TECNOLOGÍA DRONE EN LEVANTAMIENTOS TOPOGRÁFICOS
CHRISTIAN ALDEMAR MONCAYO CORDOBA
ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES CENTRO DE EDUCACION MILITAR BOGOTÁ D.C 2015
TECNOLOGÍA DRONE EN LEVANTAMIENTOS TOPOGRÁFICOS
CHRISTIAN ALDEMAR MONCAYO CORDOBA
TRABAJO
INGENIERO JAVIER VALENCIA SIERRA
ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES CENTRO DE EDUCACION MILITAR BOGOTÁ D.C 2015
CONTENIDO Pág. INTRODUCCION. 1. TECNOLOGÍA DRONE
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1.1 QUE ES UN DRONE
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1.2.
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
2. COMO FUNCIONA UN DRONE EN LA TOPOGRAFÍA.
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2.1 LA TECNOLOGÍA DE DRONE REEMPLAZARÁ LAS ESTACIONES TOTALES Y RECIBIDORES GNSS.
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3. USOS DEL DRONE
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3.1 LOS DRONES EN GIS
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3.1.1 USO DE DRONES EN GIS EN TOPOGRAFÍA
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3.2 LIDAR Y DRONES
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3.3 USO DE DRONES PARA LA ACTUALIZACIÓN CARTOGRÁFICA
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3.4
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OTROS USOS DEL DRONE
3.4.1 DRONE PARA USO MILITAR:
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3.4.2 DRONE UTILIZADO POR LA POLICIA PARA FINES DE INVESTIGACION.
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4. CONCLUSIONES
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5. BIBLIOGRAFIA
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FIGURAS Pág. Figura 1
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Figura 2
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Figura 3
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Figura 4
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Figura 5
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Figura 6
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Figura 7
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Figura 8
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Figura 9
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Figura 10
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Figura 12
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Figura 13
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Figura 14
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Figura 15
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INTRODUCCION Los “drones”, vehículos aéreos no tripulados, se están convirtiendo en una nueva
tecnología que revoluciona la topografía conven cional. Se trata de una clara apuesta por el medioambiente, pues no emite CO2 a la atmosfera. Además, mejora significativamente la seguridad de los trabajadores en obra, al no tener que trab ajar en zonas de riesgo.El uso de “drones” también aumenta la efic iencia de los procesos
constructivos, minimizando costes y reduciendo tiempos al compararlo con los trabajos clásicos de topografía. Recientemente, ha tenido lugar el primer vuelo experimental con “drones” para el
levantamiento topográfico en una obra en ejecución de Ferrovial Agroman. Este vuelo forma parte de la primera fase del proyecto de innovación que la Dirección Técnica y el Departamento de Innovación están realizando conjuntamente para la consecución de un sistema de levantamiento topográfico con precisión centimétrica mediante RPAS (Remotely Piloted Aircraft System) en zon as de difícil acceso y con vegetación que oculta el terreno.
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1. TECNOLOGÍA DRONE
1.1
¿QUE ES UN DRONE?
La sigla DRONE que traduce: (zángano) Aeronave no tripulada, robot aéreo entre otros, el término se adaptó para el lenguaje Español, pero en realidad su nombre original en idioma Ingles es: UAV “Unmanned Aerial Vehicle” o UAS “Unmanned Aerial System”.
FIG 1 http://www.popsci.com/article/technology/guide-spotting-and-hiding-drones
Inicialmente estos dispositivos fueron diseñados para uso militar, ya que permiten hacer misiones de vuelo sin tripulantes guiados a control remoto desde tierra sin sacrificar la seguridad de un piloto, este sistema se ha utilizado en varios conflictos
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bélicos para hacer ataques muy silenciosos y rápidos con misiles, bombas, rastreadores y otros sistemas de espionaje para infiltración de tropa o lanzamiento de artillería, también se usa para hacer vuelos de reconocimiento en zonas hostiles, con presencia de
tóxicos, contaminantes, peligro biológico, seguimiento de
vehículos en tierra agua y aire, también para control de fronteras. 1.2.
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
Un DRONE es un vehículo aerodinámicamente muy parecido a un avión, algunos por ejemplo los de uso militar tienen dimensiones relativamente grandes similares a las de aviones de combate, esto les permite tener la rigidez y capacidad para portar armamento, equipos de comunicaciones, hardware especializado y combustible.
