Sensores aerotransportados

C on la popularización de las imágenes del Google Earth, del Nasa World Wind y del Microsoft Virtual Earth, muchos usuarios de esta “nueva geografía” imaginan estar siempre viendo imágenes de satélites. Sin embargo, a medida en que se aproxima a las imágenes y se pueden ver detalles como coches y personas, también cambian las fuentes de los datos, que generalmente se obtienen con sensores aerotransportados.

Estos sensores tienen esta denominación por el hecho de que se embarcan en algún tipo de aeronave, que pueden ser aviones, helicópteros, globos, ultralivianos, etc. La aplicación va desde una cámara de pequeño formato, embarcada en un aeromodelo, hasta cámaras de un millón de dólares, que viajan en aviones que cuestan otro millón.

Los segmentos que más usan mapeos con sensores aerotransportados son los de petróleo & gas, la explotación minera y las carreteras, y los principales clientes son grandes compañías de ingeniería, además de los gobiernos federales, estatales y municipales.

Vea a continuación un ejemplo sobre los principales tipos de sensores utilizados en aeronaves, con fines de mapeo.

Ópticos

Sensores ópticos, o cámaras métricas basadas en películas, se usan prácticamente desde el inicio del siglo XX.

En este tipo de mapeo se utilizan cámaras aéreas de gran formato, con negativos de 25 x 25 centímetros, acopladas a las aeronaves. Las imágenes se obtienen a través de vuelos con superposición, tanto en el sentido longitudinal como lateral. La superposición es útil para que se obtenga la estereoscopía, que es el efecto tridimensional en las imágenes.

Para la ligación entre los modelos es preciso hacer el apoyo de campo con puntos en el terreno de coordenadas conocidas, o entonces a través del uso de sistemas inerciales. El producto final es un mosaico de fotos. Una de las desventajas es que se necesitan operaciones para atenuar las enmiendas, problema que aumenta en función de la altura del vuelo.

La transformación de la foto en una ortofoto disminuye los efectos de distorsiones de las imágenes, en que los objetos se “verticalizan” al máximo. Para este procedimiento es necesario el uso de un Modelo Digital del Terreno (MDT), un proceso generalmente de alto costo.

Pese a ser una tecnología relativamente antigua, continúa bastante presente en el mercado, con cámaras de excelente calidad que todavía producen buenas imágenes.

Digitales

Así como las cámaras caseras de película están de a poco dejándose de lado, en el área de aerofotogrametría no es diferente. Las cámaras aéreas digitales presentan algunas ventajas en relación a las basadas en película, y la tendencia es que en un futuro cercano ellas dominen el 100% del mercado. Actualmente, existen aproximadamente 700 cámaras analógicas y 150 digitales en el mundo, como por ejemplo la ADS40 de Leica Geosystems, usada por la empresa Base Aerofotogrametría.

La gran ventaja del mapeo digital es que se puede ver en campo si el producto no quedó como se deseaba, pudiendo rehacerse el trabajo. En el caso de las cámaras ópticas, es preciso enviar la película a revelar, para entonces saber si el trabajo fue aprobado. Otra ventaja es que la imagen digital puede llegar hasta 16 bits, contra los cerca de 6 bits de las imágenes analógicas. El proceso y el tratamiento de los datos es más eficiente, pues presenta bandas RGB, infrarrojas y pancromáticas separadas.

Una de las desventajas es el costo mayor de adquisición de los datos, lo que ocasiona, generalmente, pérdidas en licitaciones contra las cámaras ópticas. Sin embargo, las grandes empresas reconocen la calidad del mapeo digital, generalmente contratan este tipo de servicio.

Según la altura del vuelo, la resolución de las imágenes ópticas es superior a la de sensores digitales. En este caso, el pixel llega como máximo a cinco centímetros, pudiéndose ver postes, muros, marcos delimitadores de ductos, etc., como en la imagen siguiente.

Con el mapeo digital, el trabajo de campo disminuye drásticamente. Incluso, sin apoyo de campo, se puede llegar a resultados satisfactorios en algunas aplicaciones.

