vuelo fotogramÉtrico y lidar para proyecto de …

VUELO FOTOGRAMÉTRICO Y LIDAR

PARA PROYECTO DE CARRETERA

- Este documento es solo un extracto del contenido del proyecto-

- Resumen publicado por web AEROLASER -

MARZO 2010

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Aerolaser System S.L. Avenida José Mesa y López nº45, Local D4, 35010 Las Palmas de Gran Canaria.

Telf. +34 928261451, Fax: +34 928227516.

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Aerolaser System S.L.

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1. ANTECEDENTES Y ÁMBITO DE TRABAJO

La empresa GEOCAM INGENIERIA LTDA solicita la realización de un vuelo GNSS-INS con cámara

digital y sensor láser para proyecto de traza de carretera en Santa Marta, Colombia. Consiste en

vuelo fotogramétrico y LIDAR de 45 km de traza. Como productos finales resultan MDT, ortofoto

de 10 cm y cartografía de restitución a escala 1:1000.

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Aerolaser System S.L. Avenida José Mesa y López nº45, Local D4, 35010 Las Palmas de Gran Canaria. Telf. +34 928261451, Fax: +34 928227516.


Fig. 1: Situación general. Colombia


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2. MEDIOS TÉCNICOS Y MATERIALES

2.1. Sistema AEROLASER

AEROLASER es un sensor aerotransportado que permite la navegación inercial y la toma de

fotografías aéreas y puntos láser por barrido. Además se le puede añadir una cámara térmica y

otra de vídeo. Su esquema es el siguiente:

Este sistema esta compuesto por varios equipos de diferentes fabricantes, pero su integración es

parte de un proyecto I+D desarrollado por AEROLASER SYSTEM S.L.

El sistema se compone de los siguientes elementos:

Equipo Marca y modelo FinalidadEscáner láser RIEGL LMS-Q240i-60 Obtención de MDT alta resoluciónSensor Movimiento IMU iMAR iIMU-FSAS-SI Medida de giros y aceleraciones

en los tres ejes de coordenadas

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V

/

/

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8v

vv

v

v

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Cámara fotográficadigital

Hasselblad H3D 39 Fotografía aérea digital de altaresolución

Cámara térmica NEC TH 9260 Imagen térmica de altaresolución

Cámara de vídeo SONY HDR-SR11E Película de vídeoGPS Leica 1200 (GX1230) Posicionamiento geográfico

preciso en modo diferencialUnidad estampadora AEROLASER UET Añade tiempo GPS a

observaciones IMU. Control decámara

Unidad de potencia ycontrol

AEROLASER UPC Duplicador PPS y alimentación deequipos cc

PC y programas WINMATE/ITAC Planificación y control de vuelo,almacenamiento de datos ycálculo

Periféricos: pantallas WINMATE/XERAC Control PC y navegación pilotoEstructura montajeavión

HELIPOD Aerotransporte del sistema

Todo el sistema se monta en el interior de una caja certificada para el uso en helicópteros. La

antena GPS se instala en la cola del helicóptero, para una mejor recepción de la señal de los

satélites.

La caja dispone de una puerta electrónica que se puede abrir y cerrar desde la cabina del

helicóptero mediante un mando de diseño específico para AEROLASER. Esta puerta se emplea

para evitar el polvo y los posibles impactos de pequeñas piedras durante las maniobras de

despegue y aterrizaje de la aeronave.

2.1.1. Unidad de Potencia y Control (UPC)

Esta unidad está desarrollada por AEROLASER y sus funciones son:

• Alimentación eléctrica de equipos.

• Duplicador de señal PPS.

• Encendido/apagado de cámara.

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Alimentación 24 V ImageBank con retardo Control ON/OFF cámaraH3D por UET

Alimentación 7,2 V cámara H3D

Alimentación 24 V escáner láser

Entrada 24 V batería /avión

Alimentación 24 V IMU

Alimentación 24 V cámara térmica


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2.1.2. Unidad Estampadora de Tiempos (UET)

Esta unidad desarrollada por AEROLASER tiene las siguientes funciones principales:

• Interface con la IMU: Configuración IMU e introducción de tiempos en los datos de la

misma.

