104320 by UNIGIS América Latina

Master Thesis ǀ Tesis de Maestría submitted within the UNIGIS MSc programme presentada para el Programa UNIGIS MSc at/en Interfaculty Department of Geoinformatics- Z_GIS Departamento de Geomática – Z_GIS University of Salzburg ǀ Universidad de Salzburg

Aeronaves remotamente tripuladas y topografía tradicional: comparación de resultados para la obtención de cartografía y su aplicación en el postconflicto colombiano Remotely manned aircraft and traditional topography: comparison of results for obtaining cartography and its application in the Colombian post-conflict by/por

Ingeniero Jahir Mauricio Soler González 01522716

A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements of the degree of Master of Science (Geographical Information Science & Systems) – MSc (GIS)

Bogotá D.C. - Colombia, Marzo 21 de 2019

RESUMEN La cartografía y los procesos cartográficos, con los que se generan hoy en día los mapas bases y temáticos, han venido transformándose los últimos años a partir de la implementación de la captura de imágenes aéreas con aeronaves remotamente tripuladas. La interpretación de estas imágenes con metodologías de fotogrametría digital se ha convertido en una opción interesante para aplicaciones civiles e ingenieriles. Sin embargo, no se ha llegado a un consenso general sobre si los resultados obtenidos pueden o no remplazar las metodologías tradicionales con las que se realizan los levantamientos topográficos. La presente investigación plantea realizar una comparación entre las técnicas topográficas tradicionales en una zona de estudio piloto en la que se lleva a cabo también el levantamiento de información con aeronaves remotamente tripuladas para comparar su precisión y viabilidad técnica en un posible uso “masivo” de actualización cartográfica en Colombia. Como resultado se observó que la fotogrametría en comparación con la topografía tradicional arroja resultados muy similares, los cuales se puede asumir con un 95 % de confiabilidad y un estrecho margen de error. La altimetría y planimetría expresan datos muy similares, las diferencias están por debajo de uno (1) llegando casi a cero (0), lo que se traduce en diferencias milimétricas, por lo que se asume que la fotogrametría es aplicable en el pos conflicto, más exactamente para la revaluación catastral o cartografía multipropósito establecida en el acuerdo de paz. Las ventajas de la aplicación de la fotogrametría, en comparación con la topografía tradicional para el pos conflictos, está manifestada en la reducción de personal y por ende de costos, la seguridad del mismo personal, así como la rapidez, veracidad y confiabilidad con que se obtienen datos. Palabras clave: Cartografía, fotogrametría, pos conflicto, topografía.

ABSTRACT

Cartographic processes that generate base maps and thematic maps have been transformed over the last years since the implementation of aerial images captured with remotely manned aircrafts. The interpretation of these images using methods of digital photogrammetry methodologies have become an interesting option for civil and engineering applications. However, no consensus has been reached on whether the results obtained may or may not replace traditional methodologies that are used to carry out topographic surveys.

The present investigation proposes a comparison of traditional topographic techniques in a pilot study area. In addition, asurvey based on remotely manned aircraft was carried out in order to compare its accuracy and technical feasibility with traditional topographic techniques in a possible "massive" use in a cartographic update of Colombia.

Results showed that photogrammetry in comparison with traditional topography yield very similar results, which can be assumed with a 95% reliability and a narrow margin of error. Altimetry and planimetry express very similar data, the differences are below one (1) reaching almost zero (0), which translates into millimetric differences. So it is assumed that photogrammetry is applicable for the cadastral revaluation and multipurpose-cartography assessment established in the Colombian peace agreement. The advantages of the application of photogrammetry in comparison with traditional topographic methods in the scenario of the Colombian post conflict-process lies in the reduction of personnel and therefore of costs, the safety of the same personnel, as well as the speed, reliability and reliability with which data is obtained.

Key words: cartography, photogrammetry, postconflict, topography.

COMPROMISO DE CIENCIA Por medio del presente documento, incluyendo mi firma personal certifico y aseguro que mi tesis es completamente el resultado de mi propio trabajo. He citado todas las fuentes que he usado en mi tesis y en todos los casos he indicado su origen.

BogotĂĄ D.C. â&#x20AC;&#x201C; Colombia, Marzo 21 de 2019

Firma

TABLA DE CONTENIDO

CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN ................................................................................. 5 1.1 ANTECEDENTES ..................................................................................................... 5 1.2 OBJETIVOS Y PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN ............................................. 6 1.2.1 Objetivo general ........................................................................................................ 6 1.2.2 Objetivos específicos. ............................................................................................... 7 1.2.3 Preguntas de investigación........................................................................................ 7 1.3 HIPÓTESIS ................................................................................................................. 7 1.4 JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................ 7 1.5 ALCANCE................................................................................................................... 8 CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO ........................................................................... 10 2.1 MARCO CONCEPTUAL. ........................................................................................ 10 2.1.1 Fotogrametría .......................................................................................................... 10 2.1.2 Método fotogramétrico ........................................................................................... 11 2.1.2.1Orientacion interna............................................................................................... 12 2.1.2.2 Orientación externa ............................................................................................. 12 2.1.2.3 Orientación relativa ............................................................................................. 12 2.1.2.4 Orientación absoluta ........................................................................................... 16 2.1.2.5 Corrección geométrica ........................................................................................ 17 2.1.3 Topografía ............................................................................................................ 20 2.2 INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN TOPOGRÁFICA ............................................ 20

2.2.1 Niveles .................................................................................................................... 20 2.2.2 Anteojo.................................................................................................................... 21 2.2.3 Objetivo. ................................................................................................................. 21 2.2.4 Montura del anteojo. Retículo ................................................................................ 21 2.2.5 Hilo del retículo ...................................................................................................... 22 2.2.6 Ocular...................................................................................................................... 22 2.2.7 Poder de aumento del ocular ................................................................................... 22 2.2.8 Enfoque ................................................................................................................... 22 2.2.9 Tornillo de fijación y movimiento lento ................................................................. 23 2.2.10 Limbos ................................................................................................................. 23 2.2.11 Nonios .................................................................................................................. 23 2.2.12 Micrómetro ........................................................................................................... 24 2.3 LA ELECTRÓNICA EN LA TOPOGRAFÍA .......................................................... 24 2.4 MÉTODOS TOPOGRÁFICOS ................................................................................. 27 2.4.1Método taquimétrico ................................................................................................ 28 2.4.2 Métodos planimétricos ............................................................................................ 28 2.4.3 Métodos altimétricos o de nivelación ..................................................................... 32 2.5 POSTCONFLICTO EN COLOMBIA Y ACTUALIZACIÓN CATASTRAL ........ 32 2.6 MARCO HISTORICO .............................................................................................. 34 2.6.1 Historia de la fotogrametría .................................................................................... 34 2.6.2 Aplicaciones de la fotogrametría. ........................................................................... 36

2.6.3 Historia de la topografía ......................................................................................... 38 2.7 MARCO JURÍDICO.................................................................................................. 40 2.7.1 Legislación Colombiana ......................................................................................... 40 2.8 MARCO TECNOLÓGICO ....................................................................................... 41 2.8.1 Aeronave Remotamente Tripulada (ART) ............................................................. 42 2.8.2 Clasificación de las ART ........................................................................................ 42 2.8.3 Aplicaciones de las ART ....................................................................................... 44 CAPÍTULO III. METODOLOGÍA ............................................................................. 46 3.1 ÁREA DE ESTUDIO ................................................................................................ 46 3.2 FLUJOGRAMA DE INVESTIGACIÓN .................................................................. 48 3.3 METODOLOGÍA ...................................................................................................... 50 3.3.1 Primera fase: estudio previo ................................................................................... 50 3.3.1.1Planeacion previa al vuelo ................................................................................... 50 3.3.2 Segunda fase: estudio de campo ............................................................................. 56 3.3.2.1Trabajo de campo ................................................................................................ 56 3.3.3 Tercera fase: Trabajo de oficina ............................................................................. 59 3.3.3.1Complemento al trabajo de oficina ...................................................................... 60 CAPÍTULO IV. RESULTADOS .................................................................................. 70 4.1 VALIDACIÓN DE RESULTADOS ......................................................................... 70 4.1.1 Resultados del método fotogramétrico Vs la topografía ........................................ 71 4.1.2 Comparación de resultados de fotogrametría Vs topografía .................................. 75 5. CONCLUSIONES

6. REFERENCIAS

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Tipos de ART y algunas aplicaciones ................................................................ 44 Tabla 2. Características de la plataforma del Hexacóptero ............................................. 52 Tabla 3. Características Wookong M. ............................................................................. 53 Tabla 4. Características Sensor RGB 24 Mpx. (Sony Nex 7) .......................................... 54 Tabla 5. Coordenadas estaciones permanentes ............................................................... 58 Tabla 6. Coordenadas GPS del proyecto......................................................................... 62 Tabla 7. Diferencias en Alturas ....................................................................................... 72 Tabla 8. Diferencias horizontales .................................................................................... 74 Tabla 9. Cartera de nivelación topográfica..................................................................... 74

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Sistemas de referencia de dos fotografías para llevar a cabo la orientación relativa ................................................................................................................................ 101 Figura 2. Sistemas de referencia de dos fotografías para llevar a cabo la orientación relativa ................................................................................................................................ 143 Figura 3. . Matriz de condición coplanaria ..................................................................... 14 Figura 4. Matriz de rotación y traslación ...................................................................... 154 Figura 5. Matriz de rotación y ángulos de rotación. ....................................................... 15 Figura 7. Ecuaciones de transformación para los sistemas fotogramétricos al sistema de coordenadas terreno. ........................................................................................................... 166 Figura 8. Fotografía aérea sin corrección geométrica. ................................................ 4617 Figura 9. Fotografía aérea sin corrección geométrica. .................................................... 18 Figura 10. Flujograma de investigación .......................................................................... 49 Figura 11. Dibujo y presentación de resultados. ......................................................... 5526 Figura 12. Estación total. ................................................................................................ 27 Figura 13. Métodos planimétricos................................................................................... 29 Figura 14. Trabajo de campo para el método topográfico de radiación .......................... 30 Figura 15. Método poligonal de topografía..................................................................... 31 Figura 16. Línea de tiempo de la fotogrametría .............................................................. 34 Figura 17. Clasificación de los principales tipos de aeronaves ....................................... 43 Figura 18. Mapa de ubicación, Samaria. ......................................................................... 46 Figura 19. Mapa de ubicación, Samaria .......................................................................... 47

Figura 20. Polígono de estudio, Samaria ........................................................................ 48 Figura 21. Flujograma de investigación .......................................................................... 49 Figura 22. Modelo para captura de datos a partir de ART .............................................. 51 Figura 23. Vuelo a ejecutar.. ........................................................................................... 55 Figura 24. Puntos de Foto control ................................................................................... 56 Figura 25. Posicionamiento GPS .................................................................................... 55 Figura 26. ART S900 previo al despegue. ...................................................................... 59 Figura 27. Calibración Inicial ......................................................................................... 64 Figura 28. Ubicación de puntos de foto control (GCP). ................................................. 65 Figura 29. Proceso de Re optimización del bloque fotogramétrico ................................ 66 Figura 30. Nube de puntos densa. ................................................................................... 67 Figura 31. Malla de triángulos. ....................................................................................... 68 Figura 32. Reporte de calidad desde el software PIX4D ................................................ 69 Figura 33. Exactitud absoluta de posición según resolución del producto. .................... 71

CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN

1.1 Antecedentes Existe un potencial muy grande hoy en día para generar la actualización cartográfica en Colombia, la cual se encuentra con rezagos debido a diversas problemáticas. Entre ellas, las principales son: La posición geográfica de Colombia que hace dominante la presencia de nubosidad en ciertas zonas y por ende la desestimación del uso de imágenes satelitales de alta resolución; una climatología adversa y cambiante en zonas de selva y montañas, lo que sumado al punto anterior, hace que los costes de realizar vuelos fotogramétricos tradicionales sean muy altos, así como el riesgo asumido por el personal en vuelo. Es por ello que el uso de Aeronaves Remotamente Tripuladas (ART) se presenta en la actualidad como una opción viable para obtener cartografía, base de alta precisión, optimizando el tiempo de trabajo en campo y reduciendo costos operativos en comparación con las técnicas topográficas o fotogramétricas tradicionales para obtener información cartográfica primaria (Tadrowski, 2014). Teniendo en cuenta lo anterior, esta investigación plantea realizar una comparación entre las técnicas topográficas tradicionales en una zona de estudio piloto en la que se lleva a cabo también el levantamiento de información con ART para comparar su precisión y viabilidad técnica en un posible uso “masivo” de actualización cartográfica en Colombia. La fotogrametría con aeronaves remotamente tripuladas se presenta como un novedoso método para la documentación geográfica del territorio, en diversas instituciones y organizaciones en todo el mundo dedicadas a la documentación, investigación y actualización de información espacial. Así, la implementación de esta técnica permite recopilar información gráfica y numérica que, a su vez, conlleva a que los modelos cartográficos generados se conviertan en una herramienta de gran utilidad en procesos de planeación, modelamiento, fomento y desarrollo del entorno analizado. Por otra parte, los procesos de investigación en el área de fotogrametría con aeronaves remotamente tripuladas en Colombia se encuentran hasta ahora dando sus primeros pasos.

Es allí donde radica la importancia de la presente investigación, en tanto que permite ahondar en el conocimiento de las técnicas utilizadas en estos procedimientos y posibilita un futuro crecimiento investigativo a partir de las mejoras que se puedan dar en la metodología aplicada. Sin embargo, dentro del contexto de esta tesis se puede asumir que la finalización del conflicto armado colombiano traerá consigo un análisis exhaustivo del sector agropecuario para poder lograr una verdadera reconciliación, fortaleciendo el campo y regresando las tierras a los propietarios originales. Por tal motivo, las herramientas cartográficas, como las ART, pueden aportar en gran medida a esta labor, realizando actualizaciones catastrales y geográficas de aquellas zonas y predios que fueron azotados por la violencia y que por diferentes características topográficas es una tarea dispendiosa. Dentro del acuerdo de paz se propone la cartografía multipropósito es uno de los puntos del acuerdo de paz en Colombia, se basa en una técnica para la tenencia de tierras y valoración económica de los predios. En ese orden de ideas, lo que se quiere resaltar en este trabajo es la facilidad que van a tener las entidades para hacer esas actualizaciones catastrales, recurriendo a ART y no con aviones tripulados o con topografía tradicional (por tierra).

