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GABRIEL GONZÁLEZ Y LAURA MUÑOZ AMAYA 1

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA CATASTRAL Y GEODESIA

PROYECTO DE GRADO MODALIDAD DE INNOVACIÓN - INVESTIGACIÓN

CATASTRO MULTIPROPOSITO MUNICIPIO CHIPAQUE, CUNDINAMARCA.

VEHÍCULOS AEREOS NO TRIPULADOS -UAV PARA LA ELABORACIÓN DE

PRODUCTOS FOTOGRAMETRICOS

DIRECTOR DE PROYETO

ING. EDWIN ROBERT PEREZ

ESTUDIANTES

GABRIEL HERNÁN GONZÁLEZ BUITRAGO

LAURA MILENA MUÑOZ AMAYA

BOGOTÁ

2018


Tabla de contenido

1. OBJETIVOS ................................................................................................................. 6

1.1. OBJETIVO GENERAL ........................................................................................................6

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................................6

2. MARCO TEÓRICO ........................................................................................................ 7

2.1. DRONES (UAV) ...............................................................................................................7

2.1.1. CLASIFICACIÓN ............................................................................................................... 8

2.1.2. ELEMENTOS .................................................................................................................. 10

2.2. MISSION PLANNER ....................................................................................................... 11

2.2.1. MODOS DE VUELO ........................................................................................................ 12

2.3. AGISOFT PHOTOSCAN .................................................................................................. 13

2.3.1. MODELOS DIGITALES DE SUPERFICIE ........................................................................... 14

2.3.2. ORTOFOTOGRAFÍAS ...................................................................................................... 14

2.4. QGIS ............................................................................................................................ 15

3. PROCEDIMIENTOS .................................................................................................... 16

3.1. PRIMERA ÉTAPA: MISSION PLANNER ............................................................................ 16

3.1.1. INFORMACIÓN BÁSICA ................................................................................................. 16

3.1.2. SELECCIÓN VEHÍCULO AÉREO NO TRIPULADO (UAV) .................................................. 17

3.1.3. PARÁMETROS DE VUELO .............................................................................................. 17

3.2. SEGUNDA ÉTAPA: AGISOFT PHOTOSCAN ...................................................................... 24

3.2.1. ALINEACIÓN DE FOTOGRAFÍAS ........................................................................................... 24

3.2.2. NUBE DENSA DE PUNTOS ............................................................................................. 28

3.2.3. CONSTRUIR MESH ........................................................................................................ 29


3.2.4. CONSTRUCIÓN DE TEXTURAS ....................................................................................... 30

3.2.5. MODELO DIGITAL DE SUPERFICIE ................................................................................. 31

3.2.6. ORTO – MOSAICO ......................................................................................................... 32

4. RESULTADOS ............................................................................................................ 34

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................................ 35

5.1. ÁREA SOBREVOLADA ................................................................................................... 35

5.2. MODELO DÍGITAL DE ELEVACIÓN. ................................................................................. 37

5.3. ORTOFOTOGRAFÍA ....................................................................................................... 38

5.4. CATASTRO MULTIPROPÓSITO....................................................................................... 39

6. EVALUACIÓN Y CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS DEL PLAN DE ACTIVIDADES DE

INVESTIGACIÓN ................................................................................................................... 41

7. CONCLUSIONES ........................................................................................................ 42

8. RECOMENDACIONES ................................................................................................ 43

9. BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 44

10. ANEXOS ................................................................................................................ 45


TABLA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Clasificación de drones de tipo multirotor. ............................................................... 9

Ilustración 2. Ejes de un aeromodelo. ........................................................................................... 12

Ilustración 3. Procedimiento para la generación de Ortofotos ...................................................... 15

Ilustración 4. Planes de vuelo de 196 Ha para el municipio de Chipaque. ................................... 18

Ilustración 5. Software Mission Planner ....................................................................................... 19

Ilustración 6. Parametros de vuelo ................................................................................................ 20

Ilustración 7. Trazado líneas de vuelo .......................................................................................... 21

Ilustración 8. Previsualización de la captura de fotografías ......................................................... 21

Ilustración 9. Funciones y programación del drone. ..................................................................... 22

Ilustración 10. Instrucciones tarjeta controladora ......................................................................... 23

Ilustración 11. Agregar imágenes y archivo de localización ........................................................ 24

Ilustración 12. Asignación del sistema de referencia. ................................................................... 25

Ilustración 13. Eliminación de imágenes de subida del Dron ....................................................... 25

Ilustración 14. Alineación de las imágenes y su resultado final. .................................................. 26

Ilustración 15.Ingreso de los puntos de control. ........................................................................... 27

Ilustración 16.Eleccióny fotointerpretación de los puntos de control.......................................... 27

Ilustración 17.Asignación de los puntos de control para cada vuelo ............................................ 28

Ilustración 18. Nube densa. ........................................................................................................... 29

Ilustración 19.Modelo TIN. .......................................................................................................... 30

Ilustración 20. Modelo Vectorial. ................................................................................................. 30

Ilustración 21.Construcción de textura de la zona Urbana. .......................................................... 31

Ilustración 22. MDS del vuelo 58. ................................................................................................ 32


Ilustración 23. Ortofoto generada. ................................................................................................ 33

Ilustración 24. Detalle de la ortofoto generada. ............................................................................ 33

Ilustración 25. Resultado de vuelos 57 y 58 ................................................................................. 34

Ilustración 26. Diagramas porcentaje recubierto de vuelo............................................................ 36

Ilustración 27. Modelo digital de superficie para el perimetro urbano. ........................................ 37

Ilustración 28. Formato Reconocimiento Predial Catastro Multipropósito. ................................. 39

Ilustración 29. Formato Reconocimiento Predial. Sección coberturas. ........................................ 40

Ilustración 30. Datos obtenidos de información suministrada por el IGAC ................................. 45

Ilustración 31. Curvas de nivel. Datos obtenidos de información suministrada por el IGAC ...... 46

Ilustración 32. Vías municipio de Chipaque, Cundinamarca ....................................................... 47


1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

Demostrar la viabilidad de realizar la captura de imágenes por medio de UAVs “Unmanned Air

Vehicle” mediante las cuales se elaborarán productos fotogramétricos (Modelos Digitales de

Superficie y Ortofotografías) que permitan brindar un apoyo en los diferentes procesos

catastrales multipropósito que se desarrollarán en el municipio de Chipaque, Cundinamarca.

