Levantamiento Por Imágen Satelital

LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO POR IMAGEN SATELITAL 1. MARCO TEORICO: La topografía satelital o llamado también como sistema LIDAR es un acrónimo de “Light Detection and Ranging”, su traducción literal sería “detección y medición de la luz”, consiste en un sistema laser de medición a distancia que originalmente era utilizado con fines bélicos; sin embargo en la actualidad se ha convertido en una técnica alternativa en la topografía y fotogrametría para la generación de modelos digitales de terreno (DTM) que proporcionen una vista exacta de la superficie terrestre desde arriba. Las imágenes coloridas y a veces artísticas se obtienen a partir de combinaciones de datos de diferentes porciones del espectro electromagnético. El sistema LIDAR ha ido evolucionando a lo largo de los años gracias a todos los trabajos de investigación realizados, no obstante su paso por el mercado laboral es muy reciente y es utilizado con frecuencia en los campos de la industria, ciencia y principalmente en la ingeniería, esta técnica emplea satélites orbitando la tierra, para así proveer información técnica, permitiendo la modelización rápida del terreno en zonas con accesos difíciles.

En conclusión es un sistema activo montado normalmente sobre aviones, helicópteros o satélites, basado en un sensor que lleva a cabo la emisión de un pulso laser y la medida del tiempo que tarda dicho pulso en llegar a la superficie y volver al punto de emisión. Estos pulsos van desde la luz ultravioleta a la infrarroja, variando su longitud

de onda entre 500 y 1500 nanómetros, el sensor emite pulsos de luz ininterrumpidamente y capta sus retornos, denominados ecos o rebotes, el tiempo que tarda en regresar la luz permite calcular la distancia “y” para de esa forma obtener la altimetría del terreno. A estos dos elementos se une un sistema de navegación inercial (INS) que permite medir la orientación exacta del sensor. Este sistema mide los ángulos con una precisión de 0.001 grados.

2. OBJETIVO DEL SISTEMA: Utilizando pares estereoscópicos de diferentes satélites se determinan las coordenadas NEZ en el sistema WGS84 de todos los puntos medidos, así como datos complementarios como la intensidad y número de retorno de cada punto. Para asegurar una correcta transformación entre sistemas de coordenadas, se calibran los diferentes subsistemas de forma individual y conjunta. Para el escáner se calibran tanto los elementos geométricos como radiométricos del láser y muy especialmente la posición relativa respecto al sistema inercial.

3. EQUIPOS EMPLEADOS: Utilizamos los siguientes sensores (satélites): WorldView2 par estereoscópico, GeoEye o Pléiades 1A y 1B par estereoscópico.

PLEIADES 1A y 1B EN PAR ESTEREOSCOPICO

WORLDVIEW-2 EN PAR ESTEREOSCOPICO

GEO-EYE EN PAR ESTEREOSCOPICO

4. PROCEDIMIENTO: El sistema LIDAR está compuesto por un emisor y un receptor, como un escáner láser muy potente, un receptor GPS que proporciona la posición y altura del avión en cada momento y un sistema inercial (IMU) que detecta y mide los giros y trayectorias del avión. El elemento principal de un sistema LIDAR es el escáner láser montado en una aeronave o satélite y que emite hasta 500 000 pulsos de luz infrarroja por segundo, que sirven para determinar la distancia entre el sensor y los 20 puntos del terreno. La toma de datos se realiza desde un avión, helicóptero o satélite desde una altura variable según el tipo de proyecto, durante el proceso, se toman medidas en los tres subsistemas de los que dispone el LIDAR (GPS, IMU y láser), de forma independiente pero con una etiqueta de tiempos acorde con el tiempo GPS, estas etiquetas serán las que permitan sincronizar todas las medidas en el post-proceso.

En el post-proceso mediante filtros se puede llegar a separar la información por capas, con la posibilidad de poder extraer parte de la vegetación y dejar solo el terreno para la modelación del mismo y la generación de las curvas de nivel, obteniendo información en corto tiempo y con alta precisión. En el caso de emplear un avión; después del vuelo, los datos GPS y los datos IMU se integran mediante un software para determinar la trayectoria del vuelo y los giros en cada instante. Estos elementos más el ángulo de salida que ha formado el pulso láser con respecto a la vertical, se combinan para determinar la línea imaginaria que ha descrito el pulso láser en el espacio. Finalmente la longitud del camino descrito por el rayo, los giros definidos por los sistemas inerciales, y la posición del escáner láser obtenido a partir de las medidas GPS.

Cada proyecto se compone de las siguientes tareas: - Instalación de puntos de control - Toma de imágenes (programación de toma del satélite). - Procesamiento en estación fotogramétrica, removemos toda la vegetación e infraestructura. - Generación de entregables.

