anejo nº.2 - cartografía
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1 MEMORIA DESCRIPTIVA ...................................................................................... 3
1.1 INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 3
1.2 PROYECTO DE VUELO .................................................................................. 3
1.2.1 Condicionantes del vuelo ................................................................. 3
1.2.2 Sistema de Referencia y sistema de coordenadas .......................... 3
1.2.3 Estudio de la zona de vuelo ............................................................. 4
1.2.4 Planificación del vuelo ...................................................................... 4
1.2.5 Control de calidad del vuelo planificado ........................................... 4
1.3 VUELO FOTOGRAMÉTRICO .......................................................................... 5
1.3.1 Calibración del sistema integrado cámara digital GPS/INS ............. 5
1.4 PROCESADO DE DATOS DE VUELO ............................................................ 5
1.4.1 Datos brutos ..................................................................................... 5
1.4.2 Cálculo de la trayectoria GPS/INS ................................................... 6
1.4.3 Post-proceso y gestión de imágenes ............................................... 6
1.5 MEDIOS TÉCNICOS ........................................................................................ 8
1.5.1 Avión ................................................................................................ 8
1.5.2 Cámara Fotogramátrica ................................................................... 8
1.5.3 Plataforma Giroestabilizada Ultramount ......................................... 10
1.5.4 Software de proceso de imágenes ................................................. 10
1.5.5 Sistema de medida de datos inerciales .......................................... 11
1.5.6 Sistema de navegación y control de cámara ................................. 11
1.5.7 Software para realizar el cálculo de la orientación externa ............ 11
1.5.8 Certificado de Calibración de la cámara empleada ....................... 11
2 APOYO FOTOGRAMÉTRICO .............................................................................. 15
2.1 METODOLOGÍA EMPLEADA ........................................................................ 15
2.2 INSTRUMENTACIÓN ..................................................................................... 15
2.3 PRECISIÓN .................................................................................................... 15
2.4 PROCESOS DE DATOS ................................................................................ 15
2.5 CARACTERÍSTICAS DEL SOFTWARE UTILIZADO ..................................... 16
2.6 PRECISIONES OBTENIDAS ......................................................................... 16
2.7 INFORME DE POST-PROCESAMIENTO. RESEÑAS PUNTOS DE APOYO17
2.8 RESEÑAS RED GEODÉSICA ....................................................................... 43
2.9 CÁLCULOS Y AJUSTES A LA RED REGENTE Y NAP. ............................... 48
3 AEROTRIANGULACIÓN ....................................................................................... 49
3.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 49
3.2 DESARROLLO DE LOS TRABAJOS ............................................................. 49
3.2.1 Software empleado ....................................................................... 49
3.2.2 Planificación de los trabajos ........................................................... 49
3.2.2.1 Definición del bloque. ..................................................................................... 49
3.2.3 Ejecución de los trabajos ............................................................... 50
3.2.3.1 Orientación interna. ........................................................................................ 50
3.2.3.2 Ajuste de orientación relativa. ......................................................................... 50
3.2.3.3 Determinación de los puntos enlace. .............................................................. 50
3.2.3.4 Depuración del enlace. ................................................................................... 50
3.2.3.5 Medición de los puntos de apoyo. .................................................................. 50
3.2.3.6 Cálculo y ajuste del bloque. ............................................................................ 50
4 RESTITUCIÓN FOTOGRAMÉTRICA ................................................................... 50
4.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 50
4.2 DESARROLLO DE LOS TRABAJOS ............................................................. 51
4.2.1 Preparación en gabinete ................................................................ 51
4.2.1.1 Información a restituir y procedimientos ......................................................... 51
4.2.2 EDICIÓN CARTOGRÁFICA ........................................................... 51
4.2.2.1 Procesos de la Edición Cartográfica ............................................................... 51
4.2.3 Generación de producto final ......................................................... 52
4.3 LIBRERÍA DE CÓDIGOS UTILIZADOS ......................................................... 52
APÉNDICE: GRÁFICOS .............................................................................................. 57
1 MEMORIA DESCRIPTIVA
1.1 INTRODUCCIÓN
El objeto del presente Proyecto ha sido la obtención de imágenes aéreas mediante la
realización de un Vuelo Fotogramétrico con cámara matricial y recubrimiento
estereoscópico de Proyecto de traza de carretera Puerto del Rosario – La Caldereta. Para
cubrir dicha zona, de una superficie aproximada de 2.668 hectáreas de vuelo
fotogramétrico, de las que se restituirán 1.229 ha, se ha realizado un vuelo en función de
la escala de cartografía encargada. Para la elaboración de la cartografía 1/1.000 el vuelo
se ha ejecutado con un GSD de 10 cm.
En los siguientes apartados se darán a conocer todas y cada una de las fases que se han
realizado en dicho proyecto.
1.2 PROYECTO DE VUELO
Partiendo de la delimitación suministrada por Sistema Ingeniería, donde se indicaba la
superficie de cartografía y la escala de ésta, se realizaron diferentes análisis del terreno
con el fin de poder cumplir las condiciones Técnicas que ha de cumplir el vuelo
fotogramétrico y la cartografía posterior.
1.2.1 Condicionantes del vuelo
1. Recubrimiento longitudinal: 60 %, con un error máximo de ± 5 %. En zonas de
montaña y de costa se deberá incrementar el recubrimiento longitudinal para evitar
zonas sin estereoscopía.
2. Recubrimiento transversal: 30 %, con un error máximo de ± 5 %.
3. Los vuelos deberán realizarse cuando el cielo esté despejado, puedan obtenerse
imágenes bien definidas y el terreno a fotografiar ofrezca una situación normal.
4. Deberá realizarse el vuelo en aquel espacio de tiempo en que el sol tenga una
altura mayor de 35º sobre el horizonte.
5. No se obtendrán fotografías cuando el terreno aparezca oscurecido por niebla,
bruma, humo o polvo, o cuando las nubes o sus sombras puedan ocupar el 5% de
la superficie del fotograma.
6. La desviación de la verticalidad de la cámara será inferior a 3 grados centesimales.
7. La diferencia de verticalidad entre dos fotogramas consecutivos será inferior a 3 grados
centesimales, pudiendo ser rechazado el vuelo si el 6% de los fotogramas no cumplen esta
condición.