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

o Definir los planes de vuelo con el software Mission Planner para cubrir determinadas

zonas (rural y urbana) del municipio.

o Procesar mediante el software Agisoft Photoscan las fotografías aéreas tomadas en

campo para generar modelos digitales de superficie por zonas

o Apoyar el proceso de captura de información física, jurídica y económica de los predios

ubicados en el municipio de Chipaque, con el fin de implementar un catastro

multipropósito.

o Comparar la cartografía existente en el municipio con ortofotos generadas a partir de

imágenes de UAV’s, para identificar cambios físicos en los predios del municipio.

o Generar modelos digitales de superficie (3D) con el fin de proponer y mostrar un avance

técnico para facilitar el análisis de la información que se requiere para un catastro

multipropósito.


2. MARCO TEÓRICO

2.1. DRONES (UAV)

Según Ducoy (2015) un dron es básicamente un vehículo aéreo no tripulado, que principalmente

tenía usos exclusivamente de carácter militar, aunque últimamente se están ampliando sus usos

debido a la reducción de precios que se ha venido presentando.

Actualmente los drones tienen una gran variedad de usos, tal como lo explica Llorente (2014) en

su artículo, en el cual destaca el uso de estos aparatos en eventos (como los partidos de fútbol, en

donde se logran muy buenas tomas) , medios de entrega (en Rusia Israel y China se están

comenzando a realizar pequeños envíos de mercancia o alimentos), en situaciones de

emergencia (Su velocidad de vuelo permite recorrer áreas enormes en muy poco tiempo.

Permitiendo llevar la ayuda necesaria, traslado de bancos de sangre o en una fase previa para

evaluar la ayuda necesaria en la zona), busqueda de personas, control fiscal (en Argentina se

emplean para sobrevolar terrenos que fueron declarados al fisco como baldíos. El área se

sobrevuela y se corrobora si efectivamente no están construidos), vigilancia fronteriza, zonas

rurales (una de los usos es el monitoreo de grandes dimensiones que de otra manera seria

imposible transitar), control de incendios forestales (En España se diseñaron unos drones para

la prevención y el control de incendios forestales. Su tarea es reunir la información necesaria

para anticiparse en lo posible a la prevención y expansión de incendios), investigaciones

arqueológicas (En Perú se utilizaron para estudiar las ruinas de Cerro Chepén obteniendo más

de 700.000 fotografías en sólo diez minuto) , entre otros.

Para cada uno de los usos se deben tener en cuenta las caracterisitcas y capacidades de los

drones, así como sus métodos de generación de sustentación.


2.1.1. CLASIFICACIÓN

A grandes rasgos hay dos maneras de clasificar a los drones, según los métodos de generación de

sustentación, y según la aplicación del dron.

2.1.1.1. TIPOS DE DRONES SEGÚN LOS MÉTODOS DE GENERACIÓN DE

SUSTENTACIÓN

Cuando de hace referencia al método de generación de sustentación es básicamente cómo el dron

se logra mantener en el aire. Santana (2017) en su artículo afirma que existen tres clasificaciones.

Drones de ala fija que son aquellos en los cuales las alas se encuentran unidas con el resto

de elementos de la aeronave, y no poseen movimiento propio. Los drones de ala fija

destacan por su eficiencia aerodinámica, lo que les permite realizar vuelos con periodos de

tiempo relativamente altos. Tienen una debilidad y es que su maniobrabilidad es baja, además

para poder realizar el despegue y el posterior aterrizaje requieren de elementos e infraestructuras

externas, como zonas despejadas de gran extensión.

La segunda clasificación son los drones de ala rotatoria, que son aquellos drones en los que las

alas, en este caso también denominadas “palas”, giran alrededor de un eje, consiguiendo de

este modo la sustentación según Santana (2017). Dependiendo del número de rotores y/o de su

configuración, los drones de ala rotatoria pueden subdividirse en los siguientes tipos:

Aeronaves con un rotor principal y un rotor de cola (“la sustentación es generada por el rotor

principal el cual está situado en la parte superior del aparato, mientras el rotor de cola

compensa el par de torsión que el primero produce” (Santana, 2017)), dron con un único rotor o

singlecopter (posee un único rotor para generar la sustentación y un arreglo de alerones para

compensar el torque del rotor), dron con dos rotores en configuración coaxial (“Esta

configuración posee dos rotores colocados uno encima del otro. Ambos rotores giran en


direcciones opuestas, consiguiendo el emprender el vuelo a partir de la diferencia generada de la

velocidad angular de ambos rotores” (Santana, 2017)), y la última clasificación corresponde a

los multirrotores. Estos últimos poseen tres o más rotores con una configuración espacial

diferente, en la ilustración 1 se pueden observar algunas de estas clasificaciones.

Los drones de tipo multirotor tienen muy buena maniobrabilidad, debido a su sencillo

despeje/aterrizaje, y son relativamente más estables que los de ala fija.

Ilustración 1. Clasificación de drones de tipo multirotor.

