Colocación de coordenadas
geodésicas UTM WGS 84 con ERP y levantamiento
fotogramétrico con RPA para fines de habilitación urbana Placing geodetic coordinates UTM
WGS 84 with ERP and photogrammetric survey with RPA for urban habilitation
purposes Colocação de coordenadas
geodésicas UTM WGS 84 com ERP e levantamento fotogramétrico com RPA para
fins de habilitação urbana ARTÍCULO GENERAL Recibido 18 de Octubre 2021 | Arbitrado y
aceptado 18 de Octubre 2021 | Publicado en 04 Noviembre 2021 RESUMEN En esta investigación se registra las etapas y los resultados que
intervienen en un levantamiento fotogramétrico, a través de vehículos no
tripulados, (RPA), aeronave pilotada a distancia (remotely piloted
aircraft). conocidos más
popularmente como Drones y que han revolucionado la fotogrametría y
cartografía, debido a la disponibilidad de los equipos a costos
accesibles, y alta precisión alcanzada. Usados en este caso para obtener los planos de una habilitación
urbana, asimismo la colocación de ERP (estaciones de rastreo permanente),
etc., todos los cuales utilizados de una manera correcta acortan los
tiempos y los costos comparados a trabajos realizados con otros métodos
tradicionales como por ejemplo levantamientos realizados con estación
total. Se utilizó para ello un dron multirotor Phantom 4, el cual genero
las imágenes para luego ser procesados en el software fotogramétrico
Agisoft Photoscan y generar la ortofoto y generar en CAD, los planos
finales. Todo ello para generar información geoespacial a través de la
fotogrametría sin rebajar el nivel de precisión de los trabajos, este
trabajo se realizó en un área del distrito de Piura, Departamento de
Piura, específicamente en el distrito 26 de octubre. ubicado en el Perú. Palabras clave: Coordenadas geodésicas, fotogrametría, vehículos no tripulados,
Estaciones de Rastreo Permanente. ABSTRACT In this research, the stages and results involved
in a photogrammetric survey are recorded, through unmanned vehicles (RPA),
remotely piloted aircraft. more popularly known as Drones and that have
revolutionized photogrammetry and cartography, due to the availability of
equipment at affordable costs, and high precision achieved. Used in this case to obtain the plans of an urban
facility, also the placement of ERP (permanent tracking stations), etc.,
all of which used in a correct way reduce time and costs compared to works
carried out with other traditional methods such as surveys carried out
with a total station. A Phantom 4 multirotor drone was used for this,
which generated the images to later be processed in the Agisoft Photoscan
photogrammetric software and generate the orthophoto and generate the
final plans in CAD. All this to generate geospatial information
through photogrammetry without lowering the level of precision of the
work, this work was carried out in an area of the district of Piura,
Department of Piura, specifically in the district of October 26. located
in Peru. Keywords:
Geodetic coordinates, photogrammetry, unmanned vehicles, Permanent
Tracking Stations. RESUMO Utilizado
neste caso para obter os planos de um equipamento urbano, também a
colocação de ERP (estações permanentes de rastreamento), etc., todos os
quais utilizados de forma correta reduzem o tempo e os custos em
comparação com as obras realizadas com outros métodos tradicionais como
levantamentos realizados com estação total. Para
isso, foi utilizado um drone multirotor Phantom 4, que gerou as imagens
para posteriormente serem processadas no software fotogramétrico Agisoft
Photoscan e gerar a ortofoto e gerar os planos finais em CAD. Tudo
isso para gerar informação geoespacial através da fotogrametria sem baixar
o nível de precisão do trabalho, este trabalho foi realizado em uma área
do distrito de Piura, Departamento de Piura, especificamente no distrito
de 26 de outubro. localizado no Peru. Palavras-chave: Coordenadas
geodésicas, fotogrametria, veículos não tripulados, Estações de
rastreamento permanente.
Nesta pesquisa, são registradas as
etapas e os resultados envolvidos em um levantamento fotogramétrico, por
meio de veículos não tripulados (RPA), aeronaves pilotadas remotamente.
mais popularmente conhecidos como Drones e que revolucionaram a
fotogrametria e a cartografia, devido à disponibilidade de equipamentos a
custos acessíveis e alta precisão alcançada.
