¿Cómo hacer vuelos con tecnología lidar?
Fuente: Helixnorth

La tecnología lidar lleva usándose desde el 1962. Fue utilizada por primera vez como sistema de medida para calcular de forma precisa la distancia entre la tierra y la luna. Desde entonces, y a lo largo de los años, esa misma tecnología LIDAR (Light Detection and Ranging o Laser Imaging Detection and Ranging) no ha hecho más que progresar, mejorando sus capacidades y aumentando su uso en aplicaciones científicas, técnicas e industriales.


HelixNorth ha ampliado su catálogo de payloads, incorporando nuevos sensores lidar de Geosun. Por ello, queremos dar a conocer las capacidades de esta tecnología y explicar el funcionamiento de la misma. En este artículo se mostrará un completo flujo de trabajo, desde la captura de los datos en campo hasta los posteriores procesos necesarios para la obtención de una nube de puntos generada con lidar integrado en una plataforma drone.

La planificación

Al igual que con otras metodologías de captura masiva de datos, como puede ser la fotogrametría, aquí también es necesario realizar una planificación previa al vuelo. En esta planificación se deben tener en cuenta factores como altura de vuelo, el solape lateral y el solape frontal*.

*En realidad no existe el término solape frontal cuando se está trabajando con un sensor lidar ya que estos sensores son de captura continua, no obstante la velocidad de traslación que utilicemos en el Mapker tiene relación directa con la densidad de puntos por m2 que el sensor es capaz de capturar, por lo que también es un parámetro que debemos de controlar.

Para la planificación se utiliza Qgrouncontrol, uno de los softwares de “ground station” disponibles para el Mapker.

Fig. 1 Planificador de misiones Qgroundcontrol.
Fig. 1 Planificador de misiones Qgroundcontrol.

En el ejemplo que se muestra, se puede ver el área delimitada para el escaneo. Se ha fijado una altura de vuelo sobre el terreno de 60m y un solape lateral del 40% (como se ha explicado anteriormente el solape frontal tiene un valor del 0% ya que la densidad de puntos se va a ajustar con la velocidad de vuelo, fijada en este caso a 6m/s).

 La captura

El primer paso tras ubicarnos en el área de trabajo será posicionar una base GNSS. Esto es debido a que los sistemas lidar necesitan datos de posición de alta precisión, con los cuales realizar un cálculo de trayectoria y obtener resultados confiables. La base puede ser propia y estar estacionada en la zona de vuelo o, también se pueden usar bases permanentes del IGN. No obstante, los mejores resultados siempre se obtendrán al utilizar una base propia en el área de trabajo minimizando la distancia entre la misma y el sistema lidar.

Fig. 2 Base GNSS Emlid Reach RS2 realizando registro RINEX durante el vuelo.
Fig. 2 Base GNSS Emlid Reach RS2 realizando registro RINEX durante el vuelo.

Con la planificación ya completada y la base GNSS estacionada, se puede proceder con el vuelo. Para ello se enciende el Mapker y se espera aproximadamente 1 minuto hasta que el indicador led de la unidad lidar muestre que este ya está listo para el comienzo de captura de datos. Una vez efectuado el despegue, se realiza la calibración de los sensores inerciales del sensor lidar, volando un patrón en forma de “8” tras lo cual, puede dar comienzo la misión de vuelo autónoma planificada.

Fig. 3 Inicio del vuelo autónomo.
Fig. 3 Inicio del vuelo autónomo.

Tras la realización del vuelo planificado, el Mapker aterrizará de forma autónoma y, ¡el escaneo lidar habrá sido efectuado con éxito!

El postproceso

Tras haberse realizado la captura de datos con el Mapker y el sensor lidar, será necesario procesar dichos datos para la obtención de entregables utilizables. Este proceso consta de dos fases diferenciadas, las cuales son:

·        El cálculo de la trayectoria y orientación.

·        La generación de la nube de puntos.

Los datos generados por la unidad lidar están alojados en la memoria SD, y tienen diferentes formatos.

Fig. 4 Archivos resultantes en la Memoria SD tras el vuelo.
Fig. 4 Archivos resultantes en la Memoria SD tras el vuelo.

Los archivos (.DAT) corresponden a los datos de GNSS e IMU que el lidar ha registrado durante el vuelo. Por otro lado, los archivos restantes, de extensión (.LID), son los registros lidar en bruto, estos se dividen en partes de 276 Mb.

Para realizar la primera fase del postproceso se debe abrir el programa Shuttle, software proporcionado por Geosun para ejecución de este cálculo de trayectoria y orientación. 

En este software será necesario seleccionar el archivo (.DAT) correspondiente al vuelo, además del archivo RINEX proveniente de la base estacionada durante el vuelo. Una vez seleccionados ambos archivos, bastará con pulsar sobre el botón “one key process”. Tras esto el software calculará la trayectoria e integrará los datos IMU para obtener el archivo .POS necesario para la generación de la nube de puntos.

Fig. 5 Trayectoria y orientación ya procesada.
Fig. 5 Trayectoria y orientación ya procesada.

Acabado el proceso, el software Shuttle mostrará la trayectoria de todo el vuelo, en la cual se podrán observar tanto las líneas de vuelo autónomo, como el patrón en forma de “8” correspondiente a la calibración de los sensores inerciales de la unidad lidar.

Para realizar la segunda fase del proceso, la creación de la nube de puntos, será necesario abrir el programa gAirhawk, software proporcionado también por Geosun.

En primer lugar se deberá abrir el archivo (.POS), generado anteriormente con el software Shuttle. Y además abrir, todos los datos en bruto del lidar, archivos (.LID) ubicados en la memoria SD. 

Una vez seleccionados estos archivos, se volverá a mostrar en pantalla la trayectoria de vuelo, sobre la cual ahora será necesario seleccionar las líneas de vuelo que se quieran procesar. Descartando, por ejemplo, las trayectorias correspondientes al despegue y aterrizaje.

Fig. 6 Selección de las líneas de vuelo que queremos utilizar para la generación de la nube de puntos.
Fig. 6 Selección de las líneas de vuelo que queremos utilizar para la generación de la nube de puntos.

Una vez seleccionadas las líneas que se quieren procesar, bastará con pulsar sobre el botón “Start calculating”, tras lo cual el software gAirhawk comenzará a correlacionar la trayectoria con los archivos lidar, generando una nube de puntos georeferenciada en formato (.LAS).

¡Ahora sí la nube de puntos estará lista!

Fig. 7 Nube de puntos resultante del vuelo realizado.
Fig. 7 Nube de puntos resultante del vuelo realizado.

 Como habéis visto generar una nube de puntos con el Mapker + lidar es muy sencillo, después de esto podremos realizar cualquier tipo de sub-procesos derivados, Clasificaciones de terreno, vegetacion, estructuras o lineas electricas.

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