DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA Y LA CONSTRUCCIÓN CARRERA DE INGENIERÍA GEOGRÁFICA Y DEL MEDIO AMBIENTE TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA GEÓGRAFA Y DEL MEDIO AMBIENTE TEMA: “PROCESAMIENTO Y RESTITUCIÓN DE IMÁGENES CAPTURADAS POR DRONE MULTIRROTOR A TRAVÉS DE PHOTOMOD UAS EN EL SECTOR DE ALANGASÍ” AUTORA: GUAMÁN DE LA TORRE, SISA CAROLINA DIRECTOR: ING. KIRBY POWNEY, EDUARDO PATRICIO,MGS SANGOLQUÍ 2020 i CERTIFICADO DEL DIRECTOR ii AUTORÍA DE RESPONSABILIDAD iii AUTORIZACIÓN DE PUBLICACIÓN iv DEDICATORIA A las personas que más amo: Al mejor padre del mundo Germán Guamán que con su amor, alegría, amistad y confianza en mí, me impulsó a continuar día a día con una sonrisa y la mejor actitud, enseñándome con su ejemplo que, con esfuerzo y dedicación, todo lo puedo en Cristo que me fortalece. Eres un ejemplo de fe y de vida para mí, te amo papito. A la mejor madre del mundo Virginia De la Torre que con su fuerza, disciplina, su sonrisa llena de amor y las palabras adecuadas en el momento idóneo me ha convertido en la persona que soy. Es el ejemplo más grande perseverancia y determinación. Es un orgullo para mí decir que usted es mi madre. Le amo mucho mamita. A mis hermanos Tamia Elizabeth y Sayri Daniel que con su amor y entusiasmo me arrancaron sonrisas incluso en los días más difíciles. Son la alegría de mi vida y que espero verlos brillar en lo más alto, gracias por siempre estar ahí para mí, yo estaré ahí para ustedes siempre también. v AGRADECIMIENTO A Fito, que es una de las alegrías y experiencias más lindas que la vida me dio la oportunidad de conocer, una persona que fue fundamental en este camino que se acaba. Siempre estuvo a mi lado apoyándome con sus ánimos, sus conocimientos y sus consejos. Definitivamente sin ti, habría sido más difícil, estoy agradecida con Dios y la vida por haberme permitido conocer a alguien tan increíble como tú. A Damariz, que desde el día que nos saludamos hasta el último día de universidad fue la cómplice perfecta para compartir alegrías, tristezas, triunfos y derrotas. Definitivamente por personas como tú puedo decir que encontrar un amigo es encontrar un tesoro. Gracias por todo lo compartido. A Diego por su ayuda incondicional, por su guía pero sobre todo por su amistad. Este trayecto no habría sido el mismo sin ti. Darío, uno de mis primeros y más queridos amigos, que siempre tuvo tiempo para escucharme y que con sus palabras me animó a continuar. Santi y Esteban parte de mi equipo dinamita, gracias porque su amistad nos regaló tantas sonrisas y lindos momentos. A José y Silvi por brindarme su compañía en esos días largos de levantar datos en campo, me encantó compartir con ustedes. vi A mis maestros que con esmero nos formaron académicamente pero de forma muy especial al Ing. Eduardo Kirby y al Ing. Oswaldo Padilla por impartir sus conocimientos sin ninguna reserva y dirigirme en este trabajo de titulación. Y finalmente pero el más importante, a Dios, porque el mostró su fidelidad durante todos estos años de carrera, manifestando su amor, compañía y dirección por medio de todas las personas, amigos y maestros que me brindaron su amistad y cariño. Definitivamente Él fue quien puso la sabiduría y el conocimiento necesario para poder llegar a esta meta. La gloria y honra sea para Él, mi Papá. vii ÍNDICE DE CONTENIDO CERTIFICADO DEL DIRECTOR...................................................................................... i AUTORÍA DE RESPONSABILIDAD ................................................................................ ii AUTORIZACIÓN DE PUBLICACIÓN ............................................................................. iii DEDICATORIA ............................................................................................................... iv AGRADECIMIENTO........................................................................................................ v ÍNDICE DE CONTENIDO .............................................................................................. vii ÍNDICE DE TABLAS ..................................................................................................... xv ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................. xviii RESUMEN ................................................................................................................. xxiv ABSTRACT ................................................................................................................. xxv CAPÍTULO I ....................................................................................................................1 1 INTRODUCCIÓN .........................................................................................................1 1.1 Historia de la fotogrametría .......................................................................................1 1.2 Antecedentes ............................................................................................................3 1.3 Definición del problema .............................................................................................6 1.4 Justificación ...............................................................................................................7 1.5 Área de estudio .........................................................................................................8 1.6 Objetivos .................................................................................................................10 viii 1.6.1 Objetivo General ..................................................................................................11 1.6.2 Objetivos específicos............................................................................................11 1.7 Metas ......................................................................................................................11 1.8 Hipótesis .................................................................................................................12 1.9 Variables de la investigación ...................................................................................12 CAPÍTULO II .................................................................................................................13 2 MARCO TEÓRICO .....................................................................................................13 2.1 Fotogrametría ..........................................................................................................13 2.2 Fotogrametría de corto alcance ...............................................................................13 2.3 Cámara digital .........................................................................................................13 2.1.1 Imagen digital .......................................................................................................13 2.1.2 CCD y CMOS .......................................................................................................14 2.1.3 GSD .....................................................................................................................15 2.1.4 Píxeles .................................................................................................................15 2.4 Escala .....................................................................................................................15 2.5 Geometría de Z en un vuelo fotogramétrico ............................................................16 2.6 Resolución ..............................................................................................................18 2.1.5 Resolución espacial .............................................................................................18 2.1.6 Resolución radiométrica .......................................................................................18 2.1.7 Resolución espectral ............................................................................................20 ix 2.7 Aviones no tripulados ..............................................................................................21 2.8 Clasificación de aeronaves no tripuladas ................................................................21 2.9 Drones de ala rotatoria ............................................................................................22 2.1.8 Phantom 4 ............................................................................................................23 2.1.9 Inspire 1 ...............................................................................................................24 2.1.10 Características de los controles ..........................................................................26 2.10 Plan de vuelo ........................................................................................................29 2.11 Control Geodésico .................................................................................................30 2.1.11 Métodos de posicionamiento GPS......................................................................30 2.1.12 Puntos de apoyo fotogramétrico .........................................................................32 2.12 Ajuste fotogramétrico.............................................................................................33 2.1.13 Orientación interior .............................................................................................34 2.1.14 Orientación exterior ............................................................................................34 2.1.15 Orientación relativa.............................................................................................34 2.1.16 Orientación absoluta...........................................................................................35 2.1.17 Aerotriangulación ...............................................................................................35 2.1.18 Modelo Digital del Terreno..................................................................................35 2.1.19 Ortofoto ..............................................................................................................36 2.1.20 Ortomosaico .......................................................................................................37 2.13 Par estereoscópico ................................................................................................38 x 2.14 Marca flotante .......................................................................................................39 2.15 Restitución ............................................................................................................39 2.1.21 Archivo semilla ...................................................................................................41 2.16 Tabla de estructuración .........................................................................................42 2.17 Programas relacionados ........................................................................................43 2.1.22 Photomod ...........................................................................................................43 2.1.23 Pix4D .................................................................................................................44 2.18 Control de exactitud posicional ..............................................................................44 2.1.24 NMAS 1947 ........................................................................................................45 2.1.25 Estándar de Precisión para Datos Geoespaciales digitales (ASPRS) .................45 2.1.26 Estándar Nacional para la Precisión de Datos Espaciales (NSSDA) ..................47 2.1.27 Estándar de Precisión para el Mapa Nacional (NMAS) .......................................51 2.1.28 Protocolo de fiscalización ...................................................................................53 2.19 Normativa ..............................................................................................................54 