Cartografía con LIDAR: Ventajas y Desventajas

1. El tiempo está corriendo. Usted necesita datos topográficos
exactos pero el presupuesto no da para ejecutar un
levantamiento topográfico tradicional en el tiempo que
queda. ¿Cómo conseguir la información requerida con los
fondos y tiempo disponibles?
Lidar es una tecnología recién con muchas aplicaciones. La
aceptación y demanda crecen al nivel mundial en diversos
sectores como las empresas de servicios públicos, de
ingeniería y de recursos naturales.
El lidar aerotransportado se compara
favorablemente con varias tecnologías
competidoras / complementarias, ante
todo debido a su exactitud, cualidad de
sensor activo y capacidad de penetrar
entre el follage.
¿Que es Lidar?
Aunque lidar se utiliza mayormente para levantamientos
topográficos, las aplicaciones en sectores como la
silvicultura y el monitoreo de líneas de transmisión
eléctrica lo hace más versátil que otras técnicas. Los
sistemas de lidar pueden proveer información extensa
sobre la vegetación y otros elementos sobre el suelo
además de “ver”debajo de la vegetación para modelar el
terreno. No es siempre posible penetrar hasta el suelo
pero lidar es más efectivo en este aspecto que la
fotogrametría.
Modelo digital de
terreno (DTM)
coloreado por
elevación
demonstrando
los detalles del
suelo.
Vista en planta
Artículo Técnico
Christopher Beasy
Especialista en LiDAR
Ahora, lidar permite la adquisición de datos topográficos y
la creación de mapas y modelos de terreno más rapida-
mente y económicamente para muchos projectos.
Existen tres razones principales para este crecimiento:
rapidez, exactitud y detalle (cantidad de información).
Ningún otro método de levantamiento topográfico ofrece
estos tres aspectos tanto como lidar. Los métodos
fotogramétricos y de levantamiento terrestre a menudo
proveen mayor exactitud pero difícilmente mantienen la
competitividad en términos de costo, tiempo y detalle. Se
puede generar de puntos lidar un modelo digital de terreno
(DTM) con una exactitud vertical alrededor de 30 cm varios
días después de adquisición. En cambio, los otros
métodos requiren de semanas para colectar una fracción
de los datos de elevación que puede proveer lidar.
www.eaglemapping.com
Lidar funciona a través de pulsos de energía láser. Es la
integración de tres tecnologías distintas: la telemetría
láser, el sistema de posicionamiento global (GPS) y la
medición de movimiento inercial (IMU). A la vez que el
avión o helicóptero vuela por el aire, el láser emite miles
de pulsos de energía por segundo hacia la tierra,creando
una franja densa de puntos 3D. Para calcular la
Modelo digital
de terreno
(DTM) coloreado
por elevación.
Vista isométrica
¿Cómo Funciona Lidar?
Mapas Topográficos de LiDAR:
Alta Exactitud y Rapidez
¿Programación - Calidad - Precio?
Una perspectiva sobre la adquisición de datos geo-espaciales
exactos y económicos para aplicaciones industriales y científicos
Maune, D. p. 24, Digital Elevation Model
Technologies & Applications: The DEM Users
Manual, 2nd Edición, ASPRS
¿Cuál de éstos es más importante para su proyecto?

2. Una combinación de rapidez, detalle y exactitud sin iqual
El siguiente componente es el GPS, lo cual aprovisiona el
posicionamiento en el mundo. Un equipo GPS en la
aeronave recibe y registra datos de un conjunto de satélites
que giran alrededor de la Tierra. Con un mínimo de cuatro
satélites, se puede determinar la posición del láser. Se
establecen una o más bases terrestres de GPS sobre
puntos de referencia dentro o cerca del área de interés.
Estas bases proveen correcciones para el GPS aéreo. Se
combinan los datos de GPS terrestre y aéreo después para
crear GPS diferencial, lo cual puede mejorar la exactitud
de metros a centímetros.
El propósito principal de cualquier tecnología de
levantamiento topográfico es modelar la superficie de la
Tierra. Lidar lo hace con una combinación de rapidez,
detalle y exactitud sin iqual. Como veremos, es posible
realizar economías de dinero y tiempo, también, lo que
hace de lidar una opción que vale la pena considerar.
