Integración de Datos de zonas costeras

La combinación de láser escáner y Sensores Batimétricos

En el estudio de costas, la integración de datos batimétricos (debajo del nivel del mar) y escaneo láser (sobre el nivel del mar) causan problemas debido a las diferentes propiedades de las imágenes. Sin embargo, al asegurar que los diferentes conjuntos de datos han sido georreferenciados y orientados con precisión, de manera completa y precisa se puede obtener un modelo de terreno por encima y por debajo del nivel del mar. Esta técnica se utilizó para el área de estudio Portovenere – en Italia, incluida la iglesia de San Pedro ubicada en un promontorio rocoso de pendiente pronunciada, con una precisión de posicionamiento en el orden de 5 cm.

Uno de los mayores problemas en levantamientos de costa es la combinación precisa de datos marinos y terrestres. Este problema se debe a varias cuestiones. Diferentes fuentes de datos en diferentes resoluciones y precisión. Además, la integración de los datos levantados desde diferentes sensores en diferentes momentos presenta problemas con la georeferenciación. Codevintec Italiana y sus socios han superado estos problemas mediante la fusión de Lidar y datos batimétricos con el fin de obtener modelos de costa a una alta resolución en tres dimensiones (3D).

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Figura 2, Iglesia de San Pedro, durante el levantamiento ILRIS-3D


Enfoque Integrado

Recientemente, los escáneres láser Optech se han actualizado para funcionar con información de posición y altitud. Codevintec, un buque equipado con un laser Optech inteligente y sistema de imágenes (ILRIS-3D) para estudiar las áreas sobre el nivel del agua. Un amplio sistema sonar SWATHplus-H de Ingeniería de Sistemas y Evaluación Ltd (SEA) también se estableció para reunir datos topográficos submarinos. La combinación de GPS y la plataforma inercial Applanix – posición y orientación del sistema de buques para navegación marítima (POS MV 320) – mide la posición y la altitud de los dos sensores. Este enfoque integrado nos ha permitido obtener un completo modelo 3D en un solo levantamiento, incluidos los lugares que son imposibles de alcanzar desde la tierra. A juicio del levantamiento fueron llevadas a cabo por la Marina italiana en Portovenere, Italia (Figura 1), alrededor de la zona de la Iglesia de San Pietro. La iglesia, que se asienta sobre un promontorio rocoso, fue construida por los genoveses entre 1256 y 1277 sobre las ruinas de una iglesia paleocristiana, que a su vez fue construido sobre un templo pagano dedicado a la diosa Venus Erycina.

h6>Adquisición de la Información

Dado que uno de nuestros objetivos fue comparar los resultados obtenidos utilizando los dos Lidar estático y dinámico, el sitio se levantó en dos marcos de tiempo utilizando dos enfoques diferentes. En 2006, la iglesia entera por su parte interna y externa fueron levantados mediante el escáner láser terrestre ILRIS-3D (levantamiento estático, Figura 2). El segundo levantamiento, en el verano del 2008, fue hecho con dos sensores. El escáner dinámico ILRIS-MC (compensación de movimiento) y el sonar batimétrico SWATHPlus-H y este conjunto de datos fueron adquiridos al mismo tiempo. Ambos conjuntos de datos georreferenciados fueron orientados utilizando el sistema inercial Applanix. El modelo 3D de toda la bahía por sobre y bajo el nivel del mar fueron integrados con alta resolución de escaneo en 2006.

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Figura 3, Modelo 3D de la Iglesia

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Figura 4, La instalación de la ILRIS-MC en el barco

Estudio Estático

Quince láser externos estacionarios se colocaron alrededor de la iglesia para un total de 32 adquisiciones. Levantamientos adicionales se realizaron también desde la isla de Palmaria con el fin de mejorar el modelo a lo largo del lado sur. Tres levantamientos se adquirieron el interior de la iglesia. La inclinación técnica permitió una visión total de 360°. Mientras que el escáner láser fue llevado a cabo por Codevintec, la Armada completó el levantamiento topográfico de alta precisión mediante una estación total. Estos puntos fueron utilizados para la georeferenciación final de toda la nube de puntos 3D. El software PolyWorks de InnovMetric se usa para alinear y georreferenciar las nubes de puntos y crear el modelo triangulado de la iglesia. El software Z-Map se utilizó para crear la ortofoto y el modelo CAD de la fachada principal (Figura 3).