2.1.29 Resolución 251/2015 Norma para la operación de los Sistemas Aeronaves Pilotadas a Distancia (RPAS), drones (UAS) ....................................54 2.1.30 Real decreto 552/2014 Reglamento de circulación aérea ...................................55 2.1.31 Requisitos a cumplir para vuelos con drone no profesional ................................55 2.20 Estadísticos descriptivos .......................................................................................56 2.1.32 Media .................................................................................................................56 xi 2.1.33 Mediana .............................................................................................................57 2.1.34 Moda ..................................................................................................................57 2.1.35 Rango.................................................................................................................58 2.1.36 Varianza y desviación estándar ..........................................................................58 CAPÍTULO III ................................................................................................................60 3 METODOLOGÍA ........................................................................................................60 3.1 Pre factibilidad de los parámetros de toma ..............................................................60 3.1.1 Logística para la ejecución de vuelos ...................................................................61 3.1.2 Traslapos y restitución ..........................................................................................62 3.1.3 Toma de imágenes ...............................................................................................65 3.2 Diseño del plan de vuelo .........................................................................................66 3.2.1 Diseño de los polígonos de vuelo .........................................................................67 3.2.2 Zonas de despegue ..............................................................................................69 3.2.3 Autonomía de vuelo .............................................................................................72 3.2.4 Tiempo de vuelo de las misiones .........................................................................74 3.3 Puntos de apoyo de control fotogramétrico .............................................................75 3.4 Procesamiento de las imágenes adquieras por drone en el programa fotogramétrico Photomod ........................................................................................77 3.5 Ajuste fotogramétrico en el programa Photomod .....................................................77 3.5.1 Adición de imágenes ............................................................................................78 xii 3.5.2 Orientación Interior y exterior ...............................................................................79 3.5.3 Orientación absoluta.............................................................................................82 3.5.4 Orientación Relativa .............................................................................................85 3.5.5 Aerotriangulación .................................................................................................86 3.6 Generación de Modelos digitales del Terreno .........................................................86 3.6.1 Nube de puntos ....................................................................................................87 3.6.2 Filtro de edificaciones y vegetación para la generación de MDE ..........................88 3.6.3 Creación del TIN ..................................................................................................89 3.6.4 Modelo Digital de Elevación .................................................................................90 3.6.5 Modelo Digital de Superficie .................................................................................91 3.7 Generación de ortofotos y ortomosaico ...................................................................92 3.7.1 Ortorectificación ...................................................................................................92 3.7.2 Ortomosaico .........................................................................................................93 3.8 Evaluación radiométrica ..........................................................................................96 3.9 Generación del Archivo Semilla ...............................................................................98 3.10 Restitución .......................................................................................................... 102 3.11 Control de calidad ............................................................................................... 104 3.11.1 Fase de campo ................................................................................................. 105 3.11.2 Fase de gabinete .............................................................................................. 107 3.11.3 Evaluación horizontal de las ortofotos .............................................................. 108 xiii 3.11.4 Evaluación vertical ........................................................................................... 117 CAPÍTULO IV .............................................................................................................. 125 4 RESULTADOS ......................................................................................................... 125 4.1 Resultados de la pre factibilidad para captura de imágenes capturadas por drone ..................................................................................................................... 125 4.1.1 Resultados de logística ...................................................................................... 125 4.1.2 Resultados de traslapos y restitución ................................................................. 127 4.2 Diseño del plan de vuelo ....................................................................................... 131 4.2.1 Resultados del diseño de los polígonos ............................................................. 131 4.2.2 Resultados del tiempo de vuelo de las misiones ................................................ 132 4.2.3 Resultados de la cantidad de imágenes utilizadas ............................................. 133 4.3 Resultados del tiempo de procesamiento de los puntos de enlace ........................ 133 4.4 Resultados del control geodésico (GCP) ............................................................... 134 4.5 Resultados del ajuste fotogramétrico..................................................................... 136 4.6 Resultados de la generación de Modelos digitales del terreno .............................. 141 4.7 Resultados de la ortorectificación .......................................................................... 143 4.8 Resultados de la evaluación radiométrica ............................................................. 144 4.8.1 Resultados de los histogramas ........................................................................... 148 4.9 Resultados de la restitución .................................................................................. 149 4.10 Evaluación de productos ..................................................................................... 151 xiv 4.10.1 Resultados del control posicional ..................................................................... 151 4.10.2 Resultados RMSE de la evaluación horizontal ................................................. 152 4.10.3 Resultados estadística descriptiva para evaluación horizontal ......................... 153 4.10.4 Resultados RMSE de la evaluación vertical ..................................................... 160 4.10.5 Resultados estadística descriptiva de la evaluación vertical ............................. 161 CAPÍTULO V ............................................................................................................... 168 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................ 168 5.1 Conclusiones ......................................................................................................... 168 5.2 Recomendaciones ................................................................................................. 172 REFERENCIAS ........................................................................................................... 174 ANEXOS ..................................................................................................................... 186 xv ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 Coordenadas Zona de estudio ....................................................................10 Tabla 2 Variables de investigación ...........................................................................12 Tabla 3 Tonos según el número de bits ....................................................................19 Tabla 4 Características principales en modelos usuales de drone ............................23 Tabla 5 Características del Drone Phantom 4...........................................................23 Tabla 6 Características del gimbal y cámara del Phantom 4.....................................24 Tabla 7 Características del Inspire 1 .........................................................................24 Tabla 8 Características del gimbal y cámara del Inspire 1 ........................................25 Tabla 9 Especificaciones técnicas de ortofotos digitales ...........................................37 Tabla 10 GSD y características del producto requerido ............................................40 Tabla 11 GSD mínimo para la escala de restitución .................................................41 Tabla 12 Cantidad de puntos de evaluación según el área de estudio ....................44 Tabla 13 Clases aplicadas a los productos según su precisión ................................45 Tabla 14 Clases según la escala del producto ..........................................................46 Tabla 15 Características de calidad posicional del producto según la escala ...........46 Tabla 16 Monto mínimo establecido en caso de daños a terceros según el peso del drone ........................................................................................55 Tabla 17 Tareas a tomar en cuenta para un vuelo exitoso .......................................62 Tabla 18 Traslapos ...................................................................................................62 Tabla 19 Características Proyectos Photomod .........................................................78 Tabla 20 Nombres de las imágenes capturadas .......................................................79 Tabla 21 Insumos para el cálculo de la exactitud posicional de las ortofotos .......... 112 xvi Tabla 22 Cálculos RMSE en X e Y en ortomosaicos .............................................. 113 Tabla 23 Cálculos para la obtención del RMSEr al 90% y 95% de confianza en ortomosaicos ....................................................................... 114 Tabla 24 Cálculos para el control posicional de la restitución ................................. 115 Tabla 25 Datos para el cálculo del RMSEz ............................................................. 121 Tabla 26 Cálculos del RMSEz ................................................................................ 122 Tabla 27 Cálculo del RMSEz al 90% y 95% de confianza ...................................... 122 Tabla 28 Cumplimiento de actividades en pruebas de pre factibilidad .................... 125 Tabla 29 Número de imágenes en vuelos con traslapos iguales ........................... 130 Tabla 30 Características de los vuelos realizados en Alangasí ............................... 