Ciencia e Innovación Revista Científica Semestral

Investigación, Desarrollo e Innovación

Vol. 2 Núm. Especial / Diciembre 2019

ISSN-2594-150X

2019 CORRECCIÓN PLANI-ALTIMETRICA DE IMÁGENES CAPTADAS POR UAV

MEDIANTE PUNTOS DE CONTROL TERRESTRE

Ciencia e Innovación, Vol. 2 Núm. Especial / Diciembre 2019, pp. 107-112

Universidad Galileo Galilei

Tuxtla Gutiérrez, Chiapas

107

CORRECCIÓN PLANI-ALTIMETRICA DE IMÁGENES CAPTADAS POR UAV

MEDIANTE PUNTOS DE CONTROL TERRESTRE

PLANE-ALTIMETRIC CORRECTION OF PICTURES RECEIVED BY UAV THROUGH

GROUND CONTROL POINTS

Enrique Miguel Valle1, Gerardo Delgado Ramírez2, Carlos Miguel Ramos Cruz3, Juan

Estrada Avalos2 1Técnico auxiliar de Investigador del CENID – RASPA, INIFAP, 2Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Relación Agua Suelo Planta Atmósfera (CENID RASPA; INIFAP). Canal Sacramento km6+500. Gómez Palacio, Dgo., México. 3Campo Experimental, General

Terán INIFAP, Km 31 Carretera Montemorelos-China. C. P. 67400. General Terán, Nuevo León. enrique.miguel89@hotmail.com

RESUMEN

El presente trabajo tuvo la finalidad de desarrollar un procedimiento para la generación de ortomosaicos

georreferenciados. Para esto fue necesario el levantamiento de cuatro puntos de control terrestres que se

establecieron en el lecho seco del rio Nazas en el tramo 7+050 aguas arriba y 5+850 aguas abajo ubicado en los

límites de Torreón Coahuila y Gómez Palacio Durango. El levantamiento topográfico de los puntos de control

se realizó con un GPS diferencial de una vía requiriendo un posproceso para poder definir las coordenadas

reales de los puntos. Posterior a esta actividad se sobrevoló el área de interés con un UAV eBee clásico de ala

fija abarcando una superficie total de 153 ha-1, con un tiempo de vuelo de 00:32:39 minutos a una altura de

159.4 m y una resolución de pixel de 3.75 cm capturando 358 imágenes. La precisión plani-altimetrica

encontrada en este presente trabajo fue de 0.02m (2cm) en los vértices X, Y (planimetría) y Z (altimetría). De

tal manera que los resultados obtenidos determinan el control de calidad de los datos y su confiablidad para ser

utilizada esta metodología para el proceso de corrección plani-altimetrico en imágenes tomadas por UAV.

Palabras claves: ortomosaico georreferenciado, puntos de control, eBee clásico, presicion plani-altimetrica.

ABSTRACT

The purpose of this work was to develop a procedure for the generation of georeferenced orthomosaics. For

this, it was necessary to raise four land control points that were established in the dry bed of the Nazas river in

the section 7 + 050 upstream and 5 + 850 downstream located in the limits of Torreón Coahuila and Gómez

Palacio Durango. The topographic survey of the control points was carried out with a differential one-way GPS

requiring a postprocess to be able to define the actual coordinates of the points. After this activity, the area of

interest was overloaded with a classic fixed-wing eBee UAV covering a total area of 153 ha-1, with a flight time

of 00:32:39 minutes at a height of 159.4 mi and a pixel resolution 3.75 cm capturing 358 images. The plani-

altimetric precision found in this present work was 0.02m (2cm) at vertices X, Y (planimetry) and Z (altimetry).

So that the results obtained determine the quality control of the data and its reliability to be used this

methodology for the plani-altimetric correction process in images taken by UAV.

Keywords: georeferenced orthomosaic, control points, classic eBee, plani-altimetric pressure.

Recibido: 15 de agosto del 2019 Aceptado: 20 octubre del 2019.

