ESTEIO invierte en un nuevo sensor aéreo

El año 2006, ESTEIO introduce de forma pionera en el mercado brasileño, la alta tecnología en sensores aéreos digitales. En esa época, la inversión fue el sensor tri linear Leica ADS40.

El año 2020, en un período de gran incertidumbre provocado por la pandemia del nuevo Coronavirus, ESTEIO hace otra gran demostración de confianza en su área de operación y moderniza su conjunto de equipamiento con una nueva inversión, ahora el Sensor Digital de Aéreo de formato grande LEICA ADS100 – que representa el estado del arte en tecnología de imágenes aéreas digitales.

Elaboramos las siguientes preguntas y respuestas que se presentan a continuación con la intención de aclarar a nuestros clientes, empleados y demás interesados en esta maravillosa tecnología.

El mundo atraviesa por una pandemia y ESTEIO decide invertir en un nuevo sensor aéreo. ¿Cuál fue el motivo que llevó a la empresa a realizar esta inversión?

La evolución tecnológica es cada vez más rápida y las empresas de aerolevantamiento aéreo deben estar actualizadas para seguir manteniéndose vivas y competitivas en el mercado. ESTEIO, a lo largo de sus más de 50 años, ya realizó varias inversiones importantes, ninguna de ellas tuvo un motivo único. Es siempre una combinación de varios factores, entre ellos, audacia, estrategia, necesidad y oportunidad. La fase de recolección de imágenes, aunque casi siempre la más corta en un servicio de mapeamiento, es la que tiene mayor riesgo de impactar el plazo y costo de un contrato, precisamente porque depende mucho de factores meteorológicos, de restricciones de horario y uso del espacio aéreo. Por lo tanto, es crucial contar con una aeronave y un sensor de alto rendimiento y confiables para aprovechar cada momento de este corto tiempo disponible.

¿Porque ESTEIO hace esta gran inversión en un sensor aéreo digital de gran formato en un momento en el que se habla mucho de drones?

Los drones participan activamente en el mercado en la colecta de imágenes, pero, en la gran mayoría no son imágenes con el propósito de realizar mapeamiento de precisión. Y, cuando están destinados para eso, son para áreas pequeñas. La inversión que hicimos fue en un sensor de alta tecnología y productividad, que no se parece casi en nada a las pequeñas cámaras que equipan la mayoría de los drones disponibles. El sensor Leica ADS100 permite obtener imágenes con bandas espectrales distintas e individualizadas, múltiples visiones estereoscópicas y otras características únicas que generan imágenes con una geometría adecuada para servicios técnicos que requieren alta calidad e integridad de la información. Para que tengan una idea, el sensor ADS100 y sus periféricos pesan unos 120 kilos, mientras que las pequeñas cámaras que equipan los drones casi siempre pesan menos de un kilo, es decir, más de 120 veces más pequeñas. Si hablamos de costo, piense en algo menos de mil veces.

¿Cuál es la diferencia tecnológica entre los sensores que equipan un dron y el nuevo sensor de ESTEIO, o LEICA ADS100?

Es casi como comparar una bicicleta con un automóvil Mercedes-Benz o Bentley de primera línea, son pocos o nada comparables entre sí. Los dos “sensores” pueden capturar hermosas imágenes aéreas, sin embargo, con unas enormes diferencias de calidad geométrica, radiométrica y también una gran diferencia en el rendimiento. En los últimos años, diversos países tuvieran su territorio fotografiado, de forma recurrente con el sensor ADS100 por su alta productividad, calidad y confiabilidad. Sería inviable realizar este tipo de levantamientos con las pequeñas cámaras que equipan los drones. El mapeo de precisión no es todavía una de las nobles aplicaciones para los drones. ESTEIO también realiza servicios con drones, que se utilizan en pequeños estudios y requisitos técnicos y de imágenes de bajo costo.

La mayoría de las empresas de transporte aéreo brasileñas tienen sensores de formato medio ¿Por qué ESTEIO decidió invertir en un sensor de formato grande?

ESTEIO busca, en primer lugar, satisfacer las demandas de sus clientes, que son la razón de su existencia. La empresa ya cuenta con pequeños sensores para usar con drones y sensores de formato medio que operan en conjunto con sensores LÁSER. Nuestro sensor de gran formato, el ADS40-SH52, fue actualizado en 2009 y, en la actualidad, necesitaba una modernización acorde a las exigencias del mercado cartográfico. Con esta adquisición, ESTEIO busca mantenerse actualizado y liderar en tecnología de mapeamiento.

