TOPOGRAFIA II

1. ¿QUE ES LIDAR?

Lidar es una tecnología recién con muchas aplicaciones. La aceptación y demanda crecen al nivel mundial en diversos sectores como las empresas de servicios públicos, de ingeniería y de recursos naturales.

Existen tres razones principales para este crecimiento: rapidez, exactitud y detalle (cantidad de información). Ningún otro método de levantamiento topográfico ofrece estos tres aspectos tanto como lidar. Los métodos fotogramétricos y de levantamiento terrestre a menudo proveen mayor exactitud pero difícilmente mantienen la competitividad en términos de costo, tiempo y detalle. Se puede generar de puntos lidar un modelo digital de terreno (dtm) con una exactitud vertical alrededor de 30 cm varios días después de adquisición. En cambio, los otros métodos requieren de semanas para colectar una fracción de los datos de elevación que puede proveer lidar.

Aunque lidar se utiliza mayormente para levantamientos topográficos, las aplicaciones en sectores como la silvicultura y el monitoreo de líneas de transmisión eléctrica lo hace más versátil que otras técnicas. Los sistemas de lidar pueden proveer información extensa sobre la vegetación y otros elementos sobre el suelo además de “ver” debajo de la vegetación para modelar el terreno. No es siempre posible penetrar hasta el suelo pero lidar es más efectivo en este aspecto que la fotogrametría.

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2. ¿CÓMO FUNCIONA LIDAR?

Lidar funciona a través de pulsos de energía láser. Es la integración de tres tecnologías distintas: la telemetría láser, el sistema de posicionamiento global (GPS) y la medición de movimiento inercial (IMU). A la vez que el avión o helicóptero vuela por el aire, el láser emite miles de pulsos de energía por segundo hacia la tierra, creando una franja densa de puntos 3d. Para calcular la distancia, el sistema mide el tiempo que toma cada pulso en viajar del sensor al blanco y volver, multiplica este tiempo por la velocidad de luz y divide el resultado por dos. El ángulo de escaneado también se registra.

El siguiente componente es el GPS, lo cual aprovisiona el posicionamiento en el mundo. Un equipo GPS en la aeronave recibe y registra datos de un conjunto de satélites que giran alrededor de la tierra. Con un mínimo de cuatro satélites, se puede determinar la posición del láser. Se establecen una o más bases terrestres de GPS sobre puntos de referencia dentro o cerca del área de interés. Estas bases proveen correcciones para el GPS aéreo. Se combinan los datos de GPS terrestre y aéreo después para crear GPS diferencial, lo cual puede mejorar la exactitud de metros a centímetros.

Dado que ninguna aeronave está completamente estable y nivelada en el aire, se necesita una manera de medir la orientación del láser en el momento en que se dispara cada pulso de luz. El equipo IMU da esta información. Mide el balanceo, cabeceo y viraje del avión o helicóptero y, por lo tanto, el sensor mientras vuelan. Después del vuelo, estas correcciones angulares se combinan con la información de posicionamiento de GPS y luego con la telemetría y ángulos de escaneado del sensor. Software especializado calcula las coordenadas (x,y,z) de cada dato vuelto. así, lidar es la integración de tres tecnologías avanzadas que hace levantamientos topográficos rápidos con exactitud superior.

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3. CÓMO FUNCIONA EL VISOR DE DATOS LIDAR

Seleccionar el rectángulo (arrastrando con el botón izquierdo del ratón pulsado) sobre la zona de interés:

3.1.Al pulsar el enlace de la ventana que se abre, se mostrará el visor lidar 3d.

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3.2. Este visor LIDAR 3D requiere tener instalado Adobe Flash Player.

La nueva herramienta permite visualización 3D de la nube de puntos del LIDAR. Se puede rotar la escena pulsando el botón izquierdo del ratón y arrastrando. Se puede hacer zoom empleando la rueda del ratón y se pueden realizar desplazamientos utilizando la tecla [SHIFT + botón izq del ratón]. En el menú de herramientas hay opciones para cambiar el modo de vista:

oIntensidad: Colorea los puntos según la intensidad de

retorno del láser (como si fuera una imagen)

oAltura: Colorea los puntos según su altura. Aparecerá un

botón de leyenda en la parte inferior.

oMixto: Es el modo por defecto y combina la información de

los dos modos anteriores.

También se puede escalar la coordenada Z para exagerar las diferencias de altura, así como modificar el tamaño de los puntos mostrados. En los modos de Altura y Mixto aparecerá en la esquina inferior izquierda un nuevo botón de leyenda que nos permite visualizar y modificar el rango de colores empleado para colorear los puntos.Podremos quitar o poner la Brújula y cambiar el idioma de la interfaz. En la parte inferior aparece un link Más información que nos muestra información sobre la escena que estamos viendo (número de puntos, densidad, coordenadas.