8. Los ejes de dos fotogramas sucesivos no formarán, en caso alguno, ángulos superiores a 3
grados centesimales.
9. Los ejes de dos fotogramas de número de orden n y n+2 no formarán ángulo superior a 3
grados centesimales.
10. La máxima deriva aceptable será inferior a 5 grados centesimales. Se rechazarán Ias tiras de
negativos en las que la deriva media exceda de 3 grados centesimales.
11. Se realizará cada pasada a una altura de vuelo tal que se cumplan simultáneamente estas dos
condiciones:
El tamaño de píxel medio para toda la pasada será de 0,9 veces el GSD nominal (valor
del píxel en el terreno) con un margen de variación máximo de +/- 10 %.
Siendo el GSD nominal de 10 cm. para cartografía 1/1.000.
No habrá más de un 10 % de fotogramas en cada pasada con píxel medio del fotograma
mayor que el GSD nominal.
En zonas montañosas estos porcentajes se podrán variar, siempre previa aprobación de
la planificación de vuelo por la Dirección Técnica.
1.2.2 Sistema de Referencia y sistema de coordenadas
El marco de referencia utilizado en este proyecto será el ITRF93. El sistema Geodésico de Referencia
ITRF93 es un sistema geocéntrico, definido sobre el elipsoide GRS80 que, a efectos prácticos, coincide
con el WGS84 con diferencias mínimas en el achatamiento o aplanamiento y que está definido como
sistema de referencia global por los valores:
Semieje mayor (radio ecuatorial terrestre): a = 6 378 137 metros.
Constante gravitacional de la Tierra: GM = 3 986 005 • 108 m3/s2
Velocidad angular terrestre: w = 7 292 115 • 10-11 rad/ s
Aplanamiento 1: 298.257222101
El Dátum utilizado en dicho Sistema es Geocéntrico.
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El origen de coordenadas geodésicas vendrá definido por las Latitudes referidas al
Ecuador, consideradas positivas al Norte del mismo, y las Longitudes referidas al
Meridiano de Greenwich, consideradas positivas al Este y negativas al Oeste.
Se utilizarán únicamente alturas elipsoidales referidas a ITRF93 en todos los procesos de
cálculo del vuelo.
En lo referente al sistema de coordenadas a utilizar, se adoptará la proyección U. T. M. en
huso 28 norte para todos los productos del proyecto.
1.2.3 Estudio de la zona de vuelo
En este apartado se han analizado tres puntos fundamentales para el buen desarrollo de
los trabajos de vuelo.
En primer lugar se analizará toda la documentación cartográfica disponible de la
zona. Dicha información la utilizaremos en el análisis orográfico de la zona, para
obtener la altura media de las pasadas mediante los MDT u otra información
existente del lugar.
Con el fin de poder obtener los mejores resultados posibles, dentro de las
limitaciones de los sensores (GNSS/INS), se han analizado las distancias
existentes a la zona de trabajo de las estaciones de referencia fijas que conforman
la Red Geodésica Activa de Canarias.
1.2.4 Planificación del vuelo
La planificación de los vuelos fotogramétricos a realizar en la zona se ha realizado
estrictamente según las normas que rige el Pliego de Condiciones Técnicas de dicho
Proyecto.
El software utilizado para realizar la planificación de vuelo ha sido el TRACKER,
comercializado por APPLANIX.
Dicho software nos permite introducir los límites de la zona de vuelo, definir el marco de
referencia del lugar de trabajo, poner ortofotos que sirvan de soporte al estudio y, lo más
importante, trabajar con un MDT que nos permitan chequear la altura del vuelo, la huella
real a ejecutar, tolerancias de recubrimientos longitudinales y transversales en nuestro
vuelo.
Una vez realizado nuestro plan de vuelo se exportarán los diferentes ficheros de información del plan
de vuelo requeridos por la tripulación.
1.2.5 Control de calidad del vuelo planificado
Tras realizar la planificación, ésta se ha sometido a un exhaustivo control de calidad para garantizar
que se cumplan todas las características exigidas en el pliego de prescripciones técnicas.
A partir del análisis conjunto de la base de datos y del gráfico de huellas se determina el grado de
aptitud de la planificación, procediendo, en su caso, a realizar las modificaciones necesarias.
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1.3 VUELO FOTOGRAMÉTRICO
El vuelo fotogramétrico se realizó el día 16 de diciembrel de 2013. Se adjunta base de datos con toda la información correspondiente a la ejecución del vuelo.
1.3.1 Calibración del sistema integrado cámara digital GPS/INS
La calibración ha consistido básicamente en el cálculo del Boresight Angles de nuestro
sensor y de los Levers Arms de los diferentes equipos, que ya han sido medidos mediante
topografía clásica (Estación Total); estos vectores fueron medidos a finales de enero de
2013.
En la siguiente figura se muestra la última calibración del sistema integrado cámara GPS/INS, realizada
el día 16 de febrero de 2013 en el campo de calibración designado para la cámara y el sensor Lidar de
la empresa.
1.4 PROCESADO DE DATOS DE VUELO
Todos los procesos posteriores a la ejecución del vuelo fotogramétrico se han realizado estrictamente según las normas que rige el Pliego de Condiciones Técnicas.
1.4.1 Datos brutos
Una vez realizado el vuelo, la información registrada en el avión se compone de:
Datos inerciales (GPS-IMU), procedentes del sistema inercial.
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Imágenes Raw, procedentes del sensor matricial.
Además de los datos brutos del vuelo, para llevar a cabo el procesamiento de los mismos
son necesarios datos de las estaciones de referencia GPS fijas ó estacionadas durante la
ejecución del vuelo.
1.4.2 Cálculo de la trayectoria GPS/INS
El cálculo de la trayectoria GPS/INS se ha realizado a partir del software POSPac MMS
5.3 de la casa comercial Applanix; es el complemento necesario para calcular de forma
precisa la posición y actitud del sensor aerotransportado, es decir, las coordenadas del
centro de proyección junto con el ángulo omega, phi y kappa de una cámara aérea o de un
sensor Láser.
