Equidistancia en topografía

Historia fotogrametría:

     en el Siglo XIX un francés llamado nadal, instaló en un globo aerostático una cámara fotográfica a fin de fotografiar la ciudad de París. Esta situación causó un impacto visual en la población y se transformó en un hobbie al correr del tiempo. En la década de los años xx, los gobiernos comenzaron a desarrollar el estudio de la fotografía aérea como la técnica preventiva contra el enemigo.

El estudio de la fotografía aérea se desarrollo en toda Europa y al iniciarse la segunda Guerra Mundial, se produce un auge en el estudio de la fotografía aérea. Franceses y alemanes mutuamente desarrollaron técnicas de estudio de precisión de puntos estratégicos a fin de bombardearlos. Tal fue el éxito, que la fotografía aérea se transformó en un arma más.

La fotogrametría establecíó su fundamento aún antes de daguerre descubriese la fotografía en 1939. Ya en 1959 lambert establecíó los fundamentos para resolver el problema inverso de la perspectiva y gey lussac y arago en un informe al gobierno francés con motivo del invento de la fotografía llamaron la atención sobre la posibilidad de reproducir los objetos fotografiados.

Fotogrametría métrica:

tiene su aplicación en la determinación de distancias, elevaciones, aéreas, volúMenes, perfiles y secciones transversales. Así como en la elaboración de mapas topográficos son bases en mediciones hechas en la fotografía.

Foto inspección:

tiene por objeto el reconocimiento y análisis de objetos a partir de sus imágenes fotográficas. Los principales factores que deben considerar en la identificación de los objetos son la forma, tamaño, sombra,  tono, patrón y textura de su imagen.

Multiespectrales:

funcionan a través de los colores (rojo, verde, negro).

Térmicos: funcionan a través del calor.

Fototeodolito:

se trata de un aparato que combina una cámara fotográfica y un teodolito en una plataforma nivelante común que era apoyada en un trípode. El instrumento fue utilizado en fotogrametría terrestre para la obtención de planos a partir de tomas fotográficas del terreno que se tratara de levantar haciendo las fotos desde los extremos denominada base fotogramétrica.

Aerofotogrametría:

podemos realizar un levantamiento aerofotogramétrico teniendo en cuenta la percepción remota o teledetección.

Percepción remota:

interpretación que le damos a lo que percibimos visualmente a través de un proceso cerebral (teledetección).

Descripción del proceso fotogramétrico:

la fotografía estereoscópica es una aplicación de la facultad innata del hombre de la apreciación del relieve. La explicación de este fenómeno consiste en que cada ojo, ve una perspectiva ligeramente diferente del mismo objeto. La aplicación de este principio hizo posible el proceso fotogramétrico, que consiste en hacer planos topográficos a partir de pares de fotografías tomadas desde puntos diferentes, las cuales a ser proyectadas en ciertas condiciones reproducen fielmente el terreno con todas sus carácterísticas, incluyendo el relieve.

Pasos a seguir:

• Plan de trabajo y cálculos preliminares (determinar sectores).
• Toma de fotografías.
• Proceso de laboratorio (revelado, copia)
• Control terrestre para ajustar escalas y cotas (topografía)
• Restitución.

Restitución:

se realiza cuando se entregan coordenadas a la fotografía y se superpone la información topográfica del lugar que se está levantando. En este caso se realiza a través de cad y arcview.

Percepción remota:

en el contexto de la topografía y fotogrametría, es la obtención de información sobre la tierra y el medio ambiente a partir de imágenes logradas por sensores portados en aviones y satélites.

Curvas de nivel:

las curvas de nivel son líneas imaginarias que unen puntos de igual cota.

Equidistancia:

es la distancia vertical que existe entre dos curvas de nivel consecutivas. La equidistancia es múltiplo de la equidistancia. Por ejemplo, si la equidistancia es de 5 mts, todas las curvas de nivel aparecerán en múltiplo de 5.

