Armando Peralta Higuera Laboratorio de Análisis Geoespacial

Instituto de Geografía, UNAM

Obtención de modelos

tridimensionales para ingeniería por

medio de barredores lídar y de

aeronaves no tripuladas

Colegio de Ingenieros Civiles de México, 29 de febrero de 2016

lidar Light Radar

ó Light Detection and Ranging

radar Radio Detection and Ranging

En castellano, lidar ó lídar

LidAR, LiDAR, Lidar, LIDAR…

d=v*t, donde:

v = c =299,792,458 m/s

t = tiempo transcurrido entre la

emisión del pulso y su detección en el

sensor

d = distancia del láser al objeto y de

regreso, es decir que:

do = (v*t) / 2

• Electrónica de muy alta velocidad

• Límite en la frecuencia de pulsos

y barrido

• Límite en las altitudes de

operación

• Muy elevada capacidad de

procesamiento

= 1.6678 x 10-6 s 299,792,458 m/s

500 m

50,000 – 500,000 pulsos / s

Lidar aéreo

Reigl 560 ICAROS IDM-200

Nube de puntos

Perfil de la nube de puntos

Imágenes de intensidad

Imágenes de intensidad

Asignación de colores a

los puntos

Productos: Modelos Digitales de Superficie

(MDS) y del terreno (MDT)

Obtención de Modelos Digitales de Elevación Nubes de puntos: Puntos distribuidos en el

espacio 3D, distribución cuasi-aleatoria

Reflejan la forma de objetos intrincados

Pueden dar origen a superficies y sólidos 3D

(orientados en cualquier dirección) o 2.5D

(proyectados hacia un plano)

Análisis/reconstrucción de objetos compleja

Modelos digitales de elevación: superficie

proyectada desde un plano. (2.5D)

Se forma a partir de los puntos más externos,

formando triángulos o rejillas uniformes

Pueden interpretarse como sólidos (terreno)

Análisis relativamente sencillo, reconstrucción

de objetos parcial

Curvas de nivel

Modelo de primera

superficie (MDS) que

muestra la textura y altura

de la vegetación

Se obtiene a partir de los

primeros retornos.

Modelo del terreno (MDT)

que muestra el relieve

normalmente oculto bajo la

cobertura vegetal

Se obtiene a partir de los

retornos clasificados como

del terreno (algoritmos

complejos)

Modelos de elevación de primera superficie

y del terreno

Modelo digital de la primera superficie (con vegetación)

Imagen mostrando la primera superficie y el “terreno natural”

Relieve del terreno sin vegetación

Integración con

otros tipos de

información: Fotografía aérea

sobrepuesta en MDS,

“vistiendo” el terreno.

También puede

hacerse con vectores

Lidar terrestre

• Peligros y riesgo: evaluación del terreno

• Deslizamientos

• Inundaciones

• Grietas

• Cavidades

• Cauces/flujos hidrología

• Configuración urbana

• Edificios, carreteras, presas, puentes

• Identificación de vegetación

• Parámetros forestales

• Estructura de comunidades/ecosistemas

• Otros objetos: coches, piezas, aparatos,

personas……

Lidar: algunas aplicaciones

•Cobertura de grandes áreas:

colonias, ciudades, desarrollos,

regiones

•Rapidez y exactitud. Gran

cantidad de información

•Líneas eléctricas, torres,

antenas

Nubes de puntos lídar

Perfil de la nube de puntos

Paisaje urbano:

Asentamientos

regularizados

•Medición de distancias,

elevaciones, volúmenes

•Puntos codificados por

elevación, intensidad, color

•Topografía, información bajo la

vegetación

Nubes de puntos lídar

Perfil de la nube de puntos

Paisaje urbano:

Colonias regulares, uso

mixto

•Modelado de escenarios,

impacto, paisaje, riesgo

•Planeación de desarrollos

•Planeación y avance de obras

Nubes de puntos lídar

Perfil de la nube de puntos

Paisaje urbano:

Fraccionamientos

residenciales

Diseño de infraestructura e impactos

Diseño de infraestructura e impactos:

