tecnología drone en levantamientos topográficos

7/24/2019 Tecnologa Drone en Levantamientos Topogrficos

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TECNOLOGA DRONE EN LEVANTAMIENTOS TOPOGRFICOS

CHRISTIAN ALDEMAR MONCAYO CORDOBA

ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES

CENTRO DE EDUCACION MILITAR

BOGOT D.C

2015


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TECNOLOGA DRONE EN LEVANTAMIENTOS TOPOGRFICOS

CHRISTIAN ALDEMAR MONCAYO CORDOBA

TRABAJO

INGENIERO JAVIER VALENCIA SIERRA

ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES

CENTRO DE EDUCACION MILITAR

BOGOT D.C

2015


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CONTENIDO

Pg.

INTRODUCCION.

1. TECNOLOGA DRONE 91.1 QUE ES UN DRONE 9

1.2. CARACTERSTICAS PRINCIPALES 10

2. COMO FUNCIONA UN DRONE EN LA TOPOGRAFA. 11

2.1 LA TECNOLOGA DE DRONE REEMPLAZAR LAS ESTACIONES TOTALES

Y RECIBIDORES GNSS. 12

3. USOS DEL DRONE 14

3.1 LOS DRONES EN GIS 143.1.1 USO DE DRONES EN GIS EN TOPOGRAFA 14

3.2 LIDAR Y DRONES 15

3.3 USO DE DRONES PARA LA ACTUALIZACIN CARTOGRFICA 18

3.4 OTROS USOS DEL DRONE 20

3.4.1 DRONE PARA USO MILITAR: 20

3.4.2 DRONE UTILIZADO POR LA POLICIA PARA FINES DE

INVESTIGACION. 21

4. CONCLUSIONES 23

5. BIBLIOGRAFIA 24


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FIGURAS

Pg.

Figura 1 9

Figura 2 10

Figura 3 10

Figura 4 11

Figura 5 12

Figura 6 13

Figura 7 14

Figura 8 16

Figura 9 17

Figura 10 17

Figura 11 18

Figura 12 19

Figura 13 20

Figura 14 21

Figura 15 22


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INTRODUCCION

Los drones, vehculos areos no tripulados, se estn convirtiendo en una nueva

tecnologa que revoluciona la topografa convencional. Se trata de una clara apuesta

por el medioambiente, pues no emite CO2 a la atmosfera. Adems, mejora

significativamente la seguridad de los trabajadores en obra, al no tener que trabajar

en zonas de riesgo.El uso de drones tambin aumenta la eficiencia de los procesosconstructivos, minimizando costes y reduciendo tiempos al compararlo con los

trabajos clsicos de topografa.

Recientemente, ha tenido lugar el primer vuelo experimental con drones para el

levantamiento topogrfico en una obra en ejecucin de Ferrovial Agroman. Este

vuelo forma parte de la primera fase del proyecto de innovacin que la Direccin

Tcnica y el Departamento de Innovacin estn realizando conjuntamente para la

consecucin de un sistema de levantamiento topogrfico con precisin centimtrica

mediante RPAS (Remotely Piloted Aircraft System) en zonas de difcil acceso y con

vegetacin que oculta el terreno.


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1. TECNOLOGA DRONE

1.1 QUE ES UN DRONE?

La sigla DRONE que traduce: (zngano) Aeronave no tripulada, robot areo entre

otros, el trmino se adapt para el lenguaje Espaol, pero en realidad su nombreoriginal en idioma Ingles es: UAV Unmanned Aerial Vehicle o UAS Unmanned

Aerial System.

FIG 1 http://www.popsci.com/article/technology/guide-spotting-and-hiding-drones

Inicialmente estos dispositivos fueron diseados para uso militar, ya que permiten

hacer misiones de vuelo sin tripulantes guiados a control remoto desde tierra sin

sacrificar la seguridad de un piloto, este sistema se ha utilizado en varios conflictos


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blicos para hacer ataques muy silenciosos y rpidos con misiles, bombas,

rastreadores y otros sistemas de espionaje para infiltracin de tropa o lanzamiento

de artillera, tambin se usa para hacer vuelos de reconocimiento en zonas hostiles,

con presencia de txicos, contaminantes, peligro biolgico, seguimiento devehculos en tierra agua y aire, tambin para control de fronteras.

