GENERACIÓN DE UN MODELO DIGITAL DE TERRENO...

1

GENERACIÓN DE UN MODELO DIGITAL DE TERRENO GEORREFERENCIADO

CON EL ESCÁNER LASER FARO FOCUS 3D EN EL LOTE B DE LA UNIVERSIDAD

DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y

RECURSOS NATURALES

CARLOS ANDRÉS QUIMBAY LÓPEZ

EDGAR FERNANDO LEIVA FONSECA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

TECNOLOGÍA EN TOPOGRAFÍA

BOGOTÁ, D.C

2016

2

GENERACIÓN DE UN MODELO DIGITAL DE TERRENO GEORREFERENCIADO

CON EL ESCÁNER LASER FARO FOCUS 3D EN EL LOTE B DE LA UNIVERSIDAD

DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y

RECURSOS NATURALES

CARLOS ANDRÉS QUIMBAY LÓPEZ - COD. 20131031052

EDGAR FERNANDO LEIVA FONSECA - COD. 20131031005

PROYECTO DE GRADO EN LA MODALIDAD DE PASANTÍA, PARA OPTAR EL

TÍTULO DE TECNÓLOGO EN

TOPOGRAFÍA

DIRECTOR

JULIO HERNÁN BONILLA ROMERO

INGENIERO CIVIL

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

TECNOLOGÍA EN TOPOGRAFÍA

BOGOTÁ, D.C

2016

3

Art. 117

“Ni la universidad ni el jurado de grado serán responsables de las ideas expuestas por los

graduados en el trabajo”

4

Contenido RESUMEN ............................................................................................................................................ 7

ABSTRACT ............................................................................................................................................ 8

LISTA DE FIGURAS................................................................................................................................ 9

LISTA DE TABLAS................................................................................................................................ 11

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................. 12

Fases del proyecto ............................................................................................................................. 12

La primera fase .................................................................................................................................. 12

La segunda fase ................................................................................................................................. 12

La tercera fase ................................................................................................................................... 13

UBICACIÓN GEOGRÁFICA .................................................................................................................. 14

OBJETIVOS ......................................................................................................................................... 15

Objetivo General ............................................................................................................................... 15

Objetivo Especifico ............................................................................................................................ 15

MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................... 16

Escáner Laser Terrestre (TLS) ............................................................................................................ 16

Modelo Digital De Elevaciones .......................................................................................................... 17

Modelo Digital De la Superficie ......................................................................................................... 17

TIN ..................................................................................................................................................... 17

Tecnología LIDAR ............................................................................................................................... 18

Tipos de escáneres 3D ....................................................................................................................... 19

Funcionamiento de los escáneres 3D por triangulación ................................................................... 19

Aplicaciones del escáner 3D .............................................................................................................. 20

Escáner Laser Faro Focus 3D ............................................................................................................. 21

Características del Focus 3D .............................................................................................................. 22

Funcionamiento del Focus 3D ........................................................................................................... 23

Magna-Sirgas ..................................................................................................................................... 23

Georreferenciación ........................................................................................................................... 26

Configuración de los parámetros de escaneo ................................................................................... 26

Selección de un perfil de escaneo ..................................................................................................... 27

Configuración de la resolución y la calidad ....................................................................................... 28

Resolución ......................................................................................................................................... 28

Calidad ............................................................................................................................................... 28

5

Configuración del rango de escaneo ................................................................................................. 29

Área vertical ...................................................................................................................................... 29

Área horizontal .................................................................................................................................. 29

Botón Área completa ........................................................................................................................ 30

Escaneo con color.............................................................................................................................. 30

Inicio del escaneo .............................................................................................................................. 31

Target ................................................................................................................................................ 33

Súper esfera ...................................................................................................................................... 33

Tarjetas .............................................................................................................................................. 33

Circulo plano ..................................................................................................................................... 33

Precisión y exactitud ......................................................................................................................... 34

Precisión ............................................................................................................................................ 34

Exactitud ............................................................................................................................................ 34

Exactitud y precisión posicional ........................................................................................................ 34

Precisiones estándar para algunas escalas de mapas ....................................................................... 35

Exactitud y precisión de los atributos ............................................................................................... 35

Normas colombianas e Internacionales ............................................................................................ 36

Manual TOC Terrestrial Laser Scanning Specifications (California Department of Transportation) 36

Escaneado Laser Terrestre Estacionario ........................................................................................... 37

Resolución número 64 de 1994 ........................................................................................................ 38

Normas de precisión final ................................................................................................................. 38

Precisión Planimétrica ....................................................................................................................... 38

Precisión Altimétrica ......................................................................................................................... 38

NTC 5043(INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. CONCEPTOS BÁSICOS DE LA CALIDAD DE LOS DATOS

GEOGRÁFICOS) .................................................................................................................................. 39

NTC 5205(PRECISIÓN DE DATOS ESPACIALES) .................................................................................. 40

METODOLOGÍA.................................................................................................................................. 42

Planeación ......................................................................................................................................... 42

Trabajo en Campo ............................................................................................................................. 44

Poligonales ........................................................................................................................................ 44

Nivelaciones ...................................................................................................................................... 47

Escaneos ............................................................................................................................................ 51

Trabajo De Oficina ............................................................................................................................. 55

6

Proceso para la georreferenciación de las escenas .......................................................................... 55

Proceso para la generación del DTM (Modelo Digital de Terreno) .................................................. 63

RESULTADOS ..................................................................................................................................... 76

ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................................................. 78

Error Máximo .................................................................................................................................... 78

NTC 5043 ........................................................................................................................................... 78

NTC 5205 ........................................................................................................................................... 83

CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 87

RECOMENDACIONES ......................................................................................................................... 88

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 89

ANEXOS ............................................................................................................................................. 91

7

RESUMEN

El avance del tiempo y la necesidad del ser humano de ser más preciso cada día, hacen que

este se esfuerce por el mejoramiento de las herramientas un caso claro de esta necesidad es

la topografía que ha venido desde los inicios de la humanidad mejorando. Haciendo de sus

procesos cada vez más precisos con mayor rapidez y lo más importante sin tanto esfuerzo.

Uno de los avances más importantes en esta rama de estudio es el escáner terrestre 3D que

nos permite hacer levantamientos de grandes áreas disminuyendo tiempo, duración y

mano de obra, como si esto fuera poco la precisión de estos escáneres es muy superior a la

precisión que se obtendría generalmente en un levantamiento con una estación topográfica.

Debido a que esta nueva tecnología emplea un sistema de escaneo por triangulación un

sistema parecido al de una cámara fotográfica que se encarga de tomar la geometría real de

un objeto de la forma más precisa posible que exista en el mercado. Para este trabajo de

investigación se generó un MDT (Modelo Digital de Terreno) y se georeferenciò para

poder compararlo con un levantamiento con estación y nivel. Y así poder determinar qué

tipo de levantamiento es más confiable teniendo en cuenta distintos factores que afectan la

precisión y las ventajas y desventajas de cada método.

Palabras claves: Escáner, modelo digital de Terreno, Estación Topográfico, Nivel

Topográfico, Exactitud y Precisión.

8

ABSTRACT

The advance of time and the need of human beings to be more precise each day, make this

endeavor by improving the tools a clear case of this need is the topography has been since

the beginning of mankind improving. Making his increasingly precise processes faster and

most importantly without much effort. One of the most important advances in this field of

study is 3D terrestrial scanner that allows us to surveying large areas decreasing time,

duration and labor, as if this were the accuracy of these scanners little is far superior to the

precision it is generally obtained in a survey with a survey station. Because this new

technology uses a scanning system more accurate triangulation similar to a camera that is

responsible for taking the actual geometry of an object in the form system may exist on the

market. For this research will generate a DTM (Digital Terrain Model) and georreferenciara

to compare it with a lift stations and level. And so we can determine what type of survey is

more reliable taking into account various factors that affect the accuracy and the advantages

and disadvantages of each method.

Keywords: scanner, digital terrain model, topographic Station, Topographic level,

Accuracy and Precision.

9

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Área aproximada a escanear, foto tomada de la página mapas.bogota.gov.co ................ 14

Figura 2.Deflexión del láser en el escáner ......................................................................................... 16

Figura 3. Ejemplo de Topografía LIDAR ............................................................................................. 19

Figura 4. Funcionamiento del escáner 3D triangulación ................................................................... 20

Figura 5. Escáner Laser Faro Focus 3D .............................................................................................. 22

Figura 6. Rotación Vertical y horizontal del Focus 3D ....................................................................... 23

Figura 7. Estaciones red Magna-Eco ................................................................................................. 25

Figura 8. Pantalla Cambiar Parámetros del escaneo ......................................................................... 27

Figura 9. Pantalla Seleccionar un perfil ............................................................................................. 27

Figura 10. Pantalla cambiar la resolución y la calidad del escaneo .................................................. 28

Figura 11. Pantalla configuración del rango de escaneo .................................................................. 30

Figura 12. Gafas protectoras contra radiación láser ......................................................................... 31

Figura 13. Pantalla del escaneo en progreso .................................................................................... 32

Figura 14. Pantalla presentación preliminar del escaneo ................................................................. 32

Figura 15. Escáner laser INICIANDO .................................................................................................. 33

Figura 16. Tipos de target.................................................................................................................. 33

Figura 17. Diferencia entre precisión y exactitud ............................................................................. 36

Figura 18. Diagrama de flujo de la metodología ............................................................................... 42

Figura 19. Mojón “TT11” localizado en el área a escanear. .............................................................. 43

Figura 20. Mojón “POS2” localizado en el área a escanear. ............................................................. 43

Figura 21. Mojón “VIVERO 8” localizado en el área a escanear. ....................................................... 43



Figura 24. Estación Pentax 822 usada en las poligonales ................................................................. 44

Figura 25. Área del terreno donde se realizó el escaneo .................................................................. 51

Figura 26. Esfera ubicada sobre la placa TT19 .................................................................................. 52

Figura 27. Resolución y calidad ......................................................................................................... 53

Figura 28. Escáner Laser En proceso de escaneado .......................................................................... 54

Figura 29. Posición aproximada de las 6 estaciones de escaneo ...................................................... 55

Figura 30. Verificación de distancias en el escaneo .......................................................................... 56

Figura 31. Selección de objetos de SCENE ........................................................................................ 56

Figura 32. Edición de coordenadas de las esferas............................................................................. 57

Figura 33. Estructura de archivo para subir puntos a SCENE. ........................................................... 57

Figura 34. Estructura de datos en Excel ............................................................................................ 58

Figura 35. Entorno principal de SCENE y Vista de los escaneos ........................................................ 59

Figura 36. Importar referencias ........................................................................................................ 60

Figura 37. Vista de las referencias de escaneos ................................................................................ 61

Figura 38. Ventana Colocar escaneos ............................................................................................... 62

Figura 39. Tensión media de referencia de cada punto .................................................................... 63

Figura 40. Activación vista 3D de los escaneos ................................................................................. 64

Figura 41. Proceso de exportación .................................................................................................... 65

Figura 42. Entorno principal de Global Mapper ................................................................................ 65

10

Figura 43. Ventana parta la edición del sistema de proyección ....................................................... 66

Figura 44. Pestaña Analysis y menú Create Elevation Grid From 3D Vector Data ............................ 67

Figura 45. Triangulación final de los escaneos .................................................................................. 68

Figura 46. Icono que muestra las curvas de nivel ............................................................................. 69

Figura 47. Opciones de Exportar ....................................................................................................... 70

Figura 48. Entornos de ARGIS muestra botón añadir datos ............................................................. 71

Figura 49. Menú Data Frame Propierties y curvas de nivel .............................................................. 72

Figura 50. Ruta para la creación del TIN ........................................................................................... 72

Figura 51. Vista final de la ventana Create TIN ................................................................................. 73

Figura 52. Vista del modelo Digital de Terreno ................................................................................. 74

Figura 53. Menú VIEW para diseños de plano de entrega ................................................................ 74

Figura 54. Segundo Modelo Digital de Terreno ................................................................................ 75

