Notas del grupo de estudio Lidar

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Tesis de licenciatura: Diseño de un sistema LIDAR de bajo costo para generación de mapas topográficos 2005

Capítulo 1. Introducción

En este capítulo el autor explica que el objetivo de la tesis es diseñar un sistema LIDAR para obtener mapas topográficos. El sistema para tal propósito es una combinación de un GPS, un sistema de navegación inercial independiente de la aeronave y un escáner láser (el dispositivo LIDAR).

1.1 PERCEPCIÓN REMOTA

Hay una introducción a la historia de la Percepción Remota, inicia en la década de 1930 con la fotografía área utilizada con fines militares.

1.1.1 Fotografía aérea e imágenes de satélite

Desde la década de 1950 la fotografía aérea se ha perfeccionado con la creación de la fotogrametría. A partir de 1964 se comenzaron a utilizar otras plataformas, como cohetes, para transportar los sensores.

La figura 1.1 Muestra el de forma sencilla el sistema de percepción remota satelital (pág. 3).

El autor reflexiona acerca de la ventaja económica que representan contar con vehículos aéreos con cámaras fotográficas digitales sobre la percepción remota satelital.

1.1.1.1 Fotogrametría y métodos de interpretación El proceso fotogramétrico es básicamente el siguiente:

1. Fotografía aérea: las cuales deben de cumplir con estándares geométricos para poder hacer mapas a partir de ellas, además de cubrir transversal y longitudinalmente de forma secuencial todo el terreno.
2. Clasificación de campo: Identificación de elementos fotografiados en campo, como: ríos, poblaciones, carreteras, etc.
3. Mediciones en campo: Mediciones con equipo topográfico de elementos en campo que fueron fotografiados, con el fin de darle orientación a los componentes del mapa.
4. Cálculos: Obtener, mediante cálculos y procesamientos, la ubicación geográfica de zonas dentro del mapa.
5. Restitución o captura de información: Utilizando equipos llamados “restituidores”, se adquiere información geográfica como vías, ríos, etc. Para reconstruir tridimensionalmente el terreno se realiza un traslape del 60% de dos fotografías secuenciales.
6. Edición y salidas finales: Colocación de letreros de sitios de interés obtenidos en campo, se añaden retícula de coordenadas, escala e información que haga comprensible e útil el mapa.
7. Control de calidad: Se trata de una revisión para cerciorase del cumplimiento de normas y especificaciones técnicas del mapa.

Para contar con una ortofotografía, la cual es obtenida a través de imágenes corregidas geométricamente, compensadas y con escala uniforme en toda su extensión, también se requiere de conocer la ubicación precisa de cada toma (normalmente esto se logra con un GPS), y exige apoyo en campo (ubicación de puntos conocidos sobre el terreno y que serán comparados para corregir errores). También se requiere de un modelo digital de elevación, para compensar diferencias de escala debidas al relieve en el terreno.

1.1.1.2. Toma física de fotografías

Se requiere que las líneas de vuelo estén orientadas de tal manera que se obtengan fotografías del terreno con una sobreposición de áreas de entre fotogramas subsecuentes del 50% al 65% aproximadamente y entre líneas de vuelo del 30%. Para tal fin el eje de la cámara no puede estar más de 3 grados respecto a la línea cenit-nadir (revisar esta parte).

1.1.2 Videografía y fotografía digital de pequeño formato

Hasta el momento de la redacción de la tesis, según el autor, se ha venido incrementando el uso de la fotografía digital de pequeño formato, combinando esta tecnología con filtros de interferencia en sectores bien delimitados del espectro electromagnético.

1.2. LIDAR

LIDAR (LIgth Detection And Ranging o detección de luz para medición de distancias) es un método de percepción remota que se puede utilizar para crear modelos digitales de un terreno en estudio. Aunque el láser localizado en tierra firme puede asegurar precisiones de hasta un centímetro, al montarlo a un avión la posición de éste se convierte en un factor limitante. Para solucionar este inconveniente se requiere asociar a láser del LIDAR con tecnologías que lo hacen más preciso.

