Tecnología LiDAR. Uso y funcionamiento en levantamientos topográficos y vínculos con Autodesk ReCap

22 septiembre 2022Ingeniería

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Tecnología LiDAR. Uso y funcionamiento en levantamientos topográficos y vínculos con Autodesk ReCap

Autodesk ReCap

Autodesk ReCap es un software que permite abrir archivos de nubes de puntos con ajustes para importar, filtrar, editar y exportar grandes volúmenes de datos en tamaños más manejables. Además, como los puntos se generan con un producto de Autodesk, estos pueden extraerse o importarse en otros productos Autodesk, posibilitando la fluidez de trabajo dentro de la AEC Collection así como la promoción de la metodología BIM en nuestros proyectos .

ReCap permite importar una nube limpia de puntos para conformar nuestros proyectos en Civil 3D ya que puede ser utilizada para representar superficies existentes con un alto nivel de precisión y por poco tiempo invertido. Por lo que se puede decir que Autodesk ReCap constituye el software que ofrece la información base de nuestros proyectos de infraestructuras.

Cómo se obtienen los datos para procesar

Si bien ReCap es útil para varias áreas de ingeniería, este artículo lo enfocaremos como herramienta de Infraestructura y su utilidad para representar superficies existentes. Pero ¿cómo se consiguen los datos? Si bien hay varias herramientas que posibilitan la recogida de información de las superficies como son los escáneres 3D, estaciones totales, teodolitos electrónicos, etc. lo cierto es que la vía más rápida, económica y precisa es la del uso de drones con tecnología LiDAR.

¿Cómo se hace un levantamiento topográfico con drones? Se usa un dron o vehículo aéreo no tripulado para extraer datos aéreos con sensores orientados hacia el terreno en estudio. Este vehículo puede venir acompañado con cámaras RGB o multiespectrales y/o sensores LIDAR. Durante este proceso los drones fotografían el suelo varias veces desde diferentes ángulos y cada foto es referenciada con coordenadas a partir de una cámara RGB.

Tipos de datos que podemos obtener de los levantamientos con drones


Mapas de orto mosaicos

Una imagen única corregida geométricamente, obtenida a partir de la combinación de las fotos conseguidas en el proceso de fotografiado del dron. Esta tecnología utiliza la ubicación GPS del dron para capturar imágenes georreferenciadas.


Modelo digital de superficie (MDS)

Es un modelo topográfico altimétrico donde se representan todos los elementos del terreno: suelo, árboles, construcciones.


Modelo digital del terreno (MDT)

Es un modelo topográfico altimétrico donde se representa la superficie a nivel del suelo y donde no se tienen en consideración árboles, construcciones u otros componentes superficiales.


Malla texturizada 3D

La malla texturizada 3D es una que reproduce los bordes, caras, vértices y textura del área filmada por el dron.


Curvas de nivel

Mapas de curvas de niveles para una mejor comprensión de la superficie en términos altimétricos del área revisada por el dron.


Nubes de puntos 3D

Es un elevado conjunto de datos/puntos que representan puntos con coordenadas XYZ.

Tecnología LiDAR

Tal y como comentamos anteriormente, existen varias formas de conseguir datos para los proyectos con Autodesk ReCap. No obstante, en esta sección trataremos sobre las nubes de puntos y el proceso de captura de los datos sobre las superficies. Pero antes de adentrarnos en nuestro principal objetivo, necesitamos percibir como es concebida la extracción de datos, así como cuales son los conceptos internos que nos llevarán a entender cómo funciona esta tecnología.

El proceso de lectura de datos utilizando drones LiDAR es basado en la tecnología LiDAR (Light Detection and Ranging), una técnica que usa láseres para recopilar datos sobre una superficie, para luego ser procesados y transformados en modelos 3D. Esta tecnología es muy similar al funcionamiento de los Radares y a su vez, también es muy útil para:

  • Conformar sistemas de información geográfica (SIG).
  • Producir un modelo digital de elevación (DEM).
  • Producir un modelo digital del terreno (MDT) para la cartografía 3D.