Figura 55. Presentación final del DTM en medio pliego ................................................................... 76

Figura 56. Presentación final del DTM2 en medio pliego ................................................................. 77

11

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Precisiones para escalas de mapas ...................................................................................... 35

Tabla 2. Elementos y subelementos de calidad de la norma NTC 5043 ........................................... 40

Tabla 3. Poligonal topográfica por ceros atrás .................................................................................. 45

Tabla 4. Datos de la poligonal topográfica por ceros atrás ............................................................... 45

Tabla 5. Coordenadas finales de los cilindros ................................................................................... 46

Tabla 6. Puntos levantados con la estación Pentax-822 ................................................................... 46

Tabla 7. Resumen de coordenadas y cotas de los 20 puntos ........................................................... 47

Tabla 8. Ajuste de los cambios .......................................................................................................... 48

Tabla 9. Nivelación desde TT20 ......................................................................................................... 48

Tabla 10. Nivelación desde TT19 ....................................................................................................... 49

Tabla 11. Nivelación desde cambio 2 ................................................................................................ 49

Tabla 12. Cotas sacadas con la estación Pentax 822 ......................................................................... 50

Tabla 13. Resumen final de las cotas de los 20 puntos ..................................................................... 51

Tabla 14.Análisis de resultados de los 20 puntos medidos ............................................................... 79

Tabla 15. Frecuencias con la distancia euclidiana de los puntos. ..................................................... 79

Tabla 16. Distancia de cada punto al escáner ................................................................................... 80

Tabla 17. Frecuencias para los errores horizontales ......................................................................... 81

Tabla 18. Distancias que están por encima del error máximo .......................................................... 82

Tabla 19. Frecuencias para errores verticales ................................................................................... 83

Tabla 20. Puntos de control y sus coordenadas ................................................................................ 84

Tabla 21. Análisis Horizontal NTC 5205 ............................................................................................. 85

Tabla 22. Análisis vertical de la NTC 5205 ......................................................................................... 86

Tabla 23. Las 190 distancias posibles entre todos los puntos ........................................................... 94

12

INTRODUCCIÓN

La necesidad de implementación de nuevas tecnologías en la topografía ha llevado a

incursionar un nuevo tipo de levantamiento con escáner laser terrestre. Este proyecto de

investigación se enfocara en dar un punto de vista sobre qué ventajas y desventajas ofrece

este método de escaneo con respecto al método convencional de levantamientos con

estación y nivel topográficos de precisión.

Fases del proyecto

Para la realización de esta investigación se dividió en tres fases.

La primera fase

En la cual se llevó a cabo con la investigación de antecedentes relacionados con el tema de

estudio, se observó cómo era su metodología y que resultados y problemas tenían. Con esta

información se realizó un cronograma con la planeación de cómo se llevara a cabo los dos

levantamientos (con estación y del escáner) ajustándose a normas internacionales y

nacionales.

La segunda fase

Se llevó a cabo el trabajo de campo en cual se realizó una poligonal para el levantamiento

de 20 puntos y su posterior nivelación (levantamiento topográfico bajo estándares de

calidad). Una vez obtenido este levantamiento procedimos a realizar el escaneo de la zona

de estudio.

13

La tercera fase

En esta fase se realizó el postproceso del levantamiento topográfico con estación

ajustándolo a la normas y obteniendo como resultado las coordenadas de estos puntos y

después se realizó otro proceso con los escaneos limpiándolos de ruidos e información

innecesaria, uniéndolos, georreferenciándolos, y procesándolos para poder tener el

resultado final un MDT (modelo digital de terreno) de la superficie de estudio ajustado con

coordenadas y cotas reales de todo el tramo estudiado.

14

UBICACIÓN GEOGRÁFICA

El lote B de la Facultad De Medio Ambiente y Recursos Naturales de la Universidad

Distrital Francisco José De Caldas localizado al Sur-Oriente del teatro la Media Torta de

Bogotá.

Figura 1. Área aproximada a escanear, foto tomada de la página mapas.bogota.gov.co

Fuente: Mapas Bogotá

15

OBJETIVOS

Objetivo General

Generar un modelo digital de terreno con el escáner laser FARO FOCUS 3D.

Objetivo Especifico

Obtener los datos para producir un modelo digital de terreno en un corredor de

100m de largo por 20m de ancho con el escáner laser FARO FOCUS 3D.

Determinar la calidad de los datos y algunos factores que los afecten de acuerdo a

normas colombianas e internacionales.

16

MARCO TEÓRICO

Escáner Laser Terrestre (TLS)

Los TLS son aparatos de elevada precisión, capaces de trabajar en diferentes entornos y

bajo condiciones atmosféricas adversas. Utilizan medidas taquimétricas, que consisten en la

combinación de la medida de distancias y ángulos. El escáner barre todo su campo visual

(Field off View; FoV) variando la dirección del rayo láser para poder escanear los

diferentes puntos objeto de medida; bien rotando el propio dispositivo o bien utilizando un

sistema de espejos rotativos. Este último método es el más utilizado, puesto que los espejos

son más ligeros y pueden girar rápidamente y con una gran precisión. El escáner horizontal

se denomina “frame scan” y puede tener un FoV desde 40º hasta 360º. El escáner vertical

es el “line scan” y puede lograr un FoV desde 40º hasta 310º. (Jiménez, 2012)

Figura 2.Deflexión del láser en el escáner

Fuente: Manual Faro Focus 3D

17

Modelo Digital De Elevaciones

Un modelo digital de elevación es una representación visual y matemática de los valores de

altura con respecto al nivel medio del mar, que permite caracterizar las formas del relieve y

los elementos u objetos presentes en el mismo. (Ibañez Martinez, 2008)

Estos valores están contenidos en un archivo de tipo raster con estructura regular, el cual se

genera utilizando equipo de cómputo y software especializados.

En los modelos digitales de elevación existen dos cualidades esenciales que son la exactitud

y la resolución horizontal o grado de detalle digital de representación en formato digital, las

cuales varían dependiendo del método que se emplea para generarlos y para el caso de los

que son generados con tecnología LIDAR se obtienen modelos de alta resolución y gran

exactitud. (Gomez, 2010)

Modelo Digital De la Superficie

(Digital Surface Model). Estructura numérica de datos que representa la distribución

espacial de la altura de la superficie donde, además del terreno, se consideran también los

elementos enlazados a él (edificios, vegetación). (Ibañez Martinez, 2008)

TIN

A partir de un conjunto de puntos, en los que se conoce la elevación, se traza un conjunto

de triángulos, formados por tripletas de puntos cercanos no colineales, formando un

mosaico. En ocasiones se parte de las curvas de nivel que, tras descomponerse en un

conjunto de puntos, genera una red irregular de triángulos. En este caso hay que tener en

18

cuenta que pueden formarse triángulos a partir de puntos extraídos de la misma curva de

nivel, por tanto con el mismo valor, que darán lugar a triángulos planos. Tienen entre sus

ventajas el adaptarse mejor a las irregularidades del terreno, ocupar menos espacio y dar

muy buenos resultados a la hora de visualizar modelos en 3D o determinar cuencas

visuales. Entre los inconvenientes destaca un mayor tiempo de procesamiento y el resultar

bastante ineficientes cuando se intenta integrarlos con información de otro tipo; en

definitiva hay que utilizarlos para interpolar una capa raster como se vio en el tema anterior

(Felicismos, 1994).

Tecnología LIDAR

La tecnología LIDAR (LIght Detection And Ranging -detección por luz y distancia) es

resultado de la integración las tecnologías GPS, Unidad de Medición Inercial y sensor láser,

se utiliza para la colecta de datos de altitud. Estos datos sirven para definir la superficie del

terreno y generar Modelos Digitales de Elevación (MDE). El levantamiento LIDAR tiene

ventajas sobre la captura con métodos convencionales: requiere de mínimo control

geodésico en tierra, los datos tienen una mayor densidad y una mayor precisión. (INEGI,

2015)

19

Figura 3. Ejemplo de Topografía LIDAR

Fuente: http://www.geofotosa.com/servicios.htm

Tipos de escáneres 3D

Escáneres 3D por contacto: son los que examinan la superficie con un elemento, al que se

llama palapador, que se apoya sobre los objetos a escanear.

Escáneres 3D sin contacto: son escáneres que no requieren contacto con el objeto. Los hay

de varios tipos, aunque el que nos interesa es el escáner por triangulación, ya que es el que

se usa en la impresión 3D. (Frax, 2015)

Funcionamiento de los escáneres 3D por triangulación

En cierto modo tienen un funcionamiento parecido al de una cámara, pero en lugar de

recopilar información sobre el color y la luz, lo hacen sobre la geometría de un objeto.

20

Figura 4. Funcionamiento del escáner 3D triangulación

Fuente: http://frax3d.com/escaner-3d-tipos-y-aplicaciones

Se usa un láser que rebota contra el objeto del cual queremos analizar su forma, los datos se

recogen con el sensor del escáner 3D y este los pasa al ordenador para que sean analizados

por un software.

El láser utilizado, en lugar de ser un punto, proyecta una línea sobre la superficie del objeto

que estamos escaneando. Como las superficies tridimensionales no son planas, los puntos

que conforman esta línea están más distantes unos de otros y también del sensor, esta

información es captada por el escáner que almacena así información sobre el relieve del

objeto. (Frax, 2015)

Aplicaciones del escáner 3D

En Arqueología ya se emplea el escaneado 3D como técnica para obtener modelos

tridimensionales de todo tipo de objetos desde vasijas y monedas hasta restos óseos. Los

modelos obtenidos con esta técnica llegan a tener una precisión de una centésima de

milímetro, por lo que permite la generación de modelos realistas.

21

Un uso muy similar al anterior es el de la aplicación del escaneado 3D a la geología.

Usando también los escáneres láser por triangulación, se pueden reproducir virtualmente

cuevas, accidentes geográficos y canteras con un gran realismo.

En Industria los escáneres 3D se emplean sobre todo a la hora de comprobar la calidad de

una pieza que requiera una gran precisión. Una vez se haya fabricado el componente, este

se escanea y se compara con un modelo teórico perfecto almacenado en el ordenador.

Las utilidades son muchas y cada vez van en aumento. Dado que cada vez son más rápidos,

pequeños y baratos, su uso se está extendiendo con rapidez. No sólo permiten obtener

modelos de un edificio o instalación, sino que también nos ayudan en la comparación de la

evolución del estado de un objeto a la hora de detectar cualquier grieta o deterioro. (Frax,

2015)

Escáner Laser Faro Focus 3D

Los Focus3D de la Serie X son los escáneres láser más pequeños y ligeros del mercado e

ideales para el uso en interiores y exteriores. Son rápidos y precisos y ofrecen todo lo que

se espera de un láser escáner 3D de estas características - con la reconocida facilidad de

manejo de FARO.

EL Focus3D X 330 ofrece un alcance extra de 330 m, el Focus3D X 130 con 130 m es apto

para aplicaciones de rango medio. La función de HDR y fotografías de alta resolución

entregan los resultados del escaneo de una manera realista y detallada con una calidad de

imagen espectacular. El Laser Scanner Focus3D X30 ha sido especialmente diseñado para

adaptarse a las necesidades de corto alcance y aplicaciones de escaneo en interiores,

capturando datos hasta 30 metros de distancia.

22

Todos los tipos de escáner permiten la realización de escaneos a plena luz del día. El

control remoto así como la posibilidad de compartir los datos escaneados vía SCENE

Webshare Cloud convierten la solución en realmente móvil. (FARO, 2015)

En la figura 5 se muestra el escáner Laser Faro Focus 3D

Figura 5. Escáner Laser Faro Focus 3D


Características del Focus 3D

El FARO Focus3D es un revolucionario escáner láser sin contacto para modelado y

documentación 3D que se puede usar de forma sencilla e intuitiva a través de una pantalla

táctil integrada. Aparte de la interfaz táctil, otras características, como su tamaño y su peso

mínimos, hacen que el Focus3D sea fácil de usar y que se pueda ahorrar hasta la mitad del

tiempo de escaneo en comparación con escáneres láser 3D convencionales.

