EVALUACION DEL PRE PROCESAMIENTO Y...

EVALUACION DEL PRE PROCESAMIENTO Y PROCESAMIENTO DEIMAGENES ADQUIRIDAS DE PLATAFORMAS AEREAS REMOTAMENTE

TRIPULADAS (ART ) PARA LA GENERACION DE INSUMOS CARTOGRAFICOSEN LA ACTUALIZACION CATASTRAL

CASO DE ESTUDIO: MUNICIPIO DE CABUYARO, DEPARTAMENTO DELMETA.

HECTOR ARIEL PERILLA GARCIA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDASFACULTAD DE INGENIERIAPROYECTO CURRICULAR

INGENIERIA CATASTRAL Y GEODESIABOGOTA D.C

2017

EVALUACION DEL PRE PROCESAMIENTO Y PROCESAMIENTO DEIMAGENES ADQUIRIDAS DE PLATAFORMAS AEREAS REMOTAMENTE

TRIPULADAS (ART ) PARA LA GENERACION DE INSUMOS CARTOGRAFICOSEN LA ACTUALIZACION CATASTRAL

CASO DE ESTUDIO: MUNICIPIO DE CABUYARO, DEPARTAMENTO DELMETA.

HECTOR ARIEL PERILLA GARCIA

PROYECTO MODALIDAD DE GRADO - PASANTIAACUERDO 038 DE 2015

INGENIERO CARLOS GERMAN RAMIREZ RAMOSDIRECTOR INTERNO

INGENIERA ELENA POSADADIRECTORA EXTERNA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDASFACULTAD DE INGENIERIAPROYECTO CURRICULAR

INGENIERIA CATASTRAL Y GEODESIABOGOTA D.C

2017

Contenido

1 Introduccion 1

2 Justificacion 2

3 Objetivos 33.1 Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.2 Objetivos Especıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

4 Glosario 4

5 Metodologıa y Resultados 9

6 Resultados Alcanzados 20

7 Memoria Tecnica 227.1 Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227.2 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227.3 Conceptos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

7.3.1 Aeronaves Remotamente Tripuladas (ART, UAV, UAS ) . . . . . 227.3.2 El Pre Procesamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247.3.3 El Procesamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257.3.4 Software fotogrametrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257.3.5 Especificaciones Tecnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

7.4 Datos y Metodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277.4.1 Zona de Estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277.4.2 Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277.4.3 Metodologıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

7.5 Conclusiones y Recomendaciones de la Memoria Tecnica . . . . . . . . . 36

8 Manual de Procesamiento 378.1 Configuracion de Preferencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378.2 Agregar Imagenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388.3 Carga de las Posiciones de la Camara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398.4 Configuracion del Sistema de Referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418.5 Alineacion de Fotos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428.6 Colocar/Cargar/Ajustar Marcadores (GCPs) . . . . . . . . . . . . . . . . 438.7 Nube de Puntos Densa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498.8 Construccion de la Malla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498.9 Construccion de Textura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508.10 Generacion del Ortofotomosaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518.11 Generacion de MDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

9 Conclusiones y Recomendaciones 549.1 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549.2 Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Lista de figuras

1 Flujograma general de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Flujo de trabajo Agisoft PhotoScan Pro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Puntos de Control para la Validacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Ficha descriptiva de puntos de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Histograma de las diferencias de error horizontal. . . . . . . . . . . . . . 156 Histograma de las diferencias de error vertical. . . . . . . . . . . . . . . . 157 Puntos de CP-2, CP-5 y CP-7 tomados a los techos de las construcciones. 168 Ortofotomosaico Cabuyaro - Meta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Modelo Digital de Superficie (MDS) Cabuyaro - Meta. . . . . . . . . . . . 2110 Clasificacion de Aeronaves Remotamente Tripuladas (ARTs) segun altura

y tiempo de vuelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2311 ARTs segun su diseno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2312 ARTs segun tipo de despegue. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2413 Clasificacion de ARTs por tipo de aterrizaje. . . . . . . . . . . . . . . . . 2414 Ubicacion municipio de Cabuyaro - Meta. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2715 Ubicacion de los puntos de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2816 Plataforma aerea Trimble UX5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2917 Flujograma general de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3018 Flujo de trabajo Agisoft PhotoScan Pro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3119 Visualizacion ortofotomosaico en QGIS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3220 Ficha descriptiva de puntos de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3321 Grafico de barras con las diferencias de error. . . . . . . . . . . . . . . . 3422 Grafico de barras con las diferencias de error con puntos excluidos. . . . . 3523 Entorno de trabajo Agisoft PhotoScan Pro. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3724 Configuracion de preferencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3825 Agregar imagenes Agisoft PhotoScan Pro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3926 Importar posiciones de camara. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4027 Informacion organizada de los centros de camara. . . . . . . . . . . . . . 4028 Ventana de dialogo Import CVS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4129 Visualizacion posterior a la carga de posiciones de camara. . . . . . . . . 4130 Ventana de dialogo Reference Settings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4231 Cuadro y resultado Align Photos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4332 Seleccionar todas las fotos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4333 Conversion de sistema de coordenadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4434 Importar GCP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4435 Informacion de GCPs organizada para la importacion. . . . . . . . . . . 4536 Carga y creacion de marcadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4537 Visualizacion posterior al cargue de los marcadores. . . . . . . . . . . . . 4638 Filtrado de imagenes y ajuste de marcadores. . . . . . . . . . . . . . . . 4639 Localizar, mover y ajustar marcador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4740 Ventana de dialogo Reference Settings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4841 Quitar seleccion de imagenes y seleccionar marcadores. . . . . . . . . . . 4842 Optimizacion parametros internos y externos. . . . . . . . . . . . . . . . 4943 Procesamiento de la Nube Densa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4944 Procesamiento de la Malla. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5045 Texturizacion del modelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

46 Generacion y exportacion del modelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5247 Generacion y exportacion del MDS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Lista de Tablas

1 GCPs utilizados por vuelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Raız del Error Medio Cuadratico (RMSE) por reporte generado de cada

vuelo procesado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Productos Generados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Errores horizontales absolutos por punto . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Errores verticales absolutos por punto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Estadısticos de los errores horizontales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Estadısticos de los errores verticales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Nuevos estadısticos calculados de los errores horizontales . . . . . . . . . 169 Nuevos estadısticos calculados de los errores verticales . . . . . . . . . . . 1610 RMSExy y RMSEz maximo permitido IGAC. . . . . . . . . . . . . . . . 1711 RMSExy y RMSEz norma ASPRS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1812 Resultados RMSExy con intervalo de confianza al 90% Norma Instituto

Geografico Agustın Codazzi (IGAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1813 Resultados RMSExy con intervalo de confianza al 95% Norma American

Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS) . . . . . . . . 1814 Resultados RMSEz con intervalo de confianza al 90% Norma IGAC . . . 1915 Resultados RMSEz con intervalo de confianza al 95% Norma ASPRS . . 1916 Puntos de control zona urbana Cabuyaro. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2817 Datos de calibracion de la camara sensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2918 GCPs utilizados por vuelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3119 RMSE por cada vuelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3220 Descripcion Productos generados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3321 Estadısticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3422 Nuevos Estadısticos Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3423 Resultados RMSExy con intervalo de confianza al 90% Norma IGAC . . 35

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Lista de Abreviaturas y Acronimos

ART Aeronave Remotamente Tripulada

ARTs Aeronaves Remotamente Tripuladas

ASPRS American Society for Photogrammetry and Remote Sensing

CCD Charged Coupled Device

CIAF Centro de Investigacion y Desarrollo en Informacion Geografica

cm Centımetros

CPU Unidad Central de Procesamiento

CSV Comma Separated Values

deg Grados

E Este

Em Modulo de Escala

GCP Ground Control Point

GCPs Ground Control Points

GNSS Global Navigation Satellite System

GPS Global Positioning System

GSD Ground Sample Distance

HALE High Altitud, Long Endurance

IC Intervalo de Confianza

IGAC Instituto Geografico Agustın Codazzi

IMU Inertial Measurement Unit

INS Inetial Navigation System

LALE Low Altitude, Long Endurance

LASE Low Altitude, Short-Endurance

m Metros

MALE Medium Altitude, Long Endurance

MAV Micro Air Vehicles

MDE Modelo Digital de Elevacion

MDS Modelo Digital de Superficie

6

mm Milımetros

N Norte

OpenCL Lenguaje de Computacion Abierto

Pix Pıxel

PR Percepcion Remota

RMSE Raız del Error Medio Cuadratico

SELPER Sociedad Latinoamericana de Percepcion Remota y Sistemas de InformacionEspacial

TIFF Tagged Image File Format

UAS Unmanned Aerial Systems

UAV Unmanned Aerial Vehicle

VBO Vertex Buffer Object

VTOL Vertical Take-Off and Landing

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1 Introduccion

Con la tecnologıa de vehıculos aereos no tripulados o en ingles Unmanned Aerial Vehicle(UAV) tambien conocidos como Aeronave Remotamente Tripulada (ART) para este caso,en el Centro de Investigacion y Desarrollo en Informacion Geografica (CIAF) del IGAC,se realizo la evaluacion de la viabilidad para la elaboracion de cartografıa catastralmultiproposito adquirida desde una ART en el municipio de Cabuyaro Meta.

Se realizo el pre procesamiento y procesamiento necesario para la obtencion de unacartografıa catastral a una escala de 1:2000, utilizando inicialmente el metodo clasicofotogrametrico que involucra el plan de vuelo, orientacion interior, orientacion exterior,extraccion de Modelo Digital de Superficie (MDS), edicion de nube de puntos y laobtencion de la ortofotografıa digital.

Se determino si los productos generados a partir de imagenes adquiridas con una ARTcumplen con las condiciones y la calidad necesaria para generar una cartografıa catastralmultiproposito.

Para la obtencion de estos productos se utilizaron diferentes tipos de software, de estamanera se pudo realizar una evaluacion mas completa en la generacion de los MDS, nubede puntos y el ortofotomosaico.

Al finalizar la etapa de elaboracion de los productos se realizo la evaluacion deexactitud posicional, para esto se utilizo el estimador de la Raız del Error Medio Cuadratico(RMSE) y ası se logro la validacion de los resultados, como lo indica “Positional AccuracyStandards for Digital Geospatial Data” de la ASPRS.

