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Introducción

La información precisa sobre el terreno y sus obs-táculos constituye un elemento de vital importanciapara la seguridad en vuelo, especialmente en lafase de aproximación en la que las aeronaves debenpoder disminuir su altitud manteniendo intactoslos niveles de seguridad. Por ello, la Organizaciónde Aviación Civil Internacional (OACI) introdujolos Estándares y Prácticas Recomendadas relacio-nados con la generación de obstáculos para la avia-ción civil internacional. La complejidad de estosestándares ha hecho que los estados miembros de

la Unión Europea se enfrenten a un gran reto paracumplir sus requisitos.

Se trata de un enorme desafío que comprende tantoaspectos técnicos como de coordinación institucionaly de implementación. A fin de superarlo, la UniónEuropea con el apoyo técnico de la OrganizaciónEuropea para la Seguridad de la Navegación Aérea(Eurocontrol) creó un grupo de trabajo específico,con diferentes expertos especializados, el ElectronicTerrain and Obstacle Data Working Group (eTOD WG)que, tras analizar los principales retos, comenzó aelaborar una metodología de trabajo.

Ca r t o g r a f í a

PNOA-LiDAR en el ámbito de la seguridad aérea: DirectricesTécnicas para los Datos Electrónicos sobre el Terreno

y Obstáculos en Aviación Civil (eTOD)

La navegación aérea requiere de sistemas de ayuda de gran precisión cuya eficaciadepende, en última instancia, de una información rigurosa y fiable del terreno y decualquier posible obstáculo en la trayectoria de las aeronaves. A fin de obtenerla ymantenerla al día, tanto la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI)como la Unión Europea dentro de la iniciativa para el Cielo Único Europeo (SES)están trabajando en diferentes propuestas y desarrollos normativos. El proyectoPNOA-LiDAR, desarrollado por el Instituto Geográfico Nacional, adscrito alMinisterio de Fomento, ha hecho posible la obtención de datos electrónicos delterreno y obstáculos que satisfacen con creces los requisitos de seguridadestablecidos, lo que ha convertido a nuestro país en uno de los primeros endisponer de ellos.

Modelos de precisión

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Digitales del Terreno mediante satélites o sensoresaéreos.

En el año 2009, tras realizar una serie de pruebaspiloto y atendiendo a la necesidad por parte de al-gunos de los socios del proyecto de poder disponerde modelos digitales del terreno con mayor precisión,surge la oportunidad de incorporar la tecnologíaLIDAR al proyecto PNOA. En este sentido Españaha sido uno de los primeros países en abordar unacobertura completa del territorio.

Este logro está siendo posible gracias al esfuerzocoordinado, técnico y humano, de varios organis-mos públicos, que han aunado recursos para llevara cabo la cobertura de todo el territorio nacional.La primera cobertura se realizó entre los años2009 y 2015. La segunda cobertura se inició en elaño 2015 y está previsto que los trabajos decaptura de datos LiDAR se finalicen en el año2020.

El proyecto PNOA-LiDAR, como todos los pro-yectos que se agrupan bajo el paraguas del PNOT,es un proyecto colaborativo y en él han participadoel Ministerio de Fomento por medio de laDirección General del Instituto GeográficoNacional y el Centro Nacional de InformaciónGeográfica, el Ministerio de Agricultura, Alimen-tación y Medio Ambiente, por medio de la Direc-ción General del Agua, las confederaciones hidro-gráficas y el Fondo Español de Garantía Agraria,el Ministerio de Hacienda y Administraciones Pú-blicas, por medio de la Dirección General del Ca-tastro, así como las Comunidades Autónomas.

La tecnología LiDAR

El LiDAR (Light Detection and Ranging) es unatécnica de teledetección activa basada en un sensorque emite pulsos de luz ininterrumpidamente ycapta sus retornos, también denominados ecos orebotes. El tiempo que tarda en regresar la luz,permite calcular la distancia y, de esa forma,obtener la información tridimensional de los ele-mentos.

Una de las principales características de esta tecnologíaes que puede penetrar la vegetación. El pulso emitidoal llegar a la superficie llega con una “huella”. Todaslas superficies reflectantes dentro de la huella del pulsogeneran una onda de retorno. El número de retornosdependerá del tipo de superficie.

