La red europea de autovías se extiende durante 80 000 km y atraviesa varios países. En 2017, Alemania quedó la segunda de Europa y la cuarta del mundo con 12 996 km de autovías, lo que la convierte en uno de los principales países de tránsito para millones de coches y camiones de camino a sus destinos en el sur de Europa o Europa del este, desgastando las estructuras existentes.
El Ministerio Federal de Transportes alemán llevó a cabo un análisis exhaustivo del crecimiento esperado del tráfico entre 2010 y 2030 y calculó un aumento del 12 % en pasajeros-kilómetros y del 38 % en toneladas-kilómetros. El estudio subrayó la necesidad urgente de renovar y ampliar la red alemana de transporte y el ministerio recomendó hacer una inversión pública de 270.000 millones de euros en su plan federal de infraestructuras de transporte para el año 2030. Casi el 75 % de las inversiones se destina a la renovación y ampliación de la red de carreteras y autovías1.
Para atender la creciente demanda de mejoras en las infraestructuras de transportes, los responsables han recurrido a las nuevas tecnologías para aumentar la eficiencia. En este sentido, varias empresas han empezado a usar drones para cartografiar los sitios de obra, agilizando así los trabajos de topografía.
La ejecución del plan del ministerio es una labor compleja que exige planificación a largo plazo y coordinación con empresas privadas y especialistas para completar unos proyectos de construcción de carreteras de gran envergadura.
STRABAG SE, el sexto grupo de construcción más grande de Europa, y su filial alemana, STRABAG AG, son importantes actores en la construcción de infraestructuras de transporte, actividad que supone el 37 % de su producción. Con más de un siglo de experiencia y más de 70 000 empleados en todo el mundo, STRABAG se ha ganado a pulso una posición privilegiada en el mercado por varias razones, una de ellas ha sido mantenerse a la cabeza de la innovación tecnológica.
Los equipos de STRABAG trabajan de forma simultánea en 9100 proyectos de construcción en toda Europa, de los cuales 4900 se desarrollan en Alemania. Juntos, todos estos proyectos suman 600 km de carreteras en proceso de construcción o renovación que requieren trabajo eficaz y comunicación eficiente para finalizar las obras a tiempo y sin salirse de presupuesto. Por lo tanto, una planificación exacta y precisa del terreno es fundamental para gestionar y asegurar la calidad de los proyectos de construcción.
Desde 2015, la unidad de negocio de STRABAG de medición digital y vehículos aéreos no tripulados (VANT) utiliza drones en la cartografía de proyectos de clientes internos y externos, ahorrando tiempo y dinero. Al utilizar esta tecnología cada vez con más clientes, han ido surgiendo nuevas aplicaciones que requieren altos niveles de precisión. Para hacer frente a esta necesidad de precisión, STRABAG ha incorporado el nuevo Phantom 4 RTK a las herramientas de los topógrafos.
Uno de los proyectos a largo plazo que STRABAG tiene en marcha actualmente es la construcción de la autopista A3 cerca de la ciudad de Würzburg, en Alemania. Las obras, que comenzaron en 2014 y se espera que finalicen en 2021, consisten, entre otras tareas, en ampliar la autopista de dos a tres carriles, construir un túnel de insonorización y sustituir un puente deteriorado2. Estas mejoras abarcan una superficie de muchos kilómetros de autopista en un terreno muy complejo con pendientes pronunciadas y muchas curvas. En este tipo de proyectos, en los que se han de invertir varios años, la calidad y eficiencia en las labores de topografía son una prioridad para el equipo de STRABAG, porque permiten planificar y medir los progresos con precisión.
“Utilizar drones para cartografiar proyectos de construcción tiene muchas ventajas; transforman los procesos de trabajo y simplifican varias fases operativas. Con los métodos topográficos convencionales también se obtienen modelos en 3D, pero los modelos digitales creados con la información recogida por drones presentan mayor densidad de puntos y un nivel de detalle mucho mayor”, afirma Thomas Gröninger, jefe de la unidad de negocio de medición digital y VANT de STRABAG.
A día de hoy, los drones son para STRABAG un elemento básico en la cartografía para proyectos de construcción. Los drones han demostrado su superioridad en comparación con los métodos topográficos manuales convencionales en entornos en los que hay vegetación baja, señal GPS disponible y suficiente luz solar. Sin embargo, para obtener resultados topográficos precisos (con una precisión de hasta 3 cm) con un dron que no sea RTK/PPK, es necesario establecer hasta 40 puntos de control de tierra por kilómetro cuadrado, lo que puede llevar varias horas.
El DJI Phantom 4 RTK tiene un sistema de navegación y posicionamiento de precisión centimétrica integrado y un sistema de imagen de alto rendimiento que soporta tanto soluciones RTK como PPK. El objetivo calibrado del Phantom 4 RTK recoge en cada foto parámetros como la posición y la altitud, y ajusta estos datos de posicionamiento en el centro del sensor CMOS de la cámara usando el sistema TimeSync, lo que permite crear imágenes topográficas excepcionales. Al utilizar el módulo de posicionamiento RTK (GPS L1 L2, GLONASS L1 L2, Galileo E1 E5a y BeiDou B1 B2), el Phantom 4 RTK puede reducir la cantidad necesaria de puntos de control en tierra a cero. A efectos de gestión de la calidad, en este sector se considera aceptable contar con entre tres y cinco puntos de control en tierra por kilómetro cuadrado. El Phantom 4 RTK se puede usar con menos puntos de control en tierra, esto se traduce en un ligero aumento en la precisión y un ahorro de hasta el 75 % del tiempo de configuración de los puntos de control.