1.2. CARACTERSTICAS PRINCIPALES

Un DRONE es un vehculo aerodinmicamente muy parecido a un avin, algunospor ejemplo los de uso militar tienen dimensiones relativamente grandes similares

a las de aviones de combate, esto les permite tener la rigidez y capacidad para

portar armamento, equipos de comunicaciones, hardware especializado y

combustible.

Se ha desarrollado algunos modelos ms pequeos con menor capacidad de

autonoma en vuelo pero con la caracterstica de ser ms indetectables por sutamao reducido, Lo anterior hablando del campo militar, dado que tambin existen

DRONES muy pequeos utilizados para fotografa comercial, cinematografa,

entretenimiento, usos de la industria y la ingeniera.

FIG 2http://www.elagrimensor.com.ar/Noti

articulo.asp?N=82


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2. COMO FUNCIONA UN DRONE EN LA TOPOGRAFA.

Los drones vienen en muchas formas, tamaos, y ms importantemente, precio.

Hay hexacopteros del tamao de una lavadora, aviones ultra-ligeros de plstico,avionetas no tripuladas lanzadas por catapulta, lanzadas a mano, miniatura, etc.

Cada uno tiene sus ventajas y desventajas y, al igual que una estacin total, se debe

tomar cuidadosa consideracin en cul se ajusta mejor a tus necesidades

topogrficas, ya que por el momento representan una significante inversin

econmica

Un ejemplo de un drone, el eBee es ultraligero y se lanza a mano

Fig.4 http://civiltec.mx/aplicaciones-de-fotogrametria-aerea-con-drones-en-la-topografia/

Hablando sencillamente, un drone por lo general tendr una cmara de alta

resolucin con la que podr formar un ortomosaico de fotografas de una ruta

predeterminada. Un ortomosaico es una fotografa area geometricamente

FIG 3 http://3.bp.blogspot.com/-

brUXe_ZAlf0/UYvN_ADezVI/AAAAAAAAZh

U/T2bR3JVvqRA/s320/Insect-Fly-Bot-

Drone.jpg
http://civiltec.mx/aplicaciones-de-fotogrametria-aerea-con-drones-en-la-topografia/http://civiltec.mx/aplicaciones-de-fotogrametria-aerea-con-drones-en-la-topografia/


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corregida de tal manera que la escala sea uniforme: el ortomosaico, al igual que un

mapa, carece de distorsin.


Un ortomosaico puede ser usado para medir distancias verdaderas, porque es unarepresentacin precisa de la superficie de la tierra. Para formar el ortomosaico el

drone tomar varias fotografas encimadas, encontrar puntos de referencia entre

ellos, y formar automticamente el ortomosaico a travs del software que la

mayora de los servicios drones ofrecen.

2.1 LA TECNOLOGA DE DRONE REEMPLAZAR LAS ESTACIONES TOTALES

Y RECIBIDORES GNSS.

En corto, no. La tecnologa de drone es una herramienta sumamente poderosa y

eficiente, pero no puede reemplazar una estacin total. En la imagen anterior,


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vemos que las curvas de nivel son muy densas y agradables a la vista. Si observas

cuidadosamente, sin embargo, vers que es incapaz de captar todos los detalles.

puente e1427306945967 Aplicaciones de Fotogrametra Area con Drones en la

Topografa fotogrametra area.

El puente, por ejemplo, no puede ser captado correctamente por la forma de la

estructura. El avin no puede volar por debajo del puente, voltearse 180 grados y

captar todas las columnas y partes bajas del puente. Un hexacoptero s pudiera

realizar este trabajo, pero an as se necesitan puntos de control para poder

referenciar las imgenes.