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En el caso de España, la Dirección General deAviación Civil (DGAC) creó el “Grupo de trabajoeTOD”, que contribuyó en la redacción de las “Di-rectrices Técnicas para los Datos Electrónicos y Obstáculosen Aviación Civil (Directrices eTOD)”. Este grupo cuentacon la participación de diversos organismos delMinisterio de Fomento, entre ellos la DirecciónGeneral del Instituto Geográfico Nacional (IGN)como organismo con competencias en la produc-ción, actualización y explotación de Modelos Di-gitales del Terreno. Estas directrices establecen elmarco general para que el Estado disponga de unosdatos electrónicos sobre el terreno y obstáculos,alineándose con las políticas y directrices emanadasde los principales organismos del sector de la avia-ción civil.

El objetivo último de las Directrices TécnicaseTOD es proveer de datos electrónicos sobre el te-rreno y obstáculos acordes a los estándares inter-nacionales, con la calidad requerida, fiables y ac-tualizados que contribuyan a la seguridad,regularidad y eficiencia de la aviación civil ademásde apoyar el desarrollo de nuevos conceptos ope-racionales.

El proyecto PNOA-LiDAR

El IGN cuenta con un Plan para la monitorizaciónde nuestro territorio, conocido como Plan Nacionalde Observación del Territorio (PNOT). Este planse estructura en otros planes, entre ellos el PlanNacional de Teledetección (PNT) y el PlanNacional de Ortofotografía Aérea (PNOA) que tie-nen por objetivo obtener imágenes y/o Modelos

uSuperficie limitadora de obstáculos aeródromos

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Los sensores LiDAR pueden ir instalados en dife-rentes tipos de plataformas dependiendo de la apli-cación a la que van a ser destinados:

a) Satélites: dedicados a trabajos y estudios a nivelglobal, análisis de masas forestales globales,evolución de casquetes polares…

b) Aerotransportados (Avión): dedicados a tra-bajos de grandes superficies hasta nivel nacional.

c) Aerotransportados (UAV): análogo a los sen-sores instalados en avión, pero para trabajos en pe-queñas escalas y locales. Es una plataforma emer-gente.

d) Móviles: plataformas terrestres de vehículosen movimiento (coches, trenes y hasta barcos). Paratrabajos lineales, inventariado de ciudades, líneasferroviarias…

e) Terrestres fijos: conocido tradicionalmentecon láser escáner, los sensores LiDAR son instaladosen una plataforma fija tipo trípode. Para modeladotridimensional de edificios, estructuras…

f) Móviles: trasportados por el ser humano, comopueden ser las mochilas-LiDAR.

En el caso del proyecto PNOA-LiDAR se utilizansensores LiDAR aerotransportados. El objetivo deeste proyecto es obtener información tridimensionalde todo el territorio español generando una nubede puntos con coordenadas (X, Y, Z) con una den-sidad mayor a 0,5 puntos/m2 y una precisión alti-métrica mejor de 20 cm (RMSEZ).

Los datos obtenidos a través de sensores LiDARtienen múltiples aplicaciones, dando solución aproblemas de gran complejidad y atendiendo de-mandas nuevas tanto de los servicios que prestanlas Administraciones Públicas, como del sector pri-

vado y las universidades. Los ámbitos que abarcanson tan variados como: forestal, agrícola,hidrografía, catastro, urbanismo, ingeniería, medioambiente, cartografía…

Los productos básicos que se obtienen a partir delproyecto PNOA-LiDAR son:

●Nube de puntos: clasificada y con informaciónradiométrica (RGB y NIR) en el caso de vueloscombinados con fotogrametría.

● Modelo Digital del Terreno (MDT):mode-lización en formato raster de los puntos clasificadoscomo suelo. Cada píxel tendrá un valor de altitud;este se puede obtener con diferentes criterios (alturamedia, mínima, máxima…).

● Modelo Digital de Superficie (MDS): mo-delización en formato raster de todos los puntos.Cada píxel tendrá un valor de altitud; este valorserá por lo general el de la altura máxima.

Las aplicaciones principales de los datos capturadosen el proyecto PNOA-LiDAR se describen a con-tinuación:

a) Aplicaciones forestales: Dentro del campoforestal la tecnología LiDAR tiene una gran acep-tación gracias a que permite obtener diferentes re-tornos de la señal emitida, obteniendo de esta ma-nera la información altimétrica tanto de copas delos árboles, del terreno y de vegetación intermedia.Los sensores ópticos no permiten este tipo de uso.

a. Modelado de incendios, cartografía de vegeta-ción, Inventario Forestal Nacional, seguimientode evolución de sistemas forestales…

b) Zonas urbanas: detección de cambios a partirde series multitemporales, detección de edificiosno registrados…

Ca r t o g r a f í a

uHuella sensor LiDAR

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c) Aplicaciones hidrográficas: definición dela red hidrográfica de manera automática a partirdel MDT, estudio de inundaciones, mapas de pe-ligrosidad de inundación costera y fluvial….

d) Aplicaciones aeronáuticas: elaboración deMDTs y detección de obstáculos para aviación.

e) Arqueología: La tecnología LiDAR está revo-lucionando las investigaciones arqueológicas, per-mitiendo desvelar ruinas ocultas ya sean ruinas es-condidas bajo la vegetación (LiDAR penetra lavegetación) y ruinas enterradas (estas ruinasinfluyen en la formación del terreno y a partir deanálisis del MDT se pueden detectar).

f) Medio Ambiente: detección de cambio (evo-lución de dunas, glaciares, líneas de costa…)

g) Otros: ingeniería, cartografía, comunicacio-nes….

