Uso de UAS equipados con LIDAR

Uso de UAS equipados con LIDAR

Todo lo que necesita saber sobre cómo los UAS equipados con LIDAR están revolucionando la cartografía y los datos geoespaciales.

Los drones equipados con cámaras ofrecen a las empresas un par de ojos adicionales en el cielo, proporcionando una nueva perspectiva de las operaciones que se realizan sobre el terreno. En sectores tan variados como la construcción, los servicios de emergencia, la agricultura y los servicios públicos, los drones están aportando valor añadido.

La tecnología de los sensores de los vehículos aéreos no tripulados (UAV) está en constante evolución, lo que significa que estas naves no se limitan a tomar instantáneas y vídeos estándar. Uno de los últimos avances en el equipamiento de los vehículos aéreos no tripulados es el uso de sistemas de detección y localización de luz (LiDAR) cada vez más avanzados.

Al desplegar un dron equipado con un sensor LiDAR, las empresas pueden realizar lecturas aéreas más precisas, creando modelos 3D con una precisión centimétrica y detectando características que serían invisibles con métodos menos sofisticados.

Lejos de ser un área tecnológica de nicho, el LiDAR está llegando a todo tipo de industrias que necesitan servicios de cartografía y recopilación de datos geoespaciales. Si sigue los últimos usos de los drones con sensores LiDAR, podrá determinar si estos útiles vehículos aéreos no tripulados encajan en los planes de su empresa.

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LIDAR ¿Qué es?

El LiDAR es una forma de tecnología de teledetección. En lugar de emplear cámaras fotográficas convencionales, los sensores LiDAR envían rápidos impulsos láser y captan las respuestas, utilizando esos puntos de datos para cartografiar una zona con gran precisión y exactitud.

El sistema LiDAR crea una nube de puntos con los datos que devuelven los objetos sobre el terreno. Estos puntos son la materia prima de los modelos 3D. Aunque el ensamblaje de esos modelos requiere un software especializado y expertos que sepan utilizarlo. El proceso es relativamente rápido y genera mapas de alta calidad con archivos de pequeño tamaño.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que estas imágenes 3D no tienen detalles fotográficos. Por ejemplo, los propios impulsos láser no permiten conocer los colores de los objetos del suelo. Esos datos tendrán que proceder de una fuente alternativa, como un sensor adicional.

La tecnología LiDAR ha experimentado algunos avances en los últimos años: los módulos de los sensores son cada vez más asequibles y mucho más ligeros. Esto ha permitido la rápida evolución de los sistemas de drones equipados con LIDAR, con la aparición de nuevos modelos que permiten a las empresas aplicar la tecnología a más casos de uso.

En lugar de ser obra de una sola empresa, los sistemas LiDAR están siendo desarrollados por múltiples proveedores, como Livox y Velodyne. Integradores de sistemas como GreenValley, YellowScan, Emescent y LiDARUSA se encargan de convertir los componentes tecnológicos en módulos comercialmente utilizables.

Con estas opciones a la vista, algunas organizaciones pueden considerar la adopción de LiDAR para funciones que antes se realizaban con otros métodos topográficos, como la fotogrametría. En otros casos, las empresas que hasta ahora empleaban la topografía LiDAR en tierra pueden volar con drones.

Dondequiera que se necesite una topografía y un modelado con una precisión centimétrica, el LiDAR podría ser la nueva tecnología elegida. En los próximos años, gracias a la mayor disponibilidad de los sistemas, su adopción podría extenderse a nuevos sectores y casos de uso.


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LiDAR vs. fotogrametría: ¿Cuál es la diferencia?

Las organizaciones que ya utilizan la fotogrametría aérea como método de topografía y cartografía pueden preguntarse si el cambio a LiDAR les resultaría útil. En primer lugar, es importante definir la fotogrametría y explicar sus posibles usos y limitaciones.

La fotogrametría es el proceso de utilizar numerosas fotografías para determinar la distancia. Los drones de fotogrametría sobrevuelan un paisaje o una estructura y toman fotografías, que se ensamblan en modelos 2D o 3D mediante un software. Estos modelos se utilizan en la construcción, la agricultura, la minería y cualquier industria que necesite una cartografía frecuente.

En comparación con el LiDAR, los sistemas de fotogrametría pueden tener dificultades para captar objetos muy pequeños y con detalles muy precisos: por ejemplo, mientras que los pulsos del LiDAR pueden captar las líneas eléctricas, las fotos tomadas por los módulos de fotogrametría podrían no detectar los cables. El LiDAR también es capaz de penetrar a través de la vegetación para captar la forma del terreno subyacente, e incluso puede trabajar en la oscuridad.