Hay muchas configuraciones de drone que son tiles para ciertos trabajos, pero

sera excesivo por ejemplo ejecutar un vuelo para un levantamiento pequeo ya que

los archivos que genera el vuelo son innecesariamente densos en informacin. Un

drone tampoco es eficiente para ubicar detalles como cunetas de agua, tomas, etc.

Todo levantamiento drone lleva su correspondiente apoyo terrestre, y es ah cuando

un topgrafo se suplementa con estaciones totales, recibidores GNSS y otras


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herramientas a su alcance. En el caso de las imgenes anteriores, se suplement

el levantamiento del terreno natural con el uso de una estacin total para generar el

puente

3. USOS DEL DRONE

3.1 LOS DRONES EN GIS

El uso de drones tiene varias aplicaciones relacionadas con los Sistemas de

Informacin Geogrfica. Y es una de las tendencias de futuro en el sector GIS.

Con estos vehculos es fcil obtener imgenes de alta resolucin con tecnologa

LIDAR.

Mediante el uso de drones obtenemos lo siguiente: Las nubes de puntos muestreadas son comprimidas en formato LAS (.laz)

y/o en formato ASCII (.asc).

Un DSM (Modelo Digital de Superficie).

Ortomosaico (normalmente en formato GeoTIFF).

3.1.1 USO DE DRONES EN GIS EN TOPOGRAFA

Con los datos obtenidos a partir de los sensores se pueden crear mapas catastrales

mediante la digitalizacin de las ortofotografas georeferenciada. Esta tarea se

puede realizar con AutoCAD, ArcGIS o cualquier cliente SIG.

FIG 7 http://mappinggis.com/2014/09/ejemplos-de-uso-de-drones-en-gis/
http://mappinggis.com/2014/09/ejemplos-de-uso-de-drones-en-gis/http://mappinggis.com/2014/09/ejemplos-de-uso-de-drones-en-gis/


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Para realizar este tipo de trabajos se necesita lo siguiente:

Un drone

Sistema de WayPoints para pre programar el vuelo

Gimball para cmara (3 ejes de preferencia)

Cmara de 6MP o superior (1012 MP recomendados) con GPS incluido.

El Drone se debe pre programar con WayPoints, para hacer un barrido paralelo del

terreno, la cmara deber de ir tomando fotografas en time-lapse y se deber

activar la funcin de etiquetar las fotos con la posicin GPS. En caso de no contar

con una cmara con GPS, las fotografas debern ser etiquetadas manualmente,

sacando el log de navegacin o armando una solucin ms rebuscada, que

consistira en comprar sistemas externos que etiqueten las fotografas, cuando sean

tomadas por la cmara.

En seguida te dejo un video realizado por los chicos Aibotix, donde se puede

observar a detalle el proceso para realizar los mapeos del terreno.

3.2 LIDAR Y DRONES

La fotogrametra con Drones se ha convertido en una herramienta rpida para

obtener datos de campo, aunque lamentablemente se ha tratado de desplazar la

mano de obra humana afirmando que estos equipos pueden reemplazar a los

topgrafos de campo, tal vez en un futuro cercano se logre, pero por lo pronto se hademostrado que aunque esta tcnica arroja resultados relativamente buenos, an

no se ha logrado precisiones superiores a los 20cm en condiciones ideales,


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agregando a esto la precisin en coordenadas (Z) de los sistemas GPS que

actualmente no es tan alta como en (X,Y).

FIG.8 http://fcaglp.unlp.edu.ar/referenciacion/index.php/Imagen:Posicionamiento_1.png

Se utiliza comnmente Drones para trabajos de ingeniera que requieran

precisiones aceptables para hacer estudios preliminares para ejecucin de

proyectos de infraestructura que por accidentes geogrficos y longitud considerable

sean de difcil acceso y requieran bastante mano de obra de Topografa

convencional para relevar superficies y detalles, teniendo en cuenta que estos

estudios pueden cambiar en bsqueda de alternativas y trazados, los Drones son

herramientas que aceleran bastante algunos procesos, despus de los Drones ennivel de jerarqua estn los aviones tripulados con sistemas lidar que por su

tamao tienen mayor estabilidad y mejor control, adems se le puede adaptar ms

accesorios que complementen las herramientas para hacer que la toma de datos

sea ms intuitiva y precisa, all se combinan varios dispositivos como radar, laser

scanners, cmaras entre otros ms.