132 Tabla 31 Duración esperada vs duración real de cada misión ................................ 132 Tabla 32 Tiempo utilizado para generar puntos de enlace ...................................... 133 Tabla 33 Elenco de coordenadas ........................................................................... 135 Tabla 34 Tamaño de pixel de los MDT ................................................................... 141 Tabla 35 Resultados del RMSE para la evaluación horizontal ............................... 153 Tabla 36 Tabla de frecuencias para estadística descriptiva, evaluación horizontal . 154 Tabla 37 Estadística descriptiva “Conjunto 1” ........................................................ 155 Tabla 38 Extracto de la Tabla 36 para el Conjunto 2 ............................................. 156 Tabla 39 Estadística descriptiva “Conjunto 2” ........................................................ 157 Tabla 40 Extracto de la Tabla 36 para el Conjunto 3 ............................................. 157 Tabla 41 Estadística descriptiva “Conjunto 3” ........................................................ 158 Tabla 42 Extracto de la Tabla 36 para la Restitución .............................................. 159 Tabla 43 Estadística descriptiva Restitución ........................................................... 160 xvii Tabla 44 Resultados del RMSE para la evaluación vertical .................................... 160 Tabla 45 Tabla de frecuencias para estadística descriptiva, evaluación vertical ..... 162 Tabla 46 Estadística descriptiva para Z “Conjunto 1” ............................................. 163 Tabla 47 Estadística descriptiva para Z “Conjunto 2” .............................................. 164 Tabla 48 Estadística descriptiva para Z- MDE Contornos ...................................... 166 Tabla 49 Estadística descriptiva para Z-MDE automático ....................................... 167 xviii ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Localización geográfica de la zona de estudio ...........................................10 Figura 2 Píxeles en una imagen ...............................................................................14 Figura 3 Descripción altura de vuelo ........................................................................17 Figura 4 Píxeles por pulgada en la imagen ..............................................................18 Figura 5 Diferencia radiométrica entre imágenes .....................................................19 Figura 6 Clasificación de los Drones ........................................................................22 Figura 7 Control Phantom 4 .....................................................................................26 Figura 8 Control Inspire 1 .........................................................................................26 Figura 9 Botones inferiores ......................................................................................27 Figura 10 Botones traseros ......................................................................................28 Figura 11 Palanca de modos de vuelo .....................................................................28 Figura 12 Métodos de posicionamiento GNSS .........................................................31 Figura 13 MDS y MDE .............................................................................................36 Figura 14 Paralaje estereoscópico ...........................................................................38 Figura 15 Sesgo de la moda y mediana ...................................................................57 Figura 16 Planificación plan de vuelo .......................................................................61 Figura 17 Porcentaje de traslapo teórico ..................................................................64 Figura 18 Sentido de las imágenes al ser capturadas ..............................................66 Figura 19 Perfil de la zona de vuelo .........................................................................66 Figura 20 Sentido de las líneas de vuelo en función de las curvas de nivel de la zona .................................................................................................67 Figura 21 Misiones Inspire 1 ....................................................................................68 xix Figura 22 Misiones Phantom 4 .................................................................................69 Figura 23 Despegue del drone desde el centro del polígono ....................................70 Figura 24 Sitios de despegue para cada vuelo .........................................................71 Figura 25 Despegue fuera del polígono de misión ...................................................72 Figura 26 Vuelo con drone Inspire 1 .........................................................................73 Figura 27 Vuelo don drone Phantom 4 .....................................................................73 Figura 28 Tiempo esperado para completar la misión ..............................................74 Figura 29 Duración real de tiempo para completar la misión ....................................74 Figura 30 Puntos de control .....................................................................................75 Figura 31 Punto representado con clavo ..................................................................76 Figura 32 Punto representado con estaca ................................................................76 Figura 33 Rastreo de puntos de control....................................................................77 Figura 34 Proceso en Photomod ..............................................................................78 Figura 35 Orientación interior “Conjunto 1” y “Conjunto 2” .......................................80 Figura 36 Imágenes capturadas con defectos de toma ............................................80 Figura 37 Líneas de vuelo corregidas ......................................................................81 Figura 38 Línea de vuelo sin sentido de toma ..........................................................81 Figura 39 Líneas de vuelo con sentido de toma .......................................................82 Figura 40 Pinchado de puntos de control .................................................................83 Figura 41 Dificultad de visualización debido a las construcciones ............................84 Figura 42 Problemas de visualización debido a la vegetación ..................................84 Figura 43 Problemas de visualización debido a la sombra .......................................84 Figura 44 Procesamiento distribuido para la generación de puntos de enlace .........85 xx Figura 45 Proceso distribuido para la creación de puntos ........................................87 Figura 46 Puntos generados ....................................................................................88 Figura 47 Nube de puntos filtrada ............................................................................88 Figura 48 Adición de puntos en zonas necesarias ...................................................89 Figura 49 Punto que genera hundimiento erróneo ...................................................90 Figura 50 Hundimiento corregido .............................................................................90 Figura 51 Modelo digital de elevación ......................................................................91 Figura 52 Modelo digital de superficie ......................................................................91 Figura 53 Tiempo de creación de ortofotos ..............................................................92 Figura 54 Imagen sin editar la línea de corte ............................................................93 Figura 55 Imagen con edición de la línea de corte ...................................................93 Figura 56 Zona sin desfase a nivel de piso ..............................................................94 Figura 57 Muro sin punto de enlace .........................................................................95 Figura 58 Muro con punto de enlace ........................................................................95 Figura 59 Análisis de imagen ...................................................................................97 Figura 60 Venta para obtener el histograma ............................................................97 Figura 61 Clasificador ..............................................................................................98 Figura 62 Herramienta de Vectores ..........................................................................99 Figura 63 Barra de herramientas para vectores .......................................................99 Figura 64 Clasificador de vectores ......................................................................... 100 Figura 65 Adición de capas .................................................................................... 100 Figura 66 Edición de atributos de la capa ............................................................... 101 Figura 67 Ventana de adición de código ................................................................ 102 xxi Figura 68 Clasificador para la restitución ................................................................ 103 Figura 69 Pares estereoscópicos y restitución ....................................................... 103 Figura 70 Restitución utilizando el MDE de base ................................................... 104 Figura 71 Control de calidad de Productos Fotogramétricos .................................. 105 Figura 72 Toma de puntos RTK ............................................................................. 106 Figura 73 Punto representado en campo ............................................................... 107 Figura 74 Navegación GPS en ArcGis ................................................................... 107 Figura 75 Puntos para evaluar la exactitud horizontal “Conjunto 1” ........................ 108 Figura 76 Puntos para evaluar la exactitud horizontal “Conjunto 2” ....................... 109 Figura 77 Esquinas foto - identificables .................................................................. 109 Figura 78 Herramienta de distancia ........................................................................ 110 Figura 79 Uso de la herramienta "Near" ................................................................. 111 Figura 80 Tabla de distancias en ArcMap .............................................................. 111 Figura 81 Cálculos coordenadas ortofoto vs coordenadas RTK ............................. 112 Figura 82 Evaluación de la restitución .................................................................... 115 Figura 83 Distancia obtenida con la herramienta "Near" ........................................ 116 Figura 84 MDE “Conjunto 1” ................................................................................... 117 Figura 85 MDE “Conjunto 2” ................................................................................... 117 Figura 86 Extract multi values to points .................................................................. 118 Figura 87 Valores del MDE .................................................................................... 118 Figura 88 Tabla de cálculo para evaluación de Z ................................................... 119 Figura 89 MDE creado a partir de curvas de nivel .................................................. 120 Figura 90 MDE generado por Photomod ................................................................ 120 xxii Figura 91 Diferencia de alturas obtenidas en la hoja de cálculo ............................. 123 Figura 92 Porcentaje de cumplimiento en las tareas para un vuelo exitoso ........... 127 Figura 93 Porcentaje de traslapo en campo ........................................................... 128 Figura 94 Restitución al 60% .................................................................................. 