Una vez extraídos los datos del sistema inercial, y convertidos a formato legible por el
software de cálculo, se analiza la trayectoria diferencial de GPS obtenida, teniendo en
cuenta:
Nº de Satélites recibidos en la observación; nunca se procesaran datos cuando el
número de satélites recibidos sea inferior a 5 durante el tiempo de observación.
Precisión en coordenadas XYZ de cada uno de los puntos de la trayectoria.
El cálculo de la trayectoria de vuelo concluye con un suavizado de la misma a partir de los datos
procedentes de la IMU (sistema inercial), que convertirán el cálculo DGPS en un cálculo más preciso y
riguroso.
Del proceso de cálculo DGPS/INS se obtiene una fichero solución (*.sol), el cual contiene los seis
parámetros de orientación externa de cada toma.
A estos parámetros de orientación externa se les aplicarán las correcciones locales derivadas de la
proyección UTM: convergencia de meridianos en Kappa y factor de escala en altura.
1.4.3 Post-proceso y gestión de imágenes
El software utilizado para realizar la gestión de imágenes es el UltraMap, desarrollado por Microsoft;
proporciona un sistema flexible y escalable para la gestión y el proceso de grandes cantidades de datos
capturados por a UltraCam Xp.
Se compone de varios módulos, perfectamente integrados para realizar el flujo completo desde la
descarga de datos hasta el procesado de imágenes finales. Estos módulos son:
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1. Download Manager: Permite gestionar la descarga de datos completa desde las
unidades extraíbles de almacenamiento DX traídas desde el avión.
2. UltraMap Framework: Distribuye el proceso los datos de la UltraCam a través de
los sistemas heterogéneos disponibles en la red interna, o en una selección
definida entre los mismos, usando balance de carga y gestión de recursos.
Asegura, además, el almacenamiento de la información como la calibración del
sistema y permite gestionar de un modo flexible la configuración de los
ordenadores de la red.
3. Dragon Fly: Es un componente basado en la tecnología Seadragon de Microsoft
que permite un gran rendimiento en la visualización de grandes cantidades de
imágenes simultáneamente, con zooms muy rápidos desde vista general del
proyecto hasta resolución real en pantallas y ordenadores sin requerimientos
especiales. Se puede buscar muy cómodamente la información gráfica solicitada
sin comprometer el rendimiento del ancho de banda de la red. Soporta imágenes
multicanal a 16 bits, permite la visualización indexada de las imágenes de nivel 2 y
visualiza las imágenes solapadas en base a un código de colores.
4. Proceso distribuido de imágenes: Se incluye un módulo de proceso de
imágenes obtenidas con la cámara y definición de proyectos. Este módulo realiza
el proceso distribuido en la generación de nivel 2 y 3 consiguiendo un mayor
rendimiento y una disminución en los tiempos de proceso. Geodata dispone de los
medios necesarios (licencias y hardware) para procesar la información usando 20 núcleos en paralelo. Este softwar permite, además, las siguientes funciones:
Aplica datos de calibración geométrica y radiométrica a las imágenes.
Definición de formato de imagen de salida a 8 ó 16 bits y con las opciones: RGB,
pancromático, CIR y RGBI.
Canales independientes.
Definición de parámetros de ajuste radiométrico.
Evaluación y análisis de histogramas.
Edición de curvas radiométricas.
Visualización previa de todas las imágenes del proyecto simultáneamente para su ajuste
global.
Posibilidad de trabajar y ajustar las imágenes a 16 bits.
Opción de realizar dodging totalmente integrada en el software.
Posibilidad de gestionar, editar e integrar en el cabecero de las imágenes los meta datos de
información provenientes del sistema de navegación.
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1.5 MEDIOS TÉCNICOS
1.5.1 Avión
El Vuelo será realizado con un avión bimotor turboalimentado CESSNA 402 C presurizado,
con las siguientes características técnicas aeronáuticas:
• Velocidad máxima 320 nudos.
• Altura máxima: 30.000 pies.
• Velocidad máxima de trabajo (dependiendo de la escala a
realizar) entre 140 y 215 nudos.
• Sistema de navegación GPS incorporado.
• Sistema TICAS para control del tráfico aéreo próximo.
• Autonomía de 5 a 6 horas de vuelo, dependiendo de la altura
en que se realicen los trabajos.
El avión va provisto de los siguientes sensores fotogramétricos:
Receptor GPS Trimble con salida NMEA para Applanix POSTrack.
Sensor inercial POS/AV 510.
Equipo Fotogramétrico constituido por una cámara
aérea digital de gran formato UltraCamXpWA.
1.5.2 Cámara Fotogramátrica
Se utilizará la cámara fotogramétrica de alta precisión y de gran formato UltraCamXpWA, fabricada por
Vexcel/Microsoft en Graz, Austria. Dicha cámara cumple todos los requisitos solicitados en el Pliego de
Condiciones Técnicas.
Dentro de las principales ventajas que posee este sensor podemos destacar:
Más píxeles por imagen disparada
Debido a la mejora en la tecnología de los CCD´s se ha reducido el tamaño de píxel a 6 micras, lo
que permite que podamos obtener un formato de imagen aún más grande de 17.310 x 11.310
píxeles, pero manteniendo la excelente calidad radiométrica con un nivel de señal-ruido de 72 db,
consiguiendo casi 13 bits por píxel y por canal de color (alrededor de 7400 niveles de grises).
Nuevo Sistema Óptico
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Un tamaño de píxel más pequeño implica también un sistema óptico diferente. Para
ello se ha incorporado un nuevo sistema de lentes denominado “Linos / Vexcel Apo-
Sironar”, y que ha sido desarrollado especialmente para la UltraCam Xp por Linos.
Dicho sistema de lentes mantiene la definición en las esquinas de la imagen, y además
la adquisición de la luz es muy buena.
Sin Oclusiones en el terreno, gracias a una gran velocidad de disparo de imágenes, la gran redundancia posible y la capacidad de automatización.