La principal razón para elegir la fotogrametría ha sido su relativa accesibilidad. Con módulos más ligeros y asequibles, es una opción para las empresas que no necesitan el nivel adicional de precisión que ofrecen los datos LiDAR. Además, el software para ensamblar nubes de puntos a partir de datos fotogramétricos brutos es más común y se utiliza con más frecuencia que la alternativa LiDAR.

A medida que los costes y el peso del LiDAR se reduzcan, las matemáticas pueden cambiar para algunas de estas empresas, fomentando una mayor adopción del LiDAR. Además, es posible utilizar LiDAR con drones junto con otros métodos de cartografía para crear modelos más detallados en general. Esto es importante en los casos en los que el producto final debe ser fotorrealista, ya que, como se ha señalado, los pulsos LiDAR no captan los colores de los objetos.

¿Por que usar el LIDAR?

Volar un dron LIDAR es una forma de recopilar información de forma rápida y segura sobre cualquier tipo de terreno o característica. Esto abarca una serie de usos, desde la realización de inspecciones de seguridad hasta la inspección del progreso de la minería o la agricultura, o incluso la estimación del tamaño de una reserva de recursos desde el aire.

La creación de modelos 3D precisos de paisajes y estructuras es un juego de niños para las empresas que operan con flotas de drones LiDAR. Estos también pueden recibir actualizaciones a lo largo del tiempo, por ejemplo, para seguir el progreso de un edificio en construcción y medirlo en relación con los planos y esquemas.

El LiDAR permite escenarios que pueden requerir demasiada precisión para los sistemas de fotogrametría. Por ejemplo, ahora los operadores pueden cartografiar líneas eléctricas y reconstruir escenas de accidentes con las nubes de puntos 3D altamente detalladas que generan los módulos LIDAR.

También hay situaciones en las que las empresas no optarán por abandonar la fotogrametría en favor del LIDAR. Más bien, utilizarán ambos tipos de soluciones, de modo que siempre tengan el tipo de sensor adecuado para el trabajo en cuestión. Esto es cada vez más fácil a medida que las organizaciones invierten en opciones de chasis de drones versátiles y capaces que pueden soportar múltiples módulos de sensores.

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LIDAR en drones vs LIDAR terrestre

Una pregunta adicional que deben hacerse los responsables de las empresas a la hora de decidir si utilizan sistemas de drones LiDAR, es si no estarían mejor servidos con módulos LiDAR basados en tierra. Estas opciones terrestres, de proveedores como Faro y Trimble, son muy precisas y ofrecen un escaneado milimétrico.

El inconveniente de utilizar LiDAR en tierra es la falta de eficacia. El vuelo de un dron sobre un lugar permite a los topógrafos realizar más trabajo en menos tiempo y llegar a zonas de difícil acceso, en comparación con el proceso, a veces tedioso, de utilizar escáneres láser terrestres.

Siempre que una organización pueda tolerar una precisión de +/- 5 cm al crear modelos 3D a partir de nubes de puntos, los sensores aéreos montados en un dron LiDAR proporcionan un enfoque mucho más eficiente para la cartografía y la topografía.

Caso Práctico: Inspección de torres de refrigeración

Antes de proceder a la demolición de la torre de refrigeración de un reactor en Francia, la empresa de demolición necesitaba crear modelos 3D precisos para poder llevar a cabo el proceso con exactitud y precisión. Los métodos de inspección tradicionales no serían seguros debido a la presencia de amianto en la pintura de las torres. Además, los plazos del trabajo eran muy ajustados, por lo que la inspección debía realizarse por la noche.

Ante estas difíciles condiciones, el equipo utilizó tanto fotogrametría como drones LiDAR para crear modelos 3D de las torres. Mientras que la mayor parte del trabajo diurno se llevó a cabo con fotogrametría, el LiDAR se utilizó para el trabajo nocturno y al atardecer, produciendo nubes de puntos 3D que se convirtieron rápidamente en modelos 3D detallados.

Drones con LIDAR en acción

La incorporación de vehículos aéreos no tripulados con LIDAR es una excelente manera para que las empresas de todos los sectores cartografíen y realicen estudios más eficaces. Es impresionante la cantidad de escenarios de despliegue únicos que admiten la tecnología LIDAR para drones. Algunos de estos casos pueden incorporar también la fotogrametría, mientras que otros son totalmente nuevos y están impulsados por la llegada de una tecnología LIDAR más asequibles.

Topografía para pequeñas parcelas

Siempre que sea necesario realizar un reconocimiento aéreo preciso de una parcela, la tecnología LiDAR puede ser la herramienta ideal. Mientras que una parcela grande puede ser más adecuada para un sobrevuelo con un avión o un helicóptero tripulado, la tecnología de los drones es ideal para las parcelas pequeñas.

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Construya fácilmente mapas de terreno precisos para tomar decisiones de paisajismo informadas.

