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• Brecia Cabrera Huamanñahui

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE LOS ANDES FACUTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

CURSO

:

FOTOGRAMETRIA Y FOTOINTERPRETACION

TEMA

:

LEVANTEMIENTO LIDAR

DOCENTE

:

ING. EDGAR HUACANI

INTEGRANTES

: 

AYQUIPA ROMAN LIZBETH



CABRERA HUAMANÑAHUI BRECIA MARGOT



HUARACA HUAMAN CARLOS YASMANY



TEVEZ TORRE ROMMEL



SAAVEDRA MENDOZA ELIANY



VALERO SUEL JERSON



SOTO RAMOS JOSE

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INDICE

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................ 3 LIDAR ........................................................................................................................................................... 4 1.

DEFINICION ........................................................................................................................................ 4

2.

COMPONENTES ................................................................................................................................. 5

3.

CLASIFICACIÓN................................................................................................................................. 6

4.

5.

3.1.

Por tipo de láser ............................................................................................................................. 6

3.2.

Por tipo de escaneado .................................................................................................................... 6

APLICACIONES .................................................................................................................................. 7 4.1.

Topografía ..................................................................................................................................... 7

4.2.

Detección de velocidades .............................................................................................................. 9

4.3.

Óptica adaptativa ......................................................................................................................... 10

4.4.

Gestión forestal............................................................................................................................ 10

4.5.

Geología y Edafología ................................................................................................................. 11

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS LIDAR ........................................................ 11 5.1.

Ventajas ....................................................................................................................................... 11

5.2.

Desventajas.................................................................................................................................. 12

BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................................................... 13

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INTRODUCCIÓN

El inicio del desarrollo de la tecnología lidar (Light Detection and Ranging) se remonta a la década de los 70, dentor de los programas de investigación llevados a cabo por la Agencia Espacial Estadounidense, la introducción de los sistemas de posicionamiento global proporciono la alta precisión posicional requerida para el uso del lidar de alta resolución, a la llegada de los sistemas GPS se le sumo la utilización de relojes ultra precisos para la medida del tiempo de retorno del pulso laser y las unidades de medida inercial que permiten el cálculo de los parámetros de orientación de los sensores laser. La rápida evolución de estos componentes permitió finalmente el aumento de la resolución y fiabilidad de los sistemas LIDAR.

Un sistema lidar está basado en la emisión de pulsos de luz láser desde una plataforma aérea o terrestre. La medición precisa del tiempo de retorno de las porciones del pulso al sensor permite calcular la distancia que separa a este de la superficie terrestre y de los objetos que existen sobre ella. Su funcionamiento es similar al de una estación total topográfica, dado que la posición y orientación del sensor son conocidas para cada pulso emitido, cada señal de retorno tiene unas coordenadas tridimensionales únicas, lo cual permite la captura remota de la información topográfica. La tecnología lidar se basa en el uso de sensores activos, por lo que la captura de información no depende de las condiciones meteorológicas ya que las misiones puede realizarse durante la noche.

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LIDAR 1. DEFINICION LIDAR (Light Detection and Ranging) es un sistema que permite obtener una nube de puntos del terreno tomándolos mediante un escáner láser aerotransportado (ALS). Para realizar este escaneado se combinan dos movimientos. Uno longitudinal dado por la trayectoria del avión y otro transversal mediante un espejo móvil que desvía el haz de luz láser emitido por el escáner.

Para conocer las coordenadas de la nube de puntos se necesita la posición del sensor y el ángulo del espejo en cada momento.

Para ello el sistema se apoya en un sistema GPS diferencial y un sensor inercial de navegación (INS). Conocidos estos datos y la distancia sensor-terreno obtenida con el distanciómetro obtenemos las coordenadas buscadas. El resultado es de decenas de miles de puntos por segundo.

