Fotogrametría con drones DJI: ¿Una alternativa a los métodos tradicionales?

Si parece que la tecnología de drones ha avanzado mucho en los últimos años, es porque lo ha hecho. Los drones geoespaciales, que alguna vez se consideraron más un dispositivo que un equipo especializado, ahora están cambiando el juego de la topografía, utilizando métodos de fotogrametría para crear mapas en tiempos récord.

¿Está tratando de decidir si un dron de fotogrametría es la inversión adecuada para su negocio de topografía? Siga leyendo para descubrir cómo esta tecnología puede ayudarlo a ahorrar tiempo, esfuerzo y, en última instancia, dinero, sin sacrificar la precisión. 

El DJI Matrice 300 RTK con la cámara Zenmuse P1, ideal para trabajos de fotogrametría.

¿Qué es la fotogrametría aérea?

Para comprender cómo se pueden utilizar los drones en la topografía, permítanos recordarle rápidamente la fotogrametría aérea. Implica tomar múltiples imágenes aéreas de una característica y usarlas para crear modelos 2D o 3D digitalizados de alta resolución a partir de los cuales se pueden deducir medidas precisas. Esto se puede completar con un software de mapeo especializado que busca características comunes en las imágenes y las usa para unir sus fotos de una manera que ofrece una representación precisa de un espacio. Si bien generalmente es un punto de coordenadas, la característica común exacta puede variar según el tipo de fotogrametría que esté utilizando. Dependiendo del alcance del proyecto, un modelo hecho con fotogrametría puede requerir desde un par de cientos hasta varios miles de imágenes separadas. 

En particular, una sola fotografía aérea no se puede utilizar como mapa fotogramétrico porque no se han abordado cuestiones como la perspectiva y la distorsión. Si bien las imágenes aéreas son excelentes para fotografía y filmación, necesita imágenes fijas desde múltiples ángulos para garantizar la precisión.

Por lo general, la forma más rentable de capturar todas estas imágenes aéreas que necesita es mediante el uso de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) como un drone

Si bien se pueden usar tanto aviones como helicópteros, estas opciones tienden a tener un costo mucho más prohibitivo. 

Una de las principales ventajas de las fotografías aéreas fotogramétricas es que se pueden utilizar para crear múltiples tipos de mapas . Dependiendo del tipo de software de fotogrametría que tenga, es posible crear una variedad de resultados, como mapas ortomosaicos, modelos de nubes de puntos 3D, modelos digitales de superficie y más. Sin embargo, otros tipos de mapeo, como LiDAR , que usa pulsos de luz para medir la topografía, requerirán una aditamento/carga útil separada. 

 

Tipos de fotogrametría aérea

La fotogrametría se puede dividir ampliamente en dos categorías: 

  • Fotogrametría métrica: este método utiliza puntos de coordenadas en características para visualizar un objeto con medidas casi exactas. Luego, los mapas se pueden construir en función de la ubicación de las coordenadas relativas entre sí. Estas coordenadas suelen establecerse físicamente con los que se denominan puntos de control en tierra .
  • Fotogrametría interpretativa: en lugar de coordenadas específicas, la fotogrametría interpretativa toma una fotografía y agrega topografía al observar indicadores como las formas, sombras y patrones presentados en una imagen, en lugar de coordenadas.

Cada estilo de fotogrametría se puede utilizar para topografía, según las especificaciones del trabajo y la atención a los detalles necesarios. Sin embargo, la fotogrametría métrica es la más precisa de las dos y se recomienda para trabajos topográficos que necesitan una precisión de nivel centimétrico. Ambos estilos dependen de un software de mapeo especializado para unir imágenes en un mapa fotogramétrico. 

fotogrametría drones
La fotogrametría con el uso de drones puede traer grandes beneficios si la comparamos con los métodos tradicionales.