El gran desarrollo de los Modelos Digitales de Superficie y las aplicaciones 3D hacen
que sea muy importante poder tener un gran solape longitudinal de forma que se
eviten oclusiones en zonas urbanas, de tal manera que podamos aplicar algoritmos de
multicorrelación cada vez mas precisos y eficientes. Además, más imágenes nos
proporcionan más redundancia de información, lo que, a efectos prácticos, nos permite
automatizar al máximo los procesos fotogramétricos; como ejemplo de esto, basta
mencionar que podemos obtener un píxel de hasta 3 cm con un solape longitudinal del
60%.
Almacenamiento de imágenes
La elevada capacidad de almacenamiento (en torno a 6600 imágenes) hace que el
espacio sea suficiente para volar varios días sin necesidad de borrar datos de la
Cámara.
La información pasa a través de 14 unidades de cálculo CX y se guarda en dos
unidades de almacenamiento redundantes, que guardan una copia de todas y cada
una de las imágenes voladas.
Pre-visualización a bordo
El software de operación y manejo de la Cámara a bordo permite la visualización
instantánea de la imagen recién capturada, además de la revisión en el momento que
se desee de las fotos tomadas hasta ese instante. Esta posibilidad se presenta muy útil
para poder determinar si el resultado de nuestro trabajo es el esperado -incluso antes
de aterrizar-, de modo que sea posible repetir, si se desea, algunas fotos que
presenten nubes, sombras o cualquier otro motivo que nosotros consideremos.
Excelente Geometría
La precisión geométrica debe estar basada estrictamente en evitar cualquier extrapolación
aplicando únicamente interpolación. Esto da como resultado un único sistema de coordenadas y un
punto de exposición común, aplicando el principio de disparo sintópico. Además, se aplica también
un modelo de corrección termal que asegura que incluso pequeños errores sistemáticos son
eliminados. Conseguimos también una gran estereoscopia al eliminar el ruido de la imagen y
aumentar el solape longitudinal.
Rango radiométrico
El rango radiométrico de la UltraCamXp, de casi 13 bits por pixel, permite 7400 valores de grises
por canal de imagen. Este rango está basado en el uso de la más alta tecnología CCD produciendo
señales a un nivel de 72 db. Esta señal se digitaliza a 14 bits en el convertidor analógico-digital, e
internamente los pixeles son almacenados a 16 bits por canal. Conseguimos, por tanto, una gran
definición en zonas de sombra y un amplio rango de densidad que reduce altamente la posibilidad
de saturación.
En el siguiente cuadro se muestran las principales características del aparato:
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1.5.3 Plataforma Giroestabilizada Ultramount
La plataforma GSM3000 es capaz de corregir los movimientos del avión respecto a los tres ejes; para
ello utiliza sistemas hidráulicos de gran precisión rapidez y fuerza.
1.5.4 Software de proceso de imágenes
El software UltraMap, desarrollado por Microsoft, proporciona un sistema flexible y escalable para la
gestión y el proceso de grandes cantidades de datos capturados por la UltraCam XP, sacando ventaja
de la tecnología de múltiples procesadores/núcleos, además de la tecnología Microsoft .NET 3.5 y
DragonFly.
Se compone de varios módulos perfectamente integrados para realizar el flujo completo desde la
descarga y ajuste de histograma, hasta el procesado de imágenes finales. Estos módulos son:
Especificaciones de la imagen obtenida
Formato de imagen Similar al de una película aérea de un formato de 23 x 15 cm
escaneada a 15umContenido de la imagen comparado con una película aérea Superior a una película escaneada con una resolución de 13 umFormatos de salida de imágenes TIFF con opciones para 8, 12 y 16 bits , JPEG , Tiled TIFF
Almacenamiento de imágenes en Nivel 2 Pancromático de Alta resolución, canales de color separados a la resolución del color
Color en Nivel 3 Alta Resolución R,G,B, Infrarrojo cercano
Datos Técnicos de la Cámara Digital Tamaño de Imagen Pancromático 17.310 x 11.310 píxelesTamaño Físico de Pixel Pancromático 6 umCantidad de datos por imagen 624 MBTamaño Físico del Plano Focal 104 mm x 68,4 mmDistancia Focal Pancromática de las lentes 70 mm Apertura de Lentes f = 1/5.6Angulo de visión desde la vertical 55º (37º)Color ( Capacidad multiespectral ) 4 channels -- RGB & NIRTamaño de imágenes a color 5.770 x 3.770 píxelesTamaño de píxel físicamente 6 µmDistancia focal del sistema de lentes de color 33 mmApertura de Lente de Color f = 1/4.0Angulo de visión desde la vertical para Color 55º (37º)Opciones de velocidad del obturador 1/500 to 1/32Compensación de movimiento posterior( FMC ) Control por TDI Capacidad Máxima de FMC 50 píxelesTamaño de píxel más pequeño en el suelo a una altura de de vuelo de 500 m ( a 300 m) 2,9 cm (1,8 cm)
Intervalo de Imágenes por segundo (mínimo intervalo entre imágenes) 1 imagen cada 2 sgConversión Analógica -Digital a 14 bitsResolución Radiométrica en cada Canal de color >12 bit (7400 valores)Dimensiones físicas de la Cámara 45 cm x 45 cm x 60 cmPeso < 55 Kg.Consumo de potencia a máximo rendimiento 150 W
Controlador , Almacenamiento de datos DX y unidad de proceso CX Capacidad de almacenamiento en vuelo Ilimitada con el uso de unidades de almacenamiento múltiples D-X,
cada D-X ~ 4.2 TB
Capacidad de almacenar fotos no comprimidas en vuelo Ilimitada con unidades de almacenamiento múltiples D-X, cada D-X ~6.600 imágenes
Método de Cambio de D-X en vuelo Menos de tres minutosConfiguración de almacenamiento D-X y Proceso D-X C-X con 14 CPUs Pentium –M, cada D-X con 14 discosRedundancia Discos duales conteniendo imágenes duplicadas con los datosTransferencia de datos en la oficina Estación de conexión con las Unidades D-X extraíblesDimensiones Físicas Ancho 50 cm x Profundidad 36 cm x Altura 65 cmPeso de una C-X con dos D-X < 92 Kg.Peso de una C-X 65 KgPeso de una D-X 16 KgConsumo de potencia a máximo rendimiento 700 W
Especificaciones Operativas Máxima toma de fotos a 70 / 30 de solape y a 20 cm GSD ( escala de película 1:10,000 ) 11 horas para cada Unidad independiente D-X
Post-Proceso de las secuencia de imágenes capturadas en Bruto Software OPC en UltraMapServer,Servidor Móvil,Red de PCs en la Oficina, Portátil,etc
Transferencia de datos del avión a la oficina Envío de las Unidade D-X o mediante sistemas de almacenamiento de alta capacidad
Montaje de la cámara Mediante un Anillo de adaptación para todas las plataformas actuales,
PAV-30, T-AS, GSM3000
Navegación en vuelo Compatible con IGI's CCNS y sistemas similares como Trackair
Ayuda a la orientación exterior Compatible con IGI's Aero-Control, Applanix' ,Pos-AV y sistemas similares
Producción Fotogramétrica Salida TIFF compatible con cualquier estación fotogramétricaPrecisión geométrica de la imagen < ± 2 µm
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1.5.5 Sistema de medida de datos inerciales
El INS instalado en la cámara es el POSAV, de la casa comercial Applanix; este equipo
está especialmente diseñado para realizar trabajos de mediciones aéreas.
