VUELO FOTOGRAMÉTRICO Y LIDAR

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1 VUELO FOTOGRAMÉTRICO Y LIDAR PARA PROYECTO DE LÍNEA ELÉCTRICA - Este documento es solo un extracto del contenido del proyecto- - Resumen publicado por web AEROLASER - JUNIO 2010 Aerolaser System S.L. Avenida José Mesa y López nº45, Local D4, Las Palmas de Gran Canaria. Telf , Fax:

2 1. ANTECEDENTES Y ÁMBITO DE TRABAJO La empresa ADITEL SA solicita la realización de un vuelo GNSS-INS con cámara digital y sensor láser para el estudio del proyecto de línea electrica en cuatro zonas de la isla de Gran Canaria. Fig. 1: Situación general. Gran Canaria (Islas Canarias) - 2 -

3 2. MEDIOS TÉCNICOS Y MATERIALES 2.1. Sistema AEROLASER AEROLASER es un sensor aerotransportado que permite la navegación inercial y la toma de fotografías aéreas y puntos láser por barrido. Además se le puede añadir una cámara térmica y otra de vídeo. Su esquema es el siguiente: V v 8v v v v v / v / Este sistema esta compuesto por varios equipos de diferentes fabricantes, pero su integración es parte de un proyecto I+D desarrollado por AEROLASER SYSTEM S.L. El sistema se compone de los siguientes elementos: Equipo Marca y modelo Finalidad Escáner láser RIEGL LMS-Q240i-60 Obtención de MDT alta resolución Sensor Movimiento IMU imar iimu-fsas-si Medida de giros y aceleraciones en los tres ejes de coordenadas - 3 -

4 Cámara fotográfica digital Hasselblad H3D 39 Fotografía aérea digital de alta resolución Cámara térmica NEC TH 9260 Imagen térmica de alta resolución Cámara de vídeo SONY HDR-SR11E Película de vídeo GPS Leica 1200 (GX1230) Posicionamiento geográfico preciso en modo diferencial Unidad estampadora AEROLASER UET Añade tiempo GPS a observaciones IMU. Control de cámara Unidad de potencia y control AEROLASER UPC Duplicador PPS y alimentación de equipos cc PC y programas WINMATE/ITAC Planificación y control de vuelo, almacenamiento de datos y cálculo Periféricos: pantallas WINMATE/XERAC Control PC y navegación piloto Estructura montaje avión HELIPOD Aerotransporte del sistema Todo el sistema se monta en el interior de una caja certificada para el uso en helicópteros. La antena GPS se instala en la cola del helicóptero, para una mejor recepción de la señal de los satélites. La caja dispone de una puerta electrónica que se puede abrir y cerrar desde la cabina del helicóptero mediante un mando de diseño específico para AEROLASER. Esta puerta se emplea para evitar el polvo y los posibles impactos de pequeñas piedras durante las maniobras de despegue y aterrizaje de la aeronave Unidad de Potencia y Control (UPC) Esta unidad está desarrollada por AEROLASER y sus funciones son: Alimentación eléctrica de equipos. Duplicador de señal PPS. Encendido/apagado de cámara

5 Alimentación 24 V ImageBank con retardo Alimentación 24 V IMU Control ON/OFF cámara H3D por UET Entrada 24 V batería /avión Alimentación 24 V escáner láser Alimentación 24 V cámara térmica Alimentación 7,2 V cámara H 3D - 5 -

6 Entrada PPS desde puerto PPS GX 1230 Salida PPS láser Salida PPS UET Unidad Estampadora de Tiempos (UET) Esta unidad desarrollada por AEROLASER tiene las siguientes funciones principales: Interface con la IMU: Configuración IMU e introducción de tiempos en los datos de la misma. Disparo de cámara a intervalos configurados. Alimentación /Datos: USB al PC HDLC a la IMU PPS de entrada desde UPC PPS -out Mensaje NEMEA desde GPS-P3 Orden disparo HSB a Remote release cord port de la cámara HB A UPC-ctr Evento de disparo de cámara al GPS -E1 A flash externo cámara Unidad de Medida Inercial (IMU) La unidad de medida inercial es de la casa imar, modelo iimu-fsas-si, y posee giróscopos multiplexados de fibra óptica y servo acelerómetros. El instrumento mide los incrementos angulares de rotación y de velocidad (aceleraciones) de tres ejes ortogonales fijos a su cuerpo. Las señales de salida son digitales, proporcionales a los incrementos de ángulos y velocidades de dichos ejes. Las señales se entregan a petición (triggered - 6 -