Fotogrametría con drones vs topografía terrestre clásica

A pesar de los avances tecnológicos, la topografía terrestre aún puede ser desafiante y compleja. Tradicionalmente, los profesionales de la topografía se han basado en herramientas como estaciones totales, receptores GPS y escáneres láser terrestres para adquirir datos espaciales de alta resolución sobre la topografía de la superficie terrestre. Esto puede requerir una gran cantidad de tiempo y mano de obra, lo que agrega costos a los proyectos topográficos y desvía a los trabajadores de otras tareas. A veces, la topografía terrestre puede incluso ser peligrosa para los empleados, especialmente cuando se trabaja en sitios con terrenos empinados o remotos a los que es difícil llegar a pie.

Sin embargo, el mapeo fotogramétrico de drones permite a los topógrafos lograr más en menos tiempo. Los trabajos topográficos que normalmente tardarían semanas en completarse se pueden terminar en cuestión de días con drones. Como tal, el uso de drones puede resultar significativamente más barato para muchos proyectos.

Debido a que los drones se pueden implementar rápidamente, casi en cualquier lugar, su uso elimina la necesidad de enviar personal topográfico a áreas peligrosas, como techos, repisas, carreteras, suelos inestables y terraplenes empinados. Incluso las características inaccesibles, como las torres de telefonía celular y las copas de los árboles, se pueden mapear fácilmente mediante el uso de drones. 

 

Demostrando el valor de la fotogrametría con drones

Si bien cada una de las ventajas enumeradas anteriormente se relaciona con la capacidad de un dron para reducir el tiempo, el peligro y el costo del proyecto, hay un factor más importante a considerar: ¿Son los drones tan precisos como los métodos terrestres tradicionales? Durante muchos años, las precisiones reportadas por los drones comúnmente han estado por debajo de su potencial teórico. Esto, sin embargo, ha comenzado a cambiar.

Según un estudio reciente del Journal of Unmanned Vehicle Systems, un dron con las capacidades adecuadas, como hardware no tripulado de vanguardia y un buen procesamiento de datos, es lo suficientemente preciso como para complementar o reemplazar los métodos de inspección terrestre para muchas aplicaciones, sostuvieron los investigadores.

 

Probando las capacidades de un drone

Para respaldar su hipótesis, estos investigadores triangularon el sitio de una iglesia de 4 acres siete veces, utilizando un dron DJI Inspire 2 equipado con un sistema PPK GNSS de alta precisión y una cámara Zenmuse X4S. El sitio contenía tanto superficies lisas que se sabe que los datos de drones modelan bien (estacionamientos, campos y techos) como también características que no se espera que funcionen bien con fotogrametría aérea (paredes, cables aéreos y el suelo debajo de la vegetación). Los investigadores utilizaron datos de pares de imágenes estéreo para completar los elementos perdidos o distorsionados.

Y aunque el sistema de posicionamiento de alta gama del dron significaba que la precisión dependía poco del control terrestre, el equipo recopiló 23 puntos de control bien distribuidos para calcular la transformación de la redundancia y proporcionar datos suficientes para estadísticas significativas.

La toma de datos aéreos se completó en medio día de tiempo de campo, con otro día y medio de trabajo de procesamiento. Mientras tanto, la topografía convencional y el procesamiento de datos tomaron tres días.

Con solo un error cuadrático medio vertical (RMSE) de 2 cm, el mapeo con drones resultó ser consistente y lo suficientemente preciso para usarse en muchas aplicaciones típicas de topografía terrestre. Los investigadores también observaron que la precisión mejoraba cuando el dron volaba a una altitud más baja (aunque con rendimientos decrecientes). Si hubiera sido un proyecto topográfico terrestre típico, usar drones habría resultado en un ahorro de tiempo del 33% y de costos del 58%.

 

Mapeo para instalación de paneles solares

Los investigadores estudiaron más a fondo la viabilidad económica del mapeo con drones mediante la realización de un estudio en la azotea para la instalación de un panel solar. El equipo recolectó datos aéreos en los techos de tres tiendas de comestibles, que oscilan entre 3 acres y 7 acres, en un solo día. Sin poner a ningún trabajador en el techo, todas las características se extrajeron en estéreo. Esto incluye las líneas de gas, las rejillas de ventilación del techo, las unidades HVAC, los tragaluces y los paneles eléctricos. Mientras que la medición terrestre convencional habría tomado 12 días desde el inicio del proyecto hasta la entrega final, el ‘vuelo a la entrega’ tomó solo 7 días, logrando un ahorro de costos del 41 por ciento y un ahorro de tiempo del 58 por ciento.

