Presa de Corumbel Bajo, rapidez y precisión en el análisis estructural con dron

Presa de Corumbel Bajo, rapidez y precisión en el análisis estructural con dron
(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 98)

(Artículo publicado en la Revista RPAS Drones número 2 – 2024)

Roberto Chinarro; Technical Manager
César Martínez; After Sales & Pilot Manager
Serafín López; Departamento de Fotogrametría

El análisis de la Presa de Corumbel Bajo es un ejemplo del uso de drones que permite una mayor versatilidad al escanear estructuras de gran tamaño

Las nuevas tecnologías son cada vez más el elemento que convierte un proyecto en una tarea completada con eficacia y rapidez. Los drones son una herramienta imprescindible para muchos profesionales. No solo llegan a lugares de difícil acceso, sino que los sensores disponibles se han multiplicado en los últimos años, tanto en diversidad como en precisión.

Los drones han pasado en unos años de ser meros observadores con cámaras básicas, a contar con un enorme abanico de sensores. Un perfecto ejemplo son las cámaras multiespectrales, que son capaces de obtener datos de diferentes espectros de la luz como el infrarrojo, aumentando en gran medida la cantidad y calidad de la información recopilada.

Otros dispositivos de captación, como los basados en escáner láser de alta precisión, son capaces de realizar captaciones de datos muy precisas de infraestructuras. Hoy en día se da un paso más allá de las imágenes en dos dimensiones siendo posible obtener una representación en 3D gracias a nubes de millones de puntos con datos pormenorizados de la geometría de un lugar. La información obtenida permite un estudio detallado de infraestructuras y edificios. Gracias a mediciones periódicas, se pueden detectar deformaciones, desplazamientos y desgastes que de otra manera serían muy difíciles de apreciar. El modelado 3d de estructuras es capaz de ofrecer una gran precisión, y en consecuencia, unos datos muy útiles a la hora del análisis estructural.

Históricamente este tipo de trabajos se han llevado a cabo mediante métodos más tradicionales, obteniendo los datos desde diferentes puntos de la estructura. Aunque los dispositivos existentes en la actualidad son muy precisos, el uso de drones permite una mayor versatilidad al escanear estructuras de gran tamaño. La posición elevada en vuelo ofrece también una mayor visión de conjunto, que puede ser complementada con datos aportados por estaciones en tierra.

Aunque los dispositivos existentes en la actualidad son muy precisos, el uso de drones aporta un valor añadido gracias a su capacidad de escanear estructuras de gran tamaño con mayor facilidad. Un punto elevado ofrece además una mayor visión de conjunto que puede ser complementada con los también útiles datos a pie de campo.

Precisamente de este tipo fue el trabajo realizado en el marco del proyecto de Gemelo Digital de la Presa de Corumbel que AYESA está realizando con la Dirección de Explotación de la Demarcación Hidrográfica del Tinto, Odiel, Piedras y Chanza de la Junta de Andalucía.

El modelo utilizado en este proyecto fue el DJI Matrice 300 RTK, un dron muy polivalente y portátil, capaz de realizar vuelos de hasta 43 minutos equipado con diferentes sensores o cargas de pago de hasta 2.7 kg.

El dron incorpora la última tecnología en materia de seguridad en vuelo. Posee una serie de sensores anticolisión que trabajan de manera continua. Muchos de los sistemas esenciales son redundantes, permitiendo que el dron siga operando en caso de fallo de uno de ellos. Se cuenta dos baterías, así como doble antena de comunicación y dos unidades de geoposicionamiento.

Otro extra destacable en el Matrice 300 RTK es la resistencia al viento, declarada por el fabricante de 55 Km/h; sin embargo, se ha comprobado en campo que supera estos niveles con gran fiabilidad.

Este dron es capaz de equipar diferentes sensores, desde sensores RGB para la toma de fotografías aéreas, sensores multiespectrales para estudios específicos fuera del espectro visible, o LiDAR, para mediciones en lugares más complejos o con vegetación, apoyado en esta ocasión por una base DJI RTK que le confiere una mejor precisión en entornos donde es difícil obtener correcciones en tiempo real desde las estaciones de referencia fijas.

Efectividad demostrada en el campo

Para el trabajo de adquisición de datos para la creación del Gemelo Digital de la presa se efectuaron varios vuelos, aplicando diferentes metodologías y sensores de forma que se obtuvo una gran redundancia de datos para su estudio posterior. Los sensores de la gama Enterprise de DJI están precisamente indicados para trabajos topográficos gracias a su gran precisión y su capacidad de adaptación a numerosos escenarios. Son capaces de obtener datos precisos de todo tipo de infraestructuras.

