PLANIFICACIÓN DE VUELO Y OBTENCIÓN DE DATOS CARTOGRÁFICOS EN LEVANTAMIENTOS REALIZADOS CON V.A.N.T.

• En alguna ocasión anterior ya hemos hablado de los productos cartográficos/topográficos obtenidos a través de UAV/microdrones o vehículos aéreos no tripulados (VANT). Ahora nos centraremos en todo el proceso de forma mas detallada, estableciendo unas directrices generales en las que dividiremos nuestro proyecto; así mismo acotaremos (según la información disponible) la precisión/bondad del producto final.

TRAYECTORIA DE VUELO DE DRON PARA LEVANTAMIENTO URBANO.

• Las fases generales del trabajo serán:
• a) Planificación del Vuelo: En función de la resolución a obtener, extensión/ubicación de la zona a levantar y orografía del terreno hemos de obtener las posiciones en las que la cámara (normalmente compacta/convencional) efectuará cada toma. Existe software específico  a tal efecto, pero es muy recomendable tener conocimientos de fotogrametría para evitar sorpresas: 

1. Elección del equipo UAV (multirrotor/ala fija) y  Sistema de Referencia del trabajo (EPSG:258XX- Utm_Etrs89_husoXX).
2. Generación de fichero de especificaciones de la cámara: Tipo de Sensor, montaje (respecto a eje de vuelo), formato de imagen (extensión en pixeles de la imagen), focal (en mm), resolución geométrica (tamaño de un pixel en el sensor), coordenadas XY del punto de autocolimación (certificado calibración cámara) y bandas del sensor/resolución radiométrica. Aunque los parámetros finalmente determinantes suelen ser peso y focal (inciden directamente en la autonomía/altura del vuelo) un verdadero handicap para los proyectos realizados con VANT. 
3. Introducción de los datos de partida: MDT de la zona de estudio (control geométrico xyz del vuelo) normalmente en formato raster, ortoimágenes actualizadas y shapefiles área de levantamiento, dirección de vuelo y puntos de despegue/aterrizaje. También han de establecerse la velocidad de crucero, ascenso y descenso del aparato (datos medios:10-2.5 y 2.0 m/seg respectivamente en multirrotores - para que os hagáis una idea)
4. Determinar la resolución del pixel del fotograma a escala terreno (Ground Sample Distance= Altura de vuelo x Tamaño pixel (sensor) / focal) -> elección de cámara y altura de vuelo.
5. Establecer los recubrimientos longitudinales y transversales de las capturas (garantizar los modelos estereoscópicos entre pares de tomas). La extensión del territorio cubierta por el vuelo será función de la inclinación del eje vertical, variaciones en altura de vuelo y el relieve del terreno (ver esquema inferior).

GEOMETRÍA DE RECUBRIMIENTOS

• Normalmente en este tipo de trabajos las tomas serán verticales y la altura sobre el terreno se mantendrá constante (trayectoria de vuelo del dron se programa adaptada al MDT) con el objetivo de fijar la resolución del pixel sobre terreno en todos los fotogramas (GSD).Generalmente han establecerse recubrimientos longitudinales superiores al 50% y transversales entre un 15-30% (numero de capturas y pasadas contiguas óptimas pues son proporcionales al tiempo de vuelo --> muy restrictivo en estos casos).
• b) Geolocalización, Sistema Inercial del VANT y Apoyo fotogramétrico: En la mayoría de los UAV el GPS incluido funciona en modo de navegación (aunque ya existen con posibilidad de corrección diferencial en tiempo real) y normalmente mejoran su localización con SBAS (EGNOS,WAAS...) por lo que se supone que la precisión en la determinación de los puntos de vista de cada captura rondará r.m.c.<2 m; esto es suficiente para el control/seguimiento/desarrollo del vuelo planificado. 
• Para relacionar el sistema de coordenadas espaciales con el terreno se incorpora un sistema inercial que mide los ángulos de rotación de la imagen en todos los ejes (mediante acelerómetros), esto es necesario para garantizar la orientación externa del modelo (además de efectuar las compensaciones automáticas necesarias de la situación relativa del aparato).
• La georeferenciación (dar escala y situación absoluta al modelo) de los datos obtenidos se realizará a través de la toma en campo de las coordenadas de puntos de apoyo en el sistema de referencia geodésico local (normalmente posiciones GPS-RTK convencionales con precisión centimétrica). Se utilizan señales de puntería perfectamente visibles desde las fotografías capturadas y distribuidas homogéneamente por toda la zona de actuación (estos datos se utilizan en etapa de restitución/gabinete).

FOTOCENTROS, PASADAS Y PUNTOS DE APOYO.

•  El software de planificación de la misión nos facilitará los datos calculados/carácterísticos de la misma como son: huellas de cada fotograma en el terreno, identificación de las pasadas, posición y altura de fotocentros (listados xyz), elevaciones del terreno y GSD max-min-med en cada captura, extensión de cada toma, orientación de las pasadas etc (ver viñeta arriba). Un parámetro fundamental en base a los datos introducidos será la duración estimada del proyecto en consonancia con el tipo de dron, carga transportada, altura y velocidad de las trayectorias. 
• c) Ejecución del plan de vuelo y captura de datos: una vez realizado el apoyo topográfico efectuaremos el desarrollo del trabajo en base a las especificaciones calculadas realizando una o más tomas fotográficas en cada punto programado.
• d) Proceso y calculo de los datos capturados: Dispondremos una vez realizado el proyecto de vuelo de una serie de fotografías georreferenciadas y unos puntos de apoyo con coordenadas absolutas que cubren toda la zona de actuación. Sería necesario comenzar la restitución del modelo a partir de los paquetes de software disponibles a tal fin como son OrtoSky (mas "profesional"), Pix4dmapper o PhotoScan (más "on the fly").