Publicado como ARTÍCULO CIENTÍFICO en Ciencia e Innovación 2(E): 107-112

108 Miguel-Valle et al Փ Corrección plani-altimetrica de imágenes captadas por UAV mediante puntos de control terrestre.

INTRODUCCIÓN

n punto de control es un punto físico en

tierra que sirve para aumentar la exactitud

en la agrimensura de un área, las cuales

son transportadas a las imágenes aumentando su

exactitud en la posición en centímetros (Flying,

2019). La finalidad principal es ofrecer

información de gran utilidad en los procesos de

georreferenciación de objetos espaciales y

fenómenos de interés de acuerdo a las necesidades

de cada proyecto (Perdomo., et al, 2015).

Actualmente, la comunidad fotogramétrica y de

percepción remota estable y promueve el uso de los

vehículos aéreos no tripulados o sistemas UAV

(por sus siglas en inglés) como una nueva y

confiable alternativa de bajo costo para la

adquisición de imágenes aéreas (Escalante, et al,

2016).Estos sistemas que han sido desarrollados y

empleados desde finales de los años cincuenta en el

campo militar para tareas de reconocimiento,

vigilancia y misiones en territorios hostiles, hoy en

día toman parte en actividades civiles de

monitoreo, mediciones atmosféricas, evaluación de

daños, agricultura, ,mapeo y cartografía entre otras

(Bendea, et al, 2008).

El uso de UAV de ala fija tiene como principal

ventaja la facilidad de control y guiado, así como

poder cubrir mayor superficie de vuelo reduciendo

tiempo ya que son totalmente autónomos y su

principal desventaja que no pueden realizar

maniobras en espacios reducidos (Pérez, et al,

2017).

El sistema de posicionamiento global (GPS, del

inglés Global Positioning System) es un sistema de

radionavegación de los Estados Unidos de

América, basado en el espacio, que proporciona

servicios fiables de posicionamiento, navegación, y

cronometría gratuita e ininterrumpidamente a

usuarios civiles en todo el mundo. A cualquier

usuario con un receptor GPS, el sistema le

proporcionará su localización y la hora exacta sin

importar las condiciones atmosféricas, de día o de

noche, en cualquier lugar del mundo y sinlímite

almero de usuarios simultáneos (Luque, 2010).

La finalidad de este trabajo fue desarrollar una

metodología para realizar levantamientos de

control terrestre mediante la utilización de GPS

diferencial para la corrección plani-altimetrica de

imágenes tomadas por vehículos aéreos no

tripulados es especifico con eBee calsico. Debido

al creciente uso de esta tecnología en

levantamientos cartográficos, es importante

establecer puntos de control terrestre que permitan

determinar la exactitud y precisión requerida, tanto

en la altimetría como en la planimetría de los

productos cartográficos generados por éstos.

MATERIALES Y MÉTODOS

- 4 lonas de nailon blancas de 2*2 m

- GPS diferencial marca Trimble R3 de

una frecuencia (L1).

- Software Trimble business center,

eMotion 3.5 y pix4Dmapper.

- Cámara soda y dron eBee clásico.

METODOLOGÍA

La siguiente metodología fue desarrollada para

georreferenciar imágenes aéreas recopiladas

mediante vehículo aéreo no tripulado con la

finalidad de definir su ubicación mediante

coordenadas de mapa y asignar el sistema de

coordenadas del marco de datos y así disminuir el

error en X, Y y Z. El sobrevuelo se realizó en el

lecho del rio Nazas en el tramo 7+050 aguas arriba

al 5+850 aguas abajo ubicado en los límites de

Torreón Coahuila y Gómez Palacio Durango

(Figura 1).

Figura 1.- área de vuelo lecho de rio Nazas.

Planificación de la actividad.

Las actividades realizadas se efectuaron en 6 etapas

las cuales fueron: Ubicación de los puntos de

control en el área de estudio, levantamiento

topográfico de puntos de control con GPS

diferencial, Ajuste de levantamiento en gabinete en

software Trimble Busines Center 2, planeación de

U

Ciencia e Innovación. Vol. 2, Número Especial, 2019. pp. 107-112 109

vuelo en eMotion 3.5, recolección de datos con

VAN eBee clasico, generación de ortomosaico

software pix4D.

