Téncicas fotogramétricas desde vehículos aéreos no tripulados aplicadas a la obtención de productos cartográficos para la Ingeniería Civil

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Fecha de defensa:

2016

Doctorando:

Patricio Jesús Martínez Carricondo

Directores:

Francisco Agüera Vega

Fernando Carvajal Ramírez

Julián Sánchez-Hermosilla López

https://www.educacion.gob.es/teseo/mostrarRef.do?ref=1343328

RESUMEN

La ingeniería civil viene usando los modelos digitales de elevaciones (DEMs) y las ortofotos como material básico para poder redactar y ejecutar cualquier proyecto de ingeniería, así como para controlar la geometría de las construcciones de forma periódica.

Dentro de los medios técnicos posibles para obtener este tipo de información, los vehículos aéreos no tripulados (unmanned aerial vehicles UAVs) están imponiendo, cada vez más, su uso debido a la reducción de costes, la flexibilidad y la mejora en la resolución obtenida. Este éxito se ha debido, en parte, a la evolución de la fotogrametría digital y al uso de algoritmos especiales como el Structure-from-Motion (SfM).

Muchos son los autores que desde hace varios años vienen estudiando las aplicaciones de la fotogrametría UAV y la influencia que determinados parámetros tienen en la precisión de los productos resultantes.

Esta Tesis Doctoral ha pretendido profundizar en el estudio de aplicaciones fotogramétricas desde UAVs para situaciones de topografía extrema, como pueden ser los deslizamientos de taludes de desmonte en obras lineales, así como analizar la influencia que la altura de vuelo, la morfología del terreno y el número de puntos de apoyo Ground Control Points (GCPs) tienen en la precisión de DEMs y ortoimágenes obtenidas mediante fotogrametría UAV a través de software basado en el algoritmo SfM.

Los resultados obtenidos han demostrado que la fotogrametría UAV constituye una técnica útil y adecuada para proyectos de ingeniería relacionados con la reparación y gestión de deslizamientos de taludes en desmontes de carreteras. Asimismo, se ha constatado que la morfología del terreno y la altura de vuelo tienen poca influencia sobre la precisión planimétrica alcanzada, debido principalmente al bajo rango de altura de vuelo en el que suelen operar los UAVs (50-120 m). También se ha corroborado, igual que otros estudios, que la precisión altimétrica disminuye conforme aumenta la altura, aportando esta Tesis Doctoral que esa consecuencia es más notable conforme disminuye el número de GCPs. Por último, se ha arrojado luz sobre la influencia que el número de GCPs tiene en la precisión final de los productos obtenidos, concluyéndose que el uso de un número alto de puntos de apoyo (15-20) optimiza los resultados, tanto en planimetría como en altimetría, llegando a permitir, incluso para alturas de 120 m y según las normas del ASPRS, la creación de mapas cartográficos a escala 1:150.

Effects of image orientation and ground control points distribution on unmanned aerial vehicle photogrammetry projects on a road cut slope

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Fernando Carvajal Ramírez, Francisco Agüera Vega, and Patricio J. Martínez Carricondo

2016

Journal of Applied of Remote Sensing, 034004

http://dx.doi.org/10.1117/1.JRS.10.034004

ABSTRACT

The morphology of road cut slopes, such as length and high slopes, is one of the most prevalent causes of landslides and terrain stability troubles. Digital elevation models (DEMs) and orthoimages are used for land management purposes. Two flights with different orientations with respect to the target surface were planned, and four photogrammetric projects were carried out during these flights to study the image orientation effects. Orthogonal images oriented to the cut slope with only sidelaps were compared to the classical vertical orientation, with sidelapping, endlapping, and both types of overlapping simultaneously. DEM and orthoimages obtained from the orthogonal project showed smaller errors than those obtained from the other three photo- grammetric projects, with the first one being much easier to manage. One additional flight and six photogrammetric projects were used to establish an objective criterion to locate the three ground control points for georeferencing and rectification DEMs and orthoimages. All possible sources of errors were evaluated in the DEMs and orthoimages.

Accuracy of Digital Surface Models and Orthophotos Derived from Unmanned Aerial Vehicle Photogrammetry

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Francisco Agüera Vega, Fernando Carvajal Ramírez, Patricio J. Martínez Carricondo

