Drones, Uso de las nubes de puntos

08 Nov 2021, 19:04
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Uso de las nubes de puntos

Todo lo que necesita saber sobre las nubes de puntos

Utilizar las nubes de puntos de forma correcta

Siempre que necesite crear un modelo detallado de un área -para la topografía, la reconstrucción de accidentes o cualquier otro propósito-, la creación de una nube de puntos puede ser la mejor manera de realizar el trabajo.

Un modelo de nube de puntos 3D preciso, detallado y de alta resolución es un elemento importante en la creación de modelos 3D precisos. Si su organización está buscando una nueva forma de crear reconstrucciones digitales de espacios o estructuras físicas, los drones capaces de generar nubes de puntos pueden ser la herramienta perfecta para usted.

Si aprende más sobre las nubes de puntos -qué son, cómo se generan, diferentes enfoques y casos de uso- podrá tomar una decisión informada sobre la integración de estas herramientas digitales en sus flujos de trabajo.

Nubes de puntos: Todo es cuestión de perspectiva

¿Qué es exactamente una nube de puntos? Es una colección de puntos de datos mapeados en tres dimensiones. Cada punto tiene sus propios valores X, Y y Z en función de su posición en el espacio. Algunas nubes de puntos pueden tener una resolución excepcionalmente alta, con cientos de puntos individuales por metro cuadrado, para mostrar exactamente lo que hay en un espacio 3D.

El conjunto de puntos denota las superficies de los objetos y las características del terreno dentro de un área, lo que permite a los topógrafos o inspectores crear mapas y modelos 3D extremadamente precisos de esas áreas. Sin embargo, la nube en sí no es el mapa. Para crear un modelo más completo se necesita otro conjunto de datos que no sean sólo los puntos de datos de elevación.

Para generar estas nubes de puntos, se necesita el equipo adecuado y una nueva perspectiva de la zona objetivo: una vista aérea. Volando un vehículo aéreo no tripulado (UAV) sobre la zona elegida, se puede recoger la información necesaria sobre la elevación y la topografía.

Los drones avanzados, equipados con los últimos sensores de detección de luz y alcance (LiDAR), pueden crear nubes de puntos en una sola pasada. Un dron que utilice un sistema de cámaras de fotogrametría puede montar una nube de puntos como una de las salidas de la imagen tridimensional resultante. En ambos casos, la nube resultante es una imagen detallada y precisa de la zona escaneada.

Cómo funcionan las nubes de puntos

¿Cómo funciona exactamente el proceso de creación de nubes de puntos? Aunque los detalles exactos dependen de si su dron está equipado con sensores LiDAR o con equipos de fotogrametría, el procedimiento es el mismo.

Su UAV vuela sobre un área elegida, escaneando con su carga de sensores. La información de los puntos de datos se ensambla entonces en una forma utilizable mediante un software de procesamiento de nubes de puntos, como DJI Terra.

Para llegar al resultado de una nube de puntos en 3D, el software añadirá contexto a un gran número de puntos detectados por impulsos láser o generará puntos basados en una colección de fotos tomadas desde múltiples ángulos. Esto depende de si prefieres el LiDAR o la fotogrametría, y eso a su vez lo decidirá el tipo de topografía o cartografía que estés realizando.

La diferencia entre las nubes de puntos LiDAR y las nubes de puntos de fotogrametría

Los dos métodos principales para crear una nube de puntos a partir de datos de vehículos aéreos no tripulados, LiDAR y fotogrametría, tienen cada uno sus casos de uso ideales. Es posible que acabes utilizando ambos en varias ocasiones.

Las empresas que cartografían con frecuencia zonas complejas y con vegetación pueden inclinarse por el LiDAR, mientras que las que tienen líneas de visión claras y necesitan una solución de menor coste pueden empezar por la fotogrametría, pero la decisión no puede reducirse a una o dos cuestiones. Comparar las tecnologías una al lado de la otra es un ejercicio útil a la hora de decidir cómo equipar sus vehículos aéreos no tripulados.

LiDAR

El escaneo LiDAR implica frecuentes impulsos láser que luego rebotan en el sensor. Mediante la medición inercial y los datos de posicionamiento por satélite, el sensor LiDAR del dron determina exactamente en qué lugar del espacio se encuentra un punto.

Los puntos recogidos se convierten en una nube de puntos LiDAR cuando se ensamblan con un software especializado en nubes de puntos. Se trata de un método de escaneo de gran precisión, aunque es necesario combinarlo con otros datos para añadir más detalles a los mapas, incluido el color.

El LiDAR es ideal para cartografiar elementos demasiado pequeños para ser detectados por otros métodos. Por ejemplo, si necesita cartografiar cables finos o líneas eléctricas como parte de su nube de puntos, puede hacerlo recogiendo datos LiDAR. La tecnología también funciona en condiciones de poca luz y puede llegar al suelo a través de las capas de follaje.