23

Funcionamiento del Focus 3D

Para medir la distancia, el Focus3D utiliza la tecnología de desfasaje. Esto significa que el

haz del láser es modulado mediante ondas constantes de diferente longitud. La distancia del

escáner al objeto se determina con exactitud al medir los desfasajes en las ondas de luz

infrarroja. HYPERMODULATIONTM mejora en gran medida la relación señal-ruido de la

señal modulada con la ayuda de una tecnología especial de modulación. Las coordenadas

X, Y y Z de cada punto se calculan utilizando codificadores de ángulos para medir la

rotación del espejo y la rotación horizontal del Focus3D.

Figura 6. Rotación Vertical y horizontal del Focus 3D


Magna-Sirgas

La utilización de técnicas espaciales en la determinación de coordenadas, especialmente,

los sistemas globales de navegación por satélites (GNSS) como el GPS, ha revolucionado

la definición de los sistemas de referencia, dejando en desuso los adoptados localmente y

exigiendo la migración de los datos geográficos a un sistema de compatibilidad universal,

24

es decir geocéntrico. En Colombia, el sistema de referencia local corresponde con el Datum

BOGOTÁ, adoptado en 1941 y cuyo elipsoide asociado es el internacional de 1924. El

Datum BOGOTÁ esta desplazado del geocentro aproximadamente 500 m, lo que genera

inconsistencias del mismo orden al comparar coordenadas superficiales; es decir al

representar un levantamiento GPS sobre la cartografía actual, se encuentras diferencias en

las coordenadas geográficas (latitud y longitud) de más o menos 200m y 300 m en sentido

este-oeste. (Instituto Geográfico Agustín Codazzi , 2004)

La solución inmediata a estas inconsistencias es la utilización de parámetros de

transformación; no obstante, estos pueden introducir errores de varios metros en las

coordenadas finales.

25

Figura 7. Estaciones red Magna-Eco

Fuente: Adopción Del Marco Geocéntrico Nacional de Referencia MAGNA-SIRGAS Como Datum Oficial De

Colombia.

MAGNA-SIRGAS es la solución a la necesidad nacional de adoptar un datum geocéntrico

que permita determinar coordenadas compatibles con los sistemas globales de

posicionamiento y navegación por satélites. Al ser una densificación de SIRGAS y, éste a

su vez del marco de referencia global (ITRF), las coordenadas basadas en MAGNA-

SIRGAS presentan consistencia entre las diferentes aplicaciones desarrolladas a cualquier

nivel (local, regional, nacional o internacional), facilitando la captura, almacenamiento,

integración e intercambio de información geográfica de alta precisión. (Instituto Geográfico

Agustín Codazzi , 2004)

26

Georreferenciación

La georreferenciación es el uso de coordenadas de mapa para asignar una ubicación

espacial a entidades cartográficas. Todos los elementos de una capa de mapa tienen una

ubicación geográfica y una extensión específicas que permiten situarlos en la superficie de

la Tierra o cerca de ella. La capacidad de localizar de manera precisa las entidades

geográficas es fundamental tanto en la representación cartográfica como en SIG. (Instituto

Geográfico Agustín Codazzi , 2004).

Configuración de los parámetros de escaneo

Focus3D puede capturar escaneos con perfiles de escaneo, que son conjuntos predefinidos

de parámetros de escaneo. Del mismo modo que una cámara fotográfica, se pueden

seleccionar parámetros predefinidos según la escena y/o la calidad de escaneo deseada.

También se pueden cambiar temporalmente la configuración del perfil de escaneo

seleccionado ajustando los parámetros de escaneo, que son las configuraciones que se

utilizarán para los próximos escaneos.

Para elegir un perfil de escaneo predefinido o cambiar los parámetros de escaneo, presione

el botón Parámetros en la pantalla Inicio.

27

Figura 8. Pantalla Cambiar Parámetros del escaneo

Fuente: Propia

Selección de un perfil de escaneo

Antes de capturar un escaneo, debe seleccionar un perfil de escaneo que se ajuste a las

necesidades de la escena y a la calidad de escaneo deseada.

Figura 9. Pantalla Seleccionar un perfil

Fuente: Propia

Esta vista muestra todos los perfiles de escaneo disponibles. El escáner viene con perfiles

predefinidos de fábrica que son de sólo lectura. Pero también puede agregar perfiles

personalizados en Administrar – Perfiles.

28

Seleccione un perfil tocando el botón correspondiente. El perfil seleccionado aparecerá

resaltado y con una marca de verificación. Para ver detalles del perfil seleccionado, toque el

botón una vez más. (FARO, 2014)

Configuración de la resolución y la calidad

Figura 10. Pantalla cambiar la resolución y la calidad del escaneo

Fuente: Propia

Resolución

La resolución del escaneo resultante. Puede elegir entre 1/1, 1/2, 1/4, 1/5, 1/8, 1/10, 1/16,

1/20 y 1/32. Use la barra deslizante a la izquierda para cambiar la resolución el próximo

escaneo.

Calidad

Afecta la calidad del escaneo y el tiempo del escaneo con resoluciones de escaneo

constantes. Le permite al usuario equilibrar las necesidades de calidad y velocidad

mediante un simple deslizador. Si mueve el deslizador hacia arriba, se reducirá el ruido de

29

los datos de escaneo y, de este modo, aumentará la calidad del escaneo, lo que provocará un

mayor tiempo de escaneo. Si mueve el deslizador hacia abajo, reducirá el tiempo de

escaneo y aumentará la eficacia del proyecto de escaneo. El deslizador de calidad establece

los niveles de calidad, ya sea por medio de diversas frecuencias de medición, o mediante la

aplicación de compresión de ruido adicional.

La duración del escaneo resultante, los puntos de escaneo verticales y horizontales

(Tamaño del escaneo [Pt]) y el tamaño del escaneo resultante en megapuntos (Megaptos.)

se mostrarán en la mitad de la vista. Distancia de puntos [mm/10m] / [pulg./30pies] es la

distancia entre los puntos de escaneo capturados en mm (pulg.) en una distancia de escaneo

de 10 metros (30 pies).

Configuración del rango de escaneo

Área vertical

El tamaño del área de escaneo vertical en grados. Use los botones de la izquierda para

cambiar el ángulo de inicio vertical, y use los botones de la derecha para ajustar los ángulos

de fin verticales

Área horizontal

El tamaño del área de escaneo horizontal en grados. Use los botones de la izquierda para

cambiar el ángulo de inicio horizontal, y use los botones de la derecha para ajustar los

ángulos de fin horizontales.

30

Botón Área completa

Presione para restablecer los valores al área máxima posible de escaneo (vertical de -62.5°

a 90° y horizontal de 0° a 360°) del escáner. En la parte superior de esta vista, el rectángulo

gris ilustra el área de escaneo completa y el rectángulo amarillo ilustra el área de escaneo

seleccionada. El espacio entre las líneas horizontales y verticales en esta ilustración es

equivalente a 30°. (FARO, 2014)

Figura 11. Pantalla configuración del rango de escaneo

Fuente: Propia

Escaneo con color

Activa o desactiva el registro de escaneos con color. Si fija este botón en ACTIVADO, se

activará el registro con color; y si lo fija en DESACTIVADO, se desactivará el registro con

color.

31

Inicio del escaneo

Si usted está ubicado a una distancia inferior a la distancia segura para la vista, colóquese

gafas de protección contra radiación láser y procure que no haya personas en el área

potencialmente peligrosa, a menos que estas personas tengan gafas protectoras.

Figura 12. Gafas protectoras contra radiación láser

Fuente: Propia

Recuerde que el escáner está dando vueltas y que la unidad del espejo está girando a alta

velocidad. Asegúrese de que el escáner pueda moverse libremente y que ningún objeto

toque la unidad del espejo.

Puede comenzar el escaneo presionando el botón Iniciar escaneo en la pantalla Inicio del

software operativo o presionando el botón Iniciar/Detener en el escáner.

Comenzará el proceso de escaneo, el láser se encenderá y aparecerá la pantalla de escaneo.

Los LEDs del escáner comenzarán a parpadear en color rojo mientras el láser del escáner

esté encendido. Durante el escaneo, el escáner gira 180º en sentido horario. Si está

escaneando con color, el escáner continuará girando hasta 360° para tomar imágenes.

Después de completar el escaneo y capturar las imágenes, el escáner puede realizar otro

giro completo para capturar datos del clinómetro. (FARO, 2014)

32

Figura 13. Pantalla del escaneo en progreso

Fuente: Propia

Al finalizar, aparecerá una nueva pantalla con una presentación preliminar de la imagen del

escaneo capturado. Esta presentación preliminar no tiene color.

Figura 14. Pantalla presentación preliminar del escaneo

Fuente: Propia

Esta vista le muestra una presentación preliminar de la imagen del escaneo capturado para

verificar el escaneo y para comprobar que todos los objetos estén visibles. Se establecieron

33

los parámetros de configuración la calidad y la resolución se activaron los sensores del

escáner se programó para que tomara fotos después del escanear y se le dio inició.

Figura 15. Escáner laser INICIANDO

Fuente: Propia

Target

Básicamente el software de SCENE reconoce cuatro tipos de target Como las.

Súper esfera

Tarjetas

Circulo plano

Figura 16. Tipos de target

Fuente: Faro

34

Precisión y exactitud

Precisión

Hace referencia a la medida y exactitud de las descripciones en las base de datos de un SIG. Los

atributos de información precisos pueden especificar las características de los elementos con gran

detalle. Es importante observar, no obstante, que los datos precisos - no importando el cuidado en

su medida - pueden ser inexactos. Los topógrafos pueden cometer errores, o bien los datos

pueden ser introducidos en las bases de datos incorrectamente. (Rodriguez, 2002)

Exactitud

Es el grado en el cual la información de un mapa o en una base de datos digital se muestra

verdadera o con valores aceptables. La exactitud es un asunto perteneciente a la cualidad de

los datos y al número de errores contenidos en un conjunto de datos o mapa. Analizando

una base de datos de un SIG, es posible considerar la exactitud horizontal y vertical con

respecto a la posición geográfica, tanto atributiva y conceptual, como en la agudeza lógica.

(Rodriguez, 2002)

Exactitud y precisión posicional

Es aplicable tanto a la posición horizontal como a la vertical.Exactitud y precisión están en

función de la escala en la que ha sido creado el mapa (impreso o digital). (Rodriguez, 2002)

Los mapas estándar empleados por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS)

especifican que:

"se requiere una exactitud horizontal del 90 % en todos los puntos tomados que deben de

estar entre 1 y 30 pulgadas (2,54 y 76.2 cm) para mapas de escala superior a 1:20.000 y

35

entre 1 y 50 pulgadas (2,54 y 127 cm) para mapas de escala inferior a 1:20.000"

(Antenucci, 1991)

Precisiones estándar para algunas escalas de mapas

Escala Precisiones estándar

1:1.200 (± 1,015 m)

1:2.400 (± 2,033 m)

1:4.800 (± 4,063 m)

1:10.000 (± 8,467 m)

1:12.000 (± 10,159 m)

1:24.000 (± 12,192 m)

1:63.360 (± 32,187 m)

1:100.000 (± 50,80 m)

Tabla 1. Precisiones para escalas de mapas

Fuente: (Antenucci, 1991)

Exactitud y precisión de los atributos

Los datos no espaciales unidos a la localización pueden ser inexactos o imprecisos. La

inexactitud puede ser consecuencia de errores de distinto tipo. Los datos no espaciales

pueden variar mucho también en precisión. La información precisa que los atributos

describan fenómenos con gran detalle. Por ejemplo, la descripción precisa de una persona

que vive en una dirección particular puede incluir género, edad, ingresos, ocupación, nivel

de educación y muchas otras características. Una descripción imprecisa puede incluir sólo

los ingresos o sólo el género. (Serrano, 2013)

36

Figura 17. Diferencia entre precisión y exactitud

Fuente: http://detopografia.blogspot.com.co/2013/01/precision-vs-exactitud.html

Normas colombianas e Internacionales

Manual TOC Terrestrial Laser Scanning Specifications (California

Department of Transportation)

Los sistemas de escaneo laser o de detección de luz (LIDAR) usan láser para hacer medidas

desde un trípode u otra montura estática, sobre vehículos o en un aeroplano. El termino

LIDAR es usado a veces como sinónimo se Escáner Laser, pero es más común que sea

asociado con el método aéreo realizado con un avión, helicóptero u otra aeronave.