Carácterísticas de las curvas de nivel:

• Cierran sobre si misma dentro de los límites del plano
• Las cimas de los cerros vendrán indicados por curvas de nivel cerradas
• Las curvas de nivel nunca se cortan, con excepción de las escarpaduras (pabellones  o acantilados)
• Las curvas de nivel nunca se ramifican
• Las líneas de máxima pendiente son perpendiculares a las curvas de nivel
• Las curvas de nivel muy irregulares representan terrenos accidentados

Fundamentos geométricos de la fotogrametría:

Relación entre la escala de la fotografía y la altura de vuelo:

si  una distancia ab sobre la tierra queda representada por una distancia ab en la fotografía, la escala correspondiente estará expresada por la relación (ab)/(ab).

La escala se representa como un fraccionario cuyo numerador es la unidad y el denominador es modulo de la escala. Estrictamente no se puede hablar de escala de una fotografía, porque el área fotografiada presenta zonas con diferente cota, lo cual hace que la escala no sea única, sino que varíe según la cota de la zona fotografiada. A mayor distancia entre la película y la zona fotografiada (f-h) menor será la escala resultante.

Cálculo de escala a través de fotografía:

Desarrollo del proceso fotogramétrico:

       para emprender el trabajo de tomar fotografías, es necesario planear la manera de ejecutar esta operación, la cual puede hacerse a través de los siguientes pasos.

Estudio sobre los planos disponibles de la regíón con el objeto de establecer el método más económico de efectuar los vuelos desde la base de operaciones

Se confecciona un plan de vuelo en el cual se determina las líneas de vuelo en función de los siguientes datos:
distancia focal, escala de la foto, recubrimiento (longitudinal y transversal), altura de vuelo.

El plan de vuelo se entrega al piloto para que este mediante una inspección pueda confrontar detalles sobre el terreno, comparándolo con el plano.

Antes de tomar la fotografía, es necesario recorrer completamente la faja del terreno que se va a fotografiar, con el fin de determinar el  ángulo existente entre el eje del vuelo y el eje del avión para hacer la corrección por este concepto. Igualmente, es necesario comprobar  por medio del altímetro, que secunda  condición especificada sobre la altura de vuelo.

Cálculo de la altura de vuelo:           h=(hm +(f/1000))/em

Cálculo de área cubierta por cada fotografía:             

Cub. Lateral=(tamañofoto*2,54/100)*em

Cub. Longitudinal=c.Lat*(1.00-%)     cub. Transversal=c.Lat*(1.00-%)

Cálculo numero de fajas:   (em + ½ *c.Lat)/c. Transversal

Cálculo numero de fotografías=                      (em*2)/c.Long

Cálculo número total para cubrir la zona=    foto faja * faja

A) fotogrametría terrestre:

tiene su principal aplicación en la arquitectura y la arqueología y se basa en el principio de la toma de fotografías desde la tierra, como la hacemos habitualmente; donde la posición de la cámara y el objeto es perfectamente conocida.

B) fotogrametría aérea:

es la que utiliza fotografías aéreas  tomadas desde una cámara de toma de vistas, ubicada en una plataforma especial (avión).

C) fotogrametría analógica:

se basa en la utilización de  aparatos de restitución ópticos o mecánicos, donde el operador realizaba la alineación de las imágenes para crear un modelo estereoscópico debidamente nivelado y escalado. Por otro lado la confección de mapas, con información planialtimétrica, se realizaba con el principio de la marca flotante o graficadoras basadas en este principio.

D) fotogrametría analítica Con la utilización de los restituidores analógicos y la incorporación

De las computadoras se da inicio a la fotogrametría analítica. Se crea al restituidor analítico  agilizando los tiempos y logrando niveles de detalle a diferentes escalas. Se posibilita el vuelco de la información a programas de tipo cad.

E) fotogrametría digital:

finalmente el avance tecnológico hizo posible llegar a la fotogrametría digital. El uso de las computadoras y los programas ó software aplicados dan origen a los modelos digitales del terreno 3d, etc.

Cámara fotogrametica:

Cuenta principalmente con tres partes:

Almacén:

lugar donde se alija el rollo de la película (negativo)

Cuerpo de la cámara:

aloja los mecanismos de maniobra de la película, la bomba de vacío que deja

Perfectamente plano el negativo y las lentes del obturador.

