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En sus mismas palabras, “la Fundación Intergeographic es una institución sin fines de lucro que cuenta con un equipo de profesionales con vasta experiencia en materias de reducción de riesgo de desastres y cambio climático, que tiene por propósito apoyar y acompañar a organismos públicos, privados y la comunidad en general, en el desarrollo de capacidades y estrategias de gestión para la toma de decisiones”.
En pos de este propósito de apoyar en la reducción de riesgos de desastres en el borde costero de la comuna de El Quisco, GEOCOM ha contribuido en materia de levantamiento y generación de productos geoespaciales que servirán como base para un correcto estudio del sector. En este contexto, se generó un vuelo aerofotogramétrico con un UAS ala fija de alto rendimiento, el Trinity Pro de Quantum Systems, para generar una ortofoto del borde costero completo de El Quisco y una nube de puntos que servirá de apoyo a un levantamiento general realizado del sector.
En paralelo, se realizó un escaneo terrestre de todo el borde costero con un escáner láser, un VZ2000i de Riegl.
El objetivo final es obtener un producto completo integrando ambas tecnologías, generando una nube de puntos general que comprende tanto el escaneo terrestre como el generado por el vuelo. Esto supone un modelo general del sector con una precisión sin precedentes que complementará de gran manera con el estudio de reducción de riesgos de desastres para el sector.
El área aproximada a levantar eran 900 Há, por lo que se generaron 2 polígonos para realizar los vuelos. Las ubicaciones de despegue y aterrizaje fueron planificadas en sectores abiertos y seguros, donde fue esencial la ayuda del personal de la municipalidad para complementar la seguridad operacional.
Para lograr cubrir toda el área, se planifican dos vuelos con el Trinity Pro y sensor RX1RII de 42 MP en el software Qbase 3D (propio de Quantum-Systems), donde se dispuso el polígono del área a volar, traslape frontal y lateral de 70% para ambos casos y tamaño de GSD (Ground Sample Distance) requerido para este levantamiento.
Figura 1. Planificación de vuelo
El Trinity Pro es un dron de ala fija VTOL (Vertical Take Off Landing), dado que posee un despegue y aterrizaje vertical, para luego comenzar la misión de vuelo. Este punto de despegue y aterrizaje fue dispuesto dentro del área de los polígonos, con un descenso circular hasta la altura de aterrizaje vertical para evitar obstáculos, siempre considerando como primordial un vuelo seguro.
Además, teniendo en cuenta todas las consideraciones de seguridad, se genera un retorno seguro al punto de aterrizaje, esto es necesario en caso de cualquier inconveniente en el vuelo, donde el sistema automáticamente toma el retorno a través de tal vía para evitar posibles colisiones. Considerando que puede haber zonas de muchos obstáculos, esto es vital para asegurar que no existan accidentes de cualquier tipo. Todo esto debe ser considerado previo a generar el vuelo, y solo una vez revisados en detalle, es posible realizar tal vuelo.
Dado que el sector a volar es urbano y zona costera, se tomaron todas las medidas preventivas para evitar cualquier inconveniente y siguiendo las normas establecidas por la DGAC.
Bajo todas estas condiciones, el software de planificación de vuelo, Qbase 3D de Quantum Systems, estima ambos vuelos de aproximadamente 1 hora y 20 minutos cada uno. Es importante considerar que el Trinity Pro, dentro de sus características principales, tiene una autonomía de 90 minutos de vuelo por batería, por lo que el uso de una sola batería para cada vuelo es suficiente en este caso específico.
Figura 2. VTOL Trinity Pro
Pero previo al vuelo en sí, también son necesarias las condiciones terrestres para apoyar el vuelo. De esta forma se necesita utilizar un receptor GNSS que sirva de apoyo de vuelo para una referenciación directa de este vuelo, tema que será abordado en el siguiente punto.
Este punto es vital en los trabajos realizados, ya que será la base para una correcta referenciación tanto del vuelo aerofotogramétrico como del escaneo móvil, además también de la captura de GCP (puntos de control terrestre) que controlen la precisión de los productos.
Para esto se utilizaron receptores Trimble, un R12i como base itinerante y un Trimble DA2 como móvil. El uso de estos equipos es vital dadas sus potentes características que aseguran una buena medición tanto de la observación estática como del móvil recibiendo correcciones diferenciales.