¿Cuál es la ventaja tecnológica del sensor ADS100 en relación al ADS40?

El sensor ADS40-SH52 es el sensor digital LEICA de la segunda generación de sensores lineales en estos últimos años se ha incorporado el actual sensor ADS100. Hubo una importante reducción de peso de 230 a 120 kilos y una reducción del consumo eléctrico, además el ADS100 es de quinta generación. Todos los avances tecnológicos, mejoras se traducen en un aumento en la autonomía de vuelo; aumento de la capacidad de memoria y velocidad de grabación, lo que permite capturar datos con poca luz o más rápido, aumentando la productividad en casi un 70%; con una mayor resolución, pode obtener imágenes con GSD de hasta 3 cm y mayor área cubierta con el aumento del campo de visión; y también un inédito TDI (Time Delay Integration) en el sensor lineal para evitar arrastrar la imagen, todo lo que resulta en un sensor más productivo y menor costo operativo. Además, Adicionalmente de otras innumerables diferencias en comparación con la gran mayoría de sensores disponibles en el mercado brasileño, tales como plataforma giro-estabilizadora, sistema inercial de alto rendimiento, lente telecéntrica única con filtros de interferencia, bandas espectrales Roja, Verde, Azul e Infrarrojo Cercano, individualizado en los tres objetivos, imagen nadiral con 20.000 píxeles transversa a la línea de vuelo, etc. El ADS100 tiene dos versiones de “Sensor Head”, el SH100 y el SH120, y la principal diferencia entre los dos conos, o cabezal sensor, es la distancia focal, que es de 62,5 mm y 120 mm respectivamente. El SH100 fue elegido por ESTEIO, por ser lo más adecuado la necesidad de sus clientes.

Al invertir en un nuevo sensor, ¿no es necesario invertir también en software?

¡Si y no! Para ESTEIO, una de las ventajas de adquirir el sensor Leica ADS100 es que el flujo de procesamiento es el mismo que el del ADS40. La inversión realizada en software fue solo actualizar a versiones más nuevas y productivas. Y, al invertir en una etapa que es el inicio del proceso de mapeo, también estamos invirtiendo en toda la cadena de producción, ya que todos los procesos sufren pequeños cambios y, por lo tanto, todos los técnicos también pasan por una actualización y formación. Por tanto, la inversión, además de haber sido en hardware, también fue en software y “peopleware”.

¿Por qué ESTEIO invirtió en el ADS100 y no en un sensor oblicuo?

La imagen oblicua y el modelado 3D tienen un gran potencial en el mercado, sin embargo, sigue siendo muy costoso para la mayoría de nuestros clientes y los municipios brasileños, pocos están debidamente preparados para explorar y manipular la cantidad de información generada. ESTEIO, en 2016, realizó las primeras fotografías oblicuas del país, que fue el Parque Olímpico de Río de Janeiro y en Curitiba, un proyecto piloto para el conocimiento y difusión de la tecnología – hoy ESTEIO la domina. Al adquirir el ADS100, también estamos comprando casi todos los periféricos y software de un sensor oblicuo, de modo que, si hubiera demanda, bastara simplemente con adquirir el “cono” y, como ya tenemos la experiencia adquirida, solo sería necesario ponerlo en funcionamiento. Como la cabeza del sensor híbrido Leica CityMapper también contiene un sensor LASER, decidimos dejar la inversión en un sensor oblicuo para el futuro, posiblemente junto con la actualización de nuestros sensores LASER.

¿Por qué la inversión en un sensor lineal y no uno de frame o de matriz, como la mayoría de las empresas brasileñas?