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2. COMPONENTES • ALS: Escáner láser aerotransportado, emite pulsos de

luz infrarroja que sirven para

determinar la distancia entre el sensor y el terreno. • GPS diferencial: Mediante el uso de un receptor en el avión y uno o varios en estaciones de

control terrestres (en puntos de

coordenadas conocidas), se obtiene la

posición y altura del avión. • INS: Sistema Inercial de Navegación. Nos informa de los giros y de la trayectoria del avión. • Cámara de video digital (opcional): Permite obtener una imagen de la zona de estudio, que servirá para la mejor interpretación de los resultados. Ésta puede montarse en algunos sistemas junto al ALS. • Medio aéreo. Puede ser un avión o un helicóptero. Cuando se quiere primar la productividad y el área es grande se utiliza el avión, y cuando se quiere mayor densidad de puntos se usa el helicóptero, debido a que éste puede volar más lento y bajo.

Las medidas obtenidas por los tres componentes principales, ALS, GPS y IMU, se toman con una misma etiqueta de tiempos acorde con el GPS. De esta forma después se pueden relacionar fácilmente en el cálculo posterior.El sistema Lidar obtiene también la siguiente información. 

Por cada pulso emitido puede captar 2 o más ecos. Esto nos permite recoger información a diferentes alturas. Por ejemplo, si estamos sobrevolando una zona arbolada, el primer eco puede responder a la copa de los árboles y el último a la superficie terrestre.



La intensidad reflejada, puede ser muy útil para la clasificación posterior.

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3. CLASIFICACIÓN

3.1. Por tipo de láser • LIDAR de

pulsos. El proceso para la medición de la distancia entre el sensor y el

terreno se lleva cabo mediante la medición del tiempo que tarda un pulso desde que es emitido hasta que es recibido. El emisor funciona emitiendo pulsos de luz. • LIDAR de medición de fase. En este caso el emisor emite un haz láser continuo. Cuando recibe la señal reflejada mide la diferencia de fase entre la emitida y la reflejada. Conocida ésta solo hay que resolver el número de longitud de ondas enteras que ha reco- rrido (ambigüedades).

3.2. Por tipo de escaneado

• Líneas. Dispone de un espejo rotatorio que va des- viando el haz láser. Produce líneas paralelas en el terreno como patrón de

escaneado. El inconveniente principal de este

sistema es que al girar el espejo en una sola dirección no siempre tenemos mediciones. • Zigzag. En Este caso el espejo es líneas en zigzag Como patrón de

rotatorio en dos sentidos (Ida y vuelta). Produce escaneado. Tiene la ventaja de

que siempre está

midiendo pero al tener que cambiar de sentido de giro la aceleración del espejo varía según su posición. Esto hace que en las zonas cercanas al límite de escaneado lateral

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(donde varía el sentido de rotación del espejo), la densidad de puntos esca- neados sea mayor que en el nadir. • De fibra óptica. Desde la fibra central de un cable de fibra óptica y con la ayuda de unos pequeños es- pejos, el haz láser es

desviado a las fibras laterales montadas

alrededor del eje. Este sistema produce una huella en forma de

una especie de

circunferencias solapadas. Al ser los espejos pequeños, la velo- cidad de toma de datos aumenta respecto a los otros sistemas pero el ángulo de escaneado (FOV) es me- nor. • Elíptico (Palmer). En este caso el haz láser es desviado por dos espejos que producen un patrón de esca- neado elíptico. Como ventajas del método podemos comentar que el terreno es a veces escaneado desde diferentes perspectivas aunque el tener dos espejos incrementa la dificultad al tener dos medidores angulares.

4. APLICACIONES

4.1. Topografía

En topografía, la medición de distancias con láser para aplicaciones de mapas a gran escala, está revolucionando la toma de datos digitales relativos a la elevación de terrenos. Esta técnica es una alternativa a otras fuentes de toma de datos como el Modelo Digital del Terreno (MDT). Se puede usar como una fuente de datos para los procesos de contorno y generación de curvas de nivel.

Los sistemas LIDAR registran datos de posición (x, y) y de elevación (z) en intervalos predefinidos. Los datos resultantes dan lugar a una red de puntos muy densa, típicamente a intervalos de 1 a 3 metros. Los sistemas más sofisticados proporcionan datos no solo del primer retorno sino también de los siguientes, que proporcionan alturas tanto del terreno como de su vegetación. El postprocesamiento y la verificación en 3D también son recomendables cuando se hace uso de datos LIDAR para la generación de ortofotos digitales. Aunque los requerimientos de precisión vertical para la generación de una ortofoto son menos estrictos que para la generación de contornos, los datos deberán ser verificados para detectar errores de bulto.

