Topografía tradicional vrs. LiDAR. Precisión, tiempo y costos.

¿Hacer un trabajo con LiDAR podría ser más preciso que con topografía convencional? Si reduce tiempos, ¿En qué porcentaje?, ¿En cuánto reduce los costos?

 

Definitivamente los tiempos han cambiado.  Recuerdo cuando Felipe, un topógrafo que me hacía los trabajos de campo llegaba con una libreta de 25 páginas de secciones transversales para generar con eso un mapas de curvas de nivel.  No viví la época de interpolar en papel pero sí recuerdo haberlo hecho con AutoCAD sin usar todavía Softdesk.  De modo que interpolaba con Excel para saber a qué distancia colocar la cota entre las dos elevaciones y, estos puntos los ubicaba en layers de colores y niveles diferentes, para finalmente irlos uniendo con polilineas que convertía en curvas.

Si bien el trabajo de gabinete era una locura, no se comparaba con el trabajo de campo que era todo un arte, si se quería tener suficientes datos para hacer un modelado aceptable cuando la altimetría era irregular.  Luego llegó SoftDesk, el antecedente de AutoCAD Civil3D que simplificó gabinete y Felipe estuvo en uno de mis cursos aprendiendo a usar una estación total, con lo que se redujo el tiempo, se incrementó el volumen de puntos y por supuesto la precisión.

El escenario drones para uso civil rompe nuevos paradigmas, bajo similar lógica:  La resistencia al cambio en técnicas topográficas siempre busca reducción de costos y garantía de precisión.  De modo que analizaremos en este artículo dos hipótesis que hemos escuchado por allí:

Hipótesis 1:  Hacer topografía con LiDAR reduce los tiempos y costos.

Hpótesis 2:  Hacer topografía con LiDAR conlleva pérdida de precisión.

 

El caso experimental

La revista POB sistematizó un trabajo en el que se realizó un trabajo en el levantamiento de datos de un dique, utilizando método convencional a lo largo de 40 kilómetros.  Por separado, en una segunda labor unos días después se desarrolló utilizando topografía con LiDAR a lo largo de 246 kilómetros del mismo dique.  Aunque los tramos no fueron iguales en distancia, se equiparó el tramo equivalente para hacer una comparación en similares condiciones.

 

Topografía Convencional

El levantamiento topográfico se colectó en secciones transversales a cada 30 metros, coincidentes con estaciones existentes.  Los puntos transversales se tomaron en distancias menores de 4 metros.

Se georeferenció el trabajo con puntos de la red geodésica, que se validaron con GPS geodésicos a lo largo de los ejes, y a partir de estos se levantaron los puntos transversales usando combinación de estaciones virtuales de referencia y RTK.  Fue necesario tomar puntos adicionales en sitios especiales de cambio de pendiente y forma para asegurar consistencia del modelo digital.

lidar topografia

 

Las diferencias residuales entre los puntos conocidos y las coordenadas obtenidas por el GPS fueron las mostradas en la tabla, confirmando que el levantamiento convencional es muy preciso.

 

  Máximo Residual Mínimo cuadrado residual
Horizontal 2.35 cm. 1.52 cm.
Vertical 3.32 cm. 1.80 cm.
Tridimensional 3.48 cm. 2.41 cm.

 

El levantamiento LiDAR

Este se hizo con una Unidad Autónoma volando a una altura de 965 metros, con una densidad de 17.59 puntos por metro cuadrado.  Recobraron 26 puntos de control conocidos y los cruzaron contra 11 puntos de primer orden adicionales que fueron leídos con GPS geodésicos.

Con estos 37 puntos se hizo el ajuste de los datos LiDAR.  Aunque no fue necesario pues las coordenadas tomadas por la UAV que viene equipada con receptor GPS y controlada por estaciones base, obtuvo todo el tiempo un mínimo de 6 satélites visibles y un PDOP menor a 3.  Las distancias a la estación base nunca fueron superiores a los 20 kilómetros.

