Levantamiento topográfico con LiDAR desde un dron en terreno montañoso

Las zonas montañosas se encuentran entre los lugares más exigentes para realizar un levantamiento topográfico. Los equipos pasan horas llegando a pie a cada punto, la vegetación oculta el suelo y las condiciones meteorológicas pueden impedir el acceso a una zona durante días. La fotogrametría aérea resulta de ayuda, pero en terrenos escarpados y boscosos, la cámara capta las copas de los árboles y no el suelo que hay debajo de ellas. Este artículo analiza dos proyectos en China: un levantamiento topográfico en Guizhou y un estudio del trazado de una línea eléctrica en la meseta de Sichuan, donde el dron CHC Navigation X500 realizó mediciones LiDAR aéreas sobre un terreno que los equipos de tierra y los drones convencionales tienen dificultades para cubrir.

Por qué el terreno montañoso dificulta la cartografía aérea

En casi todos los levantamientos topográficos de montaña surgen cuatro problemas:
 

• Grandes desniveles. Un dron que vuela a una altitud fija queda demasiado alto sobre los valles y demasiado cerca de las crestas. La densidad de puntos y la escala de la imagen varían a lo largo del terreno, y el margen de seguridad se reduce allí donde la pendiente se acentúa.
   
• Vegetación densa. La fotogrametría modela el dosel arbóreo. Un levantamiento que requiera captar la superficie del suelo necesita un sensor capaz de ver a través de ella.
   
• Pocos lugares de despegue. El terreno llano y abierto es escaso. Cada desplazamiento entre vuelos supone una pérdida de tiempo a pie.
   
• Condiciones meteorológicas y altitud. El viento, el frío y la escasez de aire reducen el tiempo de vuelo y ponen a prueba la estabilidad de la aeronave.

Guizhou: 1,7 km² de terreno escarpado en un solo vuelo

El primer proyecto abarcaba unos 1,7 kilómetros cuadrados de montaña en la provincia de Guizhou, con ríos, campos en terrazas y una vegetación densa y mixta. El punto más alto se encuentra a 1.200 metros y el desnivel en toda la zona es de 324 metros. El operador necesitaba un modelo 3D de la zona para gestionar el terreno y un mapa topográfico a escala 1:500 para el diseño de un proyecto turístico.

El equipo hizo volar el X500 con el AlphaAir 10, un sistema LiDAR y RGB con una cámara de formato completo de 45 MP integrada. El AlphaAir 10 devuelve hasta 8 ecos por pulso, lo que permite que el láser alcance el suelo a través de los huecos del dosel, y el X500 vuela hasta 50 minutos con él a bordo.
 

La elección del lugar de despegue marcó el ritmo de todo el trabajo. El equipo eligió un terreno llano a media altura de la montaña. Dado que los datos de posicionamiento se procesaron posteriormente comparándolos con los datos de la estación base de Cloud (PPK), el dron no necesitó una conexión continua con una estación base en tierra, y un único punto de despegue bastó para cubrir toda la zona. Nuestra guía sobre GNSS PPK y RTK para la cartografía con UAV explica la diferencia entre ambos métodos.

La función de seguimiento del terreno mantiene el dron a una altura constante sobre el suelo, en lugar de sobre el punto de despegue, por lo que la densidad de puntos se mantiene uniforme desde el fondo del valle hasta la cresta. Con vientos de fuerza 4 y una temperatura media de 10 °C, el X500 capturó los 1,7 kilómetros cuadrados completos en un vuelo de 43 minutos y aterrizó con un 16 % de batería restante. Su sistema de detección de obstáculos identificó árboles y una torre de señales a lo largo de la ruta, y el enlace de vídeo de 20 km mantuvo al piloto en contacto con la aeronave en todo momento.

De los datos brutos a un mapa topográfico a escala 1:500

El procesamiento se llevó a cabo en una única cadena de software. En CoPre, se copiaron 12,2 GB de datos en cinco minutos y se procesaron mediante un flujo de trabajo guiado que descarga automáticamente los datos de la estación base en la nube.

La nube de puntos en color, la ortofoto real y el modelo 3D estuvieron listos en medio día. A continuación, CoProcess filtró la nube de puntos hasta el suelo y generó el DEM y las curvas de nivel, elementos de un mapa topográfico que la fotogrametría aérea convencional no produce automáticamente. No se colocaron puntos de control en el suelo. Seis puntos de control medidos sobre el terreno proporcionaron una precisión vertical (RMSE) de 1,8 cm, dentro de los límites establecidos por el proyecto.