Ubicación de puntos de control en área de

interés.

Para la colocación de los puntos de control en área

de estudio fue importe identificar que no existieran

factores físicos, tales como postes de luz o torres,

estructuras o arboles las cuales pudieran afectar la

señal electromagnética y causar un rebote de las

mismas que puedan incidir en las mediciones y por

consecuencia alterar la exactitud esperada del

levantamiento. Considerando estos factores se

colocaron 4 puntos de control en una superficie de

153 ha-1 en los cuales se colocaron referencias

visibles y fijas (Figura 2).

Figura 2.- puntos de control con referencia visible

al paso del VAN.

Levantamiento topográfico

Una vez colocados los 4 puntos de control se

procedió a realizar el levantamiento de cada uno de

los puntos establecidos, efectuándose mediante un

GPS diferencial marca Trimble del tipo R3, de

monofrecuencia (L1), el cual funciona en modo

diferencial, por tal motivo se utilizan dos equipos

receptores al mismo tiempo, de los cuales uno

funciona como receptor base y el otro como

receptor móvil (Ramos et al., 2016).

Para el ajuste del receptor base fue colocado en un

punto conocido en la mojonera con coordenadas

geodésicas ajustadas latitud 25° 35’ 21.80469’’ N

y longitud 103° 27’ 07.51998’’ O y sistema de

coordenadas geográficas WGS 84 zona 13 Norte

UTM (Universal Transversal Mercator) Este

655457.832 y Norte 2831119.833 que cuenta con

una altura geodésica de 1106.229 metros, la cual se

encuentra en las instalaciones del CENID RASPA

INIFAP y por tal motivo no fue necesaria la

implementación de una nueva mojonera ya que el

área de vuelo se encontraba dentro del margen de

20 km-1 que cubre la señal el receptor base (figura

3).

Figura 3.- Receptor base

Para el caso del ajuste del receptor móvil se

configuro directamente en el área de vuelo cercana

a los puntos de control en donde se configuro como

levantamiento PPK con un intervalo de toma de

datos de un minuto con 30 segundos dividido en

tres etapas de 30 segundos cada una, esto para

garantizar un levantamiento con la mayor precisión

(Figura 4).

Figura 4.- Receptor móvil.

Post-proceso.

Realizado el levantamiento topográfico se realizó

el ajuste del levantamiento en gabinete esto debido

al método de levantamiento utilizado PPK

cinemático el cual requiere un post-proceso este

procedimiento se realizó en el software Trimble

Business Center, versión 2.0, (figura 5).

110 Miguel-Valle et al Փ Corrección plani-altimetrica de imágenes captadas por UAV mediante puntos de control terrestre.

Figura 5.- Posproceso y ajuste de puntos móvil

con punto base.

Planeación de vuelo

La planeación de vuelo consistió en definir la

región de interés y los parámetros de vuelo para la

adquisición de las imágenes. La planeación de

vuelo se realizó en el Software eMotion 3.5 en el

cual se cubrió el área del lecho seco del rio Nazas

en el tramo 7+050 aguas arriba al 5+850 aguas

abajo ubicado en los límites de Torreón Coahuila y

Gómez Palacio Durango abarcando una superficie

total de 153 ha-1, con un tiempo de vuelo de

00:32:39 minutos a una altura de 159.4 m y una

resolución de pixel de 3.75 cm capturando 358

imágenes (figura 6).

Figura 6.- Planeación de vuelo en software

eMotion 3.5

Recolección de datos.

