Perfilamiento Láser para la Detección de Construcciones clandestinas y determinación de …

Altura de edificaciones

Modelos de Elevación derivados de un perfilamiento a Láser tienen incontables aplicaciones. Una de ellas es la localización de construcciones clandestinas. Con estas edificaciones referenciadas espacialmente, combinadas con otros productos cartográficos, el direccionamiento de investigaciones de campo e quedan facilitados y dirigidos, posibilitando la obtención de resultados más rápidos y más completos. Este trabajo presenta aplicaciones prácticas realizadas para Ayuntamientos en el Estado de Minas Gerais.

1.- Introducción

Perfilamiento a Láser es una tecnología relativamente nueva en medio cartográfico, que posibilita la obtención de informaciones altimétricas de la escena permitiendo el reconocimiento de volúmenes que se proyectan por encima de la superficie, como edificaciones, vegetación, torres, líneas de transmisión, etc.

Este sistema de sensoramiento remoto activo utiliza plataformas aéreas (aeronave, helicópteros) para obtener datos acerca de la altura de los objetos y de la superficie del terreno utilizando fajas de Láser (LÁSER-Light Amplification by Stimulatied Emisión of Radiance).

Las experiencias iniciales con esta metodología datan de 1993, realizadas por un grupo de investigación alemán de la Deustche Forschungsgemeinsschaft que más tarde, llevaron a la creación de la TopScan GmbH. En conjunto con la empresa canadiense Optech Inc., la TopScan GMBH desarrolló un método de Perfilamiento a Láser considerado como el primer proyecto demostrativo de la técnica. (WEVER et al., 1999).

El principio básico de funcionamiento de este sistema

El principio básico de funcionamiento de este es la obtención de registros continuos de coordenadas espaciales, las cuales constituyen los elementos primarios para modelar el terreno y generación de un mapa topográfico derivado de estas informaciones.

Durante el levantamiento, el sistema emite pulsos Láser en determinada frecuencia, que son dirigidos al suelo por medio de un conjunto óptico. El sistema hace un barrido de la superficie del terreno debajo de la aeronave y registra la distancia hasta el suelo para cada uno de los pulsos emitidos, siendo registrada también la posición inercial del conjunto, de modo a conocer la inclinación de cada fajo en relación a la vertical del lugar. Estos sistemas dependen básicamente de la detección de luz reflejada en una superficie natural o artificial.

Una de las principales características del sistema es la medición del primero y del último retorno de cada pulso, además de la detección de reflexiones múltiples oriundas de objetos pequeños como hilos y cabos suspensos por encima del suelo. Un mismo pulso puede alcanzar varios objetos en su trayecto hasta la superficie levantada. Siendo así, el punto más próximo ocasionará uno retorno más rápido (first pulse). Ya el punto más distante ocasionará un retorno más tardado (last pulse) (fig.1).

a0059
FIG 1- Reflexión de primer y ultimo retorno -Fuente:
Adaptado a.IPF/TU, Viena (2003) por
BRANDALIZE, M. C (2004)

Esta característica permite que se haga la distinción de objetos por encima del suelo, resultando en la obtención de dos productos distinguidos: el Modelo Digital de la Superficie (MDS) (fig.02), caracterizado por el primer retorno y el Modelo Digital de Terreno (MDT) (fig 03), caracterizado por el último retorno clasificado.


FIG. 02- Modelo Digital de Superfície – MDS

a0061
FIG. 03- Modelo Digital de Terreno – MDT

El primer objetivo para el uso del perfilamiento a Láser fue el mapeamiento de áreas de vegetación una segunda aplicación propuesta para este sistema fue el mapeamiento de áreas donde la Fotogrametría no era apropiada por no ofrecer el contraste y textura necesarias, como por ejemplo, en regiones costeras contiendo anchas franjas de arena.

Sin embargo, con la difusión de esta nueva tecnología en varios países, la aplicación inicialmente prevista para los datos Láser, hoy esta bien diversificada. Una de ellas es definición de volúmenes en áreas urbanas. Estos volúmenes, que componen el MDS, pueden ser fácilmente distinguidos en un perfilamiento a Láser con uso de algoritmos desarrollados para este fin, sin determinar un aumento significativo de tiempo o costo. Su utilización, combinada con otros productos cartográficos, posibilita la determinación de altura de edificaciones y localización de construcciones clandestinas.

En este trabajo son presentadas tres aplicaciones prácticas en el ámbito municipal.

2.- Aplicación: Definición de Volúmenes en áreas urbanas.

Conocer la tendencia de ocupación del proceso de urbanización de la ciudad, cuanto al volumen, densidad y calidad del urbanismo, de modo a programar la expansión de los límites del área urbana y la planificación de la ocupación de nuevas áreas urbanizadas es una de las necesidades de la administración municipal.

El registro, también ha suministrado las las informaciones para subsidiar la administración Municipal, sin embargo la identificación de edificaciones clandestinas para mantenimiento del registro inmobiliario, así como la regularización y tributación son imprescindibles a la gestión municipal apropiada. Para la identificación de estas edificaciones, tradicionalmente son realizadas investigaciones en campo, lo que gastan en dinero y tiempo.

Aplicando nueva tecnología, con la definición, de los volúmenes derivados de un perfilamiento Láser, combinados con otros productos cartográficos es posible a la reducción de la intervención humana en la captación de los datos necesarios para localización de construcciones clandestinas y determinación de altura de edificaciones.
Como consecuencia, el direccionamiento de investigaciones en campo se queda facilitado y dirigido, posibilitando la obtención de resultados más rápidos y más completos.

Para subsidiar la administración municipal, los volúmenes urbanos pueden ser aplicados también en la simulación de áreas de inundación, en el cálculo de volúmenes de formas artificiales, en el estudio de propagación de ruidos y contaminantes, entre otros.

