Los puntos de control en Fotogrametría

En esta ocasión nos daremos a la tarea de explicar sobre cómo mejorar nuestros vuelos Fotogramétricos para sacar el mayor partido al uso de puntos de control; también denominados puntos de apoyo.

Existen diversas dudas como cuántos colocar y cómo colocarlos que intentaré resolver de la manera más sencilla.

Muchas plataformas como Pix4d, Agisoft e incluso Drone Deploy son capaces de procesar dichos puntos de control. De esta forma podemos incrementar significativamente la precisión de nuestros resultado con un rango de error de entre 3 y 10 cms en comparación al procesamiento de imágenes sin puntos de control.

Pero mejor empecemos con lo básico…


¿Qué son los puntos de control?

Los puntos de control o Ground Control Points, GCP en inglés, son puntos de referencia que:

Se colocan físicamente en el entorno.Se fotografían desde el aire.Establecen sus coordenadas geográficas con precisión.

Es decir, el piloto tiene que colocar por cada punto de control una referencia visual (un objeto o una marca de pintura en el suelo). Estos objetos deben ser claramente visibles desde el aire, e idealmente, localizables en varias fotos. Esta etapa forzosamente hay que tenerla en cuenta en la planificación de nuestro vuelo.

Para esto, es necesario utilizar un GPS de alta precisión para establecer la localización (geográfica) de cada punto. La finalidad, es establecer una correspondencia entre lo que se ve en las fotos y la coordenada geográfica precisa de aquello que se ve.


¿Pero qué aspecto debe tener un punto de control?


No hay una opción única y al margen de las recomendaciones que le pueda yo hacer, siempre existirán preferencias personales. Lo único estrictamente necesario es que el punto de control tiene que ser claramente identificable desde el aire.

Existen desde marcas de cal y pintura en el suelo, hasta elementos impresos en lona o papel, conos de obra e incluso detalles de construcciones (esquinas, tapas de alcantarilla, bordillos). Todo depende de qué es lo que más le acomode en base a sus posibilidades.


Como recomendación


Los puntos de control deben de tener:

Tamaño suficiente y forma adecuada: Para un vuelo a 80 metros de altura con una cámara de 14 megapíxeles y una óptica con una focal de 18mm, un punto de control cuadrado de medio metro de lado va a ocupar un área de 16 x 16 píxeles. No es mucho, pero es suficiente. Un punto de control del mismo tamaño, hecho con dos trazas de pintura de 10 centímetros de ancho, probablemente pasará desapercibido ya que su anchura es de menos de 3 píxeles.Centro claramente definido y con suficiente contraste: Lo único que interesa de un punto de control es la posición de su centro. Una X hecha con dos líneas, un cuadrado dividido en cuatro cuadrantes, una letra T, son igualmente válidos. En general, procure evitar manchas de color uniforme o formas excesivamente irregulares.No utilizar colores que se integren con el entorno. Un punto de control blanco dentro de una zona de roca calcárea hará que se identifiquen erróneamente elementos del entorno como puntos de control.Utilizar materiales que sean visibles en diferentes condiciones de iluminación. (visible desde el punto de vista del drone), no a nivel del suelo. Ya que lo que es completamente visible a ras de suelo, no necesariamente lo será desde el cielo.Apoyarlos sobre superficies planas y libres de obstrucciones . Así habrá mayor probabilidad de que el punto de control se vea completo y con suficiente tamaño. Evitar árboles, vegetación, edificaciones, etc. Ya que puede resultar que el punto de control no sea visible en muchas de nuestras imágenes, lo que en ocasiones resulta que sea inutilizable.





Considerar dentro de nuestro plan de vuelo las condiciones meteorológicas, ya que la climatología es imprevisible y cualquiera de los factores previamente mencionados se combinarán en nuestra contra en el sitio de vuelo. Contar con una cámara de 20 megapíxeles no implica que las imágenes resultantes sean siempre nítidas. Es probable que las condiciones de luz cambien durante un vuelo de 20 minutos. Un vuelo perfectamente ejecutado, incluso con puntos de control tan grandes como un coche y un material fosforescente pueden resultar en puntos de control que son difíciles de identificar al momento de procesar las imágenes. Es recomendable volar en un rango de horario de entre las 10:00 A.M y las 14:00 hrs, en condiciones en las que la luz del Sol no cambie debido a factores como la nubosidad excesiva, lo cuál deriva en sombras que pueden afectar nuestro levantamiento de forma considerable.



¿Por qué es necesario utilizar puntos de control?


Conocer con exactitud la localización en dónde se ha tomado cada imagen del vuelo es muy importante para asegurar la precisión de las reconstrucciones. La tecnología GPS es un gran logro técnico, pero también sufre de ciertos errores. Los dispositivos de posicionamiento de los drones no son perfectos.

La combinación de todos los factores anteriores puede dar lugar a lecturas con errores de decenas de metros en el plano horizontal. Tampoco es raro encontrar dispositivos que generan alturas que difieren en medio centenar de metros respecto de la realidad. Además, una lectura en el mismo punto generará localizaciones diferentes en diferentes momentos del tiempo.

La forma de compensar todo lo anterior es utilizar puntos de control. Para ello es necesario disponer de un GPS de alta precisión (RTK, PPK). Estos se ven menos afectados por los problemas anteriormente citados.

Una vez determinadas las localizaciones de los puntos de control, su identificación en las fotografías nos dan la situación exacta de varias zonas del mapa. Esta información se extiende a todos los píxeles de la ortofotografía resultante, de forma que la geolocalización de cada uno de sus píxeles es más precisa.


¿Cuándo utilizar los puntos de control?


Es muy tentador pensar que mayor precisión es siempre mejor pero hay situaciones en las que no es necesario (o bien no se gana nada) incluyendo puntos de control. En otros son absolutamente indispensables. El criterio nos lo dará el uso final de los mapas y reconstrucciones que generemos. Es decir, nuestro cliente nos dirá de forma (explícita o implícita) si son necesarios.

En general, un trabajo en el que son prioridad criterios estéticos o donde las medidas exactas no son importantes, no se requerirá de puntos de control. Uno en el que sea necesario conocer distancias, áreas o volúmenes, o bien que la localización de cada detalle tenga que ser exacta, sin duda requerirá el uso de puntos de control. (trabajos técnicos de fotogrametría, construcción, topografía, canteras…)

También es recomendable utilizar puntos de control en aquellos trabajos en los que vayamos a generar varios juegos completos de resultados diferentes a partir de fotografías tomadas en vuelos separados por varios días o semanas. Para poder compararlos entre sí, es necesario disponer de localizaciones de alta calidad.




¿Cómo se toman e identifican los puntos de control?


Una vez hemos decidido el lugar en donde localizar los puntos de control es necesario hacer algún tipo de marca visible. Podemos utilizar pintura, cal, dianas de diferentes materiales, elementos del terreno u otros objetos.

Para tomar estos puntos de control y conocer las coordenadas geográficas exactas se suele utilizar un GPS RTK (Real time Kinematic GNSS) o PPK (Post-Processed Kinematic). Estos dispositivos son instrumentos de precisión complejos y que requieren ciertos conocimientos. En caso de duda, no duden en solicitar la ayuda de un topógrafo. El podrá determinar estos datos con absoluta garantía.

Los puntos de control deben estar colocados antes de comenzar el vuelo y determinar su posición puede ser un trabajo previo o posterior al vuelo.




¿Cuántos puntos de control son necesarios?


Es recomendable trabajar con al menos, 4 o 5 puntos de control en casos con superficies de decenas de hectáreas y orografías simples. Además es recomendable disponer de varios puntos extra. Como buena práctica, solo los primeros serán tomados en cuenta en los cálculos, mientras que los puntos extra, se usarán para comprobar la precisión de los resultados.

En caso de tomas de datos muy extensas, con formas alargadas, orografías complejas, etc. se recomienda colocar puntos de control repitiendo el criterio anterior o bien cada 500-1.000 metros lineales. En todo caso, cada proyecto es diferente y requiere un análisis previo.

Los puntos de control deben de estar visibles en varias de las fotografías. Por este motivo se deberá evitar colocar los puntos de control en zonas muy cercanas a los extremos de la zona a mapear, ya que al coincidir con las zonas de giro, la cámara tenderá a verlos en menos ocasiones. De igual forma se deberán evitar árboles, vegetación, edificaciones, etc...

En caso de que sea necesario cambiar baterías o completar vuelos diferentes, es recomendable tomar un número uniforme de puntos en cada vuelo y de ser posible, en las zonas comunes entre vuelos.

La forma de gestionar el material capturado para su procesamiento difiere dependiendo la plataforma, programa o servicio que utilicemos, por lo que es necesario tener considerado esto previo a nuestro plan de vuelo para realizar los ajustes necesarios y evitar desagradables sorpresas posteriores a nuestro levantamiento.

En DJI Puebla contamos con sistemas RTK especialmente diseñados para realizar levantamientos fotogramétricos de gran precisión centimétrica, de forma rápida y segura, gracias a su portabilidad y rápido despliegue en campo.

Estamos a sus órdenes para apoyarlos en elegir la mejor opción en equipos de aeronaves no tripuladas que se adecuen a las necesidades de su proyecto.


Iván Sosa K DJI Enterprise Consultant at DJI Store Puebla




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