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2 Justificacion

El CIAF del IGAC, contribuye a partir de la interaccion de sus grupos tematicos relacionadoscon la ciencia geomatica, a generar, actualizar, integrar, difundir, aplicar y compartir losresultados de sus proyectos, mediante la transferencia de conocimientos, la asesorıa yconsultorıa y la cooperacion tecnica.IGAC (2016a)

Las ARTs pueden ser utilizadas para el mapeo de distancias cortas utilizando lafotogrametrıa aerea, y como alternativa para la cartografıa en zonas de pequena escala.En los ultimos anos las ARTs alcanzaron un nivel de fiabilidad funcional y profesionalismoque permiten el uso de estos como plataformas para mapeo. El mapeo con ARTsproporciona la precision requerida con respecto a las leyes y polıticas catastrales, aligual que los requisitos para la generacion de Modelo Digital de Elevacion (MDE) enzonas de pequena escala. Eisenbeiss (2011) No obstante se hace necesaria la evaluacionde este tipo de imagenes para optar como insumo para la generacion de los productoscartograficos del IGAC.

El grupo de Percepcion Remota (PR), fomenta en el ambito nacional el uso de lasimagenes provenientes de sensores remotos para el estudio de los recursos naturales y latoma de decisiones en el marco de la planificacion territorial, mediante la investigacion,generacion de propuestas metodologicas, capacitacion, transferencia de tecnologıas y laprestacion de asesorıas especializadas. IGAC (2016a)

Por esta razon el grupo de PR se encargo de la evaluacion de la viabilidad deluso de ART en la captura de imagenes para la elaboracion de cartografıa catastralmultiproposito, ya que en estas plataformas llevan consigo sensores remotos de altaresolucion y bajo costo de operacion. El grupo de PR ve la necesidad de generar unametodologıa para elaborar los insumos cartograficos del IGAC. De esta manera se realizola evaluacion del pre procesamiento y procesamiento de las imagenes adquiridas con ARTy se valido una metodologıa.

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3 Objetivos

3.1 Objetivo General

Evaluar la pertinencia del uso de imagenes adquiridas mediante Aeronaves RemotamenteTripuladas (ARTs) para la generacion de insumos cartograficos en la actualizacion catastralen el municipio de Cabuyaro del departamento del Meta.

3.2 Objetivos Especıficos

• Evaluar el pre procesamiento y procesamiento de las imagenes adquiridas medianteART en el marco del proyecto de investigacion del CIAF, en el municipio deCabuyaro del departamento del Meta.

• Generar el ortofotomosaico y MDS, mediante la utilizacion de imagenes adquiridascon ART del municipio de Cabuyaro del departamento del Meta.

3

4 Glosario

Aerofotografıa o Fotografıa aerea: Imagen de la superficie terrestre captadamediante el empleo de sensores fotograficos instalados a bordo de diversasplataformas aerotransportadas.

Aerotriangulacion: Proceso que permite densificar el control horizontal y verticalentre modelos estereoscopicos a partir de puntos determinados directamente en elterreno, mediante la generacion de coordenadas terrestres por metodos de calculoy aprovechamiento de las relaciones geometricas entre fotografıas consecutivas.

Altitud: Altura de un determinado lugar o de un punto de la superficie terrestre conreferencia al nivel del mar.

Altura: Distancia vertical entre una superficie de referencia y un punto determinado.

Bloque fotogrametrico: Termino usado para describir y caracterizar la informacionde aerotriangulacion asociada total o parcialmente a un proyecto fotogrametrico.

Calidad: Conjunto de propiedades y caracterısticas de un producto que le otorgan suaptitud para satisfacer necesidades establecidas e implıcitas. NTC 5043.

Camara aerea digital: Equipo fotografico disenado especialmente para tomaraerofotografıas digitales desde una plataforma aerea. Poseen un dispositivo ChargedCoupled Device (CCD) de alta calidad metrica para capturar las imagenes.

Cartografıa: Disciplina que estudia los diferentes metodos, sistemas, operacionescientıficas y tecnicas que permiten representar en un plano la superficie terrestrey los fenomenos o hechos que se desarrollan sobre ella. El producto de larepresentacion recibe el nombre de cartografıa, mapa o carta.

Cartografıa basica: Producto de precision obtenido a partir de procesos defotogrametrıa analıtica o digital, donde se muestran los rasgos naturales ytopograficos de la superficie terrestre por medio de sımbolos, puntos, lıneas ypolıgonos.

Conjunto de datos: Grupo de datos geograficos relacionados, que han sido capturadoso generados de acuerdo a unas especificaciones tecnicas previamente determinadas.IGAC (2016c)

Control de calidad: Proceso de verificacion del cumplimiento de los elementos decalidad definidos en las especificaciones tecnicas.

Control terrestre: Etapa del proceso cartografico mediante la cual se realiza ellevantamiento de puntos de control terrestre. Fotocontrol.

Coordenadas: Cantidades lineales o angulares que designan la posicion de un puntocon relacion a un marco de referencia. IGAC (2016c)

Curva de nivel: Lınea imaginaria que une puntos del terreno con la misma altura,respecto al nivel de referencia utilizado.

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Diseno de un vuelo fotogrametrico: Proceso de configuracion sobre un mapatopografico, la localizacion de las lıneas de vuelo, los puntos de toma deaerofotografıas y la altura de vuelo en cada lınea, de acuerdo con las especificacionestecnicas.

Edicion Cartografica: Etapa de diseno grafico en la elaboracion de cartografıa analogaque incluye la asignacion de convenciones, edicion de anotaciones, considerandola escala cartografica de salida, las convenciones, la estructura y atributos de lainformacion geografica y las especificaciones tecnicas.

Elemento de calidad: Componente cuantitativo que describe la calidad de un conjuntode datos geograficos y forma parte de un informe de calidad. IGAC (2016c)

Escala: Relacion de proporcionalidad que existe entre la magnitud representada sobreuna ortofoto, carta geografica, mapa u otro modelo cartografico y su magnitud realen el terreno.

Especificacion: Documento en el que se describen detalladamente las caracterısticas ocondiciones mınimas que debe cumplir un producto geografico, con el fin de crearlo,proveerlo y usarlo de manera estandarizada, permitiendo la interoperabilidad entrelos datos y maximizando la calidad de la informacion. IGAC (2016c)

Estacion base GNSS: Coordenadas y rastreo de un punto especıfico de la superficieterrestre generado con equipos GNSS de alta precision y que sirve como apoyo parael calculo de la posicion exacta de un equipo GNSS en movimiento.

Estacion Fotogrametrica Digital: Dispositivo compuesto de software y hardwareespecializado para aplicaciones fotogrametricas como presentacion y manipulacionde imagenes digitales, aerotriangulacion, visualizacion en estereo de modelosestereoscopicos, restitucion, generacion de modelos digitales de terreno, entre otras.

Estacion GNSS pasiva: Punto geodesico de referencia materializado por unmonumento o capturado con equipos GNSS de precision, cuyas coordenadas estandefinidas en la epoca del marco de referencia.

Estandar: Acuerdos documentados que contienen criterios precisos los cuales sonutilizados consistentemente, como polıticas, normas, reglas, guıas o definicionesde caracterısticas para asegurar que los materiales, productos, procesos y servicioscumplen con su proposito.

Exactitud: Cercanıa de los valores de las observaciones realizadas con respecto a losvalores reales o a los valores aceptados como verdaderos. IGAC (2016c)

Exactitud posicional: Describe la cercanıa en posicion de los objetos en el conjunto dedatos, con respecto a sus posiciones verdaderas (o las asumidas como verdaderas).

Formato Tagged Image File Format (TIFF): Formato de archivo para imagenesque almacena la informacion mediante bloques o marcas que describen un atributode la imagen o un desplazamiento en pıxeles. Cada marca describe un atributo dela imagen o un desplazamiento desde el principio del fichero hasta una cadena depıxeles.

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Fotocentro: Punto en la imagen correspondiente al centro de proyeccion.

Georreferenciacion: Proceso utilizado para determinar la posicion de un objeto oconjunto de datos mediante un sistema de coordenadas referidas a la superficieterrestre.

Ground Sample Distance (GSD) Resolucion Espacial: Define la resolucion endistancia sobre el terreno que puede detectar un sensor de imagenes digitales.

Imagen digital: Funcion discreta de la imagen analogica, tanto en las dimensionesgeometricas, mediante la generacion de celdas por muestreo equiespaciado de lasuperficie, como en sentido radiometrico, mediante la asignacion de valores enterosdenominados Niveles Digitales (ND).

Inertial Measurement Unit (IMU): Dispositivo para la determinacion de angulosde giro en los ejes X, Y y, Z en el momento exacto de la captura de una imagendigital. Esta compuesto por tres acelerometros, tres giroscopios de fibra optica yun preprocesador electronico de senales.

Latitud: Distancia angular medida a lo largo de un meridiano entre un punto de lasuperficie terrestre y el ecuador. Proporciona la localizacion de un punto al norteo al sur del Ecuador.

Longitud: Distancia angular entre un lugar cualquiera de la superficie terrestre y elmeridiano de Greenwich. Se expresa con medidas angulares que van desde 0o a180o al este u oeste de dicho meridiano.

MAGNA–SIRGAS: Marco Geocentrico Nacional de Referencia. Es la densificacionde SIRGAS, y por tanto del ITRF en Colombia. Esta compuesto de un conjuntode estaciones con coordenadas geocentricas [X Y Z] de alta precision y cuyasvelocidades [VX, VY, VZ] (cambio de las coordenadas con respecto al tiempo) sonconocidas, dichas estaciones conforman la materializacion del sistema de referenciaglobal para Colombia.

Mapa: Representacion grafica a escala y simplificada de la superficie terrestre,generalmente sobre una superficie plana, utilizando una proyeccion cartografica.

Memoria tecnica: Documento estandarizado que registra la planeacion, ejecucion,tiempos y resultados obtenidos en un proyecto cartografico, para el registro, controly, seguimiento de la informacion generada.

Modelo Digital de Elevacion (MDE): Representacion cuantitativa y continua de ladistribucion espacial de las alturas del terreno. Contiene informacion acerca de laposicion horizontal y la altura de los elementos de la superficie terrestre.

Modelo Digital de Superficie (MDS): Representacion espacial (coordenadas X, Yy Z) de las elevaciones de la superficie terrestre (copas de arboles, techos deconstrucciones, terreno en general, etc.). Su distribucion puede ser regular (mallade puntos) o irregular (red irregular de triangulos).

Modelo estereoscopico: Area comun o de recubrimiento (traslapo, solape) entredos fotografıas o imagenes satelitales contiguas, que permite recrear la vistatridimensional o estereoscopica.

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Mosaico: Es el conjunto de imagenes georreferenciadas u ortorectificadas y corregidas,a las que se ajusta la radiometrıa (tonalidad y luminosidad) dando lugar a unaortofoto digital continua.

