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UNIVERSIDAD DE JAÉN Escuela Politécnica Superior (Jaén)

Trabajo Fin de Grado

TÉCNICAS GEOMÁTICAS APLICADAS A LA

MONITORIZACIÓN DE FENÓMENOS DE

INESTABILIDAD DE LADERAS Alumno: Ana Maria Buzdugan

Tutor: Prof. D. José Luis Pérez García Prof. D. Javier Cardenal Escarcena

Dpto: Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría

Noviembre, 2014

Universidad de Jaén

Escuela Politécnica Superior de Jaén Departamento de Informática

Don JOSÉ LUIS PÉREZ GARCÍA y Don JAVIER CARDENAL ESCARCENA , tutores del Proyecto Fin de Carrera titulado: TÉCNICAS GEOMÁTICAS APALICADAS A LA MONITORIZACIÓN DE FENÓMENOS DE INESTABILIDAD DE LADERAS, que presenta ANA MARIA BUZDUGAN, autoriza su presentación para defensa y evaluación en la Escuela Politécnica Superior de Jaén.

Jaén, NOVIEMBRE de 2014

El alumno: Los tutores:

ANA MARIA BUZDUGAN JOSÉ LUIS PÉREZ GARCÍA JAVIER CARDENAL ESCARCENA

Técnicas geomáticas aplicadas a la monitorización de fenómenos de inestabilidad de laderas

Contenido

1. INTRODUCIÓN ......................................................................................................... 8

1.1. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................................... 9

1.2. OBJETIVO ............................................................................................................................................ 10

1.3. ANTECEDENTES .............................................................................................................................. 12

1.4. ESTRUCTURA DEL PROYECTO .................................................................................................. 14

2. PROCESO METODOLÓGICO Y APLICACIÓN PRÁCTICA ...................... 15

2.1. SITUACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LA ZONA ............................................................................ 17

2.2. DEFINICIÓN DEL SISTEMA DE REFERENCIA (SR) ............................................................ 18

2.2.1. Estudio de incertidumbre a priori .................................................................................. 18

2.2.2. Observación de los puntos de apoyo ............................................................................. 22

2.2.3. Procesado de los datos ........................................................................................................ 23

2.2.4. Estudio de incertidumbres a posteriori ....................................................................... 28

2.3. INSTRUMENTACIÓN Y SOFTWARE ......................................................................................... 30

2.3.1. Instrumentación ..................................................................................................................... 30

2.3.2. Software ..................................................................................................................................... 38

2.4. UAV ........................................................................................................................................................ 41

2.4.1. Planificación del vuelo ......................................................................................................... 41

2.4.2. Planificación de la red de apoyo ...................................................................................... 50

2.4.3. Ejecución del vuelo mediante UAV ................................................................................. 51

TRATAMIENTO DE LOS DATOS .......................................................................................................... 56

2.4.4. Orientación del bloque fotogramétrico ........................................................................ 56

2.4.5. Generación de la nube de puntos .................................................................................... 59

2.4.6. Elaboración de los MDEs de la zona afectada ............................................................ 60

2.5. TLS. ........................................................................................................................................................ 66

2.5.1. Planificación ............................................................................................................................. 66

2.5.2. Planificación de la Red de Apoyo .................................................................................... 67

2.5.3. Ejecución de la toma de datos .......................................................................................... 67

2.5.4. Orientación mediante Maptek I-Site de los datos escaner ................................... 69

3


2.5.5. Elaboración de los MDEs mediante técnica TLS ..................................................... 73

3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ................................................................... 76

3.1. CONTROL DE LA CAPTURA DE LA INFORMACIÓN ........................................................... 77

3.1.1. UAV .............................................................................................................................................. 77

3.1.2. TLS ............................................................................................................................................... 81

3.2. CONTROL DEL PROCESO DE ORIENTACIÓN ....................................................................... 82

3.2.1. UAV .............................................................................................................................................. 82

3.2.2. TLS ............................................................................................................................................... 83

3.3. CONTROL DE SUPERFICIES ........................................................................................................ 84

3.3.1. UAV .............................................................................................................................................. 84

3.3.2. TLS ............................................................................................................................................... 84

3.4. ANÁLISIS MULTITEMPORAL DE LAS DISTINTAS CAMPAÑAS .................................... 86

3.4.1. Análisis de la deformación comparando Modelos superficiales ........................ 86

3.4.2. Cuantificación de la deformación a partir de cálculo de volúmenes ................ 89

3.5. ANÁLISIS MULTIFUENTE ............................................................................................................ 91

3.5.1. Captura ....................................................................................................................................... 91

3.5.2. Orientación ............................................................................................................................... 91

3.5.3. Nube de Puntos ....................................................................................................................... 93

3.5.4. Modelos Superficiales .......................................................................................................... 95

3.5.5. Análisis de viabilidad ........................................................................................................... 97

4. CONCLUSIONES .................................................................................................... 98

4.1. CONCLUSIONES DE LAS TÉCNICAS EMPLEADAS .............................................................. 99

4.2. CONCLUSIONES DE LOS RESULTADOS ............................................................................... 101

ANEXOS ........................................................................................................................ 103

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................... 105

4


Índice de Figuras

Figura 1. Estructura del Proyecto ................................................................................................ 14 Figura 2. Distribución de las hojas del mapa topográfico nacional ............................................ 17 Figura 3. Ubicación de la zona de estudio ................................................................................... 17 Figura 4. Observación de los puntos de control .......................................................................... 24 Figura 5. Subunidades del sistema de vuelo ASTEC FALCON 8 .................................................... 30 Figura 6. Cámara Sony Nex-5 ...................................................................................................... 31 Figura 7. Componentes de la estación de control remoto .......................................................... 32 Figura 8. Técnicas de medición en las que se basa el láser ......................................................... 34 Figura 9. Principio de un escáner basado en el tiempo de vuelo ................................................ 35 Figura 10. Optech Ilris 3D ............................................................................................................ 36 Figura 11. Fundamento de escaneo del Optech Ilris 3D .............................................................. 36 Figura 12. Escáner Leica C10 ....................................................................................................... 37 Figura 13. Sistema Astec Falcon 8 ............................................................................................... 41 Figura 14. Posición de los disparos en la pasada cenital según cálculos .................................... 44 Figura 15. Toma cenital primera propuesta ................................................................................ 45 Figura 16. Toma cenital segunda propuesta ............................................................................... 46 Figura 17. Toma cenital tercera propuesta ................................................................................. 47 Figura 18. Planificación de la misión de vuelo para la toma cenital con UAV ............................ 48 Figura 19. Propuesta toma inclinada .......................................................................................... 49 Figura 20. Ejecución de la toma inclinada con UAV .................................................................... 49 Figura 21. Interfaz AscTec AutoPilot Control_Pasada Cenital .................................................... 52 Figura 22. Interfaz AscTec AutoPilot Control_Pasada Inclinada ................................................. 53 Figura 23. Pasadas Cenitales ...................................................................................................... 55 Figura 24. Pasadas Inclinadas ..................................................................................................... 55 Figura 25. Puntos correlados en el proceso de orientación relativa ........................................... 57 Figura 26. Situación de los Puntos de Control fotogramétricos .................................................. 58 Figura 27. Nube de puntos generada por técnica fotogramétrica ............................................. 60 Figura 28. Clasificación de la superficie ...................................................................................... 61 Figura 29. Modelado de la superficie .......................................................................................... 62 Figura 30. Edición con Socet Set .................................................................................................. 63 Figura 31. MDT obtenido mediante técnica fotogramétrica ...................................................... 64 Figura 32. Clasificación de la vegetación .................................................................................... 65 Figura 33. Deformaciones según el ángulo de toma del escáner ............................................... 66 Figura 34. Posición del escáner con respecto a la ladera ............................................................ 69 Figura 35. Posición de las estaciones de escaneo respecto de la ladera..................................... 69 Figura 36. Origen SR local del escáner ........................................................................................ 70 Figura 37. MDT obtenido por técnica TLS ................................................................................... 74 Figura 38. Clasificación del terreno mediante técnica TLS .......................................................... 75 Figura 39. Modelo diferencial TLS20140429-TLS20141021 ........................................................ 87 Figura 40. Histograma de la deferencia de MDS TLS ................................................................. 87 Figura 41. Modelo diferencial UAV20140429_UAV201402 ........................................................ 88 Figura 42. Histograma de las diferencias entre MDS UAV .......................................................... 89 Figura 43. Zonas que presentan error en orientación ................................................................. 93

5


Figura 44. Nube de puntos obtenida con técnicas TLS ................................................................ 94 Figura 45. Nube de puntos obtenida mediante técnicas fotogramétricas .................................. 95 Figura 46. Comparativa MDS procedentes de TLS y UAV ........................................................... 96 Figura 47. Histograma comparativo TLS y UAV .......................................................................... 96 Figura 48. Rugosidad de los MDS obtenidos por TLS vs UAV ..................................................... 97

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Índice de Tablas

Tabla 1. Características técnicas Leica AX 1203 .......................................................................... 19 Tabla 2. Desviación típica de los puntos medidos mediante técnica G.N.N.S ............................. 25 Tabla 3. Características técnicas de los equipos GNNS Leica System 1200 ................................ 37 Tabla 4. Parámetros de vuelo según la distancia de vuelo (en rojo se marca la altura de vuelo seleccionada) ............................................................................................................................... 43 Tabla 5. Parámetros de vuelo calculados para la pasada inclinada ........................................... 48 Tabla 6. Simulación tamaño dianas ............................................................................................ 51 Tabla 7. Precisión de los Puntos de control en el modelo orientado ........................................... 58 Tabla 8. Precisión de los puntos de chequeo ............................................................................... 72 Tabla 9. Datos planificados ......................................................................................................... 78 Tabla 10. POE resultados tras la orientación del bloque ............................................................ 79 Tabla 11. Diferencias y variaciones de los datos de vuelo .......................................................... 81 Tabla 12. Valores estadísticos de los PC, en el ajuste del bloque fotogramétrico ...................... 82 Tabla 13. Valores estadísticos de los puntos de chequeo TLS ..................................................... 83 Tabla 14. Control Superficie UAV ................................................................................................ 84 Tabla 15. Control Superficie TLS .................................................................................................. 84 Tabla 16. Diferencias volumétricas entre superficies TLS ........................................................... 90 Tabla 17. Diferencias volumétricas entre superficies UAV .......................................................... 90

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1. INTRODUCIÓN


1.1. JUSTIFICACIÓN

La aparición en los últimos años de nuevas tecnologías en el ámbito de la

geomática aporta grandes ventajas en la captura de datos frente a las técnicas clásicas

empleadas tradicionalmente. Se consigue la adquisición de gran cantidad de datos con

elevado nivel de detalle en cortos periodos de tiempo.

En el presente proyecto se emplearán técnicas de fotogrametría digital y de escáner

láser terrestre para la monitorización y evaluación de un caso práctico de fenómenos de

inestabilidad de laderas. El empleo y disposición de ambas metodologías va a permitir

la fusión de las mismas así como realizar una comparación entre los resultados

obtenidos. Si se dispone de toma de datos en distintos instantes de tiempo posibilita la

realización de trabajos de análisis multitemporal y evolutivos, estudiando fenómenos a

lo largo del tiempo cualquiera que sea su origen.

La fotogrametría digital mediante el empleo de UAV (Unmanned Aerial Vehicle),

permite la captura de datos (imágenes) con una gran resolución y abre un gran abanico

de posibilidades para la explotación de imágenes y generación automática de nubes de

puntos tridimensionales con buena precisión espacial. Manipulando estos puntos se

obtienen modelos digitales de terreno y productos fotogramétricos.

Por otro lado, el escáner láser terrestre o TLS, siglas en inglés de Terrestrial Laser

Scanner, posee una alta capacidad de captura de datos 3D en un corto periodo de

tiempo. Sus ventajas más destacadas son: la observación directa del terreno, la

precisión, rentabilidad y la rapidez con la que se toman gran cantidad de datos.

9


1.2. OBJETIVO

El objetivo del presente trabajo es monitorizar y evaluar los fenómenos de

inestabilidad de una ladera mediante el uso de técnicas geomáticas basadas en técnicas

fotogramétricas y de escáner láser terrestre.

Con la realización de este proyecto se pretende sintetizar y poner en práctica los

conocimientos y competencias adquiridas durante la carrera, especialmente relativas a la

planificación y materialización de redes de apoyo, planificación y ejecución de vuelos

fotogramétricos, planificación y toma de datos con TLS, tratamiento de los datos,

mediante los correspondientes procesos asociados a cada una de las técnicas y

monitorización de deformaciones mediante combinación de técnicas geomáticas.

La zona objeto de estudio se sitúa en el P.K. 59 de la autovía Bailén-Motril (salida

de Cambil), en la que se han identificado importantes movimientos de ladera desde la

construcción de la citada autovía, y cuya dinámica se ha acentuado por las condiciones

climatológicas reinantes en el año 2013, con numerosos periodos de fuerte lluvias.

Se pretende realizar un análisis multitemporal, comparando los resultados

obtenidos en la campaña observada para la aplicación del presente proyecto con los

obtenidos en una campaña anterior facilitada por el grupo de investigación “TEP-213”.

A partir de este estudio multitemporal se pretenden evaluar los cambios sucedidos

durante el periodo de estudio. Además, dado que los datos son procedentes de distintas

técnicas se obtienen distintos resultados y se procede a la comparativa de dichos

resultados así como a la evaluación práctica y económica de la solución adoptada.

También se plantean una serie de objetivos secundarios que corresponden a las

fases intermedias del proyecto:

• Planificación y captura de los datos.

• Diseño, medición y compensación de la red de puntos de apoyo en la zona de

estudio para dotar con coordenadas oficiales el proyecto.

• Orientación del bloque fotogramétrico, mediante parámetros de orientación

externa.

• Orientación de los datos TLS.

• Obtención de productos a partir de los datos obtenidos por las distintas

técnicas.

10


• Obtención de productos multitemporales.

• Comparativa y análisis de los resultados obtenido.

11


1.3. ANTECEDENTES

Las técnicas en geomática representan una herramienta importante en el estudio

multitemporal de los fenómenos al que está sometido el terreno en el tiempo. Se

obtienen modelos de la realidad de las zonas objeto de estudio, suficientemente precisos

como para determinar la morfología del terreno y los elementos que se encuentren sobre

el mismo.

Los estudios multitemporales y multitécnica son posibles debido a la recopilación

de gran cantidad de datos en formato digital para su posterior tratamiento y análisis.

Es muy frecuente combinar técnicas geomáticas que integran conjuntos de datos

provenientes de diferentes sistemas de adquisición en una misma aplicación. Para ello

es necesario que estos datos sean compatibles e interoperables, esto es, que se

encuentren referidos al mismo sistema de referencia y en formato adecuado.

Existe un gran número de trabajos relacionados con el uso combinado de

fotogrametría digital y escáner laser terrestre, la mayoría son dedicados a riesgos

naturales y estudios medioambientales:

• Procesos Naturales: fenómenos que actúan desde el interior de la tierra,

procesos que actúan en su superficie y bióticos (causados por seres vivos).

• Procesos causados por la actividad humana.

Otros trabajos dedicados a estudiar fenómenos en el tiempo serían: evolución de

usos del suelo, control de deformaciones, evolución de la superficie de la corteza

terrestre debido a factores de diferente origen (climático, actividad humana, etc.),

estudio de zonas inestables. Concretamente en este trabajo se emplea la combinación de

ambas técnicas para monitorizar fenómenos de inestabilidad de laderas, estimando la

deformación horizontal y vertical del terreno.

En conclusión, en la actualidad existen diferentes líneas de investigación en este

aspecto:

• Detección y cuantificación de cambios morfológicos.

• Monitorización de desplazamientos de laderas.

• Análisis multitemporal de zonas costeras.

• Modificación del terreno debido a desastres naturales.

• Estudios forestales. Etc.

12


Dado que el empleo de los dispositivos UAV es un sector emergente que cuenta

con un importante plan de empresas e instituciones españolas e internacionales que

prestan servicios e investigan su utilización para fines comerciales, el gobierno se ha

visto obligado a legislar el uso de los mismos mediante el Real Decreto 8/2014, de 4 de

julio.

13


1.4. ESTRUCTURA DEL PROYECTO

El presente proyecto se encuentra organizado en 4capítulos más los anejos, en los

que se detalla con claridad las diferente etapas del proyecto (ver Figura 1).

