En el mundo de la topografía, la ingeniería y la gestión de obras, la elección de la tecnología de recopilación de datos con drones trasciende la mera capacidad de vuelo. Para los profesionales que buscan una precisión centimétrica, la cuestión central es determinar el sensor más adecuado para cada escenario. Aquí profundizaremos en las diferencias fundamentales entre la fotogrametría (RGB) y el LiDAR (Light Detection and Ranging), analizando sus aplicaciones, limitaciones y la carga de procesamiento asociada.
Fotogrametría (RGB): la visión tradicional y sus limitaciones
La fotogrametría se basa en la adquisición de múltiples imágenes digitales superpuestas de un área, que posteriormente se procesan para reconstruir la geometría tridimensional del terreno. Este proceso, conocido como Structure from Motion (SfM), utiliza algoritmos complejos para identificar puntos correspondientes en diferentes fotografías y, a partir de ellos, generar una densa nube de puntos 3D.
Ventajas y aplicaciones
Históricamente, la fotogrametría con drones ha sido la solución más rentable en términos de coste-beneficio para diversas aplicaciones. Su capacidad para generar ortofotos en color y modelos 3D texturizados la hace ideal para el mapeo de superficies visibles, el seguimiento de obras en áreas abiertas, el cálculo de volúmenes de movimiento de tierras en suelos expuestos e inspecciones visuales detalladas. Se puede alcanzar una precisión centimétrica mediante el uso de puntos de control en tierra (GCP) o sistemas RTK/PPK (cinemática en tiempo real/cinemática posprocesada) integrados en el dron, aunque la calidad final depende intrínsecamente de la iluminación, la textura de la superficie y la calidad de las imágenes capturadas.
El talón de Aquiles: la densa vegetación
La principal limitación de la fotogrametría se presenta en terrenos con vegetación densa. Dado que la tecnología se basa en la captura de la luz reflejada y en la identificación de rasgos visibles, las copas de los árboles y el follaje impiden que la cámara «vea» el suelo que hay debajo. En consecuencia, el modelo 3D generado representa la parte superior de la vegetación, lo que da como resultado un modelo digital de superficie (MDS) que no refleja la topografía real del terreno. Para aplicaciones que requieren un Modelo Digital del Terreno (MDT) preciso, es decir, la representación del suelo desnudo, la fotogrametría resulta inadecuada en entornos forestales o con una cobertura vegetal significativa.
LiDAR (Light Detection and Ranging): La solución para lo invisible
Por el contrario, LiDAR es una tecnología de teledetección activa que emite pulsos láser hacia el terreno y mide el tiempo que tardan esos pulsos en volver al sensor. A partir de estas mediciones, es posible determinar la distancia y, por consiguiente, la posición 3D de millones de puntos en el espacio. Una característica crucial de LiDAR es la capacidad de registrar múltiples retornos para cada pulso láser.
Penetración en la vegetación y MDT preciso
Es precisamente la capacidad de múltiples retornos lo que confiere al LiDAR su ventaja distintiva en áreas con vegetación densa. Mientras que la fotogrametría se ve bloqueada por las copas de los árboles, los pulsos láser del LiDAR logran penetrar a través de pequeñas aberturas en el follaje, alcanzando diferentes niveles de vegetación y, lo que es más importante, el suelo. Los retornos del suelo pueden aislarse entonces de los retornos de la vegetación, lo que permite crear un MDT muy preciso que representa la topografía real del terreno, incluso bajo una densa cobertura forestal. Esta capacidad hace que el LiDAR sea indispensable para los levantamientos topográficos en entornos difíciles, donde la fotogrametría fallaría.
Independencia de las condiciones de iluminación
Otra ventaja significativa del LiDAR es su independencia de las condiciones de luz. Al ser una tecnología activa que emite su propia fuente de luz (láser), el LiDAR puede funcionar eficazmente en condiciones de poca luz, como al amanecer, al atardecer o en zonas sombreadas, donde la fotogrametría (que depende de la luz solar) tendría dificultades o produciría resultados de menor calidad.
