01 Dec 2020, 07:19
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Tags: dji, DRONES, lidar, fotogrametria

La diferencia entre el LIDAR y la Fotogrametría para reconocimientos aéreos

Una guía comparativa que le ayudará a seleccionar sus sensores de medición

Para los profesionales de la topografía y la cartografía, el LiDAR y la fotogrametría han sido durante mucho tiempo herramientas necesarias del oficio.

Pero los recientes avances en la tecnología de los drones han cambiado la forma en que se capturan los datos para mejorar el resultado y mayor eficacia.

En comparación con la prospección en el aérea tradicional, que se basaba casi exclusivamente en aviones tripulados, los drones ofrecen una alternativa segura, precisa y más asequible. El resultado ha sido la democratización de las soluciones de prospección.

Ahora, los proyectos de agricultura, construcción, conservación, minería, reconstrucción de escenas de accidentes y otros pueden beneficiarse de nubes de puntos detalladas, mapas precisos y modelos 3D.

Para los topógrafos afianzados y los que son nuevos en el campo, la cuestión de si trabajar con LIDAR o con Fotogrametría será familiar.

En este artículo, vamos a llevarles a través de los pros y los contras de ambos métodos. No es que uno sea simplemente mejor o que deba ser preferido sobre el otro sin importar qué. La decisión correcta depende más bien de la tarea específica en cuestión, las habilidades del operador en cuestión, y, como siempre, el presupuesto con el que se trabaja.

¿Qué es un LIDAR?

LIDAR es la abreviatura de "detección y alcance de la luz". Los sensores LiDAR funcionan emitiendo pulsos de luz y midiendo el tiempo que tardan en reflejarse en el suelo, junto con la intensidad con la que lo hacen.

Aunque ha existido durante décadas, sólo en los últimos años la tecnología LiDAR se ha hecho lo suficientemente compacta como para integrarse en una carga útil que un Drone puede llevar.

El sensor LiDAR representa sólo una parte de un proceso complicado. Para recopilar los datos necesarios para construir una nube de puntos que refleje con precisión el terreno y su topografía, el LiDAR incorpora otros sistemas de alta precisión: posicionamiento por satélite (datos GNSS) y una unidad de medición inercial (IMU).

Con un poco de magia de software, los vuelos del LiDAR pueden utilizarse para construir nubes de puntos tridimensionales y mapas de intensidad, que requieren mucha habilidad para interpretarlos pero que proporcionan datos inestimables en las operaciones de minería, silvicultura, agricultura y construcción.

Las ventajas del LIDAR

El aspecto positivo más citado de la utilización de LIDAR para la cartografía es la precisión de la tecnología. Pero como una afirmación independiente que no nos da mucho con lo que trabajar.

Primero, es importante considerar lo que la precisión significa para usted y su proyecto. ¿Priorizan la precisión relativa o absoluta? En otras palabras, ¿le preocupa que su producto final sea preciso en términos de sus características en relación con los demás, o sus características en relación con su lugar en el mundo?

El LiDAR es el camino a seguir para conseguir una precisión absoluta y suele ser la mejor elección cuando el objetivo es un modelo realista de la Tierra desnuda. Eso es porque es el mejor método para tener en cuenta la elevación, la vegetación y las condiciones en cuestión.

La integración del LiDAR con los datos del GNSS y el hecho de que sea una medición directa -disparando miles de pulsos de láser desde altura- asegura que el mapa digital final del terreno tenga una precisión vertical extrema.

Las complicaciones topográficas no sólo se presentan en forma de ondulaciones del terreno. La vegetación también puede impedir que los métodos de prospección basados en la foto obtengan datos granulares del nivel del suelo.

Los pulsos de luz del LiDAR penetran en los espacios entre las hojas y las ramas, alcanzando el suelo debajo y mejorando la precisión de las mediciones.

El LiDAR también es preferible si las condiciones de luz de su lugar de trabajo son inconsistentes. Si se quieren realizar estudios nocturnos o misiones de baja visibilidad, el LiDAR puede realizar la tarea sin necesidad de una fuente de luz externa.

Por último, el LiDAR permite capturar detalles de pequeño diámetro. Un gran ejemplo de esto son los cables de alimentación. Gracias al muestreo de puntos de alta densidad y al enfoque de medición directa, se puede utilizar el LiDAR para mapear con precisión la catenaria de los cables.

Los contras del LIDAR

El reto más obvio que se presenta al trabajar con el LIDAR es su coste. Debido a la mayor complejidad operacional (y la necesidad de componentes y sensores más sofisticados), se pueden gastar fácilmente cientos de miles de euros en una solución de prospección completa.

Esta complejidad también amplía su margen de error y aumenta la dependencia de un profesional experimentado. Con múltiples sensores e información a la que no se puede acceder fácilmente sin una buena cantidad de procesamiento, la extracción de los datos que necesita no es sencilla.

También es importante tener en cuenta que tradicionalmente los sensores LiDAR han sido más voluminosos que las simples cámaras. Con los drones cada vez más populares para la vigilancia aérea, la necesidad de un dron más grande para manejar una carga más pesada puede añadir un gasto ya significativo.

