l aerofotogrametrico

LEVANTAMIENTO AEROFOTOGRAMÉTRICO
1. Introducción
Actualmente, cualquier cartografía, así como los levantamientos topográficos
de una cierta magnitud, son realizados con técnicas de fotogrametría, a partir
de fotografías aéreas. Si bien el concepto está implícitamente ligado a la
producción de cartografía, comprende un ámbito de aplicación más amplio y se
puede dividir en numerosas ramas que abarcan desde la Fotointerpretación
hasta la Teledetección.
Según Bonneval (1), la fotogrametría se define como “la técnica cuyo objeto es
estudiar y definir con precisión la forma, dimensiones y posición en el espacio
de un objeto cualquiera, utilizando esencialmente medidas hechas sobre una o
varias fotografías de ese objeto”.
Una definición más actualizada que nos da la Sociedad Americana de
Fotogrametría y Teledetección (ASPRS) es “el arte, ciencia y tecnología para la
obtención de medidas fiables de objetos físicos y su entorno, a través de
grabación, medida e interpretación de imágenes y patrones de energía
electromagnética radiante y otros fenómenos”. Esta última definición es más
amplia, abarcando técnicas modernas, y eliminando casi las diferencias
existentes entre la Fotogrametría y la Teledetección.
En cualquier caso podemos decir que la Fotogrametría es la ciencia que nos
permite, a partir de fotografías ya sea aéreas o terrestres, obtener las medidas
del objeto fotografiado.
La etapa actual en la que nos encontramos es una toma fotográfica
convencional sobre película y un tratamiento posterior sobre imagen digital
procedente del escaneado de la convencional (fotogrametría digital, pero no en
el proceso de toma).
En un corto plazo el SAF, contará con el uso de cámaras digitales
aerotransportadas, multiespectrales y combinación de sensores de
teledetección con técnicas de fotogrametría digital para cartografía.
El futuro cartográfico de la fotogrametría es el uso de cámaras digitales
aerotransportadas y la fotografía desde satélite (actualmente existen satélites
que comercializan imágenes con resoluciones de hasta 0,6 m por píxel).
1. BONNEVAL, Henri (1972): Photogrametrie Generale. Eyrolles. Paris.
2. Productos asociados
La Fotogrametría como la ciencia, arte y técnica de obtener información fiable
de los objetos y su entorno mediante el registro, medida e interpretación de
imágenes fotográfica y datos obtenidos a partir de energía electromagnética
radiante y otros fenómenos, definición del Manual de la Sociedad Americana de
Fotogrametría, ha usado casi desde sus inicios a las fotografías como fuente
primaria de información.
La fotografía no es más que el registro del haz perspectivo de rayos generados
por el objeto por medio de una cámara métrica. El uso de la fotografía como
fuente de información, aporta ventajas que no proporcionan los métodos de
topografía clásica:
•
•
•
•
El registro es total, continuo y objetivo.
Tiene un alto rendimiento.
No interacciona con el objeto a medir.
Es de fácil manejo y conservación.
Pero todas las ventajas que se derivan de las posibilidades de este tipo de
registro no tendrían sentido si no existiera un método que nos permitiera pasar
de la información bidimensional, proporcionadas por las fotografías a la
información tridimensional que necesitamos para determinar la forma,
dimensiones y posición en el espacio del objeto de nuestro estudio.
Entre los productos que se generan por está técnica están:
•
Planos digitales vectoriales de escala que van desde 1: 500 a 1: 20.000
•
Levantamiento de información del terreno (clasificación de campo)
•
Generación de Ortofotos digitales
•
Generación de MDT (Modelo digital del terreno)
•
Aerotriangulación digital
Es importante Señalar que los productos generados por esta técnica son
materia prima de entrada de una gran cantidad de proyectos basados en
tecnología SIG.
3. Descripción del producto:
Los productos fotogrametricos que comercializa el SAF están elaborados de
acuerdo a altos estándares de calidad, tanto en precisión como en aspectos
cuantitativos y cualitativos. Lo anterior con la finalidad de ser un aporte real a
satisfacer la necesidad de organismo e instituciones que realizan proyectos con
información geoespacial.