Fuente: Santana, E. (12 de 3 de 2017). Tipos de drones – Conoce todos los tipos de drones que existen | Clasificación de

drones | Categorías de drones.

2.1.1.2.TIPOS DE DRONES SEGÚN LA APLICACIÓN

La clasificación de los drones según su aplicación es bastante extensa, debido a que, como se

mencionó anteriormente el uso de los drones se ha extendido a diferentes disciplinas y

actividades; “puede ser para filmografía, ocio y entretenimiento, inspección de obra civil,

reconocimiento y toma de datos en zonas de desastre, vigilancia fronteriza, inspección de obra

civil, levantamiento de mapas, monitorización de contaminación atmosférica, monitoreo y

cuidado de cultivos, supervisión del tráfico vehicular, monitoreo y control de incendios,


localización de recursos naturales, enlace de comunicaciones, transporte de paquetería, búsqueda

y rescate”. (Santana, 2017)

2.1.2. ELEMENTOS

2.1.2.1. CONTROLADORA

Haciendo una relación entre el computador y los UAVs, el “cerebro” de los últimos es la

controladora, así como para la CPU lo es para los ordenadores.

Escura (s.f.) menciona que todas las controladoras del mercado tienen características similares, y

que todas cuentan con los mismos elementos; un acelerómetro para poder medir la propia

“inercia” de los movimientos, un giróscopo para poder medir la velocidad angular de los

cambios de posición. El sensor barométrico que sirve para conocer con una buena precisión la

altura real de vuelo. El Magnetómetro que es utilizado como una brújula para conocer hacia que

lugar está mirando el dron. Un GPS para poder conocer las coordenadas exactas en el espacio y

poder desplazarse de forma autónoma (según el modo de vuelo seleccionado por el usuario), y

por último, y más importante, un procesador lo suficientemente potente como para realizar las

lecturas y operaciones por segundo en base a todos los datos y parámetros que recibe al momento

de definir y realizar el vuelo.

Las funciones entre una y otra controladora varían en función del precio, donde las más costosas

permiten un número mayor de posibilidades de vuelo (Modos destinados a tomas cinemáticas,

acrobático, asistidos por GPS, para escanear estructuras o terreno (fotogrametría), Aterrizaje y

despegue automáticos, Loiter), de los que se hablará más adelante.


2.1.2.2.GPS Y COMPASS

Normalmente los drones que se comercializan para labores cartográficas en la actualidad cuentan

con sistema GPS y GLONASS ya que mejora la precisión de las coordenadas, un ejemplo puede

ser el Dji Phantom 4 Pro.

GPS was made by the USA and GLONASS was made by Russia. They work in a similar way

but just via different frequencies. There’s also one more thing to take note of – latitude. That’s

the only aspect in which GLONASS is slightly ahead of GPS – it outputs good signal even on the

highest of latitudes where GPS usually has issues. (Dronelli, 2017).

De esta manera, lograr integrar en el dron ambos sistemas de posicionamiento, permite que se

complementen ambos, y de esta manera lograr emitir una buena señal incluso en la más alta de

las latitudes donde el GPS suele tener problemas.

2.1.2.3.TELEMETRÍA

“La telemetría la vamos a utilizar para poder mandarle rutas y ordenes al drone desde un celular

o un portátil. Para ello tenemos que conectar un receptor en la controladora” (Rojas, 2017). Y es

que básicamente es una antena con un puerto USB para conectarla al computador y poder

configurar el dron y los parámetros del vuelo por medio del software Mission Planner.

2.2. MISSION PLANNER

Es un software de estación de control terrestre para drones, que permite definir y planear las

misiones. Se puede configurar y establecer parámetros en el RPAS (sistema aéreo tripulado de

forma remota) para optimizar el rendimiento en vuelo. Permite conectarse con varias plataformas

de mapas como Google Earth para ingresar coordenadas punto a punto de las fotografías. En

piloto automático analiza las misiones y con software de telemetría apropiado es posible


monitorear el UAV durante la operación, grabar, ver y analizar todos los registros de telemetría,

y adicionalmente operar el vehículo con vista en primera persona.

Mission Planner cuenta con un soporte de ayuda, a través de una tabla de contenido, para abordar

temas como instalación, planificaciones, calibración de brújula, calibración radiocontrol,

acelerómetro, plan de vuelo, datos de vuelo entre otros temas comunes.

2.2.1. MODOS DE VUELO

Antes de dar una breve descripción de los modos de vuelo que se pueden realizar mediante el

software Mission Planner, o de manera completamente manual por parte del usuario es necesario

presentar los ejes de un aeromodelo, los cuales se pueden observar en la ilustración 2.

Ilustración 2. Ejes de un aeromodelo.

Fuente: Rojas, M. (16 de 10 de 2017). Quadcopter 250 UAV., de ArduPilot

2.2.1.1. STABILIZE

Según Rojas (2017) este modo de vuelo permite al usuario volar el dron de manera manual,

pero mantiene el YAW como un helicóptero, es decir, paralelo al suelo. Además de auto nivelar

los niveles de Roll y Pitch.

2.2.1.2. ALT HOLD

Recibe este nombre por sus siglas del inglés “Altitude hold mode”, lo que permite al usuario

manipular el Roll y Pitch manteniéndose siempre a una altura constante. “Se puede mover en


todas direcciones pero mantiene la altitud. También mantiene el YAW en su posición” (Rojas,

2017)

2.2.1.3. LOITER

Para usar este modo de vuelo se requiere que el GPS (y/o COMPASS) estén encendidos. Fija

una posición en vuelo. Una vez fijada esa posición lo podemos utilizar como el STABILIZE,

pero cuando soltamos los mandos vuelve a la posición de origen.

