Imaginemos que lanzamos una pelota de tenis contra un muro y luego de que la pelota choca con él, la atrapamos. En este supuesto la fuerza con que lanzamos la pelota debe ser constante. Si estamos lejos del muro la pelota en ir y regresar tomará más tiempo a que si, por el contrario, nos encontramos muy cerca del muro. En forma muy aproximada, podríamos calcular la distancia al muro en base al tiempo que la pelota demora en volver a nuestras manos.
Este principio es utilizado por diversas tecnologías; en el caso de un radar, la pelota de tenis de nuestro ejemplo es reemplazada por impulsos de radio que chocan con algún objeto (barco, avión, vehículos etc.) detectándolo.
En LiDAR el sensor transmite rayos láser que chocan con los objetos volviendo al sensor. La ventaja de esta tecnología es la gran cantidad de pulsos de luz que puede emitir el sensor, que pueden ir desde 150.000 a 500.000 por segundo.
Como se explicó anteriormente, los pulsos al regresar permiten determinar la distancia precisa entre el emisor (sensor) y el objeto contra el que chocó. Recordemos que la velocidad de la luz es constante.
Si bien existen sistemas LiDAR que pueden ser montados sobre trípode, explicaremos como trabaja un sistema LiDAR instalado en un avión. En este caso, el SENSOR es instalado dentro del fuselaje y captura hacia abajo en una abertura especialmente diseñada a este fin. Entendemos que el sensor disparará miles de pulsos y sabremos la distancia entre el avión y el suelo o los objetos que haya sobre este, (construcciones, arboles u otros), pero cabe preguntarse entonces como se determina la altitud real del terreno que estamos capturando. La respuesta es simple, esta tecnología se complementa con otra tecnología, el GPS. El avión cuenta con sistemas GPS de alta precisión que determinan a cada instante las coordenadas precisas del avión; y por tanto, la altura del avión, menos la distancia al punto nos dará las coordenadas precisas del objeto que capturó el sistema.
Profundizando solo un poco más la idea, podríamos pensar que esta determinación de coordenadas puede verse afectada por los movimientos de la aeronave, no el de avance, sino los movimientos como ala ala, pequeñas rotaciones sobre su eje y también el de cabeceo; esto es correcto y es necesario corregirlos, para lo cual existe otro componente del sistema, que es la unidad de medición inercial (Inertial Measurement Unit IMU) que determina estos movimientos angulares y proporciona la información requerida para corregirlos.
¿Que nos entrega un sistema LiDAR?
LiDAR entrega una nube de miles y miles de puntos que procesados generarán cartografía de alta precisión para los más diversos propósitos.
¿Cuál es la ventaja de LiDAR respecto a la fotogrametría tradicional?
En la fotogrametría se trabaja con pares estereográficos de fotos aéreas o de imágenes, en palabras muy simples, una misma zona es capturada desde dos puntos de vista a medida que el avión avanza (o dron). Con lo anterior se emula lo que hacen nuestros ojos y cerebro para ver en 3 dimensiones; cuando miramos un objeto los estamos capturando desde dos puntos de vista (la distancia entre un ojo y otro) y nuestro cerebro procesa esta doble vista para entregarnos una visión tridimensional del objeto que miramos.
En fotogrametría, usando este concepto se puede crear un modelo tridimensional del terreno o curvas de nivel. Es una técnica muy útil y dependiendo de la escala de la foto se pueden crear productos cartográficos aplicables a diversos requerimientos, pero cuando se requiere una alta precisión, LiDAR brinda un resultado mucho mejor. Desde un avión se puede generar cartografía precisa hasta escala 1:1.000.
Otro punto importante, es que, si estamos trabajando en zonas con vegetación, con LiDAR un porcentaje de los haces de luz pasará por entre el follaje y capturará puntos del suelo, que no podríamos capturar por otros métodos.
¿Qué ventajas tiene LiDAR respecto a la topografía convencional?
Si bien la topografía convencional, sea con instrumentos ópticos, como una estación total, o bien con GNSS de alta precisión; para levantar extensiones grandes de terreno, trabajar con esta técnica demandará una enorme cantidad de tiempo y por ende un alto costo, pensemos que en estas técnicas se trabaja levantando punto a punto. Con LiDAR aerotransportado, en su paso el sensor puede capturar entre 4 y hasta 12 puntos por metro cuadrado.
Otro punto que debemos considerar es cuando necesitamos, por ejemplo, modelar las edificaciones, bosques, postes e incluso cables, LiDAR los capturará y por supuesto esta tarea no podríamos hacerla por topografía convencional.