Ferrocarril – Pachacamac Análisis Comparativo Del Método Fotogramétrico Y Convencional Para El Levantamiento Topográfico De La

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

Análisis comparativo del método fotogramétrico y convencional para el levantamiento topográfico de la Av. Ferrocarril – Pachacamac

TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE: Ingeniero Civil

AUTOR:

Mallma Palacios, Rafael (ORCID: 0000-0003-3412-3095)

ASESOR:

Dr. Zamora Mondragón, Jesús Elmer (ORCID: 0000-0001-6362-1603)

LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: Diseño de Infraestructura Vial

LIMA – PERÚ

2020

Dedicatoria

Este trabajo va dedicado a mis padres Arnulfo Mallma y Eulalia Palacios, a mi hermana Rocío, mi esposa Consuelo y a mis queridos hijos Derick y Fabio que son el motivo para seguir adelante.

Agradecimiento

En primer lugar, agradezco a mis padres que siempre me han brindado todo el apoyo para seguir formándome profesionalmente.

También agradezco a mi esposa por su comprensión, apoyo en mis decisiones en cuanto a deseo de superación y a mis hijos que tan solo con su presencia son todo para mí.

Finalmente agradezco a la universidad Cesar Vallejo, a sus docentes y mi asesor que nos han apoyado con este trabajo.

iii Índice de contenidos

Carátula ...... i Dedicatoria ...... ii Agradecimiento ...... iii Índice de Contenidos ...... iv Índice de Tablas ...... v Índice Figuras ...... vi Índice Anexos ...... vii RESUMEN ...... viii ABSTRACT...... ix I. INTRODUCCIÓN ...... 11 II. MARCO TEÓRICO ...... 16 III. MÉTODO ...... 24 3.1 Tipo y diseño de investigación...... 25 3.3 Población, muestra y muestreo ...... 26 3.4 Técnicas e instrumentos de recolección de datos ...... 28 3.5 Procedimientos ...... 28 3.6 Método de análisis de datos ...... 54 3.7 Aspectos éticos...... 54 IV. RESULTADOS ...... 55 V. DISCUSIÓN...... 64 VI. CONCLUSIONES ...... 66 VII. RECOMENDACIONES ...... 70 REFERENCIAS ...... 72 ANEXOS ...... 78

iv Índice de tablas

Tabla 1 Datos de campo ...... 29 Tabla 2 Coordenadas geodésicas Base LI01 ...... 31 Tabla 3 Coordenadas geodésicas ...... 32 Tabla 4 Coordenadas UTM WGS84 ...... 32 Tabla 5 Cálculo de la poligonal abierta ligada en sus extremos ...... 36 Tabla 6 Cálculo de las cotas de los BM ...... 37 Tabla 7 Coordenadas de los puntos de Fotocontrol ...... 45 Tabla 8 Resultados del programa Agisoft Photoscan ...... 48 Tabla 9 Coordenadas de los puntos de Fotocontrol después del proceso ...... 49 Tabla 10 Costos Mano de Obra del método Convencional ...... 51 Tabla 11 Costos de equipos del método convencional ...... 51 Tabla 12 Costos de materiales del método convencional ...... 52 Tabla 13 Tiempos empleado del método Convencional ...... 52 Tabla 14 Mano de Obra método fotogramétrico ...... 52 Tabla 15 Equipos del método fotogramétrico ...... 52 Tabla 16 Materiales del método fotogramétrico ...... 53 Tabla 17 Tiempo empleado del método fotogramétrico ...... 53 Tabla 18 Resultados de pruebas de normalidad con SPSS ...... 56 Tabla 19 Resultados de pruebas de igualdad Varianza con SPSS ...... 57 Tabla 20 Resultados de pruebas T con SPSS ...... 57 Tabla 21 Costo Trabajo Total ...... 58 Tabla 22 Tiempo de trabajo en Campo ...... 58 Tabla 23 Tiempo de trabajo en Gabinete ...... 59 Tabla 24 Tiempo Total del trabajo ...... 60 Tabla 25 Análisis FODA de Método Fotogramétrico ...... 69

v Índice de figuras

Figura 1 Ubicación de la zona de Estudio...... 27 Figura 2 Medición con receptor satelital – GPS 1 ...... 30 Figura 3 Medición con receptor satelital – GPS 2 ...... 30 Figura 4 Informe de procesamiento de Puntos GNSS ...... 31 Figura 5 Enlace con la Estación Base LI01 ...... 32 Figura 6 Flujograma del Método Convencional ...... 33 Figura 7 Georeferenciación ...... 34 Figura 8 Poligonal de Apoyo ...... 35 Figura 9 Nivelación Geométrica ...... 37 Figura 10 Recolección de información método convencional ...... 38 Figura 11 Triangulación y curvas de nivel...... 39 Figura 12 Vectorización de la Planimetría ...... 40 Figura 13 Plano de planta y perfil longitudinal...... 40 Figura 14 Plano de secciones transversales ...... 41 Figura 15 Flujograma Método Fotogramétrico con drone ...... 42 Figura 16 Configuración Velocidad, altura del Plan de Vuelo ...... 43 Figura 17 Configuración traslapes, área, ruta del Plan de Vuelo ...... 44 Figura 18 Medición de los puntos de fotocontrol ...... 45 Figura 19 Distribución de puntos de fotocontrol ...... 46 Figura 20 Despegue del drone ...... 46 Figura 21 Planes de vuelo...... 47 Figura 22 Fotografías tomadas con el drone ...... 47 Figura 23 Nube de puntos ...... 50 Figura 24 Modelo Digital de Elevaciones ...... 50 Figura 25 Ortofoto ...... 50 Figura 26 Costo Trabajo ...... 58 Figura 27 Tiempo de trabajo en campo ...... 59 Figura 28 Tiempo de Trabajo en gabinete ...... 59 Figura 29 Tiempo Total del trabajo ...... 60 Figura 30 Plano Topográfico – Método convencional ...... 61 Figura 31 Modelo 3d – Método Convencional ...... 61 Figura 32 Malla 3d – Método Fotogramétrico ...... 62 Figura 33 Curvas de nivel – Método Fotogramétrico ...... 62 Figura 34 Ortofoto ...... 62