Estudio dinámico

La Oficina de Hidrografía Naval prueba la integración de diferentes sensores en el mismo barco en junio del 2008. Ser capaz de escanear desde un barco nos ha permitido recoger los datos a lo largo de la fachada suroeste de la iglesia (levantamiento no estático 2006). El buque siguió varias líneas a una velocidad de 2-4 nudos con el fin de cubrir toda la superficie a una resolución óptima. El corazón de nuestro sistema es Applanix POS MV, que adquirió los datos a 100Hz con el fin de proporcionar las necesarias correcciones de altitud. Se compone de tres acelerómetros y tres giroscopios, que miden la aceleración y la velocidad angular a fin de calcular todos los aspectos del movimiento de la embarcación: posición, velocidad, mareas, aceleración, orientación y rotación. Dos de doble frecuencia (L1/L2), receptores GPS y grabación de las pistas de ruta del buque. Procesamiento GPS diferencial se utiliza para corregir y perfeccionar los datos georreferenciados. La posición y movimiento de datos se pueden procesar para aumentar la precisión del GPS a aproximadamente 1 cm.

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Figura 5, Integración de levantamiento de alta resolución (2006), levantamiento dinámico (2008) y batimétrico

ILRIS-MC

El ILRIS-MC (Figura 4) ofrece varias ventajas en comparación con las tradicionales técnicas de estudio. Exploración dinámica se lleva a cabo con rapidez y eficacia, permitiendo lo que antes eran inaccesibles lugares ahora pueden medirse. El sistema registra las coordenadas cartesianas de cada medición, así como la intensidad del haz, que depende del nivel de reflectividad. Dos ILRIS-MC se completaron para los levantamientos. La primera se refería a un bloqueo de espejo y exploración de líneas verticales (produciendo una resolución en la dirección de la nave dependiente de su velocidad). El barco fue anclado frente a las rocas y se realizo un levantamiento pseudo-estático. Esto permitió que la resolución final se incremente (a 1-2 cm) y precisa de movimientos compensados en 3D del conjunto de datos que se generan de forma automática.

SWATHplus

La técnica de interferometría SWATHplus puede recolectar una amplia franja de datos de alta resolución batimétricos. Es especialmente útil en el agua ya que los datos se pueden obtener rápidamente. Una alta frecuencia (468 kHz) se utilizó para el estudio del lecho marino a profundidades de 2-25 m, obteniendo una resolución de 10 cm. La tecnología interferométrica permite una recolección simultánea de datos de barrido lateral en la misma resolución, como los datos batimétricos. Esto permite una nube de puntos con las mismas características que el escáneo láser (alcance e intensidad). El resultado final es una red de nube de puntos georreferenciados XYZ.

Integración de Sistemas

Uno de los mayores problemas en este tipo de estudio es el conocimiento de la relativa distancia entre cada objeto. El POS tiene su propia orientación y posición dentro de la embarcación, y es importante conocer la orientación y ubicación exacta de los sensores ILRIS-MC y SWATHplus en relación con el POS. La conectividad entre ILRIS-MC y el sistema de posicionamiento se limita a la sincronización entre los relojes de los instrumentos. SWATHplus a recibido datos binarios directamente desde el sistema de posicionamiento. Para regular los dos sensores con el POS, se realizaron dos diferentes calibraciones para ambos ILRIS y SWATHplus:

  • Lever arm: posición relativa con respecto a los POS (X, Y, Z), y
  • Boresight: ángulo de orientación con respecto a los POS (ancho, altura y cabeceo).
Procesamiento de la Información

Los datos binarios recopilados por el POS se procesaron con la utilización del software GPS POSPac. El resultado es la mejor estimación de la trayectoria suavizada (SBET) que se utiliza como entrada para corregir los datos láser de la batimetría. Los datos MC-ILRIS fueron procesados con el SBET utilizando el analizador de software, la introducción del archivo de calibración previamente calculado. SWATHplus es el mismo software que se utilizó para recopilar los datos batimétricos y se utilizó para su elaboración, la aplicación de los datos observados en movimiento, la velocidad del sonido en el agua y la marea. Los datos fueron procesados y editados para crear un modelo digital de terreno en formato ASCII (DTM). El software PolyWorks fue utilizado para integrar los tres conjuntos de datos (ILRIS-3D 2006, ILRIS MC-2008 y SWATHplus 2008), produciendo un modelo completo de la zona Portovenere (Figura 5).

Completo Conjunto de Datos

El escaneo láser dinámico y de interferometría multi-haz permite investigar grandes áreas rápidamente con una precisión absoluta de alrededor de 5 cm. Los conjuntos de datos georeferenciados se generan automáticamente. En condiciones en las que ni la tecnología puede funcionar de manera independiente, las dos técnicas proporcionan un conjunto completo de datos. Esta fusión de los dos métodos ha generado un completo y exacto, modelo digital de las áreas por sobre y bajo el nivel de mar, un resultado que no se puede duplicar con cualquier otro levantamiento de instrumentos topográficos. La georeferenciación de precisión permite que estos datos se integren con los resultados de un levantamiento Lidar con el fin de aumentar la resolución de los objetos particulares de interés.

Fuente:

Gim-International

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