Sichuan: Estudio del trazado de una línea eléctrica a más de 4.000 metros de altitud

El segundo proyecto muestra el mismo proceso de trabajo a una escala mucho mayor y en condiciones más adversas. En la meseta de Ganzi, en Sichuan, un proyecto de transmisión de 135 km y 220 kV requería un levantamiento topográfico para el diseño del trazado, junto con una inspección de las torres y líneas existentes. El trazado atraviesa crestas, praderas, picos nevados, ríos y desfiladeros, desde los 2.985 m hasta los 4.461 m sobre el nivel del mar. El desnivel alcanza los 1 476 m, la altitud media supera los 4 000 m y, durante el levantamiento, la temperatura media fue de -10 °C, con fuertes vientos frecuentes.

Tres decisiones hicieron que el proyecto fuera viable:
 

• Una estación base local. La zona carece de cobertura de red RTK, por lo que el equipo instaló una estación base GNSS en un punto de control conocido cercano.
   
• Seguimiento del terreno. Con casi 1.500 metros de diferencia entre el punto más bajo y el más alto, mantener una altitud de vuelo fija no resultaba seguro. Las rutas seguían el contorno del terreno y, antes de cada vuelo, se comprobaba que el perfil planificado se ajustara al terreno.
   
• Alimentación continua. El equipo llevaba seis baterías intercambiables en caliente y una estación de carga BS10, suficientes para un día completo sobre el terreno. La BS10 tiene capacidad para seis baterías y las carga del 20 % al 90 % en 40 minutos, además de servir como batería externa para tabletas y teléfonos.
   

El X500 llevaba un sistema LiDAR aerotransportado junto con una cámara aérea C5 y completó la captura de datos en 26 vuelos. En CoPre, el equipo generó la ortofoto y una nube de puntos en color real. Las secciones transversales a través de la vegetación más densa de las gargantas muestran una superficie terrestre continua y muy tupida, y los diez puntos de control proporcionaron una precisión vertical de 2,5 cm. A continuación, CoProcess generó el modelo digital de elevación (DEM) y las curvas de nivel para el diseño de la ruta. En nuestro artículo de 2025 sobre cartografía aérea con tecnología UAV y LiDAR, abordamos los resultados de campo de este estudio, incluida la mejora en la eficiencia respecto al dron que el cliente utilizaba anteriormente.

Lo que tienen en común ambos proyectos

Diferentes provincias, diferentes altitudes y diferentes usos finales, pero el mismo flujo de trabajo se mantuvo en ambos casos:
 

1. Planificar el terreno. El seguimiento del terreno mantiene una densidad de puntos uniforme y la aeronave a una altura segura en los grandes desniveles.
    
2. Reducir los puntos de despegue. Una larga autonomía de vuelo y un enlace de vídeo de 20 km permiten reducir los desplazamientos, lo cual es fundamental en lugares donde es difícil encontrar terreno llano.
    
3. Vea a través de la copa de los árboles. Los múltiples ecos por pulso láser llegan al suelo por debajo de la vegetación, por lo que el DEM describe el terreno y no las copas de los árboles.
    
4. Procesamiento en una sola cadena. CoPre y CoProcess transforman los datos desde la captura en bruto hasta los productos finales sin necesidad de transferencias manuales entre programas.

Una encuesta, varios resultados

Dado que los cinco proceden de una misma campaña de vuelo, los equipos no tienen que volver al lugar para recopilar los datos que faltan, lo cual resulta lento y costoso en terrenos montañosos. En los lugares donde no está permitido volar, un flujo de trabajo terrestre puede realizar la misma tarea, como en nuestro proyecto de cartografía topográfica RS10 en una zona de exclusión aérea. Para conocer la gama completa de sistemas aéreos y terrestres, consulta nuestras soluciones de cartografía móvil en 3D.

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Acerca de CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) desarrolla soluciones avanzadas de cartografía, navegación y posicionamiento diseñadas para aumentar la productividad y la eficiencia. CHCNAV, que presta servicio a sectores como el geoespacial, la agricultura, el control de maquinaria y la autonomía, ofrece tecnologías innovadoras que potencian el trabajo de los profesionales e impulsan el avance del sector. Con una presencia global que abarca más de 140 países y un equipo de más de 2.200 profesionales, CHC Navigation es reconocida como líder en el sector geoespacial y más allá. Para obtener más información sobre CHC Navigation [300627.SZ], visite: https://geospatial.chcnav.com/about/overview