VISIÓN DE FOTOGRAMAS CAPTURADOS- GEOSETTER.

• En esta ocasión restituiremos una cantera a cielo abierto situada en Suiza (no tenemos otra cosa para enredar) donde se ha proyectado un vuelo con 127 fotogramas y se han tomado 5 puntos de apoyo (escasos-para georeferenciación). La superficie cubierta es de aproximadamente 51 has- GSD 9.11 cm y GRS _WGS84/UTM 32N.
• En primer lugar se cargan las fotografías del vuelo y los puntos de apoyo tomados (especificando su SGR). La cámara fotográfica (de uso convencional) suele detectarse sin problemas; incluidos sus especificaciones/calibración. El software permite algunas personalizaciones sobre el producto final a obtener (ajuste automático de parámetros internos de cáculo/proceso) ya sea mapa 3D del terreno, un modelo de un objeto, imágenes térmicas/infrarrojas para agricultura etc. 

• Se ajusta/alinea a priori la posición primitiva de las tomas fotográficas a partir de  la búsqueda de puntos/pixeles comunes/análogos entre pares de fotogramas. Realiza una representación previa de los puntos de vista de la cámara, nube de puntos de coincidencia encontrados aunque no tiene la capacidad aún de ajustar a sus posiciones reales los datos de referenciación del apoyo fotogramétrico (de forma manual localizaremos las señales de puntería lo mas exactamente posible en cada toma- se aprecian perfectamente).

• Una vez localizados los puntos de apoyo e identificados en los fotogramas (en todos los que sean claramente visibles) hemos de realinear las tomas y reoptimizar el ajuste del modelo. Podemos generar un informe de calidad de todo el proceso en formato pdf donde se cuantifican las bondades/precisiones obtenidas en la relación entre pares estereoscópicos, imágenes ajustadas, optimización de la cámara, numero de puntos en coincidencia por imagen calibrada, error medio cuadrático de la georeferenciación, precisiones de puntos de apoyo etc. Descargar reporte de calidad. .
• El siguiente paso es el cálculo de la densificación de los puntos del modelo para posteriormente establecer una malla de triángulos con texturas o modelo digital del terreno con realismo
• El software dispone de algunas herramientas útiles (aunque no muy elaboradas) para extraer información de la zona de estudio como son: cálculo de superficies/volúmenes e incluso la posibilidad de realizar una animación/visita virtual del producto final.

• La documentación generada llegados a este punto es bastante variada:
• a) Modelo digital de Elevación: DEM en formatos raster (Geotiff con tamaño de celda el GSD-8.73 cm x 8.73cm en este caso) y  LIDAR *.las, *.laz y *.xyz. Superficie texturizada en PDF 3D, *.fbx, y *. obj (software diseño 3d). curvas de nivel con equidistancia variable (sin lineas de ruptura) en formatos *.shp, *.dxf y *.pdf. Vistas en Arcgis de lo expuesto:

• Arriba DEM *.tif + curvas de nivel *.shp con 1 m de equidistancia. Abajo vista de fichero LIDAR *.las en perspectiva y planta. Si se quisiera realizar operaciones en un futuro de los volúmenes de tierras excavados, estudiar un sellado de la cantera etc, dispondríamos de gran cantidad de datos que podríamos "cocinar" e implementar en nuestros programas topográficos clásicos para cuantificar esas magnitudes o proyectar cualquier alternativa al respecto.

• b) Otra documentación: Ortoimagen y mosaicos en alta resolución georeferenciados en formato *.TIF, *jgp , mapas de teselas para mostrar la zona de estudio en Google Earth/Mapbox, DSM tiles  Etc.

• Ortofoto junto a curvas de nivel del modelo restituido (arriba) y representación de un GIF animado sobre Google Earth (cambios en la explotación- abajo).

• Finalmente (abajo) vista 3d con textura importada en Rhino a partir de *.fbx generado por Photoscan.

• Los UAV son mucho más baratos, flexibles y permiten mayores resoluciones que los vuelos fotogramétricos convencionales. Sin embargo la facilidad e inmediatez que supone el uso de estas tecnologías no nos debe hacer olvidar la calidad y precisión que exige un trabajo cartográfico profesional, y contar con las herramientas y profesionales adecuados sigue siendo igual de necesario que con los métodos tradicionales.
• Para este tipo de trabajos se recomienda vigilar los siguientes aspectos negativos (y el que quiera que investigue mas a fondo...):

1. Una mala planificación de vuelo (parámetros implicados)
2. Ojo con el solape entre fotogramas, más solape no significa según que casos que sea lo mejor.
3. Mala elección del UAV a utilizar (ala fija o multirrotor tienen pros y contras)
4. Las soluciones de software "all in one" son más rápidas pero puede que no sean las mas adecuadas (sería mas conveniente utilizar paquetes que pueden tratar estereoscopía entre pares; como en la restitución digital de toda la vida)
5. Falta de control de calidad de los resultados. Ciertas empresas te entregan la documentación y la bondad de los trabajos no está bien contrastada. Un ejemplo: casi nadie evalúa (alguna vez) las desviaciones entre puntos tomados al azar entre el modelo realizado/restituido con Dron y un levantamiento de topografía clásica de esos mismos registros (pero no los empleados como apoyo/ajuste en la restitución; si no otros ex profeso) con GPS-RTK.

• Espero que lo expuesto os sirva de alguna utilidad
• Hasta la próxima.
• By Rah.