La tecnología LIDAR móvil, es cada vez más utilizada para la captura de proyectos de gran envergadura, debido a sus importantes niveles de productividad, comparado con los métodos de captura tradicionales.
La base de las capturas masivas en movimiento, es la implementación de sensores inerciales, los cuales, a través de la medición de las aceleraciones y velocidades angulares del sistema, permiten obtener una posición relativa del móvil. sin embargo, para lograr determinar posiciones absolutas de la trayectoria, es necesaria la incorporación de receptores GNSS. Este conjunto determina un sistema redundante que entrega una solución robusta y una altísima precisión en este tipo de trabajos.
La tecnología LIDAR móvil, nos entrega soluciones de gran representatividad y un alto nivel de precisión, esta precisión total, está definida por la precisión relativa de todos sus componentes, un aspecto muy relevante, es el entorno en donde se realiza la captura, dado que un factor que afecta a la precisión entregada por GNSS.
En el presente documento, exploraremos la utilización de puntos de control en terreno, los cuales permitirán mejorar la precisión total del dato capturado.
La precisión absoluta de una nube de puntos capturada utilizando un sistema LIDAR móvil, está definida de acuerdo a la precisión relativa obtenida por el sistema inercial más el receptor GNSS, conjunto denominado INS. La precisión del sensor de captura LIDAR + INS, da como resultado la precisión absoluta del levantamiento realizado.
Uno de los factores claves relacionados a la precisión absoluta de la nube de puntos capturada, es la información GNSS de la trayectoria. ya que está entregará la correcta ubicación espacial de la información LIDAR. Esta ubicación se ve afectada principalmente por factores ambientales de la zona de estudio, respecto a la cobertura satelital y obstrucciones que afecten la visibilidad del cielo sobre el móvil.
Para mejorar la solución GNSS en ambientes complejos, como lo establecidos anteriormente, se puede incorporar un accesorio al sistema LIDAR móvil, que se denomina DMI. Este accesorio se monta sobre la llanta del vehículo y básicamente funcionará como un odómetro que apoyará al INS al minuto de perder cobertura satelital.
Adicionalmente para mejorar el resultado final de información LIDAR, es posible incorporar Puntos de control capturados en terreno. A partir de los cuales se ajusta la trayectoria para llevarla a la ubicación de referencia.
Puntos de control, se denomina a marcas ubicadas en terreno, que sean identificables en la nube de puntos y que serán medidas utilizando instrumentos de topografía tradicional, para asignarle coordenadas en el sistema de referencia del proyecto.
La ubicación de estas marcas, va en directa relación al objetivo del proyecto y escenario de captura, además de las precisiones asociadas al sensor inercial. Mientras mayor sea la precisión del sensor inercial, se podrán espaciar estos puntos hasta 500m aproximadamente, ubicados en ambos costados del corredor.
La geometría de la tarjeta que define la ubicación de punto de control, dependerá del usuario. Se podrá realizar marcas de una forma definida (cuadrados rectángulos), con pintura reflectiva en la calzada, pintar zonas de color blanco/negro, definiendo en el centro de esta el punto con coordenadas o simplemente entregando coordenadas a las marcas de pavimento existentes en la zona, las cuales respeten la distribución necesaria.
Fig 1. Puntos de control
En relación a la precisión de captura de las coordenadas de estos puntos, depende del objetivo de estos, pudiendo ser desde solo tener un autocontrol del levantamiento. Hasta niveles mayores de precisión en donde será necesario incorporar Nivelación Geométrica para realización las correcciones altimétricas del proyecto.
Una vez realizados los procesos de cálculo de trayectoria del levantamiento, validación de esta y generación de Nube de puntos, es posible realizar el registro de la información LIDAR contra las coordenadas de los puntos de control capturados en terreno.
Para realizar este proceso, los softwares cuentan con sus propias interfases de ajuste, en este caso revisaremos como Trimble realiza este proceso utilizando el software Trimble Business Center con su módulo Mobile Mapping.
En este módulo de registro, se asocia la coordenada del punto de control con la marca en la nube de puntos. para eso los softwares de proceso cuentan con algoritmos que permiten ajustar la trayectoria, realizando correcciones para ajustar la nube de puntos a la información topográfica capturada.
Fig 2. Registro Puntos de control
Este algoritmo presenta alternativas para ser mas o menos restrictivo en el ajuste de la nube resultante, cada uno de ellos se recomienda para aplicaciones específicas, la opción más usual es que realice un registro “Global y luego local”, de esta manera la trayectoria se ajusta a los puntos de control, pero evitando deformaciones en los límites de la ruta.
Fig 3. Métodos de registro de trayectoria
En este proyecto el escenario no presentaba grandes desafíos en relación al entorno satelital y las precisiones de origen del levantamiento LIDAR móvil, ya se observa un buen estándar para bastantes aplicaciones, sin embargo, dentro de las aplicaciones para esta tecnología podemos encontrar algunas que requieran aun mayor nivel de precisión.
La distribución de los puntos de control se encontraba en cada costado de la ruta, intercalados cada 250m aproximadamente, los cuales estaban medidos con alta precisión. Al minuto de realizar el registro se tomaron datos intercalados, para efectos de este ejercicio, se han utilizado puntos de Autocontrol, sin embargo, en la realidad todos los datos de puntos topográficos se podrían haber utilizado para calcular el ajuste de trayectoria.
Una vez realizado el ajuste, se observan los siguientes valores ajustados y sus residuales, según el punto de control asignado.
Fig 4. Residuales Puntos de control
Finalmente, a modo de realizar una validación del proceso de ajuste, se realiza el análisis de los puntos de autocontrol, encontrando los siguientes resultados:
Fig 5. Análisis de puntos para autocontrol
Uno de los factores mas relevantes al momento de capturar información con sistemas LIDAR Móvil, es contar con suficiente disponibilidad Satelital, para obtener buenas precisiones. En ambientes mas complejos, en muy interesante al aporte que entrega el sensor DMI, al momento de realizar el cálculo de la trayectoria.
Las precisiones que se obtienen de forma directa calculando la trayectoria del sistema LIDAR Móvil, permiten obtener buenos resultados para la mayoría de las aplicaciones, sin embargo, en otras aplicaciones en las cuales se necesiten mayores niveles de precisión, se puede mejorar ostensiblemente los resultados finales registrando la información LIDAR contra una red de puntos de control medidos con mayor nivel de precisión.
El flujo de trabajo que presenta Trimble Bussines Center en su módulo Mobile Mapping, ayuda al usuario a manejar gran cantidad de datos LIDAR y mejorar las presiones de los levantamientos realizados, para finalmente obtener resultados finales de vectorizaciones y cálculo de otros parámetros que revisaremos en otras publicaciones.