Medición de volumen y superficie en MDT

Diseño de infraestructura e impactos

Diseño de infraestructura e impactos:

Perfiles

Diseño de infraestructura e impactos:

Simulaciones

Diseño de infraestructura e impactos:

Simulaciones

Diseño de infraestructura e impactos:

Superficie, infraestructura y vegetación

afectadas

Diseño de infraestructura e impactos:

Altura de objetos sobre el terreno

Xochimilco: 37 líneas de vuelo, 500 metros altura

Levantamiento lidar Xochimilco

• 37 líneas de vuelo

• 500 metros sobre el terreno

• 2 horas

• 254,315,424 registros/puntos

Topografía fina, curvas @ 20 cm

Hundimientos y pérdida de chinampas

Red de canales / hidrología

Construcciones irregulares, elevaciones

Tiro de materiales, superficie, volumen

Presencia / dimensiones de vegetación

Nube de puntos lidar

Con color visible añadido Imagen de intensidad del retorno

Codificada por

valor de la

elevación

Modelo de elevación del terreno (MDT)

Modelo de elevación de superficie (MDE)

Lídar con aplicación catastral

Lídar con aplicación catastral

Nube de Puntos Puntos clasificados por elevación

Lídar en aeronaves no tripuladas:

Aeronaves no tripuladas:

Ala fija Ala rotatoria: multicópteros

• Operación y control más

complejos

• Requieren espacio para

despegue/aterrizaje

• Más eficientes, mayor

autonomía, menor carga útil

• Mayor cobertura potencial

• No adecuados en espacios

urbanos, relieve pronunciado y

vegetación alta

• Cartografía, observación,

búsqueda

• Menos portátiles

• Operación sencilla

• Despegue vertical, espacios

reducidos

• Menor autonomía, mayor uso

de baterías, más carga útil

• Operación en interiores

• Cobertura de sitios complejos,

relieve, edificios, cañadas,

infraestructura

• Cartografía, modelos 3D, lídar,

búsqueda, transporte, apoyo

logístico

• Más portátiles

Modelos 3D de edificios del campus

•Levantamientos con 3 aeronaves no tripuladas pequeñas

•Entre 300 y 2000 fotografías por edificio

•Obtención de modelos 3D georreferenciados y con

medidas exactas

•Integración en SIG, visualización 3D y creación de

recorridos virtuales Nube de puntos 3D

Aeronave no tripulada

con peso menor a 2 kg y

cámara estabilizada

Ciencia Forense, Facultad de Medicina UNAM

Nubes de puntos a partir de imágenes obtenidas con aeronaves no tripuladas (drones):

•Medición del

terreno, edificios,

puentes y otra

infraestructura

•Paisaje urbano

•Visualización 3D,

recorridos virtuales

•Edificios,

conjuntos,

manzanas

Nubes de puntos a partir de

imágenes obtenidas con

aeronaves no tripuladas

(drones):

•Modelos 3D con medidas

y georreferencia

•Identificación de cambios

•Planeación de obras y

modificaciones,

simulaciones

•Seguimiento de cambios

y avance de obras

•Topografía y estructura de

zonas urbanas

En un futuro no muy lejano…

• Mapas 3D actualizados dinámicamente y sensores en

caminos para vehículos autónomos

• Realidad aumentada y 3D inmersivo para desarrollo

de obras y mantenimiento en condiciones difíciles

• Sistemas de larga permanencia para monitoreo,

telecomunicaciones, desastres, seguridad

Conclusiones

• Información útil para diversas áreas de la ingeniería;

múltiples tareas y objetivos

• Es necesario y urgente promover la penetración de las

nuevas tecnologías alrededor de lídar y drones

• Conveniente asociación entre academia, empresas y

gobierno para aprovechar estas tecnologías

• Bajo costo relativo (lídar) y absoluto (drones)

• Además de modelos 3D: – Inspección e infraestructura

– Seguimiento de obras

– Operación

– Mantenimiento con realidad aumentada

– Vigilancia

– Protección civil