Un conjunto de 65 puntos de control adicionales sirvió para validar la precisión de los datos LiDAR.  Con respecto a estos puntos, se obtuvo las siguientes precisiones verticales fueron:

En zona urbana:   2.99 cm.  (9 puntos)

En campo abierto o pasto bajo:  2.99 cm. (38 puntos)

En bosque:  2.50 cm.  (3 puntos)

En arbustos o pasto alto:  2.99 cm.  (6 puntos)

 

lidar topografia

 

La imagen muestra la gran diferencia de densidad entre los puntos tomado con LiDAR contra las secciones transversales marcadas en triángulos verdes.

 

Diferencias en Precisión

El hallazgo es más que interesante, contrario a la hipótesis que el levantamiento LiDAR no alcanza las precisiones de un levantamiento convencional.  Los siguientes son valores de RMSE (Root mean square error), que es parámetro de error entre los datos capturados y los puntos de control de referencia.

 

Topografía Convencional Levantamiento LiDAR
1.80 cm. 1.74 cm.

 

Diferencias en Tiempo

Si lo anterior nos ha sorprendido, vean lo que pasó en cuanto a la reducción de tiempo de forma comparativa entre el método LiDAR respecto al método tradicional:

El levantamiento de datos en campo con LiDAR fue apenas el 8%.

  • El trabajo de gabinete fue de apenas 27%.
  • Sumando las horas de campo + vuelo + gabinete de LiDAR contra los datos de campo + gabinete de topografía convenicional, LiDAR requirió solo el 19%.

 

lidar topografia

Como consecuencia, las 123 horas de trabajo por kilómetro de topografía convencional se redujeron a solamente 4 horas por kilómetro.

Adicionalmente, si se divide el total de puntos capturados entre el tiempo consumido en los procesos de captura y gabinete, el método convencional obtuvo 13.75 puntos por hora, contra 7.7 millones de puntos por hora de LiDAR.

 

Diferencias en Tiempo

Los costos de estos equipos modernos, con esos sensores capturando esa cantidad de puntos hace suponer que el trabajo deberá ser más caro.  Pero en la práctica, la reducción de tiempos y gastos de movilización que implica la topografía convencional, ¡el costo final al cliente de los 246 kilómetros resultó con LiDAR 71% más bajo que el costo total de los 40 kilómetros con topografía convencional!.

Pareciera increíble, pero el precio por kilómetro lineal con LiDAR resultó apenas el 12% en comparación con la topografía convencional.

 

Conclusión

¿La topografía con LiDAR reemplaza totalmente la topografía tradiciona?.  No en total, pues el trabajo con LiDAR ocupa siempre algo de topografía para puntos de control, pero puede concluirse que con todas la ventajas de costo, calidad de producto y tiempo, el trabajo con LiDAR genera resultados con casi las mismas precisiones de la topografía convencional.

Siempre habrá pros y contras; la alta precisión de la topografía convencional es nostálgica, pero las complicaciones de pedir permiso de entrar dentro de propiedades privadas, riesgos de la ubicación en sitios irregulares, necesidad de brechas ante el pasto alto y obstáculos… es una locura.  Por supuesto, la densidad de cobertura forestal también trae sus desventajas en el caso de LiDAR, tampoco son los mismos parámetros de relación entre proyectos extremadamente pequeños.

 

En conclusión, nos complace conocer cómo la tecnología ha avanzado al grado que para proyectos de gran tamaño como el planteado, es necesario tener una mentalidad abierta y disponibilidad para optar por nuevas y más creativas formas de hacer topografía.

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5 thoughts on “Topografía tradicional vrs. LiDAR. Precisión, tiempo y costos.

  1. JHOHAM says:

    JOHAM

    ME GUSTO MUCHO LA ACLARACION YA QUE PERSISTIA LA DUDA SI SE LOGRBA OBTENER LA MISMA PRECISON.

  2. cesar prada says:

    Es importante conocer la realidad en entornos urbanos altamente poblados, ya que no en todos los tipos de proyectos pueden generalizar las precisiones y los tiempos.

  3. Marco Portillo says:

    Excelente artículo…!!! Creo que es una duda que todos en algún momento tenemos

  4. ROLANDO says:

    GRACIAS POR LA ACLARACION ESTABA CON LA DUDA DE CUAL SERIA EL MAS PRECISO
    BUEN APORTE

  5. Me gustó mucho tu artículo. Gracias.

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