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LIDAR: Ventajas y Desventajas

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JOSE ESPEJO VASQUEZ
JOSE ESPEJO VASQUEZ

El documento compara diferentes métodos de levantamiento topográfico y describe las ventajas de usar lidar. Lidar permite obtener datos topográficos de manera más rápida y económica que otros métodos, debido a su capacidad única de ofrecer rapidez, exactitud y gran cantidad de información. Aunque lidar no es la mejor opción para todos los proyectos, puede ser muy útil cuando se necesitan grandes cantidades de datos topográficos sujetos a restricciones presupuestarias y de tiempo.

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El tiempo está corriendo. Usted necesita datos topográficos exactos pero el presupuesto no da para ejecutar un levantamiento topográfico tradicional en el tiempo que queda. ¿Cómo conseguir la información requerida con los fondos y tiempo disponibles? Lidar es una tecnología recién con muchas aplicaciones. La aceptación y demanda crecen al nivel mundial en diversos sectores como las empresas de servicios públicos, de ingeniería y de recursos naturales. El lidar aerotransportado se compara favorablemente con varias tecnologías competidoras / complementarias, ante todo debido a su exactitud, cualidad de sensor activo y capacidad de penetrar entre el follage. ¿Que es Lidar? Aunque lidar se utiliza mayormente para levantamientos topográficos, las aplicaciones en sectores como la silvicultura y el monitoreo de líneas de transmisión eléctrica lo hace más versátil que otras técnicas. Los sistemas de lidar pueden proveer información extensa sobre la vegetación y otros elementos sobre el suelo además de “ver”debajo de la vegetación para modelar el terreno. No es siempre posible penetrar hasta el suelo pero lidar es más efectivo en este aspecto que la fotogrametría. Modelo digital de terreno (DTM) coloreado por elevación demonstrando los detalles del suelo. Vista en planta Artículo Técnico Christopher Beasy Especialista en LiDAR Ahora, lidar permite la adquisición de datos topográficos y la creación de mapas y modelos de terreno más rapida- mente y económicamente para muchos projectos. Existen tres razones principales para este crecimiento: rapidez, exactitud y detalle (cantidad de información). Ningún otro método de levantamiento topográfico ofrece estos tres aspectos tanto como lidar. Los métodos fotogramétricos y de levantamiento terrestre a menudo proveen mayor exactitud pero difícilmente mantienen la competitividad en términos de costo, tiempo y detalle. Se puede generar de puntos lidar un modelo digital de terreno (DTM) con una exactitud vertical alrededor de 30 cm varios días después de adquisición. En cambio, los otros métodos requiren de semanas para colectar una fracción de los datos de elevación que puede proveer lidar. www.eaglemapping.com Lidar funciona a través de pulsos de energía láser. Es la integración de tres tecnologías distintas: la telemetría láser, el sistema de posicionamiento global (GPS) y la medición de movimiento inercial (IMU). A la vez que el avión o helicóptero vuela por el aire, el láser emite miles de pulsos de energía por segundo hacia la tierra,creando una franja densa de puntos 3D. Para calcular la Modelo digital de terreno (DTM) coloreado por elevación. Vista isométrica ¿Cómo Funciona Lidar? Mapas Topográficos de LiDAR: Alta Exactitud y Rapidez ¿Programación - Calidad - Precio? Una perspectiva sobre la adquisición de datos geo-espaciales exactos y económicos para aplicaciones industriales y científicos Maune, D. p. 24, Digital Elevation Model Technologies & Applications: The DEM Users Manual, 2nd Edición, ASPRS ¿Cuál de éstos es más importante para su proyecto?
