Lidar Para Ingenieria

Congreso Internacional Geomática Andina 2012 Bogotá 5 de Junio de 2012

TOPOGRAFÍA LIDAR DE DETALLE PARA INGENIERÍA, INVENTARIOS FORESTALES Y ESTUDIOS AMBIENTALES

Juan Gonzalo GómezDirector de Soluciones de Ingeniería. BLOM Colombia

El Grupo Blom

• Fundada en Oslo en 1954 – sede actual• Presencia en 13 países Europeos + Colombia, Panamá, Honduras, Indonesia,

Camerún • 1,000 empleados• Compañía de servicios de tele-detección y sistemas de información geográficos• Prestación de servicios de alto valor añadido sobre modelos espaciales

� Generación de Mapas (topográficos, catastrales)� Topografía con distintas tecnologías Fotogramétrica y de alta precisión con

LiDAR� Transformación e interpretación del dato para ejecuciones posteriores de

proyectos� Acceso a la información vía nuestra plataforma Internet: GEOPORTAL

El Grupo Blom

• Cartografía

– Vectorial 2D y 3D

– Modelos Digitales del Terreno

– Modelos Digitales de Superficie

– Curvas de nivel

– Orto fotografías digitales

• Servicios basados en LiDAR

– Líneas eléctricas

– Ingeniería del transporte

– Inventarios forestales

– Estudios de inundaciones

• Modelos 3D urbanos personalizados

• Desarrollos GIS a medida

cc

• BlomURBEX

• BlomURBEX 3D

• BlomSTREET

• BlomHISTORICAL

– Oblicuas de 4 cm a 15 cm

– Ortofotos 10 cm

– Ortofotos 50 cm (PNOA, TerraItaly®,

etc)

– Imágenes satélite

– Datos LiDAR

– Datos Cliente

• Catálogo de Modelos 3D urbanos

• Sistemas de información de Registro, Propiedad y Catastrales

PROYECTOS DE INGENIERÍA Y CARTOGRAFÍA SERVICIOS ONLINE (SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICOS)

Unos clientes de referencia

Consumer Market (B2B2C)

Enterprise Market (B2B & B2G)

TECNOLOGÍA AL SERVICIO DE LA INFORMACIÓN Plataforma de servicios de información geográficos

• Plataforma geográfica de información• Carrier-grade con SLA del 99.999%• 18.000 tiles/s – 3,5 Gbps• API Web• SDKs para móviles (Android, Windows Mobile,

iPhone)• GIS Plug-Ins

Bogotá es el Centro de Operaciones de Blom paratodo Latinoamérica:

• Soporte logístico• Diseño de proyectos de Ingeniería• Servicios de Consultoría y soporte técnico• Establecimiento de CPD• Enlace técnico con expertos europeos

Blom: Centro de operaciones Colombia Latinoamérica

Integración en la sociedad colombiana:

• Desarrollo de Soluciones de Ingeniería (Engineering Grade Surveys) y altos estándares de calidad

• Apoyo a las empresas colombianas en suinternacionalización

• Trabajo con socios estables colombianos• Personal colombiano involucrado en los proyectos

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GPS + INS

Operación del sistema: Captura LIDAR

Fundamentos LiDAR

Principio de operación

1. El pulso láser es enviado y el reloj comienza

2. La luz se refleja en los diferentes objetos

3. El sensor captura la cantidad de luz reflejadacada nanosegundo (10-9

seg)4. El valor de intensidad se

almacena junto con el tiempo de lectura

5. Los impactos (ecos) son extraídos de la señalrecibida y las posicionescalculadas

Int

Time

Fundamentos LiDAR

Resultado: una nube de puntosgeorreferenciada y en 3D

Línea 400Boimente-Pesoz

Fundamentos LiDAR

Penetración LiDAR en zonas de alta densidad de vegetación

Línea 400STM-VIC-BSC

Montados en aviones

• Optech ALTM Gemini 167 (4)• Optech ALTM Pegasus (1)• Optech ALTM 3033 (1)• LEICA ALS60 (1)

Montados en helicópteros

• Top Eye MK II y III (5)

Recursos LiDAR BLOM

Engineering Grade LiDAR surveys

Helicóptero

Avión

100

200

300

400

500

600

700

800

100

200

400

500

600

700

800

300

Altura de vueloLíneas de vuelo Puntos / m² Ortofoto

Optimizado paracorredores

lineales

Mejor paragrandes

superficies

Ventajas del vuelo con helicóptero en corredores/trazas

Mayor densidad de puntos y más

precisión

Elección del equipo idóneo

Historia del desarrollo de la tecnología LiDAR TopEye en BLOM

• 1987 FOI Programa Flash (el comienzo) Personal de Blom está implicado en este proyecto de investigación

• 1993 Saab, Osterman y la Autoridad Sueca de Carretera s desarrollan TopEye

• 1995 Primer vuelo de TopEye

• 1996 Primer Vuelo comercial TopEye sobre líneas eléct ricas en Salt River, Arizona (USA)

• 1997 Cooperación con TerraSolid y el primer TScan del mundo realizado en Göteborg (Suecia).