129 Figura 95 Restitución al 70% .................................................................................. 129 Figura 96 Restitución al 80% .................................................................................. 130 Figura 97 Error en imágenes al 60% de traslapo .................................................... 131 Figura 98 Imágenes al 70% de traslapo ................................................................. 131 Figura 99 Comparación de la focal después de la generación de puntos de enlace .................................................................................................... 134 Figura 100 Reporte del Ajuste ................................................................................ 136 Figura 101 Datos generales del bloque .................................................................. 136 Figura 102 Parámetros del ajuste ........................................................................... 137 Figura 103 Residuales de los centros de proyección.............................................. 137 Figura 104 Bloque ajustado “Conjunto 1” ............................................................... 139 Figura 105 Bloque ajustado “Conjunto 2” ............................................................... 140 Figura 106 Bloque ajustado “Conjunto 3” ............................................................... 140 Figura 107 Modelo digital de elevación “Conjunto 1” .............................................. 141 Figura 108 Modelo digital de elevación “Conjunto 2” .............................................. 142 Figura 109 Modelo digital de superficie “Conjunto 2” .............................................. 143 Figura 110 Ortofoto ................................................................................................ 143 Figura 111 Ortofoto con distorsión en los extremos................................................ 144 Figura 112 Hot spot en una imagen ....................................................................... 145 xxiii Figura 113 Mosaico sin homogenización de color .................................................. 145 Figura 114 Mosaico con homogenización de color ................................................. 145 Figura 115 Visualización de las líneas de corte ...................................................... 146 Figura 116 Ortomosaico “Conjunto 1” .................................................................... 146 Figura 117 Ortomosaico “Conjunto 2” .................................................................... 147 Figura 118 Ortomosaico “Conjunto 3” .................................................................... 148 Figura 119 Histogramas de color............................................................................ 149 Figura 120 Restitución ........................................................................................... 150 Figura 121 Restitución con ortomosaico de base ................................................... 150 Figura 122 Fase I toma de puntos RTK .................................................................. 151 Figura 123 Fase II toma de puntos RTK ................................................................. 152 Figura 124 Histograma de frecuencias “Conjunto 1”............................................... 155 Figura 126 Histograma de frecuencias “Conjunto 2”............................................... 157 Figura 128 Histograma de frecuencias “Conjunto 3”.............................................. 158 Figura 130 Histograma de frecuencias Restitución................................................ 160 Figura 131 Histograma de frecuencias para Z “Conjunto 1” .................................. 163 Figura 132 Histograma de frecuencias para Z “Conjunto 2” .................................. 164 Figura 133 Histograma para Z- MDE Contornos .................................................... 166 Figura 134 Histograma para Z-MDE automático en la zona de evaluación del MDE de contornos ................................................................................ 167 xxiv RESUMEN Actualmente la facilidad de adquisición de los vehículos aéreos no tripulados conocidos también como drones, han permitido una nueva generación de productos fotogramétricos cuyo proceso de creación se da de forma automática sin tomar en cuenta consideraciones fotogramétricas, obteniendo así cartografía de pronta respuesta pero de baja calidad. El objetivo del presente proyecto es identificar las características a considerar antes y durante el proceso fotogramétrico y restitución, configurando los archivos semilla para generar la plantilla de objetos a capturar; además, se propone una guía que permita establecer el uso adecuado de los drones desde el diseño del plan de vuelo hasta la obtención de la cartografía en 2D y 3D. Los datos utilizados fueron generados con los drones de ala rotatoria: Inspire 1 y Phantom 4, en la Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE y en la parroquia de Alangasí, Quito – Ecuador, en donde se realizaron varios vuelos con el fin de identificar condiciones óptimas para la ejecución de las misiones, diseños de plan de vuelo, identificación del traslapo recomendado para realizar la ortomosaicos y restitución y por último, tiempo y rendimiento en cada una de las fases de procesamiento por medio del software utilizado fue Photomod. Posteriormente, una vez obtenidos los productos del ajuste fotogramétrico realizar el control de calidad, visual, radiométrica y posicional de los productos obtenidos. PALABRAS CLAVE  TRASLAPO  ORTOFOTO  PHOTOMOD  RESTITUCIÓN xxv ABSTRACT Currently, is ease to acquire an unmanned aerial vehicles also known as drones, those allowed a new generation of photogrammetric products where the creation and process are automatically without photogrammetric considerations, in consequence as a result the cartography is prompt response but has low quality . The objective of this project is to identify the characteristics to be considered before and during the photogrammetric and restitution process, setting the seed files to generate the template of objects to be captured; in addition, the guide propose a correct use of drones since the design of the plan flight until obtaining 2D and 3D cartography. The data used were generated with the rotary wing drones: Inspire 1 and Phantom 4, at University of the Armed Forces - ESPE and in the parish of Alangasí, Quito - Ecuador, where several flights are found in order to identify optimal conditions to execute the missions, flight plan designs, identification of the recommended overlap to perform the orthomosaics and restitution and finally; time and performance in each of the processing phases through the software used for Photomod. Subsequently, once the products are received from photogrammetric adjustment we did the quality, visual, radiometric and positional accuracy of the products. KEYWORDS  OVERLAP  ORTOFOTO  PHOTOMODE  RESTITUTION 1 CAPÍTULO I 1 INTRODUCCIÓN En el siguiente texto se encuentra un extracto del camino de la fotografía aérea a partir del año 1889, su uso y desarrollo hasta llegar a lo que actualmente se conoce como fotogrametría; así también, los antecedentes tomados en cuenta para la realización de este proyecto de investigación. 1.1 Historia de la fotogrametría Las primeras observaciones por medio de fotografía aérea fueron realizadas mediante imágenes capturadas por aerostatos, como el denominado María Cristina en el año 1889, estas primeras naves tenían fines bélicos pues, no solo tomaban fotografías sino también realizaban tiros de artillería; sin embargo, se aprovecharon para realizar otras aplicaciones al margen de las militares como son: la obtención de medidas precisas, mapas y planos a partir de fotografías aéreas. La fotogrametría terrestre en la segunda mitad del siglo XX se encontraba muy desarrollada, no así, la fotogrametría aérea y el objetivo era realizar los primeros intentos de restitución a partir de las imágenes adquiridas por aerostatos, teniendo como principal dificultad la obtención, desde el aire, de pares estereoscópicos con suficiente grado de precisión para aplicar los métodos fotogramétricos (Quirós & Fernández, 1998). Quirós y Fernández (1998), indican que, con el nacimiento y desarrollo de la aviación se impulsa definitivamente la fotogrametría aérea, desde 1915 y hasta la actualidad se capturan imágenes de manera vertical y oblicua las áreas de interés, progresivamente se incorpora la fotografía en el catastro y luego se emplea para la representación de 2 cuencas hidrográficas, teniendo resultados en escala 1:10000. A partir del año 1945, se realizan vuelos fotogramétricos cumpliendo con los requisitos para ser considerados como vuelos estereoscópicos con un recubrimiento longitudinal del 60% y transversal del 30%. Según Cuerno, García, Sánchez, Sánchez & Campo (2016), en la Primera Guerra Mundial se dio el primer vuelo con una aeronave no tripulada, sin mucho éxito debido a la falta de un motor que pudiera abastecer las misiones de manera satisfactoria. A partir de 1920, el ejército británico continuó con el desarrollo de estos aparatos realizando así el primer monoplano capaz de transportar 114 kg y pudiendo volar una distancia de 480 km controlado por un sistema de radio. Cuerno et al. (2016), menciona que, en la Segunda Guerra Mundial se construyeron modelos radio controlados para la marina y el ejército; en la Guerra Fría, se introdujo el primer drone de ala rotatoria cuya misión fue atacar mientras era controlado desde un barco y desde 1970 hasta la actualidad ha habido una evolución de los aviones no tripulados tanto en reconocimiento y vigilancia en aspectos de corto y largo alcance. Además, bajo la influencia de la Guerra Fría, los sistemas que controlan las aeronaves se han vuelto más sofisticados considerando que a partir de los años 80 se ha trabajado en mejorar el tiempo de autonomía y extender las distancias a las que los aparatos puedan llegar; hoy por hoy es posible realizar un sin número de actividades ayudados por los drones, no solo con fines bélicos sino también en el ámbito civil, tales como: monitoreo de cultivos y fertilizantes, fotografía y cinematografía, información del 3 entorno, servicios meteorológicos, catastro, entre otros (Cuerno, García, Sánchez, Sánchez, & Campoy, 2016). 