¿Qué es LIDAR?

LiDAR es una forma de tecnología de detección remota. En lugar de emplear cámaras fotográficas convencionales, los sensores LiDAR envían pulsos láser rápidos y capturan las respuestas, utilizando esos puntos de datos para trazar un área con gran precisión y exactitud.

El sistema LiDAR crea una nube de puntos con los datos provenientes de los objetos en el suelo. Estos puntos son la materia prima para los modelos 3D. Si bien ensamblar esos modelos requiere un software especializado, y expertos que sepan cómo usarlo, el proceso es relativamente rápido y genera mapas de alta calidad con tamaños de archivo pequeños.

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que estas imágenes en 3D no tienen detalles fotográficos. Por ejemplo, los pulsos de láser en sí mismos no le darán los colores de los elementos en el suelo. Esos datos tendrán que provenir de una fuente alternativa, como un sensor adicional.

La tecnología LiDAR ha visto algunos desarrollos en los últimos años, a saber, los módulos de sensores se están volviendo más asequibles y significativamente más livianos. Esto ha permitido la rápida evolución de los sistemas de drones LiDAR, con la aparición de nuevos modelos que permiten a las empresas aplicar la tecnología a más casos de uso.

En lugar de ser el trabajo de una sola empresa, los sistemas LiDAR están siendo desarrollados por múltiples proveedores, incluidos Livox y Velodyne . Los integradores de sistemas como GreenValley , YellowScan , Emescent y LiDARUSA son responsables de convertir los componentes tecnológicos en módulos utilizables comercialmente.

Con estas opciones frente a ellos, algunas organizaciones pueden considerar la adopción de LiDAR para funciones que antes cumplían otros métodos topográficos, como la fotogrametría. En otros casos, las empresas que anteriormente han empleado topografía LiDAR en tierra pueden surcar los cielos con drones.

Dondequiera que exista la necesidad de topografía y modelado con una precisión de nivel centimétrico, LiDAR podría ser la nueva tecnología preferida. En los próximos años, impulsada por la mayor disponibilidad de los sistemas, la adopción puede expandirse a nuevas industrias y casos de uso. 

LiDAR vs fotogrametría: ¿Cuál es la diferencia?

Las organizaciones que ya utilizan la fotogrametría aérea como su método de topografía y mapeo de elección pueden preguntarse si ganarían valor al cambiar a LiDAR. Primero, es importante definir la fotogrametría y explicar sus posibles usos y limitaciones.

La fotogrametría es el proceso de utilizar numerosas fotografías para determinar la distancia. Los drones de fotogrametría vuelan sobre un paisaje o estructura y toman fotografías, que se ensamblan en modelos 2D o 3D mediante software. Estos modelos se utilizan en la construcción, la agricultura, la minería y cualquier industria que necesite un mapeo frecuente.

En comparación con LiDAR, los sistemas de fotogrametría pueden tener dificultades para seleccionar objetos muy pequeños y con detalles finos; por ejemplo, mientras que los pulsos de LiDAR pueden detectar líneas eléctricas, las fotos tomadas por los módulos de fotogrametría podrían no detectar los cables. LiDAR también puede penetrar a través de la vegetación para capturar la forma del terreno subyacente, e incluso puede funcionar en la oscuridad.

La razón principal para elegir la fotogrametría ha sido su relativa accesibilidad. Con módulos más livianos y asequibles, es una opción para las empresas que no han necesitado el nivel adicional de precisión que brindan los datos LiDAR. Además, el software para ensamblar nubes de puntos a partir de datos de fotogrametría sin procesar es más común y se usa con más frecuencia que la alternativa LiDAR.

A medida que se reduzcan los costos y el peso de LiDAR, las matemáticas pueden cambiar para algunas de estas empresas, lo que alentará una mayor adopción de LiDAR. Además, es posible usar drones LiDAR junto con otros métodos de mapeo para crear modelos más detallados en general. Esto es importante en los casos en que el producto terminado debe ser fotorrealista porque, como se señaló, los pulsos LiDAR no capturan los colores de los objetos. 

¿Por qué usar un dron LiDAR?

Volar un dron LiDAR es una forma de recopilar información de forma rápida y segura sobre cualquier tipo de sitio o característica terrestre. Esto abarca una variedad de usos, desde realizar inspecciones de seguridad hasta inspeccionar el progreso de la minería o la agricultura o incluso estimar el tamaño de una reserva de recursos desde el aire.