El plano digital es un modelo a escala de la realidad, el que es representado
por medio de un archivo digital del tipo vectorial, considerando todos aquellos
elementos que compone el paisaje natural y/o artificial dentro del área del
proyecto.
3.1. Sus principales características son:
•
Un producto de uso universal por ser un archivo digital del tipo vectorial.
•
Representación de elementos espaciales con un peso informático bajo.
•
Es un producto escalable en cuanto a su actualización.
•
Es utilizable tanto en 2D como en 3D.
3.2. Su uso está orientados a proyectos tan variados como:
•
Proyectos de ingeniería
•
Planificación territorial
•
Geocodificación
•
Monitoreo de flota
•
Geomarketing
•
Medio ambiente
•
Logística
•
Seguridad
•
Etc.
La fotogrametría se encuentra hoy en día totalmente ligada a otras disciplinas y
entornos. Principalmente se destacan las siguientes materias:
FOTOGRAMETRIA
TERRESTRE
TELEDETECCION
TRATAMIENTO
DIGITAL
DE IMAGENES
FOTOGRAMETRÍA
GPS
SIG
Fuente : SAF
4. Proceso de generación:
4.1. Flujograma del proceso
X,Y,Z, T
1. Realidad
2. Sensor
3. Escáner Fotogramétrico
4. EFD
5. Modelo
Sistema de Fotogrametría Digital (SFD)
Fuente : SAF
4.2 . Descripción de las etapas
Los Sistemas de fotogrametría digital (SFD), tiene por finalidad ser una
herramienta física – lógica, que nos permite representar la realidad por
medio de un modelo a escala. Este modelo debe conservar las propiedades
métricas y cualitativas de los objetos cartografiados.
Para crear el producto base es necesario contar con dos fotografías
tomadas desde dos puntos de vistas diferentes y a partir de la
reconstrucción de la forma de cada uno de los haces y de sus situación en
el espacio con respecto a un cierto sistema de referencia, usando el
principio de la visión estereoscópica que permite identificar los rayos
homólogos de cada haz, es capaz de proporcionarnos las coordenadas de
cada uno de los puntos objetos.
4.2.1 Las etapas que comprende esta metodología de trabajo son:
En primer lugar se debe entender que la realidad es una unidad compleja
que posee una localización geográfica y una variable temporal, que es
necesario extraer y modelar, la forma de lograr esta condición es por medio
de la captura de los datos a través de sensores que se encuentran tanto en
plataformas aéreas (aviones) o incorporados al segmento espacial como
son los satélites que orbitan nuestro planeta.
Cuando la información es obtenida por medio de un formato analógico como
es la fotografía convencional, se hace necesario contar con la ayuda de un
escaner fotogramétrico, el que nos permitirán transformar los datos base a
un formato digital, representados por una grilla de tamaño regular con
propiedades radiométricas visualizados como distintos niveles digitales de
píxel.
En las estaciones fotogrametricas digitales (EFD), se hará la elaboración de
los productos fotogramétricos. El que consiste en procesar datos digitales,
corregir deformaciones de las imágenes, referenciar a un sistema de
coordenadas y finalmente extraer la información semántica de interés de las
distintas entidades geográficas del área del proyecto.
Para el proceso de correcciones y orientaciones de las imágenes obtenidas
por el sensor, se utiliza un software específico que para el caso del SAF es;
SSK Pro Z/I Imaging de la compañía Intergraph.
4.2.2. Las tareas que se ejecutan con las EFD, están organizadas de la
siguiente manera:
Planificación del trabajo por medio de la elaboración de un croquis de
ubicación y control de los distintos modelos o bloques de restitución.
En forma paralela se debe coordinar el método de control geodésico que se
utilizará, el que puede ser modelo a modelo o por bloques.
Para la orientación de un modelo estereoscópico, es necesario conocer la
posición planimétrica y altimétrica de algunos puntos de control distribuidos
dentro de la zona a levantar.
El control terrestre se ocupa de la identificación de estos puntos en el
terreno así como de su medición y cálculo.
4.3 Aerotriangulación:
El objetivo de la aerotriangulación es obtener la posición del mayor número
posible de estos puntos de apoyos mediante operaciones fotogramétricas
de gabinete, reduciendo por tanto los trabajos a realizar en campo.
