Tecnología LIDAR: Principios, Componentes y Procesamiento de Datos

Tecnología LIDAR: Conceptos Fundamentales

LIDAR es una técnica de alta precisión y productividad para la adquisición directa de datos topográficos mediante láser. El error inherente es pequeño, y algunos errores se deben a la composición del sensor y su calibración.

Modelos de Datos

Modelo de Datos para un MDT (Modelo Digital del Terreno)

• Puntos: Son recogidos mediante coordenadas X, Y.
• Líneas: Recogen la localización espacial y altitud de datos.

Estructura de Datos de MDE (Modelo Digital de Elevación)

Es un punto acotado definido por (Z) acompañado de (X, Y).

Sistema LIDAR

Contiene un sensor activo que utiliza la radiación electromagnética en la frecuencia óptica y en la del infrarrojo cercano para realizar mediciones a distancia.

Ventajas: Adquisición rápida (digital o de video).

Componentes del ALS (Aerial Laser Scanner)

• Sensor láser
• Sistema de Navegación Inercial (INS)
• GPS Diferencial
• Aeronave
• Cámara digital

Elementos del Sensor Láser

• Emisor: Contiene el láser, la óptica de salida y el monitor de salida.
• Láser: Genera la señal de luz polarizada.
• Sistema Receptor: Contiene el telescopio y el analizador del espectro.
• Telescopio: Recoge la señal reflejada.

Filtro de Kalman

Se utiliza para la resolución de ambigüedades de movimiento a través de la técnica OTF (On-The-Fly). Utiliza una serie de ecuaciones matemáticas que permiten estimar posiciones con precisión. Dado que los modelos matemáticos no siempre tienen linealidad, el filtro de Kalman fue modificado para satisfacer esta necesidad. El filtro dual es utilizado para estimar las coordenadas X, Y, Z a partir de observaciones GPS.

Sistema de Navegación Inercial (INS)

Su función es orientar la plataforma aérea tomando como punto fijo la posición de la antena GPS. Está compuesto por una unidad de medida inercial y el procesador de navegación.

Unidad de Medida Inercial (IMU)

Es un sistema cerrado que se utiliza para detectar orientación, localización y movimiento. Está compuesto por tres acelerómetros situados de forma que sus tres ejes de medida sean ortogonales entre sí, y giroscopios que miden las velocidades de rotación.

Principios Físicos del LIDAR

El sistema emite un haz de luz. El pulso se refleja sobre el objeto y es captado por el sistema receptor. Un contador de alta velocidad mide el tiempo de viaje desde el comienzo del pulso hasta su recepción. El tiempo medido es convertido en un vector utilizando la constante de la velocidad de la luz con una fórmula específica.

Errores en Fotogrametría Tradicional

Fuentes de error incluyen:

• La medida de coordenadas en la imagen (orientación interior, absoluta).
• La obtención del control métrico necesario (trabajos de aerotriangulación).
• Error del escáner causado por errores mecánicos que se traducen en errores posicionales del píxel.

Ortorfoto

Es una imagen digital transformada que muestra en proyección ortogonal la escena fotografiada.

Esquema del Proceso LIDAR

• Láser, INS → Nube bruta
• GPS en aeronave, GPS en terreno → Trayectoria de la aeronave
• Procesamiento → Nube de puntos