Orientacion externa: Define la posicion espacial (coordenadas X, Y, Z) y orientacionangular asociada con una imagen. Los elementos de orientacion externa definen lascaracterısticas asociadas a la imagen en el momento en que se realizo la toma.

Orientacion interna: Establecimiento de una transformacion entre los objetos oelementos de la imagen y un sistema cartesiano de coordenadas con origen en elcentro de proyeccion de la camara. Define la geometrıa interna de la camara osensor en el momento de la toma.

Ortofoto: Representacion fotografica del terreno en proyeccion ortogonal. Se obtienepor ortorrectificacion de aerofotografıas, proceso por cual se corrigen las distorsionesgeometricas.

Ortofotomosaico: Union de dos o mas ortofotos formando una representacion continuade un area del terreno. Su elaboracion utiliza tecnicas donde multiples imagenesaerofotograficas son digitalmente unidas, mientras se corrigen cambios sistematicosen radiometrıa y geometrıa.

Ortorrectificacion: Proceso en el cual se corrigen las distorsiones geometricas en laimagen causadas por la inclinacion del sensor (posicion del sensor en el momentode la toma) y la influencia del relieve.

Pıxel: Contraccion de las palabras inglesas Picture Element. Elementos graficosdispuestos sistematicamente en filas y columnas para formacion de una imagen.Primitivo geometrico de dos dimensiones que corresponde a una celda de unaimagen. IGAC (2016c)

Precision: Medida de repetitividad de un conjunto de medidas (ISIO TC/211). Laprecision esta dada por el valor de la desviacion estandar calculada para lasdiferentes medidas a un valor central y depende de la sensibilidad del equipoempleado y la habilidad del observador.

Precision horizontal del punto: Semiejes de una elipse de incertidumbre, de talmanera que la localizacion horizontal verdadera o teorica del punto cae dentrode esta elipse el 95% de las veces.

Precision vertical del punto: Valor lineal de incertidumbre donde la localizacionvertical verdadera o teorica del punto cae dentro de dicho valor el 95% de las veces.

Punto de control terrestre Ground Control Point (GCP): Objeto parte de el,en el terreno, de facil identificacion sobre fotografıas aereas, imagenes satelitaleso productos cartograficos, al cual se le determina coordenadas geograficas y planas.Punto sobre la Tierra que tiene una posicion geografica conocida con exactitud.

Puntos de control: Punto materializado o fotoidentificable cuyas coordenadas(horizontales y verticales) fueron obtenidas por metodos geodesicos de alta precisiony estan ligadas a un sistema de referencia.

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Raster: Representacion grafica y continua de la realidad por medio de celdas regulares(generalmente cuadrıcula) en una matriz. Cada una de las celdas representa unatributo por medio de un valor. IGAC (2016c)

Recubrimiento o traslapo: Porcentaje del area comun de terreno cubierta por dos omas fotografıas o imagenes satelitales.

Residual: Cualquier diferencia entre la cantidad observada y el valor calculado paradicha cantidad.

Resolucion espacial: Ground Sample Distance (GSD) que registra un sensor generadorde imagenes. Esta directamente relacionado con la capacidad para identificar sobrela imagen objetos de la superficie terrestre.

Sistema de coordenadas: Conjunto de parametros que permiten definirinequıvocamente la posicion de cualquier punto en un espacio geometricorespecto de un punto denominado origen.

Topografıa: Representacion grafica de la superficie terrestre, con sus formas y detalles,tanto naturales como artificiales. Incluye altimetrıa y planimetrıa.

Vuelo fotogrametrico: Conjunto de fotografıas aereas obtenidas mediante un sensoro camara fotogrametrica. Las fotografıas son tomadas por lıneas de vuelo o fajasgarantizando traslapes longitudinal y trasversal para cubrir completamente, conmodelos estereoscopicos un area determinada del territorio.

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5 Metodologıa y Resultados

Teniendo en cuenta que el objetivo del proyecto fue realizar la evaluacion de la viabilidaddel uso de aeronaves no tripuladas como alternativa al proceso de produccion cartograficacatastral a escala 1:2000, se propuso una metodologıa en la cual se ejecute de principio a finel flujo de trabajo tradicional para la elaboracion de cartografıa siguiendo procedimientosfotogrametricos, haciendo tan solo la salvedad de que en este caso en particular, se cambiola plataforma de toma de datos aereos clasica por una Aeronave Remotamente Tripulada(ART) de vuelo de baja altura. SELPER - IGAC (2016)

En la figura 1 se muestra el flujo de trabajo, en el recuadro se encierra la parte queocupa este estudio.

Figura 1: Flujograma general de actividades.Tomado de Propuesta tecnica SELPER - IGAC (2016).

Produccion cartografica

Para la elaboracion del MDS y el ortofotomosaico de cada uno de los vuelos se utilizouna licencia de prueba del software de procesamiento fotogrametrico especializado paraARTs Agisoft PhotoScan Pro 1.1.6. Este software utiliza el flujo de trabajo que se muestraen la figura 2 y se ve en la seccion 8 Manual de Procesamiento de la pagina 37.

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Figura 2: Flujo de trabajo Agisoft PhotoScan Pro.Adaptado de Bhandari y otros. (2015).

En el proceso inicial se realizo la extraccion de puntos de las fotografıas, el emparejamientode los puntos de paso y a su vez la aerotriangulacion de manera automatica, orientacioninterna y externa con los centros de las imagenes y los Ground Control Points (GCPs), deesta manera se logra el ajuste del bloque fotogrametrico. Para el ajuste de cada bloquese utilizaron puntos de control como se muestra en la tabla 1.

Tabla 1: GCPs utilizados por vuelo.

Vuelo Fotos GCPs Utilizados1 1001 92 1298 103 1312 6

El resultado del ajuste de cada bloque es arrojado por el software en un informe quemuestra la Raız del Error Medio Cuadratico (RMSE) en X, Y y Z. En la tabla 2 estanlos valores arrojados en cada uno de los informes por cada vuelo. Se observa que loserrores en X, Y y Z por cada bloque estan por debajo del centımetro.

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Tabla 2: RMSE por reporte generado de cada vuelo procesado.

Vuelo X error (m) Y error (m) Z error (m) Error Total (m)1 0.003078 0.004091 0.000705 0.0051682 0.006989 0.009698 0.003777 0.0125363 0.006268 0.009748 0.002351 0.011826

Siguiendo el flujo de trabajo se realizo la densificacion de la nube de puntos de maneraautomatica, seguida de la clasificacion de los puntos mediante un etiquetado de manerasemiautomatica y luego se realizo la generacion de la malla de triangulos. Ya con lamalla generada se procedio a la generacion del MDS y el ortofotomosaico los cuales seexportaron a una resolucion de tamano de pixel de 20 cm y 15 cm respectivamente. Esteproceso se encuentra en la seccion 8 Manual de Procesamiento de la pagina 37.

Productos Cartograficos Resultantes

Tambien se realizo el corte y union de los mosaicos generados en cada procesamiento.Los productos cartograficos que se generaron como parte de los datos tomados con ARTfueron de dos tipos, por un lado 3 MDS y por otro 3 ortofotomosaicos que se describenen la tabla 3.

Tabla 3: Productos Generados.

Vuelo Producto Area Cubierta Formato Tamano cm/pix

1MDS

103 ha*.tif 20

Ortofotomosaico *.tif 20

2MDS

134 ha*.tif 20

Ortofotomosaico *.tif 20

3MDS

124 ha*.tif 20

Ortofotomosaico *.tif 20*Donde ha es hectareas

Evaluacion de Precision y Exactitud Cartograficas

Para la validacion del ortofotomosaico se tomaron 8 puntos de control de precisionsumados a 2 bases geodesicas virtuales y ası se obtuvieron 10 puntos para la evaluacionde precision como se ve en la figura 3.

Figura 3: Puntos de Control para la Validacion.

Tomado de Reporte IGAC (2016e).

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Los puntos de control estan descritos en fichas, las cuales muestran dos imagenes, unade perfil y la otra aerea de cada punto, ası como una breve descripcion del lugar y suscoordenadas para ası poder identificarlos facilmente, como se muestra en la figura 4.

Figura 4: Ficha descriptiva de puntos de control.Tomado de Reporte IGAC (2016b).

Para verificar la viabilidad del ortofotomosaico en la generacion de la base cartograficaen el catastro multiproposito, se deben atender algunas normas de nivel nacional einternacional como los son: la Positional Accuracy Standards for Digital GeospatialData de Noviembre de 2014, de la American Society for Photogrammetry and RemoteSensing (ASPRS) y la RESOLUCION NUMERO 64 DE 1994 del IGAC.

En estas normas se define la exactitud posicional mediante la RMSE ecuacion 1 quees la raız cuadrada del promedio del conjunto de diferencias cuadradas entre los valoresde coordenadas del conjunto de datos (ortofotomosaico) y los valores de coordenadas deuna fuente independiente de mayor precision (Puntos de Precision).

RMSE =

√

√

√

√

n∑

i=1

(xi(orto)−xi(prec))2 (1)

Donde:

xi(orto) es la coordenada en la direccion especificada del i-esimo punto en el ortofotomosaico,

xi(prec) es la coordenada en la direccion especificada del punto de precision i-esimo,

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n es el numero de puntos de verificacion probados,

i es un numero entero que va de 1 hasta n.

Tambien se utilizaron otros estadısticos como la media (µ) y la desviacion estandar(σ) de los errores ecuaciones 2 y 3.

µ =1

n

n∑

i=1

xi (2)

Donde:

xi es el i-esimo error en la direccion especificada,



σ =

√

√

√

√

1

(n− 1)

n∑

i=1

(xi − µ)2 (3)

Donde:

xi es el i-esimo error en la direccion especificada,

xi(prec) es la coordenada en la direccion especificada del punto de precision i-esimo,

σ es el error medio en la direccion especificada,



Para hacer la validacion se realizo la extraccion de los puntos del ortofotomosaicogenerado, con ayuda del software ArcGis y se encuentran los valores de la diferencia delos errores horizontales que se muestran en la tabla 4.

Tabla 4: Errores horizontales absolutos por punto

Id xi(orto) − xi(prec) (xi(orto) − xi(prec))2

CP-1 0.06013 0.00362CP-2 0.14705 0.02162CP-3 0.08289 0.00687CP-4 0.05663 0.00321CP-5 0.21312 0.04542CP-6 0.03446 0.00119CP-7 0.19656 0.03864CP-8 0.11200 0.01254C-1 0.14333 0.02054C-2 0.06676 0.00446

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Tambien se realizo la extraccion de la diferencia de los errores verticales del ModeloDigital de Superficie (MDS) utilizando la herramienta Extract Values to Points delArcToolBox de ArcGis los valores se muestran en la tabla 5.

