LiDAR para drones: la tecnología innovadora que está cambiando la forma en que vemos el mundo

Si está interesado en los drones, es posible que haya escuchado bastante el término LiDAR, especialmente en los últimos años.

Pero, ¿qué es LiDAR y cómo se usa con los UAV?

Esta publicación profundizará en el tema, primero analizando qué es LiDAR y luego analizando diferentes escenarios en los que se utiliza LiDAR con drones.

Mire el video a continuación para obtener una introducción completa a LiDAR y asegúrese de seguir leyendo para obtener más información.

¿Qué es LIDAR?

La frase LiDAR a veces se considera un acrónimo de Light Detection And Ranging, y a veces Light Imaging, Detection, And Ranging, pero originalmente era una combinación de las palabras luz y Radar.

LiDAR es un método topográfico terrestre que mide la distancia a un objetivo iluminándolo con una luz láser pulsada y midiendo los pulsos reflejados con un sensor. Las diferencias en la cantidad de tiempo que tarda el láser en regresar, y también en las longitudes de onda, se utilizan para hacer representaciones digitales en 3D del objetivo.

El sonar funciona de manera similar, con ondas de sonido que rebotan en un objeto y regresan a su fuente, lo que indica la distancia a diferentes puntos del objeto y, por lo tanto, permite una visualización en 3D del mismo.

Un ejemplo de una imagen LiDAR del sistema de mapeo 3D de Velodyne para drones

La recopilación de datos aéreos utilizando LiDAR con drones en lugar de aviones es una técnica topográfica relativamente nueva, que se basa en escáneres láser de alta precisión, el Sistema de posicionamiento global (GPS) y los Sistemas de navegación inercial (INS). Estas tres cosas combinadas permiten un mapeo 3D increíblemente preciso.

Uno de los aspectos revolucionarios de LiDAR, a diferencia de la fotogrametría, que consiste en sintetizar los datos de una gran colección de fotografías, es que permite a los topógrafos cortar el follaje y otros desechos intermedios para crear un mapa topográfico detallado de un paisaje, sin tener que tomarse el tiempo de recorrerlo a pie.

¿Cómo se usa LiDAR hoy con drones?

Antes de los drones, LiDAR solo podía usarse para la recopilación de datos aéreos con aviones, lo que significaba que era costoso y no estaba ampliamente disponible.

Pero a medida que la tecnología de drones se vuelve cada vez más asequible, la tecnología LiDAR sigue el ritmo, lo que significa que la topografía precisa está cada vez más disponible para todos, y no solo para proyectos grandes y bien financiados. Aunque LiDAR sigue siendo más costoso que la fotogrametría (a continuación, cubriremos las diferencias entre estos dos enfoques para la recopilación de datos para la topografía con mayor detalle), ahora es mucho más accesible que hace uno o dos años.

Un dron con un sistema de captura de datos LiDAR adjunto

Al realizar levantamientos, LiDAR generalmente se requiere en escenarios donde:

• Está mapeando debajo de la copa de los árboles, cintas transportadoras del sitio de la mina y otras obstrucciones.
• Está modelando objetos angostos que requieren una mayor precisión en los detalles, como líneas de transmisión, tuberías, características de bordes afilados (por ejemplo, bordes de techos) y campos de rocas (agregados).

Aquí hay algunos escenarios en los que LiDAR se está utilizando actualmente:

Arqueología

Uno de los usos más notables (y simplemente geniales) de LiDAR es ayudar a los arqueólogos a descubrir nuevos sitios de ruinas, así como ayudarlos a comprender mejor los sitios existentes.

En muchos casos, es posible que los arqueólogos no quieran excavar en un sitio existente porque no quieren arriesgarse a destruir las ruinas que actualmente se conservan bajo la tierra y la arena, pero LiDAR puede permitirles obtener una vista de lo que hay allí sin tener que hacerlo. cavar en absoluto.

Mire este video del Smithsonian que explica cómo se usó LiDAR para revelar una ciudad oculta en Angkor Wat:

A principios de este año el Smithsonian informó sobre el uso de LiDAR para investigar 430 millas de jungla en la cuenca de El Mirador, una vasta área en América Central plagada de restos de la civilización maya que incluye enormes caminos y redes de templos, que se descubrió por primera vez utilizando datos LiDAR.

Sin LiDAR, es posible que nunca se haya encontrado El Mirador, o al menos no en su totalidad, lo cual es significativo, porque el descubrimiento de las ruinas en El Mirador indica un alto nivel de sofisticación cultural y técnica en una época mucho más antigua que la actual. teorías arqueológicas habían teorizado para los mayas, y posteriormente ha llevado a un replanteamiento general de nuestra comprensión de todo el mundo maya.

Agricultura

LiDAR ayuda a los agricultores a encontrar áreas donde se está utilizando en exceso fertilizantes costosos, y también ayuda a crear mapas de elevación de tierras de cultivo que se pueden convertir para crear mapas de áreas de exposición a la luz solar y pendiente.

La información de capas proporcionada a través de LiDAR se puede utilizar para crear mapas de áreas de producción de cultivos altos, medios y bajos, y los datos extraídos pueden ayudar a los agricultores a ahorrar fertilizantes y, en general, optimizar sus esfuerzos.