1.2 OBJETIVOS Y PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN 1.2.1 Objetivo general Contribuir al conocimiento de la cartografía obtenida a partir del uso de ART en contraste a las técnicas topográficas tradicionales, a fin de verificar su viabilidad técnica en el catastro multipropósito establecido en el acuerdo de paz para el pos conflicto en la zona de estudio piloto del departamento de Cundinamarca, Colombia.

1.2.2 Objetivos específicos 

Entender los resultados técnicos de comparar dos métodos de obtención (topografía tradicional y fotogrametría con ART) de cartografía base en una zona de estudio piloto del departamento de Cundinamarca, Colombia.



Proponer de manera asertiva una metodología básica para el uso adecuado de las ART en la captura de imágenes aéreas para apoyo a la cartografía multipropósito establecido en el acuerdo de paz para el pos conflicto Colombiano.

1.2.3 Preguntas de investigación A. ¿Es posible obtener resultados similares en cuanto a precisión geográfica utilizando métodos fotogramétricos a partir de sensores ubicados en ART, en comparación con los métodos topográficos tradicionales en Colombia? B. ¿La metodología que se utiliza en la planeación, trabajo de campo y post procesamiento de la información resultante de las imágenes capturadas con vuelos fotogramétricos de aeronaves remotamente tripuladas (ART) es adecuada para su aplicación en la cartografía multipropósito

del pos conflicto en

Colombia?

1.3 HIPÓTESIS Es posible obtener resultados cartográficos de calidad similar a los métodos topográficos tradicionales, utilizando métodos fotogramétricos a partir de sensores ubicados en ART, que permitan realizar una actualización catastral de los municipios en el pos conflicto.

1.4 JUSTIFICACIÓN Colombia se encuentra atravesando actualmente por un escenario denominado por el gobierno como “postconflicto”. El éxito de este proceso gira en torno a unos ejes principales dentro de los cuales se encuentra la necesidad-obligatoriedad de actualizar la cartografía base colombiana para obtener un adecuado catastro municipal, que sirva como

herramienta para la toma de decisiones en el territorio nacional en temas sensibles de restitución de tierras, titulación, reintegración y, en general, planeación nacional. En ese sentido, el proceso de actualización cartográfica en Colombia es un ejercicio que requiere una importante inversión de recursos económicos, técnicos y humanos, toda vez que los factores geográficos y climatológicos interfieren en una adecuada ejecución de lo planeado, aumentando los tiempos y generando sobrecostos e incluso, volviendo inviable el proceso para ciertas zonas de Colombia. Es por ello que el uso de ART para realizar el levantamiento fotogramétrico de cartografía base se presenta como una opción que resulta ser viable si se puede garantizar precisión en los productos obtenidos luego de la restitución. La importancia de la investigación se fundamenta entonces en dos ejes principales: (1) la capacidad de aportar a la construcción social del territorio nacional desde la perspectiva de la planeación territorial, y (2) el valor del aporte técnico al proponer un adecuado flujo de trabajo que garantice resultados válidos de fotogrametría para cartografía base a partir de levantamientos con aeronaves remotamente tripuladas que aporte al punto de cartografía multipropósito establecido el acuerdo de paz para el pos conflicto.

1.5 ALCANCE El propósito principal es obtener una aproximación real de los resultados que se obtienen en la consecución de datos cartográficos para una misma área de estudio, utilizando dos técnicas diferentes para ello, a saber, técnicas topográficas tradicionales y la implementación de vuelos fotogramétricos en ART. Se comparan cuantitativamente en cuanto a diferencias de precisión, y se valora cualitativamente las bondades de cada técnica. El área de estudio se encuentra ubicado en el departamento de Cundinamarca, en el municipio de Chía, Colombia, y aunque es una prueba piloto en un área relativamente pequeña, se pretende mostrar que la aplicación de nuevas técnicas para obtener cartografía es una opción totalmente viable para su implementación en procesos robustos de catastro, titulación de tierras, planeación territorial y demás procesos gubernamentales y/o privados.

Dentro de los desafíos presentes en el proceso, se han podido establecer dos grandes grupos, el primero, perteneciente al proceso técnico que conlleva realizar la metodología propuesta, toda vez que existen aún algunos profesionales de la ingeniería escépticos en cuanto a los resultados que se pueden obtener con estas aplicaciones versus los métodos tradicionales. El segundo grupo, corresponde a la implementación futura y en gran escala de estas metodologías en el territorio nacional, debido al cubrimiento geográfico que se debe hacer para garantizar la cobertura necesaria en zonas de difícil acceso del país. Esto permite una merma en recursos económicos, técnicos y humanos, sin tener en cuenta factores adversos como el clima que limita a las aeronaves tripuladas.

2 2.1

CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO

MARCO CONCEPTUAL

Para el desarrollo, comprensión y análisis de esta investigación, surge la necesidad de definir algunos conceptos básicos que permitan una interacción más apropiada de cualquier tipo de individuos, facilitando de esta forma el proceso de aprehensión y discernimiento de los textos expuestos.

2.1.1 Fotogrametría En palabras de Tracey (2008), la fotogrametría está dirigida a obtener información física de la geografía de un lugar a partir de la captura de espectros de luz en imágenes fotográficas análogas o digitales y posteriormente hallar resultados con base en la información tomada. A su vez, la fotogrametría se basa en lo que se conoce como visión estereoscópica artificial, que no es más que una simulación del proceso que realiza naturalmente el ojo humano, permitiendo la percepción de la tercera dimensión como se observa en la figura 1.

Figura 1. Sistemas de referencia de dos fotografías para llevar a cabo la orientación relativa Fuente: elaboración propia, basado en Barreiro et al., 2014.

A partir de la anterior figura se puede afirmar que la fotogrametría está fundamentada en el examen de dos perspectivas de un mismo objeto, tomadas desde dos puntos de vista distintos convenientemente colocados (Karasca, Walsh y Butler, 1987). A partir de estos preceptos, se presentan entonces diferentes metodologías de captura y/o análisis de la información (Otero, Ezquerra, Rodríguez-Solano, Martín y Bachiller, 2008, p. 3): Fotogrametría terrestre. La fotografía es usada en una posición tal que el eje de la cámara fotográfica resulta horizontal y paralelo al terreno o corteza terrestre. Fotogrametría aérea. Fotografías obtenidas desde vehículos aéreos; el eje óptico de la cámara fotográfica resulta sensiblemente perpendicular al terreno o corteza terrestre. Fotogrametría analógica. Si se entiende por fotogrametría, como se ha comentado, la determinación precisa de un objeto en el espacio, mediante la utilización de fotografías aéreas, la fotogrametría analógica lo consigue mediante la utilización directa de dichas fotografías (formando modelos estereoscópicos), reconstruyendo el modelo espacial con sistemas ópticos o mecánicos. Fotogrametría analítica. En este caso el modelo espacial se reconstruye exclusivamente mediante programas informáticos que simulan dicha geometría. Fotogrametría Digital. En este caso el modelo espacial se reconstruye exclusivamente mediante programas informáticos que simulan dicha geometría.

2.1.2 Método fotogramétrico El método fotogramétrico es el que se encarga de la reconstrucción de los objetos presentes en los fotogramas a partir de la revisión de la proyección de cada pixel de la imagen en su correspondiente par, se reduce básicamente a un problema geométrico de intersecciones de rayos homólogos. Los procedimientos de reconstrucción de los haces perspectivos, que han quedado registrados en los fotogramas, y la determinación de la intersección de los rayos homólogos se denomina Restitución (Otero et al., 2008). El

método fotogramétrico se concibe igual para la metodología aplicada en vuelos tripulados y no tripulados, dado que el resultante son fotogramas digitales que se procesarán de igual forma sin importar su tamaño matricial (Schenk, 2002), y es por ello que se describen a continuación los pasos necesarios a tener en cuenta:

2.1.2.1 Orientación interna Esta operación trae consigo la reconstrucción de los rayos de perspectiva en condiciones similares a su formación dentro de la cámara fotográfica, usando los valores obtenidos en el proceso de la calibración (distorsión radial y tangencial de la lente, distancia focal y posición del punto principal). Por medio de la orientación interna se puede conseguir eliminar los errores que se generan con el uso de cámaras no métricas. La calibración de la cámara se realiza en el módulo de calibración de cámaras, incluido en el software fotogramétrico digital. El método utilizado por este software es el ajuste de autocalibración, que obtiene los parámetros de orientación internos de la cámara a partir de los datos que se encuentran en los metadatos de cada fotograma, y los parámetros del fabricante y la lente que se ingresan en el software (Tadrowski, 2014).

2.1.2.2 Orientación externa En esta fase, los rayos generados en el proceso de orientación interna se posicionan respecto al terreno, en la misma posición adoptada al momento de exposición de las fotografías. Las coordenadas fotogramétricas deben medirse en un mínimo de cinco puntos, generados por otra fotografía ya orientada, o ser orientados en el mismo proceso. Como los puntos de control en terreno no están disponibles, el sistema llevará a cabo un libre ajuste de la red. Esto incluye dos operaciones dispuestas en secuencia, conocidas como “la orientación relativa y la orientación absoluta” (Tracey, 2008).

2.1.2.3 Orientación relativa La evaluación de los elementos de la orientación del exterior de una cámara, con respecto al sistema de foto-coordenadas de otra fotografía, es conocida como orientación

relativa (ver Figura 2). La intersección simultánea de por lo menos cinco pares de rayos homólogos (vectores que definen la proyección de cada punto terreno en las fotografías) distribuidos a través del modelo, son suficientes para también cortarse con los puntos restantes según la geometría de perspectiva. Las ecuaciones de los rayos son calculadas analíticamente y los parámetros de la orientación relativa pueden calcularse aplicando las condiciones coplanarias a los rayos homólogos para cada par de fotografías (Sánchez, 2007).

Figura 2. Sistemas de referencia de dos fotografías para llevar a cabo la orientación relativa Fuente: Arias, Ordoñez y Herráez, 2006.

La orientación relativa resuelve el problema de calcular la relación entre el sistema de coordenadas fotogramétricas y el sistema de coordenadas del modelo por medio de la condición coplanaria de la Figura 3.

Figura 3. Matriz de condición coplanaria Fuente: Tadrowski, 2014 Donde bx, by y bz son las distancias entre el centro de proyección de dos fotografías conforme a los ejes X, Y y Z, respectivamente; (x1, y1, -f) coordenadas imagen de un punto en la primera foto referida al punto principal (f es la longitud focal de la cámara); y (x2, y2, z2) las coordenadas del punto en la segunda imagen, referida al sistema de coordenadas de la primera. El último se obtiene comenzando por las coordenadas del punto en el sistema de coordenadas de la segunda imagen (x´2, y’2, -f’) por medio de la rotación y la traslación de la Figura 4:

Figura 4. Matriz de rotación y traslación Fuente: Tadrowski, 2014.

Donde R es la matriz de rotación y (  ,  ,

 ) ángulos de rotación alrededor de los ejes

X, Y y Z, respectivamente, como se observa en la Figura 5:

Figura 5. Matriz de rotación y ángulos de rotación Fuente: Tadrowski, 2014. La condición de colinealidad resolverá el mismo problema. Además, permitirá calcular las coordenadas del terreno para un punto en n fotografías comenzando por las coordenadas imagen (e inversamente). El principio de colinealidad establece que un punto imagen en (xa, ya, -f), el centro de perspectiva O (Xo, Yo, Zo), y el punto objeto A (XA, YA, ZA) están todos en la misma línea recta (ver Figura 1). Las ecuaciones de colinelidad pueden ser expresadas como se observa en la figura 6:

Figura 6. Ecuaciones de colinealidad. Fuente: Tadrowski, 2014. Donde rij son los elementos de la matriz de rotación R en donde los ángulos de rotación a ser determinados aparecen. Las coordenadas del centro de perspectiva O y de los puntos del objeto A serán las coordenadas del modelo si la orientación relativa está siendo llevada a cabo, y las coordenadas terreno lo serán, cuando la orientación absoluta se esté realizando.

Una vez el sistema de coordenadas externo para la primera imagen se ha definido, este será el usado para cada imagen, agregando relaciones con la condición coplanaria de quien se obtiene (orientación relativa) (Tadrowski, 2014).

2.1.2.4 Orientación absoluta Una vez el modelo ha sido establecido, se debe ajustar al sistema de coordenadas terreno por medio de la orientación absoluta. El eje Z se establece de la dirección definida por las líneas de plomada y es así como el modelo es nivelado. El factor de escala se logra establecer por medio de las distancias medidas en las líneas de plomada mediante un ajuste simultáneo. Entonces, se procede a realizar un nuevo ajuste que asegure la correcta nivelación, orientación y escalado del modelo 3D. La relación del factor de escala entre el modelo obtenido en la orientación relativa y el verdadero en terreno se calcula midiendo las distancias reales entre los puntos que se marcaron en la línea de plomada y comparándolos con las distancias en el modelo. La nivelación es lograda aplicando rotaciones alrededor de los ejes X y Z (esto por medio de  = 0 en la matriz de rotación), que es el resultado de probar las coordenadas del modelo con los puntos que se marcaron en las líneas de plomada (el hecho de que ellos estén verticales permite establecer que después de la transformación tienen las mismas coordenadas X y Z). Las ecuaciones de transformación para los sistemas fotogramétricos (x, y, z) al sistema de coordenadas terreno (X, Y, Z) se encuentra en la figura 7:

Figura 7. Ecuaciones de transformación para los sistemas fotogramétricos al sistema de coordenadas terreno Fuente: Tadrowski, 2014.

Donde (Xo, Yo, Zo) son las coordenadas terreno del punto principal de la cámara, k el factor de escala previamente calculado y R una matriz de rotación con O y K como ángulos de rotación obtenidos en la fase de nivelación del modelo (Tadrowski, 2014).

2.1.2.5 Corrección geométrica Ajuste de la geometría de una imagen digital para su escalado, rotación y corrección de otras distorsiones espaciales. También se puede considerar como la eliminación de los errores geométricos de una imagen, de tal manera que esté de acuerdo con un determinado sistema de coordenadas. Esto implica la creación de una nueva imagen digital por re-muestreo de la imagen original. (BVSDE, s.f., p. 97). De manera general en los procesos de correccion geometrica se suele proceder asi: la busqueda de puntos de control que intervienen en el analisis, seguido de un emparejamiento de los puntos detectados. Una vez se hace esto se procede aconstruir un modelo geometrico en los pares localizados, concluyendo con una correccion de las imágenes con el modelo construido, para lo cual se debe utilizar algun tipo de funcion de interpolacion (Brown,1992). Con base en lo anterior, Lozano (2015) realizó un informe donde se aplica la correccion geometrica a partir de una serie de deformaciones geometricas como desplazamiento debido al relieve, desplazamiento debido a la inclinación y distorsión como se observa en la figura 8.

