¿Qué es el mapeo con lídar y la fotogrametría?

¿Qué es el mapeo con lídar y la fotogrametría? Diferencias entre ambas técnicas de inspección con drones.

Este artículo lo comenzamos yendo directos al grano: ¿Qué es la fotogrametría? La fotogrametría es el procedimiento mediante el cual, haciendo uso de fotografías aéreas, se logra crear un mapa detallado de grandes extensiones de terreno (tanto en 2D como 3D). De manera simplificada, se podría decir que mediante la toma de gran cantidad de fotografías aéreas ordenadas y referenciadas por coordenadas geográficas, se logra crear un puzle preciso y detallado del área a estudiar.

Mapa 3D de un terreno tomado con varias imágenes representadas en la parte superior de esta imagen.

La fotogrametría es como un puzle donde cada imagen es una pieza del mapa final

Y ahora la siguiente pregunta: ¿Qué es el mapeo? En este caso nos referimos a aquél realizado mediante sensores lídar: dispositivos que mediante la emisión de haces láser pulsados, permiten conocer la distancia con respecto a un objeto. Si dicho dispositivo lídar es capaz de lanzar una gran cantidad de haces láser pulsados de manera continuada y sobre un objeto en concreto, mediante el uso del software adecuado es posible crear modelos 3D de dicho objeto (nube de puntos).

El proceso de mapeo con lídar es similar al de la fotogrametría: mediante éste se crea una gran cantidad de “piezas” que, al procesarlas, completan el “puzle” (mapa) de un objeto o superficie para su posterior estudio. Sin embargo hay dos diferencias principales entre ambas técnicas: por un lado, el mapeo con lídar no depende de la luz ambiental para poder realizarlo eficazmente; por otro lado, el mapeo con lídar permite conocer con mayor precisión la elevación del terreno, pues las mediciones de este tipo de sensor pueden traspasar la vegetación que pudiera haber sobre la superficie.

Es importante tener en cuenta que los conceptos de fotogrametría y mapeo se utilizan indistintamente cuando únicamente se utilizan cámaras fotográficas. La diferencia entre ambos conceptos solamente es reseñable cuando se utilizan sensores lídar.

¿A qué se debe el auge el mapeo con lídar y la fotogrametría con drones?

Pues como suele pasar con la mayoría de uso profesional que se le da a los drones: porque gracias a ellos se logra reducir el coste de tareas que hasta ahora empleaban métodos más costosos y menos eficientes.

La combinación de aeronaves no tripuladas con el posicionamiento GPS (o incluso RTK o PPK, los cuales mejoran la precisión), además del coste mucho menor tanto de la aeronave como de la formación del piloto en relación con la aviación tripulada, hacen que se conviertan en una opción cada vez más evidente para cualquier empresa del sector.

A ello se le suma el rápido despliegue que caracteriza a los drones, ya estén equipados con lídar o cámaras fotográficas. Se trata, además, de un rápido despliegue que no sacrifica precisión en el resultado final del trabajo, ya sea de mapeo o fotogramétrico, pues se puede alcanzar un nivel de precisión inferior al centímetro en la elaboración de mapas.

De hecho, la combinación de técnicas de mapeo y fotogrametría no sólo con drones VTOL y de ala fija, sino también con drones híbridos (los cuales combinan lo bueno de ambos tipos de aeronaves), permite la consideración de nuevos usos a los que ni tan siquiera alcanza la aviación tripulada.

En el artículo en el que hablamos sobre cuánto dinero gana un piloto de drones también comentamos cuáles son las principales industrias a las que se dedican. Contrucción, minería y topografía son algunas de ellas.

¿Cuándo utilizar el mapeo con lídar y cuándo la fotogrametría?

La primera y más básica diferencia entre ambas tecnologías es que mientras el mapeo con lídar se basa puramente en mediciones realizadas con láser, la fotogrametría está basada en mediciones que se apoyan en fotografías que pasan por un proceso de postprocesado y combinación.

Precisión, luminosidad y color

Ahora bien, en lo que respecta a la precisión, el mapeo con lídar puede ser más efectivo cuando se necesita mapear algún elemento que visualmente se pueda confundir con el paisaje. Un ejemplo puede ser el cableado eléctrico y de telecomunicaciones.

Nube de puntos sobre torres y cables eléctricos conseguida con un trabajo de mapeo con lídar.

El mapeo con lídar se suele utilizar en elementos demasiado finos o pequeños que se puedan confundir con el entorno

A ello se le suma la capacidad de atravesar la vegetación durante las mediciones, por lo que en los casos en los que se necesite medir la elevación del terreno en zonas con vegetación espesa, definitivamente el mapeo con lídar es la opción a utilizar.

Adicionalmente, al no depender de imágenes a color (RGB), puede realizarse el mapeo con lídar en condiciones de poca luminosidad o incluso de noche. Como contrapartida, el resultado que ofrece es monocromático, por lo que su interpretación es más complicada a no ser que se haga un trabajo de postprocesado que permita añadir color, ya sea, por ejemplo, basándose en la distancia recorrida por los distintos haces láser realizados durante la toma de datos.

Dos imágenes de una misma construcción mapeada con lídar. La de arriba está en blanco y negro mentras que la de abajo está a color.