2.2.1.4. RTL MODE (RETURN TO LAUNCH)

Sus siglas en inglés explican la utilidad de este modo de vuelo, y es necesario que esté

activado el GPS. El dron la navega desde su actual posición, para volar alrededor de su zona de

lanzamiento; mediante el software es posible configurar parámetros como la altura con la cual

regresará el dron a su punto de lanzamiento.

2.2.1.5. AUTO

En este modo el dron seguirá una misión programada en el software, además de la posibilidad

de configurar los parámetros de la cámara, como por ejemplo, cada cuanto se realizará la toma de

fotografías.

2.3.AGISOFT PHOTOSCAN

Agisoft Photoscan es un software libre para el procesamiento de imágenes digitales, para el caso

técnicas de fotogrametría digital; que permite la reconstrucción del entorno 3D.

El software permite realizar triangulación fotogramétrica, texturizado del modelo 3D, modelos

digitales de superficie y orto fotografías.

Agisoft en primer lugar evalúa la calidad de las fotografías, luego de ello realiza una alineación

de las imágenes, cuyo objetivo es encontrar coincidencia espacial, luego de ello se genera una


nube densa de puntos, esta hace un aproximado realista del entorno, pues es en este proceso

donde el programa determina la superficie del terreno que puede procesar de las imágenes

ingresadas, luego de ello se construyen los Modelos Digitales de Terreno. Además de esto se

pueden realizar mallas, modelos de textura y finalmente los ortofotomosaicos.

2.3.1. MODELOS DIGITALES DE SUPERFICIE

Los modelos digitales de superficie representan una distribución espacial visual y numérica de la

altura de la superficie del terreno. Se tienen los siguientes métodos directos por sensores

remotos, para la construcción de un modelo digital de superficie (MDS):

• “Altimetría, altímetros transportados por aviones o satélites que permiten determinar las

diferencias de altitud entre la superficie terrestre y el vehículo que transporta el altímetro (que se

supone constante). El inconveniente es la baja resolución (celdillas muy grandes) de los datos y

que se ve muy afectado por la rugosidad del terreno, por ello se limita al seguimiento de hielos

polares”. (SIGMUR, 2017)

• “Radargrametría o interferometría de imágenes radar. Un sensor radar emite un impulso

electromagnético y lo recoge tras reflejarse en la superficie terrestre, conociendo el tiempo de

retardo del pulso y su velocidad puede estimarse la distancia entre satélite y terreno.” (SIGMUR,

2017)

2.3.2. ORTOFOTOGRAFÍAS

Las fotografías aéreas presentan una limitación en georreferenciación, por lo que estas

fotografías son una representación cónica de la realidad, dicha limitación se ve afectada por la

perspectiva, deformaciones por el relieve en el terreno, falta de verticalidad y distorsiones de la

cámara, siendo así las orto fotografías son un producto cartográfico donde las limitaciones

expuestas están corregidas, donde ahora se tendrá una perspectiva ortogonal.


Para la obtención de una ortofotografía se tienen las siguientes fases:

Vuelo fotogramétrico

Digitalización de las fotografías aéreas

Fotointerpretación

Aero triangulación

MDE

Obtención de la Ortofotografía

Mosaico de Ortofotografías

Ilustración 3. Procedimiento para la generación de Ortofotos

2.4. QGIS

QGIS es un Sistema de Información Geográfica (SIG) de Código Abierto licenciado bajo GNU -

General Public License . QGIS es un proyecto oficial de Open Source Geospatial Foundation

(OSGeo) que soporta numerosos formatos y funcionalidades de datos vector, datos ráster y bases

de datos. QGIS proporciona una creciente gama de capacidades a través de sus funciones básicas

y complementos. Puede visualizar, gestionar, editar y analizar datos y diseñar mapas

imprimibles. (QGIS, 2018)


3. PROCEDIMIENTOS

La ejecución del proyecto está compuesta básicamente por dos grandes etapas, la primera de

éstas hace referencia a la captura de la información, la toma de fotografías en campo mediante un

dron. Y la segunda etapa está enfocada en el post-proceso de las imágenes para la creación de

modelos digitales de superficie y ortofotografías.

3.1. PRIMERA ÉTAPA: MISSION PLANNER

3.1.1. INFORMACIÓN BÁSICA

Para determinar las zonas donde se realizarán los vuelos se debe muy detallista y analizar toda

la información suministrada antes de comenzar el proyecto. Para el caso de la presente

investigación se cuenta con datos obtenidos por diferentes fuentes, ver tabla 1.

Cabe resaltar que los planos encontrados en el Esquema de Ordenamiento Territorial del

municipio se encuentran en formato DXF, y son importados al software Qgis para realizar todos

los análisis que permitan establecer las zonas potenciales de vuelo.

Tabla 1. Datos suministrados del municipio

FUENTE INSUMO VIGENCIA

Esquema de

Ordenamiento

Territorial

(E.O.T.)

Ríos.shp

Curvas_nivel.shp

Vías_urbano.shp

Vías_rural.shp

2005

IGAC Uso_cobertura.shp

Veredas_usos.shp

Veredas_chipaque.shp

2005


Limite_municipal.shp

En los anexos del presente documento se pueden visualizar las salidas gráficas con la

información descrita en la tabla 1, con las cuales se obtiene una visión general de las

dimensiones espaciales y las características del terreno existentes en el municipio.

El área del municipio es de 139.72 km2, en donde el área urbana cuenta con 24.0500 ha y el área

rural del municipio tiene una extensión de 13947.11 ha

3.1.2. SELECCIÓN VEHÍCULO AÉREO NO TRIPULADO (UAV)

Para determinar el tipo de drone que mejor se ajusta a las condiciones y características del vuelo,

es necesario evaluar: el tiempo de vuelo, las zonas de despeje/aterrizaje y las condiciones

climáticas. El UAV elegido para realizar el proyecto ha sido un dron de ala fija debido a que su

duración de vuelo es la más elevada con respecto a los que cuentan con hélice.