Se le denomina LIDAR al sistema Laser aerotransportado o terrestre que se utiliza

para la obtencin de informacin de posicin y altura de los elementos.


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FIG. 9 http://mundogeo.com/blog/2000/01/01/sistemas-laser-aerotransportados-la-revolucion-de-

modelos-digitales/

Este sistema opera en la regin visible, ultravioleta o infra roja del espectro

electromagntico. Se emite un pulso lser y el tiempo que tarda dicho pulso en llegar

a la superficie topogrfica y volver al avin multiplicada por la velocidad del rayo

genera una distancia la cual se usa para poder referenciar el punto que se ha

medido en el terreno.

FIG 8

FIG. 10 http://mundogeo.com/blog/2000/01/01/sistemas-laser-aerotransportados-la-revolucion-de-

modelos-digitales


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3.3 USO DE DRONES PARA LA ACTUALIZACIN CARTOGRFICA

Cuando necesitamos actualizar la cartografa a escalas de gran detalle para la

planificacin urbana para el seguimiento de obras, siempre podemos contar convuelos areos o imgenes de satlite de alta resolucin.

FIG.11 http://fotogrametriapractica.blogspot.com.co/2015/03/uso-de-drones-para-la-actualizacion.html

Hasta ahora las alternativas disponibles se centraban en imgenes de satlite de

alta resolucin y vuelos fotogramtricos. Sin embargo con el desarrollo de

tecnologas que mejoraron significativamente las caractersticas de navegacin de

drones, su versatilidad en cuanto a instalar dispositivos de captura de imgenes y

su precio relativamente econmico, contamos con otra alternativa que nos permite

realizar cartografa con unas excelentes prestaciones en cuanto a escala y

periodicidad de adquisicin y viene a complementar un rango de escalas no

habituales para el rea de la fotogrametra aunque colindantes ya con las utilizadas

en el rea de la topografa clsica.

En cuanto a la utilizacin de los drones, de manera general existen dos alternativas

para el uso de dispositivos de captura; en primer lugar drones con cmaras


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incorporadas y en segundo lugar, aquellos que ofrecen la posibilidad de instalar

cmaras de gran formato. En el primer caso las cmaras disponen de una resolucin

media y un sistema ptico orientado a usos deportivos de focal pequea como las

GoPro y formato pequeo, mientras que en el segundo caso podemos utilizarcmaras de gran formato de hasta 36 megapxeles y una ptica profesional de

lentes intercambiables que nos permiten la seleccin de una focal adecuada. En

ambos casos tendremos que considerar una calibracin rigurosa de la cmara antes

de cada vuelo.

Al momento de seleccionar altura de vuelo, focal, tamao de pxel y escala de toma,

tenemos que considerar, como se ilustra en los siguientes grficos, sus relacionesentre ellos para luego poder definir rea a cubrir por cada toma, solape, intervalo de

toma, rendimientos, etc.

FIG.12http://fotogrametriapractica.blogspot.com.co/2015/03/uso-de-drones-para-la-actualizacion.html


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3.4 OTROS USOS DEL DRONE

3.4.1 DRONE PARA USO MILITAR:

Un DRONE militar tiene una autonoma en vuelo de hasta 82 horas sin necesidad

de parar a re abastecerse, en cambio algunos sistemas ms bsicos pueden durar

solo 15 minutos.

Curiosamente se ha implementado el uso de DRONES para entrega de paquetes

en edificios y casas, estas ideas han convertido a este dispositivo en uno de los ms

apetecidos por los jvenes como juguete y por entusiastas que le han ido

encontrando misiones inslitas.