vi Índice de anexos

Anexo 1 Matriz de Operacionalización de Variables ...... 79 Anexo 2 Matriz de Consistencia ...... 80 Anexo 3 Instrumentos de recolección de datos ...... 81 Anexo 4 Validez y confiablidad de los instrumentos de recolección ...... 85 Anexo 5 Informes de Procesamiento ...... 91 Anexo 6 Cálculos de Error de Cierre Poligonal y nivelación Geométrica ...... 98 Anexo 7 Planos Topográficos Método Convencional y Fotogramétrico ...... 100

vii Resumen

El problema de la investigación fue ¿Cuál es análisis comparativo del método fotogramétrico y convencional para el levantamiento Topográfico de la Av. Ferrocarril - Pachacamac? El objetivo de la investigación fue determinar el análisis comparativo del método fotogramétrico y convencional para el levantamiento Topográfico de la Av. Ferrocarril – Pachacamac. La presente tesis inicia con la elección de la población que es la Av. denominada Ferrocarril ubicada en el distrito de Pachacamac que es el lugar donde se ha realizado los levantamientos topográficos y para la georreferenciación se ha tomado los lineamientos del IGN (Instituto Geográfico Nacional), los términos de referencia de proyectos de ingeniería por ende se utilizó la técnica GNSS y se estableció dos puntos de control con receptores satelitales la cual mi proyecto de investigación quedo referenciada en el sistema Universal Transversa de Mercator (UTM), Elipsoide de referencia WGS84, zona 18, luego se aplicó los dos métodos de levantamiento topográfico convencional y fotogramétrico, seguidamente se exporto la información de ambos, se procesó con sus respectivos softwares, finalmente se realizó el análisis de cada método y su respectiva comparación. Con respecto al análisis de precisión se obtuvo una diferencia no significativa la cual se concluyó que tienen similares precisiones, respecto a la eficiencia se obtuvo que el método fotogramétrico es más eficiente en cuanto a tiempo y costo, finalmente con respecto a calidad de productos digitales la fotogrametría tiene ventaja ya que genera mayor cantidad de puntos topográficos y consecuentemente mayor detalle de relieve e información en planos finales. Se recomienda realizar las comparaciones con los drones de última tecnología que son los que tienen un gps diferencial incorporados la cual no utiliza puntos de fotocontrol y no depende de otros equipos, también se recomienda realizar un análisis comparativo en base a un diseño los cálculos de volúmenes con los diferentes softwares.

Palabras clave: fotogrametría, MDT, fotocontrol, georeferenciación, GNSS

ix Abstract

The research problem was: What is the comparative analysis of the photogrammetric and conventional method for surveying the Av. Ferrocarril - Pachacamac? The objective of the investigation was to determine the comparative analysis of the photogrammetric and conventional method for surveying the Av. Ferrocarril - Pachacamac. This thesis begins with the choice of the population that is the Av. El Ferrocarril located in the Pachacamac district, which is the place where the topographic surveys have been carried out and for the georeferencing the IGN (National Geographic Institute) guidelines have been taken and the terms of reference of engineering projects therefore the GNSS technique and attributes two control points with satellite receivers which my research project was referenced in the Universal Transverse Mercator (UTM) system, Reference ellipsoid WGS84, zone 18 , then the two conventional and photogrammetric topographic survey methods were applied, then the information of both was exported, it was processed with its specific software, finally the analysis of each method and its respective comparison were performed. Regarding the precision analysis, a non-significant difference was obtained, which concluded that they have other similar precisions. Regarding the efficiency, the photogrammetric method was obtained, it is more efficient in terms of time and cost, finally with respect to the quality of digital products. Photogrammetry has an advantage since it generates more topographic points and consequently more relief detail and information in final plans. It is recommended to make comparisons of the latest technology in drones with built-in differential gps, the quality does not use photocontrol points and does not depend on other equipment, it is also recommended to carry out a comparative analysis based on a design of volume analysis with the different softwares.

Keywords: phtogrammetry, MDT, photocontrol, georeferencing, GNSS.

x I. INTRODUCCIÓN

11 Se ha identificado algunos factores que impiden la eficiencia de los proyectos de construcción, mejoramiento, rehabilitación y mantenimiento de la infraestructura vial. Cárdenas (2013) mencionó que el diseño geométrico es la parte más esencial de un proyecto integral de carretera ya que a través de él se establece su configuración geométrica tridimensional con el fin de que la vía sea funcional, segura, cómoda, estética, económica y compatible con el medio ambiente.

Según el Manual de Diseño Geométrico (2018) indica que el estudio preliminar de Geodesia y Topografía permite establecer las características y parámetros del Diseño de Vía, lo cual afirma la relación intrínseca de los levantamientos topográficos con el diseño.

La importancia de la topografía, radica en que esta interviene en todas las etapas de la ingeniería, Es fácil entender que la realización de una obra civil pasa por varias etapas; sin embargo, dos de ellas tienen directa relación con la topografía estos son: el estudio y la ejecución. (Dueñas, 2018, p.12).

Para los levantamientos topográficos en carreteras, según las especificaciones y términos de referencia, el levantamiento debe considerar una franja de terreno suficiente que permita definir las obras complementarias, como también levantar todos los detalles planimétricos y altimétricos en el área de estudio.

Según Gómez (2008) Planimétricamente es fácil la captura de los puntos necesarios para definir su forma, la altimetría implica mayor complejidad por la dificultad de elegir puntos notables para su correcta definición de la superficie del terreno.

La topografía clásica o método directo que implica utilización de la estación total siguen siendo la más utilizada en todos los proyectos lineales, pero hasta el momento tiene dificultades a la hora de realizar un levantamiento en zonas inestables, inaccesible o cuando no hay visibilidad del prisma esto implica reubicar el equipo en diferentes posiciones lo cual genera errores y se dilata el tiempo en recolección de datos como también dilatación de los diseños y/o costos adicionales.