3.1.3. PARÁMETROS DE VUELO

3.1.3.1. ZONA DE VUELO

Antes de definir los parámetros de vuelo es necesario conocer el área que será volada,

generalmente en las especificaciones de los drones está descrita su velocidad máxima de vuelo, y

un área de recubrimiento estimada, para nuestro caso la velocidad es de 20 km/h , y un área de

recubrimiento de 200 hectáreas aproximadamente.

Determinar el área sobrevolada es relativamente sencillo con las herramientas suministradas

por el software Mission Planner, basta con ingresar un polígono (en formato shapefile) con un


área de 1400 m por 1400 m (estos valores fueron definidos para obtener un área cuadrada

cercana a 200 ha). En la siguiente figura se muestran la distribución de los vuelos que se deben

realizar. Para cubir el 100% del municipio es necesario realizar 103 vuelos, tal como se ve en la

siguiente ilustración..

Ilustración 4. Planes de vuelo de 196 Ha para el municipio de Chipaque.

El proceso descrito será el mismo para cada zona. Se realizará la explicación detallada para la

zona que recubre el área urbana.

Cabe resaltar que es necesario buscar zonas despejadas para realizar los vuelos de

aproximadamente 200 m por 10m, para el momento del aterrizaje.


3.1.3.2. DEFINICIÓN LÍNEAS DE VUELO

Una vez es cargado el shapefile al software en la pestaña “Flight Plan” se puede observar sobre

un mapa base de Google Earth la zona que será volada. Se debe elegir la opción “Terrain” en la

parte inferior para que la altura del vuelo permanezca constante, ya que el software usa un

modelo digital de elevación y en el caso de sobrevolar tanto un valle a 2500 msnm, como una

zona montañosa con alturas entre 2700msnm y 3000msnm, la altura de la aeronave permanecerá

constante durante todo el vuelo.

En la siguiente ilustración se observa en el costado inferior de la pantalla un panel de

información rápida en el que se muestra la altura (metros), velocidad (m/s), Distancia al

WayPoint (metros), velocidad de ascenso (m/s), y el yaw (grados). Toda esta información se

muestra en la pestaña “Flight Data” con la ubicación actual del dron.

Ilustración 5. Software Mission Planner

En la ilustración 5 se observa la zona que se va a volar con puntos coordenados en cada una de

las esquinas del poligono creado a partir del shapefile ingresado en la pestaña “Flight Plan”,

dando click sobre la opción “Dibujar Polígono”.


Ilustración 6. Parametros de vuelo

Una vez ingresado el polígono que defina la zona que se quiere volar se crea un grid automático,

mediante la opción “Auto WP”, y se obtiene la ilustración 6; acá se define el tipo de cámara, la

altitud del vuelo, el ángulo que define la dirección del vuelo (Norte – Sur, Este – Oeste ), y la

velocidad del vuelo. Además en las estadísticas que aparecen en la parte inferior se tiene

información del vuelo como el área cubierta, la distancia, el número de fotografías, el tiempo de

vuelo (calculado según la velocidad y la altura de vuelo ingresadas por el usuario), y el intervalo

de tiempo entre fotografías.


Ilustración 7. Trazado líneas de vuelo

En las opciones de grilla se puede visualizar el traslape de las fotografías, y se pueden configurar

los parámetros que aparecen al costado derecho de la ventana, como la distancia entre líneas,

porcentaje de sobrelape, entre otros.

Ilustración 8. Previsualización de la captura de fotografías


Es necesario definir el lugar donde se regresará el dron al momento de terminar el recorrido; esto

se hace creando nuevos “WayPoints” y como se ve en la siguiente figura, a cada Punto le

podemos asignar una función según las necesidades del usuario, para este caso, se elegirá

“Land”, que en español traduce aterrizar.

Ilustración 9. Funciones y programación del drone.

El WayPoint denominado “H”, hace referencia al Home, es decir, el lugar de donde el dron parte

para comenzar el recorrido, razón por la que el software una vez es definido el plan de vuelo

asigna al último Waypoint la función “Return to launch”. Pero se debe tener en cuenta que al ser

realizado el vuelo mediante un dron de ala fija su aterrizaje no será horizontal por lo que es

necesario definir tres o cuatro puntos más al finalizar la misión donde se disminuirá la altura para

que logre aterrizar de una manera segura sobre el punto Home. Ver ilustración 11.


Ilustración 10. Instrucciones tarjeta controladora

Una vez está diseñado el vuelo, se da click sobre la opción “Save WP File” para salvar la

configuración del vuelo, y después en la opción “Write WPs” para enviarlo a la controladora del

dron y en caso de perder la señal entre el computador y la telemetría que el dron continúe con el

vuelo.


3.2. SEGUNDA ÉTAPA: AGISOFT PHOTOSCAN

3.2.1. INFORMACIÓN BASICA

Photoscan está compuesto de dos paneles: Workspace y Reference, en el primero se

visualizan los ficheros y directorios referentes al proyecto, y en la sección Reference se ingresan

parámetros referentes a puntos de control y las coordenadas de los centroides de cada fotografía.

La primera parte del procesamiento consiste en cargar las imágenes al software y el fichero

generado por Mission Planner, en donde están registradas las coordenadas del centroide de cada

fotografía.

Ilustración 11. Agregar imágenes y archivo de localización

3.2.1. ALINEACIÓN DE FOTOGRAFÍAS

Se asigna el sistema de referencia y se verifica la latitud, longitud, altura, así con todos los

campos de manera que el programa los reconozca adecuadamente. Y a partir de la segunda fila

se procede a importar las coordenadas, ya que la fila uno corresponde a los nombres asignados a

cada columna.