2016

Journal of Surveying Engineering, 04016025

http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)SU.1943-5428.0000206

ABSTRACT

This paper explores the influence of flight altitude, terrain morphology, and the number of ground control points (GCPs) on digital surface model (DSM) and orthoimage accuracies obtained with unmanned aerial vehicle (UAV) photogrammetry. For this study, 60 photogrammetric projects were carried out considering five terrain morphologies, four flight altitudes (i.e., 50, 80, 100, and 120 m), and three different numbers of GCPs (i.e., 3, 5, and 10). The UAV was a rotatory wing platform with eight motors, and the sensor was a nonmetric mirrorless reflex camera. The root-mean-square error (RMSE) was used to assess the accuracy of the DSM (Z component) and orthophotos (X, Y, and XY components RMSEX, RMSEY, and RMSEXY, respectively). The results show that RMSEX, RMSEY, and RMSEXY were not influenced by flight altitude or terrain morphology. For horizontal accuracy, differences between terrain morphologies were observed only when 5 or 10 GCPs were used, which were the best accuracies for the flattest morphologies. Nevertheless, the number of GCPs influenced the horizontal accuracy; as the number of GCPs increased, the accuracy improved. Vertical accuracy was not influenced by terrain morphology, but both flight altitude and the number of GCPs had significant influences on RMSEZ; as the number of GCPs increased, the accuracy improved. Regarding flight altitude, vertical accuracy decreased as flight altitude increased. The most accurate combination of flight altitude and number of GCPs was 50 m and 10 GCPs, respectively, which yielded RMSEX, RMSEY, RMSEXY, and RMSEZ values equal to 0.038, 0.035, 0.053, and 0.049 m, respectively.
In view of these results, the map scale according to the legacy American Society for Photogrammetry and Remote Sensing map standard of 1990 will be approximately 1:150, and an equivalent contour interval of 0.150 m is sufficient for most civil engineering projects.

Estimating the Evaporation from Irrigation Reservoirs of Greenhouses Using Satellite Imagery

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Fernando Carvajal Ramírez, Francisco Agüera Vega, and Julián Sánchez-Hermosilla López

2016

Environ. Prog. Sustainable Energy, 35: 1750–1757

http://dx.doi.org/10.1002/ep.12419

ABSTRACT

The agricultural system in south-eastern Spain is based on intensive horticulture in greenhouses. Public and private organizations have spent substantial resources on optimizing irrigation, due to the scant annual precipitation (close to 250 mm). In order to preserve natural water resources, avoiding overexploitation and salinization aquifers, the water loss has to be minimized. Farmers save water in irrigation reservoirs, which are open to the atmosphere most of the time. In this work, the loss to evaporation from open water reservoirs was estimated in a typical agricultural greenhouse area in Almeria province, south-eastern Spain. The data source was both a high-resolution satellite image, and a set of climatic data from the Agro-climatic Information Network of Andalusia (AINA) and from a Class-A pan evaporimeter. The image was used for detecting and delineating open water bodies applying a supervised classification algorithm based on an artificial neural network. The climatic data were used to estimate the distribution of monthly evaporation. It was concluded that irrigation water reservoirs can evaporate 3.76% of the input water used for crops. If all of the water bodies were covered with shade materials and if the precipitation intercepted by the roofs of greenhouses were saved in the irrigation water reservoirs, 49.87% of water annually consumed by greenhouse crops could be saved.

La UAL oferta el único máster de España con formación integral para operador civil de drones

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La UAL oferta el único máster de España con formación integral para operador civil de drones

Modelización virtual de la Fortaleza de Bač, Serbia en su contexto cultural e histórico

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Fecha de defensa:

2016

Doctorando:

Svetlana Nikcevic

Directores:

Fernando Carvajal Ramírez

Francisco Agüera Vega

https://www.educacion.gob.es/teseo/mostrarRef.do?ref=1273659

 

RESUMEN

En los últimos años, se viene comprobando la necesidad de registrar el patrimonio cultural, gráfica y numéricamente, bien para su estudio, rehabilitación o conservación. Uno de los métodos utilizados para este fin es la Fotogrametría, terrestre o aérea, como uno de los procedimientos más adecuados para realizar el inventario de los bienes.

Fotogrametría es el arte, la ciencia y la tecnología de obtener información confiable de objetos físicos y su entorno, mediante el proceso de exponer, medir e interpretar tanto imágenes fotográficas como otras, obtenidas de diversos patrones de energía electromagnética y otros fenómenos.

Es una técnica inocua, de rápida ejecución y con una gran cantidad de información obtenida en poco tiempo. Una disciplina que crea modelos en 3D a partir de imágenes 2D, para así obtener características geométricas de los objetos que representan, mediante el uso de relaciones matemáticas establecidas en la geometría proyectiva, y de la visión estereoscópica que posee en forma natural el ser humano. Ya que las imágenes de los objetos son obtenidas por medios fotográficos, la medición se realiza a distancia, sin que exista contacto físico con el objeto. Y esto es muy importante cuando se trata de patrimonio cultural, porque en muchos casos es posible empeorar su estado con contacto físico.

El complejo cultural e histórico Fortaleza Bač es un bien cultural único y sirve como testimonio de las relaciones entre el hombre y la naturaleza en un período ininterrumpido de largo de tiempo. Es uno de los once tales unidades catalogadas como monumentos de gran valor en la República de Serbia.

El estado real en el campo no refleja la importancia de este bien cultural. Las actividades de investigación y protección se han llevado a cabo desde finales de 1950 hasta hoy, con algunos períodos de interrupciones. Durante este tiempo, los enfoques y las circunstancias de las obras realizadas fueron cambiando constantemente.

