas eléctricas o bordes de tejados
• Proyectos en los que el detalle y la precisión son las prioridades

Cuándo elegir la fotogrametría

La asequibilidad de la fotogrametría la convierte en una opción preferible para quienes se inician en la topografía con drones. Aunque ser más barata que el LiDAR no es su única ventaja.

De hecho, para muchas aplicaciones es mejor utilizar la fotogrametría. Este es el caso, en particular, cuando se quiere trabajar en planos utilizando mapas de ortomosaicos, colaborar con modelos 3D o proporcionar actualizaciones accesibles del progreso del proyecto por un coste relativamente pequeño.

Elija la fotogrametría para:

• Escaneos ricos en contexto que sean accesibles y requieran un mínimo de posprocesamiento y experiencia
• Mapas y modelos que sean fáciles de entender para ojos no entrenados
• Conjuntos de datos que necesitan una evaluación visual

LiDAR y fotogrametría: ¿Qué es más preciso?

Al igual que las nubes de puntos en color real realizadas por el DJI L1, la respuesta aquí no es tan simple como el blanco y el negro.

El LiDAR tiende a producir escaneos con mayor detalle y precisión en comparación con la fotogrametría. Además, como puede funcionar bien a pesar de los desafíos ambientales, entornos con poca luz o mucha vegetación, es ideal para escenarios en los que se valora la precisión por encima de todo.

Las nubes de puntos LiDAR pueden ser increíblemente granulares, con hasta 500 puntos por metro cuadrado y una precisión de elevación vertical de menos de tres centímetros. Con una alta densidad de puntos de datos se obtiene un conjunto de datos más robusto, que a su vez le da más versatilidad a la hora de procesar sus hallazgos.

Esto no quiere decir que la fotogrametría sea intrínsecamente inexacta. Si el terreno es relativamente sencillo y no tiene una vegetación densa, se pueden elaborar mapas y modelos muy detallados, sobre todo si también se utiliza un módulo de posicionamiento RTK.

LiDAR y fotogrametría: Los datos

El LiDAR y la fotogrametría son métodos fundamentalmente diferentes de recogida de datos.

Con el LiDAR se obtienen miles de puntos de datos que forman una nube de puntos en 3D que delimita el terreno en cuestión. Tendrá que incorporar el color de distintos conjuntos de datos para convertirlo en algo visualmente accesible.

Con la fotogrametría, se obtienen cientos o miles de imágenes que hay que procesar y unir para producir algo de valor: ya sea una nube de puntos 3D, un mapa o un modelo navegable.

El procesamiento de LiDAR basado en la nube no es tan frecuente ni accesible como el software de fotogrametría basado en la nube. Lo que significa que tendrá que contar con un especialista in situ que pueda convertir esos datos brutos en algo procesable, junto con el software correcto.

Soluciones de fotogrametría de DJI

Phantom 4 RTK

El Phantom 4 RTK ofrece a los topógrafos profesionales un equilibrio ideal entre precio, precisión y accesibilidad.

Con su sensor cinético en tiempo real (RTK) incorporado, las fotos se geoetiquetan automáticamente y se corrigen con respecto a los puntos de control del suelo con una precisión de un centímetro.

El Phantom 4 RTK representa una inversión inteligente de introducción, independientemente de sus necesidades topográficas.

Matrice 300 RTK + P1

Este combo es la solución de fotogrametría insignia de DJI. El P1 es una carga útil de fotogrametría avanzada con un sensor de fotograma completo y lentes de enfoque fijo intercambiables. Un obturador mecánico global y funciones de software que incluyen la captura oblicua inteligente la hacen ideal para vuelos de fotogrametría a gran escala. Con la ayuda del M300 RTK, el P1 permite a los topógrafos cubrir 3 km2 en un solo vuelo y obtener resultados con una precisión de 3 cm en horizontal y 5 cm en vertical sin GCP.

Soluciones LiDAR de DJI

Matrice 300 RTK + L1

El L1 alberga un módulo LiDAR Livox, una IMU de alta precisión y una cámara con un CMOS de 1 pulgada en un gimbal estabilizado de 3 ejes. Con 5 cm de precisión vertical y 10 cm de precisión horizontal, y la capacidad de cubrir 2 km2 en un solo vuelo, el M300 RTK, el L1 y el DJI Terra forman juntos una solución topográfica completa que ofrece datos 3D, detalles de estructuras complejas y reconstrucciones visuales precisas.

Obtenga más información sobre las soluciones de topografía de DJI en este enlace.

LiDAR y fotogrametría: Conclusiones finales

Evaluar el LiDAR y la fotogrametría como dos métodos de captura de datos que compiten entre sí no es el enfoque más instructivo. Como hemos comentado, no es que uno sea necesariamente mejor que el otro. En última instancia, es la tarea en cuestión la que determinará la mejor solución.

Si el contraste, la iluminación, el objeto y las condiciones están a su favor, la fotogrametría es probablemente más que adecuada para el trabajo. Pero para los proyectos de cartografía más exigentes, en los que hay que tener en cuenta la precisión de la elevación, las estructuras complejas o el terreno parcialmente cubierto, el LiDAR es probablemente el camino a seguir.

Por supuesto, el coste y la experiencia de su equipo también desempeñarán un papel importante en cualquier decisión entre ambos. Aunque las últimas cargas útiles de DJI, la P1 y la L1, son un testimonio de la creciente asequibilidad y accesibilidad de la tecnología topográfica.

En última instancia, los profesionales sobre el terreno tendrán que convertirse en expertos en el uso de ambas tecnologías a medida que los drones que las llevan se vuelvan más sofisticados.

Autor: Malek Murison