Fotogrametría vs. LiDAR para cartografía aérea

En el mundo de la topografía, existen varias técnicas para la recopilación de datos. La tecnología que utilice dependerá en gran medida del uso que le vaya a dar a los datos. En cuanto a la cartografía aérea, dos tecnologías destacan como las más utilizadas y, a menudo, las más eficaces: la fotogrametría y el LiDAR.

Así pues, supongamos que tiene un próximo proyecto de cartografía con UAV y se pregunta cuál de estas técnicas es la mejor. Ha llegado al lugar adecuado, ya que analizaremos qué hace cada método y para qué se utiliza mejor.

¿Qué es la fotogrametría?

La fotogrametría se refiere a la actividad de tomar varias fotografías desde diferentes ángulos y con solapamientos variables, para luego utilizar software especializado en la construcción de mapas 2D, ortomosaicos, modelos 3D y DEM (modelos digitales de elevación), entre otros productos. La fotogrametría se ha practicado durante mucho tiempo con aeronaves tripuladas, pero la invención de los sistemas UAS la ha hecho aún más accesible a industrias que antes no podían permitírsela.

¿Qué es el LiDAR?

LiDAR (Light Detection and Ranging) es una tecnología que se basa en haces láser para medir distancias. Una carga útil LiDAR se acopla a un sistema de aeronave, y los espejos oscilantes envían haces láser al objeto que necesita ser capturado a intervalos específicos.

Este sistema mide entonces la distancia que recorre el haz una vez que se refleja desde el objeto. El LiDAR genera nubes de puntos que forman la forma exacta del objeto capturado. Sin embargo, el LiDAR no funciona solo. Para que sea eficaz, deben existir sistemas GPS o GNSS, así como una IMU (Unidad de Medición Inercial) precisa.

Fotogrametría vs. LiDAR: ¿Cuáles son las diferencias?

Ahora que sabemos cómo funcionan ambas tecnologías, comparémoslas basándonos en los factores a considerar al elegir un método de cartografía aérea.

Precisión

Generalmente, los datos LiDAR son más precisos que los de fotogrametría, y la diferencia radica en cómo se recopilan los datos. Para la fotogrametría, dependemos de las cámaras para tomar las fotos. Sin embargo, es posible recopilar datos imprecisos en condiciones nubladas, poca luz o áreas con vegetación muy densa. 

La carga útil utilizada también afecta la precisión de los datos recopilados. Las cargas útiles profesionales con obturadores mecánicos, como las del DJI Mavic 3 Enterprise, serían un excelente punto de partida si desea datos de fotogrametría precisos. Si bien podría utilizar sistemas PPK y RTK para mejorar la precisión de los datos de fotogrametría, los factores mencionados anteriormente siguen siendo aplicables.

Por otro lado, dado que el LiDAR se basa en el envío de pulsos, los datos que se obtienen de él tienden a ser más precisos. Esto se debe a que estos pulsos atravesarán las nubes e incluso la vegetación densa. Sin embargo, estos pulsos no atraviesan objetos sólidos, por lo que si la luz no puede pasar, los sistemas LiDAR no serán eficaces.

Cobertura

La cantidad de terreno que cualquiera de estos sistemas puede cubrir depende de la plataforma que esté utilizando. En algunos casos, la fotogrametría puede cubrir más terreno, especialmente cuando se utilizan drones de ala fija, VTOL o eVTOL que pueden volar a mayores altitudes y durante más tiempo. Se podría cubrir aún más terreno con LiDAR volando a mayores altitudes, ya que el LiDAR a veces tiene un campo de visión más amplio, pero se podría comprometer la calidad de los datos recopilados.

Para la máxima precisión de los datos LiDAR, es aconsejable volar lentamente y a altitudes más bajas, cubriendo menos terreno a la vez. Además, también debe considerar la zona en la que vuela. En Europa, por ejemplo, la altura máxima a la que se puede volar en la categoría abierta es de 120 metros; volar más alto requerirá una licencia o aprobación especial.

Para cubrir más terreno con ambas técnicas, podría utilizar varios drones con una planificación adecuada de la flota para evitar colisiones. En el futuro, los enjambres de drones podrían ser la norma, permitiendo controlar varios drones para cartografía o cualquier otra actividad desde un único centro.

Facilidad de uso

La fotogrametría ofrece una experiencia de usuario más optimizada. Siempre que disponga del sensor adecuado y siga los pasos correctos en la preparación y recopilación de datos, software como Agisoft, Pix4D o DroneDeploy procesará los datos por usted y le proporcionará entregables utilizables. Por otro lado, el LiDAR es más complejo y requiere más experiencia para su manejo.

Entregables

Los entregables que obtenga también pueden ayudar a determinar qué técnica utilizar. Con la fotogrametría, puede obtener ortomosaicos claros y modelos 3D, lo que la hace ideal para presentar características externas como edificios o zonas afectadas por desastres. El LiDAR produce densas nubes de puntos que muestran los objetos que se están capturando. Si bien podría colorearlas para comprenderlas mejor, el resultado puede ser de menor resolución que el de la fotogrametría. Sin embargo, estas nubes de puntos son bastante buenas para representar el terreno o mostrar la superficie real del objeto.

Velocidad de procesamiento

El procesamiento de datos de fotogrametría a veces lleva mucho tiempo, especialmente cuando se procesa en un PC de escritorio. Procesar 100 acres (40,5 ha) con un PC de 8 GB de RAM y 1 TB de ROM tarda una semana en completarse. El mismo procesamiento con 64 GB de RAM tardó solo unas pocas horas. Se necesita una alta potencia de procesamiento para obtener los resultados en pocas horas. Por otro lado, el LiDAR es más rápido, ya que se puede obtener la nube de puntos 3D tan pronto como el dron aterriza para proyectos pequeños, aunque los proyectos grandes podrían consumir algo de tiempo de procesamiento.

Costo

Si bien ha sido posible fabricar cargas útiles más pequeñas para usar en drones, estos sistemas siguen siendo bastante caros. Si busca una forma más económica de recopilar datos, la fotogrametría es relativamente más barata que el LiDAR. Siempre que el dron que tenga disponga de cámara, es posible utilizarlo para fotogrametría. Sin embargo, el trabajo profesional requiere sensores de alta calidad que no son baratos, pero aun así son más asequibles que el LiDAR.

Aplicaciones

Basándose en cómo funcionan y en sus puntos fuertes y débiles, a continuación se presentan las mejores aplicaciones para cada uno;

–        Fotogrametría – La fotogrametría funciona mejor para crear ortomosaicos 2D, DEM y modelos 3D de áreas con poca o ninguna vegetación o cualquier cosa que pueda bloquear la cámara. Esta técnica será perfecta si desea visualizar un proyecto arquitectónico o monitorear cambios en la vegetación.

–        LiDAR – Debido a su capacidad para penetrar la vegetación, el LiDAR funciona mejor para la gestión forestal, la cartografía de la vegetación, la cartografía del terreno, la cartografía de infraestructuras y la inspección de activos como carreteras, torres de telefonía móvil y corredores de servicios públicos.

Avances tecnológicos

Desde que el hombre pudo surcar los cielos con aviones, varias industrias han estado pensando en cómo los sistemas de aeronaves podrían ayudarlas. Una de estas industrias es la de la topografía.

Avanzando rápidamente hasta la introducción de los drones, los ingenieros han logrado fabricar cargas útiles de fotogrametría y LiDAR lo suficientemente pequeñas como para caber en los drones. La tecnología que antes solo se utilizaba en el ámbito militar ahora está disponible para usuarios empresariales y de consumo. Otros avances tecnológicos, como la IA y el 5G, están haciendo posible automatizar el flujo de trabajo de mapeo y procesamiento, minimizando el tiempo y mejorando la precisión.

Mediante el aprendizaje automático, es posible entrenar un modelo para detectar ciertos objetos en un mapa o en una transmisión en vivo, como edificios, personas o animales. Esto funciona bien para la vigilancia, la agricultura de precisión, el monitoreo, la detección de cambios en las formas del terreno o la creación de una presentación digitalizada más comprensible de los datos generados a partir del proceso de cartografía aérea.

Servicios como One3D.ai le permiten recopilar y cargar imágenes a la nube para su procesamiento en tiempo real, lo que es aún más eficiente con 5G. Además de la recopilación de datos, el LiDAR también se utiliza en sistemas UAS para detectar y evitar obstáculos, y funciona mejor que los sistemas basados en infrarrojos.

Consideraciones finales

Y ahí lo tiene. Tanto la fotogrametría como el LiDAR tienen sus ventajas y desventajas. Su elección debe depender del proyecto, el área que va a cartografiar, los entregables deseados y su presupuesto. Si es posible, puede combinarlos, ya que ambos ofrecen perspectivas únicas.