Figura 8. Fotografía aérea sin corrección geométrica. Fuente: Lozano, 2015.

A partir de la figura 8 se observa que el proceso no se realizó para toda la fotografía, se hizo independiente por cada polígono a digitalizar para lo cual se utilizó un shapfile de la malla vial de Bogotá del año 2003, cuyas coordenadas geográficas planas tienen el origen falso E: 1’000.000, N: 1’000.000 con imágenes satelitales ya ortorectificadas y georeferenciadas de Google Earth y Flash Earth. Como resultado se obtiene la figura 9.

Figura 9. Fotografía aérea sin corrección geométrica. Fuente: Lozano, 2015. La figura 4 ya muestra un ajuste de corrección geométrica a partir de los parámetros a partir de un modelo construido y la correlación de las imágenes permitiendo eliminar las deformaciones geométricas encontradas en la fotografía inicial. Algunas veces las distorsiones se crean por causa del lente de la cámara considerándose una distorsión radial por la concavidad del lente, es decir se convierte una imagen curva en una imagen plana y de esta manera y se pueden tener medidas más confiables. Otra metodología es propuesta por Arévalo, González y Ambrosio (2004), para la corrección geométrica, pero en satélites multimodales, presentando como problema que la resolución espacial y la orientación son distintas, por lo que se hace más complicado la identificación automática de los pares de puntos de control descritos por Brown (1992). La corrección geométrica propuesta se muestra en la figura 10.

Figura 10. Fotografía aérea sin corrección geométrica. Fuente: Lozano, 2015. Básicamente, lo observado en la figura 10 y lo descrito por Arévalo, González y Ambrosio (2004), son una serie de pasos consecutivos que se realizan para la corrección geométrica, así: 1. La resolución espacial de las imágenes debe ser igualada a partir de la referenciación de una de ellas. Se debe aplicar una transformación de similaridad. 2. Una vez tenida la imagen de referencia, se alinea con la imagen escalada a través de una transformación euclídea. En esta etapa se debe hacer un complemento que permita concluirla, así bien: Se debe buscar de manera automática los pares de control, para ello se tiene que recurrir a técnicas basadas en contornos y momentos invariantes a rotaciones. En una segunda instancia se utilizan los pares de puntos de control para aplicar la transformación euclídea que gira y desplaza la imagen a corregir con respecto a la referencia. 3. Como paso a seguir, se aplica una trasformación proyectiva que permita ajustar de manera más precisa las imágenes. Dentro de esta etapa se busca automáticamente los pares de puntos de control a partir de técnicas basadas en puntos de interés y correlación cruzada. Estos puntos de control localizados son utilizados en el cálculo

de una trasformación proyectiva, ajustando geométricamente la imagen a corregir basado en la referencia.

2.1.3 Topografía Buckner (1983) entendía por topografía "la ciencia y el arte de realizar las mediciones necesarias para determinar la posición relativa de puntos sobre, en, o debajo de la superficie terrestre, así como para situar puntos en una posición concreta" (p. 2). Dicho esto, se entiende a la topografía como la ciencia y el proceso por el cual, a partir de combinar operaciones matemáticas y geométricas, podemos obtener la ubicación precisa de determinados objetos sobre un marco de referencia común. Para Alcántara (2014) la topografía tradicional “constituye la base de la ingeniería en sus proceso de diseño y entendimiento de las formas terrestres. La medición de ángulos y distancias permiten darle forma y agrupar elementos que denotan la estructura del paisaje” (p. 11). Es notable como, a partir de las mediciones que realizamos en un proceso de levantamiento topográfico, podemos caracterizar desde el punto de vista geométrico, las geo formas y el relieve presentes en la zona de estudio, permitiendo así su entendimiento para la planeación de diversos desarrollos técnicos y sociales (Hongxia & Qi, 2016).

2.2 INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN TOPOGRÁFICA Aunque no todos los instrumentos de medición topográfica son aplicables a las ART, se hace una breve descripción de los elementos fundamentales realizado por el grupo de ingeniería gráfica y simulación de la Universidad Politécnica de Madrid.

2.2.1 Niveles Los niveles tienen como objetivo hacer que el aparato se encuentre en un plano horizontal, los niveles fundamentales son esférico y tubular (Nájera, 2014). La principal función es medir el desnivel que existe entre dos puntos, a través de una visual horizontal,

al estar en esta posición el instrumento permite dar origen a distintos tipos de niveles (Arango, 1983).

2.2.2 Anteojo El anteojo tiene como componente dos lentes, más conocido como sistemas convergentes. Estos sistemas se montan en un tubo formando otro sistema dióptrico centrado. De esta manera se puede manipular la distancia entre los dos lentes (ocular y objetivo). De estas, una va dirigida al objeto que ha de visualizarse y se le denomina objetivo del anteojo, mientras el ocular es el que va a ser utilizado por el ojo del observados (De las Heras, 2009). El fundamento óptico del anteojo se observa en la figura 6.

2.2.3 Objetivo El objetivo consta de una lente con un exterior viscoso, de Crown glass, y un interior cóncavo convexo de cristal. Necesariamente debe ser la lente compuesta, pues si se presentara una lente biconvexa se corre el riesgo de incurrir en una aberración esférica y una aberración cromática. El objetivo produce sobre el plano del retículo una imagen del objeto (Nájera, 2014).

2.2.4 Montura del anteojo. Retículo. Para la descripción de la montura del anteojo, Cuartero (2017) dice que es el elemento con el que se realiza la puntería sobre el punto a observar girando sobre un punto o eje horizontal y otro vertical. Dentro del anteojo se encuentran otras partes: • Anillo de enfoque: Permite enfocar correctamente la imagen observada. • Ocular del anteojo: Son dos lentes que tienen como función principal la amplificación de las imágenes. Otra función es la de enfocar los hilos estadimétricos del retículo. • Retículo: Es una especie de diafragma situado en el tubo ocular donde está grabada la cruz filar que permite hacer punterías con precisión.

• Montura: Lo forman tres tubos, donde van montados el ocular y el objetivo, y que además llevan un engranaje que permite alargar o acortar el anteojo para enfocar correctamente.

2.2.5 Hilos del retículo Consta de dos hilos ubicados de manera horizontal y vertical cada uno de ellos. Estos hilos son sostenidos por un anillo metálico que recibe el nombre de retículo. El material de estos hilos, generalmente, es de tela de araña o en su defecto de plástico. Algunas veces el retículo puede llevar otros hilos si se utiliza para taquimetría, por lo que se conocen como hilo superior e inferior, equidistantes del hilo medio (Nájera, 2014).

2.2.6 Ocular El ocular básicamente se encarga de ampliar la imagen formada sobre el plano del retículo haciendo el papel de un microscopio. Existen dos tipos de ocular: a) Un ocular que hace que la imagen que ha formado el objeto se vea en posición normal, es básicamente los anteojos de posición normal. b) El segundo no interviene la imagen formada por el objeto sino que la aumenta. Están presentes en los aparatos conocidos como de imagen invertida (Nájera, 2014).

2.2.7 Poder de aumento del ocular Es una relación existente entre el ángulo bajo donde se ve la imagen sin anteojo y el mismo ángulo bajo, pero donde se ve la imagen aumentada. El aumento varía según el teodolito, puede ir de 20 a 40 diámetros (Nájera, 2014).

2.2.8 Enfoque Para Nájera (2014), el enfoque se divide en enfoque del ocular y enfoque del objetivo:

a) Del ocular: Consiste en mover el porta ocular de adentro hacia afuera o viceversa hasta que los hilos del retículo se vean nítidos. b) Del objetivo: Es tomar el tornillo de enfoque y deslizarlo por el porta objetivo, hasta que la imagen coincida sobre el plano del retículo.

2.2.9 Tornillo de fijación y movimiento lento Consta de un juego de tornillos de presión y de coincidencia que influyen en cada movimiento de giro del aparato. El primero permite un bloque o libre movimiento mientras que el segundo realiza pequeños movimientos hasta que se atina la puntería con el retículo del anteojo. Los mecanismos del aparato permiten fijarlo en cualquier posición e imprimir pequeños movimientos respecto al eje fijo (Nájera, 2014).

2.2.10 Limbos En resume son círculos o discos graduados, tanto verticales como horizontales. El objetivo de los limbos es medir ángulos. Los limbos se dividen de 0 a 360 grados sexagesimales y de 0 a 400 grados centesimales. Sin embargo, en los limbos verticales se observan diferentes graduaciones. Los teodolitos miden en graduación normal (sentido dextrógiro) o graduación anormal (sentido levógiro o contrario a las agujas del reloj). Se miden ángulos cenitales (distancia cenital), ángulos de pendiente (altura de horizonte) y ángulos nadirales (Valdez, 1982).

2.2.11 Nonios Es un mecanismo que permite aumentar o disminuir la precisión de un limbo. Para la construcción del nonio se dividid en n-1 divisiones del limbo entre n divisiones del nonio. Si G es la graduación de una división del limbo, y g es la graduación de una división del nonio, la sensibilidad S del nonio es la diferencia entre la magnitud del limbo y la magnitud del nonio (Nájera, 2014).

2.2.12 Micrómetro Este permite hacer la función de los nonios pero se puede observar una serie de graduaciones y un rayo óptico a partir de una serie de mecanismos, permitiendo así aumentar la precisión. En resume, este elemento permite medir los ángulos, partiendo por un microscopio para observar de manera ampliada la zona del limbo a leer, dicho microscopio cuenta con una escala graduada que se superpone a la imagen del limbo. Finalmente, se tiene que la graduación del microscopio debe coincidir con la imagen del limbo (Nájera, 2014).

2.3 LA ELECTRÓNICA EN LA TOPOGRAFÍA Para Gaytán (2013), la electrónica ha tenido una gran influencia en los trabajos topográficos, toda vez que los avances tecnológicos han afectado de manera positiva la evolución de los mismos, sobre todo en cuatro grandes áreas a saber. De esta manera, el mismo autor describe que el procedimiento es: a) Obtención de datos El instrumental actual permite al profesional adaptar la máquina a su forma de trabajo y a cada proyecto en particular. Existe un número mayor de modelos de salida de datos que hacen posible la interacción instrumento-usuario. La elección de equipos es una nueva decisión en el diseño de un trabajo. b) Almacenamiento de los mismos La informática ha intervenido en la forma de almacenar los datos con todo lo que ello supone, en la posibilidad de solventar cometer errores en la transmisión de la información. Hoy la estación total permite la toma de datos con opciones de cálculo interno. Los aparatos son cada vez más compactos. Esta evolución se reflejó en una primera fase en la estación total topográfica, y en una segunda en la estación total con Global Positio Sistem (GPS por sus siglas en ingles) en donde los datos ya no son visibles para el operador.

c) Cálculos Una de las labores más arduas en el trabajo topográfico era la del cálculo de las observaciones de campo. La evolución informática ha hecho realidad la definición de la topografía como geometría comprobada. La necesidad de datos superabundantes ha encontrado su par en el cálculo informático de los mismos y en los métodos de ajuste mínimo-cuadráticos, cambiando de forma sustancial el cálculo y el manejo de la información. Ha permitido el tratamiento estadístico de gran número de observaciones y la compensación rigurosa de figuras que antes, con el tratamiento manual, se hacía impensable. Además, la informática se utiliza en el tratamiento de incertidumbres, en su análisis, en el control de las observaciones que se introducen en el cálculo y en la determinación de los parámetros de fiabilidad. d) Dibujo y presentación de resultados (Tomás, 1995) El dibujo con pantógrafo, la medición de superficies con el planímetro, han entrado en la historia de la topografía, dejando paso a las bases de datos topográficas y a los modelos digitales del terreno, con todo lo que ello implica en el estudio de tolerancias y precisiones requeridas. Se utilizan soportes digitales y existen bancos de datos, que es necesario mantener al día. La escala como determinante de la precisión se ha visto superada con el tratamiento informático de los datos. Los trabajos requieren precisiones mayores que las que permite una escala única de representación, para no quedar desvirtuados por tratamientos informáticos posteriores. El tratamiento

automático

cartografía permite ampliaciones y reducciones de escala, a las que los datos no han de ser vulnerables (Farjas, 2007). El dibujo y la presentación de resultados se encuentra en la figura 11.

Figura 11. Dibujo y presentación de resultados Fuente: Santamaría y Sanz , 2005. En la figura 11 se muestra el proceso que tiene la topografía convencional, acertando en el resultado gráfico (mapa) obtenido después de interpretar todos los datos que se descargan de los instrumentos de medición convencionales (teodolito, estación total, mira, etc.). Con esos datos se construye la cartografía base, es decir, las curvas de nivel que se ven en la imagen (los ríos, quebradas, construcciones, etc.). 2.4

MÉTODOS TOPOGRÁFICOS

Los métodos topográficos son las metodologías que se utilizan para la toma de datos en campo, y para ello se debe determinar con anterioridad el objetivo del estudio a realizar para, de esta forma, definir los equipos que se utilizarán y el procesamiento a realizar. En la figura 7 se observa una estación total instalada como un instrumento topográfico.

Figura 12. Estación total Fuente: Sánchez, 2007. Consiste en estacionar un instrumento de medición en un punto (conocido o no) para determinar ángulos y distancias hacia otros puntos en terreno, tomando los datos necesarios para la representación gráfica o la elaboración del mapa del área en estudio (Verdú, 2006). Como complemento, se tiene que todo trabajo topográfico debe basarse en la toma de una serie de puntos referentes que posteriormente serán interpretados como coordenadas para: hacer una representación gráfica de una zona, conocer la geometría y altimetría del área de estudio, calcular lo relacionado con las características físicas (superficie, longitud, desnivel, etc.). Sin embargo, todo trabajo topográfico debe estar direccionado a una precisión pre determinada (Lei y Tiziani, 1988). En la elaboración de un plano se debe tener en cuenta la precisión planimétrica y la exactitud con que se elijan los elementos, la escala de la representación y un límite de percepción visual de 0.2 mm. Por otra parte, las equidistancia de las curvas de nivel es quien a dar los parámetros para la altimétrica (Paul, 2014). Los métodos topográficos tales como planimetría, altimetría y obtención de áreas son básicamente lo comúnmente llamado levantamiento del área en especial para obras civiles, cada uno de estos métodos debe complementarse para que la ejecución de cualquier proyecto sea eficiente. En resume los métodos topográficos son un aserie de sistemas que

proceden para y en función de los trabajos de campo y gabinete con el fin de realizar una toma de datos correctos (Gaytán, 2013).