La creación de modelos 3D precisos de paisajes y estructuras es muy fácil para las empresas que operan flotas de drones LiDAR. Estos también pueden recibir actualizaciones con el tiempo, por ejemplo, para realizar un seguimiento del progreso de un edificio en construcción y medirlo en relación con los planos y esquemas.

LiDAR permite escenarios que pueden haber requerido demasiada precisión para los sistemas de fotogrametría. Por ejemplo, los operadores ahora pueden mapear líneas eléctricas y reconstruir escenas de accidentes con las nubes de puntos 3D altamente detalladas generadas por los módulos LiDAR.

También hay situaciones en las que las empresas no optarán por alejarse de la fotogrametría en favor de LiDAR. Más bien, usarán ambos tipos de soluciones, por lo que siempre tendrán el tipo de sensor correcto para el trabajo en cuestión. Esto es cada vez más fácil a medida que las organizaciones invierten en opciones de chasis de drones versátiles y capaces que pueden admitir múltiples módulos de sensores. 

Drones LiDAR vs. LiDAR terrestre

Una pregunta adicional que los líderes de las empresas deben hacerse al decidir si utilizar los sistemas de drones LiDAR es si estarían mejor atendidos con módulos LiDAR basados ​​en tierra. Estas opciones terrestres, de proveedores como Faro y Trimble, son muy precisas y ofrecen un escaneo de nivel milimétrico.

La desventaja de usar LiDAR en tierra es la falta de eficiencia. Volar un dron sobre un sitio permite a los topógrafos realizar más trabajo en menos tiempo, al mismo tiempo que alcanzan áreas de difícil acceso, en comparación con el proceso a veces tedioso de operar escáneres láser terrestres.

Siempre que una organización pueda tolerar una precisión de +/- 5 cm al crear modelos 3D a partir de nubes de puntos, los sensores aéreos montados en un dron LiDAR brindan un enfoque mucho más eficiente para el mapeo y la topografía.

Estudio de caso: Inspección de torres de enfriamiento

Antes de la demolición de la torre de enfriamiento de un reactor en Francia, la empresa de demolición necesitaba crear modelos 3D precisos para que el proceso pudiera llevarse a cabo con precisión y precisión. Los métodos de inspección tradicionales no serían seguros debido a la presencia de asbesto en la pintura de las torres. Además, el cronograma del trabajo era ajustado, lo que significaba que la inspección tendría que realizarse por las noches.

Ante estas condiciones desafiantes, el equipo utilizó fotogrametría y drones LiDAR para crear modelos 3D de las torres. Si bien gran parte del trabajo diurno se llevó a cabo con fotogrametría, se incorporó LiDAR para el trabajo vespertino y al anochecer, generando nubes de puntos 3D que rápidamente se convirtieron en modelos 3D detallados.

Lea el estudio completo para obtener más información sobre cómo funciona UAV LiDAR en el lugar de trabajo.

Drones LiDAR en acción: los mejores casos de uso

Agregar UAV LiDAR es una excelente manera para que las empresas de todas las industrias mapeen y realicen encuestas de manera más efectiva. Es impresionante cuántos escenarios de implementación únicos admiten la tecnología LiDAR de drones. Algunos de estos casos también pueden incorporar fotogrametría, mientras que otros son completamente nuevos y están impulsados ​​por la llegada de drones LiDAR asequibles.

Agrimensura para pequeñas parcelas

Siempre que sea necesario realizar un levantamiento aéreo preciso de un terreno, un dron LiDAR puede ser la herramienta ideal. Si bien una gran parcela de tierra puede ser más adecuada para un sobrevuelo con un avión o un helicóptero tripulado, la tecnología de drones es ideal para parcelas pequeñas.

Construya fácilmente mapas de terreno precisos para tomar decisiones de paisajismo informadas. Imagen de LiDARUSA

Usar un dron como herramienta topográfica es más asequible que poner en marcha, dotar de personal y abastecer de combustible a un avión estándar. Además, los drones utilizan un pequeño UAV. que no requiere que los pilotos sobrevuelen el sitio, lo que lo convierte en una opción más segura. Unos pocos operadores estacionados en el terreno pueden mapear rápida y metódicamente el área y seguir adelante.

Levantamientos topográficos y batimétricos

Además de levantamientos más pequeños, los drones LiDAR pueden usar sensores para abarcar grandes áreas topográficas, asumiendo el trabajo que tradicionalmente se llevaría a cabo desde aviones o helicópteros. En el caso de un estudio terrestre, el dron utiliza un láser de infrarrojo cercano.