1.2 Antecedentes De acuerdo a Vargas & Oto (2014), para la generación de cartografía han existido distintas maneras de capturar los datos por ejemplo: por medio de topografía, utilizando equipos de GNSS, digitalización y la restitución; siendo esta última, un proceso en el que se utiliza un programa en donde se cargan las orientaciones de las imágenes en el momento de su toma para poder generar una visualización en 3D, además, en el instante en el que la marca flotante se encuentra apoyada en el terreno, se puede leer la altura que posee el objeto con respecto al nivel medio del mar. Debido al avance de la tecnología y con la llegada de la fotogrametría digital es posible la generación, de forma automática o semi-automática, de modelos digitales de elevación (MDE), curvas de nivel y ortofotos (Vargas & Oto, 2014). Fuentes, Bolaños & Rozo (2012), indican que la restitución también es posible trabajar con imágenes capturadas por medio de satélites como por ejemplo el Satélite IKONOS, en el que es posible obtener bandas multiespectrales de 4 m, la particularidad de este satélite es la capacidad de obtener imágenes estereoscópicas en dos órbitas adyacentes, así también se restituye por medio de aviones equipados con cámaras. Por otra parte, Jorge Escamilla (2016), menciona que el catastro es un conjunto de registros gráficos, geométricos, vectoriales y ráster que poseen características alfanuméricas que se utilizan como herramienta para generar los inventarios de los predios y de esta manera obtener una base de datos que incluya valores monetarios de 4 la infraestructura y el equipamiento, para lo cual es necesario el levantamiento de información. Con el fin de, obtener datos actualizados es necesario incluir tecnologías espaciales actuales como drones para evaluar las localidades semiurbanas y rurales, con el fin de identificar el crecimiento y densificación de construcciones (Escamilla, 2016) . El uso de drones en áreas como patrimonio, catastro y desarrollo del entorno urbano se encuentra en auge debido a la facilidad de adquisición y sencillez de uso de las aeronaves no tripuladas en donde se aspira a tener como resultados productos cartográficos y modelos 3D (Pachecho, 2017). A continuación, se hace mención a diferentes trabajos que han empleado estas herramientas con el fin de generar información que puedan ayudar en la planificación, toma de decisiones e incluso en el mantenimiento del patrimonio. En el trabajo denominado “Restitución Digital de Imágenes Satelitales GeoEye” realizado por Venini (2012), se evidencia que es posible restituir con imágenes obtenidas de plataformas satelitales, con el fin de generar la calidad del producto a entregar, tales como, modelos digitales del terreno y la cartografía. Para lo cual se utilizó el programa ERDAS módulo LPS, este paquete fotogramétrico permite la generación de Modelos del Terreno y la extracción de elementos 3D. En la tesis Restitución Fotogramétrica Digital para la Generación de un Mapa Fisiográfico y Uso actual de la Tierra, Jarandilla (2014), indica que, la restitución fotogramétrica de imágenes aéreas permite visualizar de manera detallada: construcciones, vialidad, vegetación, hidrografía, entre otros. Proceso que permitió 5 obtener una base de datos y resultados como: un MDE, ortofotos, una Geodatabase y mapas. Para la elaboración de la restitución el programa utilizado fue ERDAS – LPS. El objetivo de este proyecto fue generar un mapa fisiográfico y uso actual de la tierra a partir de fotografías aéreas restituidas a escala 1:40000 con el fin, de aportar a la planificación territorial (Jarandilla, 2014). La investigación denominada “Elaboración de una Restitución Catastral utilizando vehículos aéreos no tripulados” muestra el desarrollo de una restitución para una escala 1:1000 en un área urbana y rural, con el fin de obtener planos catastrales utilizando el software Agisoft. La restitución fotogramétrica tenía por objetivo el complementar la información métrica proporcionada por las ortofotos. Se realizó el trazado de los techos de la zona, para lo cual, se delineó la divisoria de aguas que permitió la representación tridimensional; sin embargo, este programa no genera pares estereoscópicos, la captura de datos se realiza sobre una nube de puntos generada en el proceso (Soto, 2016). Así también, el trabajo de Mora, Céspedes y Louis “Aplicación de la fotogrametría en el levantamiento gráfico de la iglesia de San José en Elche” se utilizó el programa PhotoModeler y menciona que se realizó la restitución fotogramétrica, misma que dependía de la calidad de las imágenes obtenidas. Para esto, se importaron las imágenes más adecuadas, se marcaron puntos significativos y de control en las diferentes fotografías y se asignó la información en 3D (Mora, Céspedes, & Louis, 2009). 6 En el trabajo denominado Modelo Digital de Elevaciones (D.E.M) área Sierra el Gigante (San Luis), densificación a partir de datos de restitución aerofotogramétrica menciona que, el uso de drones que utilicen un software especializado para el procesamiento de las imágenes capturadas es ideal en áreas reducidas, debido a que la primera opción a utilizar son imágenes satelitales ya que no existen evidencias de trabajos exitosos aplicados áreas extensas aplicando drones. Por lo que, para la obtención de datos se suele hacer restitución de imágenes satelitales (Sisti & Soto, 2017). 1.3 Definición del problema Con la aparición de los drones, se crearon programas para el ajuste de las imágenes obtenidas, procesos que no son controlados técnicamente, sino que, obtienen un producto directo y automático, que para escalas grandes en la parte altimétrica no se ajustan a la realidad del terreno; esto se debe, entre varios factores, a la falta de conocimiento, depuración y diferencias en la generación de modelos digitales del terreno (MDT), como son el de superficies (MDS) y de elevaciones (MDE). Como soporte para la generación de ortofotos simples, ortomosaicos y trueorthos uno de los problemas es la generación de MDE filtrados y corregidos adecuadamente, mismos que se pretenden resolver en la etapa de procesamiento de este estudio. Para obtener cartografía 2D y 3D de alta precisión se necesita realizar el proceso de restitución que en la actualidad mayormente se desarrolla con imágenes obtenidas de aviones equipados con cámaras métricas o imágenes satelitales, más no, con información generada por drones que poseen cualquier tipo de cámara. En 7 consecuencia el proceso y las herramienta del restitución no se incluían hasta hace poco en la mayoría de programas de uso frecuente que procesan imágenes de aeronaves no tripuladas; por lo que, la cartografía generada por medio de digitalización solamente es en 2D; mientras que las curvas de nivel, son obtenidas desde el MDS sin depuración de objetos (construcciones y vegetación) que se encuentran sobre la superficie del terreno, cometiendo así errores en los valores de altura y en la generación de dichas curvas. En ese sentido, con este estudio, se pretende resolver el problema de restitución para imágenes adquiridas por medio de aviones no tripulados y presentar nuevos procedimientos para depurar los diferentes modelos digitales del terreno. 1.4 Justificación La elaboración de cartografía por medio del uso de vehículos aéreos no tripulados ha aumentado en los últimos años debido a la facilidad de adquisición de estas herramientas y en muchos casos la sencillez con la que el usuario puede manejarlas, generando productos como ortofotos y modelos digitales de superficie de manera automática; lo que ha ocasionado que dicha cartografía sea realizada sin las respectivas correcciones y sin utilizar criterios fotogramétricos, dando como resultado una cartografía de pronta respuesta y con costos reducidos, pero de baja calidad (Ruiz, Corominas, & Hürlimann, 2017). Con en el presente proyecto se propone realizar la restitución fotogramétrica aplicado a imágenes obtenidas por drones, con el fin de obtener productos de alta precisión en 2D y 3D, en los cuales el usuario puede tener el control y tomar decisiones sobre cada 8 una de las etapas del proceso fotogramétrico empleando herramientas adecuadas para información capturada con vehículos aéreos no tripulados. Debido a que la Carrera de Ingeniería Geográfica ha tenido cambios en su malla y ha dado paso a la nueva Carrera de Ingeniería en Tecnologías Geoespaciales, existe la necesidad de entender, aplicar y utilizar nuevas técnicas que permitan la captura de la información del terreno. Este proyecto pretende aportar dejando una guía que permita establecer el uso adecuado de herramientas, tan de moda, como los drones para obtener cartografía que cumpla con los estándares establecidos y así contribuir a la formación de nuevos profesionales que puedan prestar sus servicios de calidad al Ecuador con ética y competitividad. 1.5 Área de estudio En el Plan de Desarrollo Estratégico de la parroquia (PDEP) de Alangasí citado por Gobierno Local de la Parroquia de Alangasí (2012), se indica que, la zona de estudio se encuentra en las faldas del volcán Ilaló y es una de las 33 parroquias rurales que conforman la Zona de Planificación 9 correspondiente al Distrito metropolitano de Quito en la provincia de Pichincha, se encuentra al sur – este de la Capital del Ecuador, cuenta 44,16 km2 de extensión; conformada por 37 barrios y 3 comunas, cuenta una población de 24 251 según el censo nacional del 2010. Los límites que esta parroquia poseen son: al norte colinda con la parroquia de Guangopolo y Tumbaco, al sur con la parroquia de Pintag, al este con la parroquia de la Merced y al oeste con la parroquia de Conocoto. 9 Posee una altitud de 2613 msnm, vientos con velocidades medias entre 3 y 4 m/s con dirección predominante al norte, una temperatura que oscila entre los 14,6°C y 16,7°C, precipitaciones que varía entre 128 y 111 mm en los meses de marzo y noviembre; además, presenta formaciones geológicas volcánicas con suelos de cangahua y precangahua (Gobierno Local de la Parroquia de Alangasí, 2012) En el PDEP de Alangasí (2012), se indica que, desde los siglos XVII y XVIII el pueblo de Alangasí proveía a la ciudad de Quito con maíz, hortalizas, cereales, ganado vacuno y peces denominados bagrecillos que habitaban en sus ríos, con la llegada de las haciendas Chillo Compañía y el Colegio de los Jesuitas; este sector fue reconocido y afamado por los manantiales termales que nacen desde el Volcán Ilaló. Actualmente, la frontera agrícola se ha reducido significativamente limitándose en su mayoría, solo al cultivo de subsistencia o al mercado interno debido al crecimiento de la urbe, por lo que, la principal actividad económica que desempeñan es el turismo cultural, gastronómico y de aventura además, sus tradiciones y el rescate de su identidad permite a los habitantes ofertar varias actividades de recreación que permiten dinamizar la economía (Gobierno Local de la Parroquia de Alangasí, 2012). El proyecto a desarrollarse en esta parroquia abarcará un área aproximada de 300 ha en cuanto al plan de vuelo, toma de imágenes, modelo digital de superficie y generación del ortomosaico y en cuanto al modelo digital de elevación y restitución se generará un área aproximada de 100 ha, considerando áreas urbanas, rurales y zonas de diferentes accidentes geográficos. 10 A continuación en la Figura 1, se observa el área de estudio y en la Tabla 1, se indican las coordenadas de límite. Figura 1 Localización geográfica de la zona de estudio Tabla 1 Coordenadas Zona de estudio Puntos límite E (m) N (m) P1 786729 9966830 P2 788519 9966760 P3 788550 9965110 P4 786727 9965170 1.6 Objetivos Para la realización de este proyecto se han planteado los siguientes objetivos: 11 1.6.1 Objetivo General Procesar y restituir imágenes capturadas por drone multirrotor a través de Photomod UAS en el sector de Alangasí. 1.6.2 Objetivos específicos • Realizar el ajuste fotogramétrico de imágenes capturadas por drone multirrotor mediante el software Photomod para generar modelos digitales de superficie y elevación, ortofotos y ortomosaico. • Configurar los archivos semilla y el entorno de trabajo para la restitución fotogramétrica en el programa. • Generar una plantilla de objetos y restituir diferentes elementos planimétricos y altimétricos con la finalidad de generar cartografía en 2D y 3D para escala 1:1000 en un aérea aproximada a 100Ha en el área de estudio. • Realizar el control de calidad (visual, radiométrica y posicional) a los productos obtenidos. 1.7 Metas  Un documento técnico y/o digital del diseño del plan de vuelo y control terrestre del proyecto.  Una tabla con el elenco de coordenadas y las monografías de apoyo fotogramétrico del control terrestre.  Un manual del proceso fotogramétrico y la generación de sus productos con Photomod para las imágenes capturadas con drone. 12  Una plantilla de objetos y un documento con la configuración del entorno para restitución.  Una Geodatabase que contenga los productos generados.  Generar un documento científico que cumpla con la estructura de un artículo a ser publicado en una revista indexada. 