7 mode) mediante una interface serie con estándar HDLC. Los ejes del sensor constituyen un sistema de coordenadas ortogonal a derechas. Medida angular Rango del sensor ± 500 º/s ± 5 g Deriva (σ) < 0,75 º/hr 1 mg Aceleración Resolución 0,1 arcsec/lsb 0,05 / 2 15 m/s/lsb Error de escala < 0,03% < 0,04% Angular Random Walk 0,16º/ hr Desalineamiento de ejes Frecuencia de datos Peso Medidas < 0,15 mrad 50 µg/ Hz Hz (provocada externamente) gr 116 x 128 x 98 mm GNSS El posicionamiento preciso del sistema AEROLASER se consigue con dos GPS, uno de ellos embarcado en la aeronave, llamado móvil, y el otro en tierra, llamado base. El móvil está dotado - 7 -

8 de puerto PPS y permite la navegación de la aeronave según el plan de vuelo preparado. El cálculo para los productos derivados se hace en pos proceso junto con las observaciones de la estación fija en tierra y los datos de la IMU. El equipamiento GPS está compuesto de los siguientes elementos: GX1230 GG: Receptor GPS GLONASS. AX1202 GG: Antena. GFU14-1 Satelline 3AS radio módem. Antena de radio Gainflex. RX1210T: Controlador (libreta) con pantalla táctil. El receptor GX 1230 GG es un receptor de doble frecuencia con tecnología SmartTrack+. GPS GLONAS S L1 Fase portadora, código C/A Fase portadora, código C/A L2 Fase portadora, código C (L2C) y código P2 Fase portadora, código P2 Hace seguimiento continuo en 14 canales L1 y L2 (GPS), seguimiento continuo en 12 canales L1 y L2 (GLONASS). Dispone de 2 canales para seguimiento SBAS. La utilización conjunta de las constelaciones NAVSTAR y GLONASS puede suponer una mejora del 30% en la precisión. Medida fase diferencial Posproceso Líneas base Estático Cinemático Horizontal Vertical Horizontal Vertical Normales 5 mm + 0,5 ppm 10 mm + 0,5 ppm 10 mm + 1 ppm 20 mm + 1 ppm Largas 3 mm + 0,5 ppm 6 mm + 1 ppm Tiempo real 5 mm + 0,5 ppm 10 mm + 0,5 ppm 10 mm + 1 ppm 20 mm + 1 ppm - 8 -

9 La precisión depende de varios factores, incluyendo el número de satélites rastreados, la geometría de la constelación, el tiempo de observación, la precisión de las efemérides, las perturbaciones ionosféricas, el efecto multitrayectoria y las ambigüedades resueltas. Las siguientes precisiones, indicadas como error medio cuadrático, están basadas en mediciones procesadas empleando LGO y en mediciones en tiempo real Cámara digital Hasselblad La cámara es de la casa HASSELBLAD, modelo H3D-39. Es una cámara réflex digital (DSLR) de 48 mm y 39 megapíxeles, que va equipada con dos objetivos también HASSELBLAD: HC 3,5/35 y HC 3,5/50 de 35 y 50 mm de distancia focal, respectivamente. Las imágenes se graban en formato comprimido sin pérdida 3FR (3F RAW) que obtiene una reducción del 33%, aproximadamente

10 Las características principales de la cámara son las siguientes: Dimensiones del sensor 36,8 x 49,1 mm Resolución del sensor x píxeles (39 Mpíxeles) Tamaño píxel Tamaño imagen Profundidad de color 0,0068 mm 3FR: 55 MB de media TIFF 8 bits: 111 MB 16 bits Gama ISO 50, 100, 200, 400 Velocidad de obturación Velocidad de captura Peso De 32 seg a 1/800 seg 2 seg (30 disparos/min) g Dimensiones externas 153 x 131 (ancho x alto sin obj.) Filtro IR Montado en el sensor CCD Escáner láser La unidad láser utilizada es de la casa RIEGL, modelo 2D LASER SCANNER LMS-Q240(i). Utiliza el principio de medida del tiempo de retorno de un pulso y un mecanismo de barrido opto mecánico, consiguiendo líneas de barrido totalmente lineales, unidireccionales y paralelas. La reflexión del rayo láser se lleva a cabo mediante un polígono rotatorio con tres caras reflectivas

11 Este rota de forma continua a la velocidad que se ajuste dentro de un ángulo de 60º. La información obtenida de distancia, ángulo, amplitud de la señal y tiempo se transmite vía lan ethernet a un PC. Está preparado para aceptar el pulso de reloj de un GPS, generalmente a 1 pps. Este pulso reinicia el reloj interno, sincronizando ambos aparatos. Sus características principales son las siguientes: Alcance: blancos naturales, ρ 20%: blancos naturales, ρ 80%: Alcance mínimo Caras de espejo 4 Precisión medida Resolución medida 320 m 650 m 2 m 20 mm ± 20 ppm 5 mm Láser PRR (Pulse Repetition Rate) Hz Frecuencia efectiva de medida Longitud de onda del láser Divergencia del rayo Hz Infrarrojo cercano 2,7 mrad Rango barrido ± 30º. Total 60º Frecuencia de barrido Variación del ángulo de barrido entre disparos láser Resolución angular 0,005º Dimensiones 6 a 80 líneas/seg De 0,04º a 0,48º 180 x 374 mm (diámetro x largo) El láser se configura a través de las órdenes que le envía un programa. Uno de los valores más importantes es el de paso de ángulo que puede estar entre 0,04º y 0,48º. Hay que tener en cuenta que la frecuencia de pulso es fija, 30 khz, y que de la cara de cada espejo se aprovecha