Láser

El principio de funcionamiento del láser scanning, o perfilado a láser, es el mismo de los distanciómetros digitales. El sensor emite un láser hacia el suelo y mide el tiempo de la vuelta, para calcular la distancia hasta el objetivo. Así, se tiene una “nube” de puntos, que debe ser analizada para la extracción de informaciones.

Otra importante característica del perfilado a láser es la medición de la primera y de la última reflexión de cada pulsación Láser, lo que permite el procesamiento posterior para la distinción de objetos sobre el suelo, como árboles, edificaciones, postes, etc.

Las experiencias iniciales con este método comenzaron en 1993, con un grupo de investigación alemán. Actualmente existen sistemas en todo el mundo que hacen perfilado a láser, pero están concentrados en Europa, EUA, Canadá, Japón, Australia y Sudáfrica.

Los sistemas Láser pueden operar en prácticamente cualquier horario, diurno o nocturno. Las interrupciones ocurren solamente en momentos de lluvia o cuando hay nubes muy densas.

Es una tecnología más indicada para el análisis donde el relieve es importante. Aunque es nueva, es una herramienta con gran margen para futuros desarrollos, en especial en los algoritmos de generación de MDTs, en los sistemas de barrido y en la clasificación de objetos.

La tapa de la revista es un ejemplo de mapeo con perfilado a láser de una región de minería, donde los colores varían de acuerdo a la altura de los puntos.

Radar

El principio de funcionamiento del Radar (en inglés Radio Detection And Ranking) es la detección de objetos a distancia, en función de la emisión y recepción de ondas electromagnéticas reflejadas por los mismos. Puede ser Polarimétrico o Interferométrico de Apertura Sintética.

El Polsar, o Radar Polarimétrico, opera en la banda L. El Insar, o Radar Interferométrico de Apertura Sintética aerotransportado como el desarrollado por la empresa OrbiSat da Amazônia, opera en las bandas de frecuencia X y P y emite, recibe y graba señales electromagnéticas, transformándolas en imágenes de alta resolución. La banda X refleja el nivel de la copa de los árboles, mientras que la P penetra en la vegetación y refleja el suelo.

Las ventajas del mapeo por radar son la gran área que abarca y, principalmente, la independencia en función de las condiciones meteorológicas y la posibilidad de volar durante el día o la noche.

Los productos finales son modelos digitales de superficie y de terreno, ortoimágenes u otros derivados.

Esteio, empresa del área de aerolevantamientos con sede en Curitiba, está en fase final de ajustes de una sociedad con Fugro/EarthData, para la introducción del GeoSAR, un sistema de radar aerotransportado.

Sistemas de posicionamiento

Aliados a los sensores aerotransportados, están los sistemas que posicionan las aeronaves, como GPS y sistemas inerciales. En el caso de los sistemas inerciales, es necesario obtener una autorización del Departamento de Defensa de los Estados Unidos, pues la tecnología es similar a la que guía a los misiles.

En la realización de vuelos apoyados con GPS, cada toma de foto se acompaña de un event maker, o marcador de eventos, que registra la posición segundo a segundo. Además, se instala un receptor GPS en el suelo, para que sirva de base en el posicionamiento relativo.

El “caos aéreo” ha sido un obstáculo para los aerolevantamientos, debido a la necesidad de aprobación de los controladores de vuelo para las aeronaves de mapeo. Como algunas aplicaciones dependen también de las condiciones meteorológicas y de horarios ideales de vuelo es preciso conciliar varios factores para hacer el levantamiento, lo que a veces aumenta mucho el tiempo para la adquisición de los datos.

Complementación

La tecnología que se utilice depende de la finalidad a la que se destina. En algunos casos, se puede hasta usar una combinación de dos o tres tipos de sensores en vuelos diferentes, como digital y láser, por ejemplo, para la obtención del producto final.

La competición con las imágenes orbitales existe en una pequeña faja de superposición, en la cual las dos tecnologías pueden atender a una misma aplicación. Sin embargo, en la mayoría de los casos, los productos son complementarios, pues cada uno tiene sus aplicaciones específicas, además de ventajas y desventajas.