2.4.1 Método Taquimétrico Por definición, la taquimetría es el procedimiento topográfico que determina en forma simultánea las coordenadas Norte, Este y Cota de puntos sobre la superficie del terreno. Este procedimiento se utiliza para el levantamiento de detalles y puntos de relleno en donde no se requiere de grandes precisiones. Hasta la década de los años 90, los procedimientos topográficos se realizaban con teodolitos y miras verticales. Con la introducción en el mercado de las estaciones totales electrónicas, de tamaño reducido, costos accesibles, funciones preprogramadas y programas de aplicación incluidos, la aplicación de la taquimetría tradicional con teodolito y mira ha venido siendo desplazada por el uso de estas estaciones (Montenegro, Briceño, & Orozco, 2014, p. 12).

2.4.2 Métodos planimétricos Estos métodos se basan en la medida de los ángulos (acimutales) y distancias en horizontal para combinarlo con normas y procedimientos que permitan efectuar la planimetría de un terreno (San Miguel, 2003). En la figura 13 se muestra un resume de los métodos planimétricos.

Figura 13. Métodos planimétricos. Fuente: Elaboración propia, basado en San Miguel, 2003. Los métodos observados en la figura 13 se describen a continuación con base en lo descrito por San Miguel (2003): a) Radiación: Todos los puntos del terreno se relacionan con un punto de coordenadas conocidas. En la figura 14 se explica el trabajo de campo para la radiación (San Miguel, 2003).

Figura 14. Trabajo de campo para el método topográfico de radiación. Fuente: San Miguel, 2003. La figura 14 asimila que se deben medir los angulos A1, A2, A3 y las distancia E1, E2, E3, E4. Para poder medir esto es necesario colocar el taquimetro en el punto E y tomando un origen de angulos acimutales una direccion determinada que en este caso seria la alineacion E1. Como paso a seguir, se deben realizar una visuales a los diferentes puntos, midiendo los angulos y distancias horizontales. De esta manera, se hallan las distancias polares que son los diferentes puntos visados que se van a definir por un adistancia y un angulo. b) Poligonal o itinerario: Relación a los puntos de estación o itinerario se hace este tipo de relaciones de puntos cuando en el terreno no se pueden levantar todos los detalles con una sola estación, los puntos deben estar relacionados entre sí, de esta manera todos los detalles del terreno se referencian en un solo sistema de coordenadas cartesianas (figura 15) (San Miguel, 2003).

Figura 15. Método poligonal de topografía. Fuente: San Miguel, 2003 La figura 15 ilustra el entrelazamiento de una serie de puntos (estaciones), que sirven como base en el levantamiento en campo junto con el método de radiación. Se puede observar cómo se distribuye por el campo unos puntos de soporte mínimos, desde los cuales se mide todos los detalles mínimos del terreno. c) Intersección: El método de intersección es un método planimétrica caracterizado porque en el campo solo se toman medidas angulares, además al utilizar un teodolito de precisión de segundos es más preciso incluso a grandes distancias (San Miguel, 2003).

d) Redes: Parte por la realización de una serie de triángulos relativamente pequeños por lo que se obtiene una serie de vértices (red de triangulación). En segunda instancia, se hace una segunda red que marca los polígonos conocida como red de poligonación y finalmente, se forma una tercera red que aportará los datos será la red de relleno. De esta manera, a partir de una triangulación se puede realizar un método planimétrico con un menor número de errores y la menor cantidad de estaciones posibles.

2.4.3 Métodos altimétricos o de nivelación Es un método basado en una serie de operaciones para determinar la elevación de uno o más puntos con respecto a una superficie horizontal de referencia dada o imaginaria que va a ser conocida como superficie de comparación (Navarro, 2008). El objetivo de la nivelación es importar una serie de puntos referenciales a un mismo plano comparativo, de tal manera que sea haga fácil la deducción de los niveles entre los puntos que se observaron. Al dos puntos encontrarse sobre la misma cota o elevación sobre un plano de referencia se consideran nivelados, en tal caso que se demuestre lo contrario se encontrarían desnivelados (Botia, Vargas y Rincón, 2011). La nivelación directa, topográfica o geométrica, permite determinar directamente las elevaciones o alturas de diversos puntos, midiendo las distancias verticales con referencia a una superficie de nivel cuya altura se conoce, y de esta manera podemos determinar la elevación o cota de dichos puntos. (Avendaño y Vazques, 2017).

2.5 POSTCONFLICTO EN COLOMBIA Y ACTUALIZACIÓN CATASTRAL Estos métodos de topográficos apoyan el acuerdo de paz para el pos conflicto conocido como catastro multipropósito, una técnica propuesta para la valoración de tierras y valoración económica de los predios durante la restitución de los mismos Navarrete (2014). Por tal motivo, la utilización de ART en el catastro multipropósito es una alternativa a tener en cuenta para cumplir con este punto del acuerdo de paz para el pos conflicto. Desde este punto de vista, se encuentra que el conflicto armado colombiano se ha caracterizado por ser uno de los más largos del mundo que ha dejado miles de víctimas a su paso. La búsqueda de la paz ha sido en diferentes momentos y escenarios históricos el principal objetivo del estado, a través de varios intentos de negociación con la guerrilla de las Fuerzas Armadas Revolucionarias de Colombia-Ejército del Pueblo (FARC-EP) que han terminado sin ningún éxito. Ejemplo de ello son los diálogos de paz del Caguan en 1997, durante la administración Pastrana, que fueron infructuosos (Calderón, 2016).

El conflicto armado interno colombiano tiene una vigencia de más de cincuenta años, si bien sus raíces se hunden en la década de los años 30. Además de las dos tradicionales guerrillas más longevas de América Latina, como son las Fuerzas Armadas de Colombia (FARC) y el Ejército de Liberación Nacional (ELN), a lo largo de estas décadas se han sumado como protagonistas del conflicto otro considerable número de grupos armados tales como paramilitares, cárteles de la droga, guerrillas urbanas o de reivindicación indígena, además de bandas criminales. Su superación ha transitado desde esfuerzos de diálogo hasta políticas reaccionarias de sesgo militarista (Ríos, 2016). A su vez, Cárdenas Rivera (2003) como se citó en Palacios y Rodríguez (2015) entiende por pos conflicto armado: El periodo que inicia desde el momento mismo en que los diálogos de concertación y negociación del conflicto armado interno adquieren un carácter de inalterabilidad, hasta cuando se llevan a cabo comicios sujetos a los distintos acuerdos y condiciones pactados en la negociación. De esta manera surge el reconocimiento institucional de los actores armados irregulares, y el gobierno promueve el diseño y la ejecución de políticas públicas dirigidas a la reconciliación de toda la sociedad. (p. 9). Dentro de las políticas antes nombradas y los pactos establecidos por las partes involucradas en el proceso de pos conflicto, se plantean unos puntos específicos dentro un documento conocido como acuerdo de paz, específicamente el punto 1 referente a la ”Reforma Rural Integral”, que busca contribuir a la trasformación estructural del campo, creando condiciones de mejor vivir para la población rural. Para poder integrar las diferentes regiones, contribuir a erradicar la pobreza, promover la igualdad y asegurar el pleno deleito de los derechos civiles, se debe replantear los parámetros de restitución de tierras y valoración de las mismas a partir de una actualización catastral que permita realizar dicha labor de forma efectiva. Para dichos propósitos ya se encuentran en marcha planes articulados entre diferentes entidades como el Departamento Nacional de Planeación (DNP) y el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC), para poner en marcha la actualización catastral de los predios, sin

embargo, aún no se han tomado en cuenta herramientas como las ART para ejecutar el punto 1 del acuerdo de paz Navarrete (2014).

2.6 MARCO HISTÓRICO En la ejecución de investigaciones a cualquier nivel y sin importar la disciplina de estudio, es primordial conocer y aplicar los referentes históricos de la zona, así como también tener claridad sobre las técnicas que se utilizarán para tal motivo, carácter indispensable para un buen ajuste en las metodologías a desarrollar (Wolf y Brinker, 1997).

2.6.1 Historia de la fotogrametría En el desarrollo y evolución histórica de la fotogrametría pueden distinguirse cuatro etapas bien definidas en una línea temporal, como se observa en la figura 16:

Figura 16. Línea de tiempo de la fotogrametría Fuente: Elaboración propia con base en Burtch (2008)

La fotografía y la subsiguiente invención de la metro fotografía, datan de 1850 hasta aproximadamente 1900. Se inicia con la invención de la fotografía por Nièpce y Daguerre en 1839 en Francia. El término metro fotografía fue acuñado en 1851 por el coronel francés Aimé Laussedat, a quien se considera el fundador de la Fotogrametría (Kraus, 2004). De este postulado nace la fotogrametría analógica, que se encuentra desde 1900 a 1960. Ciclo que se inicia con dos inventos: La estereoscopía como principio de la estereofotogrametría, y la introducción de plataformas adecuadas para la ubicación de sensores (Zeppelín en 1900 y aeroplanos de motor en 1903) (Gruner, 1976). A partir de estos desarrollos en los años de 1960 a 1980 se inicia la fotogrametría analítica, con la aparición del ordenador en 1941, que resultó esencial para la aplicación de las teorías verificadas por Finsterwalder en Alemania ya en 1899 que consistían en que, a partir de medidas realizadas sobre fotografías de un objeto y mediante la aplicación de modelos matemáticos, se podían obtener coordenadas u otra información métrica del mismo (Kraus, 2004). Desde el año 1980, se habla de la fotogrametría digital, dando inicio a un nuevo ciclo de caracterización de la disciplina. Este cuarto ciclo fue precedido por el lanzamiento del primer satélite artificial, el Sputnik por la U.R.S.S., y por el uso del satélite Landsat (EEUU en 1972). (Ramos, 2016).

2.6.2 Aplicaciones de la fotogrametria La fotogrametría tiende a dividirse en dos especialidades lo cual depende del tipo de fotografía que se utiliza (Herrera, 1987): 

Fotogrametría terrestre.



Fotogrametría aérea.

Se hace necesario especificar los tipos de fotogrametría para poder segmentar los usos y realizar un análisis aplicativo de la presente tesis, tomando como base a Zelaya et al., (2016) quienes en la tesis ”´aplicación de fotogrametría aérea en levantamientos topográficos mediante el uso de vehículos aéreos no tripulados”, reconoce que la

interpretación de datos adquiridos con ART permite y hace eficiente la técnica de fotogrametría aérea en la toma de imágenes para levantamientos topográficos. El pilar principal de fotogrametría utilizado para esta tesis es la fotogrametría aérea, por tal motivo en pro de discutir la viabilidad de esta tesis se hace necesario partir por una revisión bibliográfica de algunos trabajos que respalden este documento. De igual manera Martínez (2016), afirma que la utilización de modelos digitales de elevación (DEM) y las ortofotos son materiales básicos para la ejecución de cualquier proyecto de ingeniería, estas técnicas a la vez permiten un control sobre la geometría de las construcciones en forma periódica. El mismo autor propone como herramienta para obtener esta información a las ART, que en la actualidad se están imponiendo cada vez más, esto se debe a la reducción de costos, la flexibilidad y la mejora en la resolución obtenida. Martínez (2016) explica que la gran acogida se debe, en gran parte, a la evolución de la fotogrametría digital y al uso de algoritmos espaciales. En otro campo de aplicación aunque no menos efectivo se encuentra Nikcevic (2016), utiliza la técnica de fotogrametría en la ”modelización virtual de la Fortaleza de Bač, Serbia en su contexto cultural e histórico”, dentro de la investigación se demuestra la eficiencia inocua de la utilización de las ART al no haber contacto fisco con la estructura y por tanto puedan ocasionarse daños sobre la misma. La autora narra la eficiencia en la toma de datos en 2D y con la aplicación de un software (photoscan) se obtiene imágenes veraces en 3D que permiten realizar el trabajo de ingeniería a cabalidad; permitiendo acercarse a coordenadas de puntos de apoyo y de control, pudiendo de esta manera geo referenciar el modelo y corregir el margen de error. El área a medir propuesta en esta tesis puede estar limitada por factores atmosféricos y climáticos, sin embargo, Pérez (2013) realiza un acercamiento a estos factores adversos a partir de la ”adquisición y análisis de imágenes tomadas desde una aeronave no tripulada para el manejo localizado de cultivos en Agricultura de Precisión”. Para este tipo de cultivo, se hace necesario la información topográfica haciendo eficiente las pendientes y previendo futuras inundaciones, a la vez que la georeferenciacion permite automatizar las maquinas a partir de sensores. Pérez (2013) explica que los instrumentos que se utilizan

para recolectar esta información tales como la estación total o GPS, no son económicamente viables. Por otra parte, la restitución fotogramétrica de las imágenes para agricultura de precisión no es factible por el costo del software y el hardware necesario, además, que la especialización requerida para esta técnica es alta. El uso de satélites de alta resolución e imágenes de aviones tripulados son limitados en agricultura de precisión, por causa de los factores atmosféricos que puedan estar presentes. Para tal caso, la recomendación se basa en el uso de ART o Vehículos Aéreos no Tripulados (UAV, del inglés Unmanned Aerial Vehicles), como una alternativa practica a los satélites y los vuelos tripulados. La monografía de Neira (2005), “fotogrametría Aérea“, presenta a las ART como una herramienta que va en constante crecimiento en la ingeniería, en Chile la fotogrametría ha permitido la implementación de loteos específicos y del Plan Regulador Comunal (PRC), para poder establecer el uso del suelo o zonificación, localización del equipamiento comunitario, estacionamientos, jerarquización de la estructura vial, limitación urbana, priorización y establecimiento de la expansión urbana, todas estas ventajas son consecuencia del uso de las ART y los bajos costos de las mismas. La evidencia aportada por Tacca (2015) en la “comparación de resultados obtenidos de un levantamiento topográfico utilizando la fotogrametría con drones al método tradicional”, se evidencian diferencias notorias, por una parte la obtención de resultados con un modelo de ART dron fue más rápida que con la estación total, sin contar con la cantidad de personal en campo necesario lo que incurre en costos, al igual que el tiempo necesario en gabinete para el procesamiento de datos obtenido con estación total es mayor. Como consecuencia de lo observado en varios estudios y tesis se deduce que el uso de la fotogrametria en la topografía multipropósito establecida en el acuerdo de paz, para la restitución y valoración catastral de tierras es viable en muchos aspectos técnicos, ambientales, económicos y sociales.