Una combinación de rapidez, detalle y exactitud sin iqual El siguiente componente es el GPS, lo cual aprovisiona el posicionamiento en el mundo. Un equipo GPS en la aeronave recibe y registra datos de un conjunto de satélites que giran alrededor de la Tierra. Con un mínimo de cuatro satélites, se puede determinar la posición del láser. Se establecen una o más bases terrestres de GPS sobre puntos de referencia dentro o cerca del área de interés. Estas bases proveen correcciones para el GPS aéreo. Se combinan los datos de GPS terrestre y aéreo después para crear GPS diferencial, lo cual puede mejorar la exactitud de metros a centímetros. El propósito principal de cualquier tecnología de levantamiento topográfico es modelar la superficie de la Tierra. Lidar lo hace con una combinación de rapidez, detalle y exactitud sin iqual. Como veremos, es posible realizar economías de dinero y tiempo, también, lo que hace de lidar una opción que vale la pena considerar. Ventajas y Desventajas Ventajas 1. Entrega Rápida Plazos de entrega muy cortos son posibles con lidar puesto que se trata de un sistema aerotransportado capaz de adquirir datos sobre cientos de kilómetros cuadrados por día. El procesamiento pos-adquisición es relativamente corto, tomando mucho menos tiempo que la compilación fotogramétrica tradicional. Cada punto lidar cuenta con sus propias coordenadas XYZ en el mundo. Una vez calibrados, los puntos se clasifican para separar los datos vueltos que corresponden al suelo de los demás. Inmediatamente después de la clasificación, se pueden crear modelos del terreno. Esta rapidez de entrega puede resultar en economías aparte de aquellas asociadas con el uso de lidar para volar áreas extensas. En el 2002,investigadores de la Universidad Iowa State1 en los EE.UU estimaron que economías de 11 meses y 250,000 $EE.UU eran alcanzables para un proyecto de carretera de 74 km al utilizar lidar para los estudios preliminares de ubicación. Desde entonces, la tecnología mejorada y las técnicas nuevas han llevado a la aceptación de lidar para la ingeniería sin perder las economías de dinero y tiempo. 2. Cantidad de Información Los conjuntos de datos lidar tienden a contener mucho detalle por la cantidad enorme de puntos. Densidades superiores a 1/m2 son comunes en terreno abierto. Esto significa que lidar puede proveer más de un millón de puntos en un kilómetro cuadrado. En contraste, es típico compilar 20.000 puntos por kilómetro cuadrado fotogra- métricamente (escala 1:1000). distancia, el sistema mide el tiempo que toma cada pulso en viajar del sensor al blanco y volver, multiplica este tiempo por la velocidad de luz y divide el resultado por dos. El ángulo de escaneado también se registra. Dado que ninguna aeronave está completamente estable y nivelada en el aire, se necesita una manera de medir la orientación del láser en el momento en que se dispara cada pulso de luz. El equipo IMU da esta información. Mide el balanceo, cabeceo y viraje del avión o helicóptero y, por lo tanto, el sensor mientras vuelan. Después del vuelo, estas correcciones angulares se combinan con la información de posicionamiento de GPS y luego con la telemetría y ángulos de escaneado del sensor. Software especializado calcula las coordenadas XYZ de cada dato vuelto. Así, lidar es la integración de tres tecnologías avanzadas que hace levantamientos topográficos rápidos con exactitud superior. 3. Usos Múltiples Adicional a la creación de DTM, los datos lidar tienen otros usos porque los pulsos láser serán reflejados por casi cualquier objeto. Como consecuencia, habrán puntos que correspondan a la vegetación, edificios y otros objectos. Los puntos que corresponden a los objectos sobre el suelo se pueden usar para modelar los bosques, los edificios y otros elementos antropogénicos. Por ejemplo, en los EE.UU, FEMA aprobó el uso de lidar para levantamientos de obstucciones aeroportuarias. Un número creciente de empresas han acudido a esta técnica porque la exactitud es suficiente, las interrupciones a las operaciones de aviación están minimizadas y el análisis se puede entregar al cliente en menos tiempo. ¿Es lidar la única opción hoy en día? No, lidar tiene ventajas y limitaciones iqual que cualquier otra tecnología. Para determinar cuál opción más conviene a un proyecto particular, hay que evaluar las necesidades y restricciones, tales como tiempo y costo, junto con el razonamiento para usar datos geo-espaciales. 1 Veneziano, D. et. al. Comparison of LiDAR and Conventional Mapping Methods for Highway Corridor Studies, Centre for Transportation Research & Education. 2