1.8 Hipótesis La restitución para imágenes capturadas por drone permite mejorar la calidad de la cartografía en 2D y 3D. 1.9 Variables de la investigación Tabla 2 Variables de investigación Tipo de variable Nombre de la variable Descripción de la variable Subtipo o clasificación Indicador Unidad Método de observación Fuente de dato In d e p e n d ie n te Puntos de apoyo fotogramétrico Los puntos de apoyo fotogramétric o deben contar con la precisión de acuerdo a la escala Cuantitativa Precisiones dentro de la norma nacional cm Antenas GPS Toma en campo D e p e n d ie n te Calidad de imágenes Depende del GSD y la altura de vuelo Cuantitativa Unidad mínima de mapeo cm Drone Toma en campo D e p e n d ie n te Ajuste fotogramétrico Esta variable será resultado del pinchado de puntos de control. Cuantitativa Sigma en el informe general Adimensional Software de procesamiento Gabinete 13 CAPÍTULO II 2 MARCO TEÓRICO 2.1 Fotogrametría Según Herrera (1987), la fotogrametría es un arte, ciencia y tecnología que permite obtener información de la corteza terrestre, plasmarla en imágenes y realizar mediciones sobre las mismas o sobre patrones de energía electromagnéticamente radiante; Clavo (1982), menciona que es, una técnica que permite definir y estudiar con precisión los objetos que se encuentran en una o varias fotografías (Otero, Ezquerra, Rodríguez - Solano, Martín, & Bachiller, s.f). 2.2 Fotogrametría de corto alcance La fotogrametría de corto alcance o también denominada fotogrametría de un objeto cercano es aquella que, permite realizar mediciones geométricas sobre imágenes capturadas a distancias comprendidas entre los 0.1 m y los 300 m pudiendo llegar a tener precisiones milimétricas (Wolf, Dewitt, & Wilkinson, 2014) 2.3 Cámara digital Combina características de la cámara analógica utilizando recurso electrónicos además, es un medio por el cual es posible obtener archivos digitales, los cuales, se pueden observar en un monitor, almacenarse en memorias internas e incluso representarse como puntos de tinta sobre el papel (Zerbst, 2008). 2.1.1 Imagen digital IES la Cabrera (2012), indica que la imagen digital es una representación de la realidad, misma que, es posible mediante equipos informáticos, estos pueden ser de 14 dos tipos identificadas como: mapa de bits, en donde las imágenes están conformadas por una matriz de píxeles. En la Figura 2, se puede observar como la matriz permite representar un objeto, cada uno de estos posee una profundad de color y la unión de estos representan un objeto; por otro lado, se tienen también archivos vectoriales, mismas que se, encuentran conformadas por elementos geométricos, como: puntos, líneas, arcos y polígonos, la característica principal es que estas imágenes no se “pixelan” es decir es decir no se distorsiona. Figura 2 Píxeles en una imagen Fuente: (IES la Cabrera, 2012) 2.1.2 CCD y CMOS El CCD cuyas siglas en ingles significa Charge Coupled Device y traducido Dispositivo Acoplado de Carga; en este, la carga es transportada a lo largo del chip y leída al final del mismo; para esto, es necesario un chip que permita transportar la información sin deformarla; como características: este es sensible a la luz y trabaja a manera de líneas de píxeles con RGB (Liarte, 2009). Por otro lado, en el caso del CMOS, cuyas siglas en ingles significa Complementary Metal Oxide Semiconductor y traducido Óxido de Metal Complementario Semiconductor; cada pixel es leído de forma instantánea e individual, es decir, posee un mejor desempeño con una estructura más simple; sin embargo, es posible que exista una pérdida de sensibilidad a la luz y que consuma menos energía (Liarte, 2009). 15 2.1.3 GSD El GSD denominado así por sus siglas en inglés, Ground Sample Distance, indica el tamaño aproximado que representa un píxel en el terreno, sin embargo es de entenderse que no se puede identificar un objeto con un solo pixel, por lo que para identificar un objeto es necesario la unión de varios píxeles (Quishpe, 2015). Quishpe (2015), menciona que, para el cálculo del GSD, es decir, el tamaño de pixel en el terreno es necesario conocer:  Ancho del sensor de la cámara  Distancia focal de la cámara  Ancho de la imagen en píxeles  Altura de vuelo Para poder calcular el GSD se sigue la ecuación (1) 𝐺𝑆𝐷 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑥 𝐶𝐶𝐷 𝑓 (1) 2.1.4 Píxeles Es la unidad mínima de visualización en una imagen digital, la unión de estos componen una matriz, cada pixel puede contener un solo color y la cantidad de colores dependerán de la cantidad de bits dedicados a almacenar información sobre el color de un pixel en la imagen (IES la Cabrera, 2012). 2.4 Escala Elemento básico y fundamental, es una relación adimensional entre la distancia en la foto, carta, plano, entre otros, y la correspondiente en el terreno, o de la misma manera 16 la relación existente entre la distancia focal y la altura de vuelo, puede variar con un +10% (UNNE, 2019). Ante lo mencionado se siguen las ecuaciones (2) y (3). 𝐸𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 = 𝑑 𝐷 = 𝑓 𝑍 (2) 𝑀𝐸𝑓 = 𝑍 𝑓 (3) En donde: d: Distancia en la foto D: Distancia en la tierra f: Distancia focal Z: Altura de vuelo 2.5 Geometría de Z en un vuelo fotogramétrico Para poder establecer la altura de vuelo es necesario saber cuál es la escala requerida del trabajo, es decir la escala del plano a representar, esta limita el tamaño de los objetos a visualizar en la cartografía. En la Figura 3, se puede observar las diferentes distancias que permitirán obtener la altura media de vuelo y la altura absoluta de vuelo expresadas también en las siguientes expresiones matemáticas (4) y (5) (Pérez, 2001). 17 Figura 3 Descripción altura de vuelo Fuente: (Cano, 2016) En donde f: Focal PM: Plano medio nmm: Nivel medio del mar Zm: Altura media de vuelo Zo: Altura absoluta de vuelo HA: Altura del punto A HB: Altura del punto B HB: Altura media 𝑍𝑚 = 𝑍𝑜 − 𝐻𝑚 (4) 18 1 𝑚𝑒𝑓 = 𝑓 𝑍𝑜 − 𝐻𝑚 (5) Para los cálculos respectivos la focal deberá encontrarse en metros. 2.6 Resolución 2.1.5 Resolución espacial Se denomina tamaño de celda horizontal y es la medida más pequeña que el sensor puede capturar, o el área de terreno fotografiada para el campo de visión instantáneo; es una medida que, indica el detalle de una pantalla gráfica es decir cuan fina es una imagen tal como se muestra en la Figura 4. Se expresa como puntos por pulgada, píxeles por línea, líneas por milímetro, entre otros. Esta resolución es la precisión con la que una escala de mapa dada puede representar la ubicación y la forma de las características del mapa, a mayor escala mayor resolución, a menor escala la resolución disminuye ocasionando que los detalles disminuyan generalizando la información (Shunlin, Xiaowen, & Jindi, 2012). Figura 4 Píxeles por pulgada en la imagen Fuente: (IES la Cabrera, 2012) 2.1.6 Resolución radiométrica La resolución radiométrica hace referencia a cuanta información hay en un píxel, este valor es expresado en unidades de bits. Un solo bit representa de información binaria 19 decisión de sí o no, con un valor matemático de 1 o 0. Las imágenes en tonos de grises poseen generalmente 8 bits, lo que significa: que la información puede ir de 0 a 255. En la Figura 5, se puede apreciar los cambios en una misma imagen con diferente resolución radiométrica (DigitalGlobe, 2019). Figura 5 Diferencia radiométrica entre imágenes Fuete: (La Rosa, 2014) Las imágenes a color por otro lado se representan usando 3 bandas, rojo, verde y azul y cada uno de estas bandas posee 8 bits (DigitalGlobe, 2019). En la Tabla 3, al seguir la siguiente ecuación se obtiene el número de tonos según en función de los bits (IES la Cabrera, 2012). 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑜𝑟 = 2𝑛 (6) Donde n: Número de bits Tabla 3 Tonos según el número de bits Número de Bits Tonos 1 bit 2 tonos 2 bits 4 tonos 8 bits 256 tonos Continúa 20 24 bits 16 777 216 tonos Fuente: (IES la Cabrera, 2012) Además, la resolución radiométrica de una ortofoto debe encontrarse en función de la reflectancia del terreno; si la ortofoto se encuentra en escala de grises o a color, los valores se deben presentar en datos binarios de 8 bits, es decir presentarán tonos en el rango de 0 a 255, siendo el 0 el valor asignado al color negro y el 255 al color blanco. Estas mismas características presentaran cada banda en caso de que se trate de una ortofoto a color (IGM, 2008). Para realizar un control es necesario verificar que el histograma del color perteneciente al ortomosaico siga una distribución normal y que la saturación en los extremos no sea mayor al 0,05% (IGM, 2006). 2.1.7 Resolución espectral El Natural Resources Canada (2015), explica que la resolución espectral describe, la capacidad de un sensor para definir intervalos de longitud de onda. Mientras más fina es la resolución espectral más estrecho es el rango de longitud de onda para un canal o banda particular. Los sensores que detectan varias resoluciones espectrales se denominan multiespectrales y dependiendo de la capacidad de distinción podrían llegar a ser hiperespectrales ya que, distinguen cientos de bandas espectrales muy estrechas en todo el espectro electromagnético visibles, infrarrojo cercano y medio. Esto facilita la discriminación entre diferentes objetos, pues, dependiendo del elemento se verá mejor reflejado en diferentes longitudes de onda pertenecientes al espectro electromagnético (Natural Resources Canada, 2015). 21 2.7 Aviones no tripulados A partir de los años 90 se hace frecuente el término UAV (Unmanned Aerial Vehicle) cuyo significado en español es Vehículo Aéreo No tripulado, haciendo alusión a aeronaves piloteadas de manera remota que no llevan a bordo a un operador; no se considera UAV a los misiles balísticos, misiles o proyectiles de artillería (HEMAV, 2016). RPA son las siglas para Remoted Pilot Aircraft cuyo significado es Avión Piloteado de Remotamente; en este sentido, RPAs hace alusión a Remoted Pilot Aircraft System es decir toma en cuenta al Sistema de la aeronave mencionada (Bajiou, s.f). González (2015), menciona que, el término drone es tomado del vocablo inglés cuyo significado literal es abejorro; este término se utiliza para hacer alusión a los vehículos aéreos no tripulados (VANT) los cuales, son capaces de volar sin control humano o con un observador/controlador desde una base en tierra, y de forma autónoma; también se les puede nombrar como UAV (Unmanned Aerial Vehicle) por sus siglas en inglés o UAS (Unmanned Aerial System) haciendo referencia a la aeronave y también, a el sistema de control autónomo. Para el presente estudio se utilizará el termino drone. 2.8 Clasificación de aeronaves no tripuladas La clasificación de los drones puede ser extensa según el tipo de característica en la que se los divida, en este caso se los clasificará según: el mecanismo que utiliza para elevarse tal como se puede observar en la Figura 6, dividiéndose así en dos grandes grupos: los aerostatos que utilizan gases de menor densidad para elevarse y los aerodinos que utilizan motores para elevarse (Santana, 2013), para este estudio se utilizará un aerodino perteneciente al grupo de ala rotatoria y multirrotor. 