FIG 2 http://www.elagrimensor.com.ar/Noti articulo.asp?N=82
Se ha desarrollado algunos modelos más pequeños con menor capacidad de autonomía en vuelo pero con la característica de ser más indetectables por su tamaño reducido, Lo anterior hablando del campo militar, dado que también existen DRONES muy pequeños utilizados para fotografía comercial, cinematografía, entretenimiento, usos de la industria y la ingeniería. 10
FIG 3 http://3.bp.blogspot.com/brUXe_ZAlf0/UYvN_ADezVI/AAAAAAAAZh U/T2bR3JVvqRA/s320/Insect-Fly-BotDrone.jpg
2. COMO FUNCIONA UN DRONE EN LA TOPOGRAFÍA. Los drones vienen en muchas formas, tamaños, y más importantemente, precio. Hay hexacopteros del tamaño de una lavadora, aviones ultra-ligeros de plástico, avionetas no tripuladas lanzadas por catapulta, lanzadas a mano, miniatura, etc. Cada uno tiene sus ventajas y desventajas y, al igual que una estación total, se debe tomar cuidadosa consideración en cuál se ajusta mejor a tus necesidades topográficas, ya que por el momento representan una significante inversión económica
Un ejemplo de un drone, el eBee es ultraligero y se lanza a mano Fig.4 http://civiltec.mx/aplicaciones-de-fotogrametria-aerea-con-drones-en-la-topografia/
Hablando sencillamente, un drone por lo general tendrá una cámara de alta resolución con la que podrá formar un ortomosaico de fotografías de una ruta predeterminada. Un ortomosaico es una fotografía aérea geometricamente
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corregida de tal manera que la escala sea uniforme: el ortomosaico, al igual que un mapa, carece de distorsión.
Fig.5 http://civiltec.mx/aplicaciones-de-fotogrametria-aerea-con-drones-en-la-topografia/
Un ortomosaico puede ser usado para medir distancias verdaderas, porque es una representación precisa de la superficie de la tierra. Para formar el ortomosaico el drone tomará varias fotografías encimadas, encontrará puntos de referencia entre ellos, y formará automáticamente el ortomosaico a través del software que la mayoría de los servicios drones ofrecen. 2.1 LA TECNOLOGÍA DE DRONE REEMPLAZARÁ LAS ESTACIONES TOTALES Y RECIBIDORES GNSS. En corto, no. La tecnología de drone es una herramienta sumamente poderosa y eficiente, pero no puede reemplazar una estación total. En la imagen anterior,
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vemos que las curvas de nivel son muy densas y agradables a la vista. Si observas cuidadosamente, sin embargo, verás que es incapaz de captar todos los detalles. puente e1427306945967 Aplicaciones de Fotogrametría Aérea con Drones en la Topografía fotogrametría aérea. El puente, por ejemplo, no puede ser captado correctamente por la forma de la estructura. El avión no puede volar por debajo del puente, voltearse 180 grados y captar todas las columnas y partes bajas del puente. Un hexacoptero sí pudiera realizar este trabajo, pero aún así se necesitan puntos de control para poder referenciar las imágenes.
Fig.6 http://civiltec.mx/aplicaciones-de-fotogrametria-aerea-con-drones-en-la-topografia/
Hay muchas configuraciones de drone que son útiles para ciertos trabajos, pero sería excesivo por ejemplo ejecutar un vuelo para un levantamiento pequeño ya que los archivos que genera el vuelo son innecesariamente densos en información. Un drone tampoco es eficiente para ubicar detalles como cune tas de agua, tomas, etc. Todo levantamiento drone lleva su correspondiente apoyo ter restre, y es ahí cuando un topógrafo se suplementa con estaciones totales, recibidores GNSS y otras
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herramientas a su alcance. En el caso de las imágenes anteriores, se suplementó el levantamiento del terreno natural con el uso de una estación total para gene rar el puente 3. USOS DEL DRONE 3.1 LOS DRONES EN GIS El uso de drones tiene varias aplicaciones relacionadas con los Sistemas de Información Geográfica. Y es una de las tendencias de futuro en el sector GIS. Con estos vehículos es fácil obtener imágenes de alta resolución con tecnología LIDAR. Mediante el uso de drones obtenemos lo siguiente:
Las nubes de puntos muestreadas son comprimidas en formato LAS (.laz) y/o en formato ASCII (.asc).
Un DSM (Modelo Digital de Superficie).
Ortomosaico (normalmente en formato GeoTIFF).
3.1.1 USO DE DRONES EN GIS EN TOPOGRAFÍA Con los datos obtenidos a partir de los sensores se pueden crear mapas catastrales mediante la digitalización de las ortofotografías georeferenciada. Esta tarea se puede realizar con AutoCAD, ArcGIS o cualquier cliente SIG.
FIG 7 http://mappinggis.com/2014/09/ejemplos-de-uso-de-drones-en-gis/
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Para realizar este tipo de trabajos se necesita lo siguiente:
Un drone
Sistema de WayPoints para pre programar el vuelo
Gimball para cámara (3 ejes de preferencia)
Cámara de 6MP o superior (10 – 12 MP recomendados) con GPS incluido.