Tabla 5: Errores verticales absolutos por punto

Id zi(MDS) − zi(prec) (zi(MDS) − zi(prec))2

CP-1 0.51121 0.26134CP-2 3.86125 14.90925CP-3 0.02688 0.00072CP-4 0.35013 0.12259CP-5 4.06825 16.5507CP-6 0.09702 0.00941CP-7 1.84543 3.40561CP-8 0.01618 0.00026C-1 0.15031 0.02259C-2 0.00426 0.00002

Despues de haber realizado el control de precision dentro del ortofotomosaico, sepresenta la tabla 6 donde se resumen los calculos estadısticos que se hicieron a lasdiferencias de los errores utilizando las ecuaciones 1, 2 y 3, ademas se hallo el errorgrueso para ası excluir valores mayores a este.

Tabla 6: Estadısticos de los errores horizontales

Escala n µ σ RMSExy Error Estandar Error Grueso1:2000 10 0.1113 0.06168 0.12574 0.01951 0.29635

Tambien se realizo el calculo de los estadısticos de los errores del control de precisiondel MDS para la validacion del error vertical como se muestra en la tabla 7.

Tabla 7: Estadısticos de los errores verticales

Escala n µ σ RMSEz Error Estandar Error Grueso1:2000 10 1.09309 1.61017 1.87836 0.50918 5.92361

Dado que ningun dato fue excluido por superar el error grueso, se toman todos loscalculos de la tabla 6 y 7 para el analisis.

Al graficar las diferencias de los errores horizontales por punto, se encontro que loserrores de mayor valor son los puntos CP-2, CP-5 y CP-7 como se ve en la figura 5.

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Figura 5: Histograma de las diferencias de error horizontal.Elaboracion propia.

De igual manera se encontro que las diferencias de los errores verticales por punto, aligual que los horizontales son CP-2, CP-5 y CP-7 como se ve en la figura 6.

Figura 6: Histograma de las diferencias de error vertical.Elaboracion propia.

Al realizar la revision, se encuentra que los puntos CP-2, CP-5 y CP-7 no fuerontomados sobre al nivel del suelo ver figura 7, sino a los techos de las construcciones, porlo cual se genera una deformacion que aumenta la diferencia de las coordenadas y lasalturas.

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(a) Punto CP-2 (b) Punto CP-5 (c) Punto CP-7

Figura 7: Puntos de CP-2, CP-5 y CP-7 tomados a los techos de las construcciones.Tomado de IGAC (2016b).

Al determinar que los puntos CP-2, CP-5 y CP-7 son la causa del aumento del errorse hace un nuevo calculo de las estadısticas para revisar las variaciones, como se muestranen la tabla 8.

Tabla 8: Nuevos estadısticos calculados de los errores horizontales

Escala n µ σ RMSExy Error Estandar Error Grueso1:2000 7 0.07946 0.037040 0.086540 0.014000 0.190576

De igual manera se realizaron los nuevos calculos para los errores verticales como semuestran en la tabla 9.

Tabla 9: Nuevos estadısticos calculados de los errores verticales

Escala n µ σ RMSEz Error Estandar Error Grueso1:2000 7 0.16514 0.19409 0.24405 0.07336 0.74742

Revisando las tablas 6 y 8 de los errores horizontales y haciendo una comparacion, sepudo comprobar que el error grueso disminuyo de 0.30 m a → 0.19 m. De igual manera alcomparar las tablas 7 y 9 de los errores verticales se pudo comprobar que el error gruesodisminuyo de 5.92 m a → 0.74 m, valores que estaban siendo generados por los puntosCP-2, CP-5 y CP-7. Al mismo tiempo es evidente una disminucion en el error medio yel RMSE como se muestra en la tablas 8 y 9 respectivamente.

Para obtener los valores de exactitud de posicion se tuvieron en cuenta las normasnacionales e internacionales vigentes como los son la Resolucion Numero 64 De 1994 delIGAC y la American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS) 2014.

Segun IGAC (1994), las personas naturales y jurıdicas que realicen trabajosde fotogrametrıa y/o cartografıa en el territorio colombiano deben cumplir con lascondiciones y especificaciones tecnicas senaladas a continuacion:

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Normas de precision final

Los procesos y los instrumentos utilizados para la restitucion fotogrametrica deben sertales que los mapas finales cumplan con las normas mınimas que se dan a continuacion.

• Precision Planimetrica

El 90% de los puntos extraıdos del mapa, con excepcion de aquellos quenecesariamente son desplazados por la exageracion de la simbologıa, deben estarlocalizados dentro de 0.5 mm. a escala de plano de sus posiciones verdaderas. Elerror medio cuadratico correspondiente es de 0.30 mm a la escala del mapa.

RMSExy = 0.30mm ∗ Em (4)

Siendo Em el modulo de escala, en la tabla 10 se muestran los calculos para cadauna de las escalas.

• Precision Altimetrica

El 90% de las curvas de nivel y de las elevaciones interpoladas a partir de dichascurvas de nivel deben estar dentro del 1/2 intervalo basico. Si “c” es este intervalo,el error medio cuadratico es de 0.3 c. Normalmente, se adopta que el intervalobasico es de 1 mm * Em (siendo Em el modulo de escala), en cuyo caso el valor dela precision altimetrica para el 90% indicado es de 0.5 mm * Em. El error mediocuadratico correspondiente es de 0.30 mm * Em. No hay restriccion para fijarintervalos de curvas menores, siempre y cuando la norma de precision se cumpla.

RMSEz = 0.30mm ∗ Em (5)

Siendo Em el modulo de escala, en la tabla 10 se muestran los calculos para cadauna de las escalas.

Tabla 10: RMSExy y RMSEz maximo permitido IGAC.

Escala RMSExy (m) RMSEz (m)500 0.150 0.1501000 0.300 0.3002000 0.600 0.6005000 1.500 1.500

Segun la ASPRS (2014), para obtener los valores de la exactitud de posicion con unIntervalo de Confianza (IC)95% se deben hacer los siguientes calculos:

IC95% = 2.448 ∗RMSExy (6)

IC95% = 1.960 ∗RMSEz (7)

Los calculos de RMSExy y la RMSEz del ASPRS (2014) se muestra en la tabla 11.

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Tabla 11: RMSExy y RMSEz norma ASPRS.

Escala RMSExy IC 95% (m) RMSEz IC 95% (m)500 0.122 0.0981000 0.245 0.1962000 0.490 0.3925000 0.734 0.653

Tomado de Photogrammetric Engineering & Remote Sensing ASPRS (2014) y Qassim y otros.(2015).

En las tablas 12 y 13 se ven los valores para el RMSExy con las especificacionestecnicas de la normatividad del IGAC (1994) como la de ASPRS (2014) respectivamente.Las medıas (µ) de los errores horizontales comparadas para cada uno de los casos (10 y 7puntos), muestran que el error promedio varıa en 3.1 cm, con solo descartar los 3 puntosque generan mayor error por el tipo de toma realizada. Ademas se puede ver que el errormedio se encuentra en el rango de los 8 a 11 cm.

Se cumple con bastante diferencia las especificaciones que dicta el IGAC (1994) conun intervalo de confianza al 90% en cualquiera de los dos casos, como se muestra en latabla 12.

Tabla 12: Resultados RMSExy con intervalo de confianza al 90% Norma IGAC

n µ σ RMSExy *RMSExyIGAC(IC90%) **RMSExy IGAC10 0.11129 0.06168 0.12574 0.20684 0.6007 0.07946 0.03704 0.08654 0.14236 0.600

*RMSExy90%= 1.645 ∗RMSExy. **RMSExy IGAC maximo permitido

Para el caso de la norma ASPRS (2014) sucede lo mismo, se cumple con el intervalode confianza al 95%, como se muestra en la tabla 13.

Tabla 13: Resultados RMSExy con intervalo de confianza al 95% Norma ASPRS

n µ σ RMSExy *RMSExy95% **RMSExy ASPRS10 0.11129 0.06168 0.12574 0.30781 0.4907 0.07946 0.03704 0.08654 0.21185 0.490*RMSExy95%= 2.448 ∗RMSExy. **RMSExy ASPRS maximo permitido

Las desviaciones estandar (σ) tienen una diferencia de 2.5 cm entre los calculos conlos puntos CP-2, CP-5 y CP-7 y sin ellos. Tambien hay una disminucion de la dispersionde 6.2 cm a 3.7 cm, lo cual indica que aunque no es alta para los dos casos, es mejortener una que oscile mas bajo con relacion a la media del error. El error estandar cuentacon un grado optimo de precision de los datos ya que para el primero esta en 1.9 cm ypara el segundo 1.4 cm como se puede ver en las tablas 7 y 9.

En las tablas 14 y 15 se observan los resultados de la validacion vertical, ademas delos intervalos de confianza para las normas IGAC (1994) y ASPRS (2014).

En la tabla 14 se puede ver que el RMSEz con todos los puntos no cumple con lanorma IGAC (1994), ya que supera el valor maximo del RMSEz IGAC permitido, el cual

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es de 60.0 cm. Al excluir los puntos CP-2, CP-5 y CP-7 da un valor RMSEz de 24.4 cmcon un IC al 90% de 40.4 cm el cual cumple con RMSEzIGAC de los 60 cm maximo.

Tabla 14: Resultados RMSEz con intervalo de confianza al 90% Norma IGAC

n µ σ RMSEz *RMSEzIGAC(IC90%) **RMSEz IGAC10 1.09309 1.61017 1.87836 3.08990 0.6007 0.16514 0.19409 0.24405 0.40146 0.600

*RMSEz90%= 1.645 ∗RMSEz. **RMSEz IGAC maximo permitido

Por otra parte en la tabla 15 se encuentran los resultados del RMSEz para la normaASPRS (2014) los cuales no cumplen para el IC al 95% para ninguno de los dos casos,pero realizando una revision de la tabla 11 se pudo ver que cumple para escalas superiorescomo los son la 1:5000, ya que el IC al 95% es de 47.8 cm y el RMSEz ASPRS maximoes de 65.3 cm.

Tabla 15: Resultados RMSEz con intervalo de confianza al 95% Norma ASPRS

n µ σ RMSEz *RMSEz95% **RMSEz ASPRS10 1.09309 1.61017 1.87836 3.68159 0.3927 0.16514 0.19409 0.24405 0.47835 0.392*RMSEz95%= 1.960 ∗RMSEz. **RMSEz ASPRS maximo permitido

Una de las razones por las cuales se dieron diferencias de error significativas esporque las mediciones son extraıdas del Modelo Digital de Superficie (MDS) generadoautomaticamente por el software sin ningun tipo de refinado y como adicional, los puntosCP-2, CP-5 y CP-7 son los que agregan mayores valores de error para este caso devalidacion vertical, ası que se excluyen.