Las especificaciones de medidas Caltrans de orden general TLS normalmente realizadas

por o para el Departamento se basan en proyectos de investigación y experiencia de

campo. Como equipo y los procedimientos de mejora, nuevas especificaciones se

desarrollarán y se cambian las especificaciones existentes. Provisionalmente, los

administradores de District Survey pueden aprobar el uso de métodos y procedimientos

que no se abordan en el CSM. (Transportation, 2011)

37

Escaneado Laser Terrestre Estacionario

Estacionaria Terrestre de barrido láser (STLS) se refiere a las aplicaciones de escaneo

láser que se realizan desde un punto de vista estático en la superficie de la tierra. Los

instrumentos STLS que se suelen utilizar para ingeniería civil comúnmente utilizan el

"tiempo de vuelo", "medida de fase" o "Procesamiento de forma de onda" para medir

distancias. El concepto básico es similar a la utilizada en los instrumentos de estación

total; utilizando la velocidad de la luz para determinar la distancia. Sin embargo, hay

diferencias significativas en longitud de onda de la luz láser, la cantidad y la velocidad

de datos de puntos recogidos, los procedimientos de campo, procesamiento de datos,

fuentes de error, etc. Los sistemas de escaneo laser recogen una enorme cantidad de

datos crudos llamados "Nube de puntos".

Los escáneres de "tiempo de vuelo" (también conocido como "pulso base") son el tipo

más común de escáner láser para proyectos de ingeniería civil debidos a su máximo

rango de efectividad (Típicamente 125-1000m) y las tasas de recaudación de datos de

50.000 puntos por segundo o más. Un escáner laser de "tiempo de vuelo" combina un

pulso de haz laser, un espejo que refleja el haz hacia la zona de escaneado, y un

subsistema receptor óptico, que detecta el pulso láser reflejado desde el objeto. Desde

que se conozca la velocidad de la luz, el tiempo de viaje del pulso láser se puede

convertir en una medida de un rango preciso.Un escáner láser de fase modula la luz

láser emitida en múltiples fases y se comparan los cambios de fase de la energía del

láser devuelto. El escáner utiliza algoritmos de cambio de fase para determinar la

distancia basada en las propiedades únicas de cada fase individual. Los escáneres láser

38

de fase tienen un alcance efectivo máximo más corto (típicamente 25-75 m) que los

escáneres de "tiempo de vuelo", pero tienen tasas de colección de datos mucho más

altas que estos.

El procesamiento de forma de onda, o escáneres láser de digitalización-eco utilizan la

tecnología de pulsos de "tiempo de vuelo" y la capacidad de procesamiento de forma

de onda en tiempo real interno para identificar múltiples retornos o reflexiones del

mismo pulso de la señal que resulta en la detección de objetos múltiples. Escáneres

laser de procesamiento de "forma de onda" tienen un alcance máximo eficaz similar a

la de los escáneres "tiempo de vuelo”. Con una frecuencia de pulso de 300.000 pulsos

por segundo, y una capacidad de detección eco de 15 retornos por pulso, las tasas de

colección de datos pueden exceder 1,5 millones de puntos por segundo. Los escáneres

que procesan la forma de onda tienen problemas para discriminar entre los retornos

del mismo pulso láser de los objetos que están estrechamente espaciados.

(Transportation, 2011)

Resolución número 64 de 1994

Normas de precisión final

Precisión Planimétrica

El 90 % de los puntos extraídos del mapa, con excepción de aquellos que

necesariamente son desplazados por la exageración de la simbología, deben estar

localizados dentro de 0.5 mm. a escala de plano de sus posiciones verdaderas. El

error medio cuadrático correspondiente es de 0.30 mm a la escala del mapa.

Precisión Altimétrica

39

El 90 % de las curvas de nivel y de las elevaciones interpoladas a partir de dichas

curvas de nivel deben estar dentro del ½ intervalo básico. Si “c” es este intervalo,

el error medio cuadrático es de 0.3 c. Normalmente, se adopta que el intervalo

básico es de 1mm * Em (siendo Em el módulo de escala), en cuyo caso el valor

de la precisión altimétrica para el 90 % indicado es de 0.5 mm * Em. El error

medio cuadrático correspondiente es de 0.30 mm * Em. No hay restricción para

fijar intervalos de curvas menores, siempre y cuando la norma de precisión se

cumpla. Las precisiones indicadas se refieren al producto final. Cada una de las

etapas intermedias del proceso debe a su vez tener precisión suficiente de tal

forma que la suma cuadrática de todas ellas sea igual o menor a la precisión final.

NTC 5043(INFORMACIÓN GEOGRÁFICA. CONCEPTOS BÁSICOS DE LA

CALIDAD DE LOS DATOS GEOGRÁFICOS)

Esta norma proporciona los conceptos básicos para describir la calidad de los datos

geográficos disponibles en formato digital y análogo; presenta un modelo conceptual que

facilita el manejo de la información sobre la calidad de dichos datos geográficos

(ICONTEC, 2003).

Elementos de calidad Subelementos de calidad

A- Grado de totalidad

a1- Comisión

a2- Omisión

B- Consistencia lógica

b1- Consistencia de dominio

b2- Consistencia topológica

b3- Consistencia de formato

C- Exactitud de posición

c1- Exactitud absoluta o externa

c2- Exactitud relativa o interna

c3- Exactitud de posición de datos de celdas

d1- Exactitud en la medición del tiempo

40

D- Exactitud temporal

d2- Consistencia temporal

d3- Validez temporal

E- Exactitud temática

e1- Exactitud de clasificación

e2- Exactitud de un atributo cualitativo

e3- Exactitud del valor dado a un atributo cuantitativo

Tabla 2. Elementos y subelementos de calidad de la norma NTC 5043

Fuente: (ICONTEC, 2003)

Esta norma establece los elementos, subelementos y descriptores de la calidad utilizados

por los productores para determinar si un conjunto de datos cumple la función de

representar un universo abstracto de conformidad con las especificaciones del producto.

Igualmente, los usuarios pueden usar los requisitos de esta norma para establecer si un

conjunto de datos cumple o no con la calidad para una aplicación específica (ICONTEC,

2003).

Esta norma no busca definir un nivel mínimo aceptable de la calidad de los datos

geográficos ni intenta definir guías para definir su aptitud de uso; ha sido escrita para

identificar y documentar la información de la calidad de un conjunto o subconjunto de

datos geográficos (ICONTEC, 2003).

Los valores de esta norma están expresados en unidades del sistema internacional, según la

NTC 1000 (ICONTEC, 2003).

Esta norma es aplicable a datos geográficos digitales, sin embargo, sus principios pueden

utilizarse en otras formas de datos geográficos tales como mapas topográficos y temáticos,

cartas de navegación y documentos textuales (ICONTEC, 2003).

NTC 5205(PRECISIÓN DE DATOS ESPACIALES)

41

Esta norma define una metodología estadística para estimar la precisión de las posiciones

de puntos sobre los mapas y los datos digitales geoespaciales con respecto a puntos

terrestres de referencia con mayor precisión(ICONTEC, 2003).

La PDE tiene aplicaci0n en los mapas totalmente georreferenciados y los datos digitales

geoespaciales puntuales, en formato vector o raster, obtenidos de fuentes como las

fotografías aéreas, imágenes de satélites y levantamientos terrestre. Esta norma proporciona

un lenguaje común para presentar informes sobre la precisión y facilitar la identificación de

los datos espaciales en las aplicaciones geográficas (ICONTEC, 2003).

En esta norma se describe la manera como se debe expresar la utilidad de un dato o un

conjunto de datos e incluye los estándares de calidad, de estimación, de precisión, y de

documentación de los mismos (ICONTEC, 2003) .

Esta norma define los umbrales de precisión de los valores, Estos los establece cada entidad

de acuerdo con las especificaciones de sus productos o aplicaciones. Los productores de

mapas y de datos deben determinar cuál es la precisión existente o alcanzable para sus

datos y presentarla de acuerdo con el PDE. No obstante, para efectos de unidad en la

clasificación, Cuando se informe la precisión de los datos geoespaciales deben utilizarse los

intervalos definidos en la NTC 5204 (ICONTEC, 2003).

42

METODOLOGÍA

Figura 18. Diagrama de flujo de la metodología

Fuente: Propia

Planeación

De acuerdo a la norma NTC 5205 del 2003 son necesarios 20 puntos de referencia que

reflejen el área de interés. Siguiendo este parámetro se usaron 5 mojones ya existentes, se

situaron 7 cilindros de concreto y los restantes fueron objetos ya existentes en el área de

estudio que se consideraron fáciles de reconocer.

Los cinco mojones existentes en el terreno corresponden a redes trazadas por distintos

métodos. Algunas por GNSS y otras por poligonales topográficas, los mojones encontrados

son: TT11 (Figura 10), POS 2(Figura 11), VIVERO 8(Figura 12), TT19 (Figura 14) y TT20

(Figura 13). Aunque la mayoría de los puntos tienen coordenadas, para el proyecto solo se

usaron las coordenadas propias de dos de ellos para eliminar posibles diferencias de

medida al no ser todos de la misma red.

43

Figura 19. Mojón “TT11” localizado en el área a escanear.

Fuente: propia


Figura 21. Mojón “VIVERO 8” localizado en el área a escanear.

Figura 20. Mojón “POS2” localizado en el área a escanear.


44

Se dispusieron en el terreno 7 cilindros, cada uno con los respectivos nombres: C1, C2, C3,

C4, C5, C6 y C7. Las dimensiones de los cilindros ya mencionados son 0.3m de altura y

0.075m de radio. La profundidad con que fueron colocados los cilindros es variable, esto

de acuerdo a las condiciones del terreno y su incidencia en la visibilidad para el escáner, ya

que es de vital importancia que se distingan desde la nube de puntos que arroja el escáner.

Trabajo en Campo

Poligonales

Con el objetivo de conocer las coordenadas de los 20 puntos mencionados se realizó

una poligonal topográfica por ceros atrás constituida por cuatro vértices.

Figura 24. Estación Pentax 822 usada en las poligonales

Fuente: Propia

Como vértice coordenado de la poligonal se usó el mojón TT19 (Figura 14) y para

la línea de azimut se usó el mojón TT20 (Figura 13) y los otros vértices fueron

Cilindro 4, TT11 y VIV8. Finalmente se bajaron los datos de la estación Pentax 822

45

en un archivo llamado “PTOS LEVANTADOS PENTAX-822” se organizaron y

calcula la poligonal obtuvimos obteniendo la tabla 3 que nos muestra la poligonal

anteriormente mencionado y la tabla 4 que nos muestra los datos teóricos de la

poligonal.

Tabla 3. Poligonal topográfica por ceros atrás

Fuente: Propia

Tabla 4. Datos de la poligonal topográfica por ceros atrás

Fuente: Propia

En la anterior poligonal se obtuvieron las coordenadas finales de TT11, VIV8,

POS2 y CILINDRO 1, 2, 3, 4, 5,6 y 7 como lo podemos observar en la tabla 5.