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3.3. Cotas de terreno (Obtener coordenada Z)

Haciendo click sobre un punto del terreno aparecerá una etiqueta con la altura.Si volvemos a hacer click manteniendo pulsada la tecla control, aparece la altura y la diferencia con la altura de la etiqueta anterior. Si nos movemos en la vista, las cotas desaparecerán automáticamente.

3.5. Herramienta Inundación

Con ésta herramienta se puede colorear la nube de puntos del Lidar en función de una cota prefijada. Todos los puntos cuya altura sea inferior a la cota serán coloreados de azul. Modos de uso: se puede especificar una cota manualmente, utilizar el deslizador para definir la cota o también con los botones de reproducción realizar una inundación progresiva.

3.6. BrújulaEsta herramienta nos indicará en todo momento, hacia donde apunta el Norte Geográfico. Se puede habilitar o deshabilitar en el botón de Herramientas.

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4. VENTAJAS Y DESVENTAJAS

El propósito principal de cualquier tecnología de levantamiento topográfico es modelar la superficie de la tierra. Lidar lo hace con una combinación de rapidez, detalle y exactitud sin igual. Como veremos, es posible realizar economías de dinero y tiempo, también, lo que hace de lidar una opción que vale la pena considerar.

¿Es lidar la única opción hoy en día? no, lidar tiene ventajas y limitaciones igual que cualquier otra tecnología. Para determinar cuál opción más conviene a un proyecto particular, hay que evaluar las necesidades y restricciones, tales como tiempo y costo, junto con el razonamiento para usar datos geo-espaciales.

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4.1. VENTAJAS4.1.1. ENTREGA RÁPIDA

Plazos de entrega muy cortos son posibles con lidar puesto que se trata de un sistema aerotransportado capaz de adquirir datos sobre cientos de kilómetros cuadrados por día. El procesamiento pos-adquisición es relativamente corto, tomando mucho menos tiempo que la compilación fotogramétrica tradicional. Cada punto lidar cuenta con sus propias coordenadas (x,y,z) en el mundo. Una vez calibrados, los puntos se clasifican para separar los datos vueltos que corresponden al suelo de los demás. Inmediatamente después de la clasificación, se pueden crear modelos del terreno. Esta rapidez de entrega puede resultar en economías aparte de aquellas asociadas con el uso de lidar para volar áreas extensas. En el 2002, investigadores de la universidad iowa state1 en los EE.UU. estimaron que economías de 11 meses y 250,000 $EE.UU. eran alcanzables para un proyecto de carretera de 74 km al utilizar lidar para los estudios preliminares de ubicación. Desde entonces, la tecnología mejorada y las técnicas nuevas han llevado a la aceptación de lidar para la ingeniería sin perder las economías de dinero y tiempo.

4.1.2. CANTIDAD DE INFORMACIÓN:

Los conjuntos de datos lidar tienden a contener mucho detalle por la cantidad enorme de puntos. Densidades superiores a 1/m2 son comunes en terreno abierto. Esto significa que lidar puede proveer más de un millón de puntos en un kilómetro cuadrado. En contraste, es típico compilar 20.000 puntos por kilómetro cuadrado fotogramétricamente (escala 1:1000).

4.1.5. USOS MÚLTIPLES:

Adicional a la creación de dtm, los datos lidar tienen otros usos porque los pulsos láser serán reflejados por casi cualquier objeto. Como consecuencia, habrá puntos que correspondan a la vegetación, edificios y otros objetos. los puntos que corresponden a los objetos sobre el suelo se pueden usar para modelar los bosques, los edificios y otros elementos antropogénicos. Por ejemplo, en los EE.UU., fema aprobó el uso de lidar para levantamientos de obstrucciones aeroportuarias. Un número creciente de empresas han acudido a esta técnica porque la exactitud es suficiente, las interrupciones a las operaciones de aviación están minimizadas y el análisis se puede entregar al cliente en menos tiempo.

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4.1.4. ACCESO POR TIERRA MÍNIMO:

Lidar ofrece el beneficio importante de no requerir acceso directo por tierra al área de interés. Este hecho resulta en ventajas tanto de seguridad como de costo en las zonas inaccesibles o de mucho tránsito

4.1.5. PENETRACIÓN DE LA VEGETACIÓN:

Lidar puede adquirir simultáneamente información del piso y dosel del bosque. Cada pulso emitido puede producir varios datos vueltos. Mientras un pulso viaja hacia la tierra, una porción de la energía contenida ahí adentro puede ser reflejada por un árbol al sensor. La energía restante sigue su rumbo y parte puede ser reflejada por el árbol, un arbusto o por el suelo.