Lo que no ha cambiado – es la creencia profesional que es un patrimonio muy valioso.

El área protegida abarca la pieza elevada de la tierra dentro de un meandro del río Mostonga y consta de dos áreas más pequeñas interconectadas: la fortaleza – más precisamente, un castillo con una barbacana (siglo XIV al XVI) y el suburbio al que se puede acceder a través de la torre de la puerta.

La estructura de este complejo se ha mantenido prácticamente sin cambios durante seis siglos todo este tiempo, a pesar de su rica historia. Fortaleza Bač desde su demolición en 1705, no cambio en casi nada, y después de la reorganización en el siglo XV no tenía una importante actualización. Hoy en día se conserva una silueta fácilmente reconocible de las ruinas de una fortaleza medieval. Aunque llamativo y en el estado actual, este edificio debe ser preservado como un monumento de gran importancia.

Después de la demolición de la fortaleza, en 1758, la zona del suburbio se dividió en lotes para la construcción de viviendas y, en la actualidad, es un conjunto de 36 hogares.

Desde 2003, las investigaciones sistemáticas se han llevado a cabo como trabajos de la restauración y revitalización sobre la fortaleza, la aplicación de los principios de protección integrados. Algunas investigaciones de suburbio también se han llevado a cabo. A continuación, se hicieron estudios de protección, de complejo e instalación del agua alrededor de la antigua “ciudad del agua”.

Por todo expuesto se ha decidido hacer la Modelización Virtual de esta Fortaleza tan importante en contexto histórico y cultural, que durante siglos servía a los reyes húngaros y sultán turco.

El objetivo general de esta tesis es análisis de la técnica de Fotogrametría en el Modelado 3D de patrimonio cultural y la comprobación de eficacia mediante su aplicación en caso concreto de la Fortaleza de Bač.

El proyecto se llevó a cabo empleando la técnica de Fotogrametría terrestre y aérea y luego procesando las fotos obtenidas en el software Photoscan para finalmente obtener el modelo 3D. Durante la toma de fotos se han medido coordenadas de puntos de apoyo (GCP) y puntos de control (CP) que luego servían para georreferenciar el modelo y medir error (RMSE). Como el paso final se hizo presentación interactiva con fin de difundir y acercar este patrimonio cultural a muchas más personas por la red de internet.

Colaboración Aga Khan Award for Architecture «Nasrid Tower Restoration»

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Hace un par de meses tuvimos el gusto de colaborar en la realización del vídeo presentación sobre la Restauración de la Torre Nazarí, en Huercal Overa, para postularse a los prestigiosos premios Aga Khan Award for Architecture.

La productora DEV.TV junto con el Ayuntamiento de Huercal Overa  y el estudio de arquitectura CM Arquitectos confiaron en nuestros servicios para aportar las imágenes aéreas.

Os dejamos el vídeo con el resultado final. Esperamos que os guste.

Hasta la próxima entrada.

 

 

 

 

Más de 1000 operadores a la espera de la nueva Ley de Drones

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Muchos han sido los rumores que fechaban en Marzo de 2.016 la aprobación de la tan ansiada ley definitiva de los drones en España. Sin embargo, esta fecha estaba basada en un escenario político que contaría con un Gobierno estable, cosa que como todos sabemos, aún no se ha producido. Habrá que ir por pasos y esperar a que se constituya el nuevo Parlamento para que esta Ley pueda ver la luz.

Una mala noticia para más de 1000 operadores que están a la espera de la aprobación de esta nueva Ley, que amplíe el abanico de posibilidades de trabajos con sus equipos y permita el despegue de un sector en auge que prevé dar trabajo a varios miles de personas en los próximos años.

La nueva Ley, básicamente, aumentará de forma muy notable las posibilidades de realización de trabajos, muy dependientes, en la actualidad, de la ubicación de los mismos. Las tres principales novedades serán las siguientes:

  • Por un lado, se permitirá el vuelo dentro de núcleo urbano restringido a aeronaves de peso inferior a 10 kg, a una distancia inferior a los 100 m y, por supuesto, por debajo de los 120 m de altura. Además deberá contar con un permiso previo emitido por AESA y por la Subdelegación del Gobierno, así como un estudio de seguridad que garantice la operación.
  • Se permitirá el vuelo dentro del Espacio Aéreo Controlado, actualmente prohibido por el RD Ley 18/2014, siempre y cuando se cumpla con los estudios de seguridad necesarios y sean aprobados por la Agencia Estatal de Seguridad Aérea.
  • Se ampliará el rango de peso para las operaciones BVLOS hasta los 5 kg, lo que permitirá realizar trabajos más allá de la vista con equipos superiores (actualmente se permite para aeronaves cuya masa máxima al despegue sea inferior a 2 kg). Por tanto, nuevas posibilidades para equipos de ala fija para realizar labores de cartografía, inspección, etc.

Así que nos tocará esperar unos meses…

Os esperamos en nuestra siguiente entrada de blog. ¡Feliz Vuelo!