Alcanzar la máxima economía, rendimiento y efectividad al seleccionar el mejor método Lidar ofrece el beneficio importante de no requerir acceso directo por tierra al área de interés. Este hecho resulta en ventajas tanto de seguridad como de costo en las zonas inaccesibles o de mucho tránsito. Se pueden superar muchas de las desventajas de lidar al combinarlo con la fotogrametría, explotando los beneficios de ambos métodos. La extracción de la planimetría es mucho más fácil y exacta porque el operador de fotogrametría sigue los elementos visibles. Los operadores pueden compilar con gran exactitud las líneas de ruptura donde existen cambios topográficos abruptos. En EE.UU, FEMA requiere la adición de líneas de ruptura a los DTM de lidar para los productos de alta exactitud que ellos usan para los estudios hidráulicos. De esta manera, benefician de la rapidez y detalle de lidar y también de la calidad planimétrica y de drenaje de la fotogrametría. 4. Acceso Por Tierra Mínimo Lidar puede adquirir simultáneamente información del piso y dosel del bosque. Cada pulso emitido puede producir varios datos vueltos. Mientras un pulso viaja hacia la tierra, una porción de la energia contenida ahí adentro puede ser reflejada por un árbol al sensor. La energía restante sigue su rumbo y parte puede ser reflejada por el árbol, un arbusto o por el suelo. 5. Penetración de la Vegetación Desventajas Pese a estas ventajas y beneficios importantes, lidar no es siempre la mejor opción. Si los plazos de un proyecto no son cortos, es dudoso que lidar sea efectivo en términos de costo para un área pequeña. La mayor parte del costo de un levantamiento lidar se incurre en las etapas iniciales; la movilización del sistema y la adquisición son más costosas en comparación con la fotografía aérea. Debido a que las economías monetarias de lidar se realizan principalmente en la etapa pos-adquisición, el área de interés tiene que ser lo suficientemente extensa para que las economías de escala tomen efecto. 1. Costo Para Proyectos Pequeños elementos de terreno como los ríos y las crestas con lidar. Las inexactitudes resultantes, a su vez, pueden suavizar lo que serán elementos de terreno abruptos en muchos casos. Puede que esto sea problemático, dependiendo de la aplicación. Lo cierto es que sí cuando la representación exacta del drenaje es importante. Los edificios, calles, postes etc. comprenden los elementos planimétricos. Por la misma razón expuesta en No. 3, es difícil extraer estos elementos con mucha exactitud con lidar. 4. Elementos Planimétricos Combinando los Fuertes Lidar es una tecnología de topografía de gran valor; sin embargo, como herramienta autónoma, no es la solución óptima para todo proyecto. Únicamente cuando se emplea apropiadamente, se pueden realizar los beneficios de rapidez, exactitud, detalle y economía. Un especialista de topografía experimentado puede proveer la asesoría que necesita la mayoría de los gerentes, ingenieros etc. para alcanzar la máxima economía, rendimiento y efectividad al seleccionar el mejor método (o combinación de métodos) para un proyecto específico. Aplicaciones Comunes Como tecnología digital de topografía, lidar se emplea principalmente para crear los DTM, igual que los fotogrametristas emplean las fotos aéreas De los DTM, se puede generar curvas de nivel, ortorectificar las fotos aéreas y modelar las inundaciones. Los DSM, que son modelos de terreno que incluyen los elementos en la superficie como los bosques y edificios, también se pueden crear de lidar ya que los sensores lidar capturan casi todo sin costo adicional. Por esta razón, lidar se presta para los análisis de línea de mira; captura los elementos superficiales que pueden interferir con las señales de radio y otras cosas que dependen de una línea de mira despejada. 