Ilustración 12. Asignación del sistema de referencia.

Una vez se tiene el sistema de referencia, que para el caso es WGS 84, el programa muestra las

líneas de vuelo tomadas, donde cada punto hace referencia a una imagen, Se procede a eliminar

las primeras imágenes tomadas, ya que las posiciones de la cámara para estas imágenes tienen

una inclinación mayor a los 30 grados, lo que genera distorsión en las imágenes, pues estas

imágenes han sido capturadas mientras el dron ascendía.

Ilustración 13. Eliminación de imágenes de subida del Dron

Uno de los pasos importantes es estimar las imágenes, es decir que el programa clasificara las

imágenes por calidad donde cero es la peor calidad y 1 es la mejor, es importante también

inhabilitar las imágenes que están muy borrosas, luego de ello se procede hacer la alineación de


fotos, este proceso será importante para la información que se tendrá al hacer la nube de puntos

poco densa, todo este proceso nos aporta para la exactitud del producto final (ortofoto).

El proceso que sigue es la alineación, para este se recomienda hacer esta fase en alto, la selección

de pares hace referencia a como el software escoge las imágenes para hallar los puntos de pasos

entre estas, que es el objetivo final de esta fase. Como se tiene la información referenciada se

escoge reference; la opción avanzada hace referencia a que se van a buscar 5000 puntos entre

cada par de imágenes.

Como se mencionó al finalizar el proceso se tienen los puntos de paso entre las imágenes en

otras palabras es la alineación de las imágenes, donde se pueden observar los centros de

proyección, es decir la inclinación de la cámara cuando se tomaron las imágenes.

Ilustración 14. Alineación de las imágenes y su resultado final.

El procedimiento que sigue es muy importante, añadir los puntos de control, este proceso es

adecuado para reducir los errores que se puedan precentar en la posición de la camara y en la

información de la orientación es decir que los puntos de control mejoran los resultados de la

construcción de modelos y brinda además una mejor georreferenciación.


Ilustración 15.Ingreso de los puntos de control.

Los puntos de control fueron tomados en campo con GPS del móvil personal (Coordenadas

geográficas) en puntos de fácil identificación tanto en campo como en la ortofoto.

Ilustración 16.Eleccióny fotointerpretación de los puntos de control.


Se debe colocar el sistema de referencia WGS 84 que es el marco de referencia que se tiene para

todas las imágenes, es importante para cada punto de control posicionarlo en el software de

manera que coincida con la imagen captada.

Ilustración 17.Asignación de los puntos de control para cada vuelo

3.2.2. NUBE DENSA DE PUNTOS

La nube densa me genera el modelo de superficie con más detalle, es decir que el programa se

enfatiza y calcula la profundidad de cada imagen. En calidad media y en avanzada para el

filtrado de la profundidad se deja en moderado, que es lo adecuado para el procesamiento de este

tipo de imágenes. Como resultado final para este proceso en el vuelo 57 se obtuvo lo siguiente:


Ilustración 18. Nube densa.

3.2.3. CONSTRUIR MESH

En la construcción del mesh hace una interpolación, que se basa en la información que le general

la nube densa. Cabe aclarar que no se limpia nada del terreno, como carros, casas, arboles etc.

Este proceso genera un modelo real que tiene una superficie vectorial, y también un modelo TIN.


Ilustración 19.Modelo TIN.

Fuente: Elaboración Propia

Ilustración 20. Modelo Vectorial.

Fuente: Elaboración propia

3.2.4. CONSTRUCIÓN DE TEXTURAS

La construcción de textura como su nombre lo indica, mejora y hace que la capa del modelo

sea más fina, es un proceso corto, que no es indispensable, pero hace que el modelo tenga más

calidad a la hora de realizar una interpretación.


Ilustración 21.Construcción de textura de la zona Urbana.

3.2.5. MODELO DIGITAL DE SUPERFICIE

El modelo digital de superficie se genera tomando como base la nube densa de puntos ya

generada, el objetivo de este proceso es reflejar las características morfológicas (pendiente, etc.)

Como se observa en la imagen las zonas con pendiente más alta, se muestran en rojo y así va

descendiendo hasta tener las zonas más planas en azul, como es de suponerse la zona urbana se

encuentra en las zonas con menor pendiente.


Ilustración 22. MDS del vuelo 58.

3.2.6. ORTO – MOSAICO

El proceso de la ortofoto tiene como objetivo corregir la perspectiva, deformaciones por el

relieve en el terreno, falta de verticalidad y distorsiones de la cámara, y además se tiene una

proyección ortogonal. Es importante mencionar que las ortofotos generadas con Agisoft tienen

buen nivel de detalle y nitidez.


Ilustración 23. Ortofoto generada.

Ilustración 24. Detalle de la ortofoto generada.


4. RESULTADOS

Los resultados más relevantes obtenidos con ocasión del desarrollo y ejecución del proyecto

se pueden resumir, básicamente, en los siguientes puntos, que se presentan a modo de

conclusiones:

I. Un área de 392 ha comprendida dentro del municipio Chipaque fue sobrevolada

usando un dron de ala fija y se obtuvieron imágenes con una resolución de 12 mpx,

con una cámara Canon PowerShot S110. En la ilustración 25 se observan las

ortografías sobrepuestas en una imagen Satelital del software Google Earth, en donde

los recuadros en rojo son las áreas a sobrevolar de 196ha y los polígonos de diferentes

colores hacen referencia a las veredas del municipio.