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No se requiere necesariamente que los puntos en edificios sean eliminados. De hecho, los edificios modelados con datos LIDAR serán rectificados en su verdadera posición (ortofoto verdadera) y las distorsiones radiales eliminadas causadas por inclinación de los edificios. Esta mejoría es de alguna manera afectada por el hecho de que los bordes de edificios pueden tender a verse redondeados; dependiendo esto de la localización de los puntos relativos al borde del edificio. Con el postprocesamiento se pueden obtener los siguientes datos: • Extracción de cota suelo • Extracción de edificios • Extracción de árboles y masas forestales • Herramientas de depuración del terreno • Creación de vectores tridimensionales • Herramienta de cuadratura de edificios. • Herramienta de edición • Recorte de imágenes

La precisión de los datos obtenidos mediante la técnica LIDAR dependen de: • La frecuencia del pulso. • La altura de vuelo. • El diámetro del rayo láser (dependiente del sistema) • La calidad de los datos GPS / IMU y los procedimientos de post procesamiento.

Se puede llegar a precisiones de 1 metro en las coordenadas de posición y unos 15 cm en la coordenada de altura, si las condiciones en las que se efectúan las medidas son óptimas. Sin embargo, para cualquier aplicación a gran escala y que requiera una elevada precisión, los datos obtenidos se tendrán que comparar con otras técnicas. Usualmente se superponen los puntos obtenidos (con sus tres coordenadas dimensionales) sobre imágenes digitales. Para lograrlo se usan estaciones fotogramétricas digitales.

Formatos de archivo

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La mayor parte de sistemas y aplicaciones LiDAR trabajan con un mismo formato, el formato LAS, cuya especificación ha sido desarrollada por la American Society for Photogrammetry & Remote Sensing (ASPRS), y que se ha convertido en un estándar de facto para trabajar con datos LiDAR. LAS es un formato de archivo público que permite el intercambio de

ficheros que

contienen información de una nube de puntos tridimensional. El formato LAS es un archivo binario que mantiene toda la información procedente del sistema LiDAR y conserva la misma según la propia naturaleza de los datos y del sistema de captura.

4.2. Detección de velocidades

Es la tecnología que emplean las pistolas láser de la policía para determinar la velocidad de los vehículos que circulan en lugar de

usar ondas de

el tráfico rodado. Se diferencia del radar en que en

radio se usa un haz de

luz láser pulsante en la banda del

infrarrojo cuya frecuencia de pulsación es de 33 MHz y cuya longitud de onda es de 904 nm. Las ventajas del LIDAR frente al radar son varias: • Es mucho más rápido. En circunstancias normales puede obtener la velocidad del vehículo en solo 3 décimas de segundo. • Como emite un haz de luz láser, el haz no diverge tanto y es mucho más estrecho que el del radar, que se dispersa y rebota en el entorno. El haz láser forma un cono muy estrecho. A unos 500 metros tiene una anchura aproximada de 2,5 metros de diámetro, con lo que se puede apuntar la pistola a un vehículo concreto y determinar su velocidad aunque haya más coches circulando a su alrededor. Puede, por lo tanto, emplearse en tráfico intenso apuntándose a los vehículos que se escojan. Además, debido a esta manera de funcionar y su rapidez, la detección mediante detectores que se encuentren instalados en los vehículos iluminados por el haz es bastante ineficaz, ya que cuando el detector alerta de la presencia del láser es demasiado tarde, porque la pistola ya ha registrado su velocidad. • Es más fácil de manejar, transportar y mantener.

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• Es más económico que un radar. • Puede funcionar, al igual que el radar, por la noche, en lluvia, desde puentes, en vehículos estacionados, en modo automático o manual, etc. • La única limitación del láser LIDAR es que siempre tiene que estar estático. El radar se puede emplear en movimiento, pero el láser LIDAR no se puede mover mientras realiza la medición.