1) Más Allá de los DTM Para las aplicaciones que exigen mucha exactitud, las técnicas fotogramétrica y de levantamiento terrestre pueden ser preferibles a lidar sólo. Las aplicaciones de diseño a menudo requieren de curvas de nivel de 50 cm o menos y de los DTM equivalentes. Lidar puede proveer tales exactitudes en terreno plano pero la exactitud será menor en las pendientes. 2. Pendientes Datos vueltos múltiples a través de los árboles 3 Los datos lidar son puntos ubicados al azar en el terreno,no inteligentemente. Ya que no hay manera de colocar los puntos a lo largo de orillas y bordes, es difícil extraer 3. Flujo de Agua
Si usted necesita datos geo-espaciales de alta calidad pero tiene restricciones de tiempo y costo, una conversación con un experto puede servirle bien. 2) Debajo de la Vegetacion 3) Cálculos Volumétricos y Detección de Cambio 4) Mapas de Rutas y Trazados 5) Visualización 3D Conclusión Para mayor información:

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  • 1. El tiempo está corriendo. Usted necesita datos topográficos exactos pero el presupuesto no da para ejecutar un levantamiento topográfico tradicional en el tiempo que queda. ¿Cómo conseguir la información requerida con los fondos y tiempo disponibles? Lidar es una tecnología recién con muchas aplicaciones. La aceptación y demanda crecen al nivel mundial en diversos sectores como las empresas de servicios públicos, de ingeniería y de recursos naturales. El lidar aerotransportado se compara favorablemente con varias tecnologías competidoras / complementarias, ante todo debido a su exactitud, cualidad de sensor activo y capacidad de penetrar entre el follage. ¿Que es Lidar? Aunque lidar se utiliza mayormente para levantamientos topográficos, las aplicaciones en sectores como la silvicultura y el monitoreo de líneas de transmisión eléctrica lo hace más versátil que otras técnicas. Los sistemas de lidar pueden proveer información extensa sobre la vegetación y otros elementos sobre el suelo además de “ver”debajo de la vegetación para modelar el terreno. No es siempre posible penetrar hasta el suelo pero lidar es más efectivo en este aspecto que la fotogrametría. Modelo digital de terreno (DTM) coloreado por elevación demonstrando los detalles del suelo. Vista en planta Artículo Técnico Christopher Beasy Especialista en LiDAR Ahora, lidar permite la adquisición de datos topográficos y la creación de mapas y modelos de terreno más rapida- mente y económicamente para muchos projectos. Existen tres razones principales para este crecimiento: rapidez, exactitud y detalle (cantidad de información). Ningún otro método de levantamiento topográfico ofrece estos tres aspectos tanto como lidar. Los métodos fotogramétricos y de levantamiento terrestre a menudo proveen mayor exactitud pero difícilmente mantienen la competitividad en términos de costo, tiempo y detalle. Se puede generar de puntos lidar un modelo digital de terreno (DTM) con una exactitud vertical alrededor de 30 cm varios días después de adquisición. En cambio, los otros métodos requiren de semanas para colectar una fracción de los datos de elevación que puede proveer lidar. www.eaglemapping.com Lidar funciona a través de pulsos de energía láser. Es la integración de tres tecnologías distintas: la telemetría láser, el sistema de posicionamiento global (GPS) y la medición de movimiento inercial (IMU). A la vez que el avión o helicóptero vuela por el aire, el láser emite miles de pulsos de energía por segundo hacia la tierra,creando una franja densa de puntos 3D. Para calcular la Modelo digital de terreno (DTM) coloreado por elevación. Vista isométrica ¿Cómo Funciona Lidar? Mapas Topográficos de LiDAR: Alta Exactitud y Rapidez ¿Programación - Calidad - Precio? Una perspectiva sobre la adquisición de datos geo-espaciales exactos y económicos para aplicaciones industriales y científicos Maune, D. p. 24, Digital Elevation Model Technologies & Applications: The DEM Users Manual, 2nd Edición, ASPRS ¿Cuál de éstos es más importante para su proyecto?