 

Reconocimiento de campo de Golf

En otro ejemplo, el equipo recolectó datos aéreos para un levantamiento topográfico-planimétrico completo de un campo de golf de 260 acres en un día. Si se hubieran implementado los métodos clásicos, tres equipos de campo habrían tardado 30 días en recopilar estos datos, lo que provocó un tiempo de inactividad significativo para el curso. De hecho, algunas áreas con mucha vegetación en el campo requirieron una topografía convencional, pero el dron pudo mapear muchos lugares semioscurecidos a través de la compilación estéreo seleccionando un modelo estéreo adecuado. Efectivamente, se cartografió todo el sitio en 15 días, con un ahorro de costos del 75 % y un ahorro de tiempo del 50 %.

Entonces, ¿pueden llamarse a los drones herramientas precisas y efectivas para la topografía? La respuesta es un rotundo si. El estudio del Journal of Unmanned Vehicle Systems demuestra claramente el potencial de ahorro de costos y tiempo de la tecnología. Lo anterior, es una consideración que nunca debe perderse en los topógrafos.

 

Otras aplicaciones de la fotogrametría con drones

En este punto, hemos establecido que los drones pueden tener un impacto descomunal en los proyectos topográficos, lo que podría reducir días completos de trabajo. Sin embargo, la agrimensura no es el único campo en el que la fotogrametría UAV está teniendo un impacto transformador .Otros sectores incluyen:

  • Construcción: la topografía con fotogrametría puede revelar información sobre el terreno en el que se está construyendo. Además, el modelado aéreo con drones puede ayudar en BIM y en la gestión general de proyectos de construcción. 
  • Bienes raíces: los agentes inmobiliarios están utilizando drones para hacer modelos 3D precisos de casas en venta y ofrecer recorridos virtuales. Esta técnica ha despegado a raíz de la pandemia de COVID-19.
  • Ingeniería: los ingenieros pueden usar imágenes fotogramétricas para construir un modelo 3D de edificios y equipos.
  • Energía: compañías de petróleo y gas usan drones para monitorear las áreas alrededor de los oleoductos en busca de cambios a lo largo del tiempo. La agrimensura también se implementa comúnmente en este sector.

En casi cualquier industria que valore las mediciones precisas, un drone podría usarse potencialmente como un activo. 

drones fotogrametría estación de petróleo
Drone DJI utilizado en plataforma petrolera de Shell.

¿Por qué DJI?

Está claro que los drones de hoy se han convertido en una adición extremadamente valiosa al conjunto de herramientas de un topógrafo. Además, cada vez más complementan o reemplazan los métodos de topografía terrestre para muchas aplicaciones. Sin embargo, para obtener los resultados precisos que espera, no solo necesita utilizar métodos adecuados de topografía o fotogrametría, sino también el mejor equipo.

Los drones de mateo de nueva generación, como el DJI Phantom 4 RTK o el Matrice 300 RTK , permiten a los topógrafos lograr una precisión de datos de nivel centimétrico y requieren menos puntos de control. Las principales características del P4 RTK incluyen un sistema de posicionamiento de nivel centimétrico, un sistema TimeSync para garantizar la precisión de los datos y un sensor CMOS de 20 megapíxeles de una pulgada. La precisión de coordenadas casi exacta es posible gracias a una precisión de posicionamiento horizontal RTK de 1 cm + 1 ppm. Esta es una precisión de posicionamiento vertical RTK de 1,5cm+1ppm y una precisión horizontal absoluta máxima de 5 cm de los modelos fotogramétricos. Combinado con una poderosa carga útil de cámara de fotogrametría, como la Zenmuse P1, tiene una configuración ideal para topógrafos.

Por supuesto, incluso el mejor dron está limitado por el software de mapeo que usas con él. Potentes soluciones como DJI Terra ayudan a convertir sus fotos en modelos 3D y ortomosaicos 2D procesables. 

 

 

 

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