Levantamiento Topográfico mediante sistema UAV X100

Transcripción

1 Levantamiento Topográfico mediante sistema UAV X100

2 1. Descripción El UAV X100, es la mejor alternativa para el levantamiento topográfico de detalle. Esto en base a su portabilidad, performance y velocidad de procesamiento. 2. Metodología levantamiento UAV X100 La metodología utilizada en este proyecto está basada en tecnología de última generación para la adquisición remota de imágenes. El sistema UAV es la mejor herramienta del mercado para la captura de fotografías aéreas y por consiguiente para la generación de los productos topográficos Equipamiento El avión no tripulado (UAV) corresponde a un desarrollo Belga de la marca Gatewing, específicamente el modelo X-100. Características del avión: Pesa menos de 2 kgs. Avión no tripulado con piloto automático. Despega a través de una catapulta. Vuela a una velocidad media de 75 Km/h. Altura de vuelo entre 150 y 750 mts. Autonomía de 1 hora aproximadamente (Según condiciones del viento). El sistema completo del equipo X-100, se puede dividir en 4 partes esenciales: 1. UAV X Un GCS (Ground Control Station)

3 3. Catapulta 4. Cámara Métrica Ilustración 1, Descripción general X Planificación de Vuelo

4 Previo al vuelo es necesario construir en gabinete un soporte cartográfico, el cual permita analizar la zona en detalle obteniendo la ubicación de elementos que obstaculicen el recorrido del vuelo. Adicionalmente, siempre es necesario considerar imágenes de referencia y cartografía existente profundizando en el concepto de operación segura de los vuelos. Cabe destacar que a la llegada a terreno la información será complementada mediante mapeo, el cual es registrado por el navegador GPS, permitiendo así determinar los puntos de operación para el X100 TAKEOFF y LANDING, además de los puntos singulares que no son observados en los antecedentes preparados inicialmente, en el siguiente ejemplo se detalla la cobertura de información: Ilustración 2, Preparación de antecedentes cartográficos (Curvas de nivel, Imagen, Mapeo) Se define las áreas y los diferentes bloques de vuelos si fuese necesario, en el siguiente protocolo se describen las variables para su posterior implementación y control:

5 Software Quickfield Ilustración 3, Protocolo Registro información de Vuelo Una vez definida la zona de vuelo y seguridad se procede a definir los parámetros de cada bloque de vuelo asociado al proyecto, esto se realiza en el software Quickfield. En la siguiente imagen se presenta interfaz gráfica:

6 Ilustración 4, Planificación de Vuelo - Modulo QuickField La definición de los elementos gráficos relacionados a la selección del área de interés, orientación del viento, es generada sobre la plataforma mediante Google Earth (funcional sobre QuickField, lo cual facilita su operación), en relación a las variables de planificación de los vuelos, estas son mencionadas a continuación: Área de vuelo (zona, superficie). Dirección del viento. Puntos de despegue y de aterrizaje. Altitud de vuelo (relación directa sobre el tamaño del pixel). Resolución de la imagen. % de Traslape entre fotografías.

7 Software Horizont En el presente software se realiza el traspaso de la planificación elaborada en QuickField, con el objetivo de ser evaluada en el modo SIMULACIÓN del Software, si esta es CONFORME, se iniciara el proceso de ARMADO de equipo y LANZAMIENTO, en el caso que la simulación no cumpla con los estándares de seguridad, se deberá volver a QuickField para mejorar la planificación. Ilustración 5, Evaluación de la planificación de Vuelo - Modulo Horizont. IKOM ha dispuesto protocolo previo al vuelo (checklist), cuyos puntos cumplen la tarea de controlar todos los elementos del sistema (físicos y configuración), los cuales son de vital importancia para el normal funcionamiento del sistema: Chequeo de componentes: cuerpo, hélices, pitot Chequeo de condiciones climáticas: viento (dirección, velocidad ). Configuración de la cámara (Velocidad del obturador, Valor F, ISO). Carga del proyecto establecido en Quickfield (área, altitud de vuelo, % traslape ). Determinación puntos despegue y aterrizaje. Simulación en Horizont. Conexión cámara, batería. Chequeo de conexión. Preparación de la catapulta. Reseteo Autopilot + conexión GCP-UAV. Chequeo Airspeed + movimientos del avión (pitch, roll ). Armar.