En un futuro cercano la metodología de aerotriangulación estará facilitada
por la innovación que reside en el uso del GPS cinemático en el avión para
proveer de coordenadas a la cámara en el momento de cada exposición.
En teoría este método de control de GPS puede disminuir aun más los
costos y tiempo de un control terrestre convencional modelo a modelo.
4.4. Eliminación de errores en las imágenes:
Antes de iniciar el trabajo de restitución se debe introducir ciertos
parámetros para eliminar todos los errores que contiene un par de
imágenes o modelo fotogrametrico.
Esta fase se denomina en
fotogrametría como orientaciones, la que se describe a continuación:
ORIENTACIONES
FOTOGRAMETRICAS
ORIENTACION
INTERIOR
ORIENTACION
EXTERIOR
ORIENTACION
INTERNA
ORIENTACION
RELATIVA
ORIENTACION
ABSOLUTA
Fuente : SAF
4.4.1. La orientación interna
Consiste en averiguar la focal (es un parámetro constante de la cámara si se
ha hecho la calibración correspondiente) y la posición del punto principal en
cada fotograma, w. esto se puede resolver midiendo las coordenadas en un
determinado sistema (que denominaremos sistema fotografía) de las marcas
fiduciales.
Fuente : SAF
La Orientación interna en procesos digitales cambia con respecto a las
análogas, la fotografía digital es procesada en el computador como un valor
numérico por lo tanto la orientación interna se traduce en una imposición de
valores desde la posición que tomen las marcas fiduciales y la posición del
centro de perspectiva por su distancia focal. Los valores de esta condición
geométrica deben extraerse del certificado de calibración de la cámara.
Toda fundamentación de la fotogrametría en su proceso de restitución se
mantiene en los sistemas digitales que en la realidad emulan matemáticamente
este proceso de ajuste, por lo que si conocemos la sustentación del proceso
bastara con conocer el modo de comandos de los sistemas digitales.
4.4.2. Orientación Relativa:
Consiste en orientar los dos fotogramas en el espacio en la misma posición que
en el instante de toma, es la orientación espacial del haz de rayos perspectivos.
Si orientando una foto con respecto a otra conseguimos eliminar la paralaje
vertical, el problema estará resuelto, el rayo a1 O1 se cortará con el rayo a2
O2, precisamente en el punto A.
Fuente : SAF
La orientación relativa consistiría en el posicionamiento de un sólido en el
espacio, es decir, un problema de 6 incógnitas:
- 3 translaciones y 3 giros alrededor de los tres ejes principales. En realidad, 5
incógnitas, ya que la modificación de la base en sentido del eje de vuelo (bx)
sólo modificará la escala del modelo, modificando asimismo la paralaje
horizontal px y no la paralaje vertical, que es la finalidad de la orientación
relativa (eliminarla).
Si se ha conseguido esto, fijándonos en la figura anterior, podemos imaginar
que tenemos materializado el modelo del terreno (a escala), pero el conjunto
rígido de fotogramas con centros de proyección, haces perspectivos y modelo
no están fijados aún en una posición en el espacio con respecto al sistema de
referencia terrestre de coordenadas.
4.4.3. Orientación Absoluta:
Sería el posicionamiento y nivelación del modelo con respecto al sistema de
referencia terrestre, así como averiguar la escala del modelo. Por ello habría 7
incógnitas en este problema. Se resuelve con la ayuda de los puntos de control
o puntos de apoyo medidos en el terreno e identificables en los fotogramas.
Con las coordenadas terreno de tres puntos (X, Y, Z) podriamos llevar el
modelo a su posición absoluta en el espacio (3 translaciones) y “nivelarlo”, fijar
la orientación del modelo respecto al sistema de coordenadas ( 3 giros).
Realizadas estas tres orientaciones, el modelo estaría orientado y se podría
empezar a determinar coordenadas absolutas de los puntos que midamos.