El Drone se debe pre programar con WayPoints, para hacer un barrido paralelo del terreno, la cámara deberá de ir tomando fotografías en time-lapse y se deberá activar la función de etiquetar las fotos con la posición GPS. En caso de no contar con una cámara con GPS, las fotografías deberán ser etiquetadas manualmente, sacando el log de navegación o armando una solución más rebuscada, que consistiría en comprar sistemas externos que etiqueten las fotografías, cuando sean tomadas por la cámara. En seguida te dejo un video realizado por los chicos Aibotix, donde se puede observar a detalle el proceso para realizar los mapeos del terreno.
3.2 LIDAR Y DRONES La fotogrametría con Drones se ha convertido en una herramienta rápida para obtener datos de campo, aunque lamentablemente se ha tratado de desplazar la mano de obra humana afirmando que estos equipos pueden reemplazar a los topógrafos de campo, tal vez en un futuro cercano se logre, pero por lo pr onto se ha demostrado que aunque esta técnica arroja resultados relativamente buenos, aún no se ha logrado precisiones superiores a los 20cm en condiciones ideales,
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agregando a esto la precisión en coordenadas (Z) de los sistemas GPS que actualmente no es tan alta como en (X,Y).
FIG.8 http://fcaglp.unlp.edu.ar/referenciacion/index.php/Imagen:Posicionamiento_1.png
Se utiliza comúnmente Drones para trabajos de ingeniería que requieran precisiones aceptables para hacer estudios preliminares para ejecución de proyectos de infraestructura que por accidentes geográficos y longitud considerable sean de difícil acceso y requieran bastante mano de obra de Topografía convencional para relevar superficies y detalles, teniendo en cuenta que estos estudios pueden cambiar en búsqueda de alternativas y trazados, los Drones son herramientas que aceleran bastante algunos procesos, después de los Drones en nivel de jerarquía es tán los aviones tripulados con sistemas “lidar” que por su tamaño tienen mayor estabilidad y mejor control, además se le puede adaptar más accesorios que complementen las herramientas para hacer que la toma de datos sea más intuitiva y precisa, allí se combinan varios dispositivos como radar, laser scanners, cámaras entre otros más. Se le denomina LIDAR al sistema Laser aerotransportado o terrestre que se utiliza para la obtención de información de posición y altura de los elementos.
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FIG.
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http://mundogeo.com/blog/2000/01/01/sistemas-laser-aerotransportados-la-revolucion-de-
modelos-digitales /
Este sistema opera en la región visible, ultravioleta o infra roja del espectro electromagnético. Se emite un pulso láser y el tiempo que tarda dicho pulso en llegar a la superficie topográfica y volver al avión multiplicada por la velocidad del rayo genera una distancia la cual se usa para poder referenciar el punto que se ha medido en el terreno.
FIG 8
FIG.
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http://mundogeo.com/blog/2000/01/01/sistemas-laser-aerotransportados-la-revolucion-de-
modelos-digitales
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3.3 USO DE DRONES PARA LA ACTUALIZACIÓN CARTOGRÁFICA Cuando necesitamos actualizar la cartografía a escalas de gran detalle para la planificación urbana ó para el seguimiento de obras, siempre podemos contar con vuelos aéreos o imágenes de satélite de alta resolución.
FIG.11 http://fotogrametriapractica.blogspot.com.co/2015/03/uso-de-drones-para-la-actualizacion.html
Hasta ahora las alternativas disponibles se centraban en imágenes de satélite de alta resolución y vuelos fotogramétricos. Sin embargo con el desarrollo de tecnologías que mejoraron significativamente las características de navegación de drones, su versatilidad en cuanto a instalar dispositivos de captura de imágenes y su precio relativamente económico, contamos con otra alternativa que nos permite realizar cartografía con unas excelentes prestaciones en cuanto a escala y periodicidad de adquisición y viene a complementar un rango de escalas no habituales para el área de la fotogrametría aunque colindantes ya con las utilizadas en el área de la topografía clásica. En cuanto a la utilización de los drones, de manera gene ral existen dos alternativas para el uso de dispositivos de captura; en primer lugar drones con cámaras
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incorporadas y en segundo lugar, aquellos que ofrecen la posibilidad de instalar cámaras de gran formato. En el primer caso las cámaras disponen de una resolución media y un sistema óptico orientado a usos deportivos de focal pequeña como las GoPro y formato pequeño, mientras que en el segundo caso podemos utilizar cámaras de gran formato de hasta 36 megapíxeles y una óptica profesional de lentes intercambiables que nos permiten la selección de una focal adecuada. En ambos casos tendremos que considerar una calibración rigurosa de la cámara antes de cada vuelo. Al momento de seleccionar altura de vuelo, focal, tamaño de píxel y escala de toma, tenemos que considerar, como se ilustra en los siguientes gráficos, sus relaciones entre ellos para luego poder definir área a cubrir por ca da toma, solape, intervalo de toma, rendimientos, etc.