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Figura N°
02. Pantalla del Equipo
Software
Agisoft
Photoscan Profesional
Es un software para procesar imágenes digitales
obtenidas en este caso por un RPA, haciendo uso de las técnicas de
fotogrametría digital y un computador llamado en este caso Word Station, así de
esta manera se genera una reconstrucción 3D del terreno, con esta se obtiene
nubes de puntos a partir de las imágenes.
Map Pilot
Ayuda a crear y volar la ruta de vuelo óptima para
crear excelentes mapas gracias a la alta resolución de la cámara del Dron
PHANTOM 4 - DJI.
Asiste al usuario en tres de las áreas más
problemáticas de la asignación de aviones no tripulados: Planificación de
vuelo, Gestión de la misión y el Vuelo de la Misión real en sí.
Global
Mapper
Es un software de sistema de información geográfica
(GIS) desarrollado actualmente por Blue Marble Geographics que se ejecuta en
Microsoft Windows.
Maneja los datos vectoriales, ráster y de
elevación, y proporciona funciones de visualización, conversión y otras
características generales de SIG
Acá es donde generamos la ortofoto y generación de
curvas de nivel, verificamos la georreferenciación importándolo de Agisoft
Photoscan, para luego llevarlo al 3D Civil.
AutoCAD
Civil3D
Es un software muy útil en el diseño de proyectos
de ingeniería, como urbanismo, carreteras, movimiento de tierras, topografía,
replanteo de información, etc.
La principal característica de este programa es que
está diseñado por Autodesk y todos sus componentes que intervienen en el diseño
estén relacionados, los objetos al ser modificados automáticamente regeneran y
actualizan el diseño y recalculan la información de perfiles, etc., todo esto
facilita cuando hacemos cambios en nuestra propuesta de proyecto sin tener que
hacer todo el proyecto de nuevo.
Importamos la ortofoto y la nube de puntos que
previamente hemos trabajado en el Global Mapper, y aquí le damos el acabado a
las curvas de nivel y planos del proyecto.
Etapas
levantamiento fotogramétrico con RPA
Se ejecutaron las actividades siguientes:
Tabla N° 01.
Etapas levantamiento Fotogramétrico con RPA
Fuente: Elaboración propia
Trabajo de campo
Etapas 01
Selección zona de vuelo en el
terreno
Se visita el terreno en lo posible, de tal manera que se pueda usar de
manera conveniente el RPA, no tiene que estar el área a levantar cubierta por
árboles, que este despejado de tal manera que las imágenes se obtengan de
manera óptima y se tratara de tomar las fotos en las primeras horas de la
mañana.
Ubicación PCT en el área a levantar
Se planifico la colocación en el campo de 12 puntos de control terrestre
(PCT), distribuidos en el área de trabajo de tal manera que el proceso de
ajuste fotogramétrico se realice de manera correcta y según los parámetros
requeridos.
Estas se ubican
convenientemente de acuerdo al área a levantar y teniendo en cuenta la
configuración del terreno mismo, para una distribución correcta de los PCT., se
marcó en el terreno con yeso en forma de cruz, de una longitud de 1m, para que
pueda visualizarse en las imágenes que son tomadas por el dron.
Figura N° 04. Ubicación de los PCT
Lectura de PCT en campo usando ERP
Las ERP, están enlazadas en la Red Geodésica Nacional y permite la
integración de la cartografía a generarse que es de mayor precisión, lo cual
beneficia a la población en la que hay problemas de carácter jurisdiccional tal
es el caso en la aplicación que se le va a dar al presente trabajo para fines
de habilitación urbana por solicitud de la empresa Constructora Galilea SAC.
El IGN es el ente rector de la cartografía en el Perú a través de la red
geodésica peruana de monitoreo continuo (REGPMOC), administra 45 ERP, que están
distribuidas en nuestro territorio nacional, el cual cuenta con información en
data RINEX para el procesamiento de los puntos GNSS, obtenidos en campo, estos
datos garantizan la precisión de cualquier punto sobre la superficie terrestre
tomados de manera correcta, esta red de estaciones están distribuidas
considerando una distancia en un radio de
50Km a 100Km, dando de esta manera el soporte en cuanto a información
geoespacial en cualquier proyecto, facilitando datos para obtener información
precisa para diversas aplicaciones, como proyectos de infraestructura a nivel
local, provincial y regional, relacionadas al ordenamiento territorial,
construcción de carreteras, represa, canales, puentes, túneles, saneamiento
predial, etc.
Se toman las lecturas usando el método Stand Go, en la cual se usa el
GPS Diferencial y la colectora en la que se programan en un lapso de tiempo de
30 épocas, (aprox. 5min) para cada PCT.