Como todo proyecto de ingeniería, el proyectoPNOA-LiDAR se rige por unas especificacionestécnicas en las que se recogen los requisitos quedeben de cumplir los datos y productos obtenidosen él. Una de las fases más importantes que sellevan a cabo en este proyecto son los controles decalidad de los datos capturados que garantizan elcorrecto cumplimiento de los requisitos recogidosen las especificaciones técnicas. Las precisiones al-timétricas fijadas para datos proporcionados porel proyecto PNOA-LiDAR (2ª Cobertura) serecogen en las siguientes tablas:

Modelos de precisión

Características técnicas de la nube de puntos LiDAR (2ª cobertura)

Densidad nube de puntos 0,5 a 4 puntos/

Exactitud altimétrica RMSEz � 0,15 m

Precisión altimétrica RMSEz � 0,15 m

Error máximo altimétrico� 0,30 m en el 95% de los casosNo podrá haber ningún punto con un error superior a 0,60 m

Precisión planimétrica estimada 0,30 m

Error máximo planimétrico� 0,60 m en el 95% de los casosNo podrá haber ningún punto con un error superior a 1,20 m

Características técnicas de los modelos digitales

Exactitud altimétrica RMSEz � 0,25 m

Precisión planimétrica estimada 0,50 m

uSensor LiDARaerotransportado

uCaracterísticas técnicas nube de puntos LiDAR

uCaracterísticas técnicas MDT y MDS

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La alta calidad proporcionada por los productosobtenidos en el proyecto PNOA-LiDAR ha per-mitido considerar al Grupo de Trabajo eTOD quela tecnología LiDAR es válida para la elaboraciónde los productos que permitan cumplir con los re-quisitos establecidos en las Directrices TécnicaseTOD. Esto ha llevado además a la firma de unconvenio entre la Dirección General de AviaciónCivil, el Instituto Geográfico Nacional, el CentroNacional de Información Geográfica, la entidadpública empresarial ENAIRE y la Sociedad Mer-cantil Estatal AENA, todos ellos pertenecientes alGrupo Fomento, para la coordinación de la capturade datos LiDAR en el territorio español.

En el caso de ENAIRE, estos datos son necesariosya que la División AIS, en su función de provisiónde Servicio de Información Aeronáutica, ysiguiendo los requisitos establecidos en el Anexo15 de la OACI, debe poner a disposición de sususuarios datos digitales sobre el terreno.

Por su parte AENA, como el principal gestor deaeropuertos de España, desempeña un papel rele-vante en lo que se refiere a las Áreas eTOD 2, 3 y4, además de sus funciones en relación al controlde obstáculos en el entorno de sus aeropuertos.

Uso de los datos PNOA-LiDAR en el ámbito de la seguridad aérea

En el ámbito aéreo se definen diferentes áreas decobertura para los conjuntos de datos electrónicossobre el terreno y obstáculos:

Área 1: todo el territorio del Estado.

Área 2: área situada en la proximidad del aeródromo.

Área 3: área que bordea el área de movimientode un aeródromo.

Área 4: área que se extiende hasta 900 m antesdel umbral de pista, y hasta 60 m a cada lado dela prolongación del eje de pista en la dirección deaproximación.

Para cada una de estas áreas se deberán propor-cionar datos electrónicos sobre el terreno y obstá-culos acorde a las especificaciones establecidas.

Datos electrónicos sobre el terreno

Uno de los principales productos generados dentrodel proyecto PNOA LiDAR son los Modelos Di-gitales del Terreno (MDT) y Modelos Digitales deSuperficie (MDS) de gran precisión. Estosproductos son básicos para la seguridad aérea yaportan la información sobre el terreno requeridapor las Directrices eTOD.