12 Por otro lado, la falta de precisión en los estudios topográficos entregados a generado diseños que no son aplicables con la realidad del terreno, esto genera nuevo levantamiento y replanteo del diseño, generando adicionales de obras.

Según Decreto Supremo Nº 237-2019-ef (2019) Se indicó “Asimismo, persisten deficiencias en la calidad de los estudios de pre inversión y expedientes técnicos que generan sobrecostos y retrasos en la ejecución”. Con este motivo se buscó nuevos métodos que sean fiables y de calidad.

Guzmán, Mario & Rodríguez (2018) En la topografía actual se vienen incorporando las nuevas tecnologías de RPA para la medición de áreas, reduciendo los tiempos de toma de datos e incorporando las Tecnologías de Información y Comunicación (TIC) a través de las APP, facilitando su control y operación, haciendo hoy en día la toma de datos sistemática e intuitiva. (p. 79)

En la actualidad todavía tienen cierta desconfianza con estas nuevas metodologías, ya que en los TDR de proyectos viales solo indican trabajar con Estación total, Nivel de ingeniero y GPS.

Ya identificado algunos puntos de la realidad problemática se planteó el problema general y los problemas específicos de la investigación. El problema general de la investigación ¿Cuál es análisis comparativo del método fotogramétrico y convencional para el levantamiento Topográfico de la Av. Ferrocarril - Pachacamac? Los problemas específicos de la investigación fueron los siguientes:

. PE1: ¿Cuál es la diferencia de precisión del método fotogramétrico y convencional para el levantamiento topográfico de la Av. ferrocarril - Pachacamac? . PE2: ¿Es el método fotogramétrico más eficiente que el método convencional para el levantamiento Topográfico de la Av. Ferrocarril - Pachacamac? . PE3: ¿Cuál es la diferencia de productos digitales de los métodos tradicional y fotogramétrico para levantamiento Topográfico de la Av. Ferrocarril – Pachacamac?

13 En la presente tesis se han identificado las siguientes justificaciones:

Se justifica teóricamente porque aborda el problema con un análisis comparativo de la precisión, eficiencia y productos digitales siguiendo los lineamientos y normas nacionales e internacionales que estandarizan los procedimientos topográficos.

Se justifica tecnológicamente ya que en esta investigación se enmarca al análisis del método fotogramétrico que utiliza equipos de tecnologías modernas como es el RPAS o comúnmente llamado drones, en este caso se utilizó el drone de la marca DJI Modelo Phantom Pro V2.0.

Se justifica socialmente debido a que el análisis realizado ayuda a reducir tiempo, costo y optimización en los diseños geométricos de una carretera permitiendo la pronta ejecución de obras de calidad que genera beneficio a toda la población.

Se justifica económicamente porque las entidades privadas o públicas que trabajan en este rubro y se dedican a elaborar o ejecutar proyectos viales podrán elegir el método más eficiente, ya que esta investigación realiza la comparación en cuanto a costos y tiempo de trabajo.

El objetivo general fue Determinar el análisis comparativo del método fotogramétrico y convencional para el levantamiento Topográfico de la Av. Ferrocarril – Pachacamac. Los objetivos específicos fueron los siguientes:

. OE1: Determinar la diferencia de precisión del métodos fotogramétrico y convencional para el levantamiento topográfico de la Av. ferrocarril - Pachacamac . OE2: Determinar si el método fotogramétrico es más eficiente que el método convencional para el levantamiento Topográfico de la Av. Ferrocarril - Pachacamac . OE3: Identificar la diferencia de productos digitales de los métodos tradicional y fotogramétrico para levantamiento Topográfico de la Av. Ferrocarril - Pachacamac

14 La hipótesis general es “El análisis comparativo del método fotogramétrico y convencional influyen en el levantamiento topográfico de la Av. Ferrocarril – Pachacamac”

. HE1: Existe diferencia significativa en las precisiones del método fotogramétrico y convencional para el levantamiento topográfico de la Av. Ferrocarril – Pachacamac. . HE2: El método fotogramétrico es más eficiente que el método convencional para el levantamiento topográfico de la Av. Ferrocarril – Pachacamac. . HE3: Los productos digitales del método fotogramétrico se diferencian del método convencional en el levantamiento Topográfico de la Av. Ferrocarril – Pachacamac.

15 II. MARCO TEÓRICO

16 Loa antecedentes seleccionados fueron investigaciones donde analizaron y compararon los diferentes métodos de levantamiento topográficos que son materia de este estudio.

En el ámbito nacional tenemos:

Pedraza (2019) analizó las diferencias de los métodos de levantamiento topográfico tradicional y el levantamiento topográfico con RPAS. Pedraza (2019) utilizo como muestra la Huaca Aznapuquio en el cual estableció dos puntos de control geodésico y nivelación de un BM para georeferenciación del estudio, luego realizo el levantamiento con los dos equipos topográficos estación total y drone, como resultado obtuvo que el método tradicional es de mayor precisión, de menor costo y se realizó en menor tiempo, considerando el trabajo de campo y gabinete. Asimismo, Pedraza (2019) recomienda certificar los puntos de control, el operador de RPAS tener conocimientos de Geodesia y utilizar una PC con alto rendimiento para generación del Ortomosaico

Cabada (2019) Evaluó la diferencia de precisión y costo del levantamiento topográfico con estación total y con la aeronave pilotada, Cabada (2019) utilizó como muestra un sector del centro poblado cashapampa de aproximadamente 3.24 Ha, en el lugar inicio con el levantamiento con estación total y luego con la aeronave pilotada, la base de referencia son 3 puntos de control leído con gps que sirvió para la comparación, en la cual se obtuvo que el drone es más preciso como también más económico.

Santa María (2019) comparo técnica y económicamente el uso del drone y la estación total y elige la mejor alternativa de levantamiento topográfico para diseño de vías, toma como muestra 4 tramos de carretera en el distrito morrope. Santa María (2019) Así mismo al comparar tiempo, costo y confiabilidad el más eficiente es el método indirecto.