Figura 3. Trimble R12i / Trimble DA2
Dentro de este punto es importante destacar las posibilidades que entregan los sistemas Trimble, ya que se utilizó la tecnología IBSS de Trimble (explicada a continuación), que permite utilizar el R12i como base itinerante, o sea, como emisora de correcciones diferenciales a través de internet, permitiendo utilizarla como si fuese una estación de referencia. Esto ya que el móvil DA2 funciona como receptor de correcciones a través de internet.
La tecnología IBSS (Internet Base Station Service) de Trimble, es una solución avanzada en el ámbito del posicionamiento preciso. Este servicio permite a los usuarios de receptores GNSS Trimble de última generación utilizar estaciones base remotas a través de internet, en lugar de tener que desplegar estaciones base físicas en el campo.
Figura 4. Trimble IBSS
Aquí hay algunos puntos clave sobre la tecnología IBSS de Trimble:
Este receptor base funciona utilizando una tarjeta SIM que le proporciona internet móvil, y además registra datos con una medición estática con una tasa de registro de 1 segundo, para funcionar como base para procesar, de forma posterior, la trayectoria del vuelo y del escaneo móvil. El receptor base se instaló dentro de las dependencias de la municipalidad de El Quisco, donde fue materializado un punto para calcular sus coordenadas precisas en un post proceso.
Figura 5. Base itinerante R12i.
Las coordenadas precisas de este punto fueron obtenidas procesando la observación estática con otra tecnología de Trimble, llamada Trimble RTX-PPP. El marco de referencia para este proyecto fue SIRGAS-Chile 2021, y Trimble Business Center (TBC) es totalmente compatible con este marco, por lo tanto todo este procesamiento fue realizado dentro de TBC para que el proyecto completo quede alineado con la red geodésica nacional.
El PPP (Posicionamiento Puntual Preciso) es un método de procesamiento de datos GNSS que utiliza datos de observación de satélites GNSS para calcular posiciones con alta precisión sin la necesidad de estaciones bases locales. En lugar de depender de correcciones diferenciales de estaciones bases cercanas, el PPP utiliza modelos de corrección globales que incluyen órbitas precisas de satélites y correcciones de relojes.
A su vez, Trimble RTX es un servicio de corrección que proporciona datos de corrección en tiempo real a través de diversas tecnologías de transmisión, como satélites o internet. Esto permite obtener posiciones precisas en tiempo real. Además del servicio en tiempo real, Trimble RTX ofrece la capacidad de postprocesar los datos GNSS recolectados en campo. Esto implica descargar los datos de observación GNSS y las correcciones RTX para realizar un procesamiento más detallado y preciso en una etapa posterior, mejorando aún más la precisión de los resultados.
Los resultados del PPP usando Trimble RTX dentro de TBC, se muestran en la siguiente imagen.
Para la ejecución del vuelo, se utilizó el sistema VTOL Trinity Pro. Este dron ala fija cuenta con una autonomía de vuelo de 90 minutos, además está equipado con tres motores servo-asistidos que giran en un ángulo de 90 grados para el despegue y aterrizaje, mientras que en la etapa de vuelo crucero mantiene solamente un motor funcionando, reduciendo considerablemente la cantidad de energía utilizada, lo que lo posiciona como un sistema altamente productivo en comparación con otros de su misma clase.
Figura 7. VTOL Trinity Pro
El Trinity Pro permite la carga de múltiples sensores (RGB, multiespectral, LiDAR, entre otros), para esta experiencia se utilizó la cámara fotográfica Sony R1RXII de 42 MP, cuyas especificaciones técnicas se pueden ver en la siguiente imagen:
Los parámetros del vuelo realizado se detallan en la siguiente tabla:
|
Registro de vuelo |
|
|
UAS |
VTOL Trinity Pro |
|
Resolución promedio (GSD) |
5.3 cm / px |
|
Tiempo de vuelo |
80 min por vuelo |
|
Traslape lateral / Frontal |
70 % |
|
Traslape frontal |
70 % |
|
Número de fotografías |
600 aproximadamente por vuelo |
Finalmente, esto se plasmó en el software de planificación QBase 3D dando cumplimiento a los parámetros de vuelo definidos anteriormente.
Figura 9. Ejecución de vuelo fotogramétrico con Trinity Pro
La ejecución del vuelo tuvo una duración de 80 minutos efectivos aproximadamente por cada vuelo, una vez aterrizado el Trinity Pro, se revisaron que los datos hayan sido capturados correctamente, en dicho proceso se contabilizaron 1247 fotografías capturadas.
Estás imágenes fueron post procesadas y se generó correctamente la ortofoto del borde costero de El Quisco, y la nube de puntos que se integrará con la nube generada por el escáner terrestre.
