Detección y localización de la luz

Light Detection And Ranging (LiDAR) es una tecnología de teledetección basada en láser. La idea del LiDAR es bastante sencilla: apuntar un pequeño láser a una superficie y medir el tiempo que tarda el láser en volver a su origen.

Esta tecnología se utiliza en los sistemas de información geográfica (SIG) para producir un modelo digital de elevación (MDE) o un modelo digital del terreno (MDT) para la cartografía en 3D.

Principio de funcionamiento del LiDAR

• - Emisión de un impulso láser
• - Registro de la señal retrodispersada
• - Medición de la distancia (tiempo de viaje x velocidad de la luz)
• - Recuperación de la posición y altitud del avión
• - Cálculo de la posición exacta del eco
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LiDAR para drones encaja perfectamente con:

• - Pequeñas zonas que sobrevolar (<10 sq. km o 100 km lineales)
• - Cartografía bajo vegetación
• - Zonas de difícil acceso
• - Datos necesarios casi en tiempo real o con frecuencia
• - Rango de precisión requerido entre 2,5 y 10 cm

¿Cómo funciona el LiDAR?

Es posible que ya haya oído hablar de LiDAR pero no tenga ni idea de esta tecnología. A continuación se explican los principios básicos del LiDAR. También descubrirá varias aplicaciones de la cartografía láser 3D con vehículos aéreos no tripulados (también conocidos como UAV, UAS o drones).

1. Entender cómo funciona el LiDAR

Light Detection and Ranging (LiDAR) es una tecnología similar al radar, que utiliza láser en lugar de ondas de radio.

El principio de LiDAR es bastante fácil de entender:

• - emite un pulso láser sobre una superficie
• - capta el láser reflejado de vuelta a la fuente de impulsos LiDAR con sensores
• - mide el tiempo que viajó el láser
• - calcula la distancia desde la fuente con la fórmula «Distancia = (Velocidad de la luz x Tiempo transcurrido) / 2

Los instrumentos LiDAR repiten este proceso un millón de veces y acaban produciendo un mapa complejo de la zona estudiada conocido como nube de puntos 3D.

2. Comprender cómo se construye un sistema LiDAR

El equipo necesario para medir un millón de distancias desde los sensores hasta los puntos de la superficie es un sistema LiDAR. Esta avanzada tecnología funciona realmente rápido, ya que es capaz de calcular la distancia entre los sensores LiDAR y su objetivo (como recordatorio, la velocidad de la luz es de 300 000 kilómetros por segundo). Los sistemas LiDAR integran 3 componentes principales, ya estén montados en vehículos automóviles, aeronaves o UAV:

2.1 Escáner láser
Los sistemas LiDAR emiten una luz láser desde diversos sistemas móviles (automóviles, aviones, drones…) a través del aire y la vegetación (láser aéreo) e incluso del agua (láser batimétrico). Un escáner recibe la luz de vuelta (ecos), midiendo distancias y ángulos. La velocidad de barrido influye en el número de puntos y ecos que mide un sistema LiDAR. La elección de la óptica y el escáner influye enormemente en la resolución y el alcance en el que puede funcionar el sistema LiDAR.

2.2 Sistemas de navegación y posicionamiento
Tanto si se monta un sensor LiDAR en un avión, un coche o un UAS (sistema aéreo no tripulado), es crucial determinar la posición y orientación absolutas del sensor para asegurarse de que los datos capturados son datos utilizables. Los sistemas mundiales de navegación por satélite (GNSS) proporcionan información geográfica precisa sobre la posición del sensor (latitud, longitud, altura) y una unidad de medición inercial (IMU) define en este lugar la orientación exacta del sensor (cabeceo, balanceo, guiñada). Los datos registrados por estos 2 dispositivos se utilizan a continuación para generar datos en puntos estáticos: la base de la nube de puntos cartográfica en 3D.

2.3 Tecnología informática
Para aprovechar al máximo los datos: es necesario realizar cálculos para que el sistema LiDAR funcione definiendo la posición precisa del eco. Es necesario para la visualización de datos en vuelo o el posprocesamiento de datos, así como para aumentar la precisión y la exactitud proporcionadas en la nube de puntos de cartografía 3D.

3. Definir el ajuste entre las necesidades de su proyecto y las especificaciones LiDAR

Escáner láser: ¿Cuál es el nivel de exactitud, el nivel de precisión, la densidad de puntos, el alcance, la franja que se ajusta a las necesidades de su proyecto?

GNSS: ¿Son compatibles la estación de referencia GNSS (terrestre) + el receptor GNSS (móvil) con el GNSS utilizado (GPS, GLONASS, BEiDOU o Galileo)? ¿Necesito una estación terrestre o no?

Baterías: ¿Las pilas son internas o externas? ¿Cuál es la autonomía necesaria para cubrir la superficie que desea cartografiar?

Montaje: ¿Puede montarse fácilmente el sistema LiDAR en la plataforma aérea (avión, dron) o automotriz (coche) que utilice?

Fichero de datos: ¿Cuál es el formato del fichero de datos generado?

Postprocesamiento de datos: ¿Cómo de fácil es utilizar los datos y entregar la mejor nube de puntos de cartografía 3D a su cliente final? Clasificación, coloración, generación de MDT, orl ? ¿Qué hacer con los datos postprocesados?

4. Descubrir las aplicaciones LiDAR de los UAV

Energías y servicios públicos: estudio del tendido eléctrico para detectar problemas de hundimiento de líneas o planificar actividades de poda

Minería: cálculo de superficie/volumen para optimizar las operaciones mineras (acopio, excavación) o decidir la ampliación de la mina.

Construcción e ingeniería: cartografía para ayudar a la nivelación, planificación y optimización de infraestructuras (carreteras, vías férreas, puentes, oleoductos, campos de golf) o renovación tras catástrofes naturales, estudio de la erosión de las playas para elaborar un plan de emergencia.

Arqueología: cartografiar a través de la cubierta forestal para acelerar los descubrimientos

Silvicultura: cartografiar los bosques para optimizar las actividades o ayudar al recuento de árboles

Investigación medioambiental: medición de la velocidad de crecimiento, propagación de enfermedades