• Disparo de cámara a intervalos configurados.

2.1.3. Unidad de Medida Inercial (IMU)

La unidad de medida inercial es de la casa iMAR, modelo iIMU-FSAS-SI, y posee giróscopos

multiplexados de fibra óptica y servo acelerómetros.

El instrumento mide los incrementos angulares de rotación y de velocidad (aceleraciones) de tres

ejes ortogonales fijos a su cuerpo. Las señales de salida son digitales, proporcionales a los

incrementos de ángulos y velocidades de dichos ejes. Las señales se entregan a petición (triggered

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Salida PPS UET

Entrada PPS desde puerto PPS GX 1230

Salida PPS láser

Alimentación /Datos: USB al PC

Evento de disparo de cámara al GPS -E1

HDLC a la IMU PPS de entrada desde UPC PPS -out

Mensaje NEMEA desde GPS-P3

Orden disparo HSB a Remote release cord portde la cámara HB

A UPC-ctr

A flash externo cámara


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mode) mediante una interface serie con estándar HDLC.

Los ejes del sensor constituyen un sistema de coordenadas ortogonal a derechas.

Medidaangular

Aceleración

Rango del sensor ± 500 º/s ± 5 g

Deriva (σ) < 0,75 º/hr 1 mg

Resolución 0,1 arcsec/LSB 0,05 / 215m/s/LSB

Error de escala < 0,03% < 0,04%

Angular Random Walk 0,16º/√hr 50 µG/√Hz

Desalineamiento deejes

< 0,15 mrad

Frecuencia de datos 0 – 500 Hz (provocadaexternamente)

Peso 1.870 gr

Medidas 116 x 128 x 98 mm

2.1.4. GNSS

El posicionamiento preciso del sistema AEROLASER se consigue con dos GPS, uno de ellos

embarcado en la aeronave, llamado móvil, y el otro en tierra, llamado base. El móvil está dotado

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de puerto PPS y permite la navegación de la aeronave según el plan de vuelo preparado. El cálculo

para los productos derivados se hace en pos proceso junto con las observaciones de la estación

fija en tierra y los datos de la IMU.

El equipamiento GPS está compuesto de los siguientes elementos:

• GX1230 GG: Receptor GPS – GLONASS.

• AX1202 GG: Antena.

• GFU14-1 Satelline 3AS radio módem.

• Antena de radio Gainflex.

• RX1210T: Controlador (libreta) con pantalla táctil.

El receptor GX 1230 GG es un receptor de doble frecuencia con tecnología SmartTrack+.

L1 L2

GPS Fase portadora, códigoC/A

Fase portadora, código C (L2C) ycódigo P2

GLONASS

Fase portadora, códigoC/A

Fase portadora, código P2

Hace seguimiento continuo en 14 canales L1 y L2 (GPS), seguimiento continuo en 12 canales L1

y L2 (GLONASS). Dispone de 2 canales para seguimiento SBAS.

La utilización conjunta de las constelaciones NAVSTAR y GLONASS puede suponer una mejora

del 30% en la precisión.

Medida fasediferencial

Líneas baseEstático Cinemático

Horizontal Vertical Horizontal Vertical

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

Largas 3 mm + 0,5 ppm 6 mm + 1 ppm

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

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La precisión depende de varios factores, incluyendo el número de satélites rastreados, la

geometría de la constelación, el tiempo de observación, la precisión de las efemérides, las

perturbaciones ionosféricas, el efecto multitrayectoria y las ambigüedades resueltas.

Las siguientes precisiones, indicadas como error medio cuadrático, están basadas en mediciones

procesadas empleando LGO y en mediciones en tiempo real.