Figura 1. Estructura del Proyecto

En el primer capítulo se presentan los objetivos de este proyecto, se justifica la

metodología y técnicas adoptadas así como los antecedentes y la propia estructura del

proyecto.

En el segundo capítulo se detalla todo el proceso que se lleva a cabo en este

proyecto, desde la selección de la zona objeto de estudio, instrumentación empleada en

la captura de datos, tratamiento y análisis de los datos hasta la obtención de los

resultados.

En el tercer capítulo se realiza un análisis multitécnica y multitemporal de los

resultados obtenidos.

En el cuarto capítulo se extraen las conclusiones sobre las técnicas empleadas.

Los anexos que se incluyen en el proyecto detallan los resultados de los cálculos

realizados para el desarrollo del mismo.

14

2. PROCESO METODOLÓGICO Y APLICACIÓN PRÁCTICA


La metodología propuesta, como ya se ha mencionado, tiene como objetivo

monitorizar la actividad de movimientos de ladera realizando para ello un análisis

multitemporal. Además, se estudia la viabilidad de combinar ambas técnicas, así como

plantear varías posibilidades de planificación de vuelo para este tipo de terreno con gran

pendiente.

Los pasos seguidos en el desarrollo y aplicación de la metodología se indican a continuación:

• Situación y descripción de la zona de estudio.

• Selección del sistema de referencia a emplear para controlar la deformación

• Planificación del trabajo: diseño de vuelo fotogramétrico y de la red de

apoyo mediante técnicas GNSS.

• Ejecución del vuelo mediante UAV con cámara digital incorporada.

• Ejecución de campaña de escáner láser.

• Orientación del vuelo fotogramétrico.

• Orientación mediante Maptek I-Site de los datos tomados con escáner láser.

• Elaboración de modelos digitales del terreno de la zona afectada.

• Reorientación si se procede. Comparación con campañas anteriores.

• Estudio de deformaciones

• Evaluación práctica y económica de la solución adoptada.

16


2.1. SITUACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LA ZONA

La zona objeto de estudio se encuentra en el P.K. 59 de la autovía A-44 Bailén-

Motril, salida Cambil. Se trata de una ladera en la que se han identificado importantes

movimientos desde la construcción de dicha autovía y se han acentuado por las

condiciones climatológicas.

Cartográficamente la zona se encuentra localizada en la hoja 969 del Mapa

Topográfico Nacional a escala 1/50.000 y a su vez en la hoja 969-II a escala 1/25000.

Figura 2. Distribución de las hojas del mapa topográfico nacional

a escala 1/50000 en la provincia de Jaén

Las coordenadas geodésicas aproximadas del talud objeto de estudio en el sistema

de referencia ETRS89, adoptado como oficial para España son:

Latitud (φ)=37º 40' 46,66'' N

Longitud (λ) = 3º 37' 44,59'' W

Figura 3. Ubicación de la zona de estudio

17


2.2. DEFINICIÓN DEL SISTEMA DE REFERENCIA (SR)

Es necesario fijar un sistema de referencia común con el objetivo de poder fusionar

y comparar datos y productos. Es de gran importancia para el análisis multitemporal, se

detecta la evolución que pueda existir o modificación de la escena en el tiempo

transcurrido entre las tomas de datos.

Por otro lado se van a fusionar y analizar datos provenientes de distintas técnicas de

adquisición, por lo que será necesario que estos datos estén referidos al mismo SR para

poder tratarlos de manera indistinta.

El sistema de referencia elegido es el ETRS89, sistema de referencia oficial en

España (regulado por el Real Decreto 1071/2007 de 27 de julio), plano de proyección

UTM, en el huso 30 (que es el uso donde se encuentra la zona objeto de estudio). Como

datum altimétrico se utiliza el elipsoide GRS80. Dado que el GPS mide altitud

elipsoidal se elige dicho sistema, aunque no es el sistema altimétrico oficial en España,

para disminuir la propagación de errores en el cálculo de la componente Z al referir las

altitudes al geoide EGM08.

Para definir el sistema de referencia se utilizan los puntos de control y las bases de

escaneo medidos para referenciar los datos fotogramétricos y los datos TLS. A

continuación se describe la planificación y toma del apoyo terrestre. Primero se

comprueba si la técnica de medición de los puntos es la adecuada.

2.2.1. Estudio de incertidumbre a priori

Es necesario realizar un estudio previo de las incertidumbres para comprobar que

tanto la metodología como la instrumentación empleada para medir los puntos de

apoyo, son las adecuadas para la realización de este trabajo.

El estudio de incertidumbres se realiza a partir de datos aproximados y de las

características técnicas de los instrumentos utilizados.

18


Los equipos G.N.S.S empleados son los LEICA SYSTEM 1200:

Equipo Precisiones en la fase

Estático (H/V) (σ)

Precisiones en la fase de tiempo

real. Estatico (H/V) (σ)

GNNS

LEICA AX 1203

5mm + 0,5ppm

10mm + 0,5ppm

5mm+0,5pm

10 mm+0,5pm Tabla 1. Características técnicas Leica AX 1203

El estudio de incertidumbres se divide en dos partes, un estudio para la

incertidumbre planimétrica y un estudio para la incertidumbre altimétrica.

2.2.1.1. Estudio de incertidumbre en la base B1

Para calcular la incertidumbre de la base B1 se considera una distancia aproximada

entre esta y la estación de referencia permanente “UJAE” perteneciente a la RAP (Red

andaluza de posicionamiento), tomando como precisiones del equipo las mencionadas

anteriormente.

El equipo de la base B1 se estaciona en trípode, como equipo fijo se toma la

estación permanente de la Universidad de Jaén que se considera libre de error.

a) Incertidumbre planimétrica de la base B1

Teniendo en cuenta que la distancia aproximada desde la estación de referencia

permanente a la zona de trabajo es de 19 km, se obtiene:

Incertidumbre de la línea base entre la estación de referencia y la base B1:

σLB = ±�𝑎2(m) + �b(ppm) · D(m)

1000000 �2

= ±0,011m

donde a=0,005m, b=0,5ppm y D= 19.000m.

Incertidumbre posicionamiento de la estación: σe = 0,000m

Incertidumbre posicionamiento de la señal: σs = 0,002m

La incertidumbre planimétrica en la base será igual a la componente cuadrática de

las incertidumbres anteriores:

σB1P = �σe2 + σs2 + σLB2 = ±0,011m

19


b) Incertidumbre altimétrica de la base B1

σZLB = ±�𝑎2(m) + �b(ppm) · D(m)

1000000 �2

= ±0,014m

donde a=0,010m, b=0,5ppm y Dmáx= 19.000 m

Incertidumbre inclinación de la señal: σj = 0,000m

Incertidumbre en la altura del aparato: σi = 0,002m

La componente cuadrática de los errores calculados anteriormente nos proporciona

la incertidumbre altimétrica de la base:

σZB1 = �σi2 + σj2 + σLB2 = ±0,014m

Para este tipo de trabajo se necesita la precisión 3D de los puntos observados y la

base, por lo tanto se combina las incertidumbres obtenidas en planimetría y altimetría y

se obtiene una precisión de la base en XYZ:

𝛔𝑿𝒀𝒁=�σPB12 + σZB12= 0.018m

2.2.1.2. Estudio de incertidumbres para los puntos de apoyo

A continuación se calcula la incertidumbre de los puntos de apoyo medidos en

RTK. Se utilizan las precisiones para la metodología en RTK.

a) Incertidumbre planimétrica

Se considera una distancia aproximada entre la base B1 y un punto de apoyo

cualquiera de 100 m.

Incertidumbre de la línea base entre la estación de referencia y la base

B1:

σLB = ±�𝑎2(m) + �b(ppm) · D(m)

1000000 �2

= ±0,005m

donde a=0,005m, b=0.5ppm y Dmáx= 100m


20


Incertidumbre posicionamiento de la señal: σe = 0,002m

La incertidumbre planimétrica a priori de los puntos levantados será la componente

cuadrática de las incertidumbres calculadas anteriormente.

σP = �σe2 + σs2 + σLB2 = ±0,006m

b) Incertidumbre altimétrica. Incertidumbre en la línea base:

σZB = ±�𝑎2(m) + �b(ppm) · D(m)

1000000 �2

= ±0,010m

donde a=0,010m, b=0.5ppm y Dmáx= 100 m

Incertidumbre inclinación de la señal: Consiste en la incertidumbre en la

toma de un punto debido a la inclinación del jalón. Viene establecida por la

fórmula:

σj= m•βrad

Siendo m la altura del jalón (2 m) yβel ángulo de inclinación del jalón (8’)

σj=β"r"

·m= ± 0,005m

σj= 0.005m


La componente cuadrática de los errores calculados anteriormente nos proporciona

la incertidumbre altimétrica de los puntos:

σZ = �σi2 + σj2 + σLB2 = ±0,011m

𝛔𝑿𝒀𝒁=√σP2 + σZ2= 0.012m

21


2.2.1.3. Concatenación final de incertidumbres

Hasta ahora se han calculado las incertidumbres que tienen por separado cada elemento,

desde la base B1 hasta cualquier punto de apoyo levantado. Por tanto, solo queda

estudiar la incertidumbre que tendrían los puntos de apoyo, considerando la

incertidumbre obtenida en la base B1.

Las incertidumbres que se estiman en cada parte son las siguientes:

INCERTIDUMBRE EN B1 ±0,018m

INCERTIDUMBRE PUNTOS DE APOYO ±0,012m

Se obtendrá la incertidumbre total expandida, teniendo en cuenta la incertidumbre

de la base.

𝛔𝐓𝑿𝒀𝒁 = √0.0182 + 0.0122 m=0.022m

La incertidumbre absoluta de los puntos de apoyo será ± 0.022m.

Estas precisión se calcula con datos aproximados a priori, lo que en realidad

interesa, son las precisiones obtenidas tras la medición.

2.2.2. Observación de los puntos de apoyo

El sistema de referencia se materializa mediante la densificación de la Red

Andaluza de Posicionamiento (RAP). Para ello se implementa una base fija que se dota

de coordenadas empleando como estación de referencia la estación permanente de la

universidad de Jaén. Desde la base fija se radian el resto de puntos de control y puntos

de estación del escáner, con ello el sistema queda perfectamente materializado.

A pie de campo se dispone a colocar las dianas conforme lo establecido en la

planificación, se clava en el centro de cada diana un clavo (ø =7mm), las marcas deben

permanecer fijas al menos durante la observación TLS, medición de los puntos por

técnicas G.N.S.S. y el vuelo, para ello se deben anclar al terreno con sus respectivos

clavos.

Para materializar sobre el terreno la base empleada para la radiación, se ubica en un

lugar despejado que no impida el buen funcionamiento del GPS. La marca es una estaca

22


de madera con un clavo de 4mm de diámetro y se señala en el suelo con pintura roja por

si hay que localizarla posteriormente. Se realiza su reseña para facilitar la localización,

acceso y coordenadas.

Para obtener el apoyo terrestre se emplean técnicas GNSS trabajando con dos

equipos, uno fijo estacionado sobre la base y otro móvil para medir los puntos.

Para medir la base se introduce en el equipo de referencia la estación permanente

“UJAEN” como referencia, el equipo mide y emite correcciones constantemente. El

tiempo de medición es de unos 40 minutos. El método empleado en la medición de los

puntos de control es: Radiación, considerando como referencia la base B1.

Con el receptor móvil montado en jalón, se miden los puntos de control en modo

RTK, el procedimiento es el siguiente:

situar y nivelar el jalón sobre el punto

ocupar el punto una media de 1 minuto

almacenar

pasar al siguiente punto.

2.2.3. Procesado de los datos

El procesado de los datos se ha realizado mediante el software Leica Geo Office.

Con el procesado se resuelven las ambigüedades y se compensan los errores existentes

en las líneas base. Se compensa primero la línea base entre la base B1 y la estación de

referencia UJAE, y luego las líneas base de los puntos de control y la base B1 ya

ajustada. Los puntos son observados mediante radiación desde la misma.

23


Figura 4. Observación de los puntos de control

Tras realizar el ajuste de las coordenadas de los puntos medidos con el software

antes mencionado, se obtienen las desviaciones típicas de dichos puntos, que quedan

reflejadas en la siguiente tabla.

ID σX(m) σY (m) σZ (m) E1 0.003 0.002 0.009 E2 0.003 0.003 0.007

d100 0.006 0.005 0.016 d101 0.006 0.005 0.016 d102 0.008 0.006 0.021 d103 0.008 0.005 0.022 d104 0.007 0.008 0.020 d105 0.005 0.005 0.012 d106 0.007 0.008 0.019 d107 0.005 0.006 0.015 d108 0.005 0.006 0.014 d109 0.005 0.005 0.013 d110 0.005 0.006 0.014 d111 0.006 0.007 0.017

d1 0.004 0.004 0.012 d2 0.004 0.003 0.010 d3 0.006 0.005 0.016 d4 0.003 0.003 0.009

24


ID σX(m) σY (m) σZ (m) d5 0.004 0.004 0.009 d6 0.004 0.005 0.012

scan1 0.001 0.001 0.004 scan2 0.001 0.001 0.003

Tabla 2. Desviación típica de los puntos medidos mediante técnica G.N.N.S

A los datos exportados queda aplicarles otro cálculo, hay que adaptar los datos a la

metodología TLS. El sistema de proyección cartográfica que se emplea es una

modificación de la proyección UTM. La proyección UTM utiliza un factor de escala K0

para reducir a la mitad las deformaciones lineales en las zonas más extremas del huso,

las magnitudes lineales quedan afectadas por dicho factor de escala. La técnica TLS

permite medir coordenadas 3D de forma directa, por lo que habría que aplicar este

factor de escala solo a las coordenadas planimétricas, una vez que los datos escáner

estuvieran perfectamente nivelados.

Para solucionar este problema, se opta por eliminar el factor de escala K0. Los

puntos de control (PC) se radian desde la base B1, que se considera como referencia,

por lo tanto se ha considerado el factor de escala K0 desde la misma a los PC. Se

calculan las distancias sin deformación lineal entre la base y dichos puntos, con esta

distancia se vuelven a calcular las coordenadas sin deformación lineal de los puntos.

Se obtiene un sistema de referencia local al que queda referido todo el proyecto.

A continuación se presenta la Reseña de la base de estacionamiento (B1), y la base

de referencia UJAEN.

25


RESEÑA ESTACIÓN PERMANENTE UJAEN

Nombre del vértice:UJAEN

H.M.T.N. a escala 1/25.000: 947-1

Población:Jaén

Provincia:Jaén

Coordenadas UTM (ETRS89):

Huso:30

XUTM :431168.550 m

YUTM :4182554.780 m

Altura elipsoidal (h):527.770 m

Situación: La estación de referencia GPS permanente de la Universidad de Jaén está ubicada sobre la cubierta del colegio mayor “Domingo Sabio, situado en el campus “Las Lagunillas”.

Tipo de construcción: Centrado forzado montado sobre monolito de hormigón con forma cilíndrica de altura 1m y 0.3 m de diámetro.

Croquis:

Fotografía:

Acceso: Saliendo de Jaén por la carretera de Madrid, nos desviamos a la derecha, tomando el acceso al colegio mayor “Domingo Sabio”.

26


RESEÑA BASE (B1)

Nombre del vértice:B1

H.M.T.N. a escala 1/25.000: 969-2

Ubicación:PK 59.Autovía A-44 (salida Cambil)

Provincia:Jaén

Coordenadas UTM (ETRS89):

Huso:30

XUTM :444694.821m

YUTM :4170561.895m

Altura elipsoidal (h):640.270m

Situación:La base se sitúa en un pequeño talud enfrentado a la ladera objeto de estudio, a la espalad de los aparcamientos del restaurante “Oasis”.

Tipo de señal:Estaca de madera clavada en el terreno, en su extremidad superior clavo de acero de diámetro 4 mm.

Croquis:

Fotografía:

Acceso: Desde la autovía A-44 se toma la salida en el PK-59 dirección Granada, en la rotonda del siguiente cruce se toma la N-323 dirección Cambil, a pocos metros tras una curva pronunciada se puede observar la zona de estudio.