2.6.3 Historia de la Topografia La realidad histórica de la topografía se ha presentado en forma aislada, como la tablilla de barro encontrada en Ur, en Mesopotamia, que data de tres siglos antes de nuestra era, y los testimonios encontrados en diversas partes del mundo; pero es en Egipto donde se han obtenido mejores referencias (Alcántara, 2014). Aunque el origen de la topografía es desconocido y se cree que las raíces topográficas surgen en Egipto, sin embargo, Sánchez (2007) resume que la técnica egipcia fue adoptada por los griegos y bautizada como geometría de la tierra o topometría. Desde hace 5000 años ya se encuentran referentes de la división de linderos en el Nilo con fines fiscales, hablar de una historia completa de la topografía es escudriñar en el pasado de la misma, lo importante es darle el puesto que se merece en la actualidad. A través de los años la demanda de mapas y planos, el establecimiento de líneas y niveles con precisión en operaciones de construcción, ha influido en la importancia que ha tomado la topografía correlacionando el incremento de construcciones con el crecimiento desmedido de la población mundial. Para García (2015), la evolución de la topografía y la invención de aparatos aplicables a esta ciencia hasta los días de hoy es consecuencia del incremento y valorización de los costos de la tierra en especial a partir del siglo XX. En la actualidad, se cuenta con teodolitos, distanciometros electrónicos de fuente luminosa y electromagnética, colimadores laser, percepción remota por fotografías aéreas, imágenes de satélites artificiales y radares, infrarrojos, lentes de alta definición etc. que permiten obtener información rápida, veras y confiable para la ejecución de obras de alta calidad con demanda imprescindible. De esta manera, se da a la topografía una cantidad de aplicaciones que permiten avanzar en todo sentido.

2.6.3 Algunas aplicaciones de la topografía Para Zelaya et al., (2016), una de las artes más antiguas es importantes es la topografía, por tal motivo, y como ya se mencionó, es una rama de extrema necesidad en la división de

límites, división de terrenos, hasta la valorización actual de los mismos. Algunos de los levantamientos topográficos actuales son utilizados en campos como: a) Elaboración de mapas de superficies terrestres, arriba y abajo del nivel del mar: Tiene como propósito representar elementos de manera clara, ordenada, contrastada y estética (Alfaro et al., 2016). En resumen, Joly (1979) establece el mapa como la representación sobre un plano, de manera simple y convencional a escala de toda o una parte de la superficie terrestre. b) Traza de cartas de navegación aérea, terrestre y marítima: Se basa en la representación de una porción de tierra, agua o según corresponda, con los respectivos componentes como relieves y demás, diseñada para satisfacer la navegación, basándose en un mapa que traza las rutas que deben seguir las naves o barcos según sea el caso (Robinson, Sale, Morrison y Muehrcke 1987). c) Deslindar propiedades privadas y públicas: realizar la separación de terrenos a partir de los límites exactos con que se establecen estos. d) Crear bancos de datos con información de recursos naturales y utilización de la tierra, para ayudar a la mejor administración y aprovechamiento del ambiente físico: A partir de la información tomada por la topografía se pueden establecer límites de la frontera agrícola, biodiversidad, explotaciones ilegales, uso del suelo, conservación de ecosistemas específicos entre otros (Plata Rodríguez, 2000). e) Evaluar datos de tamaño, forma, gravedad y campo magnético de la tierra: Se observa que las montañas y continentes se elevan por encima del nivel del mar, pero son insignificantes con relación al tamaño de la tierra. Incluso el achatamiento de la tierra, traducido en la diferencia entre los radios polar y ecuatorial, resultado de la rotación y la traslación tienen poca importancia. Por tal motivo, la aplicación de la topografía en estos ámbitos es de vital importancia para tener presente estos aspectos aparentemente insignificantes en parámetros como la gravedad y el campo magnético que si son relevantes. f) En ingeniería civil: Para esta rama la topografía consiste en una pieza clave para realizar el trabajo preliminar en cualquier construcción, se utiliza en los distintos sectores de la ingeniería civil como los excavadores, soldadores, armadores etc. la

sinergia entre la topografía y la ingeniería civil es básica para realizar los levantamientos preliminares. g) Valorización y actualización de catastro en tierras: Como es el objetivo de esta tesis también cabe mencionar que la utilización de la topografía en ART es una herramienta de bajo costo que se puede utilizar para apoyar el acuerdo de paz sobre la Reforma Rural Integral y lo relacionado con la restitución de tierras con base en los avalúos catastrales conocidos en el documento como catastro multipropósito.

De manera general se puede resumir que la importancia de la topografía para muchas de las ramas de ingeniería es fundamental para cualquier levantamiento, así bien se necesita para planear, construir y mantener carreteras, edificios, puentes, túneles, canales, sistemas hídricos, estaciones espaciales, plataformas de lanzamiento y muchas otras funciones.

2.7 MARCO JURÍDICO Actualmente, la regulación sobre los vuelos con ART sigue en continua construcción y actualización, toda vez que en países como Estados Unidos, España y Reino Unido se ha venido renovando para permitir mayores tiempos de vuelo y/o mayor distancia y/o vuelos sobre centros poblados. Estos continuos cambios en la regulación obedecen también a los avances tecnológicos que permiten que cada nueva versión de las ART cuente con mejoras en diseño y seguridad. En todo caso, el común denominador normativo para poder realizar los vuelos está en la necesidad de certificarse como piloto de ART, inscribir la ART ante la entidad competente de cada país y si es el caso, inscribir la empresa que ofrece los servicios de ART ( (Aeronautica Civil, 2018).

2.7.1 Legislación colombiana En Colombia, la autoridad encargada en controlar y desarrollar la normativa para la operación de ART es la Aeronáutica Civil. Ellos han construido dos circulares reglamentarias (actualmente se encuentra en vigencia la circular 002) y la 003, la cual entrara en vigencia en 2019 que permitirá, entre otros, agilizar los trámites necesarios para

ejecutar los vuelos (Aeronautica Civil, 2018). Cabe anotar que este proceso de construcción normativa ha sido también un ejercicio colectivo en el que asociaciones privadas como Colombia Drone Group (CDG) han podido realizar aportes en pro del beneficio común, y sobre todo, teniendo en cuenta criterios de seguridad y aplicación coherentes con la realidad del mercado de las ART (Ballesteros, Ortega, Hernandez y Moreno, 2014). Esta legislación regulada por la aeronáutica civil, es importante ya que es la que exige que el personal que va a tripular las ART sea calificado con los registros pertinentes acatando la normatividad establecida. De igual manera, los ajustes que se establecen para la circular 003 ya fueron acordados con los grandes empresarios de drones, dando prioridad al direccionamiento de las denominaciones y funciones definidas para las ART, en pro de una competencia leal entre las empresas y el uso establecido para los drones que en este caso es la topografía y fotogrametría.

2.8 MARCO TECNOLÓGICO Teniendo en cuenta las concepciones globales enfocadas siempre a la aplicación de nuevas tecnologías que permitan e involucren un amplio interés investigativo, la implementación de la fotogrametría a partir de la restitución de imágenes capturadas con ART se presenta sin lugar a dudas como un paso lógico en procesos de actualización cartográfica, permitiendo obtener información detallada de la zona en estudio (Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid, 2015). Por medio de las tomas fotogramétricas es posible obtener información de todo tipo, con la ventaja añadida de utilizar imágenes fotográficas que permiten conseguir modelos tridimensionales (Barrientos et al., 2007). Es decir, se observa una maqueta virtual con las mismas características que poseía el terreno en el momento de la toma. Además, este modelo, con las propiedades añadidas luego del proceso de restitución, obtiene características métricas, comportándose como un prototipo a escala, que a su vez permite realizar cualquier medida que se precise sobre los objetos, disponiendo de información tanto cuantitativa como cualitativa. (Barreiro, Domínguez, Crespo, González y Gómez, 2014)

Cabe señalar que para la ejecución de la presente investigación, es necesario contar con ciertas herramientas indispensables para la puesta en marcha de cada una de las etapas investigativas. A continuación, se mencionan y describen estos elementos:

2.8.1 Aeronave Remotamente Tripulada (ART) De acuerdo con la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI, 2011): El hecho de que la aeronave sea tripulada o no tripulada no afecta a su condición de aeronave. Cada categoría de aeronave tendrá posiblemente versiones no tripuladas en el futuro. Este punto es fundamental para todos los aspectos futuros relativos a las ART y proporciona la base para tratar la aeronavegabilidad, el otorgamiento de licencias al personal, las normas de separación y otras disposiciones que se puedan presentar. (Circular oAcI 328-An/190, 2011, p. 3) Esto quiere decir que, independientemente de la denominación, las ART son aeronaves que se sujetan a las regulaciones del espacio aéreo para las aeronaves tripuladas.

2.8.2 Clasificación de las ART Según la Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid (FECM, 2015), existen muchas posibles formas de clasificar las aeronaves. Es frecuente utilizar una clasificación ateniendo a la forma en la que las aeronaves consiguen su sustentación en la atmósfera. En la figura 17 se plantea una posible clasificación simplificada que muestra los principales tipos de aeronaves:

Figura 17. Clasificación de los principales tipos de aeronaves. Fuente: elaboración propia con base en FECM, 2015. Por otra parte, aparecen categorías nuevas como los híbridos, que desarrollan parte del vuelo en forma de ala rotatoria, generalmente en el despegue y aterrizaje y posiblemente en alguna parte de la misión, aprovechando las ventajas de este tipo de sistemas, realizando una transición a ala fija para alcanzar de forma rápida y eficiente su objetivo. Aunque existen prototipos tripulados de aeronaves híbridas, posiblemente su mayor desarrollo tendrá lugar en el campo de las ART (FECM, 2015, p. 51).

2.8.3 Aplicaciones de los ART Después del desarrollo de las ART en las aplicaciones militares, el uso de estas se expandió en la parte civil debido a la investigación aplicada y el desarrollo y masificación

de nuevas tecnologías que permitieron tener al alcance de la sociedad estos mismos desarrollos (Berteska y Ruzgiene, 2013). La siguiente tabla 1 nos muestra la capacidad que tienen las principales aeronaves remotamente tripuladas y su aplicación en las diferentes áreas de investigación y/o uso civil. Se puede observar que para grandes áreas de estudio son más utilizadas las de tipo avión o ala fija. Sin embargo, si en estas grandes áreas se requiere de una inspección detallada en tiempo real (rescates, accidentes, supervisión de tráfico) se utiliza mucho más la aeronave de tipo hexacoptero. La recolección de datos por medio de la implementación de la fotogrametría a partir de captura de datos en ART para la elaboración de cartografía, ha venido evolucionando para permitir obtener mejores sistemas de captura y múltiples opciones de configuración (Bryson, Johnson, Murphy, y Bongiorno, 2013). Tabla 1. Tipos de ART y algunas aplicaciones Aplicación

Ejemplo

Tipo de aeronave más frecuente

Líneas eléctricas Inspección de infraestructuras

Oleoductos y Gaseoductos

Hexacoptero

Puentes, viaductos, presas Inspección de obra civil

Inmigración ilegal Vigilancia de Fronteras

Hexacoptero ,Avión

Contrabando

Hexacoptero Supervisión de Tráfico

Inmigración ilegal Patrulla marítima

Contrabando

Avión

Cine Filmografía

Hexacoptero, Avión

Reportaje fotográfico

Reconocimiento y toma de datos en Huracanes desastres naturales

Riadas

Hexacoptero, Avión

Volcanes Topografía

Avión

Levantamiento de mapas

Climatología

Toma de muestras y monitorización de partículas en Aerosol Monitorización de contaminación atmosférica Hexacoptero, Avión

Agricultura

Aplicación de fumigantes Análisis del estrés hídrico Agricultura de precisión

Intervención en desastres no

Radioactivos

naturales

Vertidos contaminantes (Petróleo) Incendios

Hexacoptero

Hexacoptero, Avión

forestales Avión ,Hexacoptero Enlace de comunicaciones

Pesca Localización de recursos naturales

Avión , Hexacoptero

Minería

Avión Transporte de paquetería

Búsqueda y rescate

Naufragios Accidentes en montaña o zonas de difícil acceso

Fuente: Barrientos et al., 2007

Hexacoptero

CAPÍTULO III. METODOLOGÍA

3.1 ÁREA DE ESTUDIO El área de estudio fue concertada con la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca – CAR, entidad estatal que se encarga de proteger el medio ambiente en su jurisdicción, comprendida por un total de 103 municipios. El apoyo de esta entidad ha sido fundamental para establecer un área de estudio de importancia ambiental, así como para validar los resultados obtenidos con el fin de formular futuros proyectos que integren las ART en sus procesos misionales (Carbonneau y Dietrich, 2016). En la imagen 18 se observa la ubicación y polígono del área de estudio.

Figura 18. Mapa de ubicación, Samaria. Fuente: elaboración propia basado en González, 2015.

Con el fin de observar una mejor ubicación del área de estudio sobre el Departamento de Cundinamarca más exactamente el municipio de Chía se presenta la figura 19.

Figura 29. Mapa de ubicación, Samaria Fuente: elaboración propia basado en González, 2015.

Para este proyecto la CAR entregó un polígono de estudio con un área de 28 Ha, ubicado en la vereda de Samaria, en el municipio de Chía – Sabana Central del departamento de Cundinamarca (ver figura 20).

Figura 20. Polígono de estudio, Samaria Fuente: Google Earth, 2016; CAR. Como ya se menciono es importante el apoyo al documento del proceso de paz para el pos conflicto, dando cumplimiento a la cartografía multipropósito, este proceso busca crear una valorización de las tierras involucradas en el pos conflicto, sin embargo los resultados que arrojen este proyecto en cuanto a la viabilidad del uso de ART, son los que van a ser extrapolados para aplicar la técnica en zonas de pos conflicto. Los resultados comparativos entre la topografía tradicional y la topografía con ART son las bases para poder aplicar esta última técnica en lo relacionado a actualización catastral, la toma de datos con ART dentro de la metodología permite establecer diferencias que puedan dar aceptación a la utilización de ART en todas las zonas involucradas en el pos conflicto aunque inicialmente se realice como prueba la zona mostrada en la figura 20.

3.2 FLUJOGRAMA DE INVESTIGACIÓN Para la implementación del proyecto se definió una serie de parámetros ordenados y secuenciales con el propósito de cubrir las necesidades y requerimientos de la investigación. (ver figura 21).