Ilustración 25. Resultado de vuelos 57 y 58


II. Elaboración de 2 (dos) modelos digitales de superficie con un recubrimiento de

aproximadamente un 98% del área sobrevolada (392 ha).

Vuelo 58 (Zona Urbana) Vuelo 57 (Zona Rural)

III. Creación de orto fotografías tomando como insumos las fotografías capturadas

mediante el dron, obteniendo un recubrimiento del 100% del área urbana, y un 2,462%

del área rural. Ver en anexos el mapa Área sobrevolada en el municipio de Chipaque.

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS

5.1. ÁREA SOBREVOLADA

Los planes de vuelos fueron establecidos de manera satisfactoria para ejecutar los vuelos

sobre el área del municipio de Chipaque, Cundinamarca. Los vuelos fueron realizados a una

altura de 120 metros a una velocidad de 20 km/h, y usando un Modelo Digital de Elevación se

logra que el dron sin importar la altura del terreno, permanezca a una altura constante durante

todo el recorrido de vuelo.

Con la captura de las fotografías a través de los dos vuelos realizados (Id. 57 y 58) se logra un

recubrimiento del área urbana del municipio del 100% y para el área rural apenas un 2,462%. En

las siguientes gráficas se observa en detalle las áreas sobrevoladas.


Ilustración 26. Diagramas porcentaje recubierto de vuelo.

En la ilustración 26 correspondiente a los diagramas expuestos de manera porcentual que

representan el área sobrevolada, se observa que se cubrió el 100% del perímetro urbano. Y para

el caso del suelo rural, tan solo 4 veredas fueron sobrevoladas en diferentes porcentajes. En la

siguiente ilustración se indican las veredas y su correspondiente porcentaje de área sobrevolada.

Cabe destacar que las veredas sobrevoladas son contiguas al perímetro urbano,

específicamente hacen referencia al identificador de vuelo para la zona asignado con el número

57.

100%

0%

ZONA URBANA

SOBREVOLADO

NOSOBREVOLADO

45

,23

%

52

,62

%

6,9

9%

0,5

9%

% SOBREVOLADO ÁREA RURAL

2%

98%

ZONA RURAL

SOBREVOLADO

NOSOBREVOLADO


5.2. MODELO DÍGITAL DE ELEVACIÓN.

Se han generado dos modelos digitales de superficie, uno para el perímetro urbano

(identificador 58) de 8180 x 7843 pixeles, 35.8cm/pixel, y el segundo (para parta de la zona

rural) de7928 x7450, con 32,7cm/pixel. En la siguiente ilustración se observa un buen nivel de

detalle y algunas de las formas de relieve, pero debido a que no se aplicó ninguna reclasificación

el modelo no muestra la altura del suelo, sino por el contrario, toma todas las superficies

capturadas en la fotografía y mediante las coordenadas de la ortofoto y las coordenadas aportadas

por el modelo de elevación de Google Earth, se establece la altura diferenciando la elevación de

vuelo del dron y el modelo ya mencionado.

Ilustración 27. Modelo digital de superficie para el perimetro urbano.


5.3. ORTOFOTOGRAFÍA

Para la generación de la ortofotografía ID58 se tomaron alrededor de 360.000 puntos Tie de

manera automática, y 4 puntos de control en campo, con lo que se obtuvo un RMSE (Root Mean

Squared Error) de 107.66; el error promedio es igual a 4.52 metros debido al nivel de precisión

con que se tomaron las coordenadas (con un GPS de precisión de 1 metro) y la precisión de la

telemetría usada para el vuelo.

Cabe resaltar que el modelo digital de superficie usado como base para definir la altura del vuelo

contribuye en la alta magnitud del error calculado al procesar las imágenes para generar la

ortofoto.

La Asociación Española de RPAS (2016) destaca que una vez son capturadas las imágenes, son

procesadas mediante programas específicos para la obtención de los modelos 3D y

Ortomosaicos, como Pix4D o Agisoft PhotoScan. Programas mediante los cuales es posible

obtener una precisión de hasta 1 centímetro en planimetría gracias a la inclusión, de puntos de

apoyo tomados por GNSS topográfico. Los ortomosaicos obtenidos pueden alcanzar hasta 1

centímetro de GSD (Ground Sample Distance), es decir, un píxel de la imagen generada

representa un cuadrado de 1 centímetro de lado en la realidad.

Debido a que el procedimiento para la elaboración de las ortofotos no se llevó a cabo mediante la

utilización de herramientas de alta precisión, como equipo topográfico, y los componentes

incorporados en el dron no contaban con una precisión centimétrica se consideran como factores

que influyeron bastante en la propagación de errores.

Una vez generada la ortofotografía es entregada a los reconocedores prediales, quienes en campo

la usarán para el apoyo en la identificación, cualificación y cuantificación de las unidades

prediales.


5.4. CATASTRO MULTIPROPÓSITO

En la ilustración 28 se muestra la sección del formulario de reconocimiento predial donde se

consigna la información referente a la localización del predio. La siguiente descripción trata de

un terreno con una mejora ubicada sobre el predio 30 de la vereda 08 (Cumba), del municipio

178 (Chipaque). Al realizar la inspección en campo se muestra a los propietarios, poseedores o

tenedores la ortofoto con el fin de determinar los límites del predio antes de proceder a hacer el

recorrido.

Una de las ventajas que ofrece usar imágenes capturadas mediante dron es el nivel de detalle que

ofrece, además de ser imágenes recientes, por lo que al establecer la información referente a la

cobertura del suelo las áreas y porcentajes determinados son más precisos.

Ilustración 28. Formato Reconocimiento Predial Catastro Multipropósito.