Ensamble del lente u objetivo: en esta parte se encuentran las lentes, el filtro y el obturador, todas estas debidamente calibradas y certificados por el fabricante.

Ventajas y limitaciones de la fotogrametría

La fotogrametría es una disciplina basada en la reconstrucción 3d de la realidad a partir de

Imágenes bidimensionales; es por ello que sus ventajas y desventajas están estrechamente

Ligadas a las formas de registro (generalmente fotografías aéreas), y a los métodos y equipos de restitución. 

Ventajas de la fotogrametría

• reducción de costos. Está relacionado con el tamaño del área a restituir. A partir de las 200 ha. De superficie, el método fotogramétrico se torna competitivo frente al método topográfico, aumentando esta competitividad a medida que el área se hace más extensa.

• reducción del trabajo de campo. El trabajo de campo es un componente oneroso de todo trabajo topográfico, cuyo costo aumenta con la accesibilidad y las condiciones de clima adverso. La reducida cantidad de puntos e control necesarios en la fotogrametría, reduce la estadía en el campo.

• velocidad de compilación. El tiempo requerido para realizar un mapa fotogramétrico es mínimo comparado con el que requiere el levantamiento topográfico y su posterior trabajo de gabinete.

• dado el poco tiempo necesario para el levantamiento fotogramétrico con el que se obtiene una reproducción fiel del terreno, en un periodo determinado, nos facilita datos muy valiosos en los casos de cambios súbitos, como por ejemplo: durante o después de catástrofes naturales.

• flexibilidad. El método fotogramétrico puede ser realizado en un variado rango de

Escalas, dependiendo de la escala de las fotografías y del tipo de aparato compilador

Utilizado, dependiendo también de  la  disponibilidad de recursos económicos y técnicos. Por ello, suministrar mapas o sustitutos con diferentes tiempos de producción, costos y precisión.

• registro multitemporal. Es muy útil para verificar mapas fotogramétricos. Las fotos aéreas proveen un registro preciso del las carácterísticas del terreno en la fecha en que fueron tomadas, lo cual permite realizar comparaciones entre fotos de otras fechas para evaluar cambios en el terreno. Las fotos aéreas también pueden ser empleadas para otros usos diferentes al del proyecto original, ya que además de información métrica, las fotografías aéreas proporcionan información de carácter cuantitativo y cualitativo.

• la fotogrametría se puede aplicar en regiones donde no pueden utilizarse los métodos clásicos, como, por ejemplo: en regiones intransitables, tales como: ciénagas, desiertos, selvas vírgenes, territorios azotados por alguna epidemia u ocupados por fuerzas enemigas, etc., debido a la carácterística intrínseca de la fotogrametría, de que los objetos pueden ser medidos sin necesidad de estar cerca de ellos.

• la aerofotogrametria aporta además una serie de ventajas, tales como, la fotografía en si, la cual es un documento que permite efectuar cualquier control en un momento dado. También se pueden obtener de ella datos jurídicos, geológicos, históricos y geogénicos de suma importancia.

Desventajas de la  fotogrametría

• visión de la superficie del terreno cuando existe densa cobertura vegetal. En este caso es imposible ubicar la marca flotante sobre el terreno, por lo que se debe presumir una altura promedio de la vegetación con respecto al suelo. Sin embargo, como la cubierta vegetal tiende a suavizar los accidentes topográficos del terreno, siempre existirán errores en la ubicación de las curvas de nivel, aunque se pueda verificar la cota en los claros que existan en la vegetación.

• ubicación de curvas de nivel sobre superficies planas. El determinar la trayectoria de una curva de nivel en un terreno plano tiene un alto grado de dificultad, debido a la imprecisión en la colocación de la marca flotante. En consecuencia, se colocan puntos acotados en la restitución o se complementa con trabajo de campo. 

• el lugar debe ser inspeccionado para determinar aquellos elementos que no son visibles en forma satisfactoria, o que no cuya naturaleza exacta no puede ser determinada en el estereomodelo.