AERONAVES REMOTAMENTE TRIPULADAS Y TOPOGRAFÍA TRADICIONAL: COMPARACIÓN DE RESULTADOS PARA LA OBTENCIÓN DE CARTOGRAFÍA Y SU APLICACIÓN EN EL POSTCONFLICTO COLOMBIANO

Definición área de estudio.

FASE I

Análisis de la zona de vuelo

ESTUDIO PREVIO

INICIO

Creación de polígono de vuelo.

PLANEACIÓN DEL VUELO

FASE II

INICIO

TRABAJO DE CAMPO

FASE III

INICIO

TRABAJO DE OFICINA

Levantamiento topográfico de líneas de nivelación

Posicionamiento GPS de puntos de fotocontrol

Procesamiento de fotografías e información de vuelo

Solicitud de permisos

Procesamiento fotogramétrico

Procesamiento de información topográfica

Ajuste del modelo con puntos de fotocontrol (GPS)

Estimación de traslape lateral y longitudinal

Chequeo PreVuelo de software y hardware de la ART

Ajuste del modelo con puntos de fotocontrol

Ingreso de parámetros de vuelo: altura, velocidad horizontal y vertical

Resultado estimado de líneas de vuelo, cantidad de imágenes y tiempo de vuelo

FIN

Ejecución de vuelo fotogramétrico

Resultado de vuelo: fotografías, unidad inercial, GPS ART, centros de foto.

FIN

Generación del Modelo Digital de Superficie

Edición de las líneas de nivelación

Resultados gráficos/ numéricos de topografía

FIN

Figura 21. Flujograma de investigación Fuente: elaboración propia basado en en Collet, 2016.

Edición del Modelo Digital de Terreno y Breaklines

Generación de Ortofoto y Modelo Digital de Terreno

Comparación de resultados

Publicación de metodología y resultados

3.3 METODOLOGÍA La metodología desarrollada se estructuró en tres fases claramente diferenciadas. En la primera, se realiza la planeación en escritorio del vuelo fotogramétrico. En la segunda, denominada fase de trabajo de campo, se llevó a cabo la captura de la información topográfica y fotogramétrica que permitió desarrollar los análisis posteriores. En la tercera fase, denominada trabajo de oficina, se procesan todos los datos recolectados en la fase anterior hasta la consecución de modelos digitales del terreno por medio de la restitución fotogramétrica y su comparación frente al levantamiento topográfico tradicional (Casella et al., 2016).

3.3.1 Primera fase: estudio previo La presente metodología se segmentó en una serie de etapas, dentro de la primera se hace la planeación del vuelo.

3.3.1.1 Planeación del vuelo Para realizar los vuelos, se configuró un equipo de tipo multirotor (hexacóptero) fabricado por la casa DJI, adaptándolo para cargar una cámara fotográfica y sistemas de vuelo que permitan la planeación y ejecución de vuelos fotogramétricos. Esta opción presenta la principal ventaja de permitir una configuración a la medida de las necesidades, reduciendo costos, en comparación con el valor de un equipo fabricado por las firmas de topografía/cartografía especializadas, además de poder solucionar o reparar la mayoría de daños que se puedan ocasionar en campo directamente allí, evitando traumatismos en tiempos de ejecución y altos costos en repuestos especializados.

Para el levantamiento fotogramétrico digital, se utilizó un sistema aéreo no tripulado compuesto de la siguiente manera (Castillo et al., 2012).



Dron hexacóptero.



GPS Wookong_M.



Estación en tierra.



Sensor RGB de 24 Mpx (Sony Nex-7).

Figura 22. Modelo para captura de datos a partir de ART Fuente: elaboración propia basado en Arnedo, 2018.

En la Tabla 2 se hace una descripción de las características de la plataforma del hexacóptero que se utilizó en la presente investigación. Tabla 2. Características de la plataforma del Hexacóptero PLATAFORMA DJI S900 ÍTEM

CARACTERÍSTICA

Diagonal Wheelbase

900mm

Diagonal Wheelbase Frame Arm Length

358mm

Frame Arm Weight (with Motor, ESC,

316g

Propeller ) Center Frame Diameter

272mm

Center Frame Weight (with Landing Gear

1185g

Mounting Base, Servos) Landing Gear Size

460mm(Length)×450mm(Width)×360mm(Height)

Takeoff Weight

4.7Kg ~ 8.2Kg

Total Weight

3.3Kg

Power Battery LiPo, 15C(Min).

(6S, 10000mAh ~ 15000mAh

Max Power Consumption

3000W

Hovering Power Consumption

1000W (@6.8Kg Takeoff Weight)

Hovering Time

18min (@12000mAh & 6.8Kg Takeoff Weight)

Working Environment Temperature

-10°C ~ 40°C

Fuente: elaboración propia basado en Arnedo, 2018.

A su vez, en la Tabla 3 se realiza la descripción de las principales características de la controladora de vuelo (Wookong). Tabla 3. Características Wookong M. Wookong M. ÍTEM

CARACTERÍSTICA

Basic Performance Multi Rotor Types

Supported ESC



Quad-Rotor: +4,x4;



Hex-Rotor +6,x6,Y6,Rev Y6;



Octo-Rotor +8,x8,V8

400Hz refresh frequencys

Output RecommendTransmi PCM or 2.4GHz with minimum 7 channels and Failsafe function tter

available on all channel.

Recommended

2S~6S LiPo

Battery Power Consumptio

MAX 5W (0.9A@5V, 0.7A@5.8V,0.5A@7.4V,0.4A@8V)

Operating

-5°C to +60°C

Temperature Assistant Software

Windows XP sp3 / Windows 7 / Windows 8

System Requirement Fuente: elaboración propia basado en Arnedo, 2018.

Las características básicas para un sensor RGB 24 Mpx. (Sony Nex 7), componente fundamental del equipo de vuelo, se encuentra en la tabla 4. Tabla 4. Características Sensor RGB 24 Mpx. (Sony Nex 7) SENSOR SONY RGB 24 Mpx. ÍTEM

CARACTERÍSTICA

Tipo de sensor de imagen

Sensor CMOS

Filtro de color de sensor de

Color primario RGB

imagen Tamaño (mm)

23,5 x 15,6 mm (tamaño APS-C)

Píxeles totales del sensor

24,7 aprox.

(megapíxeles) Píxeles efectivos (megapíxeles)

24,3 aprox.

Fuente: elaboración propia basado en Arnedo, 2018.

Una vez determinado el polígono de estudio, se procede a realizar la planeación del vuelo fotogramétrico en el software Ground Station de la casa DJI explícito en la figura 23.

Figura 23. Vuelo a ejecutar. Fuente: elaboración propia basado en González, 2015. Una vez realizada la modelación del vuelo a ejecutar, se programó para volar a una altura de 150 m, con una velocidad de ascenso/descenso de 4mt por segundo; velocidad horizontal de 15 m/S, traslape frontal entre fotografías de 70%, traslape lateral entre fotografías de 60%; esto con el fin de cubrir adecuadamente la zona de estudio y garantizar que la restitución posterior sea exitosa. El tiempo de vuelo estimado es de 18 minutos, recorriendo en total 8,5 Km en vuelo, se esperan unas 83 fotos.

3.3.2 Segunda fase: trabajo de campo La segunda fase se destinó al trabajo en campo y a los correspondientes protocolos de evaluación.

3.3.2.1 Trabajo de campo En esta fase se distinguieron los siguientes procesos: 

Definición previa de los objetivos. Teniendo en cuenta los objetivos perseguidos, se analizó el área a documentar que es de 28 Ha, ubicada en la vereda de Samaria, en el municipio de Chía – sabana central del departamento de Cundinamarca.



Levantamiento de los datos de campo. Para realizar el levantamiento en campo y poder realizar un adecuado proceso fotogramétrico, fue necesario poner puntos de foto control distribuidos por el polígono en estudio. Para este caso se dispusieron seis puntos de foto control que fueron posicionados con GPS doble frecuencia (ver Figura 24). Estos puntos servirán también para “amarrar” el levantamiento topográfico y realizar la comparación/validación de resultados con las dos metodologías.

Figura 24. Puntos de Foto control Fuente: elaboración propia basado en Marroquín, 2015.



Levantamiento GPS. Para el posicionamiento de los puntos de control y Banco de Madera (BM que es una placa de metal que se le asignan unas coordenadas conocidas), se utilizaron equipos GPS L1, L2, garantizando la recepción adecuada de señales de satélite y un correcto posicionamiento, dando solución a ambigüedades y errores. Los métodos empleados para el posicionamiento de puntos de control fueron estático diferencial y levantamiento cinemático en tiempo real a través del Real Time Kinematic (RTK por sus siglas en ingles) que es un sistema de recolección de datos que permite que a partir de GPS ubicado sobre el BM haya una coordinación en la recolección de datos. El traslado de las coordenadas de las estaciones permanentes a los BM y puntos de control consistió en armar un equipo GPS Promark 220 doble frecuencia, sobre el punto designado como base (BM) registrando sus atributos, altura de la antena (inclinada), nombre, y descripción, y estableciendo el registro de datos de satélites. Durante este tiempo de rastreo con el equipo designado como Rover, se procedió a posicionar los puntos de control (ver Figura 25).

Figura25. Posicionamiento GPS Fuente: elaboración propia basado en González, 2015. A continuación, se muestran las coordenadas de la estación permanente MAGNA-ECO, que se utilizó para el cálculo y traslado de coordenadas, las cuales fueron tomadas de la página del SIRGAS de la semana correspondiente de cálculo a la fecha del rastreo (ver Tabla 5).

Tabla 5. Coordenadas estaciones permanentes COORDENADAS GEOGRÁFICAS ÉPOCA 1995.4 PUNTO LATITUD (Norte) 4° 38' BOGA

19.24721"N

LONGITUD (Oeste) 74° 04' 47.8188"W

Altura Elipsoidal 2609.845

Fuente: elaboración propia basado en González, 2015. En el post proceso se realizó una red desde la base permanente IGAC hasta la base designada para el polígono y, a continuación, se procesará la información desde la base a los puntos de control. Las coordenadas de la estación permanente utilizada fueron descargadas de la página de la organización del Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas (SIRGAS), organización encargada de la red SIRGASCON, estaciones de rastreo permanente de América del Sur (Cheng, Wang, & Xu, 2010). 

Levantamiento topográfico. Una vez posicionados los puntos de foto control y realizado el rastreo con GPS, se realizó un levantamiento topográfico con estación total, que llevó una línea de nivelación desde el PL4 hasta el PC4, desde el PL4 hasta el PC6 y desde el PL4 hasta el PC3. Con los resultados que se obtengan de esta nivelación, se podrán comparar los resultados de las dos metodologías para establecer las diferencias.



Adquisición de imágenes. Una vez establecido el plan de vuelo en oficina, se procede a ejecutarlo con la ART. Para ello, se realiza el montaje de la cámara en el equipo, garantizando que el objetivo quede de manera cenital; se conecta el disparador remoto a la tarjeta controladora del equipo (Wookong-M) y se verifica que todos los elementos necesarios para su funcionamiento (batería, GPS, radiocontrol, cámara fpv) incluyendo la Immersive Measurement Unit (IMU por sus siglas en inglés) que mide el X,Y y Z desde el dron, así como la cámara First Person

View (FVP por sus siglas en inglés) que permite observar cómo se tripulara el dron, todos estos implementos van dispuestos de acuerdo a lo planeado (ver Figura 26).

Figura 26. ART S900 previo al despegue. Fuente: elaboración propia con base en Aredo, 2018. Finalizado el chequeo previo de la ART, se procede a verificar por última vez el plan de vuelo y se ejecuta el mismo. Con las fotografías obtenidas y los puntos de foto control se ejecutará la restitución fotogramétrica en oficina.

3.3.3 Tercera fase: trabajo de oficina En la tercera fase, denominada trabajo de oficina (según flujograma), se procesaron todos los datos recolectados en la fase anterior hasta la consecución de modelos digitales

del terreno por medio de la restitución fotogramétrica y su comparación frente al levantamiento topográfico tradicional (nivelación) (Domínguez, 1998).

3.3.3.1 Complemento al trabajo de oficina El software se define como un conjunto de programas, instrucciones y reglas informáticas para ejecutar ciertas tareas en un computador. Así, para el desarrollo del proyecto se tiene previsto utilizar las siguientes aplicaciones: 

Dji Ground Station. Este software permite planear los vuelos fotogramétricos para las ART de la casa DJI. Permite crear, con base a una imagen satelital de Google Earth, polígonos de estudio; identificando a partir de los parámetros de la cámara, la altura de vuelo, velocidad de desplazamiento y porcentaje de solapes, y líneas de vuelo fotogramétricas; así como entregar un cálculo de distancia, cantidad de fotografías y tiempo aproximado de vuelo (Eltner & Schneider, 2015).



PIX4D. Este completo software de escritorio genera a partir de imágenes, obtenidas desde el aire o tierra, ortomosaicos de alta gama con calidad métrica, modelo digital de superficie (DSM) y nubes de puntos en solo un par de clicks, con un flujo de trabajo semiautomático. Permite evaluar, modificar, interpretar y mejorar los resultados directamente en el software, utilizando el módulo rayCloud para generar anotaciones sobre los objetos relevantes y mejorar las precisiones del proyecto, y el módulo Mosaic Editor para la edición de las líneas de unión del ortomosaico y mejorar la estética del producto final (Feifei & Zongjian, 2012). Permite también generar ortomosaicos, DSM y nubes de puntos a partir de imágenes

aéreas y oblicuas, utilizando cualquier cámara y objetivo, incluyendo imágenes multibanda. Manteniendo el control total sobre los proyectos en todo momento mediante la evaluación y edición de todos los puntos de enlace (PAF, puntos de control y puntos característicos). El flujo de trabajo semiautomático permite que el programa se encargue de la calibración y el procesamiento para lograr un resultado preciso de calidad centimétrica, semejante a las precisiones LiDAR 3D.

En este proceso se aplicaron los siguientes procedimientos: Descarga de información: Posterior al trabajo de campo, se realiza la descarga de información de los equipos utilizados para nivelación, captura de base GPS, puntos de fotocontrol y desde luego, para el vuelo fotogramétrico. La información necesaria para el procesamiento del vuelo es la siguiente: 

Fotografías. Las imágenes capturadas por la ART se encuentran en la memoria SD de la cámara. El resultado fue un total de 80 imágenes que se copiaron en el disco duro del computador en cual se encuentra instalado el software PIX4D.