Utilizar un dron como herramienta de topografía es más asequible que poner en marcha, dotar de personal y abastecer de combustible a una aeronave estándar. Además, los drones utilizan un pequeño vehículo aéreo no tripulado que no requiere que los pilotos sobrevuelen el lugar, lo que lo convierte en una opción más segura. Unos pocos operadores situados en tierra pueden cartografiar rápida y metódicamente la zona y seguir adelante.

Levantamiento topográfico y batimétrico

Además de los levantamientos más pequeños, los drones LIDAR pueden utilizar sensores para tomar grandes áreas topográficas, asumiendo el trabajo que tradicionalmente se llevaría a cabo desde aviones o helicópteros. En el caso de un estudio terrestre, el dron utiliza un láser infrarrojo cercano.

Al volar sobre el agua y utilizar una luz verde que penetra en el agua, los drones LIDAR también pueden recoger lecturas sobre la profundidad del fondo marino o del lecho del río en una zona determinada. Al crear mapas que incorporan datos batimétricos, los drones LIDAR pueden cubrir tanto la tierra como el mar.

Modelado digital del terreno antes del trabajo

Cuando las empresas se preparan para llevar a cabo un gran trabajo de movimiento de tierras, es importante disponer de un mapa del lugar en 3D. Aquí es donde un modelo digital del terreno (MDT) preciso -creado mediante una nube de puntos LIDAR 3D- puede ser fundamental.

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Nube de puntos en color real capturada por la Zenmuse L1

El movimiento de tierras suele pagarse por metro de tierra excavada, lo que significa que, a efectos de planificación presupuestaria, las empresas necesitan saber exactamente con qué se encuentran en una zona determinada, utilizando imágenes en 3D. El LiDAR puede penetrar en la vegetación y otros elementos para ofrecer lecturas precisas sobre la topografía de un lugar determinado.

Cartografía y reconstrucción del lugar del accidente

Los drones de todo tipo son cada vez más populares en el ámbito de la seguridad pública; por ejemplo, los drones térmicos pueden buscar a personas desaparecidas, incluso de noche. En el caso de los drones LIDAR, la tecnología es ideal para la reconstrucción de escenarios de accidentes complejos. Los equipos pueden realizar este trabajo a cualquier hora del día, porque el LIDAR no necesita luz para funcionar.

Reconstrucción de colisiones en condiciones de poca luz con LiDAR

Una vez capturado el modelo 3D de gran precisión, los equipos pueden despejar el lugar del accidente. Esta rapidez es especialmente importante cuando el lugar del accidente obstruye el tráfico. Los datos del dron LiDAR pueden servir como prueba en cualquier caso judicial derivado del accidente. Tenga en cuenta que la fotogrametría también es una excelente opción para la reconstrucción de la escena del accidente y la cartografía de emergencia, sobre la que puede obtener más información en nuestra Guía de cartografía de emergencia.

Silivicultura

Medir el inventario de un bosque utilizado para la producción de jarabe, pape o madera puede ser difícil o requerir mucho tiempo debido a las grandes áreas involucradas. Las empresas que no utilizan drones LIDAR pueden tener que confiar en estimaciones basadas en las conjeturas de los trabajadores.

El LiDAR puede medir la altura de las copas y la densidad de los árboles

Un dron LIDAR no sólo puede ofrecer lecturas precisas de parámetros como la altura de la copa y la densidad de los árboles, sino que los sensores implicados son lo suficientemente precisos como para ofrecer lecturas sobre árboles individuales. Los drones LIDAR pueden funcionar incluso con poca luz cuando la visibilidad es limitada.

Agricultura de precisión

Basar las prácticas agrícolas en datos precisos se ha hecho más popular en los últimos años, con drones fotográficos que ayudan en todo, desde la planificación de los cultivos hasta el seguimiento de los rebaños. Los drones LIDAR pueden añadir un nuevo nivel de precisión a las proyecciones, permitiendo a los agricultores responder a las condiciones de sus campos.

Uno de los principales usos de los drones LIDAR en la agricultura es proporcionar datos del terreno en 3D, lo que permite a los operadores construir diques en sus campos de arroz. Otro uso es medir el progreso de los cultivos, lo que permite a los agricultores utilizar los fertilizantes de forma más específica.

Inspección de líneas eléctricas

Mientras que los operadores de servicios públicos pueden haber tenido problemas para medir pequeños componentes de la infraestructura (incluidas las líneas eléctricas) antes de la llegada de sistemas LIDAR UAV asequibles, ahora pueden llevar a cabo inspecciones aéreas. El escaneo de las líneas eléctricas desde el aire permite a los topógrafos medir los factores de riesgo, como la invasión de la vegetación.

