La plataforma móvil terrestre LIDAR, IMU y GPS

La combinación de Escaneo Láser Terrestre, Posición y Sistemas de Orientación y de los receptores GPS en un sistema de cartografía móvil permite eficaz mapeo de grandes y complejos terrenos. Los autores pusieron a prueba un sistema de cartografía móvil en dos sitios: en una mina a tajo abierto, y a lo largo de una carretera.

Optech y Suneco han desarrollado un sistema de cartografía móvil, en un principio sobre la base de una plataforma que combina ILRIS-3D (Ranking Láser Inteligente y Sistema de Procesamiento de Imágenes), Applanix POS LV (basado en vehículos en tierra) y los receptores GPS (Figuras 1 y 2). Este nuevo sistema, ILRIS-CM (Compensación del Movimiento), puede ser instalado en cualquier plataforma móvil y realiza rápidas capturas, generación de nubes de puntos en tiempo real en coordenadas WGS84.

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Figura 6. Derecha: Reconstrucción CAD del tramo de carretera derivado del barrido láser (izquierda)


Componentes

El sistema láser integrado genera una nube de puntos, ya sea a través de la creación convencional de escaneado de dos ejes y exploraciones destinadas a ser utilizadas en la plataforma inestable Duch como plataforma flotante, o mediante la exploración horizontal y/o vertical, destinado a ser utilizado en plataformas móviles. Applanix POS LV 420 contiene una unidad de medición inercial (IMU), tres acelerómetros y tres giroscopios, que miden la aceleración y la velocidad angular necesaria para computar posición, velocidad, aceleración, orientación y rotación, orientación rotación. El sistema también incluye un Indicador de Medición a Distancia (DMI), montado en una rueda del eje giratorio para reducir la precisión de medición de distancias recorridas lineales, que permite la reducción del error de deriva IMU del GPS durante corte de luz.

Un Sistema Computacional POS en el vehículo es el ordenador central de procesamiento del receptor GPS, la unidad PCMCIA, de procesamiento de datos y unidades de distribución de energía para todos los componentes POS LV. Dos de doble frecuencia (L1-L2) proporcionan los receptores GPS geo-referenciación: un receptor en tierra, una estación de Red Permanente (PNS) y una móvil (rover). GPS diferencial (DGPS) se utiliza para la corrección y perfeccionamiento: datos de la estación móvil se procesa en combinación con datos basados desde tierra en el receptor.

El PNS es por lo general un promedio o un conocido Punto de Control (GCP) cerrado o de la zona de captura y luego se utiliza para determinar el GCP y corregir después el receptor móvil GPS de los datos durante su procesamiento. El uso del DGPS puede aumentar la precisión del GPS en aproximadamente 1 cm.

sen00131Figura 1, Van lista para captura

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Figura 2, Configuración de los tres componentes del sistema: GPS, IMU POSI V y escáner láser terrestre

Integración

La conectividad entre los tres sistemas se limita a la sincronización de los relojes entre los instrumentos. En el modo dinámico de cada sistema recopila los datos de forma independiente. El ILRIS-3D time-stamps de cada evento local utilizando su reloj, y luego utiliza ese tiempo para establecer el offset (recalculado cada segundo) entre su reloj local y el tiempo GPS. En el post-procesamiento, los dos únicos archivos requeridos para generar movimiento de compensación de datos son: (1) Applanix SBET (Smoothed Mejor Trayectoria estimada), que contiene la trayectoria y la orientación de la duración del estudio y (2) láser Optech ROW que consiste en la nube de puntos que están directamente referenciados geográficamente en las coordenadas WGS84. Para poner a prueba su capacidad el sistema integrado se montó en una camioneta y dos capturas se llevaron a cabo, uno en una mina a tajo abierto y uno a lo largo de una carretera.

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Figura 3, El volumen de la mina tajo abierto se calculó en 83.929 m²

Mina a Tajo Abierto.

El objetivo fue el estudio de toda la mina, y generar un cálculo de volumen de excavación. Un área de 600×500 metros se levanto en treinta minutos y casi 19 millones de puntos fueron recolectados, resolución de 10 cm aproximadamente, velocidad de los vehículos en 5 km/h; La baja velocidad se debe a la áspera y desigual grava del camino. Para satisfacer los requisitos del producto final fue subsampled a una nube de punto de 50 cm de resolución. Sobre la base de la precisión de los tres instrumentos (ILRIS-3D a los 7 mm, POS a los 3 cm y 1 cm en el GPS), la precisión global se calculó a 4 cm. PolyWorks, una aplicación de software comercial, se utilizó para procesar los datos, y llevar a cabo el cálculo del volumen (Figura 3) y extracción de la malla final (Figura 4) y secciones transversales fácilmente en poco tiempo.

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Figura 4, Malla de pil mina tajo abierta, generado con PolyWorks

Single-lane Road

El objetivo era obtener todos los detalles que rodean a la carretera: terraplén, pavimento, edificaciones, y otros elementos de infraestructura como puentes y pasos sobre nivel. El sistema de captura de carretera, unos 8 km de largo, más de treinta minutos y captura de más de 9 millones de puntos.

La densidad fue de 60 puntos/m2, con el vehículo en el que viajan a 15-20 km/h. Debido a las muchos gaps GPS y precisión vertical no parece mejor que 5 cm a 6 cm. PolyWorks, en combinación con AutoCAD y Autodesk Civil 3D, se utilizó para procesar los datos (Figuras 5 y 6). Esto dio lugar a la cartografía de carreteras y reconstrucción CAD de la geometría de carreteras, quiebre de la superficie de carreteras, grandes rutas en el pavimento horizontal y ubicación de señales de tráfico, ubicación y sección transversal de las áreas de carretera de emergencia, túneles y puentes, vegetación y paredes laterales.

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Figura 5, Vista perspectiva de barrido láser de una carretera

Conclusiones.

Exámenes demostrando la viabilidad del Escáner Láser Móvil Continuo. Las mejoras en la facilidad de instalación y uso se anticipan con la llegada de avanzadas soluciones, como el recientemente inaugurado Lynx Mobile Mapper.

Fuente:

Federeica Zampa (Ingeniería Ambiental) – Dario Conforti (Licenciado en Arquitectura Urbana)

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