Parra (2019) Determino el modelo analítico de los parámetros para la fotogrametría con drones. Parra (2019) utilizo como muestra 17 la carretera Chupaca unos 300 metros, evaluó la altimetría en diferentes alturas de vuelo 40, 50 y 60 y comparo con la data del levantamiento con estación total. Parra (2019) concluyo que tomando una velocidad de 2.50 m/s con un traslape de 75% encontró diferencias desde 1 a 5 cm y recomienda planificar in situ como también tener una PC de alto rendimiento.

Ayala (2018) Determinó la fiabilidad y la eficiencia usando el drone contra el método tradicional, la muestra analizada fue en el pueblo quinuapata en el cual ha distribuido 7 puntos BMs que sirvieron para la comparación de precisión y costos. Ayala (2018) obtuvo como resultado obtuvo que los dos levantamientos resultan iguales con un 95 % de confianza y determina la eficiencia del drone por el menor costo de operación y menor tiempo de trabajo en campo.

Quispe (2017) Realizó la medición de linderos con dos tipos de levantamientos topográficos, con estación total y drone Ebee. Quispe (2017) eligió como muestra el sector Wallapampa de la universidad, utilizo 22 marcas de control fotogramétrico y realizo 4 vuelos para abarcar 500 ha. Quispe (2017) obtuvo que el drone tienes ventajas significativas en cuanto a tiempo, costo y mayor obtención de detalles e indico la precisión depende de los puntos con gps.

Hilario (2015) Comparó los resultados del método con el drone, procesado con el software Pix4D Mapper, y el método directo. Hilario (2015) Eligio como muestra la Obra de Construcción de la Vía Costa Verde, Tramo Callao KM 0+000 al KM 4+987.26, utilizo la georeferenciación con gps satelital luego dio inicio levantamiento con estación total y seguidamente con el drone, concluyo que hay un nivel de confianza de 95% en precisión, costo y tiempo. Hilario (2015) recomienda un planeamiento adecuado como también verificar los factores climáticos.

Respecto a los antecedentes Internacionales se eligió los correspondientes o ligados a la tesis de investigación.

18 Blistan, Kovanič, Patera, & Hurčík, (2019) determinaron que con el uso del enfoque fotogramétrico se puede obtener la relación entre el número de puntos que ingresan al modelado y la precisión del modelado del terreno, tomaron como muestra para el análisis la cantera Jastraba en el cual lo dividió en 2 zonas representativas la zona plana y ondulada Blistanet al (2019) concluyeron que, al analizar mediante dos funciones, regresión y correlación, la función de regresión es la más adecuada para describir la calidad del modelo de terreno

Jiménez, Magaña, & Soriano Melgar (2019) Realizaron el análisis comparativo de los métodos de levantamiento con estación total, gps y drone. Jiménez et al (2019) tomaron como muestra un área de 1.0841ha en la universidad para el análisis, para inicio de comparaciones se estableció dos puntos con gps para obtención de coordenadas, luego realizaron el levantamiento con estación total, gps y drone. Obtuvieron que los datos tomados con el drone y la estación total tienen similitud ya que varían en centímetros, determinaron que el trabajo con fotogrametría es eficiente, pero depende del apoyo terrestre con los equipos estación y gps como complemento de la técnica.

De Oliveira & De Jesús (2018) Realizaron la comparación, tiempo y costo de tres metodologías para levantamientos topográficos, drone, gps y estación total. De Oliveira & De Jesús (2018) seleccionaron una zona rural con diferentes características en Goiania en la cual los puntos de análisis fueron 13 distribuidos en toda el área, como punto de referencia utilizaron el realizado con gps. Oliveira & De Jesús (2018) concluyeron que se obtienen resultados y tienen cierta dependencia uno de otro para realizar el trabajo.

Collazos (2018) Realizo la evaluación de los modelos digitales de elevación obtenidos con topografía convencional y topografía realizada con drones para el cálculo de volúmenes. Collazos (2018) tomaron como muestra un acopio de material en la planta Pavimentos de Colombia S.A. Collazos (2018) obtuvo modelos digitales de terreno y ortofotos de alta resolución como también consiguio una nube de puntos que consta de millones de puntos

19 Coello & Ballesteros (2015) estudio la comparación dos procedimientos diferentes para la obtención de mapas y modelos digitales en este caso utilizo, el GPS y para la fotogrametría aérea un drone de ala fija, eligió como muestra una zona rural de la comunidad de Madrid lugar donde estableció dos puntos de control para inicio del levantamiento, comenzó con el gps detallando el terreno y luego con el drone que fue volado a dos alturas para comprobación de precisión. Coello & Ballesteros (2015) Obtuvo como resultado que las precisiones de los GNSS son de mayor precisión y de menor costo considerando la compra de equipos, también verifico que los mejores resultados se dieron en zonas de poca masa forestal.

Castro Tovar & Urrego (2019) evaluó la precisión de resultados obtenidos con la información generada con RPAS y busca determinar la manera adecuada de realizar los vuelos. Castro Tovar & Urrego (2019) eligió como muestra la zona rural de Cundimarca en al cual evaluó la obtención de resultados en 4 tipos de terreno con diferentes parámetros de vuelo. Así mismo Castro Tovar & Urrego (2019) concluye que la mayor precisión se obtiene a menor altura de vuelo y mayor traslape de fotos y recomienda que los targets deberían estar fijos y tener un buen diseño para ser identificados y aumentar la calidad en precisión.

Corredor (2015) estudió los modelos de elevación obtenido con drone y topografía convencional. Corredor (2015) utilizo como muestra un tramo de vía 12.62 km en el sector Tuluá, estableció dos puntos de control certificados la cual sirvió para dar inicio al levantamiento convencional tomando todos los detalles de la zona de estudio posteriormente ubica los puntos de fotocontrol para realizar el vuelo del drone. Corredor (2015) concluyo que los drones obtienen información en menor tiempo con buenas precisiones y recomienda trabajar con las dos técnicas de forma conjunta.

