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Cómo medir en mapas de dron: distancia, altura, pendiente y área

Se puede medir en un mapa de dron porque cada punto de la nube de puntos, del MDS y de la ortofoto tiene una coordenada en un sistema de coordenadas conocido. Las distancias y las áreas del mapa son por defecto valores en cuadrícula, que difieren ligeramente de los valores en el terreno (unos 4 cm por cada 100 m en el ejemplo resuelto de abajo). Una altura es tan buena como el modelo que tiene debajo, y su incertidumbre real la dan los puntos de verificación independientes del vuelo, no la herramienta de medición.

¿Qué precisión tiene una medición en un mapa de dron?

Una medición es tan precisa como el modelo del que se toma. Con RTK o control en tierra levantado, el mejor caso de la fotogrametría con dron es de aproximadamente 1 GSD en planimetría y 2–3 GSD en altura frente a puntos de verificación independientes, lo que con 1–2 cm de GSD son más o menos 1–2 cm en planimetría y 2–5 cm en altura. La herramienta de medición no añade nada a eso, pero tampoco puede eliminarlo.

Por eso el informe de precisión de Orthosite para un vuelo da el RMSE (error cuadrático medio) y el valor al 95 % en planimetría y altura, con el número de puntos, calculado solo con puntos de verificación que no se usaron en el ajuste, al estilo de la norma de precisión posicional de ASPRS[3]. Una lectura como «± 2 mm» en un punto es otra cosa: describe lo bien que concuerdan entre sí los puntos de la nube alrededor del clic, no lo cerca que está el resultado de la posición verdadera. Consulta la guía de puntos de control y precisión para saber cómo preparar y leer los puntos de verificación.

La herramienta de distancia de Orthosite: una línea medida sobre el modelo 3D del vuelo de demostración (381,539 m, distancia de cuadrícula en SWEREF99 21 45), con el panel de medición y las opciones de exportación.
La herramienta de distancia de Orthosite: una línea medida sobre el modelo 3D del vuelo de demostración (381,539 m, distancia de cuadrícula en SWEREF99 21 45), con el panel de medición y las opciones de exportación.

¿Cuál es la diferencia entre distancia en cuadrícula y distancia en el terreno?

Una distancia en cuadrícula se mide sobre la proyección plana del mapa (por ejemplo SWEREF 99 TM o un huso UTM). Una distancia en el terreno es lo que leerías con una cinta o una estación total, horizontal a la altura de la obra. Las dos difieren en el factor de escala combinado (CSF), y cuadrícula = CSF × terreno.[1]

El CSF es el producto de dos factores:

Ellipsoid Ground distance (horizontal, at height h) Ellipsoid distance = ground x R/(R+h) Grid distance = ellipsoid x k grid = CSF x ground, CSF = k x R/(R+h) Not to scale

Ejemplo resuelto. k = 0,9996, h = 100 m, R ≈ 6371 km. CSF = 0,9996 × 6 371 000 / 6 371 100 = 0,999584. Una línea que mide 100,000 m en el terreno mide entonces 99,958 m en la cuadrícula, 4,2 cm menos. En 1 km la diferencia es de 42 cm. Con una precisión de 1–2 cm en planimetría esto no es despreciable, y es la razón de que un mapa de dron y una cinta métrica puedan discrepar en una línea larga aunque ambos estén bien.

En Orthosite toda longitud y toda área es un valor en cuadrícula en el sistema de coordenadas del proyecto, que se nombra bajo la lectura. Cuando el sistema de coordenadas tiene un valor en el terreno, se muestra junto al valor en cuadrícula, etiquetado como «terreno». La nota bajo cada lectura da la fórmula y el k usado en la obra. Las distancias verticales nunca se escalan. Para la elección del sistema de coordenadas, consulta la guía de sistemas de coordenadas.

¿Cómo mido una distancia?

Elige Distancia en la barra de herramientas de la vista 3D y haz clic a lo largo de la línea. Orthosite informa de cada tramo y del total como:

Usa la distancia horizontal para replanteos y mediciones en planta, y la distancia 3D para la longitud de una superficie. La distancia 3D nunca es más corta que la horizontal, y Orthosite mantiene ambas coherentes. La distancia se puede exportar como CSV con las coordenadas de los vértices en el sistema de coordenadas del proyecto, las distancias de los tramos y el punto kilométrico acumulado, con las columnas de cuadrícula y de terreno nombradas en el archivo.

¿Cómo se calcula la altura de un punto?