El valor de la desviacion estandar de los puntos se encuentra alejandose con respecto ala media del error 19.4 cm, lo cual es una oscilacion grande comparada con las diferenciashorizontales.

En la seccion 7 Memoria Tecnica de la pagina 22, se encuentran los calculos para lasescalas 1:500 y 1:1000 evaluadas para IGAC (1994).

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6 Resultados Alcanzados

Los resultados alcanzados en el desarrollo de este proyecto fueron:

• La evaluacion de la viabilidad del uso de ARTs, donde se logro establecer lapertinencia en el uso de este tipo de aeronaves, ya que cumplen con la normatividadvigente, no obstante a su vez, se debe hacer una serie de recomendaciones que seencuentran consignadas en la “memoria tecnica” adjunta en la seccion 7 de estedocumento.

• Se logro la generacion del MDS y el ortofotomosaico con la ayuda del softwarefotogrametrico especializado en procesamiento de imagenes adquiridas por ARTAgisoft PhotoScan Pro 1.1.6, para cada uno de los vuelos realizados en el municipiode Cabuyaro del departamento del Meta.

A continuacion se muestra la figura 8, en la cual esta el ortofotomosaico generadoa escala 1:2000, producto de los insumos capturados de tres vuelos con ART.

Figura 8: Ortofotomosaico Cabuyaro - Meta.Elaboracion propia.

Y tambien la figura 9, muestra el MDS generado con los insumos capturados de lostres vuelos con ART.

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Figura 9: Modelo Digital de Superficie (MDS) Cabuyaro - Meta.Elaboracion propia.

• Tambien se realizo un manual de procesamiento de el software Agisoft PhotoScanPro 1.1.6 utilizado para la generacion del MDS y el ortofotomosaico, que seencuentra en otra seccion 6, Manual de Procesamiento.

• Ademas se logro establecer una metodologıa para hacer el procesamiento de estetipo de imagenes que pueda ser adoptada en investigaciones futuras.

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7 Memoria Tecnica

7.1 Introduccion

En este documento se logro ver la viabilidad de las imagenes adquiridas con unaplataforma ART, en el marco de la implementacion de nuevas tecnologıas para laobtencion de una cartografıa catastral para una escala de 1:2000, utilizando inicialmenteel metodo clasico fotogrametrico que involucra el plan de vuelo, orientacion interior,orientacion exterior, generacion y edicion de nube de puntos, extraccion de MDS, yobtencion del ortofotomosaico.

Se utilizaron herramientas estadısticas que mediante el analisis fue posible determinarsi los productos generados a partir de imagenes adquiridas con ARTs cumplen con lascondiciones y la calidad necesaria para generar una cartografıa catastral multiproposito.

7.2 Objetivos

Los objetivos trazados para el desarrollo de este documento son:

• Evaluar los productos generados a partir del pre procesamiento y procesamientode las imagenes adquiridas de plataformas ARTs en el marco del proyecto deinvestigacion del CIAF, en el municipio de Cabuyaro del departamento del Meta.

• Generar el ortofotomosaico y Modelo Digital de Superficie (MDS), mediantela utilizacion de imagenes adquiridas con ART del municipio de Cabuyaro deldepartamento del Meta.

7.3 Conceptos

7.3.1 Aeronaves Remotamente Tripuladas (ART, UAV, UAS)

Las Aeronaves Remotamente Tripuladas (ARTs), permiten el desarrollo autonomo osemiautonomo de diferentes tipos de misiones reales, ya sean militares o civiles, lo queha incentivado la promocion de estos en diferentes medios a la opinion publica general,la misma que comienza a conocer su existencia, motivo por el que se ha incrementadoel interes en su estudio en centros investigativos y particulares, medios en los que secomienza a entender su importancia y utilidad. Angulo (2014)

Los criterios de clasificacion de las ARTs son varios de manera que los podemosestablecer en grupos Fernandez de Cordoba (2010):

• Segun el techo y el alcance: Pueden ser Micro Air Vehicles (MAV), Low Altitude,Long Endurance (LALE), Low Altitude, Short-Endurance (LASE), High Altitud,Long Endurance (HALE) y Medium Altitude, Long Endurance (MALE) como seve en la figura 10. Watts y otros. (2012)

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Figura 10: Clasificacion de ARTs segun altura y tiempo de vuelo.Tomado de Watts y otros. (2012)

• Segun su diseno: Ala fija figura 11a y ala rotativa figura 11b

(a) Ala fija Skywalker X8. (b) Ala rotativa Dji F550.

Figura 11: ARTs segun su diseno.Elaboracion propia.

• Por el tipo de despegue: Mediante tren figura 12a, rampa o catapulta figura 12b yVertical Take-Off and Landing (VTOL) figura 12c

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(a) Skywalker X8 con tren. (b) Skywalker X8 con catapulta. (c) Tarot 960 despegue VTOL.

Figura 12: ARTs segun tipo de despegue.

Figura (a) tomada de FPV Model (2016)

• Por el tipo de aterrizaje: Mediante tren fijo o retractil figura 12a, VTOL figura 12cy paracaıdas figura 13

Figura 13: Clasificacion de ARTs por tipo de aterrizaje.Modificada de AliExpress (2016)

7.3.2 El Pre Procesamiento

El pre procesamiento esta comprendido por:

• Organizacion de las imagenes con su respectiva identificacion

Se realiza la seleccion de las imagenes a ser procesadas teniendo en cuenta que estena la misma altura de vuelo y que su identificador sea claro.

• Alistamiento los datos GPS/INS de las ART

Son los datos descargados del autopiloto del ART con los cuales se realizara elgeoetiquetado de los centroides de las imagenes. Estos datos son generados por elreceptor Global Positioning System (GPS) el cual proporciona medidas de fase φ(t)y de pseudodistancias P (t) precisas, a frecuencias bajas, mientras que el InetialNavigation System (INS) transmite incrementos angulares ∆θ e incrementos develocidades ∆v medidos por el IMU. Angulo (2014)

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7.3.3 El Procesamiento

El Procesamiento de datos consiste:

• Ajuste de las imagenes

El software identifica automaticamente puntos homologos (puntos de paso) enimagenes adyacentes, basado en “state-of the-art computer vision algorithms”1;esto se realiza para todas las imagenes disponibles. Angulo (2014)

El ajuste permite reconstruir la posicion exacta en el espacio de toma de un parestereoscopico de imagenes, es decir, corregir la orientacion relativa de las imagenes;ademas, crea una referencia con el terreno segun las posiciones GNSS autonomasque se registraron cuando se capturaron las imagenes (centroides de las imagenes).Angulo (2014)

• Ingreso y ajuste de puntos de control

Los puntos de control terrestre o en ingles Ground Control Points (GCPs), deben serfacilmente identificables en las imagenes. Este ajuste tiene como objetivo realizarla orientacion absoluta, es decir, referenciar un par de haces al terreno, formandoun modelo estereoscopico nivelado a escala.

• Reporte del procesamiento

Este reporte contiene:

– Vista rapida ortofotomosaico y MDS

– Parametros de la camara y sus proyecciones

– Estadısticas de superposicion de las imagenes

– Estimaciones del error del posicionamiento de la camara

– Estimaciones de error de los puntos de control en tierra

• Generacion de productos fotogrametricos

La generacion del ortofotomosaico ajustado con GCPs, el MDS y la nube de puntosa partir de los datos ajustados de la mision de vuelo se hace de manera automaticaen el software fotogrametrico.

7.3.4 Software fotogrametrico

El software fotogrametrico es un paquete especializado en el procesamiento de imagenes,en el caso de las ARTs, la mayor parte cuentan con paquetes de programas quepermiten realizar las orientaciones de la imagen practicamente de forma automatica. Apesar de existir diferentes tipos de programas fotogrametricos como: Pix4D (generadorortofotomosaicos de altısima resolucion y modelos digitales de elevaciones), TrimbleAccessTM (herramienta de software para la planificacion de las misiones aereas del TrimbleUX5, comprobaciones y seguimiento de sus vuelos), Trimble Business Center (modulo defotogrametrıa para el procesamiento de imagenes de UX5); Inpho UASMaster (software

1Se conocen como lo ultimo en algoritmos de vision de computadora, estos permiten extraerdescripciones del mundo real a partir de fotografıas y secuencias de fotos.

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que permite crear MDS, nubes de puntos densificadas, MDE y ortofotomosaicos) yAgisoft PhotoScan (software que permite crear MDS, nubes de puntos densificadas,y ortofotomosaicos), entre otros. Todos especializados en el manejo de ART y elprocesamiento de sus datos. Angulo (2014)

Agisoft PhotoScan es una herramienta para procesamiento de datos adquiridos conARTs, este software es uno de los mas populares en el mercado e incluye una tecnologıaavanzada, creada para brindar resultados de alta calidad, de los datos adquiridos conARTs.

Entre las funcionalidades principales de Agisoft PhotoScan se encuentran:

• La creacion de nubes de puntos densificadas

Permite crear automaticamente nubes de puntos del MDS, desde las imagenesobtenidas con la ART. El MDS es generado automaticamente y refinadointernamente, ya que usa rutinas sofisticadas de interpolacion, filtros para evitar elruido, y edicion de bordes.

• Calibracion y Georreferenciacion

Realiza de forma automatica la aerotriangulacion y calibracion de la camara.

• Creacion de Ortofotomosaicos Digitales

Se generan automaticamente mosaicos ortorectificados y georreferenciados usandolos datos capturados con equipos ART.

7.3.5 Especificaciones Tecnicas

Las personas naturales y jurıdicas que realicen trabajos de fotogrametrıa y/o cartografıaen el territorio colombiano deben cumplir con las condiciones y especificaciones tecnicassenaladas a continuacion IGAC (1994):

Normas de precision final

Los procesos y los instrumentos utilizados para la restitucion fotogrametrica deben sertales que los mapas finales cumplan con las normas mınimas que se dan a continuacion.

• Precision Planimetrica

El 90% de los puntos extraıdos del mapa, con excepcion de aquellos quenecesariamente son desplazados por la exageracion de la simbologıa, deben estarlocalizados dentro de 0.5 mm. a escala de plano de sus posiciones verdaderas. Elerror medio cuadratico correspondiente es de 0.30 mm a la escala del mapa.