Además, dado que las nubes de puntos LiDAR son mediciones directas, el tamaño de los archivos es relativamente menor en comparación con las fotografías de alta resolución utilizadas para la fotogrametría. Esto significa que el posprocesamiento de los datos LiDAR es más rápido que la extracción de nubes de puntos a partir de modelos de fotogrametría, y esto puede ser un factor importante para los clientes que priorizan la eficiencia o que tienen misiones sensibles al tiempo.

Dado que el software LiDAR basado en la nube es menos común que las herramientas de fotogrametría, el proceso real de compilación de los datos brutos en una nube de puntos puede requerir un empleado in situ con formación técnica. Los costes también pueden ser mayores, incluida la necesidad de drones más potentes para transportar los sensores especializados.

Fotogrametría

La fotogrametría ensambla proyecciones de datos a partir de fotografías. Se trata de un enfoque asequible y sencillo para la topografía y la cartografía, y el software necesario para trabajar con los datos de la fotogrametría está disponible a través de un modelo sencillo basado en la nube.

El uso de la fotogrametría es flexible. Puede decidir la rapidez con la que volará el dron, en función del nivel de detalle necesario para los mapas o las nubes de puntos 3D que esté generando para el proyecto en cuestión.

Dependiendo del nivel de detalle por el que se opte y del tamaño del área que se esté inspeccionando, la cámara del UAV tomará cientos o miles de fotografías. Estas imágenes tienen color y, además de convertirse en nubes de puntos 3D, pueden ensamblarse en un mapa o un modelo 3D.

Como la fotogrametría se basa en la fotografía, se necesita una fuente de luz para que funcione, ya sea natural o artificial. Dicho esto, la facilidad de uso general del método puede compensar el inconveniente de buscar las condiciones adecuadas. Las barreras de entrada relativamente bajas pueden hacer que este sea un gran método inicial para una empresa que acaba de empezar a hacer nubes de puntos 3D u otros modelos de datos.

Usos del modelado de nubes de puntos

Una vez generadas las nubes de puntos 3D, ¿para qué se utilizan? Los casos de uso variarán en función de su sector, pero todos se centran en la necesidad de disponer de modelos 3D precisos.

Infraestructura eléctrica: El levantamiento de nuevas infraestructuras de servicios públicos es más sencillo y rápido cuando los equipos tienen acceso a drones y pueden crear nubes de puntos en 3D de las zonas en cuestión. Esto puede ser especialmente útil para activos como las líneas eléctricas construidas en zonas remotas donde los equipos tendrían problemas para navegar a pie.
Construcción de petróleo y gas: Al igual que las empresas eléctricas, las refinerías de petróleo y gas a menudo requieren información 3D precisa sobre grandes áreas, potencialmente en lugares remotos. Este es otro escenario en el que los drones pueden resultar más eficaces que los equipos de topografía en tierra.
Topografía: Los clientes interesados en obtener rápidamente mapas topográficos detallados de zonas pueden beneficiarse de las nubes de puntos 3D generadas mediante el uso de drones. La combinación de la rapidez en la medición de grandes áreas y la alta precisión es ideal para la topografía.
Silvicultura: El LiDAR puede penetrar el denso follaje y proporcionar datos de superficie que no se resolverían con la fotogrametría.

Una vez que haya determinado un buen caso de uso para una nube de puntos 3D precisa, sólo tiene que encontrar el dron y la carga útil de recopilación de información adecuados para sus circunstancias.

La nube de puntos adecuada para modelar drones y cargas útiles

¿Qué tipo de dron volará su equipo en su próxima tarea de generación de nubes de puntos y qué sensor tendrá equipado? Al trabajar con DJI, tienes opciones, incluyendo

El hardware del dron: La elección del dron viene determinada por la misión y las condiciones de trabajo. El Matrice 300 RTK es una buena opción para la generación de nubes de puntos 3D. Puede funcionar en una amplia variedad de condiciones ambientales y ofrecer 55 minutos de tiempo de vuelo mientras equipa el paquete de sensores de su elección.
Carga útil LiDAR: El Zenmuse L1 es el primer sistema LiDAR para UAV disponible a través de DJI, y su lista de características es impresionante. Esta solución permite mapear 240.000 puntos por segundo con un solo retorno o hasta 480.000 puntos por segundo con tres retornos. Una cámara RGB integrada permite obtener nubes de puntos en color real, y Point Cloud LiveView en DJI Pilot permite verificar si la recogida de datos se está realizando correctamente.
Carga útil de fotogrametría: Para los usuarios que prefieren la fotogrametría, DJI ofrece la Zenmuse P1. Este sistema puede tomar una foto cada 0,7 segundos para construir rápidamente modelos precisos y detallados para convertirlos en nubes de puntos 3D.