Gr Min Seg GR MIN SEG GR MIN SEG N S E W N S E W N E

54 37 19,73

TT19 177 26 55 0°0'6" 177 27 1 0 0 0 0 0 0 0 0 100351,989 101355,531

232 4 20,73 18,438 0 -11,333 0 -14,544 0 -11,332 0 -14,5448

Cilindo 4 176 23 55 0°0'6" 176 24 1 0 0 0 0 0 0 0 0 100340,657 101340,986

228 28 21,73 30,523 0 -20,236 0 -22,851 0 -20,234 0 -22,8526

TT11 341 45 0 0°0'6" 341 45 6 0 0 0 0 0 0 0 0 100320,424 101318,134

30 13 27,73 27,54 23,796 0 13,8633 0 23,799 0 13,8622 0

Viv 8 221 30 55 0°0'6" 221 31 1 0 0 0 0 0 0 0 0 100344,223 101331,996

71 44 28,73 24,785 7,7653 0 23,5371 0 7,7663 0 23,5352 0

TT19 162 52 45 0°0'6" 162 52 51 0 0 0 0 0 0 0 0 100351,989 101355,531

54 37 19,73 0 0 0 0 0 0 0 0

Total De Angulos 1079 59 30 31,562 -31,569 37,4004 -37,394 31,565 -31,565 37,3974 -37,3974 100351,989 101355,531

Coordenadas▲

Distancia

Proyecciones Proyecciones CorregidasAngulo Hz AZIMUTAngulo ObservadoCorrec

Coordenadas

Nombre Norte Este

Placa De inicio TT19 100351,989 101355,531

Placa De Amarre TT20 100366,90 101376,530

Azimut De Partida 54 37 19,72654956

Distancia 25,755

Numero de deltas 4 Suma Teórica 1080 Suma De Campo 1079,99 Error 0° 0' 30

Tipo de Error Déficit Corrección Por

Delta 0 0 6

46

Tabla 5. Coordenadas finales de los cilindros

Fuente: Propia

Por motivos de visibilidad y de tiempo se realizó una segunda poligonal para la

obtención de las coordenadas faltantes de la misma manera que la anterior

obteniendo como resultado las coordenadas de los puntos VER 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 8,

como se muestra en la tabla 6.

ID Punto Norte (Local) Este (Local) Elevación (Local) Descripción NOTA

1 100351,989 101355,531 2692,185 TT19 Mojón

2 100366,9 101376,53 2693,788 TT20 Mojón

3 100366,902 101376,533 2693,794 VERIF TT20 N/A

4 100343,69 101342,755 2690,697 Ver 1 Punto Caja

5 100344,077 101342,739 2690,694 Ver 2 Punto Caja

6 100344,093 101343,121 2690,682 Ver 3 Punto Caja

7 100343,709 101343,144 2690,690 Ver 4 Punto Caja

8 100352,927 101344,852 2687,080 Ver 5 Punto Escalera

9 100336,35 101343,561 2692,839 Ver 6 Punto Escalera

11 100368,954 101362,784 2688,142 Ver 7 Punto Canaleta

12 100351,992 101355,535 2692,174 VERIF TT19 N/A

13 100336,406 101345,033 2692,842 Ver 8 Punto Escalera Tabla 6. Puntos levantados con la estación Pentax-822

Fuente: Propia

Cilindro 1 11/08/2015 TT19 100378,869 101380,371

28/09/2015 TT20 100378,864 101380,354

28/09/2015 TT19 100378,878 101380,347 -0,006 0,008 0,014 -0,010 0,014 0,024 0,028 100378,870 101380,357 2690,212

Cilindro 2 11/08/2015 TT19 100374,328 101369,212

28/09/2015 TT20 100374,319 101369,199

28/09/2015 TT19 100374,328 101369,212 -0,006 0,003 0,009 -0,009 0,004 0,013 0,016 100374,325 101369,208 2689,171

Cilindro 3 11/08/2015 TT19 100357,263 101359,477

28/09/2015 TT20 100357,234 101359,456

28/09/2015 TT 19 100357,263 101359,477 -0,019 0,010 0,029 -0,014 0,007 0,021 0,036 100357,253 101359,470 2691,441

Cilindro 4 11/08/2015 Poligonal 100340,657 101340,986

28/09/2015 TT20 100340,645 101340,973

28/09/2015 TT 19 100340,657 101340,984 -0,008 0,004 0,012 -0,008 0,005 0,013 0,018 100340,653 101340,981 2691,342

Cilindro 5 11/08/2015 C4 100337,455 101333,093

28/09/2015 C4 100337,457 101333,090

28/09/2015 TT11 100337,447 101333,075 -0,006 0,004 0,010 -0,011 0,007 0,019 0,021 100337,453 101333,086 2688,0715

Cilindro 6 11/08/2015 TT11 100322,340 101322,852

28/09/2015 C4 100322,317 101322,840

28/09/2015 TT11 100322,339 101322,849 -0,015 0,007 0,022 -0,007 0,005 0,013 0,026 100322,332 101322,847 2684,8375

Cilindro 7 11/08/2015 TT11 100311,427 101325,734

28/09/2015 C4 100311,377 101325,722

28/09/2015 TT11 100311,397 101325,719 -0,010 0,010 0,020 -0,006 0,009 0,015 0,025 100311,401 101325,725 2687,7335

POS 2 11/08/2015 TT11 100313,481 101324,561

28/09/2015 C4 100313,466 101324,574

28/09/2015 TT11 100313,460 101324,566 -0,009 0,012 0,021 -0,006 0,007 0,014 0,025 100313,469 101324,567 2686,7925

VIV 8 11/08/2015 Poligonal 100344,223 101331,996

28/09/2015 C4 100344,218 101331,985

28/09/2015 TT11 100344,220 101331,997 -0,002 0,003 0,005 -0,008 0,004 0,012 0,013 100344,220 101331,993 -

Cilindro 7

POS 2

Cilindro 2

Cilindro 3

Cilindro 4

Cilindro 5

Cilindro 6

Coordenadas

Norte EstePunto

Cilindro 1

COTAS

VIV8

Distancia

Del rango

Norte TOTAL Este TOTAL

Punto Fecha ArmadaNorte Este

Coordenadas

Vmin-

Promedio

Vmax-

PromedioRANGO

Vmin-

Promedio

Vmax-

PromedioRANGO

47

Finalmente como resultado de este proceso se obtuvieron las coordenadas de los 20

puntos que se manejaron en el proyecto como los muestra la tabla 7.

ID Punto Norte (Local) Este (Local) Elevación (Local) Descripción NOTA 1 100351.989 101355.531 2692.185 TT19 Mojon 2 100366.9 101376.53 2693.788 TT20 Mojon 3 100343.69 101342.755 2690.697 Ver 1 Punto Caja 4 100344.077 101342.739 2690.694 Ver 2 Punto Caja 5 100344.093 101343.121 2690.682 Ver 3 Punto Caja 6 100343.709 101343.144 2690.690 Ver 4 Punto Caja 7 100352.927 101344.852 2687.080 Ver 5 Punto Escalera 8 100336.35 101343.561 2692.839 Ver 6 Punto Escalera 9 100368.954 101362.784 2688.142 Ver 7 Punto Canaleta

10 100336.406 101345.033 2692.842 Ver 8 Punto Escalera 11 100378.87 101380.357 2690.212 Cilindro 1 cilindro puesto 12 100374.325 101369.208 2689.171 Cilindro 2 cilindro puesto 13 100357.253 101359.47 2691.441 Cilindro 3 cilindro puesto 14 100340.653 101340.981 2691.342 Cilindro 4 cilindro puesto 15 100337.453 101333.086 2688.0715 Cilindro 5 cilindro puesto 16 100322.332 101322.847 2684.8375 Cilindro 6 cilindro puesto 17 100311.401 101325.725 2687.7335 Cilindro 7 cilindro puesto 18 100313.469 101324.567 2686.7925 POS 2 Mojon 19 100344.22 101331.993 2686.465 VIV8 Mojon 20 100320.424 101318.134 2683.2825 TT11 Mojon

Tabla 7. Resumen de coordenadas y cotas de los 20 puntos

Fuente: Propia

Nivelaciones

Una vez se obtuvieron los coordenadas de los 20 puntos seguimos a realizar la parte

altimétrica del levantamiento con nivelaciones trigonométricas (nivelación

trigonométrica topográfica) sacando primero las cotas definitivas de los Cilindros 1,

2, 3, 4, 5, 6 y 7, POS 2, TT11, TT19, TT20. Con una nivelación que se hizo desde

dos cambios arrojando la tabla 8.

48

Tabla 8. Ajuste de los cambios

Fuente: Propia

Como no fue posible abarcar todos los puntos desde esta nivelación se realizaron

tres cambios en la primera se realizó la nivelación desde el mojón TT20 Arrojando

la cartera que se muestra en la tabla 9.

Nivelación Desde TT 20

Punto V+ V- Altura Instrumental Cota

TT 20 0.147 2693.935 2693.788

Cilindro 1 3.723 2690.212

Cilindro 2 4.764 2689.171

Cilindro 3 2.494 2691.441

Cilindro 4 2.593 2691.342 Tabla 9. Nivelación desde TT20

Fuente: Propia

El segundo cambio fue desde el mojón TT20 y la cartera que se obtuvo se muestra

en la tabla 10.

TT20 0.147 0.375 2693.788

-1.608 -1.609 0.001 -1.6085

TT19 0.054 1.755 1.984 0.204 2692.180

-3.779 -3.78 0.001 -3.7795

C#1 0.098 3.833 3.984 0.454 2688.400

-2.097 -2.098 0.001 -2.0975

C#2 1.703 2.195 2.552 0.802 2686.303

-3.021 -3.019 0.002 -3.02

TT 11 4.724 3.821 2683.283

ErrorV- Diferencia

Ajuste De Los Cambios

PromedioPUNTO DiferenciaV- CotaV+V+

49

Nivelación Desde TT 19

Punto V+ V- Altura Instrumental Cota

TT 19 0.054 2692.2335 2692.1795

Cilindro 5 4.162 2688.0715 Tabla 10. Nivelación desde TT19

Fuente: Propia

Finalmente se buscó un punto fijo y se le denomino cambio 2 y desde este se nivelo

los puntos restantes obteniendo los datos de la tabla 11.

Nivelación Desde Cambio 2

Punto V+ V-

Altura

Instrumental Cota

C#2 1.703 2688.0055 2686.3025

Cilindro6 3.168 2684.8375

POS 2 1.213 2686.7925

Cilindro 7 0.272 2687.7335

Tabla 11. Nivelación desde cambio 2

Fuente: Propia

Para los puntos restantes VIV 8, VER 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 8. Solo se sacaron con la

estación PENTAX 822 debido a su precisión, y a que el equipo es muy riguroso al

momento de estacionarlo en un punto coordenado. Lo cual nos brinda la confianza

50

para sacar las cotas de estos puntos de esta manera. De este método obtuvimos la

tabla 12.

ID Punto Elevación (Local) Descripción NOTA

1 2692.185 TT19 Mojón

2 2693.788 TT20 Mojón

3 2693.794 VERIF TT20 N/A

4 2690.697 Ver 1 Punto Caja




8 2687.080 Ver 5 Punto Escalera


11 2688.142 Ver 7 Punto Canaleta

12 2692.174 VERIF TT19 N/A

13 2692.842 Ver 8 Punto Escalera Tabla 12. Cotas sacadas con la estación Pentax 822

Fuente: Propia

Finalmente al nivelar se calculó los datos obtenidos y obtuvimos las cotas que se

muestran en la tabla 13.

ID Punto Elevación (Local) Descripción NOTA

1 2692.185 TT19 Mojon

2 2693.788 TT20 Mojon







9 2688.142 Ver 7 Punto Canaleta


11 2690.212 Cilindro 1 cilindro puesto





51



18 2686.7925 POS 2 Mojon

19 2686.465 VIV8 Mojon

20 2683.2825 TT11 Mojon Tabla 13. Resumen final de las cotas de los 20 puntos

Fuente: Propia

Escaneos

Después de tener el levantamiento tanto planimetrico y altimétrico se procede a realizar el

escaneó de la zona de estudio para poder hacer la comparación de los dos métodos de

levantamientos y para poder general el DTM. Para este proceso se empezó con la limpieza

del terreno para lo cual se limpió la basura que había en la zona de estudio y se quitó la

maleza que había para poder tomar mejor la topografía del lugar.