4.2. DESVENTAJAS

Pese a estas ventajas y beneficios importantes, lidar no es siempre la mejor opción.

4.2.1. COSTO PARA PROYECTOS PEQUEÑOS:

Si los plazos de un proyecto no son cortos, es dudoso que lidar sea efectivo en términos de costo para un área pequeña. La mayor parte del costo de un levantamiento lidar se incurre en las etapas iniciales; la movilización del sistema y la adquisición son más costosas en comparación con la fotografía aérea. Debido a que las economías monetarias de lidar se realizan principalmente en la etapa pos-adquisición, el área de interés tiene que ser lo suficientemente extensa para que las economías de escala tomen efecto.

4.2.2. PENDIENTES

Para las aplicaciones que exigen mucha exactitud, las técnicas fotogramétrica y de levantamiento terrestre pueden ser preferibles a lidar sólo. Las aplicaciones de diseño a menudo requieren de curvas de nivel de 50 cm o menos y de los dtm equivalentes. Lidar puede proveer tales exactitudes en terreno plano pero la exactitud será menor en las pendientes.

4.2.3. FLUJO DE AGUA

Los datos lidar son puntos ubicados al azar en el terreno, no inteligentemente. Ya que no hay manera de colocar los puntos a lo largo de orillas y bordes, es difícil extraer elementos de terreno como los ríos y las crestas con lidar. Las inexactitudes resultantes, a su vez, pueden suavizar lo que serán elementos de terreno abruptos en muchos casos. Puede que esto sea problemático, dependiendo de la aplicación. Lo cierto es que sí cuando la representación exacta del drenaje es importante.

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4.4. ELEMENTOS PLANIMÉTRICOS:

Los edificios, calles, postes etc. comprenden los elementos planimétricos. Por la misma razón expuesta en no. 3, es difícil extraer estos elementos con mucha exactitud con lidar.

Combinando los fuertes se pueden superar muchas de las desventajas de lidar al combinarlo con la fotogrametría, explotando los beneficios de ambos métodos. La extracción de la planimetría es mucho más fácil y exacta porque el operador de fotogrametría sigue los elementos visibles. Los operadores pueden compilar con gran exactitud las líneas de ruptura donde existen cambios topográficos abruptos. En EE.UU., fema requiere la adición de líneas de ruptura a los dtm de lidar para los productos de alta exactitud que ellos usan para los estudios hidráulicos. De esta manera, benefician de la rapidez y detalle de lidar y también de la calidad planimetríca y de drenaje de la fotogrametría.

Lidar es una tecnología de topografía de gran valor; sin embargo, como herramienta autónoma, no es la solución óptima para todo proyecto. Únicamente cuando se emplea apropiadamente, se pueden realizar los beneficios de rapidez, exactitud, detalle y economía. Un especialista de topografía experimentado puede proveer la asesoría que necesita la mayoría de los gerentes, ingenieros etc. para alcanzar la máxima economía, rendimiento y efectividad al seleccionar el mejor método (o combinación de métodos) para un proyecto específico.

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5. APLICACIONES COMUNES5.1. MÁS ALLÁ DE LOS DTM:

Como tecnología digital de topografía, lidar se emplea principalmente para crear los dtm, igual que los fotogrametrías emplean las fotos aéreas de los DTM, se puede generar curvas de nivel, ortorectificar las fotos aéreas y modelar las inundaciones. Los DSM, que son modelos de terreno que incluyen los elementos en la superficie como los bosques y edificios, también se pueden crear de lidar ya que los sensores lidar capturan casi todo sin costo adicional. Por esta razón, lidar se presta para los análisis de línea de mira; captura los elementos superficiales que pueden interferir con las señales de radio y otras cosas que dependen de una línea de mira despejada.

5.2. DEBAJO DE LA VEGETACIÓN

Entre muchos usos las empresas de exploración minera y petrolera usan lidar para proveer elevaciones para puntos específicos como los collares y puntos específicos sobretodo donde sea difícil o costoso con GPS. Lidar sirve para el análisis geológico y la caracterización geomorfológica también debido al nivel de detalle y la capacidad de hierba elementos del terreno como las fallas debajo de la vegetación.