20 Se presentan las teorías y enfoques conceptuales que influyen para la conceptualización de nuestras variables.

Sevilla (1999) La geodesia es una ciencia básica con amplias ramas como topografía, fotogrametría, navegación e ingeniería todo esto en un principio con fines militares se encarga de determinar la forma matemática de la tierra. En geodesia la superficie matemática es un geoide superficie equipotencial en campo de gravedad y se toma como cota cero las alturas ortometricas (p. 25).

Dueñas (2018) “La Taquimetría es un procedimiento de medida rápida que permite obtener prácticamente de manera simultánea, pero de forma indirecta la distancia horizontal y desnivel entre dos puntos”. (p. 339).

Quiroz (2014) La fotogrametría es la técnica que tiene como objetivo estudiar y definir con precisión la forma, dimensiones y posición en el espacio de un objeto cualquiera utilizando esencialmente medidas hechas sobre una o varias fotografías (p. 46).

Dueñas (2018) La precisión es el grado de perfección de los instrumentos y/o procedimientos aplicados. La precisión de unos instrumentos está determinada por la mínima división de la misma (la sensibilidad). (p. 28).

Quiroz (2014) Se entiende por proceso fotogramétrico a todas las fases consecutivas que conllevan la producción cartográfica a partir de fotografías, generalmente aéreas. El proceso comienza con la toma fotográfica de la zona y culmina con la obtención de coordenadas tridimensionales de dicha zona. Dichas coordenadas, posteriormente, pueden dar lugar a distintos productos tales como planos cartográficos, modelos digitales de elevaciones, ortofotos (p. 80)

Instituto Geográfico Nacional (2015) GNSS: Acrónimo de Global Navigation Satellite Systems, utilizado para denominar al conjunto de sistemas de posicionamiento satelital e incluye a los actuales NAVSTAR-GPS, GLONASS y

21 a los nuevos sistemas de la Unión Europea GALILEO, el chino BEIDOU, el japonés QZSS y el Indio IRNSS. (p. 17)

Instituto Geográfico Nacional (2011) define Coordenadas UTM: Valores numéricos Norte y Este que permiten representar la posición horizontal de un punto en una Zona de la Proyección (p. 14)

DGAC (2015) Aeronave Pilotada a distancia (Remotely Piloted Aircraft - RPA). Una RPA es una aeronave pilotada por un “piloto remoto”, emplazado en una “estación de piloto remoto” ubicada fuera de la aeronave (es decir en tierra, en barco, en otra aeronave, en el espacio) quien monitorea la aeronave en todo momento y tiene responsabilidad

Elena & Borja (2016) Un píxel, acrónimo del inglés Picture Element (Elemento de Imagen), es la menor unidad homogénea en color que forma parte de una imagen digital. El tamaño de un píxel define, por tanto, la resolución de una fotografía. A menor tamaño del píxel, la resolución será mayor, pues la realidad fotografía queda representada en mayor grado de detalle (p. 33)

(Elena & Borja 2016, p. 35) Se llama resolución, r, o GSD (Ground Sample Distance) a la distancia existente entre los centros de dos píxeles de una fotografía, medida en la realidad. O, dicho de otra forma, la medida real que queda fotografiada dentro de un pixel.

Felicísimo (2000) El Modelo Digital es una estructura numérica de datos que representa la distribución espacial de una variable cuantitativa y continua.

Felicísimo (2012) Captura de datos: los métodos básicos para conseguir los datos de altitudes pueden dividirse en dos grupos: directos- primary data- cuando las medidas se realizan directamente sobre el terreno real, e indirectos-secunday data- cuando se utilizan documentos analógicos o digitales elaborado previamente.

Según Verhoeven (2011), citado por Hernández (2017) Una nube de puntos es una representación en 3D de puntos tomados/medidos de una superficie de la que luego se quiere crear una reconstrucción o modelado en 3D.

Ameneiro, Cardenas & Sierra (2011) La planimetría solo tiene en cuenta la proyección del terreno sobre un plano horizontal imaginario (se supone es la superficie media de la tierra). Esta proyección es la que se considera cuando se miden las distancias horizontales y se calcula el área de un terreno. Ameneiro et al (2011) La altimetría se encarga de medir las diferencias de nivel o de elevación entre los puntos del terreno, las cuales representan las distancias verticales medidas a partir de un plano de referencia.

Del Rio, Espinoza, Sáenz & Córtes (2019) El vuelo Fotogramétrico tiene por objeto el sobrevolar la zona a una altura y velocidad constante. Describiendo una serie de trayectorias paralelas entre sí, mediante su control de deriva.

Gallego & Sánchez (2013) Se denomina levantamiento Topográfico al conjunto de operaciones que es necesario realizar para llegar a representar, un terreno. Todo levantamiento topográfico se compone de dos partes, a saber, trabajos de campo, para toma de datos sobre el propio terreno, y trabajo de gabinete, que comprende los cálculos y la representación del plano.

III. MÉTODO

24 3.1 Tipo y diseño de investigación

Según Morales (2012) La investigación aplicada es utilizar los conocimientos obtenidos en las investigaciones en la práctica, y con ello traer beneficios a la sociedad. Lozada (2014) La investigación aplicada busca la generación de conocimiento con aplicación directa a los problemas de la sociedad o el sector productivo. Esta se basa fundamentalmente en los hallazgos tecnológicos de la investigación básica, ocupándose del proceso de enlace entre la teoría y el producto. La presente investigación es de tipo aplicada ya que se utilizan conocimientos teóricos y conceptos ya adquiridos de otras investigaciones que son utilizadas directamente para el análisis de la investigación.

Hernández, Fernández y Baptista (2014) dijo que el enfoque cuantitativo, utiliza la recolección de datos para probar hipótesis con base en la medición numérica y el análisis estadístico, con el fin de establecer pautas de comportamiento y probar teorías. Borja (2012) La investigación cuantitativa plantea que una forma confiable para conocer la realidad es a través de la recolección y análisis de datos. La presente investigación es de enfoque cuantitativo ya que se recolecta datos y se realiza un análisis para probar las hipótesis.