La desventaja final de elegir el LIDAR es, sin duda, su mayor fortaleza: El hecho de que es la mejor herramienta para el trabajo en situaciones muy específicas. Para muchas aplicaciones, la fotogrametría regular será suficiente. Esta es una tendencia que está cobrando impulso a medida que mejora el software de procesamiento de imágenes.

¿Qué es la fotogrametría?

En pocas palabras, la fotogrametría es una forma de medir distancias mediante fotografías. Estas fotografías se procesan utilizando un software especializado para generar modelos precisos y realistas del mundo.

Los mapas ortomosaicos y los modelos 3D tienen una variedad de aplicaciones, desde la planificación de la construcción y la gestión de proyectos en curso hasta el material de marketing.

El número de imágenes que se necesitan para una fotogrametría efectiva puede variar de cientos a miles. Todo depende del tamaño del lugar en cuestión y de la profundidad y precisión que se quiera conseguir.

Los pilotos de aviones no tripulados tendrán que determinar la altitud óptima de vuelo para obtener la distancia de muestra en tierra necesaria. También tendrán que establecer una superposición en cada imagen para asegurar que el software pueda unir las imágenes sin problemas.

Los pros de la fotogrametría

El principal beneficio de trabajar con la fotogrametría es su accesibilidad. El auge de la tecnología de los drones y el software de cartografía ha simplificado los flujos de trabajo y ha puesto mapas precisos y modelos 3D al alcance de cualquier organización con un dron de cámara decente.

Aparte de la calibración de la cámara, la planificación básica de los vuelos y el trazado de los puntos de control en tierra, llevar a cabo una misión cartográfica y convertir esos datos en algo útil es relativamente sencillo. Existen innumerables escenarios en los que este proceso produce resultados tangibles, en industrias tan variadas como la construcción, la conservación, la minería y la agricultura.

Es importante que los resultados también sean accesibles. Los mapas y modelos con características y colores reconocibles son instantáneamente intuitivos, lo que los convierte en una gran herramienta de colaboración y algo con lo que los interesados pueden trabajar sin pasar demasiado tiempo manipulando los datos.

Otra gran parte del atractivo de la fotogrametría es lo asequible que es. Como hemos mencionado, empezar significa invertir unos pocos miles de dólares en un dron de cámara profesional y mucho menos en el software que necesitará para procesar sus datos.

Finalmente, la fotogrametría ofrece un enfoque más flexible. Dependiendo de la tarea a realizar, puede tener más control sobre el equilibrio entre la velocidad de la misión, la altitud y la precisión.

La desventaja de la fotogrametría

Hay algunos inconvenientes en los métodos de estudio basados en la fotogrametría.

El primero es que la precisión de sus mapas y modelos depende en gran medida de la calidad de la cámara del dron y del propio dron.

El tamaño del sensor, la apertura, la resolución y la distancia focal tienen un impacto en la distancia de muestra del suelo (GSD) a lo largo de la altitud a la que vuela. Además de eso, te costará producir resultados con absoluta precisión sin que varios usen puntos de control en tierra o un dron habilitado para RTK o PPK.

El segundo desafío que enfrentan sus ambiciones de fotogrametría es el clima. O, para ser más específicos, las condiciones de luz. La oscuridad, la cobertura de nubes, el polvo y más pueden impactar negativamente en la calidad de los resultados de sus estudios.

Cuando se trata de procesar datos, sólo puedes medir lo que puedes ver claramente. Esto significa que los vuelos con visibilidad limitada - ya sea debido a la vegetación, las sombras o la hora del día - producirán menos puntos de tierra y mapas y modelos menos precisos.

Cuándo elegir el LIDAR

El LIDAR se recomienda si se está cartografiando un terreno complejo con un alto porcentaje de cobertura vegetal. Debido a sus medidas directas que penetran entre las hojas, ramas y árboles, puedes construir nubes de puntos topográficos precisos con los datos resultantes.

Esta tecnología también es ideal para medir con precisión objetos como cables, que generalmente son demasiado delgados para ser reconocidos por cualquier otro método.

El LiDAR también debería ser su método de elección si la tarea topográfica en cuestión exige precisión por encima de todo. Aunque esto no está exento de dificultades, que se manifiestan en el costo y en la experiencia necesaria para dar vida a los datos.

Elija LiDAR para:

Cartografiar terrenos de difícil acceso, complejos y con exceso de vegetación
Capturar detalles en estructuras delgadas, como líneas de energía o bordes de tejados
Proyectos donde el detalle y la precisión son las prioridades

Cuándo elegir la fotogrametría

La asequibilidad de la fotogrametría la convierte en una opción preferible para aquellos que son nuevos en el campo de la topografía con drones. Aunque ser más barato que el LIDAR no es su único beneficio.

De hecho, muchas aplicaciones estarían mejor servidas con la fotogrametría. Este es el caso en particular cuando se quiere trabajar en planos utilizando mapas ortomosaicos, colaborar utilizando modelos 3D o proporcionar actualizaciones accesibles del progreso del proyecto por un coste relativamente pequeño.