POS AV 510 IMU
Frecuencia de registro de datos 200 Hz
Precisión Roll/Pitch (deg) 0.005º
Precisión Kappa (deg) 0.008º
Dicho sistema está formado un GPS de doble frecuencia (L1/L2/L2C,L-Band), con
posibilidad de utilizar Glonass (L1/L2), con frecuencia de datos de 5Hz y con una alta
ganancia de antena de 43dB.
La unidad de medida inercial (IMU) está formada por 3 giróscopos y 3 acelerómetros, con
una frecuencia de datos de 200Hz; dicho sensor va montado en el interior del cuerpo de la
cámara.
Por último, el sistema lleva un ordenador donde va integrada la recepción del GPS; a
través de dicho equipo podemos configurar el sistema y, al mismo tiempo, almacenar la
información capturada. La carga o descarga de información se realiza a través de tarjetas
PCMCIA.
1.5.6 Sistema de navegación y control de cámara
El sistema de navegación y de control de cámara que utiliza la empresa Regional
Geodataair es el POSTrack510 de la casa comercial Applanix. La elección de este sistema
de navegación frente a otros fue fundamentalmente el interés de tener integrados todos
los sistemas que intervienen en la planificación, captura de datos IMU, ejecución del
proyecto de vuelo y postproceso dentro de una misma casa comercial (Applanix)
Sus principales características son:
Registra el momento exacto de la toma de datos, con el fin de poder extraer la trayectoria GPS/INS la
posición y orientación de la cámara.
El POSTrack está perfectamente integrado en la tecnología POSAV.
Este sistema nos proporciona la ruta precisa del proyecto a ejecutar.
Minimiza la planificación de las misiones operativas y cargas de trabajo.
1.5.7 Software para realizar el cálculo de la orientación externa
El programa utilizado para realizar el cálculo de la orientación directa de nuestros vuelos es el POSPac
MMS5.3, de la casa comercial Applanix.
Como ya explicamos en el punto anterior, dicho programa se encuentra perfectamente integrado con
todos los medios que intervienen en la operación del vuelo.
Este software nos permite realizar el proceso de datos GNSS/INS para generar los datos de orientación
externa.
También podemos realizar la calibración de nuestro sensor (Boresight) mediante el módulo QC del
propio programa, además de los diferentes controles de calidad de nuestra trayectoria mediante los
distintos gráficos a analizar.
1.5.8 Certificado de Calibración de la cámara empleada
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2 APOYO FOTOGRAMÉTRICO
El objeto del trabajo consiste en la determinación de las coordenadas de los puntos de
apoyo para una posterior aerotriangulación y formación de ortofotografias. Se emplearon
un total de 63 puntos de apoyo. Todas las coordenadas calculadas están en el sistema
geodésico de referencia ITRF-93, que es el sistema adoptado por el Instituto Geográfico
Nacional para la Red Geodésica del Archipiélago Canario.
2.1 METODOLOGÍA EMPLEADA
Una vez traspasada la traza y ancho de la misma sobre los fotogramas con la finalidad de
escoger los más idóneos, que han sido aquellos en los cuales su posición ocupa la parte
central, y tras eliminar los fotogramas considerados sobrantes, se proyectaron los puntos
de apoyo que deberían obtenerse en campo.
Se proyectaron los puntos sobre los fotogramas de manera que constituyeran un apoyo
para la realización de posterior Aerotriangulación con los siguientes condicionantes:
El número y distribución de Puntos de Apoyo para el vuelo digital es de dos puntos
en cabeceras de pasadas y dos puntos cada tres modelos.
Al ser varios los equipos de campo intervinientes en esta fase, se unificaron las
normas de actuación, estableciéndose los siguientes criterios en la elección de los
elementos que habrían de servir como punto de apoyo.
o Se preferirán elementos artificiales a los naturales, procurando siempre se-
leccionar aquellos que conserven su forma y posición en el tiempo, para
ello lo preferible es elegir:
Edificios y construcciones.
Señales perdurables e inconfundibles.
Obras de fábrica, estructuras, puentes, isletas, cruces de caminos
Todo punto fácilmente localizable y de inequívoca determinación
espacial.
Se levantaría un croquis de cada punto indicando el elemento tomado como tal, con
indicación expresa del lugar al cual se le han referido las coordenadas e información de la
pasada y fotograma donde se ha materializado mediante un ligero pinchazo
Una vez hecho esto, sobre la Cartografía Oficial de Grafcan, se estudiaron los vértices
más adecuados que servirían como referencia para la medición de dichos puntos. El
criterio de elección fue no superar la distancia de 15 Km. entre referencia y móvil y que su
acceso no fuera especialmente dificultoso.
Una vez elegidos los vértices se fijaron las coordenadas en el sistema REGCAN 2001 para, a partir de
ahí, realizar la medida de los puntos. Se empleó como Vértice de Referencia el VG Faro de Puerto del
Rosario, de la Red Geodésica del IGN. El tiempo mínimo de observación fue siempre de quince
minutos pero en casos de baja densidad satelital (5) se alargaron los tiempos de medición hasta los
veinte minutos.