4.3. Óptica adaptativa

La óptica adaptativa es

una técnica

que permite corregir las perturbaciones

más

importantes que sufren las imágenes astronómicas debido a la atmósfera terrestre. Con este sistema es posible obtener imágenes más nítidas, o como explican los astrónomos, de mejor resolución espacial. La diferencia que introduce esta técnica es comparable a la que existe entre mirar un objeto situado en el fondo de una piscina con agua o sin agua.

4.4. Gestión forestal

En la lucha contra incendios, la disponibilidad de un modelo preciso del tipo de combustible presente en

cada punto del terreno es esencial para poder predecir el

comportamiento del fuego con exactitud y poder así tomar decisiones sobre las técnicas de ataque a emplear o sobre los recursos necesarios para combatir el fuego. Gracias al LIDAR, es posible general un mapa preciso de modelos de combustible basándose en la información vertical captada por las mediciones del LIDAR. Además, es posible mejorar aún más la precisión combinando los datos captados por el LIDAR con los datos obtenidos por otras vías, como pueden ser imágenes multiespectrales. Teniendo en

cuenta los valores de

distribución vertical

de

diferentes intervalos de

altura proporcionados por el LIDAR

los combustibles, altura de

captada por la posición

grupos de

mediciones dentro de

relativa

y la en

la nube de

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puntos, es

posible determinar tanto la cantidad de biomasa presente como el tipo de

esta.

4.5. Geología y Edafología

La aparición de la tecnología LIDAR ha supuesto un gran avance en el estudio de la tierra. Gracias a los modelos digitales de elevaciones de alta resolución, obtenidos mediante esta técnica, permite su aplicación en diversos campos de la geología.

La posibilidad de obtener modelos de

estructuras topográficas con detalle: canales

fluviales, terrazas, entre otros, ha impulsado y facilitado el estudio de procesos físicos y químicos de

la superficie

terrestre;

caracterización y génesis de las formas

interferencia de del relieve,

agentes atmosféricos,

procesos de

erosión y

meteorización. Esta técnica ha conseguido ponerse a la cabecera como herramienta fundamental para la detección de fallas, su seguimiento y estudio. Con modelos digitales 3D, per- mite obtener el antes y el después de un movimiento de placas, pudiendo realizar mediciones precisas, claves para entender cómo ocurren estos fenómenos naturales. Entre otras aplicaciones geológicas, cabe destacar el monitoreo de glaciares (para evaluar el retroceso de los glaciares y su relación con los cambios en análisis de

cambio costero, movimiento de

el ciclo hidrológico),

placas tectónicas, erupciones volcánicas,

deslizamientos de tierra. 5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS LIDAR

5.1. Ventajas  Una ventaja significativa de esta tecnología, con respecto a otras, es que los datos pueden ser adquiridos en condiciones atmosféricas en las que la fotografía aérea convencional no puede hacerlo. Por ejemplo, la toma de datos puede hacerse desde un avión en vuelo nocturno o en condiciones de visibilidad reducida, como las que se dan con tiempo brumoso o nublado.

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 Entrega rápida, los 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.  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 fotogramétricamente (escala 1:1000).  Los datos lidar tienen múltiples usos porque los pulsos láser serán reflejados por casi cualquier objeto. Como consecuencia, habrá puntos que correspondan a la vegetación, edificios y otros objetos. Los puntos que corresponden a los objetos sobre el suelo se pueden usar para modelar los bosques, los edificios y otros elementos antropogénicos.

5.2. Desventajas  El costo es elevado para proyectos pequeños.  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.  Los datos lidar son puntos ubicados al azar en el terreno, no inteligentemente, es difícil extraer 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.  Es difícil extraer con lidar los elementos planimetricos como edificios,calles, ostes, etc.

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BIBLIOGRAFIA “sistemas lidar”. (2015).Recuperado de https://es.wikipedia.org/wiki/LIDAR?oldid=89606365 . “Levantamientos

lidar,

fotogramétricos

y

termograficos”.

(2013).

Recuperad

de:

ftp://ftp.geology.wisc.edu/chuck/guatemala/taller_estudiantes_enero2014/dia04__10ene2014/6_e studiantes/ponencia_congreso_2013.pdf