• 1999 TopEye desarrolla su primera Cámara Digital SF p ara captura simultánea de imágenes; cooperación entre Hasselblad y PhaseOne

• 2000 Tesis de Helen Rost en calibración LiDAR – comien zo del Matching y TerraMatch

• 2003 Recomendación de los modelos LiDAR para el diseñ o de carreteras ordenado por la Autoridad Sueca de Carreteras. Inicio del concepto Engineering Grade Surveys

• 2004 Desarrollo de TopEye Mk II

• 2005 Blom ASA compra TopEye AB

• 2007 Primero vuelo TopEye de línea eléctrica en E spaña y primer vuelo LiDAR Blom en Centroamérica

• 2009 Blom desarrolla TopEye MKIII

• 2011 Blom desarrolla un nuevo TopEye MKIII para operar en Colombia

Historia LiDAR TopEye

Equipo utilizado - Top Eye MK III - Hardware del sistema (I)

Plataforma aerotransportada, helicópteros Eurocopter:

• Ecureuil AS350 BA, B1, B2 y B3 (monoturbina)

• AS355 (biturbina)

GPS

STC Homologación Europea EASA

• LiDAR (emisor y receptor)• Cámara• IMU

Top Eye MK III - Hardware del sistema (II)

Control y almacenamiento

Navegación

STC Homologación Europea EASA

Parámetro Valor

Altura de operación (AGL, altura del vuelo)

Entre 60 y 1500 m

PRF, Frecuencia de emisión de pulsos

Hasta 400.000 Pulsos/ seg

Precisión vertical < 10 cm y hasta 20 mm

Resolución imágenes Gsd entre 1 y 10 cm/píxel (RGBI)

Densidades típicas Entre 5 y 200 ptos/m2

Tecnología exclusiva BLOM –especificaciones técnicas únicas

Flexibilidad, rapidez de operación y precisión – Hasta 20 mm en Z

Adaptación de equipos para proyectos a medida

Características técnicas TopEye MKIII

Algunos proyectos de referencia

• 12.000 km de líneas eléctricas EON

• 5.000 km de líneas eléctricas Statnett• 2.500 km de líneas eléctricas RTE• 2.400 km líneas eléctricas REE España• 1.500 km gasoductos Fluxys• 10.000 km vías férreas Deutsche Bahn• 220.000 ha riesgos de inundación HPR Holanda• 700 Km de Oleoducto Colombia• Contratos ejércitos Suecia y Noruega

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Parámetro Valor

Altura de operación (AGL, altura del vuelo)

Entre 60 y 1500 m

PRF, Frecuencia de emisión de pulsos

Hasta 400.000 Pulsos / seg

Precisión vertical < 10 cm y hasta 20 mm

Resolución imágenes Gsd entre 1 y 10 cm/píxel (RGB o RGBI)

Cámara digital Rollei P20 16 MP RGBRollei P45 39 MP RGBLeica RCD30 60 MP RGBI

Densidades típicas Entre 4 y 200 ptos/m2

Tecnología exclusiva BLOM –especificaciones técnicas únicas

Flexibilidad, rapidez de operación y precisión – Hasta 20 mm en Z

Adaptación de equipos para proyectos a medida

Características técnicas TopEye MKIII

Características técnicas sistema LiDAR BlomEl proyecto Planificación

Vuelo

GPS-estaciones de referencia

Procesado de datos

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Flujos de trabajo en el procesado LiDAR

1 Procesado básico -> nube de puntos 2 Clasificación de datos y productos básicos

Conductores

Distancia

3 Productos de valor añadido 4 Explotación y suministro de datos

Topografía de detalle para Ingeniería de Infraestru cturas

Topografía LiDAR e ingeniería medioambiental:

• Evaluaciones de impacto ambiental• Obra nueva – Proyectos de construcción• Mantenimiento obra existente• Metodología Blom publicada en estándares internacionales (Engineering Grade Surveys)

Vías férreas, gasoductos, oleoductos, carreteras

Topografía LiDAR de detalle para estudios de Inundab ilidad

Modelos de Elevaciones para estudios de inundabilidad

Estudios de detalle o áreas extensas

Proyectos nacionales

Aplicaciones LiDAR para líneas eléctricas

Topografía LiDAR de líneas para:

• Mantenimiento de Instalaciones• Medio Ambiente• Ingeniería de líneas• Línea nueva y línea existente