Figura 25. Área del terreno donde se realizó el escaneo

Recuperado de: Fuente propia

52

Seguido de este paso ubicamos las esferas sobre los cilindros y las placas topográficas para

así poder posteriormente unir las escenas y darle coordenadas a esos puntos.

Figura 26. Esfera ubicada sobre la placa TT19

Fuente: Propia

Cuando las esferas estuvieron ubicadas se procedió a encender el escáner y realizar la

siguiente configuración.

Resolución:

Esta dada desde 1/1 hasta 1/32. Donde en 1/1 toma 40.000 secciones verticales.

En nuestro caso la resolución fue de 1/5.

Calidad

Esta dada desde 1x hasta 8x.

En nuestro caso la calidad fue de 4x.

53

Figura 27. Resolución y calidad

Fuente: Propia

De esta misma manera se realizaron los siguientes 6 estaciones esperando a que el escáner

termine y tome fotos, también se tuvo en cuenta transportar las esferas para poder realizar

la unión de las escenas

54

Figura 28. Escáner Laser En proceso de escaneado

Fuente: Propia

En el terreno de estudio el escáner se estaciono 6 veces. Estas estaciones fueron

elegidas estratégicamente para que se lograr tomar muy bien todo el terreno.

Las posiciones de las estaciones se muestran en la figura 27.

55

Figura 29. Posición aproximada de las 6 estaciones de escaneo

Fuente: Propia

Trabajo De Oficina

Proceso para la georreferenciación de las escenas

Se verifica que los puntos del levantamiento sean los mismos puntos que se van a

referenciar del escaneo para eso se puede verificar con la distancia ya que la escala de los

escaneos es 1:1 (real). Por lo tanto las distancias deben ser iguales . Este proceso se muestra

en la Figura 28.

56

Figura 30. Verificación de distancias en el escaneo

Fuente: Propia

Con la herramienta de SCENE se debe buscar las esferas y seleccionar las que se vayan a

referenciar. Es importante fijarse que el programa seleccione solo las esferas y no ningún

objeto diferente a estas. El proceso de selección de esferas se muestra en la Figura 29.

Figura 31. Selección de objetos de SCENE

Fuente: Propia

57

Se selecciona la esfera que se desea editar, se le da clic derecho en propierties y editamos

las coordenadas de esta esfera según las que obtuvimos en el levantamiento. La edición de

coordenadas de las esferas se muestra en la Figura 30.

Figura 32. Edición de coordenadas de las esferas

Fuente: Propia

Para hacer este proceso más rápido se puede hacer un listado con todas las coordenadas de

los puntos con altura y sus atributos de la siguiente manera (punto, este, norte y cota) en un

bloc de notas. La estructura de este archivo se muestras en la Figura 31.

Figura 33. Estructura de archivo para subir puntos a SCENE.

58

Fuente: Propia

Cuando el archivo esté listo con la estructura anterior se debe guardar con un nombre

cualquiera y la extensión (*.txt). En este caso el archivo se guardó con el nombre

“coodenadas .txt”.

Después de crear el archivo “coordenadas.txt” se debe abrir el archivo anteriormente creado

con Excel. Cuando el a archivo este abierto se verifica que este bien y se guarda con la

extensión (*.CSV) y el mismo nombre. La vista de la estructura de datos en Excel se ve

como lo muestra la Figura 32.

Figura 34. Estructura de datos en Excel

Fuente: Propia

59

Se abre el proyecto de SCENE donde están los escaneos y las esferas. Dentro de SCENE

se observa los escaneos que en este caso se llaman U_Nal 001, U_Nal 002, U_Nal 003,

U_Nal 004 y U_Nal 005. Estos escaneos y el entorno de SCENE se muestran en la Figura

33.

Figura 35. Entorno principal de SCENE y Vista de los escaneos

Fuente: Propia

Seguido del paso anterior se debe dar clic en archivo y luego en importar. Se abrirá un

recuadro donde se debe dar la ubicación del último archivo que creo anteriormente en Excel

para abrirlo. En el siguiente menú se da clic y se marca la opción (Importar en nivel de

60

espacio de trabajo) y por ultimo clic en Importar. Para importar las referencias el proceso

los describe la Figura 34.

Figura 36. Importar referencias

Fuente: Propia

Una vez el programa termine de cargar quedara un en el entorno de la estructura de SCENE

se creara una carpeta llamada References con los puntos subidos con el archivo. Para

verificar que las coordenadas se debe dar clic derecho en uno de los puntos de esta carpeta

y en la pestaña propiedades del punto se verifica que este punto tenga las coordenadas que

tenía en el archivo. La vista de la carpeta References se muestra en la Figura 35.

61

Figura 37. Vista de las referencias de escaneos

Fuente: Propia

En la ventana principal de SCENE donde dice Scans dar clic derecho y en el menú que se

abre se debe cliquear en Colocar Escaneos. En el recuadro que se abre se chulea donde dice

(Forzar Correspondencias por nombres de objetivos manuales) y finalmente se da clic en

Aceptar. La Ventana de Colocar escaneos se muestra en la Figura 36.

62

Figura 38. Ventana Colocar escaneos

Fuente: Propia

En la ventana principal del programa dar clic derecho en ScanManager, y en el menú que

se abre clic en Actualizar escaneos. Se abrirá esta ventana donde mostrara la tensión media

de referencia de cada punto. La tensión media de referencia se muestra en la Figura 37.

63

Figura 39. Tensión media de referencia de cada punto

Fuente: Propia

Proceso para la generación del DTM (Modelo Digital de Terreno)

Se debe abrir el software SCENE 5.5.3.16 y seleccionar el proyecto con los escaneos ya

referenciados. Y se Debe activar la vista 3D de todos los escaneos como lo muestra la

Figura 38.

64

Figura 40. Activación vista 3D de los escaneos

Fuente: Propia

Se le debe dar clic derecho sobre cualquier punto del escaneo aparecerá un menú donde

debe dar clic en exportar y en el submenú dar clic en Puntos de escaneo. A continuación se

abrirá una ventana donde se asignar en formato PTS Files (*.pts) y en Nombre de: se

pondrá el nuevo nombre para el archivo y se guarda. En siguiente menú dar clic en

exportar. El programa comenzara a exportar estos escaneos. El proceso de exportación se

muestra en la Figura 39.

65

Figura 41. Proceso de exportación

Fuente: Propia

Abrimos el software Global Mapper, al abrir el programa se visualiza el siguiente menú,

donde debemos dar clic sobre la opción Open Your Own Data Files. Como lo muestra la

Figura 40.

Figura 42. Entorno principal de Global Mapper

Fuente: Propia

66

En el menú que se abre se debe buscar y abrir el archivo PTS anteriormente creado. A

continuación saldrá un menú de advertencia que informa que el archivo no tiene un

sistema de proyección, por lo cual se asignara la proyección, la zona, el Datum, unidades

planares y unidades de elevación. Finalmente se debe dar clic en Aceptar. La ventana para

el cambio de sistema de proyección se muestra en la Figura 41.

Figura 43. Ventana parta la edición del sistema de proyección

Fuente: Propia

Después de asignar el sistema de proyecciones aparecerá este recuadro en el cual no se

debe cambiar nada, solo se debe dar clic en OK. El software comenzara cargar la nube de

puntos, esto puede tardar unos minutos.

Cuando este termine aparecerá en el entorno principal del programa unas puntos. A los

cuales se les debe verificar que las cotas y las coordenadas estén bien.

67

Al verificar lo anterior se debe ir a la pestaña Analysis y en el menú que se abre se debe

dar clic en la opción Create Elevation Grid From 3D Vector Data. La ruta para la pestaña

Analysis y el menú Create Elevation Grid From 3D Vector Data se muestrta en la Figura

42.

Figura 44. Pestaña Analysis y menú Create Elevation Grid From 3D Vector Data

Fuente: Propia

Se abrirá un recuadro donde se debe seleccionar la nube de puntos y dar clic en OK. En el

siguiente ventana no se debe cambiar nada solo solo se da clic en ok. El programa

comenzara el proceso para realizar la triangulación de los puntos esto tardara algunos

minutos. Al terminar este proceso se mostrara una triangulación con los puntos del escaneo.

La triangulación final de los escaneos se muestra en la Figura 43.

68

Figura 45. Triangulación final de los escaneos

Fuente: Propia

En la pestaña de Analysis se debe dar clic en la opción Generate contour (From Terreain

Grid) para crear las curvas de nivel. En la siguiente ventana solo se debe poner un 1 donde

dice Contour Interval y dar clic en OK.

El programa comenzara el proceso para crear las curvas de nivel esto puede tardar unos

minutos. Después de que el programa termine de procesar generara las curvas de nivel.

Para poder ver las curvas de nivel se debe dar clic en el siguiente icono y apagar todas las

capas menos las curvas. El icono en el que se debe dar clic para ver las curvas de nivel se

muestra en la Figura 44.

69

Figura 46. Icono que muestra las curvas de nivel

Fuente: Propia

En la pestaña File dar clic, se abrirá un submenú en el cual se debe cliquear en Export y

luego en Export Vector/Lidar Format. En la venta que se genera ( Select Export Format)

seleccionar la opción Shapefile y dar clic en OK.

Después de esto se genera una nueva ventana de aviso donde debemos dar clic en OK. Se

abrirá una nueva ventana (Shapefile Export Options) con las opciones de exportar, dar clic

donde dice exportar lines (Select File)

En la siguiente ventana se debe poner un nombre y buscar donde quedara ubicado el

archivo. Verificar que el resto de las opciones estén igual a la Figura 45 y dar clic en OK.

Luego el programa comenzara el proceso, al finalizar este proceso se debe guardar y cerrar

el programa. Las opciones de exportar se muestran en la Figura 45.

70

Figura 47. Opciones de Exportar

Fuente: Propia

Buscar el programa ArcMap de ArcGis y abrirlo. Una vez Abra el programa se Dara clic

en el icono que se muestra en la Figura 46. En el menú que se abre dar clic en Add Data.

71

Figura 48. Entornos de ARGIS muestra botón añadir datos

Fuente: Propia

Se abrirá el siguiente recuadro donde buscaremos el archivo Shape que creamos

anteriormente y lo seleccionaremos y daremos clic en Add. Saldrá una ventana que nos

informara que el archivo no tiene referencia espacial. Le daremos clic en ok.

Observamos que cargan las curvas de nivel. Sobre algún punto de las curvas damos clic

derecho y en el menú que se abre damos clic en Data Frame Properties, En la ventana que

se abre dar clic en la pestaña Coordinate System y seleccionar el sistema de coordenadas,

finalmente clic en Aceptar. Las curvas de nivel y el menú Data Frame Propierties se

muestran en la Figura 47.

72

Figura 49. Menú Data Frame Propierties y curvas de nivel

Fuente: Propia

Luego en el Arc.Toolbox se debe seguir la siguiente ruta DataManagement-TIN-Create

TIN y saldrá el siguiente recuadro. Finalmente dar clic en Output TIN. La ruta para crear el

TIN se muestra en la Figura 48.

Figura 50. Ruta para la creación del TIN

Fuente: Propia

73

En la ventana que aparece poner el nombre para el TIN y dar clic en Save. En la ventana

anterior en el recuadro de Coordinate System se busca el sistema de referencia espacial y se

da clic en aceptar.

Finalmente en ese recuadro en Input Feature Class se selecciona las curvas de nivel. En

Height Field se verifica que este seleccionado Shape.Z y se da clic en OK. La Ventana

Create TIN debe quedar como lo muestra la Figura 49.

Figura 51. Vista final de la ventana Create TIN

Fuente: Propia

El programa ejecutara el proceso esto tardara unos minutos y después saldra el TIN o

Modelo Digital de Terreno. El modelo Digital de Terreno (MDT) se muestra en la Figura

50.

74

Figura 52. Vista del modelo Digital de Terreno

Fuente: Propia

Finalmente en la pestaña view y luego en el menú layaout se diseña el plano para su

entrega. El menú VIEW donde se puede diseñar el plano se muestran en la figura 51.