LiDAR fue una de las primeras aplicaciones de los láseres después de su invención. Los primeros intentos fueron aéreos, utilizando aviones con una plataforma para el rayo láser. No fue hasta la llegada del GPS y las Unidades de Medición Eritesiles (IMU) a finales de la década de 1980 que comenzó a surgir el LiDAR terrestre. Hoy en día, la tecnología y las técnicas LiDAR se pueden utilizar para recopilar mediciones que se utilizan para recrear desde modelos 3D o mapas de objetos hasta complejos entornos.

¿Cómo es el principio de medición LiDAR?

Usando una luz ultravioleta, visible o infrarroja cercana, LiDAR mapea las relaciones espaciales y las formas midiendo el tiempo que tardan las señales en rebotar en los objetos y regresar al escáner. Proceso análogo a la ecolocalización utilizada por los murciélagos para localizar los objetos.

Secuencia para la medición

  • Emisión de un láser.
  • Registro de la señal regreso del objeto al receptor del dron.
  • Medición de distancia (tiempo de viaje x velocidad de la luz).
  • Recuperación de la posición y altitud del plano.
  • Cálculo de la posición precisa del eco “Distancia = (Velocidad de la luz x Tiempo)”.

LiDAR permite retratar una amplia gama de materiales desde objetos no metálicos, rocas, lluvia, compuestos químicos, aerosoles, nubes e incluso moléculas individuales. Un rayo láser estrecho puede mapear características físicas con resoluciones muy altas como, por ejemplo:

  • Áreas pequeñas para sobrevolar (<10 kilómetros cuadrados o 100 km lineales).
  • Cartografía bajo la vegetación.
  • Zonas de difícil acceso.

Todo eso devolviendo los datos necesarios casi en tiempo real o con frecuencia con un rango de precisión requerido entre 2,5 y 10 cm.

Cómo es constituida la técnica LiDAR

El equipo necesario para medir millones de distancias desde los sensores hasta los puntos de superficie es un sistema LiDAR. Esta tecnología funciona muy rápido ya que es capaz de calcular la distancia entre los sensores LiDAR y su objetivo (como recordatorio, la velocidad de la luz es de 300 000 kilómetros por segundo). Los sistemas LiDAR integran los siguientes componentes principales, estén montados en vehículos automotrices, aviones o UAV:

  • Escáner láser

Los sistemas LiDAR pulsan una luz láser desde varios sistemas móviles (automóviles, aviones, drones…) a través del aire y la vegetación (láser aéreo) e incluso el agua (láser batimétrico). Un escáner recibe la luz de vuelta (ecos), midiendo distancias y ángulos. La velocidad de escaneo influye en el número de puntos y ecos que se miden mediante un sistema LiDAR. La elección de la óptica y el escáner influye en gran medida en la resolución y el rango en el que puede operar el sistema LiDAR.

  • Sistemas de navegación y posicionamiento

Independientemente de que un sensor LiDAR esté montado en aviones, automóviles o UAS (sistemas aéreos no tripulados), es crucial determinar la posición absoluta y la orientación del sensor para asegurarse de que los datos capturados sean datos útiles. Los sistemas mundiales de navegación por satélite (GNSS) proporcionan información geográfica precisa sobre la posición del sensor (latitud, longitud, altura) y una unidad de medición inercial (IMU) define en esta ubicación, la orientación precisa del sensor (cabeceo, balanceo, guiñada). Los datos registrados por estos 2 dispositivos se utilizan para generar datos en puntos estáticos: la base de la nube de puntos de mapeo 3D.

La relación Autodesk ReCap – Levantamiento con Drones LiDAR puede ser de gran ayuda en nuestros proyectos debido a que da mayor rapidez de ejecución (considerable reducción de tiempo), reduce costes y garantiza una elevada precisión en los datos a procesamiento. Consiguiéndose así a raíz de esta unión, una poderosa herramienta para la consecución de un exitoso desenvolvimiento de los proyectos de infraestructura en sus primeras fases de vida.

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