Elija Fotogrametría para:

Escaneos ricos en contexto que son accesibles y que requieren un mínimo de post-procesamiento y experiencia
Mapas y modelos que son fáciles de entender para ojos no entrenados
Los conjuntos de datos que necesitan una evaluación visual

LiDAR vs. Fotogrametría: ¿Cuál es más preciso?

Al igual que las nubes de puntos de color verdadero hechas por el DJI L1, la respuesta aquí no es tan simple como el blanco y negro.

El LIDAR tiende a producir escaneos con mayor detalle y precisión que la fotogrametría. Además, debido a que puede funcionar bien a pesar de los desafíos ambientales - piense en poca luz o mucha vegetación - es ideal para escenarios en los que se valora la precisión por encima de todo.

Las nubes de puntos LiDAR pueden ser increíblemente granulares, con hasta 500 puntos por metro cuadrado y una precisión de elevación vertical de menos de tres centímetros. Con una alta densidad de puntos de datos viene un conjunto de datos más robusto, que a su vez le da más versatilidad a la hora de procesar sus hallazgos.

Eso no quiere decir que la fotogrametría sea inherentemente inexacta. Si tu terreno es relativamente simple y libre de vegetación densa, aún puedes construir mapas y modelos altamente detallados, particularmente si también estás usando un módulo de posicionamiento RTK.

LiDAR vs. Fotogrametría: Los datos

El LIDAR y la fotogrametría son métodos fundamentalmente diferentes para la recopilación de datos.

Con el LiDAR se obtienen miles de puntos de datos que forman una nube de puntos tridimensional que describe el terreno en cuestión. Necesitarás incorporar el color de los conjuntos de datos separados para convertirlo en algo visualmente accesible.

Con la fotogrametría, terminas con cientos o miles de imágenes que tienen que ser procesadas y cosidas para producir algo de valor: ya sea una nube de puntos 3D, un mapa o un modelo navegable.

El procesamiento de LiDAR basado en nubes no es tan frecuente o accesible como el software de Fotogrametría basado en nubes. Lo que significa que tendrás que tener un especialista in situ que pueda convertir esos datos en bruto en algo procesable, junto con el software correcto.

Soluciones de fotogrametría de DJI

Phantom 4 RTK

El Phantom 4 RTK ofrece a los topógrafos profesionales un equilibrio ideal de precio, precisión y accesibilidad.

Con su sensor cinético en tiempo real (RTK) a bordo, las fotos son georeferenciadas automáticamente y corregidas contra los puntos de control del terreno con una precisión de centímetros.

El Phantom 4 RTK representa una inteligente inversión de introducción, sin importar sus necesidades topográficas.

Matrice 300 RTK + P1

Este combo es la solución de fotogrametría más importante de DJI. El P1 es una carga útil de fotogrametría avanzada con un sensor de marco completo y lentes de enfoque fijo intercambiables. Un obturador mecánico global y las características del software, incluyendo la Captura Oblicua Inteligente, lo hacen ideal para vuelos de fotogrametría a gran escala. Apalancado por el M300 RTK, el P1 permite a los topógrafos cubrir 3 km2 en un solo vuelo y lograr 3 cm de precisión horizontal / 5 cm de precisión vertical sin GCP.

Las soluciones LiDAR de DJI

Matrice 300 RTK + L1

La L1 alberga un módulo LiDAR Livox, un IMU de alta precisión y una cámara con un CMOS de 1 pulgada en un cardán estabilizado de 3 ejes. Con una precisión vertical de 5 cm y una precisión horizontal de 10 cm, y la capacidad de cubrir 2 km2 en un solo vuelo, el M300 RTK, el L1 y DJI Terra forman juntos una solución topográfica completa que ofrece datos en 3D, detalles de estructuras complejas y reconstrucciones visuales precisas.

Pensamientos finales

Evaluar el LIDAR y la fotogrametría como dos métodos de captura de datos que compiten entre sí no es el enfoque más instructivo. Como hemos mencionado, no es que uno sea necesariamente mejor que el otro. En última instancia, es la tarea en cuestión la que determinará la mejor solución.

Si el contraste, la iluminación, el sujeto y las condiciones están a su favor, la fotogrametría es probablemente más que adecuada para el trabajo. Pero para proyectos cartográficos desafiantes donde la precisión de la elevación, las estructuras complejas o el terreno parcialmente cubierto están involucrados, el LIDAR es probablemente el camino a seguir.

Por supuesto, el coste y la experiencia de su equipo también jugarán un papel importante en cualquier decisión entre ambos. Aunque las últimas cargas útiles de DJI, la P1 y la L1 son pruebas de la creciente asequibilidad y accesibilidad de la tecnología topográfica.

En última instancia, los profesionales en el campo tendrán que convertirse en expertos en el uso de ambas tecnologías a medida que los drones que las llevan se vuelven más sofisticados.

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La diferencia entre el LIDAR y la Fotogrametría para reconocimientos aéreos