Hernández et al (2014) Nos dice que la investigación no experimental son los estudios que se realizan si la manipulación deliberada de variables y en los que solo se observan los fenómenos en su ambiente natural para analizarlos. Hernández et al (2014) Nos define que los diseños transeccionales son investigaciones que recopilan datos en un momento único. Hernández et al (2014) Nos dice que el diseño transeccional descriptivo tiene como objetivo indagar la incidencia de las modalidades o niveles de una o más variables en una población. La presente investigación tiene el diseño no experimental del tipo transversal descriptivo comparativo

25 3.2 Variables y operacionalización

En la investigación se ha identificado dos variables:

Variable Independiente: Métodos de Levantamiento Topográfico

Dueñas (2018) En nuestros días, los equipos y métodos para la topografía están progresando notoriamente; los equipos de medición electrónica, la fotogrametría aérea, los sensores remotos, las observaciones satelitales, la medición de distancias con rayos, la estación total, el nivel de auto nivelación, la computadora, los softwares, las maquinas, ploteadoras, etc. (p.10)

Variable dependiente: Levantamiento Topográfico en carreteras

Según Vargas & Gonzales (2017) Conjunto de operaciones que tienen por objeto determinar la posición relativa de puntos en el espacio y su representación en un plano, el conjunto de operaciones incluye: selección de método de levantamiento, elección de equipos a utilizar, identificación y ubicar posibles vértices de apoyo, realización de mediciones en terreno, calculo y procesamiento de datos y elaboración de planos. (p.3)

3.3 Población, muestra y muestreo

Según Gómez, Villasís & Miranda (2016) La población de estudio es un conjunto de casos, limitado y accesible, que formara al referente para elección de la muestra, y que cumple con una serie de criterios predeterminado Vicerrectorado de Investigación UCV (2020). La Población: Está constituida por un conjunto de personas o elementos que poseen características comunes (criterios de selección: inclusión y exclusión), que son estudiadas por el investigador, las mismas que permitan realizar las generalizaciones a partir de la observación de la muestra La población es la Av. Ferrocarril (Vicerrectorado de Investigación UCV, 2020) La Muestra: Son los elementos de una población; se explica el tamaño de la muestra y el cómo fue determinada

26 La muestra analizada es el sector Las palmas

Otzen & Manterola (2017) citó a Walpole & Myers (1996) las técnicas de muestreo de tipo no probabilísticas, la selección de los sujetos a estudio dependerá de ciertas características, criterios, etc. que él (los) investigador (es) considere (n) en ese momento; por lo que pueden ser poco válidos y confiables o reproducibles; debido a que este tipo de muestras no se ajustan a un fundamento probabilístico, es decir, no dan certeza que cada sujeto a estudio represente a la población blanco. Otzen & Manterola (2017) la técnica no probabilística intencional: Permite seleccionar casos característicos de una población limitando la muestra sólo a estos casos y la de convivencia Permite seleccionar aquellos casos accesibles que acepten ser incluidos El muestreo es no probabilístico ya que es de manera intencional y por convivencia (Vicerrectorado de Investigación UCV, 2020) Unidad de análisis: Cada una de las personas o elementos que tienen la misma característica y que serán los sujetos de medición La unidad de análisis de la investigación son los 2.1 km de Vía.

Figura 1 Ubicación de la zona de Estudio

27 3.4 Técnicas e instrumentos de recolección de datos

Hernández et al (2014) Recolectar los datos implica elaborar un plan detallado de procedimientos que nos conduzcan a reunir datos con un propósito específico. Las técnicas de recolección de datos utilizada en esta investigación es la observación Los instrumentos de recolección de datos son los equipos de medición el cual se detalla. para el levantamiento convencional se utilizó: . La estación total marca Leica modelo TS06 de 1” . Nivel electrónico marca Topcon modelo AT-B4 Para el levantamiento fotogramétrico se utilizó: . Drone marca DJI modelo Phantom Pro v2.0 Las fichas de recolección de datos y las especificaciones técnicas de cada equipo se adjuntan en los anexos. La confiablidad será representada por los certificados de calibración de los equipos topográficos que son los instrumentos de medición. Para la validez se utilizó el método apropiado ya que el personal para el trabajo de campo son técnicos especialistas en el área y el operador de drone tiene la acreditación de piloto emitida por la DGAC (Dirección General de Aeronáutica Civil). Ver anexo 2 Instrumentos de recolección de datos

3.5 Procedimientos

En este proyecto de investigación se realizó dos métodos de levantamiento topográfico, el método convencional utilizando un equipo electrónico denominado estación total y el método fotogramétrico utilizando equipos aéreos no tripulados que son los drones, esto con el objetivo de realizar las comparaciones respecto a precisión, eficiencia de los métodos y diferencias de sus productos digitales. Para obtener un proyecto verídico semejante a los proyectos de ingeniería y siguiendo los lineamientos como también normas técnicas del Instituto Geográfico Nacional (IGN), libros manuales y otros, se ha establecido dos puntos con GPS diferencial para dar una ubicación precisa en el

28 sistema de proyección en coordenadas Universal transversa de Mercator (UTM) y elipsoide de referencia Sistema Geodésico Mundial 1984 (WGS 84) en adelante Coordenadas UTM WGS84. Los trabajos realizados en esta investigación fueron las siguientes: . Establecimiento de puntos geodésico por el método estático de orden C . Levantamiento Topográfico Convencional  Establecimiento de Poligonal abierta  Nivelación Geométrica de los puntos BM . Levantamiento Fotogramétrico con drone . Evaluación de Tiempos y Costos Cabe resaltar que los establecimientos de puntos geodésicos serán considerados en ambos métodos, se considera los costos y tiempo empleado para el análisis final.

Establecimiento de Puntos geodésico de Orden C

Para el establecimiento de puntos en la Av. Ferrocarril se realizó una visita para reconocimiento de campo y buscar alternativas de ubicación de estos puntos ya que tiene que ser fijos y ubicados en sitios estratégicos ya que se utilizaran antes, durante y después del proyecto. Una vez definidos la ubicación de materializa en campo y se realiza la lectura de aproximadamente 2 hora en cada punto según los lineamientos del IGN. El quipo utilizado: Receptor satelital marca Topcon modelo GR5 el cual se puede visualizar en las figuras 2 y 3.