La fase final consiste en obtener por medio de una fotointerpretación del
operador la información que nos brinda las imágenes aérea del lugar del
proyecto, está representación se realiza gracias a un software de dibujo
asistido por el computador (CAD). Las entidades se visualizarán como figuras
geométricas del tipo vectorial (puntos, líneas y polígonos)
4.5. Compilación de datos
Una vez que la información planimetrica ha finalizado la siguiente fase es
incorporar al plano todos aquellos datos que se encuentran en el terreno y que
se deben obtener por medio de la técnica de clasificación de campo, para lo
cual, el SAF capacita y luego comisiona a su personal para cumplir con esta
tarea.
Los datos del terreno son sometidos a una validación y estandarización de
acuerdo a los criterios y procedimientos que utiliza el SAF para este tipo de
trabajos.
Finalmente los datos pasan a conformar las tablas de atributos de los distintos
elementos vectoriales que conforman un plano digital, además en esta fase se
crean
las topologías respectivas a las distintas capas de información
geográfica, la que la convierte en materia prima de alto nivel para su utilización
en diversos proyectos SIG.
Resumen
Levantamiento
Aerofotogramétrico
Control
Geodésico
Restitución
Clasificación
de campo
Compilación
BDG
Productos
Fotogramétricos
Fuente : SAF
BDG : Base de datos Geográfica
5. TOUR VIRTUAL
Especialista realizando planificación del trabajo fotogramétrico
Especialista preparando material para realizar la Aerotriangulación
Especialista realizando orientación interior
Especialista realizando orientación Absoluta
Elaboración de producto fotogramétrico
Especialista y Supervisor realizando Control de calidad al producto
fotogramétrico.
Especialista y Supervisor realizando Control de calidad al producto
fotogramétrico.
Especialista realizando edición gráfica al plano digital
Supervisor realizando validación de los datos en terreno
(Clasificación de campo).
Supervisor revisando trabajo de compilación de datos geográficos
Supervisor revisando trabajo de compilación de datos geográficos
6. Glosario Técnico:
Actualización cartográfica: Proceso de revisión y modificación de la información
geométrica y temática, con el fin de que la cartografía recoja los cambios habidos en el
tiempo en el territorio que representa.
Aerotriangulación: es una técnica de interpolación que tiene por propósito extender
fotogramétricamente el control horizontal y vertical (apoyo terrestre) proporcionado por
un número reducido de puntos de control, a todos los modelos estereoscópicos. En
efecto, la aerotriangulación consiste en la triangulación e intersección espacial
simultánea de los haces de rayos registrados en las imágenes. Los haces de rayos
conjugados, proyectados a partir de dos o más imágenes que se traslapan, se
intersectan en los puntos de control fotográfico comunes para definir coordenadas
tridimensionales de cada punto. La totalidad de los haces de rayos se ajusta
matemáticamente a los puntos de control fotográfico conocidos. Lo anterior permite
conocer las coordenadas del terreno de puntos desconocidos a partir de la
intersección de los haces de rayos ajustados. Los puntos así obtenidos se conocen
como puntos de paso y permiten realizar la orientación exterior de los modelos
estereoscópicos.
Apoyo terrestre: Son puntos de control horizontal y vertical a través de los cuales es
posible referir las imágenes al territorio. El apoyo terrestre para control fotogramétrico
se compone de puntos de control básico y puntos de control fotográfico. Los puntos de
control básico constituyen la referencia a partir de la cual se propagan las
coordenadas a los puntos de control fotográfico (vértices geodésicos y bancos de
nivel). El control fotográfico son puntos identificables en la fotografía que sirven de
control para las operaciones de fotogrametría.
Bloque: Es el conjunto formado por dos o más líneas de vuelo.
CAD: Dibujo Asistido por Computadora.
Cámara fotográfica: Aparato que sirve para hacer fotografías y que consta de un
medio
óptico (objetivo) y de un medio mecánico (obturador).
Cámara métrica: Cámara fotográfica que tiene un bastidor (cuerpo) indeformable,
dispone de objetivos con aberraciones ópticas mínimas, cuenta con marcas fiduciales
claramente visibles y con base en éstas, se puede establecer con certeza el centro
óptico de cada fotograma.
Certificado de calibración: Documento expedido por un organismo considerado
autoridad, en el cual se declaran los resultados obtenidos en pruebas muy rigurosas a
equipos fotogramétricos respecto a la precisión de sus parámetros declarados. Se pide
principalmente para la cámara métrica y los aparatos de restitución análogos.