5. RESULTADOS: Gracias a la recepción de los múltiples retornos y a la aplicación de filtros adecuados, se puede analizar la información recibida, discriminando entre los diferentes pulsos e identificando el tipo de superficie objeto de la medición. A partir de la gran cantidad de

pulsos recibidos se emiten unos 240,000 pulsos por segundo y se recibe el 90 % de los pulsos emitidos más sus retornos, se genera un modelo digital de elevaciones de altísima densidad. Los datos obtenidos serán directamente las coordenadas tridimensionales de los puntos reflejados por el terreno, permitiendo al operador trabajar directamente a partir de ellos y formar modelos digitales del terreno o de superficie. Curvas de nivel a 1, 2 y 5 m. 

DSM o DTM en Color a 1, 5 y 30 m.



DSM o DTM en Blanco y Negro a 1, 5 y 30 m.



Imágenes de satélite en mosaicos a 50 / 30 cm el pixel.



Precisión Vertical error máximo de 20 cm.

6. PROCESAMIENTO DE DATOS:

ESPECIFICACIONES IMÁGENES CRUDAS

-

-

ESPECIFICACIONES IMÁGENES PROCESADAS

-

Formato: GEOTIFF Modo Bundle: Multiespectral – Pancromático Bandas: 4-NIR, R, G, B multispectral 2.0m 1-Gray Scale panchromatic 0.5m Resolución Radiométrica: 16bits unsigned Nivel de procesamiento: OrthoReadyStereo OR2A Proyección: UTM Zona 13 Datum WGS84

Formato: GEOTIFF Modo: Multiespectral - Pancromático- Natural 4-NIR, R, G, B multispectral 2.0m, 16bits unsigned 1-Gray Scale panchromatic 0.5m, 16bits unsigned 3-R, G, B natural 0.5m, 8its unsigned No. de GCP: 22 No. de TP: 0 Fuente de GCP: PEÑOLES RMSE X: 0.23m Mod. Matemático: Rational RMSE Y: 0.26m Polynomial Coefficients Resolución DEM: 1m posting

7. REFERENCIA ECONÓMICA:

S.No. Product Details 1. Velodyne puck (VLP-16 Series) LAVLP-16 Unmanned Laser Scanning System customized - LIDAR sensor: Velodyne VLP 16 (Puck) - Navigation System: single-antenna, dualfrequency RTKGNSS receivers with GPS/GLONASS support - IMU: Sensonor STIM - Dedicated Acquisition Laptop - Systems Software Suite (Explorer, Fuser and LightHouse) - 1-year warranty Training: -Complete system operations TrainingLocation Los Angeles, CA -To be scheduled after system ingration into aircraft and ready for flight operations -First operation with data adqusition and processing -software training on Spatial Explorer, Spatial

Qt y 1

List Price

Total

$96,775.00

$96,775.00

Fuser & Spatial Light House 2. DJI S1000+ Gold Package DJIS1000 Gold - DJI S1000 Octocopter - A2 Flight Control -Zunmuse 5D Gimbal - 2.4ghz Bluetooth Data Link for i-pad ground station - DJI IOSD Mark II (FPV) - Futaba 2.4 Ghz 10 Channel remote and receiver - DJI S1000 Pelican Case -E1200 Standard Tuned Propulsion System -Extended Arms for Upgraded Motors -Landing Gear leg Extension(s) -DJI DropSAfe Parachute -Hitec Ultima X2 Dual Port Charger Batteries Not Included DropSafe CO2 gas canister Not Included 3. HD Photogrammetry Sony A7R (Optional) Photogrammetry Sony Sony a7R camera w/20mm prime lens, mounting brackets, GPS sync cable and software Integrated Training is included in LP360 training (Silver Package only) 4. REF-ST for Octo (Optional) OPTIONAL: NovAtel FlexPak Reference Station L1/L2, GPS/GLONASS, Pinwheel Antenna, Tripod and Cables 5. POSTPROS- Post Processing Software (optional) Post Processing Software, for: - GNSS outages are expected during scans (bridges, forest canopy) - communication to Rover via 3G/4G or longdistance wifi is not possible 6. Lp360 Advance LiDAR Processing Software (Optional) LP360 LP360 Advanced Edition (includes Basic and Standard) was released with LP360 v.1.7. The Advanced Edition provides additional Point Cloud Tasks allowing for the classification of LIDAR point clouds

1

$10,329.04

$10,329.04

1

$6,875.00

$6,875.00

1

$12,312.00

$12,312.00

1

$18,750.00

$18,750.00

1

$6,600.00

$6,600.00

automatically as well as the extraction of features to vector GIS data sets based on specific 7. Traning for LP360 Software (optional) Training LP360 software operation 5 Days of Software Training LP360 and Orthophoto processing Tool: - LP360 training in LiDAR AMERICA OFFICE. -ORTHOPHOTO Processing wiill be included if photogrammetry option is acquired ( Silver Package only) NOTE: Transportation, Hotel and Meals ARE NOT INCLUDED

1

$7,500.00

$7,500.00

Grand Total $159,141.04

8. VENTAJAS: -

Podemos destacar la precisión, rapidez y la posibilidad de obtener un modelo digital de elevaciones (DSM).