2.1.5. Cámara digital Hasselblad

La cámara es de la casa HASSELBLAD, modelo H3D-39. Es una cámara réflex digital (DSLR) de 48

mm y 39 megapíxeles, que va equipada con dos objetivos también HASSELBLAD: HC 3,5/35 y HC

3,5/50 de 35 y 50 mm de distancia focal, respectivamente. Las imágenes se graban en formato

comprimido sin pérdida 3FR (3F RAW) que obtiene una reducción del 33%, aproximadamente.

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Las características principales de la cámara son las siguientes:

Dimensiones delsensor

36,8 x 49,1 mm

Resolución del sensor 5.412 x 7.212 píxeles (39Mpíxeles)

Tamaño píxel 0,0068 mm

Tamaño imagen 3FR: 55 MB de mediaTIFF 8 bits: 111 MB

Profundidad de color 16 bits

Gama ISO 50, 100, 200, 400

Velocidad deobturación

De 32 seg a 1/800 seg

Velocidad de captura 2 seg (30 disparos/min)

Peso 2.175 g

Dimensiones externas 153 x 131 (ancho x alto sinobj.)

Filtro IR Montado en el sensor CCD

2.1.6. Escáner láser

La unidad láser utilizada es de la casa RIEGL, modelo 2D LASER SCANNER LMS-Q240(i). Utiliza el

principio de medida del tiempo de retorno de un pulso y un mecanismo de barrido opto mecánico,

consiguiendo líneas de barrido totalmente lineales, unidireccionales y paralelas.

La reflexión del rayo láser se lleva a cabo mediante un polígono rotatorio con tres caras reflectivas.

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Este rota de forma continua a la velocidad que se ajuste dentro de un ángulo de 60º. La

información obtenida de distancia, ángulo, amplitud de la señal y tiempo se transmite vía lan

ethernet a un PC.

Está preparado para aceptar el pulso de reloj de un GPS, generalmente a 1 pps. Este pulso reinicia

el reloj interno, sincronizando ambos aparatos.

Sus características principales son las siguientes:

Alcance:blancos naturales, ρ ≥ 20%:blancos naturales, ρ ≥ 80%:

320 m650 m

Alcance mínimo 2 m

Caras de espejo 4

Precisión medida 20 mm ± 20 ppm

Resolución medida 5 mm

Láser PRR (Pulse Repetition Rate) 30.000 Hz

Frecuencia efectiva de medida 10.000 Hz

Longitud de onda del láser Infrarrojo cercano

Divergencia del rayo 2,7 mrad

Rango barrido ± 30º. Total 60º

Frecuencia de barrido 6 a 80 líneas/seg

Variación del ángulo de barridoentre disparos láser

De 0,04º a 0,48º

Resolución angular 0,005º

Dimensiones 180 x 374 mm (diámetro xlargo)

El láser se configura a través de las órdenes que le envía un programa. Uno de los valores más

importantes es el de paso de ángulo que puede estar entre 0,04º y 0,48º. Hay que tener en

cuenta que la frecuencia de pulso es fija, 30 kHz, y que de la cara de cada espejo se aprovecha

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únicamente la tercera parte. Por lo tanto en cada barrido podemos tener entre 1.501 y 126 puntos

láser. Para los valores mínimo y máximo de paso de ángulo, el número de líneas está entre 6,7 y

80 por segundo. Cuanto menor es el incremento de ángulo, menor número de líneas. La

separación de los puntos en cada línea de barrido viene dada por la altura de vuelo. Así mismo, la

distancia entre líneas de barrido viene dada por la velocidad del avión.

2.1.7. PC

El PC es de tipo reforzado, con carcasa de aluminio y preparado para operar en condiciones

difíciles. Es de la marca WINMATE, modelo BOX PC I370 SB7-112.