Al volar sobre el agua y usar una luz verde que penetra en el agua, los drones LiDAR también pueden recopilar lecturas sobre la profundidad del lecho marino o del río en un área determinada. Al crear mapas que incorporan datos batimétricos, los drones LiDAR pueden cubrir tanto la tierra como el mar. 

Modelado digital del terreno antes del trabajo

Cuando las empresas se encuentran en el proceso de preparación para trabajos importantes de remoción de tierra, es importante contar con un mapa del sitio en 3D. Aquí es donde un modelo de terreno digital (DTM) preciso, creado a través de una nube de puntos LiDAR 3D, puede ser fundamental. 

Nube de puntos de color verdadero capturada por la Zenmuse L1

El movimiento de tierra generalmente se paga por la yarda de tierra excavada, lo que significa que, para fines de planificación presupuestaria, las empresas deben saber exactamente a qué se enfrentan en un área determinada, utilizando imágenes en 3D. LiDAR puede penetrar la vegetación y otras características para brindar lecturas precisas sobre la topografía de un sitio determinado.

Mapeo y reconstrucción de la escena del accidente

Los drones de todo tipo son cada vez más populares en la seguridad pública; por ejemplo, los drones térmicos pueden buscar personas desaparecidas, incluso de noche. En el caso de los drones LiDAR, la tecnología es ideal para la reconstrucción de escenas de accidentes complejos. Las cuadrillas pueden realizar este trabajo en cualquier momento del día, porque LiDAR no requiere luz para funcionar. 

Reconstrucción de colisiones en condiciones de poca luz con LiDAR

Después de capturar el modelo 3D de alta precisión, las cuadrillas pueden limpiar la escena del naufragio. Esta puntualidad es especialmente importante cuando el lugar de un accidente obstruye el tráfico. Los datos del dron LiDAR pueden servir como evidencia en cualquier caso judicial derivado del accidente. Tenga en cuenta que la fotogrametría también es una excelente opción para la reconstrucción de la escena del accidente y el mapeo de emergencia, sobre lo que puede obtener más información en nuestra Guía de mapeo de emergencia a continuación. 

Silvicultura

Medir el inventario de un bosque utilizado para la producción de jarabe, papel o madera puede ser difícil o llevar mucho tiempo debido a las grandes áreas involucradas. Es posible que las empresas que no utilizan drones LiDAR deban confiar en estimaciones basadas en las conjeturas de los trabajadores. 

LiDAR puede medir la altura del dosel y la densidad de los árboles

Un dron LiDAR no solo puede dar lecturas precisas de métricas como la altura del dosel y la densidad de los árboles, sino que los sensores involucrados son lo suficientemente precisos para dar lecturas sobre árboles individuales. Los drones LiDAR pueden incluso funcionar con poca luz cuando la visibilidad es limitada. 

Agricultura de precisión

Basar las prácticas agrícolas en datos precisos se ha vuelto más popular en los últimos años, con drones de fotografía que ayudan con todo, desde la planificación de cultivos hasta el seguimiento de rebaños. Los drones LiDAR pueden agregar un nuevo nivel de precisión a las proyecciones, lo que permite a los agricultores responder a las condiciones de sus campos.

Uno de los principales usos de los drones LiDAR en la agricultura es proporcionar datos del terreno en 3D, lo que permite a los operadores construir diques en sus campos de arroz. Otro uso es medir el progreso de los cultivos, permitiendo que los agricultores usen fertilizantes de una manera más específica. 

Inspección de líneas eléctricas

Si bien los operadores de servicios públicos pueden haber tenido problemas para medir pequeños componentes de infraestructura (incluidas las líneas eléctricas) antes de la llegada de los asequibles sistemas UAV LiDAR, ahora pueden realizar inspecciones aéreas. Escanear las líneas eléctricas desde el aire permite a los topógrafos medir los factores de riesgo, como la invasión de la vegetación. 

Ya sea tomando lecturas sobre el estado actual de la infraestructura de la red eléctrica o planeando construir nuevas líneas eléctricas, los proveedores de servicios públicos pueden confiar en los modelos 3D de los drones LiDAR. El hecho de que los vehículos vuelen significa que pueden atravesar terrenos accidentados con mayor facilidad y seguridad.