Aplicaciones LiDAR para estudios ambientales e inve ntarios forestales

Estudios de Ingeniería forestal para:

• Estudios de Impacto ambiental• Mapas de usos de suelo• Inventarios forestales pie a pie y a nivel de tesela

Ejemplo de resultados de proyecto

Parámetro Valor

Densidad mínima objetivo 15 ptos/m2

Densidad media proyecto 52,51 – 59,2 ptos/m2

Precisión vertical WGS84 traza tras ajuste (RMS)

8,8 cm – 3,5 cm

Calidad del ajuste entre pasadas (matching) 7,3 - 9,9 cm5,2 - 9,7 cm

Incidencias Sensor fuera de rango, nubes, ruptura de la lente de la cámara, actualización de software para vuelos altos

GSD imágenes vuelo 7,3 y 4,8 cm

Ortofotos 8 y 5 cm

Modelo geoidal local de ajuste

Transformación de coordenadas

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Datos LiDAR clasificados

Productos básicos – nube de puntos clasificada

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Productos básicos - Ortofoto 5 cm – RGBI

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Productos básicos - Ortofoto 5 cm – RGBICartografía básica

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Modelo Digital del Terreno

Productos básicos

blom28

Modelo Digital del Terreno

Productos básicos

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Curvas de nivel cada 50 cm

Productos básicos

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Curvas de nivel cada 50 cm

Productos básicos

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Productos Generados – Curvas de nivel cada 25 cm

Productos básicos

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MDT

Productos básicos

MDS

Productos básicos

Controles de Calidad del proyecto

Toma de datos y procesado básico

• Controles de calidad cobertura de datos• Procesado GPS de los vuelos (Procesado PPP y/o con estaciones base)• Densidades obtenidas (T-PDS)• Ajuste de las pasadas (TasQ)• Comparativas con Grillas de Control (WGS84)• Comparativas con levantamientos taquimétricos

Se entregan resultados gráficos y estadísticos de todos los procesos de Control de Calidad

Controles de calidad

Controles de Calidad del proyecto – Resultados TasQ y TPD S

Control de Calidad– Ortofotos

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Controles de Calidad del proyecto

Comparativas con levantamientos taquimétricos de contr ol

Engineering Grade LiDAR surveys

• Estandarización de procesos• Toma de datos• Procesado• Controles de calidad• Metodologías topográficas de apoyo

• Homogeneidad de la calidad de los datos• Especificaciones técnicas objetivas e imparciales• Mejora rendimiento producción de proyectos y puesta en marcha• Dotar a las distintas partes de herramientas de evaluación

objetivas – Código de buenas prácticas

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Aplicación Engineering Grade LiDAR Surveys

Red geodésica

Levantamiento topográfico convencional

Diseño en Fase III

Construcción

LiDAR + procesado básico

Topografía convencional

Mes 1 Mes 2 Mes 3 Mes 4 Mes 5 Mes 6 Mes 7 Mes 8 Mes 9 Mes 10 Mes 11 …

Red geodésica

Diseño en Fase III

Datos ajustados y productos finales Construcción

MDT auto + Ortofoto

FIN DISEÑO

FIN DISEÑO

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Bosque natural de Pinus sylvestris. Burgos (España)

INNOVACIONES EN LA GESTIÓN AMBIENTAL

Cartografía de vegetación – Datos de partida

5/15




6/15




PARÁMETROS FORESTALES DIRECTOS A PARTIR DE DATOS LIDAR


PARÁMETROS FORESTALES DIRECTOS A PARTIR DE DATOS LIDAR

Alturas y cobertura de copas (Fcc %)


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OTRA INFORMACIÓN DIRECTA A PARTIR DE LiDAR: Calidad de estación o índice de sitio. ProductividadPOTENCIAL DE CRECIMIENTO

Bosque de repoblación de Pinus pinea, Córdoba (España)

Ortofoto. Escasa información

Un nuevo concepto en la información del arbolado


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FORMA CUALITATIVA. DirectaFORMA CUANTITATIVA. Indirecta

Mapa ráster alturas de vegetación

OTRA INFORMACIÓN DIRECTA A PARTIR DE LiDAR: Calidad de estación o índice de sitio. ProductividadMODELIZACIÓN DEL CRECIMIENTO

Bosque de repoblación de Pinus pinea, Córdoba (España)



Información acerca del combustible forestal. Defensa contra incendios


Información acerca del combustible forestal. Defensa contra incendios


UN PASO MÁS. CUANTIFICACIÓN RECURSOS FORESTALESINVENTARIO FORESTAL LIDAR A NIVEL DE TESELA

FASES:

1. Vuelo LIDAR.2. Cartografía de tipos de masa y estratificación.3. Parcelas de campo y ajuste de regresiones. 4. Aplicación de las regresiones sobre los datos LIDAR.

CONVERSION DE DATOS LIDAR A PARÁMETROS FORESTALES

CLAVES:- El bosque se divide en celdas.- A cada celda se le aplica una ecuación para cada parámetro (N, G, VCC,Hdom, Hm, Dnm, Ncep).- El cálculo a niveles superiores a la celda (p.ej. unidades de manejo) serealiza por medias.

CÁLCULO DE PARÁMETROS FORESTALES

Ejemplo Area Basal

VOLUMEN (VCC)


ALTURA DOMINANTE (Ho)


BIOMASA


Perfil de nube de puntos LiDAR clasificadaCon un vuelo LiDAR se captura mucha más información que la meramente topográfica

Múltiples aplicaciones, sobre todo en cuanto a la veget ación


Alta densidad de puntos, para no subestimar alturas de los árboles

Buena penetración en el dosel arbóreo

Requisitos para la gestión de la vegetación a nivel de á rbol individual

Aplicación a líneas aéreas de alta tensión

Nube de puntos básica

Tecnología LiDAR. Aplicación a líneas aéreas de alta ten sión

Puntos LiDAR clasificados

Tecnología LiDAR. Aplicación a líneas aéreas de alt a tensión

Nube de clasificada de forma personalizada, para su uso con software tipo PLS-CADD.


Línea 400Elcogás-Puertollano

Vectorización de conductores y apoyos


Archivos de planta y perfil generados con vuelos LiDAR


Línea 220AGU-GAR

Archivos de planta y perfil generados con vuelos LiDAR

Caracterización más precisa de la vegetación

Caracterización más precisa del

terreno

Cálculo de las catenarias más

preciso y muestreo


Archivos de planta y perfil generadoscon vuelos LiDAR

Fuentes de datos de entrada:

• Datos LiDAR• Modelos de Elevaciones LiDAR (MDT+MDV)• Ortofotos alta resolución• Datos de catastro actualizados• Datos de cartografía actualizada• Toma de datos en campo (toponimia, revisión de cruzamientos)

Generación de archivos de planta y perfil mediante software de desarrollo propio


Simulaciones. Objetos peligrosos

Cables

Distancia


Tecnología LiDAR y servicios aplicadosa Líneas Eléctricas

Simulaciones, cálculo exacto de incumplimientos sob re la nube de puntos 3DVegetación que incumple

Eliminación de incertidumbres de especie. Perfiles tran sversales sobre los datos LiDAR

INNOVACIONES EN LA GESTIÓN DEL ARBOLADO

Cartografía de vegetación

Eliminación de incertidumbres mediante perfiles transve rsales sobre los datos LiDAR



Cartografía de vegetación verificada




Delineación del árbol individual

Simulaciones, cálculo exacto de incumplimientos sob re la nube de puntos 3DRáster de alturas de la vegetación

Tecnología LiDAR y servicios aplicados a Líneas Eléctricas

Simulaciones, cálculo exacto de incumplimientosDelimitación de cada árbol a nivel individual a part ir de imágenes de alta resolución y datos LiDAR

Tecnología LiDAR y servicios aplicados a Líneas Eléctricas

Tecnología LiDAR aplicadaa Líneas Eléctricas

Simulaciones, cálculo exacto de incumplimientosÁrboles que incumplen y derribos de árboles sobre los conductoresSituación actual y proyección de crecimiento en alt ura por especies a nivel de árbol individual

Tecnología LiDAR aplicada a Líneas Eléctricas

Simulaciones, cálculo exacto de incumplimientosÁrboles que incumplen y derribos de árboles sobre los conductoresSituación actual y proyección de crecimiento en alt ura por especies a nivel de árbol individual

Amarillo: Árboles que hay que talar en la actualida dNaranja: Árboles que hay que talar para garantizar la no intervención de nuevo en la vida útil de la l ínea (proyección de crecimiento en altura a 40 años)

Tecnología LiDAR aplicada a Líneas Eléctricas

Archivos de planta y perfil: Afección a la vegetaci ónPlanta: árboles que incumplen a nivel individualPerfil: Línea de arbolado actual y proyectada a 4 0 años por especie. Incumplimientos

Otros servicios de valor añadido: termografías e inspe cciones corona


Investigación I+D+i: escaneos de apoyos con Láser escán er terrestre (LiDAR terrestre)


Otros productos de Tecnología LiDAR

Medición precisa temperatura de conductores mediante termografías en tierra

LiDAR Route Mapper - Blom&IBI group

Gracias por suatención!

Juan Gonzalo GómezDirector de Soluciones de Ingeniería. BLOM [email protected]

Documents

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