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En la actualidad la captura de información geoespacial, es comúnmente realizada con topografía tradicional, ya sea utilizando receptores GNSS o Estaciones totales. A partir de estas metodologías, se obtiene información para proyectos de vialidad, con una base de datos discreta y baja representatividad de la zona de estudio. Por otra parte, este tipo de levantamientos está asociado a extensos tiempos de captura y exposición al riesgo para los profesionales que los realizan.
Las técnicas de captura cada día evolucionan hacia la adquisición masiva de datos geoespacial asociados a la tecnología mobile mapping, la cual ha experimentado un gran avance durante los últimos años, incorporando sensores inerciales de alta gama, receptores GNSS de alta precisión, sensores LIDAR y cámaras fotográficas. Esta tecnología nos entrega una representación fiel de la realidad y a su vez nos permite realizar capturas con equipos en movimiento, lo que se traduce en una importante ayuda en el levantamiento de proyectos viales en los cuales se necesita capturar extensos tramos para estudios de pre factibilidad, rediseño de caminos, cambio de estándar, catastro de activos, entre otros.
La tecnología Mobile Mapping, se puede clasificar según el sensor con el que se adquiera la información geoespacial, el cual puede corresponder a fotografías georreferenciadas, captura a partir de sensores LIDAR o un complemento de ambas técnicas con el fin de obtener datos complementarios. Por otra parte, también se puede clasificar a partir de la plataforma móvil en donde se instala el sensor, entre los cuales se encuentran plataformas aéreas, aéreas no tripuladas y terrestres.
Un punto diferenciador entre las distintas técnicas de levantamiento utilizando equipos móviles, son los que cuentan con ambos sensores de captura (imagen + LIDAR), ellos nos entregan valiosa información, ya que por una parte tendremos los datos de imagen para identificar infraestructura y además a partir del LIDAR se obtienen datos adicionales del entorno, como la reflectividad o intensidad de las superficies en donde rebota la señal. De esta forma podemos identificar elementos reflectivos como las demarcaciones horizontales de las calzadas y señales, la cual son información muy útil y relevante al momento de generar los productos finales de nuestro levantamiento.
Otros beneficios de realizar el levantamiento con un equipo LIDAR, es que nos permite realizar una captura en múltiples escenarios, incluso levantamientos nocturnos, en donde las vías presentan menor flujo de tránsito, esta característica es gracias a un sensor activo el cual no depende de la luz ambiental, lo que facilita el trabajo y disminuye los riesgos en terreno.
Este proyecto, tiene como objetivo capturar un tramo de 10 Km en una ruta de dos calzadas para realizar el levantamiento de la base topográfica e infraestructura existente, con el fin de realizar modificaciones en esta ruta.
Para cumplir este objetivo es necesario tener algunas consideraciones:
Ubicación Base GNSS
Todo levantamiento realizado con tecnología Mobile Mapping, necesita estar enlazada a una base GNSS que le permita obtener corrección diferencial, logrando de esta forma alcanzar precisiones de nivel centimétrico. Con el fin de asegurar estos niveles de precisión, la base GNSS debe estar ubicada a menos de 20 km de la zona de estudio.
Para asegurar el correcto enlace de la base GNSS al sistema de referencia Nacional, se genera una RED para determinar la posición fija a esta estación base, la cual está registrando datos para postproceso a una tasa de captura de 1Hz, a partir de los cuales se realizará el proceso de cálculo de la trayectoria del móvil posteriormente.
Figura 1. Cálculo Base GNSS
Levantamiento LIDAR en Movimiento
Las capturas masivas en movimiento se basan en la incorporación de sensores inerciales en los instrumentos, estos dispositivos son capaces de medir aceleración y velocidades angulares. A partir de estos es posible calcular una posición relativa, sin embargo, es necesario sumar a este sistema un instrumento que logra capturar posiciones absolutas como es GNSS, y de esta forma, lograr medir la trayectoria del móvil en cada segundo y conocer su posición, inclinación y orientación.
Finalmente, estos datos de trayectoria, son aplicados a la información LIDAR, a partir de tiempos comunes de captura para lograr la reconstrucción 3D de la información levantada.
La captura LIDAR, se realiza utilizando el equipo móvil Riegl VMZ, el cual tiene la ventaja de poder configurar múltiples modos de captura, entre ellos, el modo RADAR, en donde el equipo gira en 360° mientras se desplaza por la zona de estudio. Por otra parte, el modo perfilador, en donde el equipo mide en una única dirección, mientras el móvil se desplaza obteniendo una nube de puntos de gran detalle.