Sus características principales son:

Característica Valor

Temperatura operativa 0º – 50º C

Humedad operativa 30% - 90%

Alimentación +12 V DC

Consumo 5 A

Procesador Intel Core 2 Duo, 1,6 Mhz

RAM 2 GB

Disco duro 160 GB

USB panel frontal 2

USB panel posterior (pp) 4

RJ-45 (pp) 2

PS/2 (pp) 2

RS-232 9p (pp) 3

RS-232/422/485 9p (pp) 1

VGA 25p (pp) 1

DVI-D (pp) 1

DC-IN Power Jack (pp) 1

Firewire (pp) 2

Las conexiones del PC son las siguientes:

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El control se lleva a cabo por medio de una pantalla táctil y además hay una pantalla auxiliar para

el piloto con los datos básicos de posicionamiento y altura mediante navegación GPS, ejes de

vuelo y rumbo, distancia y desplazamiento respecto a ellos. Todo ello por medio de la aplicación

AEROLASER.

Las dos pantallas son transflectivas, de forma que se asegura una visualización adecuada en todo

tipo de condiciones de luz. Además, la pantalla del técnico tiene control táctil, permitiendo el

manejo de la aplicación tocando sobre la misma.

Las características principales de las pantallas son:

Característica Técnico Piloto

Marca WINMATE XENARC

Modelo R15T600-CHC5 706TSA

Tamaño 15'' 7''

Alimentación 12 V

Resolución 1024 x 768 800 x 480

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2 Firewire

Control táctil pantalla técnico

Ethernet a láser

Vídeo pantalla piloto

Alimentación 12 V de UPC

Mensajes GPS del puerto P 2 Vídeo pantalla táctil técnico

USB de la UET

Ventilador


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2.1.8. Programa de control

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Pantalla para el técnico

de vuelo

Pantalla para el piloto


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El programa AEROLASER es una aplicación desarrollada por AEROLASER SYSTEM SL.

Esta aplicación es la responsable de integrar todos los componentes del sistema AEROLASER,

además de sincronizar, recopilar y almacenar los datos, así como mostrar la navegación y sus

derivas.

Entre sus principales funciones;

• Adquirir datos GPS Leica 1230 GG, y mostrar la navegación en tiempo real.

• Adquirir datos de IMU iMar, sincronizados por el PPS y servidos a través de la unidad

UET.

• Adquirir datos del escáner láser de RIELG, sincronizados sus datos a través del PPS.

• Adquirir datos de cámara Hasselblad, sincronizados sus datos a través de la UET.

Entre las principales utilidades dispone de:

• Panel de configuración.

• Descripción de las desviaciones de trayectoria.

• Estado de los distintos componentes.

• Plano de navegación.

• Perfil del terreno.

2.2. Plataforma Aérea

AEROLASER AIR , sistema aerotransportado de cartografía aérea sobre aeronave VULCANAIR OBSERVER o

sobre HELICÓPTERO ROBINSON 44.

Aviones seguros, estables, gran campo visual, ideales para observación y fotografía aérea.

Dos motores de 200 CV proporcionan gran estabilidad y seguridad en núcleos de población.

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3. Muestra de algunos de los resultados

* Ejemplo de ortofoto del proyecto de 0,10 m. de resolución.

* Ejemplo de puntos LIDAR del proyecto.

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Índice de contenido

1. ANTECEDENTES Y ÁMBITO DE TRABAJO....................................................................2

2. MEDIOS TÉCNICOS Y MATERIALES............................................................................3

2.1. Sistema AEROLASER.....................................................................................................3

2.1.1. Unidad de Potencia y Control (UPC)........................................................................4

2.1.2. Unidad Estampadora de Tiempos (UET)..................................................................6

2.1.3. Unidad de Medida Inercial (IMU)............................................................................6

2.1.4. GNSS....................................................................................................................7

2.1.5. Cámara digital Hasselblad......................................................................................9

2.1.6. Escáner láser.......................................................................................................10

2.1.7. PC......................................................................................................................12

2.1.8. Programa de control............................................................................................14

2.2. Plataforma Aérea........................................................................................................15

3. Muestra de algunos de los resultados ......................................................................16

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vuelo fotogramÉtrico y lidar para proyecto de …

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