¿Qué es la tecnología LIDAR y como se usa en Drones?

Los sensores LIDAR no son algo nuevo, si bien se usan mucho en al día de hoy en Drones; han ganado en popularidad en los últimos años. En realidad se trata de una tecnología que apareció en los años 70 en los laboratorios de la NASA.

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¿Qué es la tecnología LIDAR?

LIDAR son las siglas de “Laser Imaging Detection and Ranging”, una técnica de teledetección óptica mediante la cual podemos determinar la distancia desde un emisor a un objeto.

Este tipo de sistemas emite haces de rayos láser. Cada uno de estos rayos viaja por el aire, impacta en un objeto y el reflejo es detectado por un receptor presente en el sensor. La cuestión fundamental es que estos dispositivos son capaces de medir el tiempo invertido en este el trayecto de ida y vuelta de tal modo que es posible calcular la distancia real existente entre ambos puntos.

Sabiendo la dirección en la que fue emitido este rayo, la distancia recorrida y repitiendo el proceso miles de veces, un LIDAR es capaz de generar una nube de puntos muy densa que se ajusta perfectamente al entorno que ha sido escaneado.

¿Qué es la tecnología LIDAR y como se usa en Drones?

Ya podemos intuir varias ventajas de este tipo de sensor:

• 1) genera reconstrucciones completas del entorno visible desde el sensor.
• 2) genera miles de medidas por segundo de forma precisa y sin necesidad de post-procesados complejos.

Nota para los más curiosos: El laser se desplaza a aproximadamente a 300.000 km/segundo con lo que emplea 6 millonésimas de segundo en completar un trayecto de 1 km. Por lo que puedes hacer a la idea de la precisión con la que estos sensores deben de ser capaces de medir el tiempo (o la fase de la onda en caso de medir el tiempo no sea una posibilidad).

Aquí podemos encontrar su principal inconveniente: este tipo de tecnología no ha alcanzado una situación de disponibilidad universal y la competencia entre fabricantes es limitada. Es probable que cambie pronto con la llegada de los coches autónomos que “entienden su entorno” gracias a este tipo de sensores, pero de momento, los precios siguen comparativamente altos.

En la actualidad es posible adquirir LIDARs de reducidas dimensiones que pueden ser embarcados en drones y que combinan otros tipos de tecnologías que permiten georeferenciar los resultados: unidades de medición inerciales (IMU), GNSS, RTK… Estos elementos suelen estar orientados a mejorar la precisión de la capturas.

¿Y la principal diferencia entre LIDAR y fotogrametría?

La técnica de la fotogrametría consiste en reconstruir el terreno a partir de fotografías aéreas. Se trata de un proceso complejo en el que a partir de múltiples imágenes bidimensionales que contienen puntos de vista alternativos de cada objeto, se puede reconstruir información tridimensional. A partir de estas reconstrucciones es posible generar ortofotos, mapas de elevación, nubes de puntos y otros derivados.

Aquí radica una de las principales diferencias: la tecnología LIDAR genera directamente nubes de puntos, mientras que la fotogrametría requiere de procesado que en ocasiones pueden demorar horas/días. Si bien ambos métodos son sensibles a la calidad de los datos capturados (pulsos laser o fotos), este es un factor mucho más crítico en el caso de la fotogrametría.

Quiero utilizar LIDAR, ¿cuáles son sus ventajas?

¿Qué es la tecnología LIDAR y como se usa en Drones?

• La tecnología LIDAR no requiere buenas condiciones de luz para poder recopilar puntos. El sensor emite su propia energía con lo que puede capturar puntos tanto de día como de noche.
• Los sistemas LIDAR son capaces de ofrecer una densidad de puntos muy alta. Por ejemplo, dispositivos comerciales de gama media son capaces de generar entre 300 y 1000 puntos por metro cuadrado.
• Relacionado con lo anterior, es capaz de reconstruir elementos finos como cables y líneas eléctricas.
• Son equipos con productividades muy altas ya que requieren menos superposición de líneas de vuelo (20%-30%). Además cada “pasada” del dron suele abarcar una anchura mayor que con las cámaras más habituales. Una regla fácil es considerar la anchura como el doble de la altura de vuelo.
• En general, cada punto medido genera una coordenada más precisa que el equivalente con métodos fotogramétricos.
• Muy importante: El láser tiene cierta capacidad de penetración, con lo que es posible obtener modelos digitales que pueden, por ejemplo, ignorar la vegetación. En este caso, el “número de pulsos” que emite el sensor determina cuántos rebotes es posible detectar en una dirección concreta.
• El coste de los sensores es mucho más elevado en el caso de los LIDAR. Los más básicos comienzan en decenas de miles de euros.
• El procesamientos de los datos obtenidos es más ligero, aunque es igualmente especializado.
• No todos los LIDAR son capaces de reconstruir el aspecto visible de los objetos, con lo que en algunos casos solo está disponible la nube de puntos sin colorear.

¿La tecnología LIDAR puede llegar a sustituir a la fotogrametría?

Depende del caso. La fotogrametría con drones sigue siendo uno de los métodos más económico y efectivo para la recopilación de datos aéreos. En todo caso debes hacerte varias preguntas fundamentales a la hora de decidir uno u otro método. Vayamos a casos claros:

¿Qué es la tecnología LIDAR y como se usa en Drones?

• ¿Necesitas modelar el terreno en zonas boscosas densas? Si es así, LIDAR es claramente el ganador. Si estas zonas boscosas aparecen en forma de parches entre los que existe terreno visible, fotogrametría sigue siendo una opción viable.
• ¿Necesitas capturar una extensión grande (miles de hectáreas) y el tiempo/coste es un factor crítico? Un scanner laser será más productivo por jornada, pero también más caro de desplazar.
• ¿Es la inversión un factor limitante? Si es así, fotogrametría es claramente una tecnología más competitiva.
• ¿Necesitas que cada punto esté localizado con un margen de error muy bajo o bien las nubes han de se extremadamente densas? LIDAR es tu preferencia. Ojo, la precisión de LIDAR terrestre es mayor que la conseguida por sensores semejantes embarcados en un dron en movimiento.

Estos equipos de digitalización ha completado multitud de proyectos que, utilizando fotogrametría, han conseguido precisiones que rondan el centímetro mediante una planificación muy cuidadosa, utilización de un número suficiente de puntos de apoyo y con un procesado de datos que no desmerezca la calidad de los datos.

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