La nube de puntos: una diferencia fundamental
Ambas tecnologías generan nubes de puntos 3D, pero su naturaleza y densidad difieren significativamente. La nube de puntos de la fotogrametría se deriva de píxeles correlacionados en imágenes, lo que significa que la densidad y la calidad de los puntos están vinculadas a la resolución de la imagen y a la capacidad del software para encontrar coincidencias. En áreas con textura uniforme o vegetación, la correlación puede ser difícil, lo que da lugar a nubes de puntos menos densas o con ruido.
Por otro lado, la nube de puntos LiDAR se compone de mediciones directas de distancia, lo que da como resultado una representación más precisa y uniforme de la superficie. La densidad de la nube de puntos LiDAR suele ser mucho mayor y más consistente, independientemente de la textura de la superficie, y cada punto contiene información sobre la intensidad del retorno del láser, que puede utilizarse para su clasificación y análisis adicionales.
Software de procesamiento: Pix4D frente a DJI Terra
La elección del software de procesamiento es tan importante como la elección del sensor, ya que influye directamente en la eficiencia del flujo de trabajo y la calidad de los resultados. Dos de los programas más destacados del mercado son Pix4D y DJI Terra, cada uno con sus propias características.
Pix4D: Potencia y flexibilidad para la fotogrametría
Pix4D, con productos como PIX4Dmapper y PIX4Dmatic, es reconocida por su solidez y flexibilidad en el procesamiento de datos fotogramétricos. Es una solución de vanguardia para transformar imágenes aéreas y terrestres en modelos digitales de alta precisión, ortomosaicos y nubes de puntos.
- Enfoque: Fotogrametría avanzada, con algoritmos sofisticados para la reconstrucción 3D a partir de imágenes RGB.
- Carga de procesamiento: El procesamiento fotogramétrico es intensivo en términos de CPU y GPU, especialmente para grandes conjuntos de datos, debido a la necesidad de correlacionar miles de imágenes. PIX4Dmatic, por ejemplo, se ha optimizado para manejar más de 5000 imágenes, lo que ofrece ganancias significativas en velocidad en comparación con PIX4Dmapper.
- Flexibilidad de hardware: Una de las grandes ventajas de Pix4D es su compatibilidad con una amplia gama de drones y cámaras de diferentes fabricantes, lo que ofrece a los usuarios la libertad de elegir el hardware que mejor se adapte a sus necesidades.
- LiDAR: Aunque el enfoque principal es la fotogrametría, PIX4Dmatic ha comenzado a integrar flujos de trabajo para datos LiDAR, especialmente los adquiridos con PIX4Dcatch, lo que permite la importación y manipulación de nubes de puntos LiDAR.
DJI Terra: Optimización y eficiencia para el ecosistema DJI
DJI Terra es un software de modelado 3D desarrollado específicamente para drones DJI Enterprise. Su principal ventaja reside en la perfecta integración con el hardware DJI, lo que proporciona un flujo de trabajo simplificado para la recopilación, el procesamiento y la aplicación de datos.
- Enfoque: Optimizado para el ecosistema DJI, incluyendo sensores como el Zenmuse P1 (fotogrametría) y el Zenmuse L1/L2 (LiDAR).
- Carga de procesamiento LiDAR: DJI Terra destaca en el procesamiento de datos LiDAR. Gracias a su optimización para los sensores DJI LiDAR, puede procesar grandes volúmenes de datos de manera muy eficiente. Por ejemplo, se ha demostrado que DJI Terra puede procesar más de 700 GB de datos LiDAR en un solo día para crear modelos digitales densos del terreno y la elevación. El procesamiento LiDAR es intrínsecamente menos exigente en términos de «emparejamiento» de píxeles que la fotogrametría, ya que se centra en la georreferenciación precisa de los puntos láser.
- Eficiencia: El software está diseñado para ser eficiente, ya que es capaz de procesar hasta 500 fotos por hora para tareas más pequeñas y escalar hasta 2000 fotos por hora para proyectos más grandes. Para grandes conjuntos de datos, DJI Terra emplea tecnología de reconstrucción en clúster, lo que permite procesar 6000 fotos con solo 1 GB de RAM o 30 000 fotos en 21 horas utilizando cinco dispositivos de trabajo.