Resultado monocromático (arriba) y postprocesado (abajo) de un trabajo de mapeo con lídar

La fotogrametría, por otro lado, es capaz de generar modelos a color del terreno tanto en 3D como en 2D, lo cual hace que el resultado sea más sencillo de visualizar e interpretar que mediante técnicas de mapeo lídar. La precisión tampoco se resiente mediante esta técnica, más si se utiliza posicionamiento preciso RTK o PPK, logrando resultados que hacen que cada píxel en el mapa final equivalga a menos de un centímetro (lo que se conoce como GSD – Ground Sampling Distance).

Así, la fotogrametría es la opción adecuada para trabajos basados en inspección visual, tal como pudieran ser aquéllos relacionados con la construcción o la agricultura.

Plano en 3D de una casa tomado con varias fotografías y la aplicación de técnicas de fotogrametría.

La construcción es una de las industrias donde se aplica la fotogrametría

En contrapartida, lógicamente la fotogrametría tiene el hándicap de la luz: si las condiciones de luminosidad no son las adecuadas, el resultado obtenido podría no llegar a la calidad necesaria.

Velocidad de procesado

En este caso el claro ganador es el mapeo con lídar: apenas necesita unos minutos para procesar los datos obtenidos con el dispositivo lídar del dron y generar el resultado final.

En el caso de la fotogrametría, el procesado de datos es la fase de todo el trabajo que más tiempo consume: de media, la fase de procesado de datos puede tomar de cinco a diez veces más tiempo que la fase de toma de datos con el dron.

Adicionalmente, la fotogrametría, para el procesado de datos, suele necesitar el uso de ordenadores con una potencia considerable. Al fin y al cabo, deberán ser capaces de procesar varios gigabites de imágenes para convertirlos en el mapa que se quiere estudiar.

Coste

Por último, en cuestiones de coste, la fotogrametría requiere la inversión de una menor cantidad de recursos, sobre todo en el corto y medio plazo.

Para lograr unos resultados profesionales, apenas se necesita la compra de un dron que ya esté equipado con una cámara de suficiente calidad como para realizar este tipo de tareas. Hay modelos de DJI como los de la familia Inspire que, con una inversión de unos 5.000€, ya permiten realizar trabajos de fotogrametría.

Dron DJI Inspire parado sobre una superficie y equipado con una cámara para realizar trabajos de fotogranetría.

El dron DJI Inspire es uno de los modelos utilizados para tareas de fotogrametría

Por el contrario, a la hora de realizar trabajos de mapeo con lídar, únicamente el dispositivo lídar ya puede alcanzar los 50.000€ de inversión, si bien los modelos más avanzados rondan los 250.000€, siendo estos últimos los necesarios para los trabajos más complejos y para los que normalmente se necesita el empleo de esta técnica.

Hexacóptero con un lídar enganchado en su parte inferior.

Dron equipado con un lídar

A su vez, debido precisamente al coste de un sensor lídar, los pilotos y operadores de drones que los emplean suelen recurrir a aeronaves de carácter profesional (e incluso con cierta personalización) que protejan todo lo posible dicho sensor. El precio de estos drones puede llegar fácilmente a otros 50.000€.

Por otro lado, si se quiere alcanzar la máxima precisión posible, tanto los trabajos de fotogrametría como de mapeo con lídar pueden recurrir a sistemas auxiliares de posicionamiento RTK o PPK. Estos sistemas son una adición más al equipo y están dentro de un rango de precios que va desde los 5.000 hasta los 20.000€.

Otra cuestión a tener en cuesta es el precio del software de postprocesado que necesita cada técnica. Los dispositivos lídar suelen incluir un software de procesado que ya facilita el fabricante sin coste adicional; sin embargo, para realizar labores de postprocesado que faciliten la interpretación del resultado obtenido (por ejemplo, la clasificación de la nube de puntos obtenida) se puede necesitar el uso de otro software adicional cuyo precio puede alcanzar los 30.000€ por licencia. En el caso de la fotogrametría, el precio de una licencia de software de postprocesado suele estar entre los 2.000 y 3.000€ anuales.

Con todo lo comentado hasta ahora, en cuestión de costes queda claro que el mapeo con lídar requiere de una mayor inversión inicial. Sin embargo queremos subrayar también el papel que juega la velocidad de procesado (comentado en el apartado anterior) en materia de costes. Mientras que los trabajos de procesado y postprocesado de los trabajos con lídar apenas requieren de unos minutos, con la fotogrametría dicha fase se puede elevar a varias horas por trabajo; ello puede traducirse en un mayor coste de la técnica de fotogrametría en el largo plazo, al tener que considerar también el coste laboral del personal que habrá de dedicarse a dicha tarea.

Conclusión

Tanto el mapeo con lídar como la fotogrametría son técnicas complementarias y en pocas ocasiones sustitutivas la una de la otra. De hecho, precisamente por su naturaleza complementaria, si se dispone de los suficientes recursos, lo ideal es combinar ambas técnicas para el mismo trabajo.

Sin embargo, para los casos en los que se tenga claro que es indiferente la toma de datos mediante mapeo con lídar o fotogrametría, se han de tener en cuenta las características que hacen única a cada técnica, y así poder sopesar la idoneidad de cada una en base a los costes, velocidad de procesado, facilidad de despliegue, luminosidad disponible…

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