La recolección de datos para el levantamiento de

fotogrametría con sistemas UAV consiste en la

captura de imágenes aéreas a lo largo de una ruta

de vuelo que es ajustada a unos parámetros

previamente definidos (Escalante., 2016). La

recolección se generó mediante un vehículo aéreo

no tripulado “eBee clásico” de ala fija el cual tiene

un peso de 1.1 kg, con un alcance de radio enlace

de 3 km, con cobertura de vuelo a 120 m de altura

de 220ha-1 y una cobertura máxima de 4,000 ha-1,

con resistencia al viento de 12 m s-1, con precisión

de aterrizaje automático en aterrizaje lineal de 5 m,

con precisión absoluta en X, Y, Z GCPs (puntos de

control) de 3 – 5 cm (Figura 7).

Figura 7.- eBee clásico.

Generación de orto mosaico.

Un mosaico se conoce como al conjunto de

imágenes tomadas desde una o varias cámaras, que

presentan áreas de traslape entre sí, y que son

unidas y combinadas en una sola imagen para

ampliar el rango de visión de la escena, cuando el

mosaico es corregido de las distorsiones causadas

por el relieve del terreno y los objetos en él, se

denomina ortomosaico (Chen, 2007). La

generación de ortomosaico y georreferenciación

fue realizado en el software pix4D, generando el

initial processing del menú opciones (figura 8) para

posterior mente con la opción GCP/MTP Manager

poder ingresar las coordenadas levantadas de los

puntos de control en formato CSV delimitado por

comas (figura 9) y a su vez generar los point cloud

and mesh y los DSM, orthomosaic (figura 10).

Figura 8.- Initial processing

Ciencia e Innovación. Vol. 2, Número Especial, 2019. pp. 107-112 111

Figura 9.- Importar GCP

Figura 10.- generación de point cloud ans mesh,

DSM Orthomosaic.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El levantamiento derivado de los 4 puntos de

control distribuidos en el área de estudio del lecho

seco del rio Nazas quedó distribuido como se

muestra en la figura 11.

Figura 11.- Distribución de puntos de control en

área de interés.

Así mismo en el cuadro 1 podremos observar los

vértices ajustados para cada punto de control

referidos al Datum WGS 84 zona 13N expresadas

en UTM (Universal Transversal Mercator).

Cuadro1. Coordenadas de los puntos de control

terrestre ajustados.

ID X Y

747 656476.687 2830039.66

748 656315.601 2830060.26

749 656386.088 2830229.24

750 656500.11 2830225.23

Con estos puntos de control se logró

georreferenciar el producto cartográfico con la

precisión y exactitud requerida lo cual podremos

observar en el control de calidad generado como

reporte en el programa pix4D (figura 12).

Figura 12.- control de calidad.

Mediante el control de calidad generado al procesar

las imágenes y georreferenciar mediante los puntos

de control en pix4D podemos observar que el error

que podremos encontrar en nuestro trabajo oscilar

en 0.02m o 2 cm, el cual el resultado de la unión de

372 imágenes que se calibraron al 100%.

En la figura 13 podremos observar el nombre de

cada punto de control, la precisión existente en tres

direcciones (X, Y y Z).

Figura 13.-Reporte puntos de control.

En este trabajo se emplearon cuatro puntos de

control esto debido al difícil acceso al área de vuelo

en una superficie de 153 ha-1 encontrando una

precisión plani-altimétrica de 2 cm, trabajo

realizado por Perdomo 2015 implemento 12 puntos

de control en una superficie de 6ha-1 encontrando

un error plani-altimetrico de 3 y 4 mm esto pudiera

deberse a que la superficie de vuelo es el 6% de la

superficie sobrevolada en este presente trabajo.

CONCLUSIONES

En este trabajo se pudo observar que el uso de

vehículos aéreos no tripulados en específico el

eBee clásico en conjunto con el GPS diferencial

para el levantamiento de puntos de control,

constituyen una herramienta precisa que resulta

efectiva ya que podemos disminuir el error plani-

altimetrico mediante esta metodología.

Con los resultados obtenidos en este presente

trabajo se considera apropiada la implementación

112 Miguel-Valle et al Փ Corrección plani-altimetrica de imágenes captadas por UAV mediante puntos de control terrestre.

de esta metodología ya que podemos cubrir

superficies extensas considerando la precisión

plani-altimetrica.

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