- Herramientas específicas: Ofrece herramientas para la clasificación de nubes de puntos, lo cual es crucial para extraer el MDT de áreas con vegetación, permitiendo, por ejemplo, «eliminar» digitalmente las copas de los árboles para revelar estructuras en el suelo.
Comparación de software
Cuándo elegir cuál: aplicaciones prácticas
La decisión entre fotogrametría y LiDAR debe basarse en las características del proyecto, el tipo de terreno y la precisión requerida para el producto final.
Escenarios para fotogrametría
- Áreas abiertas y urbanas: ideal para levantamientos de áreas con poca o ninguna vegetación, como obras, canteras, áreas agrícolas sin cultivos altos e inspecciones de fachadas de edificios.
- Modelos 3D texturizados: Cuando la representación visual realista y la textura son importantes, como en el caso del marketing inmobiliario, la documentación del patrimonio o las inspecciones visuales.
- Rentabilidad: Para proyectos con presupuestos más ajustados y en los que las limitaciones de la vegetación densa no suponen un impedimento crítico.
Escenarios en los que el LiDAR es indispensable
- Terrenos con vegetación densa: Para la creación de MDT precisos en bosques, áreas de selva atlántica, plantaciones o cualquier entorno donde el suelo esté oculto por la vegetación. Algunos ejemplos son la cartografía forestal, la gestión de recursos naturales y los estudios de cuencas hidrográficas.
- Topografía de alta precisión en entornos complejos: en proyectos de ingeniería civil, como la planificación de carreteras, ferrocarriles o presas en terrenos accidentados y con vegetación, el LiDAR garantiza la precisión necesaria para el cálculo de volúmenes y perfiles del terreno.
- Líneas de transmisión e infraestructuras: el LiDAR es crucial para la inspección de líneas de transmisión, ya que permite detectar cables finos y medir con precisión la distancia entre la vegetación y la infraestructura, lo que evita fallos y optimiza el mantenimiento.
- Arqueología y geología: La capacidad de «eliminar» digitalmente la vegetación permite a los arqueólogos descubrir estructuras antiguas ocultas en el suelo, como ruinas mayas, y a los geólogos cartografiar las características geológicas subyacentes.
- Condiciones de baja luminosidad: Cuando el levantamiento debe realizarse en horarios con poca luz o en entornos con sombras pronunciadas.
Evolución de los sensores DJI: Zenmuse L1 frente a L2
DJI ha impulsado la accesibilidad del LiDAR con sus sensores Zenmuse. El Zenmuse L1 fue un hito, ya que ofrecía una precisión vertical de aproximadamente 5 cm y horizontal de 10 cm. La evolución hacia el Zenmuse L2 trajo consigo mejoras significativas:
- Precisión mejorada: El L2 ofrece una precisión vertical de hasta 4 cm y horizontal de 5 cm, lo que lo hace aún más fiable para aplicaciones exigentes.
- Eficiencia y detalle: con un mayor alcance de detección y un haz láser más fino (tamaño de punto más pequeño), el L2 produce nubes de puntos más limpias, densas y detalladas, con mayor capacidad de penetración en la vegetación.
Para concluir…
Para los ingenieros, topógrafos y gestores de obras, la elección entre fotogrametría y LiDAR no es una cuestión de cuál tecnología es «mejor» en absoluto, sino cuál es la más adecuada para las necesidades específicas de cada proyecto. La fotogrametría sigue siendo una herramienta valiosa y rentable para levantamientos en áreas abiertas y donde la representación visual es prioritaria. Sin embargo, cuando la precisión centimétrica del terreno desnudo es imprescindible en entornos con vegetación densa, el LiDAR se convierte en la opción indispensable. La capacidad de penetración del láser y la generación directa de MDT precisos, junto con la eficiencia de procesamiento de software como DJI Terra para datos LiDAR, garantizan que los profesionales dispongan de las herramientas adecuadas para afrontar los retos más complejos de la topografía moderna.