De allí la importancia de las ERP, ya que brinda facilidad para generar
cartografía a nivel de detalle urbano, los cuales vienen siendo utilizados por
las diversas instituciones públicas y privadas que se dedican a este rubro en
todo nuestro ámbito territorial.
Este trabajo tiene por finalidad la habilitación urbana del área
levantada, es por eso que, al hacer uso de la ERP, se garantiza la precisión en
la ubicación de los linderos de una manera precisa.
Figura N° 05. Ficha Técnica
ERP.
Se compra seguidamente la ficha técnica y la data de ERP, trabajada en
ese día.
La cual es la data que se almacena en 24 horas de toma de datos con los
satélites.
Figura N° 06. PCT 7 y PCT 8
Etapa 02
Planificación de vuelo
se realiza en la oficina o en lugar
conveniente que tenga internet, para poder planificar el vuelo, el área, el
GSD, la altura de vuelo, velocidad, etc.
Figura N° 07. Ubicación de área a levantar y posterior
planificación
Selección zona despegue – aterrizaje
Es importante este paso, debido no tiene que tener interferencias de
cables, desniveles del terreno, o presencia de árboles, que impidan el correcto
descenso de RPA.
O la presencia de aves territoriales, que dañen o interfieran con el
equipo al momento de volar.
Figura N° 08. Líneas de vuelo y selección zona de despegue
Captura información - inicio vuelo
Las imágenes se almacenan en un SD, que viene en el dron, es importante
sacar la tapa del lente, y cerciorarse que la cámara este en óptimas
condiciones, así como el día este despejado, es apropiado volar en horas de la
mañana a partir de las 8 am ya que la iluminación es importante para unas
buenas fotos, y que no haya muchas corrientes de aire, ya que esto no permite
que la cámara funcione correctamente.
Figura N° 09. Cámara del Dron
Obtención de fotografías aéreas – archivos
Las imágenes se obtienen en formato JPEG, DNG (RAW) y en video con una
calidad HD, tiene una capacidad máxima de Micro SD 64 GB, hay que estar
observando siempre en la imagen de la Tablet en este caso que el dron este
tomando las fotos y se visualiza en el Map Pilot.
Figura N° 10. Memoria SD
Trabajo de gabinete
Etapa 03
Proceso de Orto-rectificación en Agisoft
Es un software para procesar imágenes digitales obtenidas en este caso
por un RPAS, haciendo uso de las técnicas de fotogrametría digital y un
computador llamado en este caso Word Station, así de esta manera se genera una
reconstrucción 3D del terreno, con esta se obtiene nubes de puntos a partir de
las imágenes.
Ajuste usando PCT
Los PCT, están ajustados previamente a la ERP, que se encuentra ubicado
en este trabajo en la ciudad de Piura, los cual garantiza una precisión
milimétrica en las coordenadas que sería el desplazamiento horizontal y las
cotas que serían el desplazamiento vertical.
El cuadro adjunto es el resumen de los puntos ajustados y corregidos
amarrados a una ERP, de orden “0”.
El ajuste por postproceso se realizó en el programa Topcon Tools, de la
cual se obtuvo los datos presentados en la tabla N° 02.
Tabla N° 02. Cuadro de coordenadas de PCT
Fuente: Elaboración propia
Generación de mosaico orto
rectificado
Es un mosaico de imágenes aéreas ortogonales corregidas para las distorsiones
ópticas, geo referenciado y orto rectificado.
Las fotografías aéreas son georreferenciadas tienen coordenadas
geográficas del lugar donde fueron tomadas y tienen puntos de control
terrestres (PCT).
Al final del procesamiento se obtiene un ortofoto mosaico con una
precisión relativa de hasta 5 cm (X, Y, Z) que representa la superficie real de
la tierra, y se puede utilizar para medir distancias y calcular áreas.
Se obtienen fotografías de alta resolución espacial: desde 5cm / pixel
hasta 25cm / pixel.
Figura N° 11. Mosaico orto rectificado
Generación de modelo digital de
superficie (DSM)
Es un modelo de la superficie (3D) con información sobre de todo lo que
se ve en el ortofoto mosaico (vegetación, planta de edificaciones, etc.).
Son procesadas con los más recientes algoritmos fotogramétricos y se
obtiene de las fotos realizadas por el RPAS.