Centros de imagen. Los centros de imagen o “fotocentros” consisten en un archivo de tipo texto que captura la información X, Y, Z del momento en el que la cámara obtura para capturar las imágenes. Este archivo es tomado del GPS que lleva la ART y su error es similar al que se obtiene de puntos tomados con un GPS tipo navegador. Si bien este error no permitirá obtener un modelo y resultados de calidad cartográfica, estos puntos son valiosos debido a que permiten obtener una mejor alineación y correlación de las imágenes en los primeros pasos del procesamiento fotogramétrico, porque además de los datos GPS, contienen las correcciones angulares debido a los movimientos que presenta la ART al momento de captura de la imagen (Fernandez, Gonzalez, Rodriguez, & Mancera, 2015).



Archivos GPS. Una vez descargados los Receiver Independent Exchange (RINEX por sus siglas en ingles), que es un formato de ficheros de texto orientado a . Se trata de un formato de ficheros de texto orientado a almacenar, de manera estandarizada, medidas proporcionadas por receptores de sistemas de navegación por satélite de los equipos GPS, se procede a realizar su procesamiento para obtener las coordenadas de la estación base y de los puntos de fotocontrol que permitirán garantizar la precisión cartográfica del bloque fotogramétrico.

Como resultado del cálculo de los datos GPS, a continuación se muestran las coordenadas que se sustrajeron del postproceso para el estudio del humedal SAMARIA 1

(ver Tabla 6). Este levantamiento fue referenciado al sistema colombiano de coordenadas Planas de Gauss origen Central.

Tabla 6. Coordenadas GPS del proyecto PUNTO

COORDENADAS MAGNA SIRGAS PLANAS GAUSS KRUGUER

H s.n.m.m. Geocol

ORIGEN CENTRAL(BOGOTA) 1995,4

ESTE

NORTE

ALTURA

BOG

999729.068

1004697.43

2583.699

PL4

1003667.07

1028420.95

2552.209

pc2

1003996.01

1028224.76

2546.554

pc3

1004035.62

1028528.09

2545.605

pc4

1003843.62

1028597.91

2547.422

pc5

1003846.22

1028697.84

2546.762

pc6

1003632.57

1028383.62

2552.282

Fuente: elaboración propia basado en Marroquin, 2015. Procesamiento de información en Software PIX4D: El modelamiento del bloque fotogramétrico para la consecución del ortomosaico y su Modelo digital de Superficie se realizó en el software PIX4D. Como se detalló anteriormente, este software está diseñado para procesar información de cámaras no métricas en tierra o aire.

Calibración Inicial: El primer paso es cargar las imágenes capturadas en el vuelo. El software pedirá el modelo de la cámara utilizada y el archivo de texto de los fotocentros del proyecto, que incluye las correcciones angulares para con ellas, crear y ajustar el bloque fotogramétrico como se ve en la figura 27. Los pasos generales de este proceso automático son: a) Extracción de puntos clave. Identifica características específicas como puntos clave en las imágenes. b) Puntos clave que coinciden. Encuentra qué imágenes tienen los mismos puntos clave y las coincidencias con ellos. c) Optimización del modelo de la cámara. Calibra la distancia interna (distancia focal, calibración interna) y parámetros externos (Orientación externa) de la cámara. (Gómez, De Castro y López, 2014).

Figura 27.Calibración Inicial Fuente: elaboración propia a partir del software PIX4D, licencia institucional 

Ubicación de puntos de foto control (GCP). Este método se utiliza para realizar el ajuste del bloque fotogramétrico con los puntos de control (GCP) al sistema de referencia local (Magna Sirgas Planas Gauss Kruguer origen central [Bogotá 1995,4), ingresando las coordenadas X, Y, Z obtenidas del procesamiento GPS de cada punto para relacionar cada target de la imagen con su correspondiente coordenada. Al darle click a los target en las fotos en las que aparecen, se obtendrá un producto orto rectificado y con medidas reales (Guy y Andreadis, 2016) (ver Figura 28).

Figura 28. Ubicación de puntos de foto control (GCP) Fuente: elaboración propia a partir del software PIX4D, licencia institucional 

Reoptimización: Una vez ingresados los puntos de fotocontrol, se debe ajustar nuevamente el bloque fotogramétrico para que pueda aplicar los cambios realizados en X, Y, Z. Para ello, utilizamos la herramienta de re optimizar que administra y corrige las posiciones de la cámara utilizando la información de los GCP, como se ve en la figura 29.

Figura 29. Proceso de Re optimización del bloque fotogramétrico. Fuente: elaboración propia a partir del software PIX4D, licencia institucional 

Nube de puntos densa: Es un conjunto de puntos 3D que reconstruyen el modelo, el bloque fotogramétrico. La posición X, Y, Z y la información de color/pixel se almacenan para cada punto en la nube de puntos densificada que se computa basándose en los puntos de control re optimizados en el proceso anterior (Gatziolis, Lienard, Vogs, & Strigul, 2015), los resultados de este proceso se encuentran en la figura 30.

Figura 30. Nube de puntos densa. Fuente: elaboración propia a partir del software PIX4D, licencia institucional. 

Malla de triángulos: Este proceso genera, mediante un ajuste de triangulación de la nube de puntos obtenida en el paso anterior, una malla de triángulos que puede ponerse “debajo” del texturizado para representar el modelo en tres dimensiones y que además servirá como insumo para posteriores procesos, la malla de triángulos se encuentra en la figura 31.

Figura 313. Malla de triรกngulos. Fuente: elaboraciรณn propia a partir del software PIX4D, licencia institucional. La malla de triรกngulos interpolo los puntos de X, Y y Z de manera efectiva para poder arrojar una imagen tridimensional que finalmente termina en una imagen plana que es ajustada por el software que superpone las fotos unas con otras para crear todo el modelo del terreno como se observa en la figura 32.

Figura 32. Reporte de calidad desde el software PIX4D. Fuente: elaboraciรณn propia a partir del software PIX4D, licencia institucional

La figura 32 muestra que los puntos homólogos y posterior sobre posición de las imágenes encajaron con éxito y se efectuó con éxito el modelo. Para poder interpretar los resultados y poder asumir que los resultados obtenidos con respecto a los puntos tomados en el terreno y las pruebas de altimetría comparados con los estándares de calidad y técnicos exigidos por el IGAC para los productos cartográficos y topográficos, por tal motivo se hace necesario otorgarle un subcapítulo a este tema en el numeral 4.1.1 validación de resultados.

CAPÍTULO IV. RESULTADOS

4.1 VALIDACIÓN DE RESULTADOS Una vez realizados los pasos anteriormente descritos, se procede a obtener los resultados concretos en cuanto al modelo digital del terreno, la ortofotografía y el procesamiento de la nivelación topográfica. De igual manera, se realiza la comparación entre metodologías para poder validar el uso de las ART como alternativa en los procesos de obtención de cartografía. Para cumplir con los requerimientos del IGAC, se tomó como base la Resolución 1392 del 2016 del mismo instituto. Dicha resolución caracteriza los parámetros que debe tener la cartografía básica generada con diversos procesos, entre ellos, la fotogrametría a partir de imágenes aéreas. En el caso particular de los parámetros para los Modelos Digitales de Terreno (MDT) se exige, según la figura 33 del documento, los siguientes valores:

Figura 33. Exactitud absoluta de posición según resolución del producto Fuente: IGAC, 2016.

4.1.1 Resultados del método fotogramétrico Vs la topografía En el presente caso de estudio, se usa como referencia los valores para escala MDT 1K, debido a las características del proyecto. 

Exactitud Vertical: Para realizar la validación, se compararon los valores obtenidos en el MDT de los puntos de fotocontrol y los valores tomados en campo con el GPS (ver Tabla 7). Esta comparación se realiza en el software ArcMap obteniendo los valores del raster con la herramienta Extract Multiple Values to Points disponible en la ruta Spatial Analyst Tools > Extraction > Extract Multiple Values to Points, como resultado se encuentra la figura 34.

Figura 34. DTM y puntos de foto control para extraer valores de altura Fuente: elaboración propia basado en González, 2015. En el DTM de la figura 23 se observan los puntos establecidos con el GPS y las alturas obtenidas tanto para topografía como para fotogrametría y los resultados cuantitativos se encuentran en la tabla 7. Tabla 7. Diferencias en Alturas ALTURA GPS ID

(m)

Altura DTM (m)

Diferencia Altura (m)

PL4

2552.209

2552.350098

0.141097656

pc2

2546.554

2546.75

0.196

pc3

2545.605

2545.889941

0.284941406

pc4

2547.422

2548

0.578

pc6

2552.282

2552.840088

0.558087891

RMS

0.351625391

Fuente: elaboración propia basado en IGAC, 2016. A pesar que los datos de altura son los que generan mayor error por factores como la tridimensionalidad, la posición de lentes y otros, se observa en la tabla 7 que estos valores están controlados y aun así están permitidos o se encuentran bajo los estándares permitidos por el IGAC para productos. 

Exactitud Horizontal: Para comprobar la exactitud horizontal, se capturaron puntos de la ortofoto en la parte central de los puntos de fotocontrol y se midieron las diferencias que se encontraron entre estos y los puntos tomados con GPS, dando como resultado la figura 35.

Figura 35. Toma de puntos en ortofotomosaico. Fuente: elaboración propia basado en González, 2015. En la figura 24 se observa el punto exacto donde se colocó el GPS para tomar la coordenada, es decir se observa se analiza el punto con las coordenadas en campo vs. el punto que arrojó el modelo trascrito por la línea negra y los resultados cuantitativos se encuentran en la tabla 8.

Tabla 8. Diferencias horizontales PUNTOS DE ORTOFOTO ID ESTE NORTE PL4 1003667.04 1028420.95 pc2 1003995.98 1028224.81 pc3 1004035.55 1028528.04 pc4 1003843.67 1028598.09 pc6 1003632.56 1028383.51

PUNTOS DE TERRENO (GPS) ID ESTE NORTE PL4 1003667.07 1028420.95 pc2 1003996.01 1028224.76 pc3 1004035.62 1028528.09 pc4 1003843.62 1028597.91 pc6 1003632.57 1028383.62 RMS

DIFERENCIA HORIZONTAL ESTE NORTE 0.02858 0.00476 0.02514 0.05821 0.06879 0.05292 0.0463 0.17859 0.01693 0.11007 0.037148 0.08091

Fuente: elaboración propia basado en IGAC, 2016. 

Línea de nivelación (topografía): Para verificar la metodología tradicional y realizar una comparación de resultados frente a los datos arrojados por los métodos fotogramétricos a partir de imágenes capturadas con ART, se realizó un proceso de nivelación en campo desde el punto PL4 al punto PC3, el cual arrojó los siguientes resultados:

Tabla 9. Cartera de nivelación topográfica PUNTO

VISTA (+)

ALT. INST.

PL4

0.103

2552.312

C#1

1.806

2549.515

C#2

1.152

2548.808

VISTA I(-)

PC3

VISTA -

COTA CALCULADA COTA AJUSTADA 2552.209

2552.209

4.603

2547.709

2547.711

1.859

2547.656

2547.661

2.809

2545.999

2546.006

VISTA -

COTA

DESCRIPCION

CONTRANIVELACIÓN PUNTO

VISTA (+)

ALT. INST.

VISTA I(-)

PC3

2.806

2548.805

C#2A

1.843

2549.512

1.136

2547.669

C#1A

4.956

2552.673

1.795

2547.717

0.471

2552.202

PL4

DESCRIPCION

2545.999

12.666 SUMAS LONGITUD NIVELACION ERROR MAXIMO PERMITIDO COTA TEORICA COTA CALCULADA DIFERENCIA A CORREGIR No. DE CAMBIOS CORRECCION POR CAMBIO

12.673 540.73 0.008824121 2552.209 2552.202 0.007 3 0.002333

Fuente: elaboración propia basado en IGAC, 2016. Se realizó un proceso de comprobación en el software ArcMap, dibujando la línea correspondiente y procesando la información para obtener el resultado de la figura 36.

Figura 36. Línea de nivelación Fuente: elaboración propia basado en González, 2015. La línea de nivelación observada en la imagen 25 muestra la ejecución y puntos establecidos en campo para ir nivelando el terreno y de esta manera encontrar las alturas de todos los puntos que participan en la línea de nivelación de esta forma se determinan las curvas de nivel. Cabe recordar que estos resultados son participativos en la tabla 7, con respectos a los resultados encontrados para campo (topografía) vs. los resultados de fotogrametría.

4.1.2 Comparación de resultados de fotogrametría Vs topografía Al observar los resultados de la tabla 7 para altimetría con topografía tradicional vs. la fotogrametría con ART para la diferencia alturas aparentemente no se presenta ninguna diferencia significativa desde el punto de vista estadístico al abordar un nivel de confianza del 95%, lo mismo ocurre en la estadística descriptiva donde no se ve una diferencia

marcada entre los resultados para las alturas entre ambos métodos, incluso la diferencia más alta es de 0.558087891. La observación general hace ver que el error estándar es óptimo o aceptable para los productos obtenidos con las ART y con topografía siendo similares o con una muy poca diferencia, por lo que se hace evidente que ambos son aceptados dentro de los valores para escala MDT 1K considerados en los estándares de calidad del IGAC. Esto hace pensar que los resultados obtenidos para fotogrametría vs. los resultados obtenidos para topografía en lo que respecta a altimetría, no tienen diferencia en cuanto a calidad de los productos. Para exactitud horizontal se tiene que en la tabla 8 los puntos que fueron tomados por fotogrametría y posteriormente organizados por el software (ortofotomosaico) para este norte al ser comparados con los puntos establecidos por el método topográfico no hay una diferencia que establezca claridad para la no utilización en de ART y fotogrametría en el parámetro diferencia horizontal. Como se observa, los valores son muy cercanos a cero al obtener la diferencia horizontal éntrelas dos técnicas lo que vuelve a corroborar el planteamiento de utilización de fotogrametría para productos de cartográficos ajustados a los parámetros del IGAC. Finalmente, los resultados para carta de nivelación topográfica mostrada expuestos en la tabla 9, se encuentran establecidos como insumos comparativos con la fotogrametría, aquí se puede analizar que las diferencias a corregir son milimétricas lo que hace pensar que el trabajo en campo fue bien desarrollado. Estos datos son fácilmente comparables con los resultados arrojados por los drones, en especial a lo que se refiere a mano de obra, tiempo, exactitud, rapidez y eficacia del procesamiento de datos entre otros.