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Este sistema puede utilizarse en condiciones adversas (polvo, noche).

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Este sistema no necesita puntos de apoyo, permite una rápida recogida de datos y que puede penetrar en las cubiertas vegetales, siendo la única herramienta utilizada en teledetección capaz de determinar simultáneamente el terreno y la vegetación.

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Los puntos elevados dan una respuesta rápida.

9. DESVENTAJAS: -

la escasez de personal especializado ya que es un sistema que actualmente se está incorporando en el Perú.

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La falta de precisión que lleva realizar la adquisición de imágenes para su armado.

10. RECOMENDACIONES: -

Es recomendable emplear este sistema ya que el Costo es mucho menor que la de un vuelo convencional con una calidad muy similar.

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Es esencial emplear este sistema para la determinación de modelos digitales del terreno, estudio de cuencas hidrográficas, cartografiado de líneas eléctricas, gestión forestal o elaboración de modelos de ciudades.

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Hoy en día se impone cada vez con más fuerza el uso de Modelos Digitales de Terreno (DTM) obtenidos a partir de la técnica LIDAR, ya que ofrece una serie de ventajas respecto a las técnicas utilizadas tradicionalmente, por lo que es necesario conocer el sistema.

11. CONCLUSIONES: -

Con este moderno equipo obtenemos información en todo tipo de terreno, ya sea plano, ondulado, montañoso con o sin vegetación.

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Para los equipos aerotransportados con tecnología LIDAR solo se precisan puntos de control en tierra y la aeronave con equipo montado realiza el levantamiento del área.

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Puede discriminar entre múltiples respuestas recibidas de un mismo pulso (hasta 4 retornos) permitiendo determinar las superficies intermedias, como líneas de tensión o coberturas vegetales.

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Las precisiones que podemos alcanzar con esta técnica, son de 0.5 a 1 metro en planimetría, y de 15 cm en alturas.

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El DTM LIDAR es tres veces más denso que un DTM fotogramétrico. Se obtiene una nube de puntos superabundante que permite modelar el terreno con el máximo detalle.

-

Este sistema de levantamiento por lo general presentan un margen de error mayor a los demás establecidos.

Trayectoria de la carretera en territorio nacional: Repartición desde La Oroya (PE-22) - Pte. Antahuaro - Dv. Tarma (PE-22 B) Junín - Carhuamayo - Unish (PE-20 A) - Dv. Cerro de Pasco - Huariaca - San Rafael - Ambo (PE-18) - Pte. Huallaga - Ov. Huanuco (PE-18 A) - Huanuco Chavinillo - Chuquis - La Unión - Huallanca - Abra Yanashalla - Chiquían Conococha (PE-16) - Catac - Recuay - Pte. Bedoya - Pte. Mashuan - Pte. Tacllan - Huaraz (PE-14 y PE-14 A) - Pte. Jangas - Pte. Atusparia - Carhuaz Yungay - Caraz - Pte. Choquechaca - Sucre - Huallanca - Yuracmarca - Pte. Huarochirí (PE-3N A) - Pte. La Limeña - Mirador - Pte. Agua Clara Chuquicara (PE-12) - Quiroz - Ancos - Tauca (PE-3 NA) - Cabana - Pallasca Mollepata - Angasmarca - Santiago de Chuco - Shorey (PE-10 A) - Quiruvilca - Huamachuco - Sausacocha (PE-10 B) - Marcabal - Cajabamba - La Grama Pte. Crisneja - San Marcos - Matara - Llacanora - Cajamarca (PE-08 y PE-08 B) - Dv. Tambillo (PE-08 A) - Dv. Yanacanchilla Alta (PE-3N B) - El Cobro - El Empalme - Abra Coimolache - Hualgayoc - Bambamarca - Abra Samangay Chota (PE-3 NC) - Lajas - Chamana (PE-06 B) - Cochabamba (PE-06 A) Cutervo - Santo Domingo de Capilla - Callayuc - Chiple (PE-04 C) - Pucará Dv. Pomahuaca - Pte. Huancabamba - Pte. Hualapampa - El Tambo (PE-04 B) - Huarmaca - Sondorillo - Sondor (PE-02 B) - Huancabamba (PE-02 A) Sapalache - Pacaipampa - Dv. Curilcas - Yanta - Olleria - Socchabamba Vado Grande en Piura.