Figura 53. Menú VIEW para diseños de plano de entrega

Fuente: Propia

75

Después de tener este modelo decidimos crear otro modelo digital de terreno pero

aplicando esta vez un filtrado de información el cual consiste en hacer limpieza de la

información o puntos del escaneo que se encuentran a menos de un 1 sobre el suelo y el

resultado se muestra en la imagen

Figura 54. Segundo Modelo Digital de Terreno

Fuente: Propia

76

RESULTADOS

Después del Proceso para la generación del DTM (Modelo Digital de Terreno) y habiendo

diseñado el respectivo plano para su entrega y exportando a un formato en el cual se pueda

plotter observamos el producto final. El DTM o producto final se muestra en la Figura 52.

Figura 55. Presentación final del DTM en medio pliego

Fuente: Propia

77

Figura 56. Presentación final del DTM2 en medio pliego

Fuente: Propia

78

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Error Máximo

El nivel de aceptación de un error en un producto cartográfico es relativo al solicitante o al

fabricante, por lo mismo está supeditado a normas variables entre ellas. El parámetro usado

para este análisis es el acuerdo 94 de 1994 del IGAC. La escala del MDT es de 1:250, por

lo tanto al menos el 90% de los puntos extraídos del MDT no deben tener un error mayor a

.075m

NTC 5043

De acuerdo a la norma NTC 5043 hay dos elementos de calidad posibles de evaluar en el

proyecto los cuales son: la exactitud absoluta y la exactitud relativa o interna. Esta

evaluación se hace comparando los datos del terreno con los datos del producto geográfico

obtenido, en este caso las medidas del terreno corresponden a los resultados del

levantamiento topográfico y los datos del producto geográfico obtenido corresponden al

escaneo y posterior MDT.

El primer elemento de calidad evaluado fue la exactitud absoluta, para este caso se

compararon las coordenadas obtenidas del levantamiento(A) con las coordenadas extraídas

del escaneo (B). La comparación se realizó calculando la distancia euclidiana para el caso

horizontal y la diferencia entre elevaciones para el caso vertical entre A y B de cada punto.

Los resultados obtenidos aparecen en la tabla 14.

79

Tabla 14.Análisis de resultados de los 20 puntos medidos

Fuente: Propia

Se planteó una tabla de frecuencias con la distancia euclidiana anteriormente mencionada la

cual se puede interpretar como el error en cada punto expresado en metros (m), se

organizaron en nueve (9) intervalos semiabiertos por la derecha de a un centímetro,

empezando por [0,1) y terminando en [8,9). La frecuencia con la distancia euclidiana se

muestra en la tabla 15.

Tabla 15. Frecuencias con la distancia euclidiana de los puntos.

Fuente: Propia

80

De acuerdo a la tabla 17 se observa que el 95% de los puntos de control cumple con la

norma, el 5% que no cumple es el punto VIV 8 con un error de .088m. Se consideró la

distancia existente entre el punto y el escáner como motivo del error pero no se encontró

relación al analizar otros puntos cuyo error es menor a VIV8 con una distancia al escáner

mayor, por ejemplo el punto Ver 7 la distancia es 14,97384. Las distancias que hay de

cada punto al escáner se muestran en la Tabla 16.

Tabla 16. Distancia de cada punto al escáner

Fuente: Propia

El otro elemento de calidad es la exactitud relativa. Para este caso se plantearon todas las

distancias horizontales y verticales posibles entre los 20 puntos de control lo que da como

resultado 190 distancias horizontales y 190 diferencias de altura, cada distancia planteada

81

se calculó en el grupo de coordenadas A y el grupo de coordenadas B. La diferencia entre

las dos se interpreta como el error en cada caso. Los resultados aparecen en el Tabla 23 en

Anexos. Se analizaron por separado errores verticales y errores horizontales.

En el caso horizontal los errores se organizaron en una tabla de frecuencias de 12

intervalos semiabiertos por la derecha, 10 de a un centímetro empezando en el intervalo

[0,1) y terminando en el intervalo [11,12). Los dos faltantes corresponden a [6,7.5) y

[7.5,8), intervalos planteados de tal manera que se denote el máximo error. Los resultados

aparecen en la tabla 17.

Tabla 17. Frecuencias para los errores horizontales

Fuente: Propia

La tabla 17 muestra que más del 90% de las distancias tomadas tiene un error menor a

.07m, el error máximo de acuerdo a la escala del producto es de .075m por lo tanto es

posible afirmar que cumple.

82

Para cada distancia hay un “Desde” y un “Hasta”, se organizaron en un cuadro las 11

distancias que están por encima del error máximo para observar los puntos desde los que se

midieron. Ver Tabla 18.

Tabla 18. Distancias que están por encima del error máximo

Fuente: Propia

Acorde a la tabla 18 se observa que el 50% de los puntos generan error en alguna de las 11

distancias. Se observa que ningún punto de ser ignorado mejora la calidad de los datos de

manera significativa, esto porque el error está repartido de manera aleatoria, tal que no

tienen alguna corrección especifica.

83

En el caso vertical los errores se organizaron en una tabla de frecuencia de 8 intervalos, 6

semiabiertos por la derecha de a un centímetro empezando en el intervalo [0,1) y

terminando en el intervalo [5,6). Los intervalos faltantes son [6,7.5) y [7.5,8). Los

resultados aparecen en la tabla 19.

Tabla 19. Frecuencias para errores verticales

Fuente: Propia

De acuerdo a la tabla 19 el 99.474% de los errores verticales cumple con la norma siendo

menores a .07m y el umbral de error de .075m. En este caso al observar la diferencia que

corresponde al .526% es de .079(Distancia 70). En el caso de la distancia 70 el exceso es de

4mm, de considerarse despreciable ese exceso es posible afirmar que el 100% de las

diferencias verticales cumplen con la norma.

NTC 5205

La norma técnica colombiana 5205 dispone los métodos matemáticos para determinar la

precisión de un trabajo a un nivel de confianza del 95% vertical y horizontal. Esta norma

maneja los mismos fundamentos matemáticos que la norma estadounidense ASPRS .Para

84

este proceso requiere la comparación de unos puntos de control con coordenadas

conocidas(A) tal que se comparan las coordenadas obtenidas (B) en el trabajo a evaluar. En

ningún momento se estipula una precisión específica o mínima. En la tabla 20 aparecen los

puntos de control con sus respectivos nombres, indicación de que objeto son y sus

coordenadas A yB.

Tabla 20. Puntos de control y sus coordenadas

Fuente: Propia

85

Entre coordenadas se calculó el error en Nortes y Estes de cada punto, se halló calculando

la diferencia en valor absoluto de NA-NB y EA-EB. Luego se calculó el error medio

cuadrático (RMS) en Nortes y en Estes, es decir la media de todos los errores elevados al

cuadrado. Siguiendo la norma se calculó la precisión con un nivel de confianza del 95%

multiplicando el RMShz por 1.7308.Estos resultados aparecen en la tabla 21.

Tabla 21. Análisis Horizontal NTC 5205

Fuente: Propia

86

Para el análisis vertical se realizó el mismo proceso, en lugar de usar las Nortes o Estés, se

usaron las elevaciones para el cálculo del RMS, para el cálculo de la precisión la constante

que multiplica el RMS es 1.96. Ver tabla 22.

Tabla 22. Análisis vertical de la NTC 5205

Fuente: Propia

Precisión horizontal a los 95% del nivel de confianza .066m compilados para cumplir con

.043m de precisión vertical al 95% de nivel de confianza.

87

CONCLUSIONES

La recolección y procesamiento de datos geográficos con el escáner laser Faro

Focus 3D alcanzan un nivel de calidad y exactitud que se ajusta a las normas técnicas

colombianas e internacionales. Como la resolución número 64 de 1994 , NTC 5043 ,

NTC 5205 y ASPRS.

Con el escáner laser Faro Focus 3D se consigue un mayor nivel de detalle en la

realización de un MDT(Modelo Digital de Terreno) esto por la alta densidad en las

nubes de puntos que genera este equipo.

En comparación a otros métodos la etapa de recolección de datos con escáner laser

terrestre es más rápida y efectiva teniendo en cuenta el nivel de detalle de los datos

recolectados. Acerca del procesamiento de estos datos comparado con otros métodos puede

ser más demorado por el proceso de limpiado.

Los errores de posición en los escaneos son de tipo aleatorio, es decir no tienen una

fuente de error reconocible. Por lo tanto no es posible hacer correcciones.

88

RECOMENDACIONES

Hacer planeación de la posición de los escaneos, que estos cuenten con visibilidad

entre el escáner y las esferas.

Se recomienda materializar todos los puntos de control. Teniendo en cuenta que se

exigen 20 y para el proyecto se materializaron 7.

En el proceso de limpiado automático verificar detalles que se puedan considerar de

interés, teniendo en cuenta que no sean borrados por el software.

89

BIBLIOGRAFÍA

FARO. (2014). Recuperado el 16 de 08 de 2016, de FARO: http://www.faro.com/es-

es/productos/topografia-3d/laser-scanner-faro-focus-3d/descargas#Download

Alvarado, C. (2012). ¿Qué Es El Láser Escáner Terrestre? ~ De Topografía. Obtenido de

http://detopografia.blogspot.com/2012/11/que-es-el-laser-escaner-terrestre.html

FARO. (2015). FARO. Recuperado el 17 de 08 de 2016, de FARO: http://www.faro.com/es-

es/productos/topografia-3d/laser-scanner-faro-focus-3d/informacion-general#main

Felicismos, A. (1994). temario_7.pdf. Modelos Digitales Del Terreno. Introducción Y Aplicaciones En

Ciencias Ambientales. Obtenido de

http://www.um.es/geograf/sigmur/sigpdf/temario_7.pdf

Frax, J. (27 de 09 de 2015). Frax 3D. Recuperado el 08 de 08 de 2016, de Frax 3D:

http://frax3d.com/escaner-3d-tipos-y-aplicaciones

Gomez, J. (2010). Modelos Digitales de Elevacion (MDE)-Descripción. Obtenido de

http://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/datosrelieve/continental/queesmde.aspx

Ibañez Martinez, E. (2008). Validacion de Modelos Digitales Del Terreno De Precision A Partir De

Datos Laser Escaner Aerotransportado; Aplicacion A La Marisma Del Parque Nacional De

Doñana. Barcelona, España.

ICONTEC. (2003). NTC 5043. Bogota.

ICONTEC. (2003). NTC 5205. Bogotá.

INEGI. (2015). Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI). Recuperado el 23 de 08 de

2016, de Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI):

http://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/geodesia/lidar.aspx

Instituto Geográfico Agustín Codazzi . (2004). Instituto Geográfico Agustín Codazzi. Recuperado el

08 de 08 de 2016, de Instituto Geográfico Agustín Codazzi:

http://www.igac.gov.co/wps/wcm/connect/aa38d780469f785aaffebf923ecdf8fe/MAGNA-

SIRGAS+en+su+entidad.pdf?MOD=AJPERES

Rodriguez, J. E. (2002). Universidad Autónoma de Madrid . Recuperado el 08 de 08 de 2016, de

Universidad Autónoma de Madrid :

http://www.uam.es/docencia/geoteca/articulos/error/Esp/Error,%20Exactitud%20y%20Pr

ecision.htm

Serrano, R. (17 de 01 de 2013). De topografía. Recuperado el 08 de 08 de 2016, de De topografía:

http://detopografia.blogspot.com.co/2013/01/precision-vs-exactitud.html

Transportation, E. T. (17 de 01 de 2011). California Department of Transportation. Recuperado el

16 de 08 de 2016, de California Department of Transportation:

http://www.dot.ca.gov/hq/row/landsurveys/SurveysManual/Manual_TOC.html

90

Vega, J. A. (2012). Topografía. En J. A. Vega, Topografía (págs. 1,2 y 3). Casanova.

91

ANEXOS

Las 190 distancias posibles entre todos los puntos.