Figura 2. Proceso de captura LIDAR móvil
Proceso de trayectoria y obtención de Nube de puntos
Cuando se realiza el levantamiento en terreno, se genera información correspondiente a la trayectoria del equipo medida a partir del sensor inercial y el receptor GNSS del sistema. Es necesario procesar los datos de trayectoria utilizando el software Applanix POSPAC MMS para obtener una solución centimétrica, vinculandolos a la base GNSS instalada para este propósito.
La precisión final de la trayectoria, está sujeta a numerosos factores, entre ellos, el más importante tiene relación a la disponibilidad satelital en la zona de estudio. la cual puede afectar significativamente el resultado final del levantamiento. Una forma de solucionar esta pérdida de información, es incorporando sensores externos al sistema que nos ayudar a calcular la distancia recorrida por el móvil en ausencia de solución GNSS, este dispositivo se denomina DMI (Distance Measurement Intrument).
Figura 3. Post proceso de Trayectoria y análisis de Precisiones
Una vez obtenidos los datos de trayectoria de forma precisa, es necesario realizar la vinculación de estos con la información LIDAR, este proceso se realiza a partir de las marcas de tiempo presentes en ambos datos. Este proceso se realiza utilizando la plataforma de software del fabricante del equipo móvil, en este caso el software utilizado es Riprocess, en este software, de igual manera se realiza la georreferenciación del LIDAR al sistema de referencia del proyecto.
Figura 4. Nube de puntos final
Si bien es cierto que al disponer de la información de nube de puntos LIDAR, la cual nos permite llevar el terreno a la oficina, esto es solo la mitad de la ecuación. Es por esto, que es necesario contar con un software especializado en el manejo y visualización de nube de puntos que nos permita optimizar la extracción de información para la generación de productos finales. Esto lo hace Trimble Business Center, el cual a partir de herramientas especializadas optimiza los procesos en gabinete.
El proceso de Generación de entregables finales, comienza con la importación y reproyección de la información LIDAR, proveniente del software Riprocess, el cual es el software de proceso de información LIDAR Móvil de Riegl.
Figura 5. Visualización y Proyección de nube de puntos en coordenadas PTL
Una herramienta fundamental para el manejo de grandes cantidades de Información LIDAR, es la clasificación de la nube de puntos. TBC permite clasificar nube de puntos en espacios al aire libre, bajo techo y subterráneos. Al aire libre, permite la clasificación de edificios, terreno, vegetación alta, postes, señales y líneas eléctricas. A partir de esto, la nube de puntos se segmenta en diferentes capas, las cuales ayudarán al manejo de la nube de puntos y extracción de características.
Figura 6. Nube de puntos clasificada Automáticamente
Una vez clasificada la nube de puntos, es posible utilizar herramientas de dibujo automatizado, por ejemplo, extraer características de punto, ya sea, poste, árbol (copa, tronco y altura), señalética y también extraer característica de línea, como acera, cuneta demarcaciones de pavimento y cables elevados.
Figura 7. Extracción de características de Punto
Figura 8. Extracción de características de Líneas
A partir de la nube de puntos, TBC permite catastrar cualquier elemento existente. Las herramientas CAD, ayudan a crear líneas 2D, 3D, puntos, polígonos, entre otros. También clasificarlos en capas, aplicando colores y estilos de líneas. Sobre la base de estas herramientas es posible generar la vectorización de toda la infraestructura existente en la zona del levantamiento como son paraderos, pasarelas, demarcaciones horizontales, etc.
Figura 9. Generación de superficie
Ya generado el levantamiento desde el punto de vista gráfico, es posible comenzar con la elaboración de láminas o realizar exportaciones para llevar esta información a variados software de diseño, para esto TBC presenta opciones de exportación en múltiples formatos universales, lo que permite compartir a softwares como CIVIL 3D, Istram, entre otros.
La incorporación de la tecnología Mobile Mapping, es un importante aporte en la captura masiva de la realidad enfocada a proyectos lineales, siendo un gran complemento a la topografía tradicional en proyectos de camino. Su incorporación dentro de este tipo de proyectos, está validado a través de un flujo de trabajo establecido en terreno, que permite obtener datos con alta precisión, alta definición en la representación y una excelente productividad para este tipo de proyectos.
El manejo de este tipo de información geoespacial, necesita la incorporación de nuevas herramientas como computadores adecuados para el manejo de la nube de puntos, softwares que nos permitan optimizar procesos de extracción de características, de tal forma de obtener un flujo de trabajo continuo y se transforme en un real aporte en términos de calidad y precisión de los entregables.
Un aspecto muy importante es organizar la distribución de los datos en el equipo de trabajo, para que cada uno de ellos se ocupe de tareas específicas tales cómo:
Con este flujo podremos optimizar los procesos y no generar duplicidad de información.
