Obtención de modelos tridimensionales para ingeniería por medio de barredores lídar y de aeronaves no tripuladas

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1 Obtención de modelos tridimensionales para ingeniería por medio de barredores lídar y de aeronaves no tripuladas Armando Peralta Higuera Laboratorio de Análisis Geoespacial Instituto de Geografía, UNAM Colegio de Ingenieros Civiles de México, 29 de febrero de 2016

2 radar Radio Detection and Ranging lidar Light Radar ó Light Detection and Ranging En castellano, lidar ó lídar LidAR, LiDAR, Lidar, LIDAR

3 d=v*t, donde: v = c =299,792,458 m/s t = tiempo transcurrido entre la emisión del pulso y su detección en el sensor d = distancia del láser al objeto y de regreso, es decir que: do = (v*t) / 2

4 500 m 299,792,458 m/s = x 10-6 s Electrónica de muy alta velocidad Límite en la frecuencia de pulsos y barrido Límite en las altitudes de operación Muy elevada capacidad de procesamiento 50, ,000 pulsos / s

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7 Lidar aéreo Reigl 560 ICAROS IDM-200

8 Nube de puntos

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10 Perfil de la nube de puntos

11 Imágenes de intensidad

12 Imágenes de intensidad Asignación de colores a los puntos

13 Productos: Modelos Digitales de Superficie (MDS) y del terreno (MDT)

14 Obtención de Modelos Digitales de Elevación Nubes de puntos: Puntos distribuidos en el espacio 3D, distribución cuasi-aleatoria Reflejan la forma de objetos intrincados Pueden dar origen a superficies y sólidos 3D (orientados en cualquier dirección) o 2.5D (proyectados hacia un plano) Análisis/reconstrucción de objetos compleja Modelos digitales de elevación: superficie proyectada desde un plano. (2.5D) Se forma a partir de los puntos más externos, formando triángulos o rejillas uniformes Pueden interpretarse como sólidos (terreno) Análisis relativamente sencillo, reconstrucción de objetos parcial

15 Curvas de nivel

16 Modelo de primera superficie (MDS) que muestra la textura y altura de la vegetación Se obtiene a partir de los primeros retornos. Modelo del terreno (MDT) que muestra el relieve normalmente oculto bajo la cobertura vegetal Se obtiene a partir de los retornos clasificados como del terreno (algoritmos complejos)

17 Modelos de elevación de primera superficie y del terreno

18 Modelo digital de la primera superficie (con vegetación)

19 Imagen mostrando la primera superficie y el terreno natural

20 Relieve del terreno sin vegetación

21 Integración con otros tipos de información: Fotografía aérea sobrepuesta en MDS, vistiendo el terreno. También puede hacerse con vectores

22 Lidar terrestre

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25 Lidar: algunas aplicaciones Peligros y riesgo: evaluación del terreno Deslizamientos Inundaciones Grietas Cavidades Cauces/flujos hidrología Configuración urbana Edificios, carreteras, presas, puentes Identificación de vegetación Parámetros forestales Estructura de comunidades/ecosistemas Otros objetos: coches, piezas, aparatos, personas

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28 Nubes de puntos lídar Cobertura de grandes áreas: colonias, ciudades, desarrollos, regiones Rapidez y exactitud. Gran cantidad de información Líneas eléctricas, torres, antenas Paisaje urbano: Asentamientos regularizados Perfil de la nube de puntos

29 Nubes de puntos lídar Medición de distancias, elevaciones, volúmenes Puntos codificados por elevación, intensidad, color Topografía, información bajo la vegetación Paisaje urbano: Colonias regulares, uso mixto Perfil de la nube de puntos

30 Nubes de puntos lídar Modelado de escenarios, impacto, paisaje, riesgo Planeación de desarrollos Planeación y avance de obras Paisaje urbano: Fraccionamientos residenciales Perfil de la nube de puntos

31 Diseño de infraestructura e impactos

32 Diseño de infraestructura e impactos: Medición de volumen y superficie en MDT

33 Diseño de infraestructura e impactos

34 Diseño de infraestructura e impactos: Perfiles

35 Diseño de infraestructura e impactos: Simulaciones

36 Diseño de infraestructura e impactos: Simulaciones

37 Diseño de infraestructura e impactos: Superficie, infraestructura y vegetación afectadas

38 Diseño de infraestructura e impactos: Altura de objetos sobre el terreno

39 Xochimilco: 37 líneas de vuelo, 500 metros altura

40 Levantamiento lidar Xochimilco 37 líneas de vuelo 500 metros sobre el terreno 2 horas 254,315,424 registros/puntos Topografía fina, 20 cm Hundimientos y pérdida de chinampas Red de canales / hidrología Construcciones irregulares, elevaciones Tiro de materiales, superficie, volumen Presencia / dimensiones de vegetación

41 Nube de puntos lidar

42 Con color visible añadido Imagen de intensidad del retorno Codificada por valor de la elevación

43 Modelo de elevación del terreno (MDT)

44 Modelo de elevación de superficie (MDE)

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51 Lídar con aplicación catastral

52 Lídar con aplicación catastral Nube de Puntos Puntos clasificados por elevación

53 Lídar en aeronaves no tripuladas:

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57 Aeronaves no tripuladas: Ala fija Ala rotatoria: multicópteros Operación y control más complejos Requieren espacio para despegue/aterrizaje Más eficientes, mayor autonomía, menor carga útil Mayor cobertura potencial No adecuados en espacios urbanos, relieve pronunciado y vegetación alta Cartografía, observación, búsqueda Menos portátiles Operación sencilla Despegue vertical, espacios reducidos Menor autonomía, mayor uso de baterías, más carga útil Operación en interiores Cobertura de sitios complejos, relieve, edificios, cañadas, infraestructura Cartografía, modelos 3D, lídar, búsqueda, transporte, apoyo logístico Más portátiles

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61 Modelos 3D de edificios del campus Levantamientos con 3 aeronaves no tripuladas pequeñas Entre 300 y 2000 fotografías por edificio Obtención de modelos 3D georreferenciados y con medidas exactas Integración en SIG, visualización 3D y creación de recorridos virtuales Nube de puntos 3D Aeronave no tripulada con peso menor a 2 kg y cámara estabilizada Ciencia Forense, Facultad de Medicina UNAM

62 Nubes de puntos a partir de imágenes obtenidas con aeronaves no tripuladas (drones): Medición del terreno, edificios, puentes y otra infraestructura Paisaje urbano Visualización 3D, recorridos virtuales Edificios, conjuntos, manzanas

63 Nubes de puntos a partir de imágenes obtenidas con aeronaves no tripuladas (drones): Modelos 3D con medidas y georreferencia Identificación de cambios Planeación de obras y modificaciones, simulaciones Seguimiento de cambios y avance de obras Topografía y estructura de zonas urbanas

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67 En un futuro no muy lejano Mapas 3D actualizados dinámicamente y sensores en caminos para vehículos autónomos Realidad aumentada y 3D inmersivo para desarrollo de obras y mantenimiento en condiciones difíciles Sistemas de larga permanencia para monitoreo, telecomunicaciones, desastres, seguridad

68 Conclusiones Información útil para diversas áreas de la ingeniería; múltiples tareas y objetivos Es necesario y urgente promover la penetración de las nuevas tecnologías alrededor de lídar y drones Conveniente asociación entre academia, empresas y gobierno para aprovechar estas tecnologías Bajo costo relativo (lídar) y absoluto (drones) Además de modelos 3D: Inspección e infraestructura Seguimiento de obras Operación Mantenimiento con realidad aumentada Vigilancia Protección civil

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