Para cada punto en el que haces clic con Diferencia de altura (y en cada vértice de un perfil), Orthosite muestra dos alturas. La primera es la altura del modelo 3D en ese lugar. La segunda, marcada «nube», procede de la nube de puntos del vuelo: un ajuste robusto de plano (ponderación de Huber, mínimos cuadrados ponderados iterativamente) a través de los 16 puntos de la nube más cercanos en planta, evaluado en la posición del clic. El resultado se muestra con ± el error típico del ajuste en milímetros y el número de puntos y el radio utilizados.

¿Por qué no el punto más cercano? En las propias pruebas de Orthosite con vuelos con dianas levantadas, el punto más cercano por sí solo fue entre un 30 y un 70 % peor que el ajuste de plano y a veces recogía un error grosero (20,8 cm en un GCP), mientras que el ajuste de plano predijo puntos de la nube reservados en terreno desnudo con un RMSE de unos 7–9 mm (una prueba de exclusión de uno dentro de la nube, con una separación de puntos de unos 2,8 cm; una superficie cuádrica no fue mejor que un plano). Esa cifra es la coherencia interna de la nube, no su precisión: en las dianas levantadas todos los métodos de muestreo coincidieron con una diferencia de 0,1–0,5 cm, mientras que la diferencia entre producto y levantamiento tuvo una dispersión de 1,2–3,4 cm (desviación típica). La georreferenciación del vuelo, no la regla de muestreo, fija la precisión.

Las alturas se convierten punto a punto. La nube se almacena con alturas elipsoidales. Para dar una altura en el sistema de alturas del proyecto (por ejemplo RH2000), Orthosite aplica la ondulación del geoide N en el punto, no un valor para toda la obra. El geoide cambia con la posición; en el modelo sueco SWEN17 medimos 42,6 mm/km en una obra, con una mediana nacional de unos 33 mm/km. Un único valor para una obra de 1 km de ancho estaría por tanto desviado unos 3 cm en las esquinas (media diagonal, 0,7 km, por 42,6 mm/km). El sistema de alturas se indica junto a la cifra.

¿Cómo mido una diferencia de altura y una pendiente?

Elige Diferencia de altura y haz clic en dos puntos. Obtienes ΔZ, la distancia 3D (cuadrícula y terreno), el ángulo de pendiente y la altura de cada punto. ΔZ se calcula también a partir de las alturas de la nube de los dos puntos, con el ± combinado de los dos ajustes.

El ángulo de pendiente es atan(ΔZ / distancia horizontal). Cuando la cuadrícula tiene un valor en el terreno, se usa la distancia horizontal en el terreno, que es el ángulo que vería un nivel o una estación total; si no, se usa la distancia en cuadrícula y la etiqueta de la lectura lo indica. Entre dos puntos cercanos de la misma superficie, las alturas relativas son más precisas que las absolutas, porque un desfase común del modelo se cancela en la diferencia. Eso no es cierto en una obra grande, donde el modelo puede curvarse ligeramente.

La vista 3D de Orthosite con el modelo 3D texturizado del vuelo de demostración público (858 imágenes), en vista oblicua.
La vista 3D de Orthosite con el modelo 3D texturizado del vuelo de demostración público (858 imágenes), en vista oblicua.

¿Cómo se mide un área?

Elige Área, haz clic en las esquinas y cierra el polígono. Orthosite informa del área en planta, la huella horizontal, en la cuadrícula y (cuando está disponible) en el terreno: área en el terreno = área en cuadrícula / CSF², además del perímetro en planta. El área en planta es la convención topográfica para parcelas, pavimentos y huellas. Un área 3D ajustada a la superficie sería mayor en cualquier pendiente y no es lo que se informa. Las unidades se pueden cambiar entre metros y pies y todas las lecturas las siguen.

¿Cómo dibujo un perfil o una sección transversal?

Elige la herramienta de perfil (Sección transversal / Perfil), haz clic en puntos a lo largo de la línea y haz clic derecho o pulsa Intro para terminar. En el panel de perfil eliges el modelo de elevación, MDS o MDT. Orthosite muestrea el ráster cada 0,5 m por defecto y dibuja la elevación frente al punto kilométrico.

Dos alturas se nombran por separado para que no se confundan. Las estaciones densas son píxeles de ráster del MDS o MDT elegido, y el panel indica el método de ese ráster. Los vértices, los puntos en los que hiciste clic realmente, reciben además la altura robusta de la nube descrita arriba. Los huecos donde el ráster no tiene datos se cuentan y se muestran. El punto kilométrico es una longitud en cuadrícula, con la longitud en el terreno al lado, y el perfil se exporta como CSV con coordenadas en el sistema de coordenadas del proyecto.