12 únicamente la tercera parte. Por lo tanto en cada barrido podemos tener entre y 126 puntos láser. Para los valores mínimo y máximo de paso de ángulo, el número de líneas está entre 6,7 y 80 por segundo. Cuanto menor es el incremento de ángulo, menor número de líneas. La separación de los puntos en cada línea de barrido viene dada por la altura de vuelo. Así mismo, la distancia entre líneas de barrido viene dada por la velocidad del avión PC El PC es de tipo reforzado, con carcasa de aluminio y preparado para operar en condiciones difíciles. Es de la marca WINMATE, modelo BOX PC I370 SB Sus características principales son: Característica Valor Temperatura operativa 0º 50º C Humedad operativa 30% - 90% Alimentación +12 V DC Consumo 5 A Procesador Intel Core 2 Duo, 1,6 Mhz RAM 2 GB Disco duro 160 GB USB panel frontal 2 USB panel posterior (pp) 4 RJ-45 (pp) 2 PS/2 (pp) 2 RS-232 9p (pp) 3 RS-232/422/485 9p (pp) 1 VGA 25p (pp) 1 DVI-D (pp) 1 DC-IN Power Jack (pp) 1 Firewire (pp) 2 Las conexiones del PC son las siguientes:

13 Control táctil pantalla técnico 2 Firewire Ethernet a láser Vídeo pantalla piloto Ventilador Alimentación 12 V de UPC Mensajes GPS del puerto P 2 USB de la UET Vídeo pantalla táctil técnico El control se lleva a cabo por medio de una pantalla táctil y además hay una pantalla auxiliar para el piloto con los datos básicos de posicionamiento y altura mediante navegación GPS, ejes de vuelo y rumbo, distancia y desplazamiento respecto a ellos. Todo ello por medio de la aplicación AEROLASER. Las dos pantallas son transflectivas, de forma que se asegura una visualización adecuada en todo tipo de condiciones de luz. Además, la pantalla del técnico tiene control táctil, permitiendo el manejo de la aplicación tocando sobre la misma. Las características principales de las pantallas son: Característica Técnico Piloto Marca WINMATE XENARC Modelo R15T600-CHC5 706TSA Tamaño 15'' 7'' Alimentación 12 V Resolución 1024 x x

14 Pantalla para el piloto Pantalla para el técnico de vuelo Programa de control

15 El programa AEROLASER es una aplicación desarrollada por AEROLASER SYSTEM SL. Esta aplicación es la responsable de integrar todos los componentes del sistema AEROLASER, además de sincronizar, recopilar y almacenar los datos, así como mostrar la navegación y sus derivas. Entre sus principales funciones; Adquirir datos GPS Leica 1230 GG, y mostrar la navegación en tiempo real. Adquirir datos de IMU imar, sincronizados por el PPS y servidos a través de la unidad UET. Adquirir datos del escáner láser de RIELG, sincronizados sus datos a través del PPS. Adquirir datos de cámara Hasselblad, sincronizados sus datos a través de la UET. Entre las principales utilidades dispone de: Panel de configuración. Descripción de las desviaciones de trayectoria. Estado de los distintos componentes. Plano de navegación. Perfil del terreno Plataforma Aérea AEROLASER AIR, sistema aerotransportado de cartografía aérea sobre aeronave VULCANAIR OBSERVER o sobre HELICÓPTERO ROBINSON 44. Aviones seguros, estables, gran campo visual, ideales para observación y fotografía aérea. Dos motores de 200 CV proporcionan gran estabilidad y seguridad en núcleos de población

16 3. Muestra de algunos de los resultados * Ejemplo de ortofoto del proyecto de 0,10 m. de resolución. * Ejemplo de ortofoto del proyecto de 0,10 m. de resolución

17 * Ejemplo de puntos LIDAR del proyecto

18 Índice de contenido 1. ANTECEDENTES Y ÁMBITO DE TRABAJO MEDIOS TÉCNICOS Y MATERIALES Sistema AEROLASER Unidad de Potencia y Control (UPC) Unidad Estampadora de Tiempos (UET) Unidad de Medida Inercial (IMU) GNSS Cámara digital Hasselblad Escáner láser PC Programa de control Plataforma Aérea Muestra de algunos de los resultados