Un MDT es una modelización altimétrica del te-rreno o suelo desnudo. En esta modelización se eli-minan todos los elementos que no son suelo, vege-tación, edificios…

Un MDS es una modelización altimétrica del te-rritorio teniendo en cuenta todos los elementos,suelo, vegetación, edificios…

Estos productos deberán cumplir las siguientes es-pecificaciones:

Ca r t o g r a f í a

Espaciado entre puestos 90m 30m 20m 9m

Exactitud vertical 30m 3m 0,5m 1m

Exactitud horizontal 50m 5m 0,5m 2,5m

Nivel de confianza 90% 90% 90% 90%

Área 1 Área 2 Área 3 Área 4

uModelo Digitalde Superficie

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Comparando estos datos con los recogidos en latabla 2, puede verse que los MDT y MDS gene-rados en el proyecto PNOA-LiDAR cumplen conlos requisitos en todas las aéreas, aunque se reco-mienda prestar especial atención en el control decalidad y procesado del Área 3 (entornoaeródromos) y es recomendable un pequeño au-mento de densidad en los vuelos del Área 3 paraasegurar la calidad de los datos.

Datos electrónicos de obstáculos

Otro de los elementos básicos dentro de la seguridadaérea es la detección de obstáculos. Las DirectriceseTOD establecen que para todo el territorio español(Área 1) hay que proporcionar aquellos obstáculosque presenten alturas superiores a 100 metros sobreel terreno. Estos obstáculos en España son princi-palmente aerogeneradores y edificios.

Modelos de precisión

uNube de puntosNaranjo de Bulnes

uModelo Digital del Terreno

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neral, son usados para generar información denuestro territorio que, en muchos casos, es clavepara el desarrollo de políticas municipales, auto-nómicas o nacionales y también para el cumpli-miento de políticas europeas.

La disponibilidad de los datos proporcionados gra-cias al PNOT abre, además, nuevas vías de apli-cación. Es el caso de los datos LiDAR que se hadescrito en los puntos anteriores, ya que son datosque tienen la calidad necesaria para contribuir deforma decisiva a satisfacer las necesidades de in-formación altimétrica en el ámbito de la aviacióncivil, recogidas en las Directrices Técnicas para losDatos Electrónicos sobre el Terreno y Obstáculosen Aviación Civil (eTOD), permitiendo de estamanera fortalecer la seguridad aérea en nuestropaís, cumpliendo además con los Estándares yPrácticas Recomendadas por la Organización deAviación Civil Internacional (OACI). En base aesto, ENAIRE va a hacer uso de estos datos paraproveer a sus usuarios de datos digitales sobre elterreno.

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Los datos capturados en PNOA-LiDAR serían degran aplicación también en este caso, ya que elanálisis y la aplicación de determinados algoritmossobre las nubes de puntos LiDAR capturadas, per-mitiría automatizar y simplificar la detección y lo-calización de dichos obstáculos como puede verseen las imágenes siguientes.

Además de los obstáculos mencionados, tambiénes necesario proporcionar aquellos obstáculos si-tuados en los entornos de los aeropuertos (áreas 2,3 y 4) que se hayan evaluado como un peligro parala navegación aérea. Igualmente, el análisisdetallado de las nubes de puntos generadasmediante la tecnología LiDAR sería de gran ayudapara la detección y localización de los obstáculosdentro de estas áreas, según los requerimientos es-tablecidos por eTOD.

Los requisitos que tienen que cumplirse sobre losobstáculos se recogen en la siguiente tabla:

Comparando estos requisitos con la informacióndetallada en la tabla 1 se puede comprobar que lanube de puntos capturada en el proyecto PNOA-LiDAR cumple con los requisitos en todas las áreas,aunque se recomienda prestar especial atenciónen el control de calidad y procesado del Área 3 (en-torno aeródromos), siendo aconsejable un pequeñoaumento de la densidad en este área.

Conclusiones

El Instituto Geográfico Nacional es una DirecciónGeneral del Ministerio de Fomento dedicada, entreotras muchas actividades, a la monitorización denuestro territorio mediante el Plan Nacional deObservación del Territorio, empleando para ellolas imágenes y datos altimétricos proporcionadospor satélites de observación de la Tierra y sensoresembarcados en aviones.

Estos datos, que pueden ser utilizados por el restode Administraciones Públicas y ciudadanos en ge-

Ca r t o g r a f í a

Exactitud vertical 30m 3m 0,5m 1m

Exactitud horizontal 50m 5m 0,5m 2,5m

Nivel de confianza 90% 90% 90% 90%

Jesús María Garrido Sáenz de Tejada (1), Jorge Martínez Luceño (1)

(1) Instituto Geográfico Nacional

uNube de puntos LiDAR identificando aerogeneradores.

uPuntos sobre las Torres KIOque superan los 100m sobre

el terreno detectados demanera automática.

Área 1 Área 2 Área 3 Área 4

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