Por otra parte, está el segundo paso del proyecto, fue un escaneo láser del borde costero.
La tecnología LiDAR (Light Detection and Ranging), es un tipo de medición directa en donde se utiliza un haz de luz para medir distancias y así obtener una nube de puntos altamente representativa.
El sensor LiDAR, al ser un sensor activo, puede funcionar correctamente tanto de día como de noche, no teniendo limitantes en torno al momento de la captura. Una de las grandes ventajas que ofrece trabajar con esta técnica, es que, al tener capacidad de múltiples retornos, puede penetrar vegetación densa y captar el terreno oculto, proporcionando así una medición más de ésta. Algunas aplicaciones LiDAR son: Estudios forestales y de vegetación, levantamientos lineales, análisis de riesgos naturales, entre otros.
Los Sistemas de Escaneo Móvil Terrestre que presenta RIEGL, permite capturar datos geoespaciales masivos con alta precisión de las zonas o áreas de interés, permitiendo la captura de millones de puntos espacialmente distribuidos en forma rápida y segura.
Figura 10. Escaneo móvil LiDAR Riegl.
Las principales fortalezas del uso de estas tecnologías, es la libertad de obtener esta información sin intervenir el objeto de estudio, lo que la convierte en tecnologías que entregan una alta seguridad para los operadores, y los equipos dispuestos en las zonas de medición, sistema robusto y altamente confiable en sus resultados.
Sumado a esto, su alta velocidad de captura de datos y su permanente disponibilidad, permite reducir los tiempos de exposición de los profesionales para las zonas de estudio, convirtiéndolo en una solución altamente segura, y con un alto retorno de la inversión en corto tiempo.
La integración de sensor LiDAR RIEGL, junto con sensor inercial de alto desempeño y GNSS cinemático, lo convierten en una herramienta de captura 3D única, controlando posición y orientación del sensor, junto con el alto desempeño de un escáner láser RIEGL capturando en todas direcciones.
El sistema utilizado en el proyecto de El Quisco, corresponde al RIEGL LiDAR Móvil Terrestre VZ-2000i + VMZ, instalado en un vehículo SUV con barras estándar en su parte superior, permitiendo que el sistema LiDAR RIEGL se instale de forma alta para que cuente con mejor perspectiva en todo momento.
El plan de trabajo consistió en recorrer cada una de las calles de la comuna en su lado costero, tarea que se desarrolló en un día, recorriendo un tiempo de 5 horas aproximadamente. Este recorrido se verificaba constantemente utilizando un equipo de mano Trimble donde se iba registrando el recorrido y visualizando en plataforma Trimble Access.
El proceso de la data, consistió en obtener la trayectoria de todo el recorrido realizando un procesamiento GNSS en Software Pospac de Applanix de los 4 proyectos en que se dividió la captura: zona norte, zona central (2 proyectos) y zona sur. La base GNSS utilizada en este proyecto, se estableció en la municipalidad de El Quisco.
Figura 11. Escaneo terrestre LiDAR Riegl.
Luego, en el software RIEGL RiPROCESS, se integra la trayectoria corregida (que contiene posicionamiento preciso y registro de alabeo y cabeceo del vehículo en cada instante) con la nube de puntos capturada por el RIEGL VZ-2000i. Esta integración se realiza por tiempo, entregando como resultado, una nube de puntos georreferenciada.
Finalmente, se cuenta con nube de puntos cruda la cual mediante diversas herramientas de limpieza y homogeneización, se obtienen archivos LAZ con resolución de 5cm para su manejo en software Trimble Business Center, donde se integrará con la nube de puntos obtenida con el Trinity Pro y se realizarán análisis y consultas a la data capturada.
Figura 12. Nube de puntos con LiDAR Riegl
Fue posible ligar ambos productos (fotogrametría y LiDAR) de forma conveniente y rápida, usando diferentes tecnologías y software altamente eficientes (como TBC) que permiten trabajos unificados dentro de un mismo entorno.
Todo este levantamiento general involucrado en el borde costero de la comuna de El Quisco ayudará enormemente en la prevención de riesgos de desastres de cualquier índole a la comuna, donde la fundación Intergeographic recopilará todo el set de datos que proporciona Geocom para poder entregar de forma clara, concisa y ordenada diferentes planes de acción y nuevas oportunidades a la comunidad.
Esta experiencia también confirma la compatibilidad entre tecnologías y la forma de obtención de datos masivos, aportando una efectividad completa para los usuarios tanto de drones como de escáneres láser.
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