5.3. CÁLCULOS VOLUMÉTRICOS Y DETECCIÓN DE CAMBIO:

Estos son usos comunes de lidar, a alta densidad de los puntos permite que los ingenieros y otros usuarios hagan cálculos de volumen para estimados de inventario y de corte y relleno, a comparación de los resultados de una fecha a otra revela cambio por ejemplo la subsidencia erosión y acumulación.

5.4. MAPAS DE RUTAS Y TRAZADOS

Lidar es una técnica aceptada para hacer mapas de rutas de carreteras oleoductos y líneas de transmisión eléctrica, principalmente por la rapidez, economía y exactitud. Además del diseño de las rutas las empresas de electricidad usan lidar para monitorear las líneas de transmisión incluso los análisis catenarios y de árbol de peligro. Esto se debe al hecho de que lidar puede capturar las torres las líneas y los árboles cercanos.

Asimismo las empresas forestales y otras usan los estima dos de la altura extensión y densidad del bosque para varios fines como los análisis de cambio y de mínimo costo distancia.

5.5. VISUALIZACIÓN 3D

Lidar es una herramienta muy útil para la visualización tridimensional 3D puede presentar los puntos de varias maneras o crear modelos para que los usuarios y otros vean los datos o análisis en mucho detalle para propósitos de diseño promoción o relaciones públicas. Es mucho más fácil para las partes interesadas entender un concepto que ven con sus propios ojos.

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6. DIFERENTES APLICACIONES DEL LIDAR6.1. CAPTURA DE DATOS

6.2. FUSION: EL COLOR DE LOS PUNTOS ES DE LA ORTOFOTO.

6.3. DISTRIBUCIÓN Y ALMACENAMIENTO DATOS.

El fichero de distribución es un fichero binario .las que tiene una extensión de 2x2km.

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6.4. GEOMETRÍA Y DATOS LIDAR

6.5. DATOS LIDAR

Clasificación automática de los datos LIDAR.

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6.6. PERFIL DE UN EDIFICIO.

6.7. APLICACIONES. EDIFICACIONES

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6.8. APLICACIONES. TENDIDOS ELÉCTRICOS

6.9. APLICACIONES. PUENTES

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6.10. APLICACIONES. VEGETACIÓN

6.11. APLICACIONES. TERRENO

6.12. ZONAS DE CAMBIO EN EL TERRENO

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6.13. DETALLE ZONA DE CAMBIO

6.14. CURVAS DE NIVEL

6.15. HIDROGRAFÍA

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6.16. SOMBREADO.

6.17. CARTOGRAFÍA DERIVADA. PENDIENTES.

6.18. CARTOGRAFÍA DERIVADA. ORIENTACIONES.

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6.19. CARTOGRAFÍA DERIVADA. HIPSOMÉTRICO

6.20. MDS. (MODELO DIGITAL DE SUPERFICIES)

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6.21. INTENSIDAD

6.22. ALTURA (MDS – MDT)

• EJEMPLO. ALTURA DE LA VEGETACIÓN

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6.23. IDENTIFICACIÓN DE NUEVAS EDIFICACIONES.

6.24. EDIFICIOS NUEVOS 3D.

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6.25. AUMENTO DEL VOLUMEN EN LOS VERTEDEROS

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7. CONCLUSIÓN

Al juntar tres tecnologías a avanzadas, el Lidar es una herramienta topográfica y va creciendo en popularidad de aplicación

Su versatilidad y capacidad únicas para ejecutar levantamientos topográficos de áreas medianas y grandes con economía rapidez exactitud y mucho detalles han creado una demanda creciente para lidar-mientras las empresas forestales y de electricidad utilizan casi todos los datos vueltos la mayoría de los usuarios se interesan solamente en los puntos que representan el suelo y los DTM derivados de estos para a gran variedad de usuarios como los urbanistas ingenieros civiles y geólogos estos DTM de alta exactitud son esenciales.

Lidar ha demostrado su capacidad de proveer la información geo espacial requerida en numerosos sectores igual que con cualquier tecnología hay que utilizar lidar apropiadamente para realizar plenamente los beneficios asociados. Se debe considerar como una herramienta entre varias en la caja y es importante usar toda herramienta cuando dónde y en la manera que más sentido tiene tomando en cuenta los impactos en los plazos calidad y presupuesto de cada proyecto

5. REFERENCIAS http://www.eaglemapping.com/_white_papers/ESP%20Lidar%20white

%20paper%20Mar08.pdf https://es.wikipedia.org/wiki/LIDAR http://detopografia.blogspot.pe/2012/10/que-es-el-lidar.html https://www.topografia-lidar.com/ https://topografia-lidar.com/levantamiento-topografico.html

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