Coordenadas: Un conjunto de “n” números que designan la posición de un punto en
un espacio n-dimensional.
Coordenadas geodésicas: Coordenadas definidas con respecto a un elipsoide de
referencia. Se emplean como coordenadas la longitud (a), latitud (l) y altura elipsoidal
(h).
Croquis: Representación gráfica de cualquier objeto sin considerar escala. (Boceto)
Cuadrícula: Sistema de coordenadas cartesianas rectangulares que se sobreponen
con precisión y de manera consistente en los mapas, cartas y otras representaciones
semejantes de la superficie de la tierra que permite la identificación de la posición del
terreno con respecto a otros sitios y el cálculo de la dirección y distancia a otros
puntos.
Digitalización o escaneo de fotografías aéreas: Transformación de fotografías
aéreas a imágenes digitales en formato ráster sin perjudicar la exactitud métrica.
Edición gráfica: Preparación de un documento gráfico mapa, plano u otro,
disponiendo sus elementos visuales de manera armónica, agradable, práctica y
fácilmente legible.
Escala: Es la relación numérica que existe entre la dimensión de un objeto en la
realidad y la dimensión del mismo en una representación analógica (mapa, foto, etc.).
Escáner fotogramétrico: Escáner especialmente concebido para la digitalización de
negativos de fotografía aérea de 23 x 23 cm. Para asegurar la calidad de la
digitalización, está dotado de alta resolución espacial y una gran estabilidad y
precisión geométrica y radiométrica. A su vez esta equipado para manipular rollos de
película mediante un mecanismo de rebobinado.
Estereoscopía: Técnica que permite la visión en 3D, aprovechando la visión
binocular.
Fotografía aérea: Instantánea de la superficie terrestre tomada verticalmente o con un
ángulo determinado, desde una aeronave, globo, etc.
Fotogrametría: Arte, ciencia y tecnología para obtener información acerca de los
objetos físicos y el medioambiente a través de procesos de registro, medición e
interpretación de imágenes fotográficas y patrones de energía electromagnética
radiante y otros fenómenos (de acuerdo a la ASPRS ).
Fotogrametría analítica: Se diferencia de la Fotogrametría analógica en que el
modelo espacial se reconstruye mediante programas informáticos que simulan dicha
geometría.
Fotogrametría analógica: Determinación precisa de un objeto en el espacio, a partir
de la utilización de fotografías aéreas formando modelos estereoscópicos,
reconstruyendo el modelo espacial con sistemas ópticos y mecánicos.
Fotogrametría digital: Que aprovecha como datos de entrada fotografías aéreas
previamente transformadas a formato digital o directamente captadas en digital,
reconstruyendo el modelo espacial de forma numérica y digital.
Fotointerpretación: Procedimiento que consiste en identificar los rasgos que
aparecen en la fotografía e interpretar su significado, con apoyo en la visión
estereoscópica (3D).
GPS (Global Positioning System): Sistema de Posicionamiento Global. Es un sistema
pasivo diseñado por el Departamento de la Defensa de los Estados Unidos con el
propósito de obtener la posición tridimensional y la velocidad en tiempo real a través
de señales emitidas por satélites.
GPS aerotransportado: Se refiere al uso de la técnica de posicionamiento satelital
para proporcionar las coordenadas del centro de cada fotograma. Esta técnica permite
reducir la cantidad de puntos de control convencionales.
Imagen Digital: Es una interpretación pictorial compatible con un equipo de
computación en la cual la imagen está dividida en una grilla muy fina o píxeles,
estructurado en filas y columnas a los que se les asigna un valor, lo anterior
corresponde a una estructura ráster.
Información Geográfica: Conjunto de datos, símbolos y representaciones
organizados para conocer las condiciones ambientales y físicas del territorio, la
integración de este en infraestructura, los recursos naturales y la zona económica
exclusiva.