Tabla 1 Datos de campo

Cuadro de datos del posicionamiento del receptor satelital Código Hora de Inicio: Hora Fin: Altura antena Observación GPS1 11:16 am 13:17 pm 1.234 Ubicado en Roca GPS2 8:56 am 10:56 am 1.265 Ubicado en Roca

29 Figura 2 Medición con receptor satelital – GPS 1

Figura 3 Medición con receptor satelital – GPS 2

Para el post -procesamiento de las bases se descarga la data lectura con el gps, se inserta al software Trimble Business Center (TBC) y para poder enlazar a la red geodésica peruana del IGN se compra la Data observada de una de las Estaciones de Rastreo Permanente (ERP) este caso el ERP LI01 ubicado en lima distrito de surquillo, con esta información se procede a calcular las

30 coordenadas geodésicas y las coordenadas UTM WGS 84 de los puntos de códigos GPS-01 y GPS-02. El informe generado del procesamiento de las coordenadas en UTM se presenta en los anexos. Ver Anexo 4 A continuación, se presenta las coordenadas del ERP LI01 en la tabla 2 y el resultado de las coordenadas UTM la cual están dentro de la tolerancia, según las normas técnicas nos piden una precisión horizontal de 10 mm se muestra en la figura 4.

Tabla 2 Coordenadas geodésicas Base LI01

Código Latitud Longitud Altura

LI01 12°06'10.85979”S 77°01'00.98248"O 157.644m

Figura 4 Informe de procesamiento de Puntos GNSS

El enlace a la Estación base LI01 de los puntos GPS 1 y GPS 2 se muestran en la figura 5.

31 Figura 5 Enlace con la Estación Base LI01

En la tabla 3 se muestran las coordenadas geodésicas las cuales son el resultado del procesamiento luego se hace la transformación de coordenada a UTM la cual se muestra en la tabla 4.

Tabla 3 Coordenadas geodésicas

Código Latitud Longitud Altura

GPS-01 S12°13'20.48746" O76°53'54.46682" 124.357 GPS-02 S12°13'12.75195" O76°52'57.99097" 94.493

Tabla 4 Coordenadas UTM WGS84

Código Este Norte Elevación

GPS-01 293471.341 8648133.726 99.962 GPS-02 295176.878 8648383.383 69.862

32 Levantamiento Topográfico convencional Para la aplicación de este método se ha tomado en cuenta las especificaciones y normas técnicas del Instituto geográfico Nacional (IGN), “Especificaciones técnicas para para posicionamiento geodésico estático relativo con receptor del sistema satelital de navegación global”, “Especificaciones técnicas para la producción de mapas topográficos a escala 1: 1000”, libro de Topografía: Técnicas modernas del autor Jorge Dueñas, Norma NBR 13133 Norma brasileña que establece las condiciones para ejecución de levantamiento topográficos y finalmente se revisó los Términos de referencia del Proyecto de Infraestructura Vial de Transporte Nacional – Provias Nacional para Estudios Definitivos. El método convencional utiliza la estación total para los levantamientos topográficos pero apoyados de la geodesia, a continuación, se detalla un resumen del procedimiento de trabajo mediante el siguiente flujograma: Figura 6 Flujograma del Método Convencional

Reconocimiento del área del proyecto

Georeferenciación

Establecimiento de la CAMPO poligonal abierta

Nivelación de BMS

Recoleccion de datos planimétricos y altimétricos

Procesamiento de la data de información GABINETE Elaboración de planos topográficos

33 Reconocimiento del área del proyecto Este proceso consistió en ir a la zona de estudio e identificar las características del terreno como también los desniveles, estructuras existentes, limites, predios, clima, personal a requerir, seguridad para los equipos, alternativas de ubicación de la poligonal de apoyo, comunicación y solicitud de permisos si fuera necesario para realizar trabajos en la zona de estudio.

Georeferenciación Se estableció dos puntos de control gps para dar ubicación real y precisa enlazado a la Red Geodésica Nacional del Instituto Geográfico Nacional (IGN) en Coordenadas UTM Sistema referencia elipsoidal WGS84, los puntos fueron ubicados estratégicamente para asegurar su durabilidad hasta la ejecución de del proyecto, luego del proceso de gabinete se obtiene las coordenadas las cual se ingresó a la estación total y se procedió a realizar las mediciones.

Figura 7 Georeferenciación

34 Establecimiento de poligonal abierta

Una vez georreferenciado se inicia con la creación de una poligonal abierta ligada en sus dos extremos la cual se presenta en la figura 8. Los puntos son fijos y colocados en lugares estratégicos para que sean duraderos durante el levantamiento de información y la ejecución de la obra. Se procedió a medir solo ángulos y distancias en todos los puntos de la poligonal, esta información es insertada a una hoja de cálculo en la cual se identificó los errores de cierre, satisfactoriamente se obtuvo un cierre angular de 3” y lineal de 9 cm que se encuentran dentro de la tolerancia permitida por ende se realizó las correcciones y compensaciones.

Figura 8 Poligonal de Apoyo

A continuación, se muestra el cuadro de datos de ángulos y distancias que se midieron en campo.