En primer lugar, porque nuestro anterior sensor de gran formato ya era de tipo lineal: el ADS40-SH52, también llamado sensor de escaneo o pulsador, y siempre hemos estado muy satisfechos con la calidad y confiabilidad. En segundo lugar y el más importante, porque esta tecnología ya ha demostrado ser sumamente eficiente y permite obtener las mejores imágenes desde un punto de vista geométrico y radiométrico. Es la única tecnología disponible para imágenes multiespectrales que no utiliza “pan-sharpening”, es decir, las imágenes se recogen directamente en la resolución nativa en las bandas espectrales R, G, B y NIR y, al combinarlas, la imagen final no presenta “fantasmas” al capturar vehículos en movimiento o una duplicación de colores por “pan-sharpening “. Son trece sensores lineales en un solo plano focal. El sistema, además de tener un alto rendimiento, también recolecta imágenes con las menores distorsiones de perspectiva, rigidez geométrica muy alta y en cantidades mucho menos por área que otras tecnologías. Nuestros sensores de formato medio son de frame, por tanto, también ofrecemos servicios con esa tecnología, que es lo que ofrecen la mayoría de nuestros competidores.

¿Cómo ESTEIO elige la tecnología para ofrecer a sus clientes entre el sensor de frame y el pushboom?

Aunque es posible, un sensor de cuadro, especialmente los de mediano formato, no siempre puede satisfacer las necesidades y especificaciones del cliente, especialmente si se requieren imágenes multiespectrales en las distintas bandas R, G, B y NIR, imágenes sin arrastre, uso de una plataforma estabilizadora, entre otros. Pero, si por casualidad los dos sensores pueden atender la demanda, nuestra opción es ofrecer aquel cuyo servicio tenga el menor costo, es decir, en estos casos siempre analizamos el precio con ambas tecnologías.

Pero, si el sensor lineal tiene todas estas ventajas y, principalmente, un mayor valor de adquisición, ¿no sería también mayor el costo de trabajar con esta tecnología?

No necesariamente. Dependiendo de la especificación y factores como tamaño del área, ubicación, condiciones climáticas de la región, tipo de producto requerido, entre otros, el costo del trabajo puede ser incluso menor que el realizado con un sensor de frame, ya sea de gran o mediano formato. Como el ADS100 tiene una productividad mucho mayor, tendrá un tiempo de vuelo más corto y consecuentemente menor será o impacto en lo costo y el plazo final. Nuestros clientes, los que conocen ambas tecnologías, a menudo esperan que, el sensor de escaneo se utilice en sus contratos.

Sabemos que el concepto tradicional de estereoscopia es diferente en el sensor lineal. ¿Eso limita esta tecnología?

¡De ninguna manera! Ambas formas de colección, con sensor “frame” o “pushbroom”, llevan mucho tiempo en el mercado. Las imágenes de satélite se han recopilado con sensores lineales desde la década de 1970. En una trayectoria de vuelo obtenida con un sensor trilineal hay tres vistas, y se pueden utilizar tres pares estereoscópicos diferentes, ya sean formados por la vista anterior y posterior, vista nadiral y posterior, o vista nadiral y anterior. Esto mejora considerablemente las condiciones de trabajo. Como cada faja forma un modelo estereoscópico, el número total de modelos e imágenes de un vuelo con un sensor de pushbroom es mucho menor que cuando se usa un sensor de frame. Además, las escenas o imágenes de las fajas continuas pueden ser preparadas, recortadas y exportadas en forma de fotogramas que se pueden utilizar en varios sistemas convencionales de visión estereoscópica.

¿Puede citar un ejemplo de esta reducción en el número de imágenes?

Sí. Recientemente, ESTEIO realizó el recubrimiento aerofotogramétrico, con píxel de 8 cm (GSD) y superposición lateral del 60%, para la ciudad de Curitiba, con el sensor Leica ADS40. Solo se necesitaron 102 fajas de imágenes y modelos para cubrir los 550 km² de área volada. Si, hipotéticamente, utilizáramos un sensor de fotogramas de gran formato, con una superposición longitudinal equivalente al 80%, tendríamos unas 9.000 imágenes; si usáramos un sensor de formato medio, tendríamos como 22.000 imágenes y; si por casualidad fuera técnica y económicamente factible hacerlo con drones serían unas 65.000 imágenes Estos números se estimaron teniendo en cuenta los sensores que tenían las empresas de nuestro consorcio en ese momento. Y si ya tuviéramos el nuevo sensor ADS100, solo habría 61 escenas y modelos.

¿Por qué no sería técnicamente factible cubrir Curitiba con dron?