Ya sea para tomar lecturas sobre el estado actual de la infraestructura de la red eléctrica o para planificar la construcción de nuevas líneas eléctricas, los proveedores de servicios públicos pueden confiar en los modelos 3D de los drones LIDAR. El hecho de que los vehículos vuelen significa que pueden atravesar terrenos abruptos con mayor facilidad y seguridad.

Minería

Las empresas mineras pueden medir el espacio de extracción del mineral con las minas. Calculando los datos de la superficie y comparando las lecturas actuales con las pasadas, los mineros pueden determinar el progreso de sus operaciones. Los drones ofrecen una opción más económica que la topografía aérea, y son más seguros y eficaces que la exploración en tierra.

El envío de drones a las minas es otra forma valiosa de recopilar datos al tiempo que se pone en primer plano la seguridad. El SLAM LIDAR puede servir como herramienta de detección de colisiones, al tiempo que permite al dron trazar un mapa dentro de una mina. Después de una detonación planificada, un dron puede entrar primero en un pozo, asegurándose de que la estructura es lo suficientemente sólida como para que entren los humanos.

Arqueología

Los drones LIDAR son buenos para cartografiar los contornos exactos de las estructuras, y estos edificios no tienen por qué ser nuevos. Al utilizar los UAV en un yacimiento arqueológico, los investigadores pueden obtener una imagen clara del tamaño y la ubicación relativa de todas las características relevantes del terreno, así como de cualquier resto creado por el hombre.

La cartografía de un yacimiento arqueológico con un UAV LIDAR es rápida y eficaz en comparación con los métodos de exploración y cartografía en tierra. Dado que los drones pueden cubrir grandes áreas, los arqueólogos pueden redescubrir zonas enteras «perdidas» en poco tiempo, incluso si esos sitios comprenden ciudades antiguas enteras.

Medición del volumen de las existencias

Las empresas de construcción están yendo más allá de la vigilancia y utilizando los sistemas para otras funciones, como la medición de inventarios. El escaneo repetido de una pila de materiales permite a una empresa determinar el ritmo de uso.

Comprender todos los aspectos de una obra permite realizar operaciones más eficientes en general. Observar cómo cambia el volumen de una pila a lo largo del tiempo es posible con sensores precisos, como el LiDAR, y montarlos en drones es una forma eficiente de poner en práctica estas soluciones.

Las mejores opciones de drones con LIDAR

Con los drones LIDAR cada vez más disponibles, los compradores de tecnología pueden empezar a comparar las opciones de hardware para encontrar el UAV y la carga de sensores perfectos para sus propósitos. La Zenmuse L1, un modelo de sensor LIDAR disponible de DJI, es una opción valiosa para las empresas debido a su amplio conjunto de características, incluyendo:

  • Una unidad de medición inercial integrada, capaz de ofrecer una precisión de grado topográfico de 5 cm y una precisión absoluta de 10 cm, todo ello desde una altitud de 50 metros.
  • Un cardán estabilizado en 3 ejes, que permite un control de montaje totalmente automático a través de la integración con el sistema de gestión de vuelo de DJI.
  • Un sensor CMOS de 20 MP de 1 pulgada, que graba datos de foto y vídeo. Esto permite a los usuarios aplicar datos de color a las nubes de puntos LiDAR, además de otras funcionalidades.
  • Compatibilidad con tres retornos por disparo láser, lo que proporciona un mayor grado de precisión al penetrar en el denso follaje y medir la topografía del terreno que hay debajo.

Un modo de escaneo no repetitivo que ofrece un mayor grado de resolución de los datos en comparación con una línea de escaneo normal cuando un dron registra una única zona durante un tiempoCertificación IP54, que acredita que el L1 puede funcionar en condiciones meteorológicas adversas como niebla, humo y nieve.

Gimbal de 3 ejes 1024x512Zenmuse L1 en un gimbal estabilizado de 3 ejes

El L1 está diseñado para ser desplegado con el versátil y potente Matrice 300 RTK. que está montado con múltiples cardanes para permitir a los operadores utilizar varias cargas útiles de sensores al mismo tiempo. Los datos de la nube de puntos del dron se pueden ensamblar en modelos 3D con el software DJI Terra. Con este UAV LiDAR en acción, las empresas, desde la construcción hasta la seguridad pública, pasando por la agricultura y la minería, pueden transformar sus flujos de trabajo cotidianos.

Los propietarios del L1 pueden optimizar sus operaciones con el L1 consultando la Guía de funcionamiento del L1 V1.1. Este recurso cubre en profundidad todo lo que necesitas saber sobre tu L1, desde las especificaciones y los ajustes, hasta qué parámetros usar para qué escenarios, pasando por la calibración de la carga útil, la planificación de la misión y el procesamiento de datos con DJI Terra.

Fuente: DJI Ars Madrid

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