22 Figura 6 Clasificación de los Drones Fuente: (Santana, 2013) 2.9 Drones de ala rotatoria Existen diferentes tipos de aeronaves de ala rotatoria que se encuentran clasificados según el número de hélices y la ubicación en la aeronave. Las ventajas de utilizar un drone multirrotor radican especialmente en la posibilidad de despegar y aterrizar en casi cualquier lugar debido a que tienen la capacidad de mantener una posición estática en el aire y es posible modificar la velocidad; por otro lado, las desventajas de estas aeronaves radica principalmente en que cubren áreas reducidas, existe la posibilidad calentamiento, bajo rendimiento en cuestiones de batería y un alto impacto sonoro (Silva, 2017). Gonzáles (2018), menciona que es necesario tomar en cuenta la duración de la batería y el rango de control, estas dos características permitirán realizar la planificación de los planes de vuelo tomando en cuenta las especificaciones mencionadas como factor limitante. A continuación, se muestra la Tabla 4, que se encuentran en el mercado, indicando su rango de control y la duración de batería. C la si fi ca ci ó n d e d ro n es Aeroestato Globo aeroestático Dirigible Aerodino Ala Fija Avión Planeador Ala Delta Parapente Paramotor Ala Rotatoria Helicóptero Multirrotor AutogiroHíbridos 23 Tabla 4 Características principales en modelos usuales de drone Producto Duración de vuelo Rango de control Blade Chroma Quadcopter Drone 30 min 2500 m Sim Too Pro 30 min 1000 m DJI Phatom 4 28 min 3500 m DJI Mavic Pro 27 min 7000 m DJI Inspire 2 27 min 7000 m Parrot Bebop 2 25 min 3200 m DJI Phantom 3 Standard 25 min 1500 m DJI Phantom 3 Pro 23 min 3000 m 3DR Solo 22 min 500 m Yuneec Q500+ 22 min 2000 m Inspire 1 18 min 2000 m Fuente: (Gonzáles, 2018) 2.1.8 Phantom 4 Las características de la aeronave especificadas en la página oficial de la casa comercial DJI se muestran en la Tabla 5. Tabla 5 Características del Drone Phantom 4 Características de la Aeronave Peso (batería y hélices incluidas) 1380 g Velocidad de ascenso 6 m/s Velocidad de descenso 4 m/s Velocidad máxima 20 m/s Techo máximo sobre el nivel del mar 6000 m Resistencia máxima al viento 10 m/s Tiempo máximo de vuelo 28 min Rango de temperatura de funcionamiento 0°C - 40° C Sistema de posicionamiento satelital GPS/ GLONASS Rango de precisión vertical + 0.1 m con posicionamiento de visión + 0.5 m con posicionamiento de GPS Rango de precisión horizontal + 0.3 m con posicionamiento de visión + 1.5 m con posicionamiento GPS Sistema de visión FOV delantero Horizontal: 60° Vertical: + 27° Sistema de visión FOV hacia abajo Delante y detrás: 70° Izquierda y derecha: 50° Fuente: (DJI, 2017) 24 De la misma forma a continuación, en la Tabla 6, se especifican características del gimbal y el lente que la cámara que el Phantom 4 posee. Tabla 6 Características del gimbal y cámara del Phantom 4 Gimbal Estabilización de 3 ejes (inclinación, balanceo, desvío) Rango controlable -90° a +30° Máxima velocidad angular controlable 90°/s Cámara Sensor 1/2.3” CEMOS Focal 4 mm Píxeles efectivos 12.4 M Lente FOV 94° 20mm (Equivalente en formato de 35 mm) Tamaño de la imagen 4000 x 3000 Formato de la imagen de salida JPEG, DNG (RAW) Fuente: (DJI, 2017) 2.1.9 Inspire 1 Las características de la aeronave especificadas en la página oficial de la casa comercial DJI se aprecian en la Tabla 7. Tabla 7 Características del Inspire 1 Características de la Aeronave Peso (batería, hélices y cámara incluidas) 3060 g Velocidad de ascenso 5 m/s Velocidad de descenso 4 m/s Velocidad máxima 22 m/s Techo máximo sobre el nivel del mar 2500 m Resistencia máxima al viento 10 m/s Tiempo máximo de vuelo 18 min Rango de temperatura de funcionamiento -10°C - 40° C Sistema de posicionamiento satelital GPS/ GLONASS Continúa 25 Rango de precisión vertical + 0.5 m con posicionamiento de GPS Rango de precisión horizontal + 2.5 m con posicionamiento GPS Fuente: (DJI, 2016) A continuación, en la Tabla 8, se encuentra especificado las características del gimbal y el lente de la cámara Zenmuse X5, el drone Inspire 1 tiene la posibilidad de desmontar cámaras con el fin de utilizar aparatos que tengas diferentes resoluciones, en el presente documento solo se especificarán las características de una de las cámaras que es posible utilizar. Tabla 8 Características del gimbal y cámara del Inspire 1 Gimbal Estabilización de 3 ejes (inclinación, balanceo, desvío) Rango controlable Fuente: (DJI, 2016) -90° a +30° y una rotación -320° a +320° Máxima velocidad angular controlable 90°/s Cámara Sensor Micro cuatro tercios (4/3 “) Focal 15 mm Píxeles efectivos 16 MP Lente FOV 94° 20mm (Equivalente en formato de 35 mm) Tamaño de la imagen 1608x3456 Formato de la imagen de salida JPEG, DNG (RAW) Fuente: (DJI, 2016) 26 2.1.10 Características de los controles Según el manual de usuario del drone Phantom 4 emitido por la casa comercial DJI (2016), en la Figura 7, se observa el control del Phantom 4 y en la Figura 8 se visualiza las partes que componen al control perteneciente al Inspire 1. Los dos tienen las mismas funciones salvo la palanca del tren de aterrizaje, perteneciente al modelo Inspire 1, Figura 7 Control Phantom 4 Figura 8 Control Inspire 1 1. Desplazamiento de la aeronave, giros horario y anti horario 27 2. Movimientos hacia la izquierda, derecha, adelante y atrás 3. Botón de encendido y apagado 4. Botón de regreso al lugar de partida o al último lugar de toma (dependiendo de las configuraciones) 5. Led de estado, indica la conexión entre la aeronave y el control en donde: a. Rojo fijo: El control está desconectado de la aeronave b. Verde fijo: El control se encuentra conectado con la aeronave c. Parpadeo rojo: Error en el control remoto d. Parpadeos alternativos, rojo y verde o rojo y amarillo: indica que existe interrupción en la transmisión. e. Blanco fijo: La aeronave regresa al punto de despegue 6. Led de batería, indica el estado de batería del control 7. Palanca para elevar o descender el tren de aterrizaje *para el modelo Inspire 1 En la parte trasera del drone existen botones que permiten modificar ciertas características de la cámara de la aeronave, los cuales se describen en la Figura 9 y en la Figura 10. Figura 9 Botones inferiores 28 Fuente: (DJI, 2016) Figura 10 Botones traseros Fuente: (DJI, 2016) 1. Botón de grabación de video 2. Múltiples modos de vuelo, ver Figura 11. Figura 11 Palanca de modos de vuelo Fuente: (DJI, 2016) a. P (posicionamiento): El drone se mantiene volando en el mismo lugar cuando no se utilizan los controles pero, al mover los controles los 29 controles de desplazamiento el drone se moverá de manera lenta. Luces pertenecientes al drone: verde Recomendado para: Principiantes b. S (deporte): El drone al volar y no accionar ningún control actúa como en la opción P pero, al mover los controles de desplazamiento este se desplazará de manera rápida. Luces pertenecientes al drone: verde Recomendado para: Intermedios c. A (actitud): Al volar y no accionar ningún control el drone se moverá según la dirección del viendo y para pararlo y direccionarlo es necesario utilizar las palancas de movimiento. Luces pertenecientes al drone: amarillo Recomendado para: Avanzados 3. Estabilizador de la cámara: Permite ajustar la dirección del Gimbal 4. Al aplastar dicho botón, se capturan imágenes de forma directa 5. Obturador: Ajustar el ISO 6. Ajuste de la cámara: Girar la rueda para ajustar la configuración de la cámara 7. Puerto USB, conexión entre el control y dispositivo móvil de manejo (tableta o celular) 8. Puerto micro USB 2.10 Plan de vuelo El plan de vuelo permite capturar de forma adecuada con el mínimo de imágenes de un área garantizando la estereoscopía o zonas de superposición en todo el terreno 30 tomando en cuenta: condiciones meteorológicas, tipo y resolución del sensor, altura de vuelo según el tipo de terreno (plano o montañoso), número de líneas de vuelo y tiempo aproximado de duración de las tomas, con el fin de asegurar calidad y precisión en el material cartográfico (Riaño, 2018). 2.11 Control Geodésico Para realizar el control geodésico se emplean puntos de apoyo fotogramétrico, empleados para el control horizontal; estos deben ser debidamente identificables en la fotografía aérea y servirán de base para el ajuste del bloque (Rodríguez & Sarzoza, 2012). 2.1.11 Métodos de posicionamiento GPS Los métodos de posicionamiento GPS se clasifican dependiendo: el sistema de referencia, movimiento del receptor, observable utilizado y el momento de la obtención (González P. , 2015). En la Figura 12 se observa la clasificación de los distintos métodos de posicionamiento; a continuación, se describirán algunos de ellos: 31 Figura 12 Métodos de posicionamiento GNSS Fuente: (Berné, Garrido, & Ana, 2016)  Método absoluto González (2015), menciona que, el método absoluto calcula la posición de un punto utilizando pseudo-distancias por código con una precisión menor a 10 metros.  Método relativo Denominado también diferencial, las observaciones se realizan con al menos dos equipos de manera simultánea, este método determina la distancia o el incremento de coordenadas entre la antena y el receptor (González P. , 2015).  Método estático Se utiliza para distancias grandes mayores a 20 k y para obtener las coordenadas es necesario realizar un post procesamiento; al utilizar múltiples receptores permite construir redes que poseen puntos de alta precisión, el error medio cuadrático de una línea base es de 3 mm + 0,5 ppm. La separación entre los receptores debe ser menor a 30 km y su tiempo de observación va de 30 a varias horas de forma 32 simultánea y continua, las líneas más largas requieren mayor tiempo de observación de datos (Vázquez, s.f).  Método cinemático Turiño (2006), menciona que, este tipo de captura de datos es una variación del Método estático, con una duración menor de tiempo; en este método existe una estación de referencia fija que rastrea de forma continua mientras el receptor móvil cambia de posición según lo requerido; el error mínimo cuadrático se encuentra de 1 a 2 centímetros + 1ppm.  Método RTK Son observaciones de código fase del receptor base al remoto, este tipo de método no necesita un post procesamiento debido a que la base utilizada es de coordenadas conocidas generalmente post procesadas con antelación y las coordenadas medidas con este método en campo son obtenidas en tiempo real con precisiones centimétricas (González P. , 2015). 2.1.12 Puntos de apoyo fotogramétrico Los puntos de apoyo fotogramétrico o también denominados Puntos de Control son mediciones que se encuentran posicionados geográficamente, mismos que tiene coordenadas X, Y, Z. Dichos puntos deben ser foto identificables siendo estos ayudados por marcas temporales o permanentes que se pueden visualizar durante el vuelo, lo más recomendable es identificar o colocar estas señales en una temporalidad cercana a la realización del vuelo (CEFOCCA-UNSJ, s.f). 33 La tolerancia de los errores en la toma de los puntos de apoyo fotogramétrico serán los mostrados en las ecuaciones (7) y (8). 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟í𝑎 = 0.1 ∗ 𝑀 1000 [𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠] (7) 𝐴𝑙𝑡𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟í𝑎 = 0.2 ∗ 𝐻 1000 [𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠] (8) En donde M corresponde al denominador de la escala del plano y H es la altura de vuelo expresada en metros; tanto el denominador de la escala (M) y la altura de vuelo (H) se dividen para 1000 para obtener el resultado en metros (Pérez, 2001).  Puntos de paso En al aerotriangulación se emplean para realizar la unión de los modelos individuales y en la restitución servirán para realizar la orientación absoluta de los modelos. Estos puntos deben aparecer tres imágenes sucesivas (Pérez, 2001).  Puntos de enlace Su propósito es conectar una pasada adyacente del bloque, utilizando el mismo punto con el fin de unir modelos sucesivos; estos puntos se encuentran en el centro del recubrimiento transversal comunes entre dos pasadas (Pérez, 2001). 2.12 Ajuste fotogramétrico Chuquitarco (2018), menciona que, el ajuste fotogramétrico permite la reconstrucción geométrica de los objetos utilizando varios modelos matemáticos y tomando en cuenta las características de la cámara; estos se basará en la semejanza de los haces de 34 imágenes que ingresen en el momento de la toma; para proceso utiliza la orientación interior, orientación exterior, orientación relativa y finalmente la orientación absoluta. 2.1.13 Orientación interior Consiste en la reconstrucción de la forma del haz de luz utilizando la focal, misma que es constante en cada cámara, con el fin de, ubicar el punto principal en los fotogramas en un sistema de coordenadas propio de la imagen (Sánchez, 2007). El Instituto Geográfico Militar (IGM, 2006), establece que, el error estándar de la orientación interior debe ser 0,6 de pixel. 2.1.14 Orientación exterior En la orientación exterior se tiene como objetivo definir la posición y orientación de las imágenes tomando en cuenta las características en el momento de la captura, tales como: el centro de perspectiva con respecto al sistema de coordenadas del terreno, así como también, la altura de la aeronave sobre el nivel medio del mar (Orellana, 2006). 2.1.15 Orientación relativa Quirós (2014), menciona que: “se relacionan geométricamente las imágenes estereoscópicas, formándose un modelo estereoscópico” mediante puntos homólogos en cada imagen con el fin de generar un modelo. En este aspecto el Instituto Geográfico Militar (IGM, 2006), establece que el erro estándar del ajuste relativo debe ser de 1 pixel. 