Minería

Las empresas mineras pueden medir el espacio de extracción de mineral con minas. Al calcular los datos de superficie y comparar las lecturas actuales con las pasadas, los mineros pueden determinar el progreso de sus operaciones. Los drones brindan una opción más económica en comparación con la topografía aérea y son más seguros y eficientes que el escaneo terrestre.

Enviar drones a las minas es otra forma valiosa de recopilar datos mientras se pone en primer plano la seguridad. SLAM LiDAR puede servir como una herramienta de detección de colisiones y al mismo tiempo permitir que el dron mapee dentro de una mina. Después de una detonación planificada, un dron puede ingresar primero a un pozo, asegurándose de que la estructura sea lo suficientemente sólida como para que ingresen los humanos.

Matrice 300 RTK con un mapa flotante de Emesent

Arqueología

Los drones LiDAR son buenos para mapear los contornos exactos de las estructuras, y estos edificios no tienen que ser nuevos. Mediante el uso de vehículos aéreos no tripulados en un sitio arqueológico, los investigadores pueden obtener una imagen clara del tamaño y la ubicación relativa de todas las características relevantes del terreno, así como cualquier remanente creado por humanos.

Mapear un sitio arqueológico con un LiDAR UAV es rápido y eficiente en comparación con los métodos de escaneo y mapeo basados ​​en tierra. Dado que los drones pueden cubrir grandes áreas, los arqueólogos pueden redescubrir áreas "perdidas" completas en poco tiempo, incluso si esos sitios comprenden ciudades antiguas enteras.

Mediciones de volumen de acopio

Las empresas de construcción van más allá de la inspección y el uso de los sistemas para otras funciones, como la medición del inventario. Escanear repetidamente una pila de materiales permite que una empresa determine la tasa de uso, lo que permite a los líderes volver a ordenar en el momento adecuado.

Comprender cada aspecto de un sitio de trabajo permite operaciones más eficientes en general. Observar cuánto cambia el volumen de una reserva a lo largo del tiempo es posible con sensores precisos, como LiDAR, y montarlos en drones es una forma eficiente de poner estas soluciones en acción.

Las mejores opciones de drones LiDAR

Con los drones LiDAR cada vez más disponibles, los compradores de tecnología pueden comenzar a comparar opciones de hardware para encontrar el UAV y la carga de sensores perfectos para sus propósitos. El Zenmuse L1 , un modelo de sensor LiDAR disponible de DJI, es una opción valiosa para las empresas debido a su amplio conjunto de funciones , que incluye:

• Una unidad de medición inercial integrada, capaz de ofrecer una precisión topográfica de 5 cm y una precisión absoluta de 10 cm, todo desde una altitud de 50 metros.
• Un cardán estabilizado de 3 ejes, que permite un control de montaje completamente automático a través de la integración con el sistema de gestión de vuelo DJI.
• Un sensor CMOS de 20MP de 1 pulgada, que registra datos de fotos y videos. Esto permite a los usuarios aplicar datos de color a las nubes de puntos LiDAR, junto con otras funciones.
• Compatibilidad con tres retornos por disparo láser, lo que brinda un mayor grado de precisión al penetrar en el follaje denso y medir la topografía del terreno debajo.
• Un modo de escaneo no repetitivo que ofrece un mayor grado de resolución para los datos en comparación con una línea de escaneo normal cuando un dron registra un área única durante un tiempo prolongado.
  
   
• Certificación IP54, que certifica que el L1 puede funcionar en condiciones climáticas adversas como niebla, humo y nieve.

Zenmuse L1 en un cardán estabilizado de 3 ejes

El L1 está diseñado para implementarse con el versátil y potente Matrice 300 RTK . que está montado con múltiples cardanes para permitir a los operadores usar varias cargas útiles de sensores al mismo tiempo. Los datos de la nube de puntos del dron se pueden ensamblar en modelos 3D con el software DJI Terra . Con este LiDAR UAV en acción, las empresas, desde la construcción hasta la seguridad pública, la agricultura, la minería y más, pueden transformar sus flujos de trabajo diarios. 

Los propietarios de L1 pueden optimizar sus operaciones con L1 consultando la Guía de operación de L1 V1.1. Este recurso cubre en profundidad todo lo que necesita saber sobre su L1, desde especificaciones y configuraciones, hasta qué parámetros usar para qué escenarios, calibración de carga útil, planificación de misiones y procesamiento de datos con DJI Terra.