27


2.2.4. Estudio de incertidumbres a posteriori

Se considera que la estación de referencia “UJAEN”, es libre de error en posición, por

lo que únicamente se tiene en cuenta la incertidumbre de la base B1.

Tras realizar el ajuste se obtienen las precisiones con la que se mide la base B1:

σx: ±0.000m σy: ±0.000m σz: ±0.000m

2.2.4.1. Incertidumbre en la Base B1

a) Incertidumbre en planimetría:



Con las incertidumbres tenidas en cuenta anteriormente se cuantifica la

incertidumbre planimétrica en la base B.

σP = �σc2 + σe2 + σs2 = ±0,002m

b) Incertidumbre en altimetría:



σZ = �σz2 + σi2 + σj2 = ±0,002m

Se obtiene una incertidumbre altimétrica en la base B1 de ±0.002m.

Incertidumbre en la posición 3D de la base B1

𝛔𝑿𝒀𝒁=√σP2 + σZ2= 0.003m

2.2.4.2. Incertidumbre en los puntos de apoyo

a) Incertidumbre en planimetría:



Incertidumbre circular: σc = 0,010m

28


Con las incertidumbres tenidas en cuenta anteriormente se cuantifica la

incertidumbre planimétrica de los puntos de apoyo.

σP = �σc2 + σe2 + σs2 = ±0,010m

b) Incertidumbre en altimetría:



Incertidumbre en Z del punto con más error: σz = 0,015m

σZ = �σz2 + σi2 + σj2 = ±0,016m

c) Incertidumbre en la posición 3D de los puntos medidos:

Posición relativa

𝛔𝑿𝒀𝒁=√σP2 + σZ2= 0.019m

La precisión obtenida en la medición de los puntos de apoyo es de 1,9 cm.

29


2.3. INSTRUMENTACIÓN Y SOFTWARE

2.3.1. Instrumentación

• Vehículo aéreo no tripulado

Los vehículos aéreos no tripulados (UAV) surgieron en los años 50, aunque se

pusieron en práctica con fines militares por el ejército norteamericano en los años 60.

Su desarrollo se ha visto fuertemente impulsado por las aplicaciones de defensa militar,

no comenzando su aplicación civil hasta los años 90. Su principal ventaja es la

capacidad para la adquisición remota de datos en entornos peligrosos o zonas

inaccesibles de manera rápida y económica.

En fotogrametría los dispositivos UAV se utilizan para la captura de información

geográfica a partir de imágenes cenitales y oblicuas, con baja altura de vuelo (menor a

400 m). Representan una herramienta novedosa de última generación que ha

revolucionado el mundo de la geomática, ya que el UAV es un vehículo aéreo no

tripulado, teleguiado, que puede seguir un plan de vuelo o se controla dinámicamente de

forma remota. El sistema empleado es una plataforma aérea que incorpora una cámara

digital para la captura de datos espaciales. Es una herramienta muy práctica que permite

la recogida de datos (fotografías) en un periodo de tiempo bastante corto y con una gran

resolución dependiendo de las características del trabajo.

El modelo empleado en el presente proyecto es ASCTEC FALCON 8, helicóptero

con 8 rotores guiado por radio control y equipado con sistema de posicionamiento y de

navegación inercial (GPS/INS).

Figura 5. Subunidades del sistema de vuelo ASTEC FALCON 8

30


1. Unidad central: estructura rígida y ligera de fibra de carbono, que

incorpora los distintos módulos de enlace, interruptor, batería, conector y

montura de la cámara y sistema estabilizador de vuelo.

2. Montura de la cámara con compensación automática.

3. Cuatro tubos de carbono conectados en el medio del aparato.

4. Rieles

5. Antena de enlace.

6. Antena de enlace video.

Cámara fotográfica digital SONY NEX 5

El aparato lleva incorporada una cámara digital SONY NEX 5, objetivo Sony 16

mm (gran angular) instalada en montura con compensación automática.

Figura 6. Cámara Sony Nex-5

Especificaciones Técnicas NEX-5N

Características del sensor de imagen

Tipo de sensor de imagen Sensor CMOS Filtro de color de sensor de imagen Color primario RGB Tamaño (mm) 23,5 X15,6 mm (tamaño ASP-C) Camara

Píxeles totales del sensor (megapíxeles) Aprox. 16,7 Píxeles efectivos (megapíxeles) Aprox. 16,1 Ajuste de sensibilidad Equivalente a ISO 100 - 25.600

31


ISO Sistema de enfoque automático Automático/Manual Obturador

Tipo Control electrónico, transversal vertical, tipo de plano focal Rango de velocidad de obturación (segundos) 1/4000 - 30 y temporizador Velocidad de sincronización con flash; segundo 1/160 Grabación

Formato de grabación

Compatible con JPEG (DCF versión 2.0, Exif versión 2.3, compatible con MPF Baseline), RAW (formato RAW 2.2 de Sony), 3D MPO (compatible con MPF Extended)

Imagen de tamaño grande: JPEG(píxeles) 4912 X 3264 (16 M) Calidad de las fotografías RAW, RAW + JPEG, JPEG fino, JPEG estándar Dimensiones

Anchura (mm) 110,8 Altura (mm) 58,8 Profundidad (mm) 38,2

Estación móvil de control remoto

El UAVse controla desde el suelo mediante una estación móvil de control remoto

diseñada para llevarla una persona y conectada a un ordenador, compuesta por varios

componentes. Se enumeran los más destacados:

Figura 7. Componentes de la estación de control remoto

32


1. Control remoto, mandos de control

2. Visualización del estado de los datos de telemetría, y activar funciones.

3. Distintos enlaces de datos, transmiten y reciben los datos de vuelo.

4. Pantalla LCD, permite visualizar en directo el video con la toma de fotografías.

5. Recibe el video en directo.

• Escáner láser terrestre (TLS)

Terminología:

El Escáner laser terrestre es un dispositivo fijo en tierra que proyecta un rayo láser

estructurado sobre la superficie de un objeto con el fin de recoger información

geométrica del punto de incidencia, mide coordenadas 3D e incluye información

adicional como intensidad de la señal o el valor RGB de los puntos capturados, con el

fin de reunir datos sobre forma, dimensiones y en ocasiones intensidad y color del

objeto, permitiendo así la reconstrucción del mismo (modelado métrico).

El sistema de medición es similar al de la topográfica clásica, se miden ángulos y

distancias, es un sistema mucho más rentable permitiendo adquirir hasta 100.000 puntos

por segundo. Además su campo de visión es en forma de cono, similar a una cámara,

con la diferencia que reúne información sobre la profundidad.

Se obtiene como resultado una matriz de datos, semejante a una toma fotográfica,

que además de ángulos horizontales y verticales e intensidad de color del punto, se

dispone de la distancia en el espacio de cada punto.

Abarca un gran campo de aplicación: arqueología, arquitectura, ingeniería, etc.

Tecnología:

Principio básico de la medida: hay varias técnicas de medición 3D en los que se

basa el láser. En este trabajo se emplea instrumental cuya medición es basada en el

tiempo.

33


Figura 8. Técnicas de medición en las que se basa el láser

Medición basada en el tiempo: los escáneres miden un intervalo de tiempo entre dos

sucesos, hay dos principios de medición por tiempo: escáneres basados en pulso (tiempo

de vuelo -time of flight o TOF-) y basados en fase.

Escáneres basados en pulso (tiempo de vuelo): las ondas de luz viajan con una

velocidad finita y constante a través de un medio. Por consiguiente se mide el intervalo

de tiempo en el que la luz viaja de una fuente a un objeto reflectante y regresa a la

fuente, la distancia a dicha superficie, puede calcularse mediante la fórmula:

Donde: c = velocidad de la luz t= tiempo de ida y vuelta de la señal

34


Figura 9. Principio de un escáner basado en el tiempo de vuelo

Los escáneres por tiempo de vuelo no suelen usar haces continuos, si no un pulso

de láser. Escanean su campo de visión punto a punto cambiando la dirección del haz

mediante una unidad de desviación. Un láser escáner 3D basado en el TOF puede

medir de 2000 a 50000 puntos por segundo.

Hay que destacar que la intensidad del pulso recibido es menor que la del pulso

emitido, para que no se produzcan mediciones ambiguas, el tiempo medido debe ser

mayor que la amplitud del pulso. La máxima frecuencia del pulso está determinada por

el hecho de que el emisor no puede enviar un pulso hasta que no haya recibido el

anterior. La finalidad de esta restricción es evitar confusión en la llegada de los pulsos y

se denomina rango de certeza, depende de la duración del pulso y de su frecuencia.

Hay tres factores principales que determinan la precisión de un sistema de medida

por tiempo de vuelo:

• La capacidad de seleccionar la misma posición relativa en el pulso emitido

y recibido para medir el intervalo de tiempo.

• La precisión con la que se fija un intervalo de tiempo.

• La precisión del instrumental en la medida de los intervalos de tiempo.

La ventaja de usar un sistema de tiempo de vuelo para las mediciones láser de

distancia es la alta concentración de energía transmitida, hace posible las mediciones a

larga distancia.

35


Los equipos empleados en el presente proyecto utilizan como técnica de medición

el tiempo de vuelo.

OPTECH ILRIS 3D

ILRIS-3D es un escáner láser integrado con captura de

puntos e imagen digital. Puede ser operado a través de

una conexión cableada a través de un ordenador portátil

mediante un software específico (ILRS 3D Controller).

Su campo de visión es de 40º x 40º y las precisiones en

distancia y posicional son de 7mm/100m y 8 mm/100m,

respectivamente.

Utiliza un sistema de doble espejo para realizar el

barrido. El método para llevar a cabo el escaneo es el

siguiente: Un movimiento del espejo X produce el eje horizontal X. Un segundo

movimiento del espejo Y produce el eje vertical Y.

El espejo X se mueve de izquierda a derecha hasta llegar al extremo y forma la

primera línea de escaneo en la parte inferior del área de barrido, el espejo Y incrementa

una posición y el espejo X se mueve horizontalmente esta vez de derecha a izquierda, el

proceso es iterativo hasta completar la zona. Según el siguiente esquema

Figura 11. Fundamento de escaneo del Optech Ilris 3D

Este escáner es altamente eficiente en campo, por su velocidad de captura de datos

(hasta 2500 puntos/s) y el amplio rango dinámico de 3m-1500 m.

Figura 10. Optech Ilris 3D

36


LEICA C10

Es uno de los escáneres más populares a día de hoy por su

diseño compacto que incluye escáner, sensor de inclinación,

batería, controlador, almacenamiento de datos y cámara de alta

resolución. El campo de visión es completo,360º x 270º, su

alcance es de hasta 300 m con un 90 % de reflectividad, y

velocidad de captura de hasta 50000puntos/segundo. En

relación a las precisiones, en distancia es de 6mm/50m y

precisión posicional de 4mm/50m. Dispone de una interfaz

intuitiva para programar el escaneo, puede tomar imágenes de

alta resolución (cámara digital 4 megapixel) para texturizar la nube de puntos. Es

compatible con los equipos topográficos, permite montar antenas GNSS. Dispone de un

compensador de doble eje, plomada láser y base nivelante para un estacionamiento

rápido.

• Equipo GNNS Leica System1200:

Las características técnicas de estos equipos son:

Sensor Fase en Post-Proceso (𝝈) Fase en Tiempo Real (𝝈)

Estático(H/V) Cinemático (H/V) Estático (H/V) Cinemático (H/V)

GX1230 5mm +0,5ppm 10mm+1ppm 5mm+0,5ppm 10mm + 1ppm

10mm+0,5ppm 20mm+1ppm 10mm+0,5ppm 20mm + 1ppm

Tabla 3. Características técnicas de los equipos GNNS Leica System 1200

Los equipos LeicaSystem 1200 están compuestos de los siguientes elementos:

• Sensor GX1230: Receptor de doble frecuencia.

• Antena AX1202: Tiene el plano de tierra integrado. Se conecta

mediante TNC hembra y tiene una rosca para anclaje.

• Controladora: Permite acceder a las configuraciones del equipo y resto

de utilidades que nos dan un control completo del GPS.

• Accesorios:

· Base para barra telescópica.

Figura 12. Escáner Leica C10

37


· Elementos de sujeción para bastón.

· Soporte.

· Base nivelante.

· Gancho de alturas.

· Cables.

· Tarjeta Compact Flash.

· Baterías.

Estos equipos pueden montarse en pilar, trípode o jalón. Para la realización de este

proyecto se montaron tanto en jalón como en trípode.

2.3.2. Software

Se han empleado distintos programas en el desarrollo del presente proyecto. Este

apartado recoge aquellos específicos que se han utilizado en las distintas fases del

mismo.

• AgiSoft PhotoScan 1.0.3

Es un software fotogramétrico de reconstrucción 3D a partir de fotografías. Con

este software se pueden obtener de una manera muy efectiva nubes de puntos 3D,

generar superficie y determinar dimensiones y orientación de objetos.

La técnica de trabajo con este software es orientar primero el bloque

fotogramétrico. En un primer paso se orienta relativamente el bloque mediante la

medida automática de puntos homólogos en todas las imágenes. La orientación absoluta

se realiza empleando puntos de control. Posteriormente, se genera una malla de puntos y

se sitúa el objeto en un espacio 3D virtual. Esta nube de puntos se puede exportar para

procesarlas con otros programas, o bien se pueden generar la superficie que define el

objeto y finalmente los productos fotogramétricos deseados. También dispone de una

herramienta de filtrado o clasificación del terreno, el software calcula que puntos

pertenecen al terreno en sí y cuales pertenecen a objetos situados sobre el terreno.

Este programa se emplea en multitud de aplicaciones de ingeniería, arquitectura,

arqueología, etc.

38


• SOCET SET 5.6.0

Software especifico para las estaciones fotogramétricas 3D. Permite realizar todo el

proceso fotogramétrico a partir de imágenes digitales aéreas.

El programa trabaja en visión estereoscópica, monoscopica, además de contar con

herramientas como la correlación automática, triangulación automática, generación de

modelos digitales del terreno (MDTs) y de elevación MDEs, producción de ortofotos y

mosaicos. Permite además la fotointerpretación de modelos, y restitución de datos

vectoriales.

• LEICA Geo Office Combinado

Utilizado para exportar los datos tomados con GNSS procesarlos y visualizarlos. Es

la herramienta ideal para visualizar, procesar, revisar la calidad y guardar los datos antes

de exportarlos a, prácticamente, cualquier formato requerido por programas

de cartografía o ingeniería.

• Maptek I-Site Studio

Es un paquete de procesamiento de nubes de puntos3D, diseñado para aplicaciones

topográficas y de ingeniería civil.

Capacidades:

- Creación rápida de modelos 3D precisos.

- Permite realizar un gran número de análisis a partir de los modelos formados.

Características:

- Interfaz fácil de usar: utiliza un flujo de trabajo intuitivo.

- Gestiona paquetes de datos de gran tamaño, de hasta varias decenas de millones

de puntos

- Trabaja en formatos múltiples: DXF, DWG, CSV, 3DP, ZFS y PTX.

- Opciones registro, referenciación y fusión de nubes de puntos: conociendo

características superficiales y coordenadas de puntos comunes.

- Herramientas de modelado de gran alcance: crea modelos 3D precisos mediante

triangulación topográfica, superficie de fusión, y triangulación de bucle.

- Opciones de filtrado intuitivos: Filtrado de datos por grupo de datos o puntos

individuales o por región de interés mediante polígono.

39


- Herramientas de análisis extensos: analizar eficientemente grandes conjuntos de

datos utilizando herramientas de consulta y visualización.

- Módulo de geotécnica especializada: Analizar estructuras y superficies,

monitorizar movimientos e identificar las estructura y tendencias dominantes

- Opciones de presentación: Crear animaciones de una serie de fotogramas, salida

de vídeo digital de alta definición.

- Exportación directa a PDF 3D y formatos universales de modelos 3D.

- Interfaz de lenguaje personalizado.

40


2.4. UAV

2.4.1. Planificación del vuelo

La toma de las fotografías se lleva a cabo mediante un vehículo aéreo no tripulado

(UAV), guiado por radio control y equipado con sistemas de posicionamiento y de

navegación inercial. Lleva incorporada una cámara digital instalada en una montura con

compensación automática

Figura 13. Sistema Astec Falcon 8

La planificación del vuelo se calcula según las condiciones del proyecto

(gestionado mediante el software AscTec NAVIGATOR) se ejecuta en modo de pilotaje

automático con ayuda del sistema AscTec AutoPilot Control, que es una herramienta

que permite controlar todas las funciones del sistema de vuelo. Los comandos se envían

desde el ordenador mediante un cable USB a la estación de control.