8 Últimos chequeos (indicadores en verde, nivel de batería, seguro catapulta, modo -ARM ). Lanzamiento. Monitoreo. Aterrizaje Secuencia de Vuelo TAKEOFF / Despegue Ilustración 6, Esquema de despegue X100. Ilustración 7, Instalación de X100 sobre Catapulta.

9 Monitoreo X100 durante vuelo El avión cubre la zona de interés siguiendo la planificación de vuelo, determinadas por coordenadas geográficas, el E-box (Autopilot) se orienta mediante GPS interno, el cual permite determinar la posición de toma para cada fotografía durante el vuelo, considerando además el estado de la aeronave (cabeceo, aladeo y rotación). Ilustración 8, Representación de planificación de vuelo para el X100. El sistema considera que el avión sale 350 mts. longitudinalmente del área de interés para darse la vuelta, y 50 mts. lateralmente, con el objetivo de asegura que el registro de imágenes cubra la totalidad de la zona seleccionada. En consideración a la salida de la aeronave del área de interés, se determina un área de seguridad (350 metros como offset del polígono oficial), el cual es evaluado de igual forma (riesgos de operación) LANDING/ Aterrizaje Ilustración 9, Esquema de aterrizaje X100.

10 Ilustración 10, Esquema de área de aterrizaje (Rango) Puntos de control En consideración a los trabajos inherentes al sistema, se requiere instalar puntos de apoyo para ubicar espacialmente la imagen (X, Y, Z), y controlar los residuales obtenidos en la construcción del mosaico y el modelo 3D. El sistema en condiciones ideales requiere al menos 5 puntos distribuidos de manera homogénea por área volada (Bloque). Posterior a selección de los puntos de control, estos deben ser medidos y vinculados mediante GPS doble frecuencia con sistema RTK de preferencia, a la Red primaria solicitada por el cliente Horario fotogramétrico El sistema siempre deberá considerar el horario fotogramétrico, es decir respetar el mejor tiempo donde la altura del sol es óptima, proceso que es controlado mediante Google Earth, el cual permite evaluar el rango de horario en función de la fecha, en la siguiente secuencia de imágenes se presenta un ejemplo del rango óptimo de luz:

11 8: 37 am 9:19 am 12:00 pm Ilustración 11, Ejemplos Sombra horarios Fotogramétricos Proceso Gabinete Mosaico A partir de las imágenes obtenidas, se elabora un mosaico mediante el programa EnsoMosaic, especialmente diseñado para imágenes tomadas desde aviones no tripulados. (UAV) Los datos registrados durante el vuelo están almacenados y leídos por el programa, los cuales son: Líneas de vuelos. Puntos GPS del centro de cada imagen. Angulo de toma de la foto, correspondiendo a la inclinación del avión (pitch, roll) al momento de tomar la foto. Estos elementos, con los parámetros de calibración de la cámara permiten ajustar las fotos con respecto a su posición, y realizar un mosaico de alta precisión. En el software EnsoMosaic se calibra toda la información recolectada, con el objetivo de obtener el mosaico del área solicitada, en la siguiente imagen se presenta ejemplo relacionado a la construcción del mosaico:

12 Ilustración 12, Imágenes Tomadas con el Sistema X-100 Ilustración 13, Proceso Generación Mosaico

13 Ilustración 14, Ejemplo Mosaico Georreferenciado Modelo Terreno (DEM), Curvas de Nivel, VISTA 3D El Software Espa 3D es utilizado para la generación del modelo digital de elevación (DEM), mediante el traslape generado entre las fotografías levantadas (75% teórico), permitiendo reproducir el terreno y restituirlo en 3D. La estereoscopia permite tener la altura de los puntos, con lo cual se puede obtener la altura de la vegetación y/o interferencias, construir el DEM y las curvas de nivel, en la siguiente secuencia se presentan los productos obtenidos mediante el sistema X100: Ilustración 155, Modelo Digital de terreno DTM (Puntos Ground)

14 Ilustración 16, Perfil de Vegetación Ilustración 17, Modelo Elevación Digital, DEM

15 Ilustración 18, Modelo de Curvas de Nivel Ilustración 19, Etapa sistema X-100

16 3. Productos Entregables con vuelo UAV X100 Cartografía a escala desde 1:500 con curvas de nivel desde 50 cms. Planimetría 2D y 3D. Ortofotomosaico a color. DEM. Apoyo Terrestre (WPC). Informe Técnico Final.

17 ANEXO: IMÁGENES DE ILUSTRACIÓN CAPTURADAS CON UAV X100 con 10 cm pixel a 300 mts de altura

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