Se obtienen DSM de 5 cm /
píxel hasta 2 m / píxel en formato RASTER, TIF y en formato vectorial como nube
de puntos. XYZ.
Figura N° 12.
MDT
Etapa 04
Validación de mosaico orto
rectificado
Una vez la nube de puntos exportado al programa AutoCAD Civil 3D 2017,
se generó las curvas de nivel cada 0.50m, se chequeo la base B-1 y B-2, la cual
se colocó en un lapso de 2 horas con GPS en método estático y postproceso.
Como se aprecia en la Figura N° 14, (B-1), tiene como cota 39.02msnm, y
haciendo uso de la herramienta añadir etiquetas picamos en la malla generada,
tal como apreciamos en la figura N°13 para ver su cota para la comparación
respectiva y se obtiene una diferencia de + 4cm.
Se realizó para la siguiente B-2, y se obtuvo según la figura N° 15, una
diferencia de - 6cm.
Se chequeo la base B-1 y la B-2, en cuanto a su ubicación, habiendo
utilizado los 12 PCT, y la ubicación calza con la imagen con el hito de
concreto construido en el área de trabajo.
Figura N° 13. Plano Topográfico General
Figura N° 14. Chequeo B-1
Figura N° 15. Chequeo B-2
3. Resultados
Precisión horizontal y vertical
Los datos a continuación presentados, son los que se generó en el
software Agisoft PhotoScan Informe de procesamiento del 22 enero 2018.
Tabla N° 02. Cuadro de Puntos de Control
Terrestre
Fuente: Agisoft PhotoScan Informe de procesamiento 22
enero 2018
en los cuales se aprecia los desplazamientos en cm, máximo de 13cm en X
y mínimo de -1.21 y en Y máximo de 7.51cm y mínimo de -1.00.
en cuanto a Z se aprecia máximo de 4.64cm y mínimo de -0.26cm.
Geometría de objetos
Una vez generado la ortofoto, se puede apreciar los sardineles, veredas,
buzones, marcas en el pavimento, (Ver Figura N°17), de manera clara lo cual
hace fácil poder dibujar todos los detalles que componen el levantamiento
fotogramétrico, permitiendo de esta manera que ningún objeto físico pase por
alto todo se aprecia en la ortofoto.
Figura N° 16. Ortofoto exportado
a Autodesk Recap 360°pro
Figura N° 17. Ortofoto exportado
a Autodesk 3D Civil 2017
4. Discusiones
1. El Instituto Nacional de Geografía y Medio Ambiente de México, en sus especificaciones técnicas de imágenes orto rectificadas, indica que imágenes con GSD de 7.5 cm son adecuadas para escalas 1:500 y 15 cm para escala de 1:1000.
2. La normativa técnica para la cartografía base de 1:1000, establecida por el Instituto Geográfico Nacional – Perú, menciona que las condiciones del vuelo fotogramétrico deben presentar un GSD 0.1m ± 10%, por lo tanto, al estar dentro de este rango, la ortofoto con RPAS se puede utilizar como referente de actualización a dicha escala.
3. Las demandas cartográficas exigidos por el Sistema Nacional Integrado de Información Catastral - Perú (SNCP) indica que los niveles de resolución de las ortofotos deben aplicarse con los siguientes rangos, con un GSD de 9 cm se puede establecer una cartografía de 1:1000 y con un GSD de 6 cm cartografía 1:500, esto es un referente para el empleo de RPAS para la generación de cartografía, pero debe verificarse el análisis de precisión al usar esta tecnología
4. El tiempo tomado en el levantamiento fotogramétrico en campo, fue de 20min. Lo cual nos habla del costo/beneficio al utilizar esta tecnología, actualmente el flujo de trabajo ha variado, antes tomaba más tiempo el trabajo de campo en un levantamiento clásico con estación total, actualmente el mayor tiempo lo toma el trabajo de gabinete, pero los resultados son provechosos, ya se toma una densidad en puntos terreno de más de 200 puntos/m2, lo cual garantiza un MDT, más cercano a la realidad, al generar perfiles y secciones.