La planificación del vuelo se realiza previamente en gabinete, empleando para ello

una imagen de la zona previamente georreferenciada. Puede ser suficiente una imagen

descargada desde algún servidor tipo Google Earth o Iberpix (IGN).

2.4.1.1. Diseño del vuelo fotogramétrico

A partir de inspecciones previas a la zona de trabajo, así como al disponerse de

campañas anteriores (proporcionadas por el Grupo de Investigación TEP-213), se

consideró la posibilidad de realizar tres pasadas verticales de forma que se cubriese toda

la zona objeto de estudio. Pero, por otro lado, también se planificaron otras tres pasadas

inclinadas que asegurasen una escala homogénea en toda la ladera.

En concreto, se trata de una zona con una pendiente aproximada del 30 %,lo cual

presentaba serios problemas a la hora de planificar el vuelo. La altura de vuelo se

escogió de modo que cumpliese las condiciones del proyecto en cuanto a solapes,

41


variación de escala y GSD. La planificación del vuelo se elaboró sobre la cartografía

existente (imagen de satélite georreferenciada extraída de Iberpix). Se delimitó la zona

objeto de estudio y se tomó como referencia para la línea de vuelo la carretera nacional

N-322 situado a pie de dicho talud.

Como cualquier planificación, ha sido necesario determinar los parámetros de vuelo

teniendo en cuenta las condiciones del propio proyecto: cámara con la que se realiza la

toma, solapes necesarios, zona objeto de estudio, etc. A continuación se muestran una

serie de parámetros que se han analizado para planificar la misión de vuelo final.

(*) Tamaño del pixel sobre el terreno (GSD: ground sample distance):

𝐺𝑆𝐷 =𝐷𝑓

𝑟𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛

Formulas para determinar los parámetros de vuelo: Distancia de Vuelo (D) Anchura terreno (At) Longitud terreno (LT) Escala de vuelo (mf): mf=GSD/pix Lados del fotograma en el terreno: Lt=l*mf Recubrimiento longitudinal: (p = 65%) Recubrimiento transversal : (q = 35%) Base aérea: B= Lt *(1-p) Distancia entre pasadas: A=Lt*(1-q) Margen de seguridad longitudinal MSL =2*B Margen de seguridad Transversal MST=q Longitud de la pasada Lp =LT +2MSL Anchura que debe ser cubierta Lq =At+2MST Número de fotogramas por pasada np=(Lp/B)+1 Número de pasadas nq= (Lq-Lt)/A +1

Datos de partida: Datos de la cámara: GSD(*)máx. (mm) 20 SONY NEX 5 (GSD en mm) W H

D (m) 50 Tamaño Imagen 4912 3264 p % 65 Tamaño Formato 24 15,9479 q % 35 Distancia focal (mm) 16

GSD(*)medio(mm) 15 Tamaño medio del pixel (mm) 0,004886

42


Así, los parámetros de vuelo calculados según la altura de vuelo son (Tabla 4):

D (m) GSD (mm) mf Lt (m) Lt (m) p (m) q (m) B (m) A (m) MSL (m) MST (m) 30 9.161 1875 45 29.902 29.25 10.466 15.750 19.437 31.5 10.466

35 10.688 2187.5 52.5 34.886 34.125 12.210 18.375 22.676 36.75 12.210

40 12.215 2500 60 39.870 39 13.954 21.000 25.915 42 13.954

45 13.742 2812.5 67.5 44.853 43.875 15.699 23.625 29.155 47.25 15.699

50 15.269 3125 75 49.837 48.75 17.443 26.250 32.394 52.5 17.443

55 16.796 3437.5 82.5 54.821 53.625 19.187 28.875 35.634 57.75 19.187

60 18.322 3750 90 59.805 58.5 20.932 31.500 38.873 63 20.932

65 19.849 4062.5 97.5 64.788 63.375 22.676 34.125 42.112 68.25 22.676

70 21.376 4375 105 69.772 68.25 24.420 36.750 45.352 73.5 24.420

75 22.903 4687.5 112.5 74.756 73.125 26.165 39.375 48.591 78.75 26.165

80 24.430 5000 120 79.740 78 27.909 42.000 51.831 84 27.909

85 25.957 5312.5 127.5 84.723 82.875 29.653 44.625 55.070 89.25 29.653

90 27.484 5625 135 89.707 87.75 31.397 47.250 58.310 94.5 31.397 Tabla 4. Parámetros de vuelo según la distancia de vuelo (en rojo se marca la altura de vuelo seleccionada)

A continuación se representa gráficamente la dirección de las líneas de vuelo y la

posición de los puntos de disparo para las pasadas cenitales, calculadas para terreno

llano, considerando como altura de vuelo D=50m sobre la vertical, la cual supone un

GSD del orden de 1.5 cm.

43


Figura 14. Posición de los disparos en la pasada cenital según cálculos

Sobre la cartografía existente, se han estudiado las diversas altitudes del terreno de

la zona objeto de estudio. Debido a que la pendiente es constante (aprox. 30%) se ha

considerado el mismo espaciado entre las líneas de vuelo, como si el terreno fuese llano.

Se han considerado diversas propuestas en función de la distancia de vuelo sobre la

ladera.

44


REDCENITAL:

Caso_1: Altura de vuelo constante D = 50 m (pte. = cte.)

Si se considera la distancia entre ejes de vuelo (A), tal y como se realiza en terreno

llano, disminuye el recubrimiento lateral en las pasadas que se realizan sobre zonas de

terreno más elevadas. En las zonas más bajas existe mucho recubrimiento pero sin

embargo hay una gran variación de escala entre los puntos comunes que aparecen en

fotos de pasadas diferentes.

Figura 15. Toma cenital primera propuesta

Recubrimiento máximo y mínimo entre las pasadas y la variación del GSD:

Pasadas Recubr._max (m) Recubr._min (m) Var. Escala

1_2 47.350 36.750 28.57% 2_3 27.410 26.250 40.00% 1_3 80.00%

45


Caso_2: Altura de vuelo sobre talud D = 50 m (pte. = cte.)

Si se considera la altura de vuelo (D=50 m) para cada pasada habría un desnivel de

aproximadamente 20 m, según los cálculos hay suficiente solape, pero la variación de

escala no cumple con las condiciones del proyecto.

Figura 16. Toma cenital segunda propuesta

Recubrimiento máximo y mínimo entre las pasadas y variación de escala del GSD entre las diferentes pasadas:

Pasada Recubr._max (m)

Recubr._min (m)

Variación escala

1_2 27.410 7.475 40%

46


Caso_3: Altura de vuelo variable (pte. = cte.)

Como el terreno cambia de una forma gradual, se podría aumentar la altitud del

vuelo de una forma progresiva, de modo que se mantiene la escala global tan constante

como fuera posible. En este caso varía la altura de referencia del vuelo, a medida que

varía la altura del terreno.

Figura 17. Toma cenital tercera propuesta

Recubrimiento máximo y mínimo y variación del GSD entre las 3 pasadas:

Pasdas Recubr._max Recubr._min Variación Escala

1_2 34.88603125 9.9674375 23 % 2_3 22.42673438 2.491859375 20 % 1_3 38 %

Tras la realización de los cálculos, se ha optado finalmente por realizar la toma

cenital a una altura de vuelo de 50 m sobre el talud, en todas las pasadas (Figura 18).

Con ello se simplifica la misión de vuelo y se mantiene un solape transversal cercano al

30%. La variación de escala (presente en todas las opciones) se debe resolver mediante

tomas oblicuas.

47


Figura 18. Planificación de la misión de vuelo para la toma cenital con UAV

TOMAINCLINADA:

En ninguno de los casos planteados anteriormente se consigue mantener una escala

uniforme en el área de interés, por lo tanto se plantea realizar una toma, inclinado la

cámara de manera que el eje de la cámara esté perpendicular al plano más aproximado

del talud. De este modo, se asegura la misma escala para toda la zona de la ladera.

Para calcular los parámetros de vuelo se inclina el plano del talud restando el

ángulo de la pendiente. Sobre el talud inclinado se calculan estos parámetros como si el

terreno fuese llano y se volará a una altura de 50 m sobre el mismo. A la hora de

planificar y ejecutar el vuelo final hay que tener en cuenta la pendiente, por lo tanto se

aplica este giro en sentido inverso a los cálculos anteriores. A diferencia del vuelo

cenital se aumenta el solape transversal a 60% ya que según se puede observar en la

Figura 19 el solape de 35% planteado previamente es insuficiente.

D (m) GSD (mm) mf Lt (m) Lt (m) p (m) q (m) B (m) A (m) 50 15.269 3125 75 49.837 50.25 28.906 24.283 17.67

Tabla 5. Parámetros de vuelo calculados para la pasada inclinada

48


Figura 19. Propuesta toma inclinada

En la Figura 20 se representa el esquema del vuelo ejecutado para las pasadas

inclinadas.

Figura 20. Ejecución de la toma inclinada con UAV

49


2.4.2. Planificación de la red de apoyo

Previamente a la realización del vuelo, se elaboró la planificación de la red de

apoyo en la que se determinó la ubicación de las dianas, de modo que estuviesen bien

distribuidas dentro del bloque fotogramétrico. El tamaño de estas dianas se eligió para

asegurar la visibilidad de la marca en las imágenes. Para ello se hizo un reconocimiento

previo de la zona, así como la realización de un vuelo de prueba, sobre el que se

planificó la distribución, número y tamaño de las dianas que sirvieron como puntos de

apoyo.

Los puntos de apoyo son necesarios para la correcta orientación en el espacio del

bloque fotogramétrico. En la planificación se determinó la distribución de los puntos de

apoyo repartidos por toda la zona de manera que cada punto apareciese en varias

fotografías en la misma pasada y en la siguiente.

Las marcas son dianas de forma circular impresas en vinilo, blancas sobre fondo

negro. Estas dianas disponen de una zona central marcada para posicionar el jalón en

campo o bien que esta zona aparezca en la imagen digital, facilitando su medida sobre

la imagen. Al seleccionar las dimensiones adecuadas hay que tener en cuenta ciertos

factores, tales como la altura de vuelo, el GSD y la resolución de la imagen. Las marcas

preseñalizadas deben ser perfectamente identificable de modo que puedan medirse en la

imagen sin error en la identificación y de la forma más precisa posible durante el

proceso de orientación. Para determinar el detalle, se realiza una simulación con el

tamaño de las dianas. El Grupo de Investigación TEP-213 ha proporcionado las dianas,

resultando las más apropiadas las de un radio de 11 cm. Ello asegura un tamaño medio

de las dianas a escala de la imagen de unos 0.035 mm de diámetro, lo cual suponen

dianas de unos 7 píxeles de diámetro, claramente identificables y medibles tanto

manualmente como con técnicas automáticas.

Diana de vinilo (r= 11cm) empleada para el apoyo fotogramétrico.

50


f [mm] D [m] Res [mm] GSD [mm] R [mm] R [pix] N[pix]

16 50 0.0048 15.3 110 7.2 162 Tabla 6. Simulación tamaño dianas

En resumen, se ubicaron11 dianas por toda la zona, de modo que en cada foto

apareciese el mayor número de puntos de apoyo posible, lo más alejados posible uno del

otro dentro de la misma foto para así abarcar una mayor área a diferentes alturas dentro

de la ladera.

2.4.3. Ejecución del vuelo mediante UAV

La ejecución del vuelo se realizó conforme a lo establecido en la fase de

planificación de vuelo. Tal y como se ha indicó en el apartado anterior, se optó por

realizar 3 pasadas cenitales a altura de vuelo constante sobre la vertical del terreno (a 50

m), y tres pasadas inclinadas con el eje de la cámara perpendicular al plano del talud y a

una distancia constante de la ladera de 50 m. Con el gestor de la misión de vuelo del

sistema AscTec, se introdujeron los parámetros planificados en el software AscTec

AutoPilot Control. Estos parámetros son las coordenadas de los puntos de disparo en el

sistema de referencia elegido y los ángulos de inclinación de la cámara tanto para las

tomas verticales como las inclinadas.

De cara a ejecutar el vuelo hubo que tener en cuenta las condiciones apropiadas

para la correcta ejecución de la misión:

Horario: tal que la altura del Sol sobre horizonte sea mayor a 40°, evitando

horas de mucha sombra.

Meteorología: Se tomaron los datos en un día de cielo despejado, antes de

medio día, con poca sombra y escaso viento que dificultase el vuelo.

Zona de despegue y aterrizaje: despejada en un entorno de unos 10 m.

51


OPERAR CON ASCTEC FALCON 8:

A continuación se describe el modo de trabajo con la interfaz del software:

Los parámetros de vuelo calculados previamente se cargan al software, se obtiene una

matriz de vuelo para cada pasada.

Pasada Cenital:

Posición del punto de disparo (coordenadas geográfica)

Angulo de la cámara: 90º

Orientación del UAV respecto al Norte geográfico: 0º

Altura de vuelo sobre el objeto:

- Pasada_1: D = 50 m



Figura 21. Interfaz AscTec AutoPilot Control_Pasada Cenital

52


Pasada Inclinada:

Posición del punto de disparo (coordenadas geográfica)

Angulo de la cámara: 45º

Orientación del Falcon respecto al Norte geográfico: 270º (la línea de

vuelo coincide con el Norte Geográfico, pero el UAV está orientado

hacia la ladera: 0º+270º)

Altura de vuelo:

- Pasada_1: D = 42,33 m


- Pasada_3: D = 77,67 m

Figura 22. Interfaz AscTec AutoPilot Control_Pasada Inclinada

Modo de vuelo:

Debido a que la planificación del vuelo es un cálculo previo, lo más lógico es volar

en modo automático “GPS Mode”, el cual permite:

- Un control automático del UAV.

- Se mantiene la orientación y nivelación del UAV y de la cámara en vuelo

53


- Se mantiene la posición, una vez alcanzado el way point, dentro de los límites

de la precisión del GPS (2-5m aprox.).

- Se mantiene su altura dentro de los límites del control de altura (1-3m aprox).

- Se compensa la deriva debido al viento. La compensación permite volar con

seguridad hasta un límite máximo de velocidad del viento de 10 m/s.

- En el supuesto que falle el funcionamiento GPS, se puede manipular desde

la estación de control.

Ejecutar la misión:

Pulsando el botón “Start Mission”, el vehículo se desplaza al primer punto de

disparo, realiza la toma de la fotografía y se desplaza automáticamente a todos los

puntos de disparo de uno en uno.

El lugar de lanzamiento y aterrizaje debe ser libre de obstáculos y despejado para el

buen funcionamiento del GPS (área mínima 100m2).

Fotos tomadas: se utilizan 39 fotos de las tomadas en campo, que son las que

mejor abarcan la zona objeto de estudio.

A continuación en las Figura 23 y Figura 24 se muestran los esquemas con la

posición de la cámara en el momento de cada disparo para las 3pasadas cenitales y las 3

inclinadas.

54


Figura 23. Pasadas Cenitales

Figura 24. Pasadas Inclinadas

55


TRATAMIENTO DE LOS DATOS

Los datos brutos obtenidos por ambas técnicas se han tratado de forma individual

hasta referenciarlos al mismo sistema de referencia global, de forma que se permita su

comparación y análisis conjunto.

2.4.4. Orientación del bloque fotogramétrico

Para orientar el bloque fotogramétrico se emplea el software fotogramétrico

AgisoftPhotoScan. El proceso de orientación sigue un esquema parecido al método

clásico de orientación de pares estereoscópicos de orientación en dos pasos (two steps).

En primer lugar se realiza la formación del modelo fotogramétrico de todo el bloque en

un sistema de referencia arbitrario (Orientación Relativa). El ajuste del bloque se realiza

mediante un proceso automático de matching que enlaza todas las imágenes del bloque.

Posteriormente, se concluye con la fase de orientación absoluta, dotando de

coordenadas oficiales al proyecto, gracias a los puntos de control.

A continuación se desarrolla el proceso que se lleva a cabo para orientar el bloque

fotogramétrico mediante estación fotogramétrica digital (AgiSoft PhotoScan).

El primer paso consiste en cargar las fotos que integran el bloque. Los parámetros

iniciales de orientación interna de la cámara se obtienen de forma automática, utilizando

los datos recogidos en el fichero EXIF (exchangeable image information file, donde se

recogen los metadatos del archivo de imagen) que proporciona, entre otra información

útil, las características de la cámara utilizada (dimensiones del sensor, resolución,

distancia focal nominal, etc.) y algunos datos adicionales de las imágenes importadas

del vuelo (autorotación de la imagen, datos de exposición, etc.). La orientación interna

se realiza automáticamente a partir de los datos EXIF o de los parámetros de calibración

de la cámara si se dispone de ellos, los cuales pueden ser introducidos manualmente o

importados desde diferentes formatos habituales. Estos parámetros pueden ser

aproximados, ya que si la geometría del bloque es apropiada (con número suficiente de

tomas, fotografías inclinadas, etc.) se permite la posterior autocalibración del bloque y

el refinamiento de los parámetros internos.

Una vez cargadas las fotos, lo siguiente es realizar la orientación relativa. En este

paso PhotoScan determina la posición y orientación de la cámara para cada imagen y

construye una densa nube de puntos homólogos en un sistema de referencia arbitrario.

56


Figura 25. Puntos correlados en el proceso de orientación relativa

Para referenciar el modelo a un sistema de referencia global se necesitan al menos

tres puntos para poder realizar la transformación.

En el presente proyecto se pasa al sistema global de coordenadas empleando los

puntos de control medidos en campo. Primero se marcan en las fotos dichos puntos

posicionando el marcador en el centro de la diana, hay que marcar cada punto en todas

las fotos en las que aparece. Se repite el proceso para todos los puntos.

Una vez marcadas las dianas en todas las fotos se importa el fichero .txt que

contiene las coordenadas UTM correspondiente a estos puntos. Se calcula la

transformación tridimensional de coordenadas (Helmert 3D) y se estiman los residuos y

el error medio cuadrático de los puntos de control.

En la Figura 26se puede observar la distribución de los PC sobre la ladera.

57


Figura 26. Situación de los Puntos de Control fotogramétricos

Precisión de los puntos de control: refleja la precisión en posición de los PC

trasrealizar la Transformación 3D con PhotoScan.

PC σX (m) σY(m) σZ (m) σmed(m) σpix(m) d100 0.045 0.007 -0.021 0.050 0.19 d101 0.002 0.009 -0.010 0.014 0.33 d102 0.001 0.019 0.013 0.023 0.40 d103 -0.011 -0.001 0.021 0.024 0.21 d104 -0.011 -0.028 -0.030 0.043 0.19 d105 0.013 -0.012 0.001 0.018 0.22 d106 -0.017 -0.002 -0.015 0.022 0.19 d107 0.040 -0.011 -0.012 0.043 0.23 d108 -0.032 0.029 0.016 0.046 0.21 d109 -0.014 0.010 0.034 0.039 0.29 d110 -0.016 -0.004 0.014 0.022 0.23 d111 -0.002 -0.016 -0.010 0.020 0.20 Total 0.022 0.015 0.019 0.033 0.24

Tabla 7. Precisión de los Puntos de control en el modelo orientado

58


Optimización del proceso de orientación: PhotoScan estima los parámetros de

orientación interna y externa durante el proceso de orientación a partir de datos de las

fotos y datos de georreferenciación, por lo tanto se pueden acumular errores al final de

la orientación. Hay muchos factores como el solape entre las fotos, forma y superficie

del objeto que pueden dar lugar a deformaciones no lineales del modelo final.

Durante la georreferenciación el modelo se transforma linealmente mediante una

transformación 3D de semejanza. Esta transformación solo puede compensar algunos

tipos de errores lineales, la componente no lineal del error junto con otros errores

también lineales (afinidad por ejemplo) no se elimina. Estos errores residuales, pero

significativos, pueden eliminarse mediante la optimización de coordenadas de puntos y

parámetros de la cámara. Durante la optimización PhotoScan ajusta las coordenadas de

los puntos estimados y los parámetros de la cámara minimizando los errores. La

exactitud de la georreferenciación puede mejorar significativamente tras la optimización

llevada a cabo mediante una autocalibración en la que se pueden seleccionar los

parámetros de la cámara necesarios o que resulten significativos: distancia principal, f;

coeficientes de afinidad: cx, cy; coeficientes de distorsión radial simétrica, k1, k2, k3.

2.4.5. Generación de la nube de puntos

PhotoScan permite generar y visualizar una nube de puntos densa, que es capaz de

definir el objeto. Así el objeto, la ladera en este caso, ha quedado definida con una

resolución alta, con un total de 7.340.000 puntos. Estos puntos representan unos datos

brutos sin poder diferenciar que puntos definen la ladera en si o que puntos pertenecen

a objetos o artefactos sobre la ladera (vegetación, mallas de protección contra caídas de

rocas, postes, señales, etc.). Por tanto es necesaria la posterior edición de la nube de

puntos, no siendo efectivas para ello las herramientas de PhotoScan.

Por ello, se ha exportado la nube de puntos para su posterior tratamiento y análisis.

El fichero de exportación contiene coordenadas 3D (X, Y, Z) y el valor RGB del punto.

59


Figura 27. Nube de puntos generada por técnica fotogramétrica

2.4.6. Elaboración de los MDEs de la zona afectada

En este punto del proyecto se tiene los datos referidos a un sistema de coordenadas

oficial. Es necesario realizar un procesamiento de la nube de puntos que consiste en la

transformación de las nubes de puntos en producto adecuado para el análisis que se

pretende.

Los productos que se pretenden elaborar en el presente trabajo son unMDS y un

MDT texturizados, con los que será posible hacer la comparación multitécnica y el

análisis multitemporal, así como una clasificación de los elementos que se encuentran

sobre la ladera.

MDS – representa la superficie de cota máxima, es decir la superficie será

observada desde arriba. Representa el terreno y todos los objetos que se encuentren

sobre el mismo.

MDT – representa la superficie del suelo desnudo en formato digital, considerado

como la frontera entre el la tierra firme y la atmosfera o un objeto unido a él (edificio,

vegetación, etc.).

60


Figura 28. Clasificación de la superficie

2.4.6.1. Elaboración del MDS

Es una representación de la superficie de la ladera con todo lo que se encuentra

sobre la misma (vegetación, artefactos, construcciones, etc.). Se obtiene a partir de los

datos brutos sin clasificar, aunque es necesario hacer una mejora de estos datos

mediante un filtrado por ruido, remuestreo, filtrado por polígono recortando solamente

la zona de interés. Todo el proceso se lleva acabo empleando el software Maptek I-Site .

Filtrado del ruido: El primer paso es eliminar el ruido de los datos, se aplica un

filtro por puntos aislados, elimina los puntos que se encuentran a una cierta distancia del

resto, algunos hay que eliminarlos de forma manual.

Remuestreo: Al crear una malla el número de triángulos es más del doble que el

número de puntos. Tal cantidad de datos dificulta el procesado y, en ocasiones,

desborda la capacidad de cálculo del procesador, por lo que es necesario reducir el

número de puntos antes de crear el modelo. Se aplica un filtrado por separación

mínima, por ejemplo un punto cada 10 cm. Se reduce el tamaño de la nube de puntos sin

perder su forma geométrica. Una vez limpiada la nube de puntos se procede a la

elaboración de los modelos.

Modelado de la superficie: se genera una malla que conecta los puntos con

pequeños triángulos En este caso se ha aplicado una triangulación topográfica para

generar la malla. Ha sido necesario aplicar un giro a la ladera, ya que la triangulación

topográfica se genera sobre el plano XY, y la ladera presenta una inclinación de unos

30º sobre este plano, con ello se evitan ocultaciones. Este giro, una vez hecha la

triangulación será necesario deshacerlo.

61


Figura 29. Modelado de la superficie

Al generar la superficie se recortan los triángulos con lado mayor a 2 m, evitando

errores de triangulación, especialmente en los bordes. Además hay que aplicar un

suavizado al modelo generado.

Se han generado varias superficies con este tipo de modelado:

• MDS con datos fotogramétricos campaña 29/04/2014

• MDS con datos fotogramétricos campaña 07/03/2014

Los MDSs se emplean en el estudio multitécnica y de deformación de la ladera en

un periodo de tiempo.

2.4.6.2. Elaboración del MDT

Se trata de representar la superficie del suelo desnudo. Hay que filtrar los datos

hasta que queden solo los puntos considerados terreno que son con los que se genera el

MDT. Se realiza un filtrado para los datos fotogramétricos y otro para los datos escáner.

Clasificación de los datos fotogramétricos

En primer lugar se procede a elaborar la clasificación empleando PhotoScan, este

software tiene la capacidad de exportar entre otros MDSs y MDTs.

Para exportar el MDT el software clasifica los datos y emplea solo los que

considera terreno para construir la malla. El proceso es el siguiente:

- Clasificar puntos terreno utilizando el comando disponible en las herramientas.

- Construir la malla basada en puntos terreno únicamente.

- Exportar DEM georreferenciado.

62


Tras observar la clasificación realizada automáticamente se llega a la conclusión de

que no es suficiente o más bien errónea. Sobre la ladera se encuentran rocas de gran

tamaño, que este software las clasifica como no perteneciente al terreno, las zonas de

vegetación baja se suaviza tanto que se confunde con el terreno.

Por tanto, se ha optado por editarlos datos empleando una estación fotogramétrica

estereoscópica (Socet Set). Para ello es necesario crear un proyecto, importar la nube

de puntos mejorada, las fotos de la toma cenital y los datos de la cámara. El filtrado

consiste en:

- Crear el modelo mediante una malla de triángulos (formato TIN)

- Edición interactiva del modelo soportada mediante visión 3D, eliminando las zonas

con vegetación y puntos erróneos.

Figura 30. Edición con Socet Set

- Exportar la nube de puntos editada.

Para obtener la superficie definitiva se importa la nube de puntos en el software

MaptekI-site y se procesa. Al igual que antes se genera la superficie girando un plano

teórico que engloba los puntos de la ladera y hacerlos coincidentes con el plano XY.

- Girarlos puntos de ladera hasta coincidir con el plano XY.

- Generar la superficie topográfica con los puntos importados.

- Mostrar nuevamente todos los puntos de la nube (aplicando el filtrado

correspondiente).

- Filtrar por proximidad a la superficie, se añaden los puntos que se encuentra

a cierta distancia de la superficie, se han añadido puntos de 5 en 5 cm

diferencia de cota.

- Generar una nueva superficie topográfica con los puntos añadidos.

63


- Iterar el proceso hasta que se incluyen todos los puntos considerados

terreno.

Fue suficiente iterar dos veces para conseguir como resultado un modelo digital del

terreno (Figura 31) eliminando finalmente los puntos que representan la vegetación que

se encuentra sobre el talud (representados en laFigura 32) y depurar los datos.

Figura 31. MDT obtenido mediante técnica fotogramétrica

64


Figura 32. Clasificación de la vegetación

65


2.5. TLS.

2.5.1. Planificación

Si bien no hay un proceso estándar para la planificación de un levantamiento con

TLS hay que tener en cuenta una serie de factores que, entre otras razones, además de

facilitar y optimizar el trabajo pueden influir en el resultado final. Algunas

consideraciones son:

- Determinar el objetivo final y el resultado que se pretenden obtener:

productos finales, desde planos 2D, modelos 3D o animaciones.

- El análisis del área a levantar: hay que recopilar información sobre el área

objeto de estudio para tener una idea de su complejidad y optimizar las

labores de campo.

- Analizar capturas anteriores por cualquier técnica o la cartografía existente

puede ayudar a elaborar una correcta planificación.

El escáner láser terrestre es adecuado para la toma de datos cuando: las superficies

a levantar son muy complejas, hay ausencia de formas geométricas definidas (que

impiden emplear otras técnicas), surge la necesidad de elaborar documentación 3D,

existen necesidades de medición de superficies en vez de mediciones puntuales, etc.

Antes de proceder a escanear se debe determinar la posición óptima del escáner, de

forma que se garantice una máxima cobertura y precisión. Hay que comprobar que las

posiciones cubren la mayor área posible sin obstáculos en la línea de vista y que se

producen las menos ocultaciones posibles.

Se debe comprobar que se cumplen los alcances mínimos y máximos para alcanzar

la precisión requerida. Cuanto mayor sea la distancia al objeto menor será la precisión y

la resolución. Además se debe tener en cuenta que con ángulos de incidencia muy

agudos el haz del láser puede no reflejarse muy bien o deformarse en exceso su huella,

por lo que la precisión del escáner se puede ver comprometida y el número de retornos

reducirse.

Figura 33. Deformaciones según el ángulo de toma del escáner

66


2.5.2. Planificación de la Red de Apoyo

Al igual que en el proceso fotogramétrico se emplean puntos de coordenadas

conocidas (puntos de control o de apoyo) para orientar los datos escáner a un sistema de

referencia global. Dichos puntos deben aparecer en la nube de puntos, por lo tanto se

colocan antes de realizar el barrido. No se utilizan los mismos que en el apoyo

fotogramétrico básicamente por que los fotogramétricos deben abarcar toda la zona de

la ladera, y los utilizados en TLS no es necesario ya que solo se emplean como puntos

de comprobación o chequeo (check points), utilizando en la orientación las bases de

estacionamiento del escáner láser. Para su ubicación se emplean las mismas marcas

preseñalizadas y se miden mediante técnicas GNSS, por lo tanto su observación, cálculo

y tratamiento en campo es igual, independientemente de la técnica (fotogrametría o

TLS) para la cual se emplean.

Los puntos de control son fijos y fácilmente identificables. En cuanto a suposición,

las dianas que se emplean deben estar distribuidas lo más ampliamente posible, no solo

en la dirección X Y, sino también en la dirección del eje Z. Estos puntos tendrán

coordenadas oficiales y servirán para referenciar todo el bloque o como puntos de

chequeo, como es el caso.

2.5.3. Ejecución de la toma de datos

Estacionamiento del escáner:

El estacionamiento del escáner sigue generalmente un procedimiento similar al de

una estación total:

• Montaje del escáner en trípode: hay que asegurar que el trípode se sitúa en un suelo

estable, a la altura de los ojos, como en el escaneo también se incluye la carretera es

mejor una posición más alta para proporcionar mejor ángulo de inclinación.

• Nivelar el escáner lo más preciso posible con sus respectivos niveles.

En cada punto de estación el TLS tiene el origen en su propio sistema de

coordenadas, en la montura del equipo se coloca un receptor GNSS para determinar su

posición absoluta. Las coordenadas de estas estaciones permitirán transformar todos los

puntos del escaneo a un sistema de coordenadas global (oficial).

67


Una vez ubicado el equipo TLS se procede al escaneo de la ladera, definiendo

previamente ciertos parámetros de la toma.

Definición del área a escanear:

El escáner Leíca tiene en su menú las pestañas necesarias para definir rápidamente

el área de escaneado. Por el contrario, con el escáner Optech primero se captura una

imagen de la escena y luego se selecciona sobre la misma el área a escanear.

Resolución

Es muy importante elegir la correcta resolución, se define como la distancia entre

dos puntos medidos consecutivamente y de esta manera se determina la densidad de la

nube de puntos. Queda determinada por el detalle de menor tamaño que se necesita

reconocer. En superficies cuya morfología es muy compleja como es el caso, se

necesita mayor número de puntos para modelar el objeto. La resolución del escáner

estará definida para una cierta distancia, a mayor distancia menor resolución. Se ha

fijado una resolución de 2,5 cm a una distancia de 50m empleando Leica C10, y una

resolución de 3,5 cm a una distancia de 150 m empleando Optech Ilris 3D.

Toma de datos

Una vez determinado el campo de visión y fijado la resolución más adecuada se

puede empezar a escanear. El proceso de escaneado es totalmente automático, el escáner

se mueve al punto de inicio y empieza a tomar puntos, estos puntos se almacenan en la

memoria interna del escáner. Se pueden visualizar en pantalla y dan una idea del área

escaneada. Tras el escaneo se comprueba si hay alguna obstrucción imprevista que

provoquen zonas ocultas. Como las dianas se han distribuido por la zona antes de

realizar la toma, deben aparecer en el barrido perfectamente identificables.