Hay varias razones. Los requerimientos de la Prefectura de Curitiba era una cobertura multiespectral, es decir, distintas bandas R, G, B y NIR, lo que inviabiliza técnicamente la utilización de un dron y, si fuese posible, implicaría múltiples vuelos, aumentando drásticamente el plazo de recolección, procesamiento para la entrega de un producto radiométricamente uniforme, altísimo número de imágenes y puntos de control. Uno de los productos a entregar es actualizar la restitución con precisión PEC A y si imagináramos la ardua tarea de trabajar con más de 65.000 pares estereoscópicos, también haría inviable el trabajo tanto por el aumento de tiempo como por el impacto económico. Para cubrir con el sensor ADS, se requirieron 9 horas de vuelo fotogramétrico; si la opción fuera un dron y fuera posible colectar todas las bandas con un único recubrimiento, se necesitarían unas 250 horas de vuelo, es decir, casi 28 veces más en tiempo, con condiciones atmosféricas favorables y espacio aéreo libre para el vuelo. Además, dado que el vuelo de los drones es de baja altura, pequeñas variaciones en el relieve requerirían más niveles de vuelo, lo que haría que la cantidad de imágenes fuera aún mayor.

El sensor lineal tiene tres vistas: anterior, nadiral y posterior. ¿Las vistas anteriores y posterior son oblicuas?

¡Si! Con ángulos de 19 y 26 grados con relación a la vertical. Los mejores sensores oblicuos disponibles en el mercado hoy, según el fabricante, tienen un rango de 15 a 45 grados y recolectan cuatro vistas RGB y una vista nadiral simultáneamente. Si hacemos dos vuelos perpendiculares con el ADS100, tendremos la cobertura equivalente a un vuelo oblicuo con cuatro vistas dentro de ese rango y también dos imágenes nadirales en RGBN, sin mencionar la ventaja de tener dos inclinaciones distintas en cada banda, que es una gran diferencia en “Obstrucción” de objetos en un sensor con vista inclinada.

¿La vista nadiral del sensor ADS100 es la imagen más importante?

No es exactamente lo más importante, sino la más utilizada, ya que es la imagen que presenta las menores deformaciones provocadas por la perspectiva. La escena nadiral es la primera de las tres opciones a utilizar en la ortorrectificación, ya que el producto derivado de ella es una ortofoto semi-verdadera. Los desplazamientos de la imagen debidos a la perspectiva de la lente, solo existen en la dirección transversal a la línea de vuelo, mientras que, en la imagen obtenida por un sensor de frame, existen también en la dirección de vuelo. Pero si aumentamos la superposición lateral del vuelo con un sensor lineal, se puede generar una ortofoto con características de ortofoto “verdadera”, a un costo de ortofoto convencional.vv

¿El mapeamiento con drones reemplazará el mapeo de aviones?

Los drones o aviones, e incluso los satélites, son solo las plataformas que llevan los sensores, este sí, son las que determinan la calidad del mapeo. Hoy en día, es económicamente inviable operar un sensor de 120 kilos con un dron. Las plataformas no tripuladas con una gran capacidad de carga siguen siendo muy caras, en comparación con las plataformas aéreas tripuladas, que también son más seguras. Los sensores que reúnen todas las últimas tecnologías son pesados y dependen de mucha energía para funcionar con drones. En el futuro, si estos sensores están miniaturizados, o cuando los drones más grandes son comunes en el mercado, y con menos restricciones operativas, es posible que se puedan reemplazar. ¡Y es muy deseable que esto suceda!

¿Cuáles son los sensores de gran formato de primera línea actualmente en el mercado?

Actualmente solo hay dos fabricantes de sensores de gran formato: la empresa suiza Leica Geosystems del grupo Hexagon y la austriaca Vexcel. Hoy en día existen tres sensores de primera línea, uno lineal y dos de matriz: el Leica ADS100, el Leica DMC-III y el Vexcel UltraCam Eagle Mark 3, cada uno de los cuales tiene más de una versión o modelo.

 

Valther Xavier Aguiar, es Ingeniero Cartógrafo y Director Técnico del ESTEIO Engenharia e Aerolevantamentos S.A.
La versión en español tuve colaboración de Alfredo Cruz Espinal – EMI – Bolivia, Wilson Vega – Leica – Colombia y William Kim – Leica – Chile.
valther@esteio.com.br, www.esteio.com.br, 09/20

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