  • 2. Una combinación de rapidez, detalle y exactitud sin iqual El siguiente componente es el GPS, lo cual aprovisiona el posicionamiento en el mundo. Un equipo GPS en la aeronave recibe y registra datos de un conjunto de satélites que giran alrededor de la Tierra. Con un mínimo de cuatro satélites, se puede determinar la posición del láser. Se establecen una o más bases terrestres de GPS sobre puntos de referencia dentro o cerca del área de interés. Estas bases proveen correcciones para el GPS aéreo. Se combinan los datos de GPS terrestre y aéreo después para crear GPS diferencial, lo cual puede mejorar la exactitud de metros a centímetros. El propósito principal de cualquier tecnología de levantamiento topográfico es modelar la superficie de la Tierra. Lidar lo hace con una combinación de rapidez, detalle y exactitud sin iqual. Como veremos, es posible realizar economías de dinero y tiempo, también, lo que hace de lidar una opción que vale la pena considerar. Ventajas y Desventajas Ventajas 1. Entrega Rápida Plazos de entrega muy cortos son posibles con lidar puesto que se trata de un sistema aerotransportado capaz de adquirir datos sobre cientos de kilómetros cuadrados por día. El procesamiento pos-adquisición es relativamente corto, tomando mucho menos tiempo que la compilación fotogramétrica tradicional. Cada punto lidar cuenta con sus propias coordenadas XYZ en el mundo. Una vez calibrados, los puntos se clasifican para separar los datos vueltos que corresponden al suelo de los demás. Inmediatamente después de la clasificación, se pueden crear modelos del terreno. Esta rapidez de entrega puede resultar en economías aparte de aquellas asociadas con el uso de lidar para volar áreas extensas. En el 2002,investigadores de la Universidad Iowa State1 en los EE.UU estimaron que economías de 11 meses y 250,000 $EE.UU eran alcanzables para un proyecto de carretera de 74 km al utilizar lidar para los estudios preliminares de ubicación. Desde entonces, la tecnología mejorada y las técnicas nuevas han llevado a la aceptación de lidar para la ingeniería sin perder las economías de dinero y tiempo. 2. Cantidad de Información Los conjuntos de datos lidar tienden a contener mucho detalle por la cantidad enorme de puntos. Densidades superiores a 1/m2 son comunes en terreno abierto. Esto significa que lidar puede proveer más de un millón de puntos en un kilómetro cuadrado. En contraste, es típico compilar 20.000 puntos por kilómetro cuadrado fotogra- métricamente (escala 1:1000). distancia, el sistema mide el tiempo que toma cada pulso en viajar del sensor al blanco y volver, multiplica este tiempo por la velocidad de luz y divide el resultado por dos. El ángulo de escaneado también se registra. Dado que ninguna aeronave está completamente estable y nivelada en el aire, se necesita una manera de medir la orientación del láser en el momento en que se dispara cada pulso de luz. El equipo IMU da esta información. Mide el balanceo, cabeceo y viraje del avión o helicóptero y, por lo tanto, el sensor mientras vuelan. Después del vuelo, estas correcciones angulares se combinan con la información de posicionamiento de GPS y luego con la telemetría y ángulos de escaneado del sensor. Software especializado calcula las coordenadas XYZ de cada dato vuelto. Así, lidar es la integración de tres tecnologías avanzadas que hace levantamientos topográficos rápidos con exactitud superior. 3. Usos Múltiples Adicional a la creación de DTM, los datos lidar tienen otros usos porque los pulsos láser serán reflejados por casi cualquier objeto. Como consecuencia, habrán puntos que correspondan a la vegetación, edificios y otros objectos. Los puntos que corresponden a los objectos sobre el suelo se pueden usar para modelar los bosques, los edificios y otros elementos antropogénicos. Por ejemplo, en los EE.UU, FEMA aprobó el uso de lidar para levantamientos de obstucciones aeroportuarias. Un número creciente de empresas han acudido a esta técnica porque la exactitud es suficiente, las interrupciones a las operaciones de aviación están minimizadas y el análisis se puede entregar al cliente en menos tiempo. ¿Es lidar la única opción hoy en día? No, lidar tiene ventajas y limitaciones iqual que cualquier otra tecnología. Para determinar cuál opción más conviene a un proyecto particular, hay que evaluar las necesidades y restricciones, tales como tiempo y costo, junto con el razonamiento para usar datos geo-espaciales. 1 Veneziano, D. et. al. Comparison of LiDAR and Conventional Mapping Methods for Highway Corridor Studies, Centre for Transportation Research & Education. 2