Se ha optado por realizar cuatro estacionamientos: dos de corto alcance empleando

el escáner Leica C10, para ello nos situamos en un pequeño talud enfrentado a la ladera,

y dos de largo alcance empleando el escáner Optech Ilris 3D, situados en un talud

enfrentado a la zona pero más alejado y a mayor cota. Esta elección se debe a que con

los escaneos de corto alcance queda mejor definida la parte baja de la ladera, la parte

alta del talud presentaría zonas de muchas ocultaciones, debido a que los ángulos de

toma serían muy agudos desde esta posición. La zona superior de la ladera queda mejor

68


definida en los escaneos de largo alcance además la precisión es mayor empleando

ángulos de toma más abiertos.

Figura 34. Posición del escáner con respecto a la ladera

La posición de las cuatro estaciones es conocida, ya que a ambos TLS se le puede

instalar una montura con una antena GNSS. Además, gracias a su distribución se

pueden emplear estos puntos en la orientación del bloque compuesto por todos los

escaneos a un sistema de referencia común, empleando el resto de puntos de control

medidos por técnica GNSS como puntos de chequeo.

Figura 35. Posición de las estaciones de escaneo respecto de la ladera

2.5.4. Orientación mediante Maptek I-Site de los datos escaner

Como ya se mencionó, la ladera es demasiado grande como para poder escanearse

desde una misma posición, por lo que se han necesitado varios estacionamientos del

escáner. Así, nos encontramos con cuatro escaneos diferentes, correspondientes a cada

69


una de las estaciones en campo, por lo que es necesario referenciar todos los escaneos a

un mismo sistema de referencia global, para lo que se siguen los siguientes pasos.

Orientación de los escaneos en un sistema local: Cada escaneo está definido en su

sistema de coordenadas escáner local correspondiente a cada estación. Se define el

sistema interno local del instrumento teniendo en cuenta que lleva en su montura una

antena GNSS:

Origen de coordenadas:Leica (0, 0, 0.1175)m

Optech (0, 0, 0.28) m

Lo primero es referenciar todos los escaneos entre sí, ya que al importar los datos,

las nubes de puntos de cada barrido están orientadas de forma independiente, cada una

en su propio sistema con origen en su estación de escaneo. Por otro lado, es

imprescindible que las nubes de puntos tengan un solape suficiente entre sí para poder

correlacionarlas y fusionarlas en una única nube global con un sistema de referencia

único para todos los datos. En una primera aproximación se traslada y gira una nube de

puntos con respecto a otra de referencia, para poder comenzar el proceso de correlación.

El procedimiento inicial de orientación o referenciación relativa consiste en

correlacionar los escaneos por características superficiales similares. Es un proceso

iterativo hasta obtener un resultado adecuado, con una precisión inferior a la resolución

de los datos. En este proceso se toma una nube de puntos como fija o de referencia y las

otras nubes de puntos se van correlando sucesivamente con la primera. Se han orientado

los escaneos realizados con el escáner Leíca por un lado y los realizados con el sistema

Optech por otro. Finalmente, se han referenciado entre sí ambos conjuntos de datos.

Como resultado todas las nubes de punto están integradas en una única nube cuyo

sistema de referencia es local y coincidente con el de la nube de puntos considerada

inicialmente como fija.

Figura 36. Origen SR local del escáner

70


Orientación al sistema global: En el siguiente paso, la nube de puntos en el sistema

local se debe georreferenciar para situarla en el sistema de coordenadas global (oficial).

Para ello es necesario conocer al menos tres puntos en ambos sistemas que estén

adecuadamente distribuidos. Sí se conocen más de tres puntos se realiza un ajuste por

mínimos cuadrados.

Para llevar a cabo el proceso se aplica una técnica de georreferenciación indirecta

que implica el uso de dianas o puntos de coordenadas conocidas. Como ya se mencionó

en el apartado de planificación, se han medido puntos de control y puntos de estación

del TLS mediante técnicas GNSS. Así, se han distribuido 6 dianas sobre la ladera y se

ha estacionado cuatro veces: dos estaciones para escaneos de largo alcance y dos de

corto alcance.

Ya que la distribución espacial de las estaciones de escaneo es adecuada (está

distribuidas frente a la ladera y colocadas a dos alturas diferentes), se ha optado por

emplear los cuatro puntos de estación. Si la las estaciones hubiesen estado alineadas la

orientación hubiese sido débil. Otra opción hubiese sido utilizar para la transformación

las seis dianas distribuidas sobre el talud, pero se ha preferido emplear estas dianas

como puntos de comprobación (chequeo) externos para así poder estimar una posible

propagación de errores.

El proceso, llevado a cabo con el software Maptek I-Site, es el siguiente:

- En el paso anterior se crean los puntos de estación de cada escaneo en su sistema

local

- Crear puntos de enlace, marcar los centros de las dianas. Para ello se aplica un

filtrado a la nube por intensidad de los puntos que constituyen las marcas de las

diana, de esta forma solo serán visibles las dianas. Para marcar el punto central se

ajusta los puntos a un círculo, cuyo centro representa el centro de la marca que es

donde se posiciono la antena GNSS al medir.

- Importar el fichero .txt con las coordenadas de los puntos de control medidos en

campo (coordenadas de las estaciones de escaneo).

71


- Seleccionar los puntos de escaneo, estación y enlace.

- Medir los puntos homólogos, eligiendo como fijos los puntos de estación TLS.

- Tras realizar la transformación se calculan los puntos de chequeo (dianas) y se

comprueba la precisión obtenida en base a los residuos obtenidos. LaTabla 8muestra

la diferencia (residuos) entre las coordenadas medidas de estos puntos y las

calculadas tras realizar la orientación global del bloque. Puede apreciarse como los

valores de los residuos son concorde a la resolución de barrido dándose por correcta

la referenciación de la nube global en el sistema final de coordenadas.

ID σX (m) σY (m) σZ (m) RMS (m) d1 0.021 -0.001 0.002 0.020 d2 0.034 0.010 -0.006 0.035 d3 0.042 0.012 -0.005 0.044 d4 0.034 0.016 -0.020 0.042 d5 0.039 0.022 -0.013 0.046 d6 0.039 0.025 -0.011 0.047

Tabla 8. Precisión de los puntos de chequeo

72


2.5.5. Elaboración de los MDEs mediante técnica TLS

2.5.5.1. Elaboración del MDS

El proceso de elaboración del MDS es el mismo que el empleado en la obtención

del MDS de los datos fotogramétrico. Se consigue una representación de la superficie

de la ladera con todo lo que se encuentra sobre la misma (vegetación y objetos). Al

igual que antes, se obtiene a partir de datos brutos sin clasificar, pero mejorados

mediante un filtrado por ruido, remuestreo y filtrado por polígono, recortando solamente

la zona de interés. Todo el proceso se lleva acabo empleando el software Maptek I-Site.

2.5.5.2. Elaboración del MDT

Clasificación de los datos TLS

Se dispone de los datos brutos mejorados. Para clasificar los datos se realiza un

proceso complejo de filtrado que consta de los siguientes pasos:

- Filtrado topográfico proyectivo a 1 m, se extraen solo los puntos más bajos del objeto

con los que se genera una superficie base a la que se añaden puntos hasta conseguir

la superficie final del modelo. En este tipo de filtrado los rayos proyectivos son

perpendiculares al plano XY, hay que girar la ladera coincidente con este plano para

hacer los rayos proyectivos perpendiculares a la ladera y, de este modo, evitar errores

en la generación de la superficie.

- Generar la superficie base

- Filtrar mostrar todos los puntos del escaneo

- Filtrar por proximidad a la superficie. Se añaden los puntos que están a cierta

distancia de la superficie. Añadimos puntos de 5 en 5 cm.

- Con los puntos que se ha generado la superficie base y los añadidos en el paso

anterior se genera una nueva superficie.

- Se itera el proceso hasta conseguir el resultado deseado, hasta que se añadan todos

los puntos que representan la superficie terreno del talud.

73


- Hay que añadir de forma manual algunos puntos, los que representan las rocas de

gran tamaño, ya que tienen cota parecida a la vegetación, y si se añaden en proceso

iterativo, se introduciría vegetación en la representación del MDT.

Tras conseguir el MDT de la zona, se clasifica el resto de puntos del escaneo que

no han sido incluidos en la elaboración de esta superficie como vegetación. Se obtiene

como resultado final una superficie del suelo desnudo de la ladera (Figura 37) y la

representación de la vegetación que se encuentra unida al talud (Figura 38). A

continuación se muestran los resultados obtenidos.

Figura 37. MDT obtenido por técnica TLS

74


Figura 38. Clasificación del terreno mediante técnica TLS

75

3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS


3.1. CONTROL DE LA CAPTURA DE LA INFORMACIÓN

3.1.1. UAV

En este apartado se va a analizar si la captura de los datos mediante UAV se ha

efectuado según la planificación previa. Se ha comprobado el nivel de exactitud cuando

se emplea este tipo de tecnología en la captura de los datos. Para ello se compara la

posición planimétrica y estabilidad altimétrica y angular del sensor. Las siguientes

tablas muestran este análisis.

LaTabla 9recoge los cálculos realizados en la planificación del vuelo. Contiene

posición de los puntos de disparo, altura de vuelo respecto a la zona de despegue y

ángulos de giro de la cámara (ángulo de inclinación y cabezeo).

La Tabla 10presenta los resultados obtenidos para los parámetros de orientación

externa (POE) de cada una de las imágenes de las distintas pasadas una vez realizada la

orientación. La tabla recoge información sobre: Coordenadas de los puntos de disparo

(X, Y, Z UTM30) referidas al ETRS89, los valores angulares (𝝎, 𝝋, 𝜿). Además se

calculan unos valores medios de la altura de vuelo y ángulos de giro de la cámara para

cada pasada.

En la Tabla 11se cuantifican las variaciones encontradas:

- Comprobar la posición GPS del sensor: estimar diferencia entre coordenadas

planimétricas calculadas en la planificación y las obtenidas tras la orientación del

bloque (dX, dY, dXY), la media de las mismas, así como la desviación estándar de

estos datos, que refleja cuanto varían respecto a la media. Para la posición

altimétrica se estima la variación en altura (dZ) de cada punto de disparo con

respecto a la media correspondiente, así como su desviación estándar.

- Comprobar la estabilidad angular del sensor, de igual modo se determina la

variación de los ángulos de giro de las cámaras con respecto a la media (d𝝎, d𝝋,

d𝜿) así como su desviación estándar (cuanto varían respecto a la media).

Estos datos son suficientes para determinar los sistematismos del sensor.

77


Pasada Cenital ID Foto X 0(m) Y0(m) D(m) Inclinación ⁰ Heading⁰

1

DSC00174 444687.580 4170425.840

50 90 0

DSC00175 444686.748 4170452.081 DSC00176 444685.916 4170478.323 DSC00177 444685.084 4170504.564 DSC00178 444684.253 4170530.805 DSC00179 444683.421 4170557.047 DSC00180 444682.589 4170583.288

2

DSC00181 444650.205 4170583.288

68 90 0


3

DSC00188 444622.813 4170425.840

88 90 0


Pasada Inclinada ID Foto X 0(m) Y0(m) D(m) Inclinación ⁰ Heading⁰

1

DSC00196 444704.470 4170567.070

42.33 45 270

DSC00197 444704.110 4170542.390 DSC00198 444703.750 4170517.710 DSC00199 444703.390 4170493.030 DSC00200 444703.030 4170468.350 DSC00201 444702.670 4170443.670

2

DSC00202 444685.000 4170443.650

60 45 270


3

DSC00208 444669.130 4170567.070

77.67 45 270


Tabla 9. Datos planificados

78


Pasada Cenital ID Foto X 0(m) Y0(m) Z0 (m) Omega ⁰ Phi⁰ Kappa⁰

1

DSC00174 444686.990 4170425.561 687.061 -5.7991 2.0260 1.9472 DSC00175 444691.697 4170448.039 685.457 -0.6736 7.0833 -14.2667 DSC00176 444687.462 4170474.390 686.102 -0.1882 4.1392 0.0203 DSC00177 444685.058 4170500.420 685.711 -0.1137 3.0494 0.8203 DSC00178 444685.220 4170526.877 685.745 -0.2299 2.5641 -3.9588 DSC00179 444684.218 4170552.913 685.453 -1.0510 3.2816 -1.5107 DSC00180 444683.613 4170580.011 685.167 -0.3129 3.1225 -5.9841

Media 685.814 -1.1955 3.6094 -3.2761

2

DSC00181 444652.387 4170580.452 702.721 -3.0411 7.0258 -4.7010 DSC00182 444651.095 4170556.048 703.550 -5.7610 2.4895 0.3964 DSC00183 444651.690 4170529.841 703.549 -6.9988 0.9461 2.6112 DSC00184 444653.646 4170504.279 703.540 -6.9671 0.7195 6.1669 DSC00185 444654.327 4170478.096 703.749 -6.3285 0.7678 3.8218 DSC00186 444654.548 4170451.214 703.850 -5.5862 2.0713 1.1288 DSC00187 444656.104 4170424.570 704.161 -5.2489 2.8657 1.2562

Media 703.589 -5.7045 2.4122 1.5258

3

DSC00188 444625.842 4170423.870 722.578 -3.6268 4.0727 -0.3825 DSC00189 444623.126 4170448.406 722.747 -0.6665 2.6772 -2.4434 DSC00190 444621.033 4170474.525 722.868 -2.5051 2.5381 -2.1121 DSC00191 444621.373 4170500.618 722.552 -1.1237 2.6545 2.3614 DSC00192 444620.031 4170527.913 722.395 -0.1344 2.0428 -2.8276 DSC00193 444619.196 4170553.515 722.052 -0.2487 2.4160 -4.1905 DSC00194 444617.984 4170579.230 722.145 -0.3197 2.4399 -0.3637 Media 722.477 -1.2321 2.6916 -1.4226

Pasada Inclinada ID Foto X 0(m) Y0(m) Z0 (m) Omega ⁰ Phi⁰ Kappa⁰ 1 DSC00196 444705.003 4170562.961 680.411 3.2767 41.9801 88.6692

DSC00197 444702.940 4170540.971 680.333 6.1034 42.1526 70.7515 DSC00198 444704.143 4170516.132 680.045 5.1857 40.9582 73.6771 DSC00199 444703.253 4170491.303 679.830 4.4285 42.4002 74.3480 DSC00200 444703.030 4170466.507 680.015 5.2164 42.7259 73.4011 DSC00201 444702.529 4170442.386 679.917 5.8755 42.0383 71.7343 Media 680.092 5.0144 42.0426 75.4302

2 DSC00202 444684.733 4170440.923 695.280 2.9144 45.2991 79.7806 DSC00203 444684.103 4170465.314 696.236 13.2746 39.9431 67.0220 DSC00204 444685.206 4170489.521 696.600 9.7021 42.9444 77.5062 DSC00205 444684.299 4170514.647 696.201 6.7960 41.2839 79.1357 DSC00206 444686.392 4170539.908 696.176 9.9333 42.8509 78.4627 DSC00207 444686.991 4170565.437 695.879 10.7729 41.3544 76.7925 Media 696.062 8.8989 42.2793 76.4500

3 DSC00208 444670.665 4170566.023 712.035 12.8384 45.4541 68.1269 DSC00209 444667.959 4170541.834 712.821 8.6715 42.7425 70.8961 DSC00210 444669.121 4170517.254 713.166 4.6153 42.0564 74.3741 DSC00211 444667.990 4170492.267 713.064 3.7704 41.5803 74.3519 DSC00212 444668.341 4170467.980 713.202 3.8448 42.8355 74.5901 DSC00213 444667.383 4170443.245 713.075 3.1917 43.8307 74.8661 Media 712.894 6.1554 43.0832 72.8675

Tabla 10. POE resultados tras la orientación del bloque

79


Pasada Cenital ID Foto dX (m) dY (m) dXY(m) dZ (m) dOmega⁰ dPhi⁰ dKappa⁰

1

DSC00174 0.590 0.279 0.653 -1.248 -4.604 1.583 1.329 DSC00175 -4.949 4.042 6.389 0.357 0.522 -3.474 -10.991 DSC00176 -1.546 3.933 4.226 -0.289 1.007 -0.530 3.256 DSC00177 0.026 4.144 4.144 0.103 1.082 0.560 2.456 DSC00178 -0.967 3.929 4.046 0.069 0.966 1.045 -0.683 DSC00179 -0.797 4.134 4.210 0.361 0.144 0.328 1.765 DSC00180 -1.025 3.277 3.434 0.646 0.883 0.487 -2.708