1.2.1 Funcionamiento

Un LIDAR está constituido por la integración de tres tecnologías:

• Un receptor GPS, proporciona la posición global (X,Y,Z) por medio de un sistema satelital.
• Un Sistema de Navegación Inercial (SIN), proporciona la orientación de un objeto respecto a un marco de referencia inercial, utilizando acelerómetros y giróscopos.
• Un escáner láser de lata velocidad, mide la distancia desde el escáner hasta el punto distante.

Además, una computadora que sincroniza procesa y almacena la información de los tres elementos. Así cada pulso láser tiene conocida la posición exacta del punto que golpeó en el suelo.

La figura 1.4 muestra un esquema de funcionamiento de un sistema LIDAR

1.2.2 Aplicaciones

La exploración aérea con láser compite fuertemente con la fotogrametría en las siguientes aplicaciones:

• Líneas eléctricas de potencia. Con el láser se localizan puntos sobre la catenaria y en el suelo.
• Litorales. Cartografía de los litorales.
• Zonas forestales. Para explorar el suelo y recibir múltiples retornos de los diferentes niveles del dosel, con esto se pude medir al mismo tiempo plantas y terreno, y presentarlos juntos o separados según los requerimientos.
• Pantanos y zonas minadas. Con la tecnología LIDAR no son necesarios puntos de control terrestre salvo para la estación terrestre GPS.
• Modelos urbanos. Para la medición la altura de las edificaciones.
• Batimetría. Se puede estudiar el fondo de lagos o zonas inundadas, se utiliza generalmente el láser verde porque penetra mejor en el agua.

El sistema LIDAR tiene ventajas sobre la fotogrametría debido al corto tiempo de procesamiento, su flexibilidad y eliminación de cobertura con estereo-imágenes.

1.3 SISTEMA LÁSER

En el LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) las longitudes de onda de la radiación incluyen las regiones ultravioleta (180 y 400 [nm]), visible (400 y 700 [nm]) e infrarroja 700 [nm] y 1 [mm]. Los rayos láser pueden ser producidos por efectos fotoquímicos, térmicos o mecánicos.

Los sistemas LIDAR emiten un pulso de luz cuyo reflejo sobre los objetos es detectado por un sensor y almacenado. El receptor capta el retorno antes de la emisión del siguiente pulso.

La divergencia de un rayo láser es baja así que el ancho del pulso es constante por más tiempo y de igual forma su potencia.

referencias

liga	tema	idioma	nivel	comentarios
https://www.youtube.com/watch?v=ye-C-OOFsX8	Fotogrametría	en	--	--
https://www.youtube.com/watch?v=Fj0TO4ZKEc0	Fotogrametría y Lidar	en	intermedio	Video titulado "GRASS GIS A Point Cloud (LiDAR) Evaluation Resource"
https://www.youtube.com/watch?v=ELHOjC_V-FE&t=4s	Fotogrametría	en	básico	Presentación de alunas herramientas para obtener modelos 3D desde un conjunto de fotografías
http://oreon.dgbiblio.unam.mx/F/IJINDKD554A829XGH26JGLQRS58PCBG8BF6LJRGIUI8GC7GDRG-54726?func=full-set-set&set_number=007762&set_entry=000004&format=999	Lidar	es	intermedio	Tesis de licenciatura: Diseño de un sistema LIDAR de bajo costo para generación de mapas topográficos 2005
https://www.youtube.com/watch?v=ye-C-OOFsX8	fotogrametría	en	básico	Video titulado "Photogrammetry - 3D scan with just your phone/camera"
https://rapidlasso.com/blog/	Lidar y Fotogrametría	en	intermedio	Blog de la herramienta Lastools con ejemplos de uso reales
https://pdal.io/	Lidar	en	intermedio	Sitio web de PDAL con muchos ejemplos prácticos y con datos de muestra para el manejo de nubes de puntos
http://ulisesmartin.com/2017/04/caminando-hacia-un-dtm-con-software-libre-1/	fotogrametría	es	básico	Entrada al blog de Ulimaps sobre obtención de suelo desnudo a partir de una nube de puntos con Lastools
https://www.asprs.org/divisions-committees/lidar-division/laser-las-file-format-exchange-activities	Formatos de archivos	en	intermedio	Especificaciones del formato de archivos "LAS" por la "American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS)"