En la medición de todos los puntos de apoyo se utilizó el método Estático-Rápido en todas las
mediciones, método aplicable con equipos GPS de dos frecuencias y procurando siempre distancias
inferiores a 15 Km entre el punto medido y el vértice de referencia. Los equipos se configuraron con
una máscara de elevación de 5 grados y épocas cada 5 segundos, aunque luego a la hora de realizar
el cálculo se proceso todo el trabajo con una máscara de elevación de 15 grados.
Una vez medidos todos los puntos se procesan todas las baselíneas, ajustándose después mediante
mínimos cuadrados, obteniéndose un listado de coordenadas sobre el elipsoide WGS-84, con cota
elipsoidal en todos los puntos.
2.2 INSTRUMENTACIÓN
Todas las observaciones se realizaron con técnicas GPS. Para ello se utilizaron tres receptores GPS de
doble frecuencia Leica GS10 Estos receptores tienen como características el estar equipados de
frecuencia dual para velocidad y exactitud junto con reducción de medidas de tiempo e influencias
ionosféricas con 12 canales L1, fase y código C/A, 12 canales L2, fase y código P, mas respaldo de
cuadratura (squaring) mediante código, rastreo continuo de todos los satélites disponibles y antena
micro trazos impresos de precisión con plano de tierra ínter construido contra multitrayectorias. El
volcado de datos diario en campo se realizo mediante el programa Sky-Pro.
2.3 PRECISIÓN
Como características técnicas, en cuanto a precisión en la observación GPS, es centimétrica, con
tiempos de observación cortos en distancias menores de 15 Km.
E.M.C. de una lineabase: 3mm. + 0,5 ppm.
Precisión de milímetros en baselineas cortas.
2.4 PROCESOS DE DATOS
Todos los datos son procesados mediante el software Leica GeoOffice Versión 7.0 de Leica. Para ello
se fijaron las coordenadas en el sistema REGCAN 2001, de todos y cada uno de los vértices que
sirvieron como referencia.
Los parámetros de cálculo empleados en todo el proyecto fueron los siguientes.
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Ángulo de elevación (grad) : 15
Modelo troposférico : Automático
Modelo ionosférico : Automático
Tipo de solución : Estándar
Efemérides : Transmitidas
Datos empleados : Automático
Frecuencia : Automático
Límite para resolver ambigüedades (km) : 20
Límite emc : Automático
Intervalo de muestreo (seg) : Usar Todas
Detección de saltos de ciclo : Revisar fase y pérdida de señal
Tiempo mín. para fijar amb.- solo L1 (min) : 9
Usar modelo estocástico : Sí
Distancia mínima (km) : 10
Actividad Ionosférica : Media
A continuación, con las coordenadas de todos los vértices geodésicos fijados, se calculan
todas las baselineas, correspondientes a los puntos de apoyo.
El siguiente paso fue transformar, mediante un modelo geoidal EGM 08, del IGN, todas las
cotas elipsoidales a cotas ortométricas.
Por último, realizamos la transformación desde las coordenadas geodésicas (Latitud y
Longitud) a las de proyección conforme Universal Transversa de Mercator (UTM) (X e Y),
correspondientes al huso deseado, en este caso el 28.
2.5 CARACTERÍSTICAS DEL SOFTWARE UTILIZADO
El Software de cálculo Leica Geo-Office permite la entrada y salida de datos en formato
Leica, o en formato Rinex; realiza el ajuste en coordenadas Geográficas sobre la superficie
del Elipsoide de Referencia, eliminando así el cambio de huso y las deformaciones de la
proyección UTM. La técnica de estimación estadística utilizada es la de mínimos
cuadrados, junto al modelo de ajuste por variación de coordenadas.
Resultado e información del ajuste:
- Coordenadas compensadas de los vértices de la Red.
- Residuos sin ponderar y ponderados de cada observación.
- Error medio cuadrático estimado de cada observación.
- Test de igualdad de varianzas para validar el ajuste.
- Errores medios cuadráticos estimados en la determinación de coordenadas.
- Errores estimados en las observaciones.
- Residuos tipificados, sobre los que se realiza el Test de Barda de detección de errores
groseros.
- Parámetros de fiabilidad y redundancia de cada observación.
- Acimutes y distancias en el elipsoide.
- Coordenadas UTM ajustadas.
- Salidas gráficas en distintos formatos, etc.
2.6 PRECISIONES OBTENIDAS
En cuanto a la precisión alcanzada en las observaciones GPS, antes y después del ajuste, están por
debajo de las tolerancias permitidas en el Pliego de Condiciones Técnicas, que en este caso son:
-Planimétrica: < 0,10 metros
-Altimétrica: < 0,125 metros.
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2.7 INFORME DE POST-PROCESAMIENTO. RESEÑAS PUNTOS DE APOYO
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2.8
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2.8 RESEÑAS RED GEODÉSICA
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2.9 CÁLCULOS Y AJUSTES A LA RED REGENTE Y NAP.
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3 AEROTRIANGULACIÓN
3.1 INTRODUCCIÓN
La aerotriangulación es el proceso mediante el cual se obtiene una precisa orientación
externa de fotogramas aéreos en el sistema de referencia establecido, materializado por
los puntos de apoyo.
Indicar que el Sistema de Referencia empleado, como se indica en el correspondiente
anejo de Apoyo de campo ha sido REGCAN 95.
La aerotriangulación se ha estructurado disponiendo de la correcta determinación del
fotocentro y de los giros para cada una de las imágenes generadas en momento de la
toma; para ello se cuenta en tierra con estaciones fijas, que nos permiten calcular las
coordenadas del avión de manera precisa. Además la los datos recogidos por la
plataforma giroestabilizada, que nos permite la configuración de los Puntos de Apoyo
como hemos descrito anteriormente.