Media -1.238 3.391 3.872 0.000 0.000 0.000 -0.796 σ 1.785 1.404 1.695 0.623 2.0568 1.6636 5.5773

2

DSC00181 2.182 -2.836 3.578 0.868 2.663 -4.614 -3.175 DSC00182 0.058 -0.998 1.000 0.038 -0.056 -0.077 1.129 DSC00183 -0.179 -0.965 0.981 0.039 -1.294 1.466 -1.085 DSC00184 0.946 -0.285 0.988 0.048 -1.263 1.693 -4.641 DSC00185 0.794 -0.227 0.826 -0.160 -0.624 1.644 -2.296 DSC00186 0.183 -0.867 0.886 -0.262 0.118 0.341 0.397 DSC00187 0.908 -1.270 1.561 -0.572 0.456 -0.453 0.270

Media 0.699 -1.064 1.403 0.000 0.000 0.000 -1.343 σ 0.792 0.870 0.989 0.444 1.3526 2.2110 3.3731

3

DSC00188 3.029 -1.970 3.613 -0.101 -2.395 -1.381 1.040 DSC00189 1.145 -3.675 3.849 -0.270 0.566 0.014 -1.021 DSC00190 -0.116 -3.798 3.799 -0.391 -1.273 0.153 -0.689 DSC00191 1.056 -3.946 4.085 -0.076 0.108 0.037 -0.939 DSC00192 0.545 -2.892 2.943 0.081 1.098 0.649 -1.405 DSC00193 0.543 -3.532 3.574 0.425 0.983 0.276 -2.768 DSC00194 0.162 -4.059 4.062 0.332 0.912 0.252 1.059

Media 0.909 -3.410 3.704 0.000 0.000 0.000 -0.675 σ 1.037 0.740 0.389 0.300 1.3349 0.6445 2.1477

Pasada Inclinada ID Foto dX (m) dY (m) dXY(m) dZ (m) dOmega⁰ dPhi⁰ dKappa⁰

1

DSC00196 0.533 -4.109 4.143 -0.319 1.7377 0.0625 -13.2390 DSC00197 -1.170 -1.419 1.839 -0.241 -1.0890 -0.1101 4.6787 DSC00198 0.393 -1.578 1.626 0.047 -0.1713 1.0843 1.7531 DSC00199 -0.137 -1.727 1.732 0.262 0.5859 -0.3576 1.0822 DSC00200 0.000 -1.843 1.843 0.076 -0.2020 -0.6834 2.0291

DSC00201 -0.141 -1.284 1.292 0.175 -0.8611 0.0043 3.6959

Media -0.087 -1.993 2.079 0.000 0.000 0.000 0.000 σ 0.600 1.056 1.031 0.231 1.0354 0.5978 6.6209

2

DSC00202 -0.267 -2.727 2.740 0.782 5.9845 -3.0198 -3.3306 DSC00203 -1.257 -3.016 3.267 -0.174 -4.3758 2.3362 9.4279

DSC00204 -0.514 -3.489 3.526 -0.538 -0.8032 -0.6651 -1.0563

DSC00205 -1.781 -3.043 3.526 -0.139 2.1028 0.9954 -2.6857 DSC00206 -0.048 -2.462 2.463 -0.114 -1.0344 -0.5716 -2.0127 DSC00207 0.191 -1.613 1.625 0.183 -1.8740 0.9249 -0.3426

Media -0.613 -2.725 2.858 0.000 0.000 0.000 0.000 σ 0.758 0.644 0.742 0.447 3.5947 1.8543 4.7429

3 DSC00208 1.535 -1.047 1.859 0.858 -6.6831 -2.3709 4.7406 DSC00209 -0.811 -0.556 0.984 0.073 -2.5162 0.3408 1.9714

80


DSC00210 0.711 -0.456 0.845 -0.272 1.5400 1.0269 -1.5066 DSC00211 -0.060 -0.763 0.766 -0.170 2.3850 1.5029 -1.4844 DSC00212 0.651 -0.370 0.749 -0.308 2.3106 0.2478 -1.7225 DSC00213 0.053 -0.425 0.428 -0.181 2.9637 -0.7474 -1.9986

Media 0.347 -0.603 0.938 0.000 0.000 0.000 0.000 σ 0.804 0.258 0.487 0.441 3.8256 1.3907 2.7494

Tabla 11. Diferencias y variaciones de los datos de vuelo

Tras analizar los resultados, se puede observar que la planificación y ejecución

coincide a excepción de algunos valores anómalos, que pueden ser debidos a rachas de

viento. Para la toma se ha establecido una tolerancia de 3 m en el way point y 5 s hasta

alcanzar la posición. Estas anomalías coinciden casi siempre con las primeras

posiciones de disparo posiblemente debido a que el sensor no llega alcanzar su posición

dentro de las tolerancias fijadas. Los datos en general son correctos

Se puede observar un sesgo en el posicionamiento del UAV respecto a lo

planificado, pero una desviación estándar bastante pequeña, por lo que hace pensar que

el error es de inicialización del GPS manteniéndose bastante estable tras la

inicialización del mismo. En cuanto a los ángulos, se puede observar que son bastante

estables, dado que la desviación estándar respecto a la media está en torno a 3-5 grados.

Con estos resultados se puede concluir que la ejecución se ha realizado conforme a

la planificación, permitiendo cumplir los condicionantes geométricos del vuelo

fotogramétrico respecto a recubrimiento, escala y normalidad de las tomas.

3.1.2. TLS

La captura de los datos TLS se llevó a cabo según lo planificado, respetándoselas

posiciones de estacionamiento y el ángulo de barrido establecido para las diferentes

escenas. Por tanto, existe el solape necesario entre las distintas tomas para cubrir la zona

de interés y el dato obtenido es óptimo.

81


3.2. CONTROL DEL PROCESO DE ORIENTACIÓN

Para realizar cualquier tipo de análisis, como ya se mencionó, fue necesario referir

todos los datos a un mismo sistema de referencia global. Para ello se acomete el proceso

de orientación, el cuales llevado a cabo por distintos métodos según la técnica

empleada.

A continuación se presentan los resultados obtenidos en el proceso de orientación

para la campaña que ha sido realizada como parte de la aplicación práctica del presente

proyecto.

3.2.1. UAV

El control se lleva a cabo evaluando el error medio cuadrático de los puntos de

control una vez realizada la orientación.

En la siguiente tabla se muestra un resumen de los valores de las precisiones

obtenidas en la orientación del bloque fotogramétrico.

RMS σX (m) σY(m) σZ (m) σTOTAL(m) σpix(m) 0.022 0.0153 0.0186 0.032 0.25

Tabla 12. Valores estadísticos de los PC, en el ajuste del bloque fotogramétrico

Se obtuvo un error máximo en la orientación del bloque fotogramétrico de 3,2 cm.

Los puntos de control están medidos con una precisión media en torno a 2 cm y el

tamaño del GSD está en torno a unos 2 cm, por lo tanto los datos obtenidos son

correctos en cuanto a los requisitos exigidos por la precisión de este trabajo. Además,

los resultados de orientación se encuentran por debajo del límite aconsejado de 2/3 de

píxeles.

La orientación depende de la calidad posicional de los puntos de control empleados

y por tanto, el aumento del GSD de los vuelos no va a proporcionar mejores resultados

dado que los puntos de control limitan la precisión del trabajo.

Por otro lado, la distribución de los puntos de control debe ser adecuada para evitar

extrapolaciones en el cálculo del proceso de orientación. Esto es, el área encerrada por

el apoyo debe ser máxima y cubrir la zona de estudio.

82


3.2.2. TLS

Para el proceso de registro y georreferenciación de datos procedentes de técnica

TLS se ha utilizado control externo con los cuatro puntos de estacionamiento. Se ha

obtenido un error medio cuadrático de 0.036 m en la orientación global con Maptek I-

site.

Además, se realiza una comprobación externa de la calidad de la orientación

mediante la utilización de los puntos de chequeo (dianas) ubicados sobre el talud. Para

ello se realiza la diferencia entre las coordenadas obtenidas mediante GNSS y las

coordenadas de los mismos tras la transformación 3D rígida.

En la Tabla 13se muestran los valores medios de dicho análisis.

RMS σX (m) σY(m) σZ (m) σTOTAL(m) 0.035 0.014 -0.009 0.040

Tabla 13. Valores estadísticos de los puntos de chequeo TLS

Tras analizar los resultados se puede comprobar que para la componente

planimétrica existe un sesgo positivo, siendo más acusado en la coordenada X que en la

coordenada Y. Sin embargo, para la coordenada altimétrica este sesgo es negativo e

inferior al centímetro.

Los puntos empleados para realizar la transformación al sistema global se

encuentran fuera del área de estudio. Por ello, se produce extrapolación de la

orientación del objeto. Este efecto se ve reflejado en la parte superior de la ladera ya que

esta zona está más alejada de los puntos empleados en la orientación. Este fenómeno es

más acusado cuanto mayor sea la distancia a estos puntos. Los resultados, en cualquier

caso son coherentes con la precisión de los puntos utilizados en la referenciación de las

nubes de puntos así como con la resolución de la misma.

83


3.3. CONTROL DE SUPERFICIES

Adicionalmente se ha realizado un análisis a partir de las superficies. Para ello se

ha recurrido al cálculo de distancia entre los puntos de control asociados a una técnica

con respecto al MDS generado por la otra técnica. Esto es, los puntos de control

empleados para el vuelo fotogramétrico son los utilizados para el control de la

superficie obtenida mediante TLS, y viceversa.

3.3.1. UAV

Para el estudio de la superficie generada a partir de técnicas fotogramétricas se ha

empleado la totalidad de los puntos de control que fueron utilizados durante la captura

de datos con técnicas TLS. Dado que la distribución de dichos puntos solo cubre la

parte inferior del talud, el control se ajusta sobre dicha zona y no sobre todo el área que

cubre la superficie. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 14.

ID D (m) 1 0.006 2 0.004 3 -0.030 4 -0.010 5 0.008 6 0.030

Prom (m) 0.015 σ(m) 0.012

Tabla 14. Control Superficie UAV

3.3.2. TLS

Para la ejecución del vuelo fotogramétrico se emplearon 11 puntos de control. Sin

embargo, sólo se emplean cinco puntos de control, que son los que se encuentran en el

área definido por los datos escáner. El resto de puntos están fuera de dicho área por lo

tanto no se pueden comprobar. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 15.

ID D (m) 1 -0.009 2 0.022 3 0.038 4 0.014 5 0.032

Prom (m) 0.023 σ(m) 0.012

Tabla 15. Control Superficie TLS

84


Como se puede observar, los resultados obtenidos son idóneos. El punto de control

con más error que chequea la superficie fotogramétrica se encuentra a unos3 cm de

distancia mientras que para la superficie TLS dista 4 cm, la desviación estándar de

ambos controles es de 1,2 cm. Uno de los motivos que justifica este hecho es el grosor

de la marca preseñalizada empleada. En cualquier caso, estos residuos son coherentes

con las precisiones alcanzadas con ambos métodos empleados de forma individual y

con la resolución final de los MDS sometidos a procesos de filtrado y depuración.

85


3.4. ANÁLISIS MULTITEMPORAL DE LAS DISTINTASCAMPAÑAS

En el presente trabajo, el análisis multitemporal consiste en detectar los fenómenos

de inestabilidad de ladera a los que un terreno pueda estar sometido en un periodo de

tiempo. Pero además es necesario identificar y cuantificar tales movimientos, lo cual

estará en función de la precisión y fiabilidad de los métodos aplicados. Para hacer

posible el análisis, se dispone de datos que representan el objeto, tomados en diferentes

fechas.

Para el análisis multitemporal de las distintas campañas se realiza un análisis

exhaustivo de los MDSs obtenidos. Para realizar el estudio se comparan los MDS

obtenidos de las distintas épocas en las que se han tomado los datos. El estudio se

dividirá en dos partes, por un lado se determina si ha habido deformación debido al

movimiento de la ladera y por otro se cuantifica dicha deformación. Para ello, el

software Maptek I-site dispone de herramientas específicas en el tratamiento de

modelos de superficie.

3.4.1. Análisis de la deformación comparando Modelos superficiales

Para identificar los movimientos de ladera se disponen de modelos digitales de

superficie, generados a partir de datos tomados en diferentes fechas. Se dispone por lo

tanto de cuatro modelos con los que trabajar, comparando por un lado los MDS

obtenidos por técnicas TLS y por otro los MDS obtenidos por técnicas fotogramétricas.

Para llevar a cabo el proceso, el software MaptekI-site dispone de una herramienta

que permite calcular la distancia normal entre superficies y cuantificar este cálculo

mediante una escala de colores que diferencia los movimientos ocurridos que se

traducen en acumulaciones y pérdidas de material.

En este proyecto, existen dos campañas. Los datos de la primera de ellas han sido

facilitados por el grupo de investigación TEP-213 de la Universidad de Jaén y se

corresponde a dos campañas de campo de TLS a fecha 21/01/2014 y otra de UAV a

fecha 07/03/2014. La segunda campaña, realizada para el desarrollo de este proyecto y

ya tratada en apartados previos, tiene lugar el 29/04/2014. Con la información facilitada,

se generan nuevos modelos superficiales y se comparan los resultados obtenidos con los

obtenidos en nuestra campaña.

86


3.4.1.1. Comparación de MDSs obtenidos por técnicas TLS

A continuación se presentan los resultados obtenidos mediante el análisis de los

modelos. Se ha calculado un modelo diferencial resultante a partir de los modelos que

representan el objeto de estudio en las distintas épocas.

Se toma como superficie de referencia la generada a partir de datos de la primera

campaña.

Figura 39. Modelo diferencial TLS20140429-TLS20141021

Figura 40. Histograma de la deferencia de MDS TLS

A nivel visual se puede comprobar que realmente hubo deformación de la ladera en

el periodo transcurrido. Hay zona de la superficie tomada posteriormente que se

encuentran por debajo de la superficie base (valores negativos color naranja), y zonas

que están por encima de la superficie base (valores positivos color azul), lo cual es

87


lógico, ya que como se puede observar hubo un desplazamiento de materiales de las

zonas más altas del talud y se han ido depositando en la zonas más bajas.

En color gris representan las zonas coincidentes de ambas superficies, y las zonas

representadas en azul oscuro o verde son zonas fuera del rango establecido en el cálculo

de la distancia y ello es debido a que no aparecen en ambas representaciones.

El histograma de la Figura40 representa la distancia que hay entre los distintos

modelos, definidos con un rango de 25 cm. El pico de la curva se encuentra en el cero,

la orientación de ambas campañas TLS es correcta, el modelo presenta un error medio

cuadrático entorno a0 cm, por lo que se puede considerar que no hay problemas de

orientación en los datos respecto al sistema de referencia marcado. Las diferencias

observadas, están entorno a pocos cm (0-5), que pueden estar justificadas por la

variación de la superficie entre campañas y por los errores propios atribuibles al

sistema.

3.4.1.2. Comparación de MDSs obtenidos por técnica fotogramétrica

A continuación se representa el modelo diferencial resultante a partir de los

modelos generados mediante técnica fotogramétrica que representan el objeto de

estudio en distintas épocas.

Figura 41. Modelo diferencial UAV20140429_UAV201402

88


Figura 42. Histograma de las diferencias entre MDS UAV

Al igual que en el modelo anterior se aprecia desplazamiento del material de las

zonas más altas del talud que se han ido depositando, aunque no de forma tan evidente

como queda reflejado en el modelo de los datos TLS, debido a que en este la realidad

se representa con mucho más detalle, frente a un modelo más suavizado obtenido

mediante fotogrametría.

La Figura 42 muestra el histograma que representa la distancia que hay entre los

distintos modelos, con un rango de 25 cm. El pico de la curva se encuentra entorno al

cero, al igual que en el caso anterior, hay una buena orientación de ambos modelos. Sin

embargo, el ancho del histograma se muestra algo más amplio que en el caso anterior, lo

que indica una mayor existencia de discrepancias entorno a valores entre 0-5 cm.

3.4.2. Cuantificación de la deformación a partir de cálculo de volúmenes

Para cuantificar el movimiento de la ladera en el tiempo transcurrido se ha optado

por realizar un cálculo de volúmenes que representa la diferencia entre el MDS

campaña 29/04/2014 y el MDS de las campaña anteriores facilitada por el grupo de

investigación.