Para aprovechar todas las ventajas del sistema integrado, en el modo RTK los topógrafos utilizan los servicios de red RTK. Para conseguir unos resultados aún más precisos, sobre todo en zonas con poca cobertura móvil, se conecta a la estación móvil GNSS de alta precisión D-RTK 2.
El Phantom 4 RTK funciona de la siguiente forma: el dron capta datos de observación por satélite y efemérides astronómicas y los almacena en un archivo PPKRAW.bin en formato RTCM 3.2. Además, el Phantom 4 RTK convierte los datos de satélite a formato RINEX (Receiver Independent Exchange Format) y almacena los datos en un archivo RINEX.obs. Como los datos GNSS se incluyen en las imágenes de la cámara, los archivos Timestamp.MRK permiten obtener imágenes con una información de posición extremadamente precisa. Todos los datos relevantes para la operación se almacenan en una tarjeta microSD en una carpeta única para cada misión. La coherencia de los datos del Phantom 4 RTK permite reducir el tiempo necesario para validarlos, lo que redunda en un flujo de posprocesado más ágil sin apenas necesidad de ajustes manuales.
Sin puntos de control en tierra, la precisión de posicionamiento horizontal es de hasta 3 cm, y la precisión de posicionamiento vertical es de hasta 5 cm en el sistema de referencia WGS84 que utiliza el Phantom 4 RTK. En zonas sin cobertura móvil, el Phantom 4 RTK permite a los topógrafos usar posprocesado cinemático para su posterior evaluación y se obtiene la misma precisión que con RTK.
“Al configurar la ruta de vuelo, tenemos que seleccionar la altitud y las repeticiones. El P4R tiene una aplicación de planificación de vuelo integrada en el control remoto que incluye todos los parámetros topográficos necesarios para que la planificación de vuelos sea fácil y eficiente”, afirma Philipp Mielke, jefe de equipo del departamento de medición digital y VANT de STRABAG.
El Phantom 4 RTK ha sido diseñado para hacer la cartografía más fácil, más cómoda y más eficiente, con una autonomía de vuelo de 30 minutos que permite cartografiar zonas muy amplias en un solo vuelo. Incluso si la zona es demasiado grande para ser cartografiada con una sola carga de batería, la función de Operation Resumption de la aplicación GS RTK permite reanudar la misión automáticamente en el mismo punto en que se interrumpió. El Phantom 4 RTK agiliza el trabajo de los cartógrafos ya que sigue el plan trazado efectuando curvas suaves y giros manteniendo una velocidad de vuelo constante. La capacidad de volar a una altura constante sobre terrenos accidentados y las funciones de cartografía de corredores suponen importantes avances para los cartógrafos. Todo esto es posible gracias a Mobile SDK.
Los datos obtenidos se pueden integrar fácilmente en software fotogramétrico de terceros para crear nubes de puntos y modelos en 3D aceptables. Philipp Mielke subraya que “las soluciones que permiten subir los datos obtenidos con drones para ser procesados en la nube desde un ordenador en el emplazamiento de la obra son un paso más de la innovación en topografía in situ. Los topógrafos no están condicionados por las distancias geográficas y no dependen de estar en su estudio o en la obra para analizar datos con eficiencia”. Visualizar el modelo en 3D en la nube poco después de obtener los datos permite a los ingenieros revisar la obra in situ e iniciar los pasos posteriores.
El dron proporciona información completa y detallada en una sola misión, de manera que los topógrafos y técnicos CAD reciben todos los datos necesarios de una vez y no necesitan volver a la obra para recopilar información adicional, lo que les permite ahorrar tiempo. Una vez procesada la nube de puntos en 3D a partir de las fotos del dron, los datos pasan por un proceso de posprocesado de acuerdo con los requisitos específicos de cada proyecto. En primer lugar se suelen llevar a cabo tareas de clasificación de la nube de puntos para descartar objetos no deseados como vegetación, vehículos y objetos artificiales, y vectorización y extracción de imágenes. Una vez analizados los datos, se utilizan para modelar terrenos y superficies, realizar cálculos de masa y volumen y modelado BIM.
Después de procesar las imágenes del Phantom 4 RTK, se pueden utilizar para crear diferentes productos:
Además de modelos en 3D, se pueden crear ortofotos en 2D utilizando software de terceros; estas imágenes proporcionan una perspectiva excelente de obras de gran magnitud a vista de pájaro. Estos datos en 2D y 3D son una buena base para reuniones de proyectos, como apoyo a la coordinación y para revisar proyectos.
Los modelos en 3D generados por drones ofrecen multitud de opciones de análisis y evaluación. Dependiendo del nivel de precisión que exige cada proyecto, los usos más comunes son la topografía, inspección, documentación y monitorización del progreso de obras de construcción. Varios drones se encargan de estas tareas en las obras de Würzburg.
“STRABAG pretende aumentar el uso de drones en proyectos de construcción en todo el mundo. En la actualidad contamos con 170 topógrafos en Alemania y 300 en toda Europa. El nuevo Phantom 4 RTK de DJI es un dron versátil y fácil de usar con funcionalidades integradas de red RTK. Esta combinación permite a STRABAG dotar a más equipos con drones para agilizar las tareas de topografía”, señala Thomas Gröninger. “El DJI Phantom 4 RTK es una herramienta esencial para los topógrafos y tendrá un papel fundamental en la digitalización de la industria de la construcción.”
Agradecimientos a Philipp Mielke, jefe de equipo del departamento de medición digital y VANT de STRABAG.
1) Plan federal de inversión en transportes (Bundesverkehrswegeplan)