Marcas fiduciales: Señales claramente visibles grabadas en la cámara métrica, las
cuales pasan directamente al negativo original de vuelo y de ahí por contacto directo
durante la exposición, a las fotos de contacto y a las diapositivas o bien a las
imágenes mediante el escaneo. La intersección de estas marcas permite encontrar el
centro fiducial a partir del cual es posible encontrar el Punto Principal de
Autocolimación y el Punto Principal de Simetría. La distancia del centro fiducial al
Punto Principal de Autocolimación y la distancia de las marcas fiduciales al Punto
Principal de Autocolimación se determinan durante la calibración.
Modelo Digital de Elevación (MDE): Es un arreglo de valores numéricos que
corresponden con los valores estimados de elevación de puntos en el terreno. Estos
puntos están espaciados y distribuidos de forma regular, de acuerdo con un patrón
que corresponde a una retícula cuadriculada en la que sus lados son equidistantes. La
representación geométrica a partir del arreglo de valores numéricos, es un modelo
simplificado de la forma del terreno.
MDT: Modelo digital del terreno, ver MDE
Metadatos: Datos sobre los datos. Información acerca de los datos que describe
detalladamente sus características en términos de contenido, calidad, proyección,
sistema de coordenadas y forma de distribución. Elaborados bajo la norma que para
tal fin defina, establezca y difunda la autoridad competente.
Micra: Millonésima parte de un metro (también conocido como micrón).
Modelo estereoscópico: Modelo en 3 dimensiones que puede utilizarse para generar
Cartografía digital ortogonal. El modelo se genera en la zona de traslape de dos
fotografías aéreas consecutivas y mediante una estación de restitución se posibilita la
visión binocular. A través de los parámetros de orientación es posible pasar de
imágenes con una proyección perspectiva central a el modelo tridimensional.
Ortofoto Digital: Es una imagen de una fotografía aérea, en la cual han sido
removidos los desplazamientos causados por la inclinación de la cámara o sensor y el
relieve del terreno. Está referida a una proyección cartográfica, por lo que posee las
características geométricas de un mapa, además de la calidad pictórica de la
fotografía.
Paralaje: Es el cambio aparente en la posición de los objetos ocasionado por un
cambio en la posición del observador.
Píxel (Picture element): Unidad mínima espacial que almacena información en una
imagen de teledetección. En el caso de un sensor de teledetección se registra la
radiación incidente del área del campo de visión instantánea (IFOV).
Plano: Representación gráfica a escala de una pequeña parte de la superficie
terrestre de objetos existentes o abstractos, y que puede ser tan detallado como sea
necesario.
Planimetría: Proyección de los rasgos del terreno sobre un plano horizontal.
Precisión: Medida de la uniformidad o reproducibilidad de una medición u observación
(dispersión de los resultados). Únicamente toma en cuenta la componente aleatoria de
los errores dejando de lado los sistemáticos y groseros (no toma en cuenta el valor
real).
Producto Fotogremétrico: materia prima (levantamiento aerofotogramétrico) con
valor agregado.
Puntos de apoyo/control fotogramétrico: Puntos visibles en las fotografías que
sirven de base para realizar la orientación absoluta durante la restitución
fotogramétrica.
Resolución Geométrica o Espacial: Para datos con estructura raster se refiere al
tamaño físico de la unidad mínima de información o pixel.
Revisar: Someter una cosa a nuevo examen para corregirla, enmendarla o repararla.
SIG: Sigla del concepto de sistema de información geográfica, conjunto de elementos
físicos y lógicos que permiten realizar análisis de información geoespacial.
Supervisar: Ejercer la inspección superior en trabajos realizados por otros.
TIN: Red de triángulos irregulares.
Vuelo fotogramétrico: Vuelo efectuado para la toma de fotografía aérea con el fin de
producir cartografía por medio de la fotogrametría, o para la interpretación de la
imagen de una parte del territorio.
Referencia Bibliográfica
•
Norma técnica NTG001_2005 Sistema Geodésico Nacional, INEGI, Mexico.
•
Manual de fotogrametría, 2006, Instituto Agustín Codazzi, Colombia.
•
Manual of Photogrammetry” , ASPRS, Sociedad Americana de Fotogrametría y
Teledetección.
•
Pérez, J. A., Apuntes de Fotogrametría, Universidad de extremadura, España,
2006.
•
Sanchez, J. A., Apuntes de Fotogrametría III, Universidad de extremadura,
España, 2007.