FIG 13http://www.luigikeynes.com/posts/9443/rusia-crea-drones-de-ataque-de-varias-toneladas.html

Por el momento el espacio areo est muy despejado para que se pueda utilizar

estos artefactos, pero en el caso de los ms grandes, se requiere un permiso de la

autoridad area de cada pas y zona para poder utilizar estos sorprendentes

equipos.


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3.4.2 DRONE UTILIZADO POR LA POLICIA PARA FINES DE INVESTIGACION.

se est utilizando DRONES por ejemplo para hacer toma de imgenes de escenas

de crmenes, persecucin y seguimiento de delincuencia, tambin como pruebaspara colocar comparendos de trnsito a los usuarios de vehculos que cometan

infracciones.

FIG.14http://www.seguridadinternacional.es/?q=es/content/el-empleo-emergente-de-drones-con-fines-

policiales-en-la-uni%C3%B3n-europea-avances-y

El uso que se puede hacer de los drones es muy variado, por ello anlisis se va

centrar en analizar nicamente en el empleo de drones con fines de seguridad,

concretamente, para monitorizar sospechosos durante una investigacin policial.

Los drones se han popularizado entre los cuerpos de polica ya que es un sistema

de vigilancia menos visible que los aviones normales, y pueden permanecer en el

aire durante ms tiempo que estos ltimos. El presupuesto para la creacin y uso

de drones para la identificacin de criminales va aumentando vertiginosamente

cada ao. Los drones permiten as hacer fotografas areas con alta definicin, ya


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que estn provistos de potentes cmaras y sistemas de rastreo avanzados. An as,

su tecnologa y usos podran aumentar an ms en un futuro prximo. Las

aeronaves no tripuladas no slo sirven para captar y almacenar imgenes, sin

pueden llegar incluso a hackear redes de WiFi o a interceptar comunicacionesciviles. Igualmente, cada vez hay ms drones equipados con mecanismos de

reconocimiento facial y toma de imgenes trmicas que ayudan a los entes

policiales a detectar criminales. Estos sensores permiten monitorizar a los

sospechosos cada vez con mayor precisin

FIG.15 http://www.seguridadinternacional.es/?q=es/content/el-empleo-emergente-de-drones-con-fines-

policiales-en-la-uni%C3%B3n-europea-avances-y


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4. CONCLUSIONES

Esta tecnologa est siendo aplicada en variadas industrias, en un rpido

proceso de maduracin.

Su uso permitir una mejora en los procesos de control, minimizando costos

Asociados a la operacin

La evolucin de los drones ha sido posible gracias a la expansin de estos

en el rea militar, es as que fueron creados con propsitos blicos y de

autodefensa no obstante tuvo un gran avance y trascendencia la Segunda

Guerra Mundial, los drones tuvieron una una expansin tecnolgica

Los vehculos areos no tripulados como los DRONES permiten llevar a cabo

trabajos que hasta hace poco tiempo slo era posible realizar con medios

tradicionales muy costosos (topografas tradicional o topografa area). Con

la introduccin de los drones es posible aumentar la la productividad, con

costos mucho menores de tiempo y dinero

Los topgrafos tradicionales tambin pueden complementar su trabajo con

un modelo topogrfico generado por un dron. Se puede generar este modelo

al principio del proyecto, obteniendo una escena 3D realista que se integra

sin problemas en herramientas de software estndar como ArcGIS o Revit.

Una vez obtenido este primer modelo, el desarrollo de la obra puede medirse

con estaciones tradicionales e incorporarse al primer escenario 3D, haciendo

las medidas ms comprensibles para los usuarios finales.


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5. BIBLIOGRAFIA

NORMA UTILIZADA, American Psychological Association. Publication

Manual of the American Psychological Association (Fifth Edition).

Washington, DC: American Psychological Association, 2001.

Una pgina web.

http://mappinggis.com/2014/09/ejemplos-de-uso-de-drones-en-gis/

Una pgina web:http://fotogrametriapractica.blogspot.com.co/2015/03/uso-de-drones-para-

la-actualizacion.html

tecnología drone en levantamientos topográficos

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