La obtención de los parámetros de orientación externa en post-proceso se lleva a cabo en
cuatro fases:
o Obtención de la trayectoria GPS por técnicas diferenciales; es decir, a partir de los
datos del IMU y las observaciones simultáneas de la estación de referencia. Una
vez conocidos de forma precisa los parámetros de calibración del conjunto de sen-
sores se procesarán las misiones de vuelo. Para ello se calculará la trayectoria
GPS mediante técnica diferencial de fase de doble frecuencia usando las estacio-
nes fijas.
o A partir de la trayectoria GNSS y los datos recogidos del IMU se calculará una tra-
yectoria integrada que incluya información sobre la actitud del IMU.
o Con la trayectoria integrada GPS/INS, los datos recogidos por la plataforma giroes-
tabilizada y el registro de eventos se extraerán los parámetros de orientación ex-
terna para cada una de las tomas. A estos parámetros de orientación externa se
les aplicarán las correcciones locales derivadas de la proyección UTM: convergen-
cia de meridianos en kappa y factor de escala en altura.
o Después, se lleva acabo una fase de interpolación de la trayectoria antes obtenida
con los parámetros de orientación externa en el momento exacto de la toma.
Como resultado de estos cálculos se obtendrá:
o Trayectoria seguida
o Coordenadas de los centros de proyección en el sistema ETRS93 con coordenadas geográficas
y altitudes elipsoidales
o Ángulos de orientación Omega, Phi y Kappa de cada fotografía.
o Las coordenadas se obtienen en el sistema ETRS93 con coordenadas geográficas y altitudes
elipsoidales, posteriormente estas coordenadas se calcularán las altitudes ortométricas median-
te la utilización del modelo de geoide facilitado por el IGN (NCANA).
Los resultados del cálculo GPS/INS serán sometidos a un control de calidad directo mediante la
evaluación de las precisiones resultantes, garantizando precisiones superiores a 10 cm (X, Y, Z).
Se asegurará la precisión de la orientación debido a la redundancia de observaciones:
o XYZ, todos los fotocentros
o Giros de fotograma
o Puntos de Apoyo
o Puntos de red básica
o Puntos de Geodesia, clavos NAP.
3.2 DESARROLLO DE LOS TRABAJOS 3.2.1 Software empleado Se ha utilizado el software Digi3D para la medición de fotocoordenadas y para el cálculo el Aerotri,
dado que permite realizar aerotriangulaciones digitales de alta precisión.
Las características más importantes de este software son:
o Métodos de ajuste robustos con detección automática de errores.
o Integración de datos GPS/INS (Applanix y AEROControl).
o Análisis avanzado de resultados con visualización gráfica.
o Orientaciones precisas y estables de las imágenes.
3.2.2 Planificación de los trabajos La planificación ha tenido por finalidad fundamental asegurar la calidad del cálculo desde su inicio
hasta la finalización, para ello ha constado de las fases siguientes
3.2.2.1 Definición del bloque.
Se configuraron los parámetros generales del bloque de trabajo siendo éstos:
o Localización y tamaño del bloque.
o Datos de vuelo: escala, cámara, GPS, IMU, etc.
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o Número de pasadas y longitud de las mismas.
o Situación de pasadas trasversales.
o Indicación del sistema de referencia.
o Establecimiento de las tolerancias de precisión.
o Localización y características de las imágenes.
3.2.3 Ejecución de los trabajos
3.2.3.1 Orientación interna.
Al proceder las imágenes de una cámara digital, la fase de orientación interna ha sido
innecesaria por dos motivos:
o El sistema de coordenadas foto coincide con el sistema de coordenadas ins-
trumento: imagen digital.
o La cámara digital posee, además, la ventaja de tener una geometría rígida e
idéntica para cada imagen, y carece de errores geométricos debidos a de-
formaciones de película.
Por tanto, en imágenes procedentes de cámara digital, no cabe hablar de precisiones
internas; esto es, la aerotriangulación parte de una imagen libre de errores geométricos
internos.
3.2.3.2 Ajuste de orientación relativa.
La medición de puntos de relativa, se ha llevado a cabo, en primer lugar, de forma
automática por técnicas de correlación espacial de imágenes depurando posteriormente
aquellas paralajes que arrojaban valores excesivos.
3.2.3.3 Determinación de los puntos enlace.
La medición y transferencia de puntos de enlace y de paso, se ha llevado a cabo midiendo
un mínimo de nueve áreas por fotograma, coincidiendo las áreas centrales con la posición
de los puntos de Von Gruber, y con el considerando de cada una de éstas áreas
contenía, al menos, dos puntos de paso o enlace.
En la correlación se utilizaron las imágenes digitales a las que previamente se les había
creado una estructura piramidal, con el fin de optimizar los procesos. En los primeros
niveles de la piramidal (menos resolución) se empleó un algoritmo de cálculo basado en la extracción
de formas características (Feature-Based Matching, FBM) que da una precisión de 0,3 pixels. En los
últimos niveles de la pirámide, se ha considerarado el método de correlación de mínimos cuadrados
(Least-Squares Matching, LSM), que permite obtener precisión de 0,1 pixels.
3.2.3.4 Depuración del enlace.
Los puntos de enlace y de paso obtenidos tras la correlación, se depuraron por dos vías paralelas e
interrelacionadas. Mediante la primera se ejecutaron algoritmos de detección automática de errores
que eliminan aquellos puntos cuyo error supera una tolerancia prefijada. Por otro, se comprobó el
enlace de forma interactiva, con el fin de asegurar que existían, al menos, dos puntos en cada zona de
Von Gruber, y que, al menos, existe punto de enlace entre pasadas en cada área de enlace.
3.2.3.5 Medición de los puntos de apoyo.
Los puntos que constituyen el apoyo topográfico se midieron de manera manual en modo
estereoscópico. Una vez medidos, se calculó y ajustó el bloque. De igual modo, se midieron los puntos
de control que han servido para chequear la bondad del ajuste.
3.2.3.6 Cálculo y ajuste del bloque.
Como se ha indicado el cálculo y ajuste del bloque es un proceso iterativo en conjunto con la medición
del apoyo topográfico. Se ha llevado a cabo por el método de ajuste de haces con parámetros de
apoyo aerotransportado, por lo que en el ajuste final se dispone de información sobre las precisiones
tanto de los puntos de apoyo, como de los de paso y enlace, al igual que de los parámetros GPS-INS.