35 2.1.16 Orientación absoluta En esta orientación es posible posicionar al modelo con respecto a las coordenadas x, y, z, pertenecientes al sistema de coordenadas terrestre, lo que permite realizar mediciones sobre el modelo y obtener coordenadas pertenecientes a un sistema de referencia designado (Sánchez, 2007). El IGM (2006), establece que, el error para el ajusto absoluto debe corresponder a 2 píxeles. 2.1.17 Aerotriangulación Este proceso costa de la obtención de las coordenadas del terreno mediante técnicas fotogramétricas; con el fin de, minimizar el trabajo de campo apoyándose de la orientación absoluta, métodos geodésicos y topográficos (Pérez, 2001). 2.1.18 Modelo Digital del Terreno Según mencionan, Fuentes, Bolaños & Rozo (2012), los Modelos Digitales del Terreno (MDT) abarcan a los Modelos digitales de Superficie (MDS) y Modelos Digitales de Elevación (MDE). Los MDS, representan los valores de altura de la superficie terrestre y de los objetos que se encuentren sobre ella como vegetación y construcciones; mientras que, los MDE representan los valores de altura de los puntos más bajos de una superficie terrestre, sin tomar en cuenta los objetos que se encuentren sobre ella tal como se muestra en la Figura 13. 36 Figura 13 MDS y MDE Fuente: (CPE teconología, s.f) Según Vargas & Oto (2014), mediante la correlación de imágenes, el software crea una nube de puntos acotados que permite generar una grilla, que adicionalmente, con un proceso de interpolación permite obtener coordenadas altimétricas de los vértices que constituyen a la grilla; del mismo modo utilizando la interpolación es posible generar curvas de nivel. 2.1.19 Ortofoto Es una fotografía que por medio de un proceso fotogramétrico se ha corregido los desplazamientos ocasionados por el relieve del terreno, curvatura terrestre e inclinación del eje de la cámara, con el fin de conseguir precisión métrica sobre la imagen. Pueden ser analógicas; es decir, generadas por sistemas óptico – mecánicos en película o papel o digitales, las cuales pueden ser generadas por estaciones fotogramétricas digitales en medios magnéticos o impresas; es una imagen corregida que ha sido sometida a un proceso de corrección geométrica en donde se le traslada de una 37 proyección central a una proyección ortogonal referida dentro de un marco cartográfico (INEGI, 2003). Las características en una ortofoto dependerán del tipo de sensor que la cámara posea, además en este producto se ve reflejado todos los errores acumulados en el proceso de ortorectificación y, para establecer la calidad que esta posee se acuden a análisis estadísticos. El Instituto Geográfico Militar establece el Círculo de error probable en el intervalo de confianza del 95%; para lo cual, las precisiones y tamaños de pixel estarán en función de la escala, ver Tabla 9. Tabla 9 Especificaciones técnicas de ortofotos digitales Escala de la fotografía Tamaño de pixel (m) Escala de ortofotos Tamaño de pixel (m) Precisión Horizontal Precisión Vertical (m) 1:5 000 0,70 1:1 000 0,10 0,30 0,25 1:10 000 0,14 1:2 000 0,20 0,60 0,50 1:20 000 0,28 1:2 500 0,25 0,80 0,60 1:30 000 0,42 1:5 000 0,50 1,50 1,25 1:60 000 0,84 1:10 000 1,00 3,00 2,50 1:60 000 0,84 1:20 000 1,00 6,00 2,50 1:60 000 0,84 1:25 000 1,00 7,50 5,00 1:60 000 0,84 1:50 000 2,00 15,00 10,00 Fuente: (IGM, 2016) 2.1.20 Ortomosaico Corresponde a un conjunto de imágenes cuyas distorsiones se corrigieron en función del relieve del terreno y se combinan para la generación de una sola imagen (Escalante, Cáceres, & Porras, 2016). 38 2.13 Par estereoscópico Conjunto de dos imágenes de un mismo lugar u objeto tomadas desde dos puntos de vista, tal como se muestra en la Figura 14; el par estereoscópico permite obtener una vista tridimensional utilizando el paralaje o también llamado disparidad; la cual es la separación entre las imágenes mencionadas, permitiendo al cerebro percibir la profundidad (Cárdenas, Morales, & Ussa, 2015). Figura 14 Paralaje estereoscópico Fuente: (Cárdenas, Morales, & Ussa, 2015) En donde:  O’: Centro de toma de la primera imagen.  O”: Centro de toma de la segunda imagen.  a’ y b: Proyección en el plano de la imagen 1 de los puntos A y B  a” y b”: Proyección en el plano de la imagen 2 de los puntos A y B  A y B Puntos sobre la superficie terrestre 39 Según Pachecho & Pozzobon (2006), el área común que aparece en las fotografías es de las imágenes que se han tomado consecutivamente y, el solape que permite ver en 3 dimensiones es el traslape longitudinal y que permite unir fajas de imágenes es el transversal. 2.14 Marca flotante El principio de la marca flotante consiste en identificar y colocar dos marcas iguales sobre cada fotografía, cuando se encuentre sobre un punto homólogo en cada fotografía, se visualizará como un solo punto en contacto con la superficie. Si una de las marcas se acerca o se aleja respecto a la otra, se tendrá la impresión de que el punto se elevará o se hundirá con respecto al terreno (Jauregui, s.f). 2.15 Restitución Barragán (2015), menciona que la restitución es un sistema por medio del cual, se vectoriza la información de la superficie terrestre, es un método indirecto que permite obtener la información del relieve terrestre utilizando pares estereoscópicos mediante herramientas especializadas; el tamaño de GSD que las imágenes posean permitirá obtener la escala de restitución. El Instituto Geográfico Militar (2016), menciona que es necesario tener cuenta el nivel de detalle y los objetos que se van a capturar, cuidando que esta sea clara con un delineado adecuado con el fin de satisfacer el propósito de la cartografía respetando la escala designada. Para lo cual se debe tomar en cuenta que los siguientes elementos: Registro fotográfico completo, modelos estereoscópicos completos y modelos estereoscópicos sin paralaje. 40 El Instituto Geográfico Nacional de Perú (2011), menciona que los detalles a capturar deben tener una dimensión mínima de 0.5 mm y cualquier elemento que tenga una dimensión menor a la especificada se los representara en caso que sea de interés y mediante símbolos. En este sentido se especifica que los elementos se capturarán a nivel de piso y los elementos altimétricos como casas, edificios, entre otros, serán tomados en los alerones o contornos de terrazas. Según el Instituto Geográfico Nacional de España (2015), citado en Barragán (2015), se indica el tamaño de GSD correspondiente a la escala de los productos deseados indicando el error medio cuadrático y la equidistancia en las curvas de nivel, ver Tabla 10. Tabla 10 GSD y características del producto requerido GSC (cm) Escala del producto XY RMSE (m) Equidistancia de curvas de nivel (m) 05 – 10 500 0,13 0,25 10 – 15 1 000 0,25 0,50 15 – 20 1 500 0,40 0,75 20 – 30 2 000 0,50 1,00 25 – 35 2 500 0,60 1,25 30 – 50 5 000 1,25 2,50 40 – 60 10 000 2,50 5,00 50 – 70 20 000 5,00 10,00 50 – 80 25 000 6,25 12,50 50 – 100 50 000 12,50 20,00 50 – 100 100 000 25,00 50,00 Fuente: (Barragán, 2015) 41 Adicionalmente, es el Instituto Geográfico Nacional Agustín Codazzi (2011), establece que, con el fin de obtener una visualización de los objetos adecuados para la captura en la restitución, en el caso de utilizar cámara digital, es necesario tener una resolución mínima de GSD, ver Tabla 11. Tabla 11 GSD mínimo para la escala de restitución Escala de Restitución Resolución Espacial Mínima (GSD) [cm] 1 : 2 000 7,5 a 20 1 : 10 000 15 a 50 1 : 25 000 30 a 60 Fuente (IGAC, 2011) 2.1.21 Archivo semilla El archivo semilla puede ser de dos tipos DGN y DWG, estos permiten incluir modelos de diseño de la hoja de trabajo e incluir ajustes personalizados con el fin de que casa punto, línea o polígono posean atributos ya definidos, como el grosor, color y tipo de trazo, permitiendo automatizar las vistas dinámicas (MicroStation, 2019). Los archivos DWG pueden contener información sobre diseños, datos geométricos, mapas y fotos, este formato es posible abrir tanto en Autocad como en MicroStation (Autodesk, 2019). Por otro lado los archivos DGN, cuyas siglas con la abreviatura de diseño, es un archivo utilizado por el programa Microstation dibujo 2D y 3D; este formato se basa en el formato de Intergraph y tiene la posibilidad de convertirlo a DWG con el fin de que se puede abrir en Autocad (OpentheFile, 2019) 42 López Escobar (2013), en el documento del Manual Básico de Microstation V8 proporcionado por Bentley, menciona que, los archivos semillas permiten tener ajustes y configuraciones para las diferentes vistas y no contienen necesariamente elementos; pero sí, contienen un modelo con el fin de no tener que configurar las características cada vez que un archivo DGN sea creado, por lo cual, es posible tener un archivo semilla para cada dibujo que se realice. Para el programa Photomod el archivo semillas es posible encontrarlo en el manual con nombre de Clasificador y permitirá que los vectores dibujados tanto en 2D y 3D contengan un conjunto de atributos estándar. Todos los objetos vectoriales dentro de este clasificador poseerán un registro en dentro del clasificador, esto permite que exista la posibilidad de resaltar todos los objetos con el mismo código con el fin de, eliminarlos o visualizarlos, así como también utilizar diferentes colores y tipos de trazos. Es posible crear, editar, importar y exportar un clasificador (RACURS, 2019). 2.16 Tabla de estructuración Para la tabla de estructuración es necesario basarse en el catálogo de objetos de datos geográficos designado para la cartografía básica del país, en este sentido el Instituto Geográfico Militar ha recopilado información con el fin de desarrollar cartografía básica para todo el país, basándose en la norma ISO19126, se estableció un esquema de organización que contiene la definición, clasificación, descripción, atributos y códigos de los elementos tomados; con el fin de, establecer una estandarización (IGM, 2011). 43 2.17 Programas relacionados 2.1.22 Photomod RACURS (2018), proporciona servicios de fotogrametría digital avanzada a partir de datos de detección remota. Para lo cual, ha desarrollado el programa PHOTOMOD, mismo que comprende varios módulos como: DPW PHOTOMOD, FOTOMOD GeoMosaico, UAS FOTOMODAS, Radar, FOTOMODO, PHOTOMOD Lite, Nube de fotos. Entre estos, Photomod Lite es el producto que permite el realizar el proceso fotogramétrico con imágenes aéreas y satelitales; al ser una versión librada de prueba, este módulo posee ciertas limitaciones en la cantidad de imágenes a utilizar, objetos vectoriales, contornos, entre otros. Es posible procesar proyectos fotogramétricos pequeños generando ortofotos, modelos digitales del terreno y mapas vectoriales. Es una demostración de la capacidad que puede tener el Photomod versión completa (RACURS, 2018) . El módulo Photomod UAS, procesa imágenes obtenidas por medio de aeronaves no tripuladas y obtiene modelos digitales de superficie, modelos digitales de elevación, productos en 2D y vectores en 3D, ortomosaicos, restitución, entre otros. Según la empresa que proporciona este software, Photomod UAS alcanza una precisión comparable con la distancia de la muestra en el suelo o también denominado GSD. Además, posee una interfaz amigable que permite simplificar las operaciones fotogramétricas, por lo que mejora el rendimiento de las capacidades computacionales. Esta herramienta permite la creación y diseño de bloques, construcción de líneas de corte, búsqueda y medición de puntos de enlace, construcción y filtrado del modelo 44 digital de superficie de manera automática y manual, por lo que el usuario puede tener el control de la depuración de datos (RACURS, 2018). 2.1.23 Pix4D Pix4D es un programa conformados por varios módulos; en el módulo Pix4Dmapper es posible armar mosaicos conformados a partir de imágenes capturadas por drone teniendo como productos: nube de puntos, ortofotos, ortomosaicos, modelos digitales de superficie y de elevación, permitiendo utilizar los puntos de control tomados en campo (Pix4D, 2019) 2.18 Control de exactitud posicional Según el ASPRS (2014), el número de puntos a evaluar se basan en el á