FIG.12 http://fotogrametriapractica.blogspot.com.co/2015/03/uso-de-drones-para-la-actualizacion.html
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3.4
OTROS USOS DEL DRONE
3.4.1 DRONE PARA USO MILITAR: Un DRONE militar tiene una autonomía en vuelo de hasta 82 horas sin necesidad de parar a re abastecerse, en cambio algunos sistemas más básicos pueden durar solo 15 minutos. Curiosamente se ha implementado el uso de DRONES para entrega de paquetes en edificios y casas, estas ideas han convertido a este dispositivo en uno de los más apetecidos por los jóvenes como juguete y por entusiastas que le han ido encontrando misiones insólitas.
FIG 13http://www.luigikeynes.com/posts/9443/rusia-crea-drones-de-ataque-de-varias-toneladas.html
Por el momento el espacio aéreo está muy despejado para que se pueda utilizar estos artefactos, pero en el caso de los más grandes, se requiere un permiso de la autoridad aérea de cada país y zona para poder utilizar estos sorprendentes equipos.
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3.4.2 DRONE UTILIZADO POR LA POLICIA PARA FINES DE INVESTIGACION. se está utilizando DRONES por ejemplo para hacer toma de imágenes de escenas de crímenes, persecución y seguimiento de delincuencia, también como pruebas para colocar comparendos de tránsito a los usuarios de vehículos que cometan infracciones.
FIG.14http://www.seguridadinternacional.es/?q=es/content/el-empleo-emergente-de-drones-con-finespoliciales-en-la-uni%C3%B3n-europea-avances-y
El uso que se puede hacer de los drones es muy variado, por ello análisis se va centrar en analizar únicamente en el empleo de drones con fines de seguridad, concretamente, para monitorizar sospechosos durante una investigación policial. Los drones se han popularizado entre los cuerpos de policía ya que es un sistema de vigilancia menos visible que los aviones normales, y pueden permanecer en el aire durante más tiempo que estos últimos. El presupuesto para la creación y uso de drones para la identificación de criminales va aumentando vertiginosamente cada año. Los drones permiten así hacer fotografías aéreas con alta definición, ya 21
que están provistos de potentes cámaras y sistemas de rastreo avanzados. Aún así, su tecnología y usos podrían aumentar aún más en un futuro próximo. Las aeronaves no tripuladas no sólo sirven para captar y almacenar imágenes, sin pueden llegar incluso a hackear redes de WiFi o a interceptar comunicaciones civiles. Igualmente, cada vez hay más drones equipados con mecanismos de reconocimiento facial y toma de imágenes térmicas que ayudan a los entes policiales a detectar criminales. Estos sensores permiten monitorizar a los sospechosos cada vez con mayor precisión
FIG.15 http://www.seguridadinternacional.es/?q=es/content/el-empleo-emergente-de-drones-con-finespoliciales-en-la-uni%C3%B3n-europea-avances-y
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4. CONCLUSIONES
Esta tecnología está siendo aplicada en variadas industrias, en un rápido proceso de maduración.
Su uso permitirá una mejora en los procesos de control, minimizando costos Asociados a la operación
La evolución de los drones ha sido posible gracias a la expansión de estos en el área militar, es así que fueron creados con propósitos bélicos y de autodefensa no obstante tuvo un gran avance y trascendencia la Segunda Guerra Mundial, los drones tuvieron una una expansión tecnológica
Los vehículos aéreos no tripulados como los DRONES permiten llevar a cabo trabajos que hasta hace poco tiempo sólo era posible realizar con medios tradicionales muy costosos (topografías tradicional o topografía aérea). Con la introducción de los drones es posible aumentar la la productividad, con costos mucho menores de tiempo y dinero
Los topógrafos tradicionales también pueden complementar su trabajo con un modelo topográfico generado por un dron. Se puede generar este modelo al principio del proyecto, obteniendo una escena 3D realista que se integra sin problemas en herramientas de software estándar como ArcGIS o Revit. Una vez obtenido este primer modelo, el desarrollo de la obra puede medirse con estaciones tradicionales e incorporarse al primer escenario 3 D, haciendo las medidas más comprensibles para los usuarios finales.
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5. BIBLIOGRAFIA
NORMA UTILIZADA, American Psychological Association. Publication Manual of the American Psychological Association (Fifth Edition). Washington, DC: American Psychological Association, 2001.
Una página web. http://mappinggis.com/2014/09/ejemplos-de-uso-de-drones-en-gis/ Una página web: http://fotogrametriapractica.blogspot.com.co/2015/03/uso-de-drones-parala-actualizacion.html
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