• Precision Altimetrica

El 90% de las curvas de nivel y de las elevaciones interpoladas a partir de dichascurvas de nivel deben estar dentro del 1/2 intervalo basico. Si “c” es este intervalo,el error medio cuadratico es de 0.3 c. Normalmente, se adopta que el intervalobasico es de 1 mm * Em (siendo Em el modulo de escala), en cuyo caso el valor dela precision altimetrica para el 90% indicado es de 0.5 mm * Em. El error medio

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cuadratico correspondiente es de 0.30 mm * Em. No hay restriccion para fijarintervalos de curvas menores, siempre y cuando la norma de precision se cumpla.

Las precisiones indicadas se refieren al producto final. Cada una de las etapasintermedias del proceso debe a su vez tener precision suficiente de tal forma que lasuma cuadratica de todas ellas sea igual o menor a la precision final.

7.4 Datos y Metodos

7.4.1 Zona de Estudio

El proyecto piloto se realizo sobre el municipio de Cabuyaro en el departamento del Meta,cuya cabecera se encuentra ubicada en la latitud de 4◦17’ 9” N y longitud de 72◦47’29” E, en inmediaciones de los lımites departamentales con Cundinamarca y Casanarecomo se muestra en la figura 14.

Figura 14: Ubicacion municipio de Cabuyaro - Meta.Elaboracion propia.

En donde fueron realizados tres vuelos el dıa 2 de marzo del 2016, con los cuales secubrio toda el area urbana.

7.4.2 Datos

• Puntos de Control Fotogrametrico

Para esta actividad el Instituto Geografico Agustın Codazzi (IGAC) se encargo dela determinacion de las coordenadas horizontales y verticales “Global NavigationSatellite System (GNSS)” de al menos 6 puntos existentes en el terreno por cada

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vuelo realizado, los cuales fueron identificables en las fotografıas aereas por suscaracterısticas geometricas, cambios de texturas y/o colores, o gracias al empleo demarcas temporales en el terreno.

La cantidad de GCP tomados se encuentra en la tabla 16 y la ubicacion de estos sepuede ver en la figura 15.

Tabla 16: Puntos de control zona urbana Cabuyaro.

Tipo de Puntos CantidadControl (GCP’s) 22

Control de Precision 8Geodesicos Auxiliares 2

Bases IGAC 1

Figura 15: Ubicacion de los puntos de control.Tomado de IGAC (2016d)

• Fotografıas Aereas

Fueron adquiridas con el uso de la plataforma Trimble UX5 aportada por SociedadLatinoamericana de Percepcion Remota y Sistemas de Informacion Espacial(SELPER) Capitulo Colombia con el apoyo de uno de sus asociados DATUMINGENIERIA, realizando la toma de fotografıas aereas con una resolucion de2.5 cm/pix, este sistema aereo no tripulado consta de una aeronave de ala fijamayormente fabricada con espuma de polipropileno y fibra de carbono, catapultade lanzamiento, unidad GPS, giroscopos, camara digital RGB, controlador remotoy software de control como se aprecia en la figura 16.

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Figura 16: Plataforma aerea Trimble UX5.Tomado de Monsen Engineering (2016)

Equipado con una camara sensor Sony α5100 con la que se adquirieron las imagenesde cada uno de los vuelos que fueron de 1001 para el vuelo 1, 1298 para el vuelo 2y 1312 para el vuelo 3, los datos de calibracion de la camara se pueden ver en latabla 17.

Tabla 17: Datos de calibracion de la camara sensor.

Marca Sony α5100Distancia Focal (µm) 15.5675

Tamano del Sensor (µm) 3.92 ∗ 3.92Tamano del Sensor (pix ) 6000 ∗ 4000

Punto Principal x = 0.1770 y = 0.0020*Donde µm esta micrometros y pix es pıxel

7.4.3 Metodologıa

Teniendo en cuenta que el objetivo del proyecto era realizar la evaluacion de la viabilidaddel uso de aeronaves no tripuladas como alternativa al proceso de produccion cartograficacatastral, se propuso una metodologıa en la cual se ejecute de principio a fin elflujo de trabajo tradicional para la elaboracion de cartografıa siguiendo procedimientosfotogrametricos, haciendo tan solo la salvedad de que en este caso en particular, secambiara la plataforma de toma de datos aereos clasica por una Aeronave RemotamenteTripulada (ART) de vuelo de baja altura. SELPER - IGAC (2016)

En la figura 17 se muestra el flujo de trabajo y en un recuadro se encierra la parteque ocupa esta memoria tecnica.

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Figura 17: Flujograma general de actividades.Tomado de Documento propuesta tecnica SELPER - IGAC (2016).

Produccion cartografica

Para la elaboracion del MDS y el ortofotomosaico de cada uno de los vuelos seutilizo una licencia de prueba por 30 dıas del software de procesamiento fotogrametricoespecializado para ART Agisoft PhotoScan Pro 1.1.6. Con este software se obtuvieron,el DSM y los ortofotomosaicos por vuelo, el cual utiliza el flujo de trabajo que se ve enla figura 18.

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Figura 18: Flujo de trabajo Agisoft PhotoScan Pro.Adaptado de Bhandari y otros. (2015).

Donde el proceso inicial comprendio la extraccion de puntos de las fotografıas,el emparejamiento de los puntos de paso y a su vez la aerotriangulacion de maneraautomatica, orientacion interna y externa con los centros de las imagenes y los GCPs, deesta manera se logra el ajuste del bloque fotogrametrico. Para el ajuste de cada bloquese utilizaron puntos de control como se muestra en la tabla 18.

Tabla 18: GCPs utilizados por vuelo.

Vuelo Fotos GCPs Utilizados1 1001 92 1298 103 1312 6

El resultado del ajuste de cada bloque es arrojado por el software en un informe quemuestra el Error Medio Cuadratico (RMSE) en X, Y y Z. En la tabla 19 se observan losvalores arrojados en cada uno de los informes por cada vuelo. Se puede ver que los erroresen X, Y y Z estan por debajo del centımetro, lo cual hace que el ajuste sea optimo.

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Tabla 19: RMSE por cada vuelo.

Vuelo X error (m) Y error (m) Z error (m) Error Total (m)1 0.003078 0.004091 0.000705 0.0051682 0.006989 0.009698 0.003777 0.0125363 0.006268 0.009748 0.002351 0.011826

Luego se realizo la densificacion de la nube de puntos poco densa demanera automatica y la clasificacion de los puntos mediante etiquetado de manerasemiautomatica, ademas de la generacion de la malla. Ya con la malla generada sepudo crear el MDS y luego de la creacion de este, se logro crear el ortofotomosaico. ElMDS se exporto a una resolucion de tamano de pixel de 25 cm y la del ortofotomosaicoa un tamano de pixel de 5, 10 y 20 cm respectivamente.

Luego se hizo el corte y union de los mosaicos con el software QGIS 2.8.2 como semuestra en la figura 19.

Figura 19: Visualizacion ortofotomosaico en QGIS.Elaboracion propia.

Productos Cartograficos Resultantes

Los productos cartograficos que se generaron como parte de los datos tomados conART fueron de dos tipos, por un lado 3 MDS y por otro 3 ortofotomosaicos que sedescriben en la tabla 20.

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Tabla 20: Descripcion Productos generados.

Vuelo Producto Area Cubierta Formato Tamano cm/pix

1MDS

103 ha*.tif 20

Ortofotomosaico *.tif 5, 10 y 20

2MDS

134 ha*.tif 20

Ortofotomosaico *.tif 5, 10 y 20

3MDS

124 ha*.tif 20

Ortofotomosaico *.tif 5, 10 y 20*Donde ha es hectareas

Evaluacion de Precision y Exactitud Cartograficas

Para el analisis de resultados se tomaron los 8 puntos del control de precision sumadosa las 2 bases virtuales y ası se tuvieron 10 puntos para la evaluacion de precision. Lospuntos de control estan descritos en fichas, las cuales muestran dos imagenes, una de perfily la otra aerea de cada punto, ası como una breve descripcion del lugar y sus coordenadaspara ası poder identificarlos facilmente, como se muestra en la figura 20.

Figura 20: Ficha descriptiva de puntos de control.Tomado de Reporte IGAC (2016b).

Despues de haber realizado el control de la precision dentro del ortofotomosaico adiferentes escalas, se presenta la tabla 21 donde se resumen los calculos estadısticos quese hicieron a las diferencias de las distancias.

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Tabla 21: Estadısticos

Escala n µ σ RMSE Error Estandar Error Grueso1:500 10 0.11385 0.068656 0.131169 0.021711 0.3198231:1000 10 0.11046 0.074473 0.131127 0.023550 0.3338841:2000 10 0.11129 0.061685 0.125740 0.019506 0.296348

Dado que ningun dato fue excluido por el error grueso, se toman todos los calculos dela tabla 21 para el analisis.

Al graficar las diferencias de los errores para cada escala, se encuentro que para lostres ortofotomosaicos se presenta un mayor error en los puntos CP-2, CP-5 y CP-7 comose ve en las figuras 21a, 21b y 21c.

(a) Escala 500 (b) Escala 1000 (c) Escala 2000

Figura 21: Grafico de barras con las diferencias de error.Elaboracion propia.

Al realizar la revision, se encuentra que los puntos CP-2, CP-5 y CP-7 no fuerontomados sobre al nivel del suelo, sino a los techos de las construcciones, por lo cual segenera una deformacion que aumenta la diferencia de las coordenadas. Al determinar quelos puntos CP-2, CP-5 y CP-7 son la causa del aumento del error grueso se hace un nuevocalculo de las estadısticas para revisar las variaciones, como se muestran en la tabla 22.

Tabla 22: Nuevos Estadısticos Calculados

Escala n µ σ RMSE Error Estandar Error Grueso1:500 7 0.07523 0,023688 0.078358 0.008953 0.1462901:1000 7 0.07161 0.038905 0.080160 0.014705 0.1883261:2000 7 0.07946 0.037040 0.086540 0.014000 0.190576

Al graficar nuevamente las diferencias de los errores para cada escala y excluyendo lospuntos CP-2, CP-5 y CP-7 se puede ver un comportamiento de los datos mas homogeneo.La escala 500 es la que tiene los datos mas homogeneos y con menor error, como se ve enlos graficos de barras de las figuras 22a, 22b y 22c.

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(a) Escala 500 (b) Escala 1000 (c) Escala 2000

Figura 22: Grafico de barras con las diferencias de error con puntos excluidos.Elaboracion propia.

Revisando las tablas 21, 22 y haciendo un promedio, se puede comprobar que el errorgrueso disminuyo de 31.7 cm a 18.3 cm, error que estaba siendo generado por los puntosCP-2, CP-5 y CP-7, al igual que una evidente disminucion en el error medio y el RMSE.