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Topografía y Cartografía Industrial

LiDAR se utiliza en varias aplicaciones industriales para crear mapas 3D para:

• Mediciones de pilas de acopio
• Operaciones mineras, incluida la medición de volúmenes de mineral para minería
• Mapeo topográfico para grandes proyectos industriales y proyectos de edificación
• Seguimiento de recursos
• Medición de carreteras con tráfico (es decir, mientras los automóviles circulan por ellas)

Es importante tener en cuenta que, cuando se trata de aplicaciones industriales, LiDAR se usa a menudo junto con la fotogrametría; desplácese hacia abajo para ver una comparación detallada de los dos.

Conservación

LiDAR ayuda a producir mapas precisos para los esfuerzos de conservación, y muchos estados de EE. UU. han realizado esfuerzos intensivos de recopilación de datos para documentar mejor sus recursos naturales para que puedan protegerlos mejor.

El Departamento de Recursos Naturales de Iowapor ejemplo, utiliza datos LiDAR para informar su Sistema de Información Geográfica (SIG), un depósito de información sobre todos los recursos naturales del estado.

Silvicultura es un área de conservación donde se ha utilizado LiDAR para medir la altura del dosel, mediciones de biomasa y área foliar.

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Conservación del agua es otra área en la que los datos LiDAR se han utilizado para mapear alcantarillas, planicies de inundación, cuencas hidrográficas y áreas de inundación y depresión (es decir, donde ocurren/pueden ocurrir inundaciones y sequías en el futuro).

Los datos LiDAR, incluidos los derivados como mapas de contorno, modelos de elevación digital, proyecciones de sombreado de colinas y otros, están ayudando con una amplia gama de aplicaciones de conservación de recursos naturales.

– Centro de Recursos Hídricos de la Universidad de Minnesota

Monitoreo de dunas y otros monitoreos relacionados de los recursos naturales también se pueden realizar a través de LiDAR, y algunos parques nacionales están comenzando a permitir investigaciones sobre el uso de drones para mapear y modelar los movimientos de las dunas.

Coches autónomos

Una forma en la que se está utilizando actualmente la tecnología LiDAR que no tiene nada que ver con los drones o la topografía, pero que es tan genial que pensamos que valía la pena incluirla, es en el desarrollo de automóviles autónomos.

LiDAR puede detectar líneas amarillas en la carretera, lo que le dice al vehículo por dónde conducir, y el control de crucero adaptativo (ACC) usa la tecnología LIDAR, lo que ayuda a los vehículos en control de crucero a reducir la velocidad cuando hay un vehículo en el frente y acelerar cuando hay sin tráfico.

Mire este video para obtener una breve idea de cómo se usa LiDAR en los automóviles autónomos:

Fotogrametría vs LiDAR

Cuando se trata de topografía, ha habido una discusión constante sobre los valores comparativos de la fotogrametría y LiDAR, y cuál es el mejor.

La verdad es que no hay una respuesta correcta, es realmente una cuestión de la aplicación específica que se está considerando. La fotogrametría es adecuada para algunos casos, mientras que LiDAR es adecuado para otros.

Fotogrametría es la ciencia de hacer mediciones a partir de fotografías para registrar las posiciones exactas de los puntos de la superficie para producir un mapa 3D.

Históricamente, la fotogrametría ha sido un proceso exhaustivo y lento, pero los drones han cambiado radicalmente las cosas, ya que permiten tomar miles de fotografías aéreas de un solo sitio en un solo vuelo (consulte esta publicación de blog sobre mapeo 3D para aprender cómo funciona el proceso). funciona), y también porque se ha desarrollado una nueva tecnología para ayudar a integrar todas esas fotos en un solo mapa 3D.

Entonces, ¿cómo saber si usar LiDAR o fotogrametría?

En general, la regla general es que la fotogrametría es buena para inspeccionar sitios grandes que no están obstruidos por la cubierta de árboles u otros impedimentos, mientras que LiDAR es bueno para sitios obstruidos más pequeños. (Vale la pena señalar que estas recomendaciones de tamaño tienen que ver principalmente con el costo: a medida que LiDAR se vuelve más barato, el costo puede ser cada vez menos un factor que contribuya a elegir una u otra tecnología para las necesidades topográficas).

Este artículo de SPAR3D establece algunas pautas excelentes para determinar cuál de los dos es mejor para un escenario determinado, que hemos resumido a continuación:

LiDAR debe usarse cuando:

• Está mapeando debajo de la copa de los árboles, cintas transportadoras del sitio de la mina y otras obstrucciones porque la fotogrametría tiene problemas para generar modelos de elevación en áreas donde los objetos bloquean el suelo.
• Está modelando objetos angostos como líneas de transmisión, tuberías, características de bordes afilados (por ejemplo, bordes de techos) y campos de rocas (agregados) porque los métodos de mapeo alternativos como los algoritmos SfM y DIM tienen una “conformidad” más baja que LiDAR y, por lo tanto, resultar en una menor calidad de detalle en el mapa 3D producido.

La fotogrametría se debe utilizar cuando:

• Está tomando imágenes de sitios de minas de tierra descubierta, proyectos de movimiento de tierras y otras áreas que no están obstruidas por árboles, edificios o equipos.
• Está realizando un pequeño proyecto de mapeo y los datos de fotogrametría se adaptarán a sus necesidades.

A pesar de todo esto, el consejo general es que si usa LiDAR, también debe usar fotogrametría. La lógica es que LiDAR es la más cara de las dos opciones, y dado que la fotogrametría proporcionará datos útiles adicionales, también puede hacer ambas cosas.

Sin embargo, la nueva tecnología LiDAR puede cambiar algunos de estos consejos. Después de todo, cuanto más barato y disponible sea LiDAR para drones, más adopción veremos.