• siempre es necesario realizar un control de campo.

• la aplicación de la fotogrametría requiere una inversión considerable de equipo y de personal especializado, por lo que su costo es elevado.

• para realizar nuevos levantamientos se requiere la obtención de nuevas fotografías.

Elementos de fotogrametría

A. Plano focal:

representa el plano donde inciden los haces luminosos al  obturarse la cámara, y que son plasmados en el negativo, generando así la imagen capturada. Además en él se dispone la información complementaria de la fotografía: marcas fieles y la información marginal.

B. Marcas fieles o fuduciales:

son indicaciones en los bordes de la película, normalmente son cuatro flechas, puntos, etc. Colocadas en forma opuesta y uníéndolos con una línea indican el punto principal de la fotografía

C. Información marginal:

compuesta por una serie de datos de gran utilidad como la altura de vuelo dada por el altímetro del avión (m.S.N.M.), reloj, nivel esférico de burbuja, identificación de la cámara de toma de vistas, número de fotografía y datos de la misión como la zona y fecha que se realizó el vuelo, entre otras.

D. Punto principal:

representa el punto central de la fotografía, se lo obtiene luego de unir las marcas fieles opuestas. En el caso de las fotografías verticales debe coincidir con el nadir (o punto en el terreno directamente debajo de la cámara).

E. Distancia focal:

o distancia principal, es la distancia que existe entre el centro de la lente y el plano focal, donde se apoya la película; en otras palabras es la distancia fija que existe entre el centro de la lente y la película

Eje óptico:

es el eje que pasa por el centro geométrico de la cámara y es perpendicular al negativo; en el caso de fotografías verticales es coincidente con la vertical del lugar.

G. Altura de vuelo:

queda definida la altura de vuelo como la distancia que existe entre el terreno fotografiado y el centro de la lente.

H. Escala:

es uno de los elementos  más importantes de la fotogrametría (y de la interpretación de imágenes en general). Puede definirse como la relación que existe entre lo que mide un objeto en la fotografía (d) y lo que representa realmente en el terreno (d), o bien    la relación que existe entre la distancia focal (f) y la altura de vuelo (h)

Aerobase (b):

es la distancia que existe entre dos tomas sucesivas en el terreno, es decir es la distancia entre dos obturaciones de la cámara de toma de vistas.

J. Fotobase (b):

es la proyección de la aerobase en la fotografía.

K. Solape longitudinal:

es el solape necesario entre fotografías aéreas sucesivas que debe ser del 60% (50 a 60%) para permitir la estereovisión.

L. Solape transversal:

es el solape entre bandas o pasadas  del vuelo, debe estar comprendido entre un 5 a 25%; su finalidad es la de permitir unir las fotografías para realizar los denominados foto-mosaicos apoyados o semi-apoyados.

M. Línea de vuelo:

queda definida uniendo puntos principales de fotografías sucesivas, es decir para poder realizar esta línea es imprescindible transferir los centros de la fotografía anterior y posterior a la fotografía central.

N. Proyección cónica o radial:

es la proyección que utilizan las fotografías, en donde todos los haces luminosos pasan por un punto (lente). Este tipo de proyección implica que un elemento vertical, sobre la superficie fotografiada, como por ejemplo un poste de luz ó un edificio sea representado en la imagen fotográfica como un segmento, orientado desde el centro hacia la periferia.

O. Efecto de deriva:

el efecto de deriva es muy común en la aviación y se da cuando sobre

Él a avión inciden vientos laterales que tienden a desvíalo. El piloto se ve obligado a realizar una maniobra de compensación a fin de mantener el rumbo establecido o deseado, esta maniobra provoca que el avión tenga un ángulo de ataque respecto de la trayectoria y es por ello que las fotografías del terreno 

P. Desviación (cabeceo y alabeo):

efecto que se produce por los movimientos relativos  de la plataforma utilizada (normalmente un avión), el cabeceo es el movimiento de la nariz del avión arriba y abajo; mientras que el alabeo es el movimiento de las alas.