CONCLUSIONES Para la pregunta de investigación: ¿Es posible obtener resultados similares en cuanto a

precisión geográfica utilizando métodos fotogramétricos a partir de sensores ubicados en ART, en comparación con los métodos topográficos tradicionales en Colombia? Se observó que esta técnica al procesarse en programas especializados si aporta información topográfica del terreno, lo cual presta gran ayuda a la elaboración de proyectos; estos se debe a que los resultados se encuentran en formatos digitales y a la vez hay una disponibilidad de vectorizar el contenido que se reconoce durante la fotointerpretación. La técnica permite interpretar una gran cantidad de información de manera más rápida y verás, de esta manera la fotogrametría aérea se convierte en una herramienta útil para la cartografía básica ajustada a los parámetros del IGAC en cuanto a productos cartográficos. Esta técnica de fotogrametría permite el desarrollo de Sistemas de Información Geográfica (SIG) y describe las zonas de interés con la misma efectividad que lo hace la topografía tradicional. La fotogrametría constituye una técnica que reduce los tiempos para la toma de datos del terreno en comparación con la topografía tradicional. Esto se consigue con la utilización de drones que son manipulados desde tierra por una sola persona en comparación con las tres que son necesarias para la toma de datos con topografía tradicional. La cartografía multipropósito con el uso de ART constituye una herramienta adecuada para la toma fotografías que permitirán hacer un reevaluó catastral de las zonas en conflicto. De esta manera se reduce el tiempo del trabajo de campo permitiendo obtener resultados confiables y comparables con los arrojados con topografía tradicional y a la vez los costos tradicionales se reducen. Para la pregunta de investigación: ¿La metodología que se utiliza en la planeación, trabajo de campo y post procesamiento de la información resultante de las imágenes capturadas con vuelos fotogramétricos de aeronaves remotamente tripuladas (ART) es

adecuada para su aplicación en la cartografía multipropósito

del pos conflicto en

Colombia? La metodología básica propuesta para el uso adecuado de las ART en la captura de imágenes aéreas para apoyo a la cartografía multipropósito establecido en el acuerdo de paz para el pos conflicto colombiano es accequible por la variedad de ART presentes en el mercado, económica y eficaz para las instituciones encargadas de aplicar la cartografía multipropósito que en este caso es el IGAC. Esta técnica es apropiada para la obtención de cartografía básica en la escala 1:1,000 para aplicarse en la revaluación catastral de predios donde se presentan características orográficas bien marcadas como en las zonas de pos conflicto, de esta manera, se reduce también el riesgo de tomar información en campo con capital humano. Por los anteriores motivos se aprueba la hipótesis que si es posible obtener resultados cartográficos de calidad similar a los métodos topográficos tradicionales, utilizando métodos fotogramétricos a partir de sensores ubicado.

REFERENCIAS

Alcántara, D. (2014). Topografía y sus aplicaciones. Grupo patria cultural s.a. de C.V. bajo el sello de Compañía Editorial Continental Renacimiento 180, Colonia San Juan Tlihuaca Delegación Azcapotzalco. Impreso en México Printed in Mexico Primera edición ebook: 2014. D.F. ISBN: 978-607-438-943-2. Alfaro, C. (2016). Guía para la elaboración de mapas ii versión documento preparado para normar la presentación de trabajos cartográficos. Universidad Nacional. Facultad de Ciencias de la Tierra y el Mar Escuela de Ciencias Geográficas. Arango,

(1983).

Topografía

Habana: Editorial

Pueblo

Educación.

Impresión.1983.p.109-116. Aredo,

(2018).

Hexacoptero

para

fotografía

aérea.

Obtenido

de:

http://www.javierarnedo.com/hexacoptero-fotografia-aerea/. Arévalo, V., González, J., Ambrosio, G. (2004). Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática, E.T.S.I de Ingenieros en Informática, Universidad de Málaga, Boulevard Louis Pasteur, S/N, 29071 Málaga. Corrección Geométrica de Imágenes de Satélite de Distinta Resolución. Arias, P., Ordoñez, C., Lorenzo, H., Herráez, J. (2006). Methods for documenting historical agroindustrial buildings: a comparative study and a simple photogrammetric method. Journal of Cultural Heritage, 7, 350–354. Avendaño, J., Vásquez, J. (2017). Nivelación geométrica de poligonal Choconta-Suesca (apoyo al proyecto de investigación sobre planos topográficos locales - tramo k11+000 al k14+000). Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad del Medio Ambiente y Recursos Naturales Tecnología en Topografía Bogotá D.C. 2017.

6-8

Ballesteros, R., Ortega, J., Hernández, D., Moreno, M. (2014). Applications of georeferenced high-resolution images obtained with unmanned aerial vehicles. Part I: Description of image acquisition and processing. Precision Agriculture, 15(6), 579-592. Barreiro, A., Domínguez, J., Crespo, A., González, J. R., & Gómez, M. (2014). Integration of UAV Photogrammetry and SPH Modelling of Fluids to Study Runoff on Real Terrains. PLoS One, 9(11), doi:10.1371/journal.pone.0111031. Barrientos, A., del Cerro, J., Gutiérrez, p., San Martín, R., Martínez, A., & Rossi, C. (2007). Vehículos aéreos no tripulados para uso civil. Tecnología y aplicaciones. Obtenido de http://webdiis.unizar.es/~neira/docs/ABarrientos-CEDI2007.pdf Berteska, T., Ruzgiene, B. (2013). Photogrammetric mapping based on UAV imagery. Geodesy and Cartography, 39(4), 158. Brown, L. G. (1992). “A Survey of Image Registration Techniques”. ACM Computing Surveys. Vol. 24 No. 4. Bryson, M., Johnson, M., Murphy, R., & Bongiorno, D. (2013). Kite Aerial Photography for Low-Cost, Ultra-high Spatial Resolution Multi-Spectral Mapping ofIntertidal Landscapes. PLoS One, 8(9), doi: 10.1371/journal.pone.0073550. Buckner, R. (1983). Surveying measurements ant their analysis: Rancho Córdoba. California: Landmark Enterprises. Burtch, R. (2008). History of Photogrammetry. Michigan: Institute for Digital Mapping, Ferris State University. BVSDE. (s.f.). Anexos Glosario. Obtenido de PAHO: http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/cd61/siga-aplicacion/anexo.pdf Carbonneau, P., & Dietrich, J. (2016). Cost-Effective Non-Metric Photogrammetry from Consumer-Grade sUAS: Implications for Direct Georeferencing of Structure from Motion Photogrammetry. Obtenido de doi:10.1002/esp.4012

6 -8

6-9

Casella, E. R., Pedroncini, A., Stark, C., Casella, M., Ferrari, M., & Firpo, M. (2016). Drones as tools for monitoring beach topography changes in the Ligurian Sea (NWMediterranean). Geo - Marine Letters, 36(2), 151-163. Castillo, C., Pérez, R., James, M., Quinton, J., Taguas, E., & Gómez, J. (2012). Comparing the Accuracy of Several Field Methods for Measuring Gully Erosion. Soil Science Society of America Journal, 76(4), 1319-1332. Cheng, X., Wang, J., & Xu, Y. (2010). A Method for Building a Mosaic with UAV Images. International Journal of Information Engineering and Electronic Business, 2(1), 915. Collet, L. 2016. Guía para el desarrollo de la tesis. UNIGIS Domínguez, F. (1998). Topografía General y Aplicada. Madrid: Ed. Mundi-Prensa. Eltner, A., & Schneider, D. (2015). Analysis of Different Methods for 3D Reconstruction of Natural Surfaces from Parallel-Axes UAV Images. The Photogrammetric Record, 30(151), 279-299. Farjas, M. (s.f.). Levantamientos topográficos. Obtenido de http://ocw.upm.es/ingenieriacartografica-geodesica-y-fotogrametria/topografia-ii/Tema_11_Teoria.pdf Feifei, X., & Zongjian, L. (2012). Improved Image Matching Method Based On SIFT Matching For UAV Images. Advances in Information Sciences and Service Sciences, 4(23), 742-749. Fernandez, J., Gonzalez, D., Rodriguez, P., & Mancera, J. (2015). Image-Based Modelling from Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Photogrammetry: An Effective, Low-Cost Tool for Archaeological Applications. Archaeometry, 57(1), 128-145. Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid. (2015). Los Drones y sus aplicaciones a la ingenieria civil. Madrid: FECM.

6 -9

6-10

Gatziolis, D., Lienard, J., Vogs, A., & Strigul, N. (2015). 3D Tree Dimensionality Assessment Using Photogrammetry and Small Unmanned Aerial Vehicles. PLoS One, 10(9), doi: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0137765. Gómez, D., De Castro, A., & López, F. (2014). Assessing the accuracy of mosaics from unmanned aerial vehicle (UAV) imagery for precision agriculture purposes in wheat. Precision Agriculture, 15(1), 44-56. González, F. (2015). Manual introductorio ArcGis 10.2. Curso sistemas de información geográfica material de apoyo pedagógico a los talleres. Departamento de Ingeniería Civil. Universidad Nacional de Colombia. Manizales, agosto 2015 Gonzales, P. (2015). Levantamiento mediante GPS de una red de puntos establecidos para correlacionar los distintos espacios de la universidad en el mismo sistema de coordenadas. Escuela de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos y de Ingeniería de Minas. Universidad Politécnica de Cartagena. Guy, J., Andreadis, K. (2016). A Method to Assess Localized Impact of Better . Floodplain Topography on Flood Risk Prediction, doi:http://dx.doi.org/10.1155/2016/6408319. Herrera, B. (1987). Elementos de fotogrametría. Ed Limusa. Hongxia, L., Qi, F. (2016). Application of UAV in the Field Management of Construction Project. Revista Ibérica de Sistemas e Tecnologias de Informação,(18A), 235-243. Instituto Geográfico Agustín Codazzi IGAC. (2016). Resolución 1392 de 27 de octubre de 2016. Diario oficial n°:50194 de abril 2 de 2017. Bogotá, D.C., Colombia. Instituto Geográfico Agustín Codazzi IGAC. 2016. Especificaciones técnicas para la generación

cartografía

básica.

Obtenido

de:

https://www.igac.gov.co/es/contenido/areas-estrategicas/especificaciones-tecnicaspara-la-generacion-de-cartografia-basica. Karaska, M.,Walsh, S., D, Butler.(1987). Impact of environmental variables on spectral signatures acquired by the landsat thematic mapper. Tecnical pappers, 53 rd annual metting of the American society of fotogrammetry and remot sensing. Volum, 1.

6 -

6-11

Lozano, D. (2015). Aproximación a la cuantificación de pasivos ambientales - Scientific Figure on Research Gate. Marroquín, J. (2015). DJI Go 4 Manual: Manual del Piloto. Software Grown Station. Obtenido

de:

http://dl.djicdn.com/downloads/groundstation/en/Ground_Station_User_Manual_en _v3.04.pdf Montenegro, W., Briceño, A., Orozco, D. (2014). Levantamiento Topográfico de 500.00 m.l de camino para adoquinado en comunidad San Juan la Plywood Tipitapa del departamento de Managua [Tesis de grado]. Obtenido de Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua: http://repositorio.unan.edu.ni/2720/1/71974.pdf. Najera, L. (2014). Especificaciones técnicas para estudios topográficos en Guatemala. Facultad de Ingeniería. Universidad de san carlos de Guatemala. Navarrete, S. 2014. Las herramientas geográficas para el posconflicto. El espectador. Viernes

Marzo

del

2014.

Disponible

en:

https://www.elespectador.com/noticias/nacional/herramientas-geograficas-elposconflicto-articulo-500876. Revisado el 15/03/19. Organización de Aviación Civil Internacional. (2011). Circular oAcI 328-An/190 de 2011 Sistemas de Aeronaves no Tripuladas. Quebec, CanadÁ: OACI. Otero, I., Ezquerra, A., Rodríguez-Solano, R., Martín, L., & Bachiller, I. (2008). Fotogrametría. Obtenido de http://ocw.upm.es/ingenieria-cartografica-geodesica-yfotogrametria/topografia-cartografia-ygeodesia/contenidos/TEMA_11_FOTOGRAMETRIA_Y_TELEDETECCION/Foto grametria/fotogrametria_cap_libro.pdf Palacios, S., Rodríguez, L. (2015). Paz, posconflicto y sus elementos característicos. Un acercamiento conceptual [Tesis de grado]. Obtenido de Universidad de San Buenaventura :

6 -

6-12

https://bibliotecadigital.usb.edu.co/bitstream/10819/3033/1/Paz_posconflicto_eleme ntos_palacios_2015.pdf Paul, R., Wolf, D., Bon A., Dewitt, D., Benjamin, E., Wilkinson, D. (2014). Elements of Photogrammetry with Applications in GIS, Fourth Edition. Elementary Methods of Planimetric Mapping for GIS, Chapter. McGraw-Hill Copyright: McGraw-Hill Global Education Holdings, LLC Ramos, M. (s.f.). Historia de la fotogrametría. Obtenido de http://www.magdaramos.com/Fotogrametria/ConceptosFoto.php Ríos, Jerónimo. (2016). La periferialización del conflicto armado Colombiano (2002-2014). Geopolítica(s). Revista de Estudio sobre Espacio y Poder, 7 (2), pp. 251- 275. Sánchez, J. 2007. Introducción a la topografía. E.T.C.I. Caminos canales y puertos. Cátedra de topografía. Santamaría Peña, J., & Sanz Méndez , T. (2005). Manual de prácticas de topografía y cartografía. Rioja: Servicio de Publicaciones . Schenk, T. (2002). Fotogrametría digital, Volumen 1. Madrid: Marcombo. Tadrowski, T. (2014). Accurate Mapping using Drones (UAV's) . GeoInformatics, 17(8), 18-21. Tomás, C. (1995). Prácticas topográficas y topografía informática. Ed. Bellisco: Madrid. Tracey, J. P. (2008). Accuracy of some aerial survey estimators: contrasts with known numbers. Wildl Res, 35:377. Universidad del Rosario. (s.f.). Postconflicto. Obtenido de http://www.urosario.edu.co/jurisprudencia/jurisprudenciareconciliacion/ur/Postconflicto/ Verdú, A. (2006). Topografía práctica con problemas resueltos. Madrid: Ed Bellisco. Wolf, P., & Brinker, R. (1997). Topografía. México: Alfaomega Grupo Editor.

6 -

6-13

Zelaya, R. (2016). Aplicación de fotogrametría aérea en levantamientos topográficos mediante el uso de vehículos aéreos no tripulados. Universidad de el salvador. Facultad multidisciplinaria oriental. Departamento de ingeniería y arquitectura

6 -