35 Tabla 5 Cálculo de la poligonal abierta ligada en sus extremos

CÁLCULO DE POLIGONAL ABIERTA

INFORME DE INVESTIGACION ANÁLISIS COMPARATIVO DEL MÉTODO FOTOGRAMÉTRICO Y CONVENCIONAL PARA EL LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO DE LA AV. FERROCARRIL - PACHACAMAC

FACTOR DE PROYECCIONES ANGULO PROYECCIONES COORDENADAS ANGULO DIS- CORRECION CORREGIDAS EST VISUAL OBSER- AZIMUT CORREGIDO TANCIA VADO ESTE NORTE ESTE NORTE ESTE NORTE ESTE NORTE

GPS01 GPS01-A 121º48'48" 131.998 112.168 -69.583 0.006 0.003 112.174 -69.580 293471.341 8648133.726 A A-B 164°25'11"" 164º25'10.8" 106º13'58.8" 266.275 255.659 -74.436 0.012 0.007 255.671 -74.429 293583.515 8648064.146 B B-C 181°7'29"" 181º7'28.8" 107º21'27.6" 230.072 219.595 -68.639 0.010 0.006 219.605 -68.633 293839.186 8647989.717 C C-D 148°13'34"" 148º13'33.8" 75º35'1.5" 228.075 220.893 56.783 0.010 0.006 220.904 56.788 294058.791 8647921.085 D D-E 161°3'44"" 161º3'43.8" 56º38'45.3" 171.163 142.970 94.107 0.008 0.004 142.978 94.112 294279.694 8647977.873 E E-F 219°59'13"" 219º59'12.8" 96º37'58.1" 63.246 62.823 -7.305 0.003 0.002 62.826 -7.304 294422.672 8648071.985 F F-G 155°55'32"" 155º55'31.8" 72º33'29.9" 269.406 257.020 80.751 0.012 0.007 257.032 80.757 294485.498 8648064.681 G G-H 205°45'49"" 205º45'48.8" 98º19'18.7" 180.853 178.948 -26.175 0.008 0.005 178.956 -26.171 294742.529 8648145.438 H H-I 147°9'7"" 147º9'6.8" 65º28'25.5" 56.775 51.652 23.568 0.003 0.001 51.655 23.569 294921.485 8648119.268 I I-J 147°11'50"" 147º11'49.8" 32º40'15.4" 175.617 94.800 147.832 0.008 0.005 94.808 147.836 294973.140 8648142.837 J J-GPS02 196°55'39"" 196º55'38.8" 49º35'54.2" 143.034 108.923 92.706 0.006 0.004 108.930 92.710 295067.948 8648290.673 GPS02 GPS02-K 206°49'15"" 206º49'14.8" 76º25'9" 295176.878 8648383.383 ∑ 1 916.514 1705.452 249.608 0.085 0.049 1705.537 249.657

En la tabla se presenta los cálculos realizados para la obtención de las coordenadas corregidas de la poligonal abierta.

36 Nivelación Geométrica de los BM (Bench Mark) Para la obtención de las cotas de puntos de la poligonal que también serán los BM del estudio se realizó con una nivelación cerrada de ida y vuelta, se obtuvo un error de 1 cm la cual se evaluó la tolerancia y se procedió a corregir las cotas con la compensación. Equipo utilizado: Nivel automático Marca Topcon modelo AT-B2

Tabla 6 Cálculo de las cotas de los BM

BM COTA GPS1 99.990 A 96.650 B 93.250 C 90.260 D 85.867 E 83.907 F 81.480 G 77.928 H 73.566 I 71.470 J 71.229 GPS2 69.862

Figura 9 Nivelación Geométrica

37 Los datos y cálculos de nivelación, como la corrección y compensación se muestra en los anexos. Ver Anexo 4

Recolección de datos planímetros y altimétricos En este proceso se inicia la operación del equipos la cual consiste en medir toda la zona de proyecto, en otras palabras obtener puntos con coordenadas (x,y,z) detallando la altimetría ( desniveles de terreno) y planimetría ( todo lo existente en el área del proyecto, como limites, cerco, postes, etc), cabe resaltar que para el levantamiento tiene que tener ayudantes con experiencia ya que si se obvia puntos del terreno no se representaría realmente la superficie del área de proyecto de investigación. Equipo utilizado: Estación Total Marca leica modelo TS06 de precisión 1”

Figura 10 Recolección de información método convencional

38 Procesamiento de la información Este procedimiento consiste en descargar la data del levantamiento topográfico e insertar los puntos cogo (Lista de puntos con coordenadas este, norte, elevación y descripción) al software Autocad Civil 3D y clasificar los puntos mediante sus nomenclaturas, una vez clasificados se realizó la generación de la superficie por el método Triangule irregular network (TIN) que es una red irregular de triángulos que consiste en unir todos los puntos formando triángulos, de esta manera se generó las curvas de nivel, finalmente se vectoriza toda la planimetría existente en la zona. Para el procesamiento en el software se siguió el siguiente procedimiento: Importación de puntos cogo Clasificación de puntos Generación de superficie Modelado y corrección de triangulación de la superficie (Flip) Generación y vectorización de la planimetría

Figura 11 Triangulación y curvas de nivel

39 Figura 12 Vectorización de la Planimetría

Elaboración de Planos Topográficos. Se han obtenido los siguientes productos digitales como curvas de nivel, la planimetría y modelo 3d de la superficie TIN, luego con esta información se generarán los planos topográficos de planta, perfil y secciones transversales. En los anexos se adjunta los planos correspondientes. Ver Anexo 5

Figura 13 Plano de planta y perfil longitudinal

Figura 14 Plano de secciones transversales

Personal para levantamiento Para este levantamiento topográfico convencional se ha requerido de los siguientes personales: . 1 Topógrafo . 3 asistentes . 1 Policía o vigilante . 1 chofer

Levantamiento Fotogramétrico con drone Para el método de levantamiento fotogramétrico se ha tomado en cuenta el capítulo 3 de la norma técnica del IGN: “Especificaciones técnicas para el levantamiento fotogramétrico”, La Norma técnica Complementaria (NTC) 001- 2015 emitida por la Dirección general de Aeronáutica Civil (DGAC) que establece los requisitos y limitaciones para la operación de RPAS de uso civil. Tambien se ha considerado los términos de referencia (TDR) de los proyectos viales de Provias Nacional los que autorizan utilizar esta metodología, pero solo de manera complementaria y con los costos a cargo del contratista. Este método de levantamiento fotogramétrico es un método indirecto el cual consiste en utilizar

las fotografías aéreas para la obtener los planos topográficos y luego realizar todas las mediciones requeridas en las fotos, de acuerdo a los procedimientos y lineamientos se establece el siguiente flujograma:

Figura 15 Flujograma Método Fotogramétrico con drone

Reconocimiento de la zona del proyecto

Planeamiento de Vuelo

CAMPO Georeferenciación