En la siguiente ilustración se encuentra descrita la información referente a la cobertura del predio

con número catastral 251780000000000080030000000000. En el predio hay dos coberturas,

cultivo de plantas aromáticas en el costado norte y sur; y pastos al costado occidental. Con ayuda

de la ortofotografía, y las mediciones en campo el porcentaje establecido para cada una de las

coberturas es preciso. Además se compara el área medida en campo, la obtenida a través de la


ortofoto y la información suministrada por el propietario con el fin de llegar a un valor más

exacto.

Ilustración 29. Formato Reconocimiento Predial. Sección coberturas.


6. EVALUACIÓN Y CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS DEL PLAN DE

ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN

DETALLE REVISIÓN

Definir los planes de vuelo con el software Mission Planner para cubrir

determinadas zonas (rural y urbana) del municipio

HECHO

Procesar mediante el software Agisoft Photoscan las fotografías aéreas

tomadas en campo para generar modelos digitales de superficie por

zonas

HECHO

Apoyar el proceso de captura de información física, jurídica y

económica de los predios ubicados en el municipio de Chipaque, con el

fin de implementar un catastro multipropósito.

HECHO

Comparar la cartografía existente en el municipio con ortofotos

generadas a partir de imágenes de UAV’s, para identificar cambios

físicos en los predios del municipio.

HECHO

Generar modelos digitales de superficie (3D) con el fin de proponer y

mostrar un avance técnico para facilitar el análisis de la información

que se requiere para un catastro multipropósito.

HECHO

Tabla 2. Evaluación y cumplimiento de los objetivos propuestos.


7. CONCLUSIONES

1. La definición de los planes de vuelo está en función del tipo de dron y las

características físicas del entorno. El apoyo de cartografía ya sea en formato SHP,

KMZ, o DWG es fundamental para definir con buena precisión las áreas a sobrevolar,

calcular el número de vuelos necesarios, parámetros como la velocidad, altura de

vuelo y modelos de elevación.

2. El producto final fotogramétrico que se obtuvo con el software Photoscan, haciendo

referencia a las ortofotos alcanzó un buen nivel de detalle; los elementos presentes

sobre el terreno presentan buen contraste, nitidez, e iluminación. Por lo tanto, es

viable usar fotografías tomadas por vehículos aéreos no tripulados UAV’s no solo por

el nivel de detalle que ofrecen, sino por la facilidad de realizar los vuelos.

3. Para un adecuado desarrollo de reconocimiento predial es vital el proceso de captura

de información física, jurídica y económica de los predios ubicados en el municipio

de Chipaque, con el fin de implementar un catastro multipropósito.

4. La ortofoto o los mosaicos ortofotogramétricos como producto final tomados con

UAV’s son idóneos e influyen en el desarrollo de un catastro multipropósito, esto en

cuanto al reconocimiento del terreno; los predios donde se realizó el levantamiento

predial son analizados usando fotointerpretación, y a pesar de no tener una buena

precisión para fines catastrales, facilitan la individualización y el cálculo porcentual

de las coberturas presentes en los predios.

5. Las ortofoto permite observar el estado de las vías, parques, colegios y demás

elementos de carácter público, por lo cual, las falencias del municipio son más fáciles


de determinar en forma masiva y a posteriori poder plantear un ordenamiento

territorial, en función de las necesidades de los habitantes; reforzando así, el elemento

“plus” de lo que se quiere plantear con el nuevo catastro multipropósito como lo es, el

componente social.

8. RECOMENDACIONES

La programación del vuelo es parte relevante para obtener una ortofotografia con buena

precisión y resolución espacial; se sugiere que en el punto de despegue/aterrizaje no haya exceso

de redes Wifi o 3G para que la señal y los sensores del dron no presenten interferencias de

ningún tipo. Cabe mencionar, que al momento de realizar dos vuelos en modo manual de manera

paralela con especificaciones similares, se debe procurar mantener una distancia considerable

entre ambos equipos, para evitar el cruce o interferencia en la señal.

Con el fin de mejorar la precisión, en el perímetro urbano se recomienda tomar más de 10 (diez)

puntos de control con equipo GNSS o topográfico para obtener un error medio de 1 a 5 cms, y

facilitar las mediciones en campo.

Al momento de hacer la selección o compra de elementos para hacer los vuelos es importante

tener en cuenta el tipo de dron que se va a usar; no todo el software de licencia libre para la

planeación de los vuelos y captura de imágenes acepta todas las referencias de los componentes

de los UAV’s.

Las ortofotos generadas en el proyecto de investigación a pesar de ser capturadas usando un

dron, cámara, telemetría y GPS no especializados en el desarrollo productos fotogramétricos,

permitieron realizar fotointerpretación en campo por parte de los reconocedores prediales; se

recomienda que el gps del dron cuente con antenas de doble frecuencia, así como una mejor

resolución y apertura focal de la cámara.


9. BIBLIOGRAFÍA

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Santana, E. (12 de 3 de 2017). Tipos de drones – Conoce todos los tipos de drones que existen |

Clasificación de drones | Categorías de drones. Recuperado el 30 de 9 de 2017, de

Xdrones: http://www.xdrones.es/tipos-de-drones-clasificacion-de-drones-categorias-de-

drones/#Tipos_de_drones_segun_los_metodos_de_generacion_de_sustentacion

SIGMUR. (s.f.) . SIG y Teledetección en la Universidad de Murcia. Recuperado el 9 de

enero del 2018, de Universidad de Murcia: http://www.um.es/geograf/sigmur/.


10. ANEXOS

Ilustración 30. Datos obtenidos de información suministrada por el IGAC


Ilustración 31. Curvas de nivel. Datos obtenidos de información suministrada por el IGAC


Ilustración 32. Vías municipio de Chipaque, Cundinamarca


Ilustración 33. Área sobrevolada municipio Chipaque, Cundinamarca

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