Las desviaciones estandar (σ) tienen una diferencia en promedio de 3.15 cm entre loscalculos con los puntos CP-2, CP-5 y CP-7 y sin ellos. Tambien hay una disminucion dela dispersion los datos de 6.8 cm a 3.7 cm, lo cual indica que aunque no es alta para losdos casos, es mejor tener una que oscile con un valor menor con relacion a la media delerror. El error estandar promedio tiene un mejor rendimiento al excluir los puntos CP-2,CP-5 y CP-7 de los datos, ya que para el primero esta en 2.2 cm y para el segundo 1.4cm como se puede ver en las tablas 21 y 22.

Anteriormente se vio que segun IGAC (1994), resuelve que en la precision planimetricaraster: “la Raız del Error Medio Cuadratico (RMSE) es de 0.30 mm a la escala delmapa.”, revisar tabla 10, para cada una de las escalas.

Se cumple con bastante diferencia las especificaciones que dicta el IGAC (1994) conun intervalo de confianza al 90% en cualquiera de los casos, como se muestra en la tabla23.

Tabla 23: Resultados RMSExy con intervalo de confianza al 90% Norma IGAC

Escala n µ σ RMSExy *RMSExy90% **RMSExy IGAC1:500 10 0.11385 0.068656 0.13116 0.21577 0.1501:500 7 0.07523 0,023688 0.07835 0.12890 0.1501:1000 10 0.11046 0.074473 0.13112 0.21570 0.3001:1000 7 0.07161 0.038905 0.08016 0.13186 0.3001:2000 10 0.11129 0.06168 0.12574 0.20684 0.6001:2000 7 0.07946 0.03704 0.08654 0.14236 0.600

*RMSExy90%= 1.645 ∗RMSExy. **RMSExy IGAC maximo permitido

Se puede ver en la tabla 23, que se cumple la especificacion tecnica para los tres casosen los que fueron excluidos los puntos CP-2, CP-5 y CP-7. Mientras que para el conjuntogeneral de puntos no cumple para la escala 500, en las demas cumple con holgura. Seria

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apropiado que a futuras validaciones sean tomadas todas las mediciones de los puntos apiso y no sobre construcciones.

7.5 Conclusiones y Recomendaciones de la Memoria Tecnica

• Dada la evaluacion realizada y la revision del cumplimiento de la norma parainsumos cartograficos IGAC (1994), se concluye que es viable el uso de ARTs.

• Los insumos provenientes de ARTs sirven para la generacion de cartografıa baseen la actualizacion catastral, ya que cumplen con los requerimientos mınimosestablecidos por el IGAC y la ASPRS.

• Es recomendable que en proyectos futuros, para realizar una evaluacion devalidacion con el RMSE sea necesaria la toma de una muestra de por lo menos20 puntos de control de precision ASPRS (2014) y se requiera una medicion encampo de por lo menos dos puntos aleatorios.

• Se recomienda que al realizar la toma de los puntos de control de precision, seantomados en tierra (a piso) y ası evitar el aumento del error.

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8 Manual de Procesamiento

Este manual muestra el proceso realizado en la generacion de los mosaicoscorrespondientes a los vuelos de Cabuyaro del departamento del Meta y como se realizoel proceso a las imagenes tomadas con las mismas caracterısticas topograficas, de alturade vuelo, de elevacion, con un numero de fotos procesadas mayor a 1000, en el softwarede procesamiento especializado en imagenes adquiridas con ARTs Agisoft PhotoScan Pro1.6.0.

La figura 23 muestra el entorno de trabajo de Agisoft PhotoScan Pro, donde se ve, elespacio de trabajo (Workspace), los paneles y algunas de las herramientas que tiene estesoftware.

Figura 23: Entorno de trabajo Agisoft PhotoScan Pro.Elaboracion propia.

8.1 Configuracion de Preferencias

Despues de abrir el software Agisoft PhotoScan Pro, se realiza la configuracion de laspreferencias y para ello se abre el panel que se encuentra en la barra de tareas en el menutools → Preferences...

En la pestana General como se ve en la figura 24a se dejan los siguientes parametrosAgisoft LLC (2016b):

• Stereoscopic Display Mode: Anaglyph (es para la utilizacion de hardware si existecompatibilidad con tarjetas graficas Quad Buffered Stereo)

• Stereoscopic Display Parallax : 1.0

• Write log to file: se debe especificar el directorio donde se almacena el registroAgisoft PhotoScan Pro.

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En la pestana OpenCL de la figura 24b se deben comprobar los dispositivos detectadosy seleccionar el numero de nucleos de Unidad Central de Procesamiento (CPU) activospor cada dispositivo OpenCL habilitado.

En la pestana Avanced de la figura 24c se establecen los siguientes valores para losparametros Agisoft LLC (2016b):

• Project compression level: 6

• Keep depth maps: enabled

• Store absolute image paths: disabled

• Check for updates on program startup: enabled

• Enable VBO support: enabled

• Strip camera extensions during model export: disabled

(a) General (b) OpenGL (c) Avanzado

Figura 24: Configuracion de preferencias.Elaboracion propia.

8.2 Agregar Imagenes

Para realizar el procesamiento de las imagenes lo primero que se debe hacer es anadir lasfotografıas, para esto en la barra de tareas se da clic en Workspace → Add Photos... oen el panel del espacio de trabajo haciendo clic en el boton Add Photos de la barra deherramientas, como se ve en la figura 25a. Agisoft LLC (2016a)

En la ventana que se abre se busca la carpeta de origen y se seleccionan los archivosa procesar, luego se da clic en el boton Abrir ver figura 25b.

Una vez abiertos los archivos apareceran las imagenes en el panel Photos como semuestra en la figura 25c.

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(a) Add Photos. (b) Abrir fotos.

(c) Panel Photos.

Figura 25: Agregar imagenes Agisoft PhotoScan Pro.Elaboracion propia.

8.3 Carga de las Posiciones de la Camara

En este paso se define el sistema de coordenadas que se emplea en el modelo y se ajustacon las posiciones de los centros de la camara.

Para esto desde el panel Reference se debe hacer clic en el icono Import de la barrade herramientas como se ve en la figura 26, de no estar habilitado el panel Reference, sedebe ir al menu View → Panes y activar Reference.

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Figura 26: Importar posiciones de camara.Elaboracion propia.

Luego se selecciona el archivo que contiene la informacion sobre las posiciones de loscentros de camara, en formato *.txt o *.csv ver figura 27 y se da clic en el boton Abrir.Agisoft LLC (2016a)

Figura 27: Informacion organizada de los centros de camara.Elaboracion propia.

En la ventana de dialogo Import CVS que se muestra en la figura 28. En CoordinateSystem se debe seleccionar el sistema de coordenadas de la informacion, en Delimiter, eltipo de delimitador, en Start import at row, la fila de inicio de importacion de los datos(por lo general en la primera fila son los encabezados, se deben ignorar) y en Columns elorden de los datos segun la columna que los contenga y finalmente se da clic en el botonOK.

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Figura 28: Ventana de dialogo Import CVS.Elaboracion propia.

Luego de cargar las imagenes y las posiciones de camara, se visualizan en pequenasesferas azules en el panel Model como en la figura 29, de no visualizarse, se debe dar clicen el icono Show Cameras para activar.

Figura 29: Visualizacion posterior a la carga de posiciones de camara.Elaboracion propia.

8.4 Configuracion del Sistema de Referencia

Para abrir la ventana de configuracion del sistema de referencia se debe dar clic en elboton Settings que se encuentra en el panel Reference, ver figura 30, Coordinate System

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se deja como esta, ya que se configuro en el paso anterior con el sistema de coordenadasde la informacion y las otras opciones quedan ası Agisoft LLC (2016b):

• Camera accuracy (m): 10

• Camera accuracy (deg): 2

• Marker accuracy (m): 0.005

• Scale bar accuracy (m): 0.001

• Marker accuracy (pix): 0.1

• Tie point accuracy (pix): 4

Figura 30: Ventana de dialogo Reference Settings.Elaboracion propia.

8.5 Alineacion de Fotos

En este paso el software encuentra puntos coincidentes entre las imagenes superpuestas yposteriormente estima la posicion de la camara para cada fotograma y construye el modelode nube de puntos poco densa ver figura 31b. Para generar esta nube de puntos pocodensa se debe hacer clic en el menu de la barra de tareas en Worksflow → Align Photos...,ası se abre una ventana de dialogo donde se pueden seleccionar los parametros para elprocesamiento ver figura 31a. Para el caso de Cabuyaro se asignaron los parametros quese muestran a continuacion Agisoft LLC (2016b).

• Accuracy: Medium

• Pair preselecton: Reference

• Key point limit: 40000

• Tie point limit: 1000

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Luego de revisar los parametros se da clic en boton OK para iniciar el proceso.

(a) Cuadro de dialogo Align Photos. (b) Nube poco densa generada.

Figura 31: Cuadro y resultado Align Photos.Elaboracion propia.

8.6 Colocar/Cargar/Ajustar Marcadores (GCPs)

Los marcadores se utilizan para optimizar las posiciones de las camaras y los datos deorientacion, lo que permite obtener mejores resultados de reconstruccion de modelos yuna georreferenciacion precisa.

Para cargar los marcadores y posteriormente ajustarlos es necesario:

Seleccionar todas las imagenes, luego se da clic con el boton secundario del mousesobre las imagenes seleccionadas y se da clic en Check, ver figura 32.

Figura 32: Seleccionar todas las fotos.Elaboracion propia.

De ser necesario, segun el sistema de coordenadas de los GCPs, debe coincidir con elmismo sistema de coordenadas de las imagenes, de lo contrario se deben convertir.

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Para convertir las imagenes solo si no estan en el mismo sistema de coordenadas quelos GCPs, se debe ir al panel Reference y dar clic en icono Convert como muestra lafigura 33, ahı se selecciona el sistema de coordenadas al que se va a convertir y luego seda clic en el boton OK para finalizar Agisoft LLC (2016a).

Figura 33: Conversion de sistema de coordenadas.Elaboracion propia.

Para cargar el archivo de los marcadores se debe ir al panel Reference hacer clic enel icono Import de la barra de herramientas, como se ve en la figura 34, de no estarhabilitado el panel Reference, se debe ir al menu View → Panes y activar Reference.

Figura 34: Importar GCP.Elaboracion propia.

Luego se selecciona el archivo que contiene la informacion sobre los marcadores encualquiera de los diferentes formatos separados por caracteres (*.txt o *.csv) debidamenteorganizada, ver figura 35 y se hace clic en el boton Abrir.

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Figura 35: Informacion de GCPs organizada para la importacion.Elaboracion propia.