DH DV DH DV

1 TT20 TT19 25.755 1.603 25.739 1.601 0.016 0.002

2 TT11 74.633 10.505 74.586 10.466 0.047 0.039

3 C1 12.567 3.576 12.603 3.594 0.036 0.018

4 C2 10.428 4.617 10.361 4.623 0.067 0.006

5 C3 19.599 2.347 19.589 2.347 0.010 0.000

6 C4 44.189 2.446 44.190 2.434 0.001 0.012

7 C5 52.483 5.717 52.491 5.698 0.008 0.019

8 C6 69.772 8.951 69.772 8.921 0.000 0.030

9 C7 75.242 6.055 75.220 6.034 0.021 0.020

10 POS2 74.532 6.996 74.573 6.956 0.041 0.040

11 Ver 1 40.981 3.091 40.974 3.082 0.007 0.009

12 Ver 2 40.776 3.094 40.770 3.091 0.006 0.003

13 Ver3 40.451 3.106 40.461 3.091 0.009 0.015

14 Ver 4 40.650 3.098 40.648 3.088 0.002 0.010

15 Ver 5 34.623 6.708 34.550 6.712 0.073 0.004

16 Ver 6 44.947 0.949 44.958 0.949 0.011 0.000

17 Ver 7 13.899 5.646 13.887 5.656 0.012 0.010

18 Ver 8 43.840 0.946 43.790 0.946 0.050 0.000

19 VIV8 49.979 7.385 50.025 7.323 0.046 0.062

20 TT19 TT11 48.938 8.902 48.906 8.865 0.032 0.037

21 C1 36.591 1.973 36.637 1.992 0.046 0.019

22 C2 26.191 3.014 26.173 3.021 0.018 0.007

23 C3 6.575 0.744 6.561 0.746 0.013 0.002

24 C4 18.445 0.843 18.461 0.832 0.017 0.011

25 C5 26.741 4.114 26.764 4.096 0.024 0.018

26 C6 44.134 7.348 44.147 7.319 0.014 0.029

27 C7 50.357 4.452 50.342 4.433 0.015 0.019

28 POS2 49.422 5.393 49.478 5.354 0.056 0.039

29 Ver 1 15.235 1.488 15.242 1.480 0.008 0.008

30 Ver 2 15.041 1.491 15.050 1.490 0.008 0.001

31 Ver3 14.709 1.503 14.733 1.490 0.024 0.013

32 Ver 4 14.900 1.495 14.912 1.486 0.013 0.009

33 Ver 5 10.720 5.105 10.674 5.111 0.046 0.006

34 Ver 6 19.694 0.654 19.718 0.653 0.023 0.001

35 Ver 7 18.450 4.043 18.447 4.054 0.003 0.011

36 Ver 8 18.789 0.657 18.762 0.655 0.027 0.002

37 VIV8 24.787 5.782 24.851 5.722 0.064 0.060

Error V# Desde Hasta

Distancias (A) Lev

Topografico

Distancias (B)

Escaner Laser Error Hz

92

Continúa…

DH DV DH DV

84 C2 Ver 8 44,970 3,671 44,927 3,676 0,043 0,005

85 VIV8 47,867 2,768 47,926 2,701 0,058 0,067

86 C3 C4 24,848 0,099 24,855 0,087 0,007 0,012

87 C5 32,987 3,370 33,002 3,350 0,015 0,020

88 C6 50,604 6,604 50,606 6,573 0,002 0,031

89 C7 56,931 3,708 56,903 3,687 0,028 0,021

90 POS2 55,993 4,649 56,037 4,608 0,043 0,041

91 Ver 1 21,525 0,744 21,527 0,734 0,001 0,010

92 Ver 2 21,296 0,747 21,299 0,744 0,003 0,003

93 Ver3 20,988 0,759 21,004 0,744 0,017 0,015

94 Ver 4 21,213 0,751 21,219 0,741 0,006 0,010

95 Ver 5 15,245 4,361 15,187 4,365 0,057 0,004

96 Ver 6 26,268 1,398 26,279 1,399 0,010 0,001

97 Ver 7 12,161 3,299 12,176 3,309 0,015 0,010

98 Ver 8 25,358 1,401 25,317 1,401 0,041 0,000

99 VIV8 30,411 5,038 30,469 4,976 0,057 0,062

100 C4 C5 8,519 3,271 8,528 3,264 0,010 0,007

101 C6 25,778 6,505 25,772 6,487 0,005 0,018

102 C7 32,991 3,609 32,947 3,600 0,044 0,008

103 POS2 31,755 4,550 31,792 4,522 0,037 0,028

104 Ver 1 3,517 0,645 3,515 0,648 0,002 0,003

105 Ver 2 3,849 0,648 3,846 0,657 0,003 0,009

106 Ver3 4,051 0,660 4,041 0,657 0,011 0,003

107 Ver 4 3,744 0,652 3,741 0,654 0,003 0,002

108 Ver 5 12,870 4,262 12,933 4,278 0,063 0,016

109 Ver 6 5,017 1,497 5,002 1,485 0,015 0,012

110 Ver 7 35,726 3,200 35,740 3,222 0,015 0,022

111 Ver 8 5,870 1,500 5,900 1,488 0,031 0,012

112 VIV8 9,670 4,939 9,726 4,890 0,056 0,049

113 C5 C6 18,261 3,234 18,247 3,223 0,015 0,011

114 C7 27,072 0,338 27,016 0,337 0,056 0,001

115 POS2 25,452 1,279 25,486 1,258 0,034 0,021

116 Ver 1 11,506 2,626 11,522 2,616 0,016 0,010

117 Ver 2 11,707 2,623 11,721 2,607 0,014 0,016

118 Ver3 12,033 2,611 12,032 2,606 0,001 0,005

119 Ver 4 11,845 2,619 11,857 2,610 0,012 0,009

120 Ver 5 19,439 0,991 19,515 1,014 0,076 0,023

121 Ver 6 10,533 4,768 10,528 4,749 0,005 0,019

122 Ver 7 43,293 0,071 43,312 0,042 0,019 0,029

123 Ver 8 11,993 4,771 12,063 4,751 0,071 0,020

124 VIV8 6,855 1,668 6,865 1,626 0,011 0,042

125 C6 C7 11,304 2,896 11,257 2,886 0,046 0,010

126 POS2 9,028 1,955 9,081 1,965 0,052 0,010

127 Ver 1 29,197 5,860 29,194 5,839 0,003 0,021

128 Ver 2 29,471 5,857 29,466 5,830 0,005 0,027

129 Ver3 29,742 5,845 29,725 5,829 0,017 0,016

Error Hz Error V# Desde Hasta

Distancias (A) Lev

Topografico

Distancias (B)

Escaner Laser

93

Continúa…

DH DV DH DV

130 C6 Ver 4 29.478 5.853 29.471 5.833 0.007 0.020

131 Ver 5 37.687 2.243 37.748 2.208 0.061 0.035

132 Ver 6 25.011 8.002 25.003 7.972 0.009 0.030

133 Ver 7 61.389 3.305 61.395 3.265 0.007 0.040

134 Ver 8 26.273 8.005 26.334 7.974 0.061 0.031

135 VIV8 23.722 1.566 23.689 1.597 0.033 0.031

136 C7 POS2 2.370 0.941 2.279 0.921 0.091 0.020

137 Ver 1 36.505 2.964 36.458 2.953 0.047 0.011

138 Ver 2 36.840 2.961 36.792 2.943 0.048 0.017

139 Ver3 37.032 2.949 36.978 2.943 0.055 0.006

140 Ver 4 36.705 2.957 36.657 2.946 0.048 0.010

141 Ver 5 45.719 0.653 45.739 0.678 0.020 0.025

142 Ver 6 30.669 5.106 30.630 5.086 0.039 0.020

143 Ver 7 68.452 0.409 68.430 0.378 0.023 0.030

144 Ver 8 31.592 5.109 31.609 5.088 0.017 0.021

145 VIV8 33.412 1.330 33.347 1.289 0.065 0.041

146 POS2 Ver 1 35.272 3.905 35.307 3.874 0.035 0.031

147 Ver 2 35.596 3.902 35.630 3.865 0.034 0.037

148 Ver3 35.806 3.890 35.832 3.864 0.026 0.026

149 Ver 4 35.490 3.898 35.523 3.868 0.033 0.030

150 Ver 5 44.367 0.288 44.471 0.244 0.104 0.044

151 Ver 6 29.737 6.047 29.769 6.007 0.032 0.040

152 Ver 7 67.373 1.350 67.425 1.300 0.052 0.050

153 Ver 8 30.740 6.050 30.829 6.009 0.088 0.041

154 VIV8 31.635 0.389 31.661 0.368 0.026 0.021

155 Ver 1 Ver 2 0.387 0.003 0.388 0.009 0.001 0.006

156 Ver3 0.544 0.015 0.532 0.010 0.013 0.005

157 Ver 4 0.389 0.007 0.383 0.006 0.007 0.001

158 Ver 5 9.472 3.617 9.540 3.630 0.068 0.013

159 Ver 6 7.384 2.142 7.361 2.133 0.024 0.009

160 Ver 7 32.240 2.555 32.254 2.574 0.014 0.019

161 Ver 8 7.632 2.145 7.618 2.135 0.014 0.010

162 VIV8 10.775 4.294 10.851 4.242 0.076 0.052

163 Ver 2 Ver3 0.382 0.012 0.363 0.000 0.019 0.012

164 Ver 4 0.547 0.004 0.544 0.003 0.003 0.001

165 Ver 5 9.099 3.614 9.167 3.621 0.068 0.007

166 Ver 6 7.771 2.145 7.748 2.142 0.022 0.003

167 Ver 7 31.948 2.552 31.962 2.565 0.014 0.013

168 Ver 8 8.007 2.148 7.994 2.145 0.013 0.003

169 VIV8 10.747 4.291 10.820 4.232 0.073 0.059

170 Ver3 Ver 4 0.385 0.008 0.387 0.003 0.003 0.005

171 Ver 5 9.002 3.602 9.071 3.621 0.069 0.019

172 Ver 6 7.755 2.157 7.738 2.143 0.018 0.014

173 Ver 7 31.697 2.540 31.722 2.565 0.025 0.025

174 Ver 8 7.921 2.160 7.912 2.145 0.009 0.015

175 VIV8 11.129 4.279 11.182 4.232 0.053 0.047


Distancias (A) Lev

Topografico

Distancias (B)

Escaner Laser

94

Continúa…

DH DV DH DV

176 Ver 4 Ver 5 9.375 3.610 9.442 3.624 0.067 0.014

177 Ver 6 7.371 2.149 7.351 2.139 0.020 0.010

178 Ver 7 31.985 2.548 32.002 2.568 0.017 0.020

179 Ver 8 7.543 2.152 7.530 2.142 0.013 0.010

180 VIV8 11.163 4.287 11.232 4.236 0.069 0.051

181 Ver 5 Ver 6 16.627 5.759 16.674 5.764 0.047 0.005

182 Ver 7 24.050 1.062 23.990 1.056 0.060 0.006

183 Ver 8 16.522 5.762 16.555 5.766 0.033 0.004

184 VIV8 15.530 0.677 15.646 0.611 0.116 0.066

185 Ver 6 Ver 7 37.849 4.697 37.867 4.707 0.018 0.010

186 Ver 8 1.473 0.003 1.550 0.002 0.077 0.001

187 VIV8 13.991 6.436 14.025 6.375 0.033 0.061

188 Ver 7 Ver 8 37.074 4.700 37.048 4.710 0.026 0.010

189 VIV8 39.495 1.739 39.548 1.668 0.052 0.071

190 Ver 8 VIV8 15.202 6.439 15.298 6.377 0.096 0.062


Distancias (A) Lev

Topografico

Distancias (B)

Escaner Laser

Tabla 23. Las 190 distancias posibles entre todos los puntos

Fuente: Propia

GENERACIÓN DE UN MODELO DIGITAL DE TERRENO...

Documents

Transcript of GENERACIÓN DE UN MODELO DIGITAL DE TERRENO...