Topografía con Drones en Obra Civil, Agricultura y Golf

La topografía mediante dron es una técnica cada vez más extendida, que permite realizar levantamientos topográficos de grandes superficies, o de ubicaciones concretas, con una alta precisión y a un coste mucho menor que mediante los métodos tradicionales.

Esto es especialmente destacable para los drones de ala fija, que permiten cubrir superficies de hasta 200 ha en apenas una hora de vuelo, con precisiones de unos pocos centímetros, o trazados de infraestructuras lineales con una gran eficiencia.

Por su parte, los drones multirrotores permiten realizar levantamientos de ubicaciones de menor tamaño pero, que por su configuración, pueden resultar de difícil acceso o difíciles de volar con un ala fija, como pueden ser canteras, minas a cielo abierto, zonas de obras, edificios, etc.

Nos vamos a referir en esta entrada a los trabajos de topografía mediante fotogrametría y cámaras RGB y dejaremos los trabajos con LiDAR y sus aplicaciones para una próxima entrada.

Planificación del vuelo

El primer paso una vez definido un proyecto es adquirir el conjunto de imágenes sobre el terreno. Un buen conjunto de datos es necesario para producir resultados con alta calidad y precisión.

Es muy importante diseñar un buen plan de adquisición de imágenes considerando:

– Tipo de proyecto: solo aéreo o mixto aéreo/terrestre.
– Tipo de terreno/objeto: urbano, rural, obra, edificio…
– Tipo de cámara RGB: resolución, distancia focal, etc.
– Propósito del proyecto: topografía, cartografía, etc.
– Velocidad de disparo de la cámara: frecuencia de toma de las imágenes.
– Altura de vuelo: distancia a la que se toman las imágenes.
– Ángulo de adquisición de las imágenes.
– Solape entre imágenes: longitudinal y lateral.
– Trazado: lineal, rejilla simple, rejilla doble, objeto de interés, etc.

Toma de puntos de apoyo

Los puntos de control del terreno (Ground Control Points o GCPs) son puntos de coordenadas conocidas en el área de interés. Sus coordenadas se han medido con métodos de topografía tradicionales o han sido obtenidas por otras fuentes (LiDAR, ortofoto, cartografía, Servicio de Mapas Web).

No son necesarios para procesar un proyecto con software de fotogrametría, pero aumentan significativamente la precisión absoluta del proyecto, y es recomendable apoyarse en ellos incluso aunque estemos trabajando con un dron equipado con sistema de posicionamiento PPK/RTK.

Los GCPs también se pueden utilizar como puntos de verificación para validar la exactitud de los resultados generados en el proceso fotogramétrico.

Sistema fotogramétrico

El sistema fotogramétrico es el conjunto de operaciones y procesos que nos permiten pasar del grupo de imágenes captadas por la cámara montada en la plataforma aérea a generar salidas digitales como nubes de puntos, ortomosaicos o Modelos Digitales de Elevaciones.

Modelos Digitales de Elevaciones

Un modelo digital de elevaciones o MDE (DEM según sus siglas en inglés) 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 estructuras.

El MDS (Modelo Digital de Superficies) y el MDT (Modelo Digital del Terreno) son Modelos Digitales de Elevaciones que se diferencia en que el primero no solo recoge datos del relieve, sino que también incorpora datos de la altura de vegetación, edificios y las distintas estructuras que pueden aparecer en el área de estudio.

A partir del DTM, que contiene la información del terreno base, una vez eliminados los elementos artificiales o naturales situados por encima de él, podemos conocer la topografía del terreno y con las herramientas GIS adecuadas podemos generar las curvas de nivel y diferentes productos de topografía como mapas de pendientes, orientaciones, mapas de sombreado, etc.

OBRA CIVIL

La combinación de los drones con la topografía tradicional resulta de gran interés para los trabajos de obra civil por la optimización de los recursos que permite, sobre todo en el caso de obras de gran envergadura o en zonas de difícil acceso, proporcionando un gran ahorro en los tiempos de ejecución y en los recursos humanos necesarios. Algunas de las utilidades que tiene la topografía mediante drones, ya sea a partir de la nube de puntos o de los modelos digitales de elevaciones, serían:

• Topografía previa.
• Seguimiento de obra.
• Elaboración de modelos en 3D.
• Análisis BIM (Building Information Modeling).
• Realización de mediciones en 2D y 3D.
• Análisis de estabilidad de taludes.

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AGRICULTURA

Los drones con cámara multiespectral son una herramienta cada vez más utilizada en el mundo de la agricultura de precisión. No obstante, la generación de productos de topografía a partir de vuelos con cámaras RGB es también de gran utilidad para la agricultura ya que permite llevar a cabo inventarios y realizar mediciones sobre el cultivo, además de los productos más típicos de topografía. En general, podríamos destacar entre otras las siguientes aplicaciones:

• Topografía de parcelas.
• Trabajos de aterrazamientos.
• Diseño de red de riego.
• Diseño de obras de drenajes.
• Mediciones del cultivo: alturas, diámetros, biomasa…

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GOLF

Una adecuada gestión de campos de golf requiere conocer con gran detalle no sólo la topografía general del campo, sino también la combinación de la ubicación real de las bocas de riego y la topografía, para poder llevar a cabo un análisis 3D del sistema de riego que permita optimizar el uso del agua, un factor cada vez más crítico para evitar malgastar un recurso cada vez más escaso y prevenir la aparición de potenciales problemas derivados del exceso o la falta de riego. Entre las aplicaciones en este ámbito cabría destacar:

• Topografía del campo.
• Diseño de la red de riego.
• Análisis en 3D del sistema de riego.
• Diseño de obras de drenaje.
• Análisis del flujo de agua.
• Análisis del microrrelieve del green.
• Creación de modelos en 3D.