  • 3. Alcanzar la máxima economía, rendimiento y efectividad al seleccionar el mejor método Lidar ofrece el beneficio importante de no requerir acceso directo por tierra al área de interés. Este hecho resulta en ventajas tanto de seguridad como de costo en las zonas inaccesibles o de mucho tránsito. Se pueden superar muchas de las desventajas de lidar al combinarlo con la fotogrametría, explotando los beneficios de ambos métodos. La extracción de la planimetría es mucho más fácil y exacta porque el operador de fotogrametría sigue los elementos visibles. Los operadores pueden compilar con gran exactitud las líneas de ruptura donde existen cambios topográficos abruptos. En EE.UU, FEMA requiere la adición de líneas de ruptura a los DTM de lidar para los productos de alta exactitud que ellos usan para los estudios hidráulicos. De esta manera, benefician de la rapidez y detalle de lidar y también de la calidad planimétrica y de drenaje de la fotogrametría. 4. Acceso Por Tierra Mínimo Lidar puede adquirir simultáneamente información del piso y dosel del bosque. Cada pulso emitido puede producir varios datos vueltos. Mientras un pulso viaja hacia la tierra, una porción de la energia contenida ahí adentro puede ser reflejada por un árbol al sensor. La energía restante sigue su rumbo y parte puede ser reflejada por el árbol, un arbusto o por el suelo. 5. Penetración de la Vegetación Desventajas Pese a estas ventajas y beneficios importantes, lidar no es siempre la mejor opción. Si los plazos de un proyecto no son cortos, es dudoso que lidar sea efectivo en términos de costo para un área pequeña. La mayor parte del costo de un levantamiento lidar se incurre en las etapas iniciales; la movilización del sistema y la adquisición son más costosas en comparación con la fotografía aérea. Debido a que las economías monetarias de lidar se realizan principalmente en la etapa pos-adquisición, el área de interés tiene que ser lo suficientemente extensa para que las economías de escala tomen efecto. 1. Costo Para Proyectos Pequeños elementos de terreno como los ríos y las crestas con lidar. Las inexactitudes resultantes, a su vez, pueden suavizar lo que serán elementos de terreno abruptos en muchos casos. Puede que esto sea problemático, dependiendo de la aplicación. Lo cierto es que sí cuando la representación exacta del drenaje es importante. Los edificios, calles, postes etc. comprenden los elementos planimétricos. Por la misma razón expuesta en No. 3, es difícil extraer estos elementos con mucha exactitud con lidar. 4. Elementos Planimétricos Combinando los Fuertes Lidar es una tecnología de topografía de gran valor; sin embargo, como herramienta autónoma, no es la solución óptima para todo proyecto. Únicamente cuando se emplea apropiadamente, se pueden realizar los beneficios de rapidez, exactitud, detalle y economía. Un especialista de topografía experimentado puede proveer la asesoría que necesita la mayoría de los gerentes, ingenieros etc. para alcanzar la máxima economía, rendimiento y efectividad al seleccionar el mejor método (o combinación de métodos) para un proyecto específico. Aplicaciones Comunes Como tecnología digital de topografía, lidar se emplea principalmente para crear los DTM, igual que los fotogrametristas emplean las fotos aéreas De los DTM, se puede generar curvas de nivel, ortorectificar las fotos aéreas y modelar las inundaciones. Los DSM, que son modelos de terreno que incluyen los elementos en la superficie como los bosques y edificios, también se pueden crear de lidar ya que los sensores lidar capturan casi todo sin costo adicional. Por esta razón, lidar se presta para los análisis de línea de mira; captura los elementos superficiales que pueden interferir con las señales de radio y otras cosas que dependen de una línea de mira despejada. 1) Más Allá de los DTM Para las aplicaciones que exigen mucha exactitud, las técnicas fotogramétrica y de levantamiento terrestre pueden ser preferibles a lidar sólo. Las aplicaciones de diseño a menudo requieren de curvas de nivel de 50 cm o menos y de los DTM equivalentes. Lidar puede proveer tales exactitudes en terreno plano pero la exactitud será menor en las pendientes. 2. Pendientes Datos vueltos múltiples a través de los árboles 3 Los datos lidar son puntos ubicados al azar en el terreno,no inteligentemente. Ya que no hay manera de colocar los puntos a lo largo de orillas y bordes, es difícil extraer 3. Flujo de Agua
  • 4. Si usted necesita datos geo-espaciales de alta calidad pero tiene restricciones de tiempo y costo, una conversación con un experto puede servirle bien. 2) Debajo de la Vegetacion 3) Cálculos Volumétricos y Detección de Cambio 4) Mapas de Rutas y Trazados 5) Visualización 3D Conclusión Para mayor información: