Hasta los usuarios más inexpertos saben que los drones se pueden utilizar para hacer fotografías. La accesibilidad de la fotografía aérea con drones ha motivado su uso en diferentes sectores y ha producido imágenes increíbles. ¿Pero tiene la calidad suficiente para tu próximo trabajo de cartografía o topografía?
Lo cierto es que las fotografías aéreas en sí mismas no pueden considerarse un recurso fiable para proporcionar el tipo de imágenes digitales medibles y sin perspectiva necesarias para la topografía. Para este tipo de trabajos, necesitarás la fotogrametría.
El término fotografía aérea hace referencia a cualquier imagen captada mediante un dispositivo aéreo. Además de mediante los vehículos aéreos no tripulados (VANT), como los drones, las fotografías aéreas pueden realizarse desde un avión o un helicóptero. Según el Servicio Geológico de los Estados Unidos, las imágenes aéreas representan una de las formas más habituales de teledetección o medición de las superficies de un lugar desde la distancia.
Las imágenes fotográficas suelen estar entre las alternativas más fáciles de usar a la hora de compartir información y tienen aplicaciones prácticas en varios sectores industriales. Sin embargo, no resultan muy precisas si no se colocan en un modelo de fotogrametría y su uso no se recomienda para los trabajos de topografía.
Aunque la definición de la fotografía aérea es amplia, de acuerdo con la información de EnvironmentalScience.org, las imágenes tienden a clasificarse en las categorías vertical u oblicua.
Fotografía aérea vertical
Las fotografías aéreas verticales se captan directamente sobre el objeto que se registra. Debido a esta disposición de arriba abajo, las fotografías verticales tienen problemas de perspectiva limitada, que podrían dificultar la posibilidad de extraer conclusiones de ellas. Además, las fotografías verticales también se pueden realizar desde alturas mayores que las oblicuas y permiten comparar de manera más sencilla fotografías de diferentes áreas realizadas desde la misma altura.
Por otra parte, las fotografías oblicuas se realizan manualmente desde un ángulo que suele ser de unos 45 grados, pero que puede variar según el objetivo. Al no ofrecer una perspectiva de arriba abajo, las fotografías oblicuas suelen tomarse desde elevaciones inferiores. Esto limita su uso en proyectos topográficos más grandes y, en última instancia, las convierte en la mejor opción solo para las superficies de forma singular que no se pueden registrar con precisión mediante una imagen vertical. Entre los usos más habituales de las fotografías oblicuas se incluyen la arqueología y determinados proyectos de ciencias ambientales.
Fotografía aérea oblicua
A pesar de que en ocasiones ambos términos se mezclen, la fotografía aérea es notablemente diferente a las imágenes por satélite. Las fotografías aéreas se pueden capturar mediante una gran cantidad de dispositivos diferentes, entre los que se incluyen los drones, y se realizan desde el aire a cualquier altura. Para que una fotografía se considere una imagen por satélite, debe haberse realizado desde un dispositivo que orbite alrededor de la Tierra. El resultado es que las imágenes por satélite se utilizan con moderación en el sector privado y son las más habituales en la investigación científica y la monitorización del clima.
Aunque tanto la fotografía aérea como las imágenes por satélite se consideran formas de detección remota, los satélites tienen diferentes usos adicionales, como la identificación de los cambios de temperatura, gracias a su singular emplazamiento tan lejos del planeta. Obviamente, las imágenes por satélite también tienen un uso práctico limitado para proyectos centrados en un área más pequeña o que requieren el uso de imágenes con una extrema riqueza de detalles.
Imágenes por satélite de la ciudad de Nueva York
Desde hace mucho tiempo las fotografías aéreas han sido una parte fundamental de muchos tipos de investigación científica. Además, sus aplicaciones han aumentado con el avance de la tecnología y la reducción de los precios de las cámaras de alta calidad y los VANT. Sin embargo, las limitaciones técnicas las han convertido en una opción poco práctica para los trabajos topográficos.
Aunque la fotografía aérea es una opción fantástica para crear una representación visual de una zona, esta técnica no proporciona el tipo de precisión necesaria para marcar las coordenadas exactas que requiere la topografía. Según la Enciclopedia Británica, incluso en una fotografía aérea vertical las coordenadas pueden mostrarse desviadas o deformadas. Además, las fotografías aéreas verticales también pueden fallar a la hora de proporcionar información precisa sobre topografía y profundidad. Por este motivo, realizar mediciones exactas a través de ellas puede ser un auténtico reto. Incluso las fotografías totalmente verticales tendrán estos problemas. Por este motivo, una fotografía aérea solo bastará si no necesitas recopilar medidas específicas.
Si deseas realizar mapas aptos para trabajos topográficos, deberás añadir las capacidades que ofrece la fotogrametría u otros tipos de detección de datos, por ejemplo, los sistemas LiDAR o multiespectrales.
Fotografía aérea vertical
Ortomosaico producido con fotogrametría
Aunque la fotografía aérea se puede utilizar para capturar fantásticas imágenes desde un punto elevado y permite obtener una percepción general del área fotografiada, esta modalidad no ofrece la precisión necesaria para la mayoría de las tareas de inspección y no muestra la topografía. Para este tipo de trabajos, necesitarás la fotogrametría.
La fotogrametría implica la captura de varias imágenes de una superficie y su uso posterior para crear modelos digitalizados de alta definición en 2D o 3D, que permiten realizar mediciones precisas. Según el alcance del proyecto, un modelo realizado con fotogrametría podría requerir de desde unas doscientas imágenes individuales hasta varios miles de ellas.
Según GIS Lounge, los principios básicos de la fotogrametría, como el uso de varias perspectivas o “líneas de vista” para ubicar las coordenadas, se desarrollaron por primera vez hace más de 150 años. Sin embargo, la forma de modelado ha alcanzado nuevos niveles de accesibilidad y uso con la generación de imágenes digitales y la tecnología aérea presente, por ejemplo, en los drones. Según la Penn State University, antes de la aparición de la fotografía aérea, la topografía utilizaba equipos como brújulas magnéticas, barómetros, mesas de dibujo y cinta para determinar la información topográfica.
Actualmente, la fotogrametría puede llevarse a cabo con una combinación de dispositivos entre los que se incluyen los drones, los aviones y los helicópteros. Sin embargo, gracias a los avances tecnológicos y a los precios más bajos, los drones se han establecido como el equipo preferido de muchos topógrafos.
En términos generales, la fotogrametría puede dividirse en dos categorías: la fotogrametría métrica y la fotogrametría interpretativa. La fotogrametría médica utiliza puntos de coordenadas en superficies para visualizar un objeto con mediciones casi exactas. Por el contrario, la fotogrametría interpretativa captura una fotografía y añade información topográfica mediante indicadores como la forma, las sombras y los patrones presentes en la imagen, en lugar de a través de las coordenadas. Aunque la fotogrametría métrica es más precisa, la fotogrametría interpretativa es suficiente en muchas situaciones. En ambos casos se utiliza un programa informático para combinar las imágenes y generar un modelo 3D preciso.
Aunque la fotogrametría podría añadir capacidades, solo resulta necesaria para algunos trabajos determinados. Según GIS Resources, entre las áreas de uso comunes se incluyen las siguientes:
Básicamente, la fotogrametría aérea ofrece ventajas para los topógrafos, en comparación con las técnicas terrestres independientemente de su sector industrial. La fotogrametría aérea proporciona más información en menos tiempo y permite a los topógrafos mantenerse alejados de las áreas peligrosas sin dejar de recopilar la información que necesitan. Esto suele traducirse en un mayor ahorro para las empresas. Además, como la fotogrametría depende de las imágenes digitales, puede utilizarse para crear modelos 3D realistas y fácilmente reconocibles, para utilizarlos de manera sencilla con una amplia variedad de partes interesadas.
Es importante tener en cuenta que la fotogrametría es diferente al sistema LiDAR, que responde a las siglas en inglés de detección y alcance de la luz. Mientras que la fotogrametría se basa en la identificación de coordenadas para crear una imagen precisa en 3D, el sistema LiDAR genera la topografía a través de la medición de la cantidad de tiempo que tarda una onda luminosa en reflejarse en el suelo y, de nuevo, en un dron. Esta técnica topográfica es increíblemente precisa, pero también es cara. No solo por los costes del equipo, sino porque además es de mayor volumen, es decir, porque los drones tienen que ser más grandes.
Si la fotogrametría es más adecuada para ti, o si el sistema LiDAR es el idóneo, depende de tu proyecto. El sistema LiDAR es perfecto para los espacios de trabajo con iluminación variable, que podría afectar a la calidad de una imagen fotográfica. Los topógrafos que trabajen en áreas con cubiertas vegetales densas podrían decantarse por el sistema LiDAR, ya que penetra en las hojas, las ramas y los árboles. Otros usos podrían incluir proyectos que dependen de superficies extremadamente finas como los tendidos eléctricos. Sin embargo, y por último, ambas técnicas se pueden utilizar para crear modelos 3D funcionales y fácilmente aplicables.
Para reproducir correctamente la escala de una fotografía aérea y utilizarla para crear un modelo de fotogrametría, necesitarás calcular la distancia de muestreo del suelo en la imagen o, más brevemente, la GSD (por sus siglas en inglés). La GSD describe la distancia real entre los centros de dos píxeles consecutivos en una imagen. En otras palabras, si la GSD se calculara como un metro, cada píxel de un mapa será representativo de esa distancia. Tanto las fotografías aéreas como la fotogrametría requieren una GSD precisa, ya que estos mapas de fotogrametría también se generan a partir de varias imágenes digitales.
La GSD que necesitarás depende del alcance del trabajo topográfico. Los proyectos con una escala mayor requerirán una GSD más alta, lo que significa que el mapa general será menos detallado, mientras que los proyectos centrados en una porción de terreno más pequeña utilizarán una GSD más baja. Según Aerial Survey Base, muchos topógrafos seleccionan tanto un objetivo como una GSD mínima. Esto permite el uso de imágenes con ligeras variaciones en la GSD, lo que sucede por las variaciones del terreno. Aunque, como suele suceder en la fotogrametría aérea, permitir un amplio rango entre el objetivo y el mínimo puede generar la creación de más imágenes útiles, se requieren más capacidades informáticas debido a la información involucrada.
Para calcular la GSD deberás disponer de la siguiente información de tu dron:
Cada uno de estos números debería ser fácil de encontrar, según la marca de tu dron. Una vez que dispongas de esta información, la GSD se puede calcular con una calculadora online o relacionando las cifras mediante una ecuación.
El uso de la fotogrametría con drones puede ahorrar tiempo y dinero en comparación con las técnicas clásicas de topografía terrestre. Esto significa que los drones cartográficos representan una inversión que vale la pena realizar tanto para los topógrafos como para quienes los contratan. Para que un dron pueda realizar tareas de fotogrametría, debe ser capaz de tomar fotografías aéreas, ya que las imágenes fotográficas son la base de esta técnica.
Si precisas una cartografía de última generación, el modelo Matrice 300 RTK es ideal para ti. Este dron combina inteligencia y rendimiento, e incluye detección y posicionamiento en seis direcciones, y la capacidad de uso de hasta tres instrumentos simultáneamente.
Además de encontrar un dron con las capacidades correctas, los topógrafos que deseen utilizar la fotogrametría también necesitarán un software intuitivo para realizar cartografías mediante drones como, por ejemplo, DJI Terra. Terra es una solución integral para realizar cartografía mediante drones, que combina las imágenes y simplifica la topografía. Si necesitas un mapa en 2D o en 3D, este software puede procesar tu información y renderizar imágenes precisas.
Aunque la fotografía aérea haya revolucionado la cartografía y la investigación científica, necesitarás añadir funciones de fotogrametría para realizar un trabajo topográfico. La fotogrametría se utiliza para crear modelos en 2D y 3D con coordenadas precisas. Si comprendes esta técnica y dispones de drones y de un software de DJI, ningún trabajo te supondrá un gran reto.
Fuentes:
https://sciencing.com/difference-satellite-imagery-aerial-photography-8621214.html
https://www.gislounge.com/a-brief-introduction-to-photogrammetry-and-remote-sensing/
https://pubs.usgs.gov/gip/AerialPhotos_SatImages/aerial.html
https://enterprise-insights.dji.com/blog/drone-photogrammetry-for-terrestrial-surveying
https://www.environmentalscience.org/principles-applications-aerial-photography
https://www.aerial-survey-base.com/gsd-calculator/what-is-gsd/
https://www.e-education.psu.edu/natureofgeoinfo/c6_p11.html
https://www.britannica.com/technology/surveying/Aerial-surveying