En primer lugar se equipó el dron con el sensor Zenmuse P1 para vuelo fotogramétrico y después con el sensor Zenmuse L1 para obtener también un vuelo LiDAR. En la captura de datos también se utilizó el software UGCS. Este programa permitió planificar un vuelo vertical de apoyo en el paramento de la presa con el sensor Zenmuse P1.

Aprovechando ese mismo sensor P1 para fotogrametría, se llevó a cabo un vuelo denominado oblicuo inteligente o “SmartOblique” exprimiendo todo el potencial de la integración de esta cámara P1 y su gran resolución.

Para completar la toma de datos, se equipó el dron con la cámara térmica Zenmuse H20T en vuelo fotogramétricos térmico oblicuo empleando el sensor de resolución de 640 x 512. Esto permitió la obtención de datos térmicos muy precisos. Gracias a las variaciones de temperatura se pueden obtener datos que no se aprecian mediante tradicionales cámaras RGB.

Análisis pormenorizado de los datos

Una vez completados los vuelos, y descargada la información, se procedió al tratamiento de los datos y su procesado. El procesado de la información capturada por las cámaras RGB /Térmico y LiDAR se realizó con el software DJI Terra. Dependiendo del sensor utilizado, el procesamiento es distinto, ya que esta aplicación permite tanto el procesado como la incorporación de puntos de control o chequeo con los que realizar el análisis de los resultados. En este caso concreto se utilizó una metodología basada en la utilización de una base en tierra, lo que mejoró la precisión de los cálculos.

Se comenzó con el procesado de los datos RGB y Térmico para la creación del Gemelo Digital. Para ello se utilizó un método basado en el algoritmo SfM con el que se empieza resolviendo una aerotriangulación con la que se obtuvieron precisiones de 1,7cm para los vuelos verticales realizados a 60m de altura. Para los vuelos oblicuos se obtuvo una precisión de 3,3cm. Todo ello con partiendo de un GSD de 0,7cm y 0,9cm según si las fotos se tomaron en vertical u oblicuo.

Los productos obtenidos con el vuelo vertical fueron una ortofotografía de resolución 1,4cm, un modelo digital de superficie con una resolución de 1,7cm y un modelo 3D en formato OBJ, 3dms con 2cm de resolución que cuenta con la textura de las fotografías capturadas.

Con estos datos, además de las fotografías de menos de 1cm, se consigue una representación de alta calidad en resolución y precisión que permite la identificación de cualquier detalle necesario en el seguimiento de presas y quizás solo se llega al análisis visual sobre las fotografías originales para analizar fisuras u otros elementos de mínima representación en los productos anteriormente reseñados. Además de estos datos obtenidos con cámaras RGB se añade también una cámara térmica de alta resolución, en su campo (640×512 píxeles) que permitió la generación de Ortoimagen Térmica RGB de resolución 14cm.

En segunda instancia se obtuvieron nubes de puntos por dos procedimientos, a través de la cámara DJI L1 LiDAR que con una altura de vuelo de 60m obtuvo una densidad de 178 puntos por metro cuadrado con una precisión de 5cm y otras nubes de puntos calculadas por software a través del método MVS (MultiViewStereo) con el que se consiguieron resoluciones de 40 puntos por metro cuadrado a la altura de 60m y precisiones de 2cm, las cuales dependiendo del tipo de superficie podían contar con cierto tipo de ruido, como la superficie metálica de los vehículos. Los tiempos de procesado van desde los 30 minutos para el caso LiDAR hasta las dos horas para el caso de los datos en RGB.

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Un paso de gigante para la topografía

Si algo queda claro después de realizar este proyecto de Gemelo Digital de la Presa de Corumbel es que esta metodología mediante drones como el Matrice 300 RTK y sus diferentes sensores, permite obtener una información que es prácticamente inimaginable por topografía clásica.

La velocidad de toma de datos, la precisión de los resultados obtenidos, la rapidez en la obtención de resultados finales, hace que este tipo de equipos se conviertan en los más adecuados para la toma de datos sobre paramentos y zonas adyacentes en presas, proporcionando información completa, precisa y rápida, que sería muy compleja de obtener por métodos tradicionales.

Ya sea para analizar un campo de cultivo o una compleja estructura industrial, los drones son una de las opciones más adecuadas. Los drones se han ganado a pulso un puesto de honor entre las herramientas de medición profesional en la actualidad.

www.grupoacre.com

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