Una vez que el cálculo se dio por satisfactorio, tras la comprobación de los puntos de control, se
procedió a la obtención de la red densificada topográfica, en la que se calculan las coordenadas
terreno de cada punto de paso y de enlace.
4 RESTITUCIÓN FOTOGRAMÉTRICA
4.1 INTRODUCCIÓN
La presente memoria tiene por finalidad explicar la fase correspondiente a la “Restitución
Fotogramétrica”, realizada para la generación de la base cartográfica que servirá en el desarrollo de los
trabajos expresados en el título.
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Aunque la actual fase se circunscribe únicamente a los trabajos de restitución y edición
cartográfica, es necesario hacer referencia, aunque de una manera breve, a los anteriores
pasos consistentes en vuelo fotogramétrico apoyo de campo y aerotriangulación, los
cuales han permitido desarrollar el actual apartado.
4.2 DESARROLLO DE LOS TRABAJOS
4.2.1 Preparación en gabinete
Para efectuar las labores propias de la restitución, en primer lugar se comprobó que las
anteriores fases una vez terminadas, habían suministrado la información necesaria para
llevar a cabo la captura de la información.
La documentación disponible constaba de:
Listado de coordenadas de los puntos de apoyo tomados en campo
Reseñas de los puntos de apoyo tomados en campo
Todos los datos referentes a la aerotriangulación analítica consistentes en:
En función de los anteriores datos, se elaboró un gráfico en formato digital de manera que
se pudiera estudiar sobre el mismo el ámbito de cada uno de los pares estereoscópicos
que constituyen los vuelos, decidiendo el orden de la restitución.
4.2.1.1 Información a restituir y procedimientos
La captura de la información se ha realizado de forma numérica, registrando de forma
digital las coordenadas tanto planimétricas como altimétricas de aquellos elementos a
restituir, asociados mediante códigos para permitir identificar de manera única la
naturaleza de la información registrada.
Se tomó de cada elemento a restituir las coordenadas suficientes para permitir su
representación de acuerdo con las precisiones generales exigidas para la cartografía a
realizar en cada caso. Las coordenadas de todos los puntos se obtuvieron directamente
del modelo estereoscópico durante el proceso de restitución, no utilizando procedimiento
de interpolación o modelización alguno.
Planimetría
La información planimétrica restituida refleja todos los detalles identificables en su posición exacta y
verdadera forma, con dimensión mínima de 1 mm, a la escala de salida gráfica, habiéndose restituido
los elementos por la base de los mismos, exceptuando las edificaciones, cuya cota fue la
correspondiente a la de cumbrera.
En la representación planimétrica, cuando el elemento por sus reducidas dimensiones, no ha podido
representarse en verdadera magnitud, lo ha sido mediante un signo convencional normalizado.
Altimetría
La altimetría, queda representada por curvas de 1 m. de equidistancia y curvas directoras cada 5 m. en
la escala 1:1.000.
Si bien el relieve refleja las curvas de nivel, la naturaleza del ámbito del trabajo, conlleva que la
información altimétrica quede representada mediante las cotas más significativas de los elementos
planimétricos, (vías, registros, arquetas, viales etc.)
4.2.2 EDICIÓN CARTOGRÁFICA
4.2.2.1 Procesos de la Edición Cartográfica
Los criterios que se cumplieron a la hora de la elaboración de la cartografía objeto de este proyecto han
sido:
Cuando una entidad tanto lineal como superficial por razón de sus dimensiones se extendía
más allá de una hoja, los puntos de conexión de los distintos fragmentos pertenecientes a la
misma entidad poseen coordenadas idénticas.
Si dos elementos lineales se superponen o coinciden, bien a lo largo de un tramo, bien en su
totalidad, la zona común a ambos tiene las mismas coordenadas en una entidad que en la otra.
Las líneas de entidades que son paralelas se han generado automáticamente para garantizar la
calidad en la representación gráfica e impresión visual. La misma consideración se ha tenido en
cuenta a la hora de la realización de ángulos rectos en esquinas y demás, así como acuerdos
tangenciales.
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Se ha aplicado simbología cartográfica a todos aquellos elementos que por sus
dimensiones en la realidad la han requerido a la hora de su representación
cartográfica.
En cuanto a criterios a la hora de codificar los objetos cartográficos se ha tenido en
consideración lo siguiente:
Se han distribuido en capas o niveles de acuerdo a lo especificado en la
codificación.
La descripción geométrica en función de la primitiva gráfica que representa cada entidad
es:
Puntual, cuando el elemento a representar se ha podido identificar por un solo
punto con coordenadas tridimensionales. Cuando se ha considerado necesario en
función de su naturaleza, se encuentra acompañado por atributos alfanuméricos.
Lineal, cuando el elemento representado tiene continuidad lineal como forma de
entidad geométrica, pudiendo estar compuesto por uno o más tramos.
Superficial, cuando el elemento a representar tiene continuidad como elemento
lineal cerrado, formando el contorno del objeto en sí.
En lo referente a las relaciones topológicas de los objetos cartográficos a representar, se
consideraron las usuales de coincidencia, conectividad, inclusión, etc.
A partir de estos criterios, se definen a nivel topológico dos elementos: el nodo y el tramo.
El nodo es el elemento que establece una relación de conectividad entre tramos de
un elemento cartográfico lineal, y establece una discontinuidad entre estos.
El tramo así mismo será el objeto cartográfico fundamental a nivel lineal. Estará
compuesto por dos tipos de polilíneas: las formadas por segmentos de recta como
sucesión de coordenadas tridimensionales de los vértices geométricos y las
formadas por segmentos de arco generados por los elementos necesarios para la
definición analítica de la curva. Todos los tramos en cuestión, se hallan
delimitados entre dos nodos consecutivos.
4.2.3 Generación de producto final
Como producto final de la edición cartográfica se entregan:
Ficheros en formato DWG por cada hoja de trabajo, con los formatos de corte, distribución y
carátula, en soportes DVD y CD.
Entrega de las series cartográficas:
o Escala 1/1.000
Fichero de trabajo de forma continúa.
4.3 LIBRERÍA DE CÓDIGOS UTILIZADOS
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APÉNDICE: GRÁFICOS
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