2.1 Ayuntamiento Municipal de Ibirité

En el Municipio de Ibirité, situado en la región metropolitana de Belo Horizonte / MG, con aproximadamente 40 km² de área urbana, fue desarrollado e implementado el Sistema de Información Geográficas (SIG). Los levantamientos aerofotogramétricos y Láser, para generación de la base cartográfica fueron realizados en el periodo de Julio a Septiembre de 2003.

2.1.1 Necesidad

Una de las necesidades del Municipio de Ibirité era la detección de ampliaciones catastral. En este municipio las ampliaciones verticales son propiciadas por la acentuada declividad de la región que favorece la construcción de edificaciones “incrustadas” o edificaciones térreas con el aprovechamiento parcial del “sótano” muchas veces formado naturalmente por la configuración del relieve.

Para atender esta necesidad fue desarrollada metodología utilizando productos combinados, originados de la restitución aerofotogramétrica, de los Láser y de las informaciones catastrales. La integración de datos fue realizada con herramienta SIG.

2.1.2 Datos Disponibles

– Perfilamiento a Láser: MDT y MDS;
– Documentos cartográficos: Restitución Digital en la escala 1:20.000, con la representación de todas las formas compatibles con la escala de la representación, almacenadas en Layers distinguidos;
– Documentos Catastrales: Plantas Catastrales y Banco de Datos, disponibles por el Ayuntamiento.

2.1.3 Etapas Desarrolladas:

Para la determinación de las alturas de las edificaciones y presentación de los resultados, fueron desarrolladas las siguientes etapas:

– Selección del layer EDIFICACION;
– Generación de grilla regular para uniformación del MDT;
– Determinación de la altitud del MDT (H MDT) en el área de la edificación;
– Selección de los puntos del MDS internos a las edificaciones;
– Determinación de la altitud del MDS (H MDS) seleccionado;
– Determinación de la altura de la edificación (h = H MDS – H MDT);
– Determinación del número de pavimentos;
– Especialización de los resultados utilizando herramientas SIG.

a0062
FIG. 4 – Polígonos de edificación en vermelho, offset
externo en rosa de puntos del MDT

Después de la extracción de los polígonos de las edificaciones de la base cartográfica en la escala 1:2.000, fue generada una grilla regular a partir de los puntos clasificados como MDT. Fue definido es espaciamiento de la grilla igual a 2 metros para uniformación del modelo, de la forma de garantizar la existencia de puntos en el interior de la edificación.
Como objetivo del trabajo era evidencia de las edificaciones, fue generado offset externo a los polígonos de estas, con altura de 1 metro (fig 4) y seleccionado el punto de menor altitud en el interior del nuevo polígono.

En seguida, fueron seleccionados los puntos del MDS internos al polígono de cada edificación, que corresponden a los puntos reflejados del tejado (fig 5).
Para evitar que puntos reflejados de las paredes externas de la edificación debido a la inclinación de la faja Láser o que puntos reflejados del suelo, en la proyección del cobertizo, hicieran erróneamente parte de la muestra, fue generado un offset interno al polígono de la edificación con anchura de 1 metro, correspondiente al cobertizo y descartados los puntos situados en esta área (fig 6). Fue determinada la altitud estadística en la muestra.

a0063
FIG. 6 – Puntos del MDS considerados una
determinación de altura de edificación.

2.1.4 Particularidades

Con base en las características predominantes de las edificaciones del barrio Piratininga, bajas y con coberturas con poco desnivel, fue establecido que la altura de un pavimento corresponde a 3 metros. En la práctica, como las características de las edificaciones varían de un barrio a otro, el usuario puede indicar la altura del pavimento adecuada a la región de interés para el cálculo del número de pavimentos.

Las edificaciones con área inferior a 4m² fueron desconsideradas por que no configuraran una vivienda.

2.1.5 Presentación de los Resultados

Las alturas resultantes de la diferencia entre los modelos de la superficie y del terreno fueron representadas en el centroide de cada polígono de edificación (fig 7) y en las tablas relacionando los centroides, identificados por las coordenadas E y N, con las respectivas alturas medias.

a0064
FIG. 7 – Polígono de las Edificaciones con altura
resultante (metros).

Utilizando herramientas SIG, fueron especializadas las edificaciones, clasificadas por el número de pavimentos (fig 8).

a0065
FIG. 8 – Espacialización de los Resultados.

2.2. Ayuntamiento Municipal de Snata Luzia, próximo a Belo Horizonte/MG

2.2 AYUNTAMIENTO MUNICIPAL DE SANTA LUZIA

En el periodo abril a junio de 2004, en el Municipio de Santa Luzia, próximo a Belo Horizonte aproximadamente 56 km² de área urbana, fueron realizados levantamientos aerofotogramétricos en escala 1:8.000 y perfilamiento Láser para generación de plantas y ortofotos digitales en la escala 1:2.000.

2.2.1 Necesidad

Una de las necesidades del Ayuntamiento de Santa Luzia era la determinación de las alturas de las edificaciones para futura utilización en SIG

2.2.2 Datos Disponibles

Perfilamiento Láser: MDT y MDS;
– Documentos cartográficos: Restitución Digital en la escala 1:2.000, con todas las formas compatibles con la escala de representación, almacenadas en layers distinguidos

2.2.3 Etapas Desarrolladas

Fueron desarrolladas las mismas etapas presentadas en el ítem 2.1.3, excepto la especialización, de los resultados debidos de los datos catastrales que no hubieran sido disponibles para esta etapa.

Bajar PDF (2,3 Mb)

Fuente:

Denise Rodbard Falat

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Solve : *
19 − 6 =