Según el Instituto Nacional de Geografía y Medio Ambiente de México, en su compendio de especificaciones técnicas de imágenes ortorrectificadas, indica que imágenes con GSD de 7.5 cm son adecuadas para escalas 1:500 y 15 cm para escala de 1:1000. La normativa técnica para la cartografía base de 1:1000, establecida por el Instituto Geográfico Nacional – Perú, menciona que las condiciones del vuelo fotogramétrico deben presentar un GSD 0.1m ± 10%, por ende, al estar dentro de este rango, la ortofoto con drone se puede utilizar como referente de actualización a dicha escala, analizando el nivel de resolución espacial. Los estándares cartográficos aplicados por el Sistema Nacional Integrado de Información Catastral - Perú (SNCP) indica que el nivel de resolución de las ortofotos debe aplicarse con los siguientes rangos, con un GSD de 9 cm se puede establecer una cartografía de 1:1000 y con un GSD de 6 cm cartografía 1:500, por ende, es un referente para el empleo de drones para la generación de cartografía, pero debe verificarse el análisis de precisión pertinente en el uso de esta tecnología
5. Conclusiones
1. De acuerdo al GSD de las ortofotos obtenidas con el drone Phantom 4, en el ítem II Fundamentos Teóricos, en la sección 2.1 Características del RPAS, se obtuvo una resolución de 6.67cm/pixel, con ello se puede elaborar productos cartográficos a escalas 1:1000. Con intervalo de curvas cada 1m, y en cuanto a las tolerancias en cuanto a H = 0.20m; V= 0.25m y GSD = 6 - 7cm
2. La utilización de tecnología RPAS posibilita obtener ortofotos actualizadas y con rapidez.
3. Con el DSM obtenido en el proceso fotogramétrico se pueden generar curvas de nivel topográficas, de acuerdo a la altura de vuelo y el GSD obtenido.
4. Se ha obtenido en este levantamiento los siguientes valores en H= 5cm; V= 5cm, lo cual como hemos visto está dentro de las tolerancias para escala 1:500, el cual permite intervalos de curvas cada 0.50m, y en cuanto a las tolerancias en cuanto a H = 0.10m; V= 0.125m, a pesar de tener un GSD= 6.7cm/pixel, lo cual nos acerca de manera más realista a lo que propone el Instituto Nacional de Geografía y Medio Ambiente de México, en sus especificaciones técnicas de imágenes orto rectificadas, indica que imágenes con GSD de 7.5 cm son adecuadas para escalas 1:500 y 15 cm para escala de 1:1000.
5. las ortofotos generadas sirven de manera práctica para poder ubicar todos los detalles y acortan la toma de datos de campo, lo cual se traduce en menores costos.
6. El uso correcto y conocimiento teóricos unido a esta tecnología, traerá trabajos apegados a la normatividad del ente rector de la topografía en el Perú, la cual es el Instituto Geográfico Nacional IGN.
Referencias
IGN (Instituto Geográfico Nacional, PE). (mayo de 2017).
Especificaciones técnicas para la elaboración de cartografía básica escala
1:1000.
INEGI (Instituto Nacional de Geografía y Estadística, MX). (marzo de 2020).
Compendio de criterios y especificaciones técnicas para la generación de datos
e información de carácter fundamental. Imágenes digitales orto rectificadas
fotogramétricamente.
Nunes Brito , J., & Coelho, L. (2017). Fotogrametría digital. Rio de
Janeiro: EdUERJ. Revisado en mayo de 2015, de http://www.efoto.eng.uerj.br/images/Documentos/fotogrametria_digital_revisado.pdf.
SNCP (Sistema Nacional Integrado de Información Catastral, PE). (s.f.). http://www.sncp.gob.pe Revisado en junio de 2018, de www.sncp.gob.pe/pdf/MARCO%20JURIDICO/formatos%20series%20catastrales/Estandares_Cartograficos_Aplicados_Catastro.pdf
Instituto Geográfico Nacional. Especificaciones técnicas para
levantamiento fotogramétrico. Mayo 2021.
Sistema Nacional Integrado de Información Catastral - Perú. Estándares
Cartográficos Aplicados al Catastro. Metodología en la obtención de Cartografía
y Ortofoto a partir de Vuelos Fotogramétricos
Geo morfometría y cálculo de erosión hídrica en diferentes litologías a
través de fotogrametría digital con drones.
Pozo Ríos, Mª del Mar.
Desarrollo de equipos de fotogrametría: explotación del dato digital. XIV
Congreso Internacional de Ingeniería Gráfica (Santander, España junio de 2020).
THOMPSON, M. Y GRUNER, H.
Foundations of Photogrammetry. Manual of Photogrammetry.ed. C.C. Sama. American
Society of Photogrammetry and Remote Sensing, pp.1-36. (2019)