En la ventana de dialogo Import CVS que se muestra en la figura 36a, en CoordinateSystem se debe seleccionar el sistema de coordenadas de los GCPs, en Delimiter, el tipode delimitador, en Start import at row, la fila de inicio de importacion de los datos y enColumns el orden de los datos segun la columna que los contenga y para finalizar se daclic en el boton OK Agisoft LLC (2016b), Agisoft LLC (2016a).

Luego aparece un cuadro de dialogo donde pregunta que si se desean crear losmarcadores y se le da clic en el boton Si a todo para este caso como se muestra enla figura 36b.

(a) Ventana de dialogo Import CVS. (b) Confirmacion de carga de los marcadores.

Figura 36: Carga y creacion de marcadores.Elaboracion propia.

Despues de cargar los marcadores, se visualizan como pequenas banderas azules en elpanel Reference en la caja Markers y en el panel Model sobre la nube de puntos pocodensa como se ve en la figura 37.

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Figura 37: Visualizacion posterior al cargue de los marcadores.Elaboracion propia.

Cargados los marcadores se da clic secundario sobre cada uno y se selecciona FilterPhotos by Markers, ası se filtran las imagenes relacionadas a cada marcador, luego seabre cada imagen dando doble clic, ver figura 38.

Figura 38: Filtrado de imagenes y ajuste de marcadores.Elaboracion propia.

A cada una de las imagenes filtradas se le debe hacer el ajuste sobre el objetivotomado en terreno para refinar la posicion del marcador, para ello se realiza zoom sobrela imagen y se localiza el objetivo figura 39a. Con el objetivo localizado, dando clicsostenido sobre la bandera caıda de color gris, se debe arrastrar hacia donde esta el puntode la medicion, para ası proporcionar la maxima precision, ver figuras 39b, 39c, allı la

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marca de la bandera cambiara a color verde. Este proceso se debe repetir por cada GCPy cada foto, ver figura 39d. Al terminar cada GCP se debe dar clic en Reset Filter parapoder seleccionar los demas GCPs Agisoft LLC (2016a).

(a) Localizacion del objetivo. (b) Moviendo marca. (c) Ajuste de marca en el objetivo.

(d) Marca ajustada en las fotos segun marcador.

Figura 39: Localizar, mover y ajustar marcador.Elaboracion propia.

Luego de haber realizado el ajuste para todos los marcadores se debe optimizar laalineacion de la camara, para esto se hace clic en el panel Reference, ver figura 40 y secambia el valor de Camera accuracy (deg) por 0.005 si la precision de los marcadores esmenor a 0.02 m, de lo contrario se deja como estaba, este paso se realiza para lograr unamayor precision en el calculo de los parametros externos e internos de la camara y asıcorregir posibles distorsiones Agisoft LLC (2016a).

• Camera accuracy (m): 10

• Camera accuracy (deg): 0.005

• Marker accuracy (m): 0.005

• Scale bar accuracy (m): 0.001

• Marker accuracy (pix): 0.1

• Tie point accuracy (pix): 4

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Figura 40: Ventana de dialogo Reference Settings.Elaboracion propia.

Luego se debe quitar la seleccion de todas las imagenes. Para esto, se seleccionantodas las imagenes se da clic secundario sobre estas y luego clic en Uncheck, ver figura41a, adicionalmente se deben seleccionar todos los marcadores figura 41b.

(a) Uncheck imagenes. (b) Check marcadores.

Figura 41: Quitar seleccion de imagenes y seleccionar marcadores.Elaboracion propia.

Despues se debe optimizar el modelo, para esto se hace clic en el boton Optimizeen la barra del panel Reference, donde abre un cuadro de dialogo y se seleccionan losparametros de la camara que se quieren optimizar como se ve en la figura 42. Para iniciarel proceso se debe hacer clic en OK. Agisoft LLC (2016a)

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Figura 42: Optimizacion parametros internos y externos.Elaboracion propia.

8.7 Nube de Puntos Densa

Sobre las posiciones estimadas de la camara el programa calcula la informacion deprofundidad para cada camara que se combina en una sola nube de puntos densa, paraello se selecciona Worksflow → Build Dense Cloud... en el menu de la barra de tareas,ası se abre una cuadro de dialogo donde se seleccionan los parametros como se muestrana continuacion en la figura 43a, la figura 43b muestra la nube densa creada. Agisoft LLC(2016b)

(a) Crear Nube Densa de Puntos. (b) Nube Densa de Puntos creada.

Figura 43: Procesamiento de la Nube Densa.Elaboracion propia.

8.8 Construccion de la Malla

Despues de que se ha restituido la nube densa de puntos es posible generar el modelode interpolacion de malla poligonal basado en los datos de la nube densa. Para esto seselecciona Worksflow → Build Mesh... en el menu de la barra de tareas, ası se abre uncuadro de dialogo donde se seleccionan los parametros con los cuales se va a construirla malla. Los parametros utilizados para el procesamiento de la maya para el municipio

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de Cabuyaro se muestran a continuacion en la figura 44a. La figura 44b muestra lavisualizacion despues de construida la malla. Agisoft LLC (2016a)

• Object type: Height Field

• Source data: Dense cloud

• Polygon count: Medium

• Interpolation: Enabled

(a) Construccion de la Malla. (b) Malla creada a partir de la Nube de Puntos Densa.

Figura 44: Procesamiento de la Malla.Elaboracion propia.

8.9 Construccion de Textura

Despues de la construccion de la malla se puede realizar este paso de ser necesario parainspeccionar el modelo de textura antes de exportarlo. Para esto se selecciona Worksflow→ Build Texture... en el menu de la barra de tareas, se abre una ventana de dialogo dondese seleccionan los parametros con los cuales se va a construir la textura. Los parametrosutilizados en la creacion de la textura para el municipio de Cabuyaro se muestran acontinuacion en la figura 45a. Agisoft LLC (2016b), Agisoft LLC (2016a)

• Mapping mode: Orthophoto

• Blending mode: Mosaic

• Texture size/count: 4096 (puede aumentar dependiendo la capacidad del equipo)

• Enable color correction: disabled

En la figura 45b muestra la visualizacion despues de construida la textura.

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(a) Construccion de la Textura. (b) Visualizacion del modelo texturizado.

Figura 45: Texturizacion del modelo.Elaboracion propia.

8.10 Generacion del Ortofotomosaico

Despues de haber terminado el procesamiento de las imagenes se debe exportar elortofotomosaico del modelo creado. Para la generacion del ortofotomosaico se da clicen el menu File → Export Orthomosaic → Export JPEG/TIFF/PNG..., en la ventanade dialogo que se abre se deben ajustar los valores con los cuales se va a exportar elmodelo:

• Projection type: Geographic, ver figura 46

• Projection: Se puede dejar por defecto, la que se tenia en los ajustes de referencia

• Blending mode: Mosaic

• Enable color correction: disabled

• Pixel size (m): 0.20 (0.05 y 0.10 en los otros dos casos)

• Split in blocks: disabled

• Region: disabled

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Figura 46: Generacion y exportacion del modelo.Elaboracion propia.

Luego se da clic en el boton Export, se navega hasta la ubicacion donde lo va aalmacenar, se le coloca un nombre al archivo, se elije el formato y se da clic en el botonguardar.

8.11 Generacion de MDS

Al igual que el ortofotomosaio tambien se puede exportar el Modelo Digital de Superficie(MDS) despues de haber terminado el procesamiento de las imagenes. Para la generaciondel MDS se selecciona en el menu File → Export DEM → Export TIFF/BIL/XYZ...donde se deben ajustar los valores en la ventana de dialogo con los cuales se va a exportarel modelo:

• Projection type: Geographic

• Projection: Se deja por defecto la que se tenia en los ajustes de referencia

• Crop invalid DEM: enabled

• No-data value: Valor por defecto

• Pixel size: Valor por defecto o mayor

• Split in blocks: disabled

• Region: disabled

Para el ejercicio de Cabuyaro los valores quedaron como se muestran en la figura 47.

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Figura 47: Generacion y exportacion del MDS.Elaboracion propia.

Luego se da clic en el boton Export, se navega hasta la ubicacion donde se va aalmacenar, se nombra el MDS, se elije el formato y se da clic en el boton guardar.

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9 Conclusiones y Recomendaciones

9.1 Conclusiones

Los objetivos planteados inicialmente en el proyecto fueron cumplidos, permitiendoobtener un ortofotomosaico de los vuelos realizados por SELPER - IGAC en el proyectopiloto desarrollado en la zona de estudio del municipio de Cabuyaro del departamentodel Meta con una ART.

Las ARTs son una opcion de bajo costo para la adquisicion de insumos que sirvan enla creacion de ortofotomosaicos, MDS, MDE, curvas de nivel, como bases cartograficasen la actualizacion catastral y del catastro multiproposito.

El Raız del Error Medio Cuadratico (RMSE) para el ortofotomosaico de escala 1:2000,segun la RESOLUCION NUMERO 64 DE 1994 no debe ser mayor a 60.0 cm, al calcularel RMSE para esta escala se obtiene un valor de 14.2 cm, lo cual cumple con suficiencialo establecido por la norma.

Este tipo de productos raster pueden apoyar y/o suplir los generados con fotogrametrıaconvencional para municipios no mayores 500 ha.

El ajuste del bloque fotogrametrico genero como productos del levantamiento conART un ortofotomosaico corregido mediante puntos de control terrestre GCPs.

Al realizar la validacion con un intervalo de confianza al 90% se obtuvo que para losortofotomosaicos de escala 1:500 y 1:1000 fue de 13.0 cm, mientras que para la escala1:2000 fue de 14.0 cm.

El Modelo Digital de Superficie (MDS) con un intervalo de confianza al 90% si cumplecon las especificaciones de IGAC (1994).

9.2 Recomendaciones

Es recomendable que en proyectos futuros, para realizar una evaluacion de validacion conRMSE se haga la toma por lo menos 20 puntos de control de precision y se haga unamedicion en campo de por lo menos dos puntos aleatorios.

Es necesario que los productos generados del proceso fotogrametrico como lo sonel MDE, MDS, nube de puntos y malla, curvas de nivel sean editados en un softwareespecializado como lo es ERDAS, Envi, ArcGIS, QGIS, entre otros, para ası poder refinarel producto final con la experiencia de un tecnico fotogrametrico.

Es necesario hacer una documentacion para los procesos realizados en cada zona devuelo, ya que se deben tener unas consideraciones especiales, dado que los ARTs sonplataformas que vuelan a una baja altura y la informacion capturada hace variar el tipode procesamiento en cada caso.

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EVALUACION DEL PRE PROCESAMIENTO Y...

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