Se trabaja por un lado con los modelos obtenidos por técnica fotogramétrica y por

otro con los obtenidos por TLS. De esta forma se podrán también comprobar que los

resultados obtenidos son correctos.

Como superficies de referencia se utilizan las obtenidas a partir de datos de

campañas anteriores de principios de 2014. El volumen bajo de esta superficie coincide

con la denudación del material, el volumen sobre la superficie corresponde al depósito

de éste. En la Tabla 16 y Tabla 17se muestran los resultados obtenidos.

89


Superficie nueva TLS_20140429 Superficie original TLS_20140121 Volumen bajo la superficie original (corte) 538.610m3

Volumen sobre la superficie original (relleno) 478.182m3

diferencias de volúmenes -60.428m3 Tabla 16. Diferencias volumétricas entre superficies TLS

Superficie nueva UAV_20140429 Superficie original UAV_201402.. Volumen bajo la superficie original (corte) 206.968m3

Volumen sobre la superficie original (relleno) 156.857m3

diferencias de volúmenes -50.112m3 Tabla 17. Diferencias volumétricas entre superficies UAV

Con el cálculo de volúmenes se pretende cuantificar los movimientos de la ladera,

los resultados obtenidos son coherentes, ya que el volumen depositado es menor, es

lógico que en el periodo transcurrido hubiera pérdida del material.

Los cálculos dependen también de la técnica empleada en la obtención de las

superficies, como se verá en el siguiente apartado, la técnica TLS ofrece mucho más

detalle frente a técnica fotogramétrica que suaviza bastante el modelo. Sin embargo,

aunque los resultados finales son parecidos (varían en unos 10 m3), la variación puede

ser debida a la técnica y/o a que las primeras campañas de referencia TLS y UAV no se

tomaron el mismo día, si no con diferencia de más de un mes, tiempo en el cual la

ladera pudo haber presentado algún tipo de movimiento. En todo caso la tendencia es la

misma, hay pérdida de material (en la misma magnitud) con el paso del tiempo.

90


3.5. ANÁLISIS MULTIFUENTE

En este apartado se pretende hacer un análisis de viabilidad de las técnicas

empleadas, analizando las posibilidades que ofrecen desde la captura de datos hasta la

obtención de los productos finales.

3.5.1. Captura

En ambos casos la captura de los datos es un proceso rápido, se capturan grandes

cantidades de datos en un periodo relativamente corto, y con gran resolución.

Algunas ventajas del UAV frente a TLS son claras en cuanto al modo de captura.

El UAV se desplaza sobre la zona de forma automática según una planificación y puede

acceder desde zonas sobre elevadas a diferencia del TLS que necesita estacionamiento

terrestre para la captura de datos. Estas limitaciones pueden solventarse si el UAV

pudiera incorporar un escáner laser y hacer un barrido de la zona desde el aire, si bien

en este caso se requeriría un UAV de mayor peso (y coste), o bien un LiDAR de tamaño

y peso ligeros, cuyas precisiones en la actualidad están comprometidas.

El punto de vista de toma de los datos es diferente según la técnica. El punto de

vista del UAV puede modificarse según las necesidades de trabajo mientras que el

escáner está más limitado por el punto de estacionamiento. En este caso práctico existe

zonas de oclusión importantes en la técnica TLS que sin embargo quedan capturadas

con la técnica fotogramétrica.

Los datos capturados mediante TLS presentan ventaja a la hora de representar la

realidad ya que estos se toman de forma directa sobre el objeto, resultando en modelos

muy densos y de gran detalle. Sin embargo, los datos primarios fotogramétricos son las

imágenes con una valiosa información semántica a partir de las cuales se generan los

otros productos. Por tanto, se trata de un método de observación indirecto. En cualquier

caso, en caso de ser posible, la combinación de ambas técnicas puede ser la solución

ideal.

3.5.2. Orientación

El proceso de orientación de las técnicas se elabora de forma diferente aunque se

llega al mismo resultado que consiste en una nube de puntos referida a un mismo

sistema de referencia global.

91


En fotogrametría la nube de puntos final son datos calculados a partir de unos datos

iníciales que son las imágenes, es necesario conocer la geometría del haz, orientar las

imágenes en un sistema de referencia local a partir de los puntos de paso generados

mediante correlación automática y las coordenadas tridimensionales en el sistema de

referencia global mediante el empleo de una transformación 3D conforme.

En la técnica TLS los datos medidos son directamente la nube de puntos, referidos

a un sistema local propio del instrumento con el que se realiza la toma. Para pasar del

sistema local al global se calcula una transformación 3D rígida.

En ambos casos se necesitan puntos comunes en ambos sistemas para realizar las

transformaciones respectivas, siendo éstos los puntos de control medidos en campo

mediante técnicas GNSS.

Para finalizar el análisis, se compara la orientación de los datos TLS frente a datos

calculados mediante el UAV. A pesar de que los valores estadísticos muestran mejores

resultados para los datos de orientación fotogramétrica, la orientación con técnicas TLS

es más robusta ya que no interviene en el cálculo del factor de escala, pues se trata,

como bien se mencionó antes, de una observación directa y para efectuar la orientación

absoluta se emplea una transformación 3D rígida.

Se observa errores de orientación de los datos fotogramétricos en los bordes del

modelo, coincidiendo con la zona en las que no existen puntos de control y por tanto se

produce extrapolación de los datos. En la zona central se consigue una buena

orientación, los modelos elaborados por ambas técnicas quedan mejor ajustados.

En la Figura 43 se pueden apreciar de forma visual dichas anomalías, el modelo

generado mediante fotogrametría presenta diferencias en los bordes con respecto al

modelo generado mediante técnica TLS.

92


Figura 43. Zonas que presentan error en orientación

Los errores de orientación que los datos TLS podrían presentar se deben a que se

han empleado para la orientación absoluta del bloque las bases de estacionamiento ya

que su distribución lo permite al no tratarse de estaciones alineadas. El bloque se

ajustaría más a esta zona, extrapolando la orientación para los puntos altos de la ladera o

empleando algunos puntos de control en esas áreas.

Este método es de gran aplicación cuando el acceso para distribuir las dianas y

medirlas con equipos GPS es difícil.

En todo caso los resultados de la orientación son idóneos en ambas técnicas, como

se puede observar en el apartado de análisis de los resultados obtenidos en orientación.

3.5.3. Nube de Puntos

La nube de puntos generada mediante TLS son datos medidos directamente por lo

tanto la realidad queda mejor representada. Esta nube es mucho más densa y de mayor

resolución, el nivel de detalle es mucho más elevado debido a la profundidad con la que

es capaz de capturar los datos el escáner láser pero estas ventajas derivan también en la

presencia de ruido.

93


Figura 44. Nube de puntos obtenida con técnicas TLS

Como ya se ha comentado, la nube de puntos generada con técnicas fotogramétricas

se obtiene mediante procesos realizados sobre las imágenes capturadas, es decir, de

manera indirecta. Asimismo, la densidad de dicha nube depende de factores tales como

la calidad de las imágenes, la perspectiva de las mismas, la similitud radiométrica, etc.

Por tanto, todos estos factores implican que la nube de puntos sea mucho más suave que

la obtenida mediante TLS.

El software AgiSoftPhotoScan presenta distintos niveles de resolución. Existen

cinco niveles, desde bajos hasta muy altos. A medida que se aumenta en resolución, se

gana en definición de detalle, textura y rugosidad al mismo tiempo que aumenta el coste

computacional. Concretamente, la nube de puntos generada para el presente proyecto ha

sido con una densidad media.

94


Figura 45. Nube de puntos obtenida mediante técnicas fotogramétricas

3.5.4. Modelos Superficiales

Los modelos del terreno se obtienen a partir de la nube de puntos por lo tanto

presentan las mismas características que las nubes.

Los MDS obtenidos mediante técnicas TLS presentan un nivel de rugosidad más

elevado, frente a los modelos suavizados obtenidos por las técnicas fotogramétricas.

Además, el nivel de detalle de los objetos que se encuentran ligados al talud también es

mayor empleando TLS. Los elementos que encontramos son básicamente vegetación,

además de una valla de contención para el material desplazado. En los modelos

fotogramétricos hay detalles que no se aprecian como sería la valla y gran parte de la

vegetación queda confundida con la superficie del terreno.

Se pueden observar zonas de ocultación en los modelos generados mediante TLS,

debido al punto de vista desde el que se toman los datos, es decir, desde estaciones en

tierra donde el eje de observación no es perpendicular a la totalidad del objeto de

estudio. En cambio los datos fotogramétricos pueden ser capturados mediante un eje de

observación perpendicular al plano que define la zona de interés. En este caso práctico,

se lleva a cabo mediante la realización de tomas inclinadas. Además, también se han

llevado a cabo pasadas cenitales. Mediante la combinación de ambos se asegura el

95


registro completo del objeto evitando zonas de oclusiones. Por tanto, queda manifiesto

que la captura de los datos queda reflejada en el producto final.

Figura 46. Comparativa MDS procedentes de TLS y UAV

Figura 47. Histograma comparativo TLS y UAV

Además, tal y como se observa en laFigura 47 la diferencia existente entre ambas

metodologías están en consonancia con las precisiones de orientación de los bloques. El

dato de referencia es el modelo UAV mientras que el calculado es el modelo TLS, el

histograma no es simétrico por lo que se observa un desplazamiento positivo de los

datos TLS y se concluye que el modelo TLS se encuentra ligeramente por encima de los

datos UAV. Esto es debido a que los modelos obtenidos por fotogrametría son mucho

más suaves, la técnica TLS tiene más penetrabilidad sobre el objeto, los modelos

obtenidos son más rugosos, como se puede observar en la Figura 48.

96


Figura 48. Rugosidad de los MDS obtenidos por TLS vs UAV

3.5.5. Análisis de viabilidad

Las técnicas empleadas tienen un gran potencial para este tipo de estudios de

análisis multitemporales. Los resultados obtenidos mediante una u otra técnica son

similares y permiten monitorizar el proceso evolutivo que presenta la ladera de estudio.

A partir de la escala de trabajo fijada, se ha podido detectar cambios en el estado

del objeto de estudio que además han sido cuantificados y representados.

En cuanto a la captura de datos el UAV presenta ventajas a la hora de acceder a

zonas más complicadas, para solventar está desventaja del TLS frente a UAV, lo ideal

sería la incorporación de escáner láser a plataforma aéreas

Por otro lado, considerando las ventajas en la captura de los datos, las precisiones

ofrecidas, precio del instrumental, rendimiento en el flujo de trabajo en gabinete, coste

del software, se optaría por trabajar con UAV para este tipo de estudios. No por ello

está técnica es mejor que la técnica TLS.

97

4. CONCLUSIONES


En este trabajo se ha llevado a cabo tanto el proceso metodológico como una

aplicación práctica del mismo empleando las técnicas TLS y UAV.

A continuación se presentan las conclusiones finales atendiendo a la tecnología y

resultados obtenidos a lo largo de este proceso.

4.1. CONCLUSIONES DE LAS TÉCNICAS EMPLEADAS

Se ha realizado un análisis de viabilidad de las técnicas geomáticas en auge,

fotogrametría con UAV y TLS, para la monitorización de laderas y se ha comprobado

que son óptimas para este tipo de trabajo. Dichas técnicas presentan potenciales

similares, pero del mismo modo presentan ventajas e inconvenientes una respecto a la

otra.

Con este trabajo se han llevado a cabo de forma paralela todas las fases del proceso

para ambas técnicas, desde la definición del marco de referencia, pasando por la

planificación de la captura de la información, la edición de los datos (orientación y

registro, obtención de la nube de puntos y clasificación de los datos), hasta la obtención

de productos.

Resulta imprescindible la correcta definición del marco de referencia para

garantizar la coherencia espacial de los datos. De este modo, cualquier cambio puede

ser atribuido al fenómeno de estudio y no a la falta de coincidencia o de coherencia de

los datos.

La captura de los datos se ha llevado a cabo conforme a lo establecido en la fase

previa de planificación. La información capturada es válida para los objetivos

propuestos y por tanto para la consecución de las siguientes fases.

Las técnicas empleadas presentan diferencias en cuanto a la captura de datos. La

información capturada mediante UAV son imágenes mientras que con técnicas TLS son

las coordenadas tridimensionales del objeto de estudio. Por otro lado, el uso de

dispositivos UAV permite acceder a la zona, independientemente de las características

de las mismas (inaccesibilidad, orografía acusada, etc.), mientras que la captura con

técnicas TLS se ve limitada al estacionamiento del instrumento. Esta limitación

quedaría solventada si fuera posible incorporar un instrumento TLS en la aeronave.

99


Para la orientación de datos mediante técnica UAV es imprescindible la ubicación

de puntos de control dentro la zona de estudio. Sin embargo, el TLS no es necesario

disponer de puntos de control sobre la zona estudiada dado que se pueden utilizar los

centros de escaneo como puntos de control.

En cuanto a la obtención de la nube de puntos, las capturadas con TLS representan

mejor la realidad que las obtenidas a partir de técnicas fotogramétricas debido a que la

primera es una observación directa del objeto frente al método indirecto de la segunda.

Sin embargo, esta ventaja presenta el inconveniente de generar nubes de puntos muy

densas con ruido, necesitando la posterior depuración en sistemas informáticos de alta

capacidad.

Las superficies se generan a partir de las nubes de puntos, por tanto heredan las

mismas características. Las superficies obtenidas con UAV suavizan más la realidad

mientras que las superficies obtenidas con TLS definen la realidad con mayor

rugosidad, textura, detalle a la vez que ruido. El método de triangulación cobra gran

importancia ya que la elección de uno u otro determinará la correcta adaptación de la

superficie a la realidad. Se ha optado por una triangulación topográfica adaptándose el

plano del talud a un plano XY.

Analizando ambos métodos se pueden observar claras diferencias, no por ello una

de las técnicas es menos válida que la otra para este tipo de trabajo, sería válido fusionar

datos provenientes de ambas técnicas, ya que pueden completarse mutuamente, por un

lado la gran potencia en la adquisición de datos espaciales por parte del TLS y, por otro

lado, la importante información semántica inherente a la imagen.

100


4.2. CONCLUSIONES DE LOS RESULTADOS

Los resultados de las orientaciones han sido satisfactorios en todos los casos,

estando los resultados estadísticos dentro de los requisitos exigidos por el GSD de vuelo

y densidad de los datos de TLS, y la calidad posicional de los puntos de control

utilizados.

Las superficies obtenidas con ambas técnicas son válidas para llevar a cabo el

estudio multitemporal, permitiendo la identificación y cuantificación del movimiento de

la ladera.

En el análisis multitemporal, se han obtenido resultados muy similares para ambas

técnicas, atribuyendo las pequeñas diferencias a las particularidades de las superficies

obtenidas mediante las diferentes técnicas. Se permite distinguir el desplazamiento de

material, cuantificando pérdidas y deposiciones.

101

ANEXOS


Hoja de cálculo de la Planificación del vuelo (Proyecto_Vuelo.xlsx) se plantea

las diversas posibilidades de ejecución vuelo para la zona, determinando los

parámetros de vuelo según unos datos de partida establecidos (GSD, solape,

etc).

Tratamiento y precisiones de los datos medidos en campo (Punto_Control.xlsx)

contiene coordenadas ajustadas tras la medición, corrección del factor de escala

propio de la proyección UTM, chequeo de los puntos de control tras realizar la

orientación.

Resultados de la orientación fotogramétrica con Photoscan (informe_pscan.pdf).

104

BIBLIOGRAFÍA


A continuación se indica la bibliografía empleada en la elaboración del presente

proyecto:

• Apunte Fotogrametría III. Universidad de Jaén

• Pérez Álvarez, J.A. Apuntes de Fotogrametría III. Universidad de Extremadura,

2001.

• Manual operador Astec Falcon 8.

• Manual usuario Agisoft PhotoScan

• Lerma García, J.L.; Biosca Tarongers, J. M. Teoría y práctica del Escaneado Láser

Terrestre.

• Ilris-3D Operation Manual, Manual Usuario Leica ScanStatión C10.

• Teritorios a examen II, Universidad de Santiago de Compostela.

• Tutoriales Internet.

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