Un perfil de MDS sigue la parte superior de la superficie, incluidas la vegetación y los edificios; usa el MDT para el terreno. Para una sección transversal a través de una cuneta o de una carretera, comprueba el perfil con la nube de puntos antes de fiarte de un centímetro en un elemento estrecho, ya que una celda del ráster promedia sobre su tamaño.

¿Cómo mido un volumen?

Elige Volumen, dibuja el polígono alrededor del acopio y haz clic derecho para calcular. El volumen es la superficie menos una superficie base que eliges tú y que se nombra en el resultado, por ejemplo un plano a través de las alturas del contorno o la superficie medida de otro vuelo. La guía de volumen explica las superficies base y qué limita la precisión. Igual que con el área, un volumen se calcula en la cuadrícula y el valor en el terreno se da a su lado, como cuadrícula / CSF².

¿Cómo de exacta es la lectura de coordenadas en el visor?

Las coordenadas que se muestran bajo el cursor usan la misma transformación de coordenadas que las exportaciones, evaluada por el servidor, incluidas las mallas de datum cuando el sistema de coordenadas necesita una. Cuando la lectura rápida para la obra no puede ser exacta (una malla de datum fina como la de Austria), el valor se muestra como «≈ ±x mm» hasta que se ha cargado la tesela exacta de esa posición. Un CSV de mediciones se escribe solo cuando cada vértice tiene su valor exacto, nunca uno aproximado. Si una coordenada no se puede dar en el sistema del proyecto, el visor muestra coordenadas del modelo y lo indica.

FAQ

¿Qué precisión tienen las mediciones en un mapa de dron?
Tanta como el modelo. Con RTK o control en tierra levantado, como mucho aproximadamente 1 GSD en planimetría y 2-3 GSD en altura frente a puntos de verificación independientes, lo que con 1-2 cm de GSD son más o menos 1-2 cm en planimetría y 2-5 cm en altura. La precisión alcanzada en un vuelo se mide con puntos de verificación que no se usaron en el ajuste y se indica en el informe de precisión.
¿Cuál es la diferencia entre distancia en cuadrícula y distancia en el terreno?
La distancia en cuadrícula se mide sobre la proyección del mapa; la distancia en el terreno es la distancia horizontal a la altura de la obra. Cuadrícula = factor de escala combinado x terreno, donde el factor es el factor de escala k de la proyección por R/(R+h). Con k = 0,9996 y h = 100 m, 100 m en el terreno son 99,958 m en la cuadrícula. Orthosite muestra ambas.
¿Mide un mapa de dron la distancia geométrica o la horizontal?
Ambas. La herramienta de distancia informa de la distancia 3D (geométrica, según la pendiente) y de la distancia horizontal por tramo y en total, en la cuadrícula y, cuando está disponible, en el terreno. Usa la horizontal para replanteos y mediciones en planta y la 3D para la longitud de una superficie.
¿Cómo se calcula la altura de un punto a partir de una nube de puntos de dron?
Orthosite ajusta un plano con ponderación robusta (Huber) a través de los 16 puntos de la nube más cercanos y lee la altura en la posición del clic, con la ondulación del geoide aplicada en ese punto. El resultado se da con el error típico del ajuste, que es la precisión del ajuste y no la exactitud frente a puntos de verificación.
¿El área en un mapa de dron es la superficie real o el área en planta?
El área en planta (horizontal), la convención topográfica. Un área ajustada a la superficie sería mayor en cualquier pendiente. Orthosite informa del área en planta en la cuadrícula y, cuando está disponible, en el terreno.
¿Puedo dibujar una sección transversal a partir de un levantamiento con dron?
Sí. Haz clic en puntos a lo largo de la línea en la vista 3D, elige el MDS o el MDT y Orthosite dibuja la elevación frente al punto kilométrico. Los vértices en los que hiciste clic reciben además una altura robusta de la nube, y el perfil se puede exportar como CSV con coordenadas en el sistema del proyecto.
¿Puedo medir volúmenes en un mapa de dron?
Sí. Dibuja un contorno, elige una superficie base y el volumen se calcula como superficie menos base, con la base nombrada en el resultado. Consulta la guía de volumen para la elección de la base y la precisión.

Fuentes

  1. State Plane Coordinates: Geodetic Lengths to Grid Lengths – Geo Week News (Jan Van Sickle) (2015)
  2. Swedish reference systems (SWEREF 99 TM: central meridian 15° E, scale factor 0.9996) – Lantmäteriet (n.d.)
  3. ASPRS Positional Accuracy Standards for Digital Geospatial Data, Edition 2 (Version 1) – American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (2023)

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