Ventajas y Desventajas
Ventajas
1. Entrega Rápida
Plazos de entrega muy cortos son posibles con lidar
puesto que se trata de un sistema aerotransportado capaz
de adquirir datos sobre cientos de kilómetros cuadrados
por día. El procesamiento pos-adquisición es
relativamente corto, tomando mucho menos tiempo que
la compilación fotogramétrica tradicional.
Cada punto lidar cuenta con sus propias coordenadas XYZ
en el mundo. Una vez calibrados, los puntos se clasifican
para separar los datos vueltos que corresponden al suelo
de los demás. Inmediatamente después de la
clasificación, se pueden crear modelos del terreno. Esta
rapidez de entrega puede resultar en economías aparte
de aquellas asociadas con el uso de lidar para volar áreas
extensas.
En el 2002,investigadores de la Universidad Iowa State1 en
los EE.UU estimaron que economías de 11 meses y
250,000 $EE.UU eran alcanzables para un proyecto de
carretera de 74 km al utilizar lidar para los estudios
preliminares de ubicación. Desde entonces, la
tecnología mejorada y las técnicas nuevas han llevado a
la aceptación de lidar para la ingeniería sin perder las
economías de dinero y tiempo.
2. Cantidad de Información
Los conjuntos de datos lidar tienden a contener mucho
detalle por la cantidad enorme de puntos. Densidades
superiores a 1/m2 son comunes en terreno abierto. Esto
significa que lidar puede proveer más de un millón de
puntos en un kilómetro cuadrado. En contraste, es típico
compilar 20.000 puntos por kilómetro cuadrado fotogra-
métricamente (escala 1:1000).
distancia, el sistema mide el tiempo que toma cada pulso
en viajar del sensor al blanco y volver, multiplica este
tiempo por la velocidad de luz y divide el resultado por dos.
El ángulo de escaneado también se registra.
Dado que ninguna aeronave está completamente estable y
nivelada en el aire, se necesita una manera de medir la
orientación del láser en el momento en que se dispara
cada pulso de luz. El equipo IMU da esta información.
Mide el balanceo, cabeceo y viraje del avión o helicóptero
y, por lo tanto, el sensor mientras vuelan. Después del
vuelo, estas correcciones angulares se combinan con la
información de posicionamiento de GPS y luego con la
telemetría y ángulos de escaneado del sensor. Software
especializado calcula las coordenadas XYZ de cada dato
vuelto. Así, lidar es la integración de tres tecnologías
avanzadas que hace levantamientos topográficos rápidos
con exactitud superior.
3. Usos Múltiples
Adicional a la creación de DTM, los datos lidar tienen otros
usos porque los pulsos láser serán reflejados por casi
cualquier objeto. Como consecuencia, habrán puntos
que correspondan a la vegetación, edificios y otros
objectos. Los puntos que corresponden a los objectos
sobre el suelo se pueden usar para modelar los bosques,
los edificios y otros elementos antropogénicos. Por
ejemplo, en los EE.UU, FEMA aprobó el uso de lidar para
levantamientos de obstucciones aeroportuarias. Un
número creciente de empresas han acudido a esta
técnica porque la exactitud es suficiente, las
interrupciones a las operaciones de aviación están
minimizadas y el análisis se puede entregar al cliente en
menos tiempo.
¿Es lidar la única opción hoy en día? No, lidar tiene
ventajas y limitaciones iqual que cualquier otra
tecnología. Para determinar cuál opción más conviene a
un proyecto particular, hay que evaluar las necesidades y
restricciones, tales como tiempo y costo, junto con el
razonamiento para usar datos geo-espaciales.
1 Veneziano, D. et. al. Comparison of LiDAR and Conventional Mapping
Methods for Highway Corridor Studies, Centre for Transportation
Research & Education.
2

3. Alcanzar la máxima economía, rendimiento y efectividad al seleccionar el mejor método
Lidar ofrece el beneficio importante de no requerir acceso
directo por tierra al área de interés. Este hecho resulta en
ventajas tanto de seguridad como de costo en las zonas
inaccesibles o de mucho tránsito.
Se pueden superar muchas de las desventajas de lidar al
combinarlo con la fotogrametría, explotando los
beneficios de ambos métodos. La extracción de la
planimetría es mucho más fácil y exacta porque el
operador de fotogrametría sigue los elementos visibles.
Los operadores pueden compilar con gran exactitud las
líneas de ruptura donde existen cambios topográficos
abruptos. En EE.UU, FEMA requiere la adición de líneas
de ruptura a los DTM de lidar para los productos de alta
exactitud que ellos usan para los estudios hidráulicos.
De esta manera, benefician de la rapidez y detalle de
lidar y también de la calidad planimétrica y de drenaje
de la fotogrametría.
4. Acceso Por Tierra Mínimo
Lidar puede adquirir simultáneamente información del
piso y dosel del bosque. Cada pulso emitido puede
producir varios datos vueltos. Mientras un pulso viaja
hacia la tierra, una porción de la energia contenida ahí
adentro puede ser reflejada por un árbol al sensor. La
energía restante sigue su rumbo y parte puede ser
reflejada por el árbol, un arbusto o por el suelo.
5. Penetración de la Vegetación
Desventajas
Pese a estas ventajas y beneficios importantes, lidar no es
siempre la mejor opción.
Si los plazos de un proyecto no son cortos, es dudoso que
lidar sea efectivo en términos de costo para un área
pequeña. La mayor parte del costo de un levantamiento
lidar se incurre en las etapas iniciales; la movilización del
sistema y la adquisición son más costosas en comparación
con la fotografía aérea. Debido a que las economías
monetarias de lidar se realizan principalmente en la etapa
pos-adquisición, el área de interés tiene que ser lo
suficientemente extensa para que las economías de escala
tomen efecto.
1. Costo Para Proyectos Pequeños
elementos de terreno como los ríos y las crestas con
lidar. Las inexactitudes resultantes, a su vez, pueden
suavizar lo que serán elementos de terreno abruptos en
muchos casos. Puede que esto sea problemático,
dependiendo de la aplicación. Lo cierto es que sí
cuando la representación exacta del drenaje es
importante.
Los edificios, calles, postes etc. comprenden los
elementos planimétricos. Por la misma razón expuesta
en No. 3, es difícil extraer estos elementos con mucha
exactitud con lidar.
4. Elementos Planimétricos
Combinando los Fuertes
Lidar es una tecnología de topografía de gran valor; sin
embargo, como herramienta autónoma, no es la
solución óptima para todo proyecto. Únicamente
cuando se emplea apropiadamente, se pueden realizar
los beneficios de rapidez, exactitud, detalle y economía.
Un especialista de topografía experimentado puede
proveer la asesoría que necesita la mayoría de los
gerentes, ingenieros etc. para alcanzar la máxima
economía, rendimiento y efectividad al seleccionar el
mejor método (o combinación de métodos) para un
proyecto específico.
Aplicaciones Comunes
Como tecnología digital de topografía, lidar se emplea
principalmente para crear los DTM, igual que los
fotogrametristas emplean las fotos aéreas De los DTM,
se puede generar curvas de nivel, ortorectificar las fotos
aéreas y modelar las inundaciones. Los DSM, que son
modelos de terreno que incluyen los elementos en la
superficie como los bosques y edificios, también se
pueden crear de lidar ya que los sensores lidar capturan
casi todo sin costo adicional. Por esta razón, lidar se
presta para los análisis de línea de mira; captura los
elementos superficiales que pueden interferir con las
señales de radio y otras cosas que dependen de una
línea de mira despejada.
1) Más Allá de los DTM
Para las aplicaciones que exigen mucha exactitud, las
técnicas fotogramétrica y de levantamiento terrestre
pueden ser preferibles a lidar sólo. Las aplicaciones de
diseño a menudo requieren de curvas de nivel de 50 cm o
menos y de los DTM equivalentes. Lidar puede proveer
tales exactitudes en terreno plano pero la exactitud será
menor en las pendientes.
2. Pendientes
Datos vueltos múltiples a través de los árboles
3
Los datos lidar son puntos ubicados al azar en el terreno,no
inteligentemente. Ya que no hay manera de colocar los
puntos a lo largo de orillas y bordes, es difícil extraer
3. Flujo de Agua

4. Si usted necesita datos geo-espaciales de alta
calidad pero tiene restricciones de tiempo y
costo, una conversación con un experto puede
servirle bien.
2) Debajo de la Vegetacion
3) Cálculos Volumétricos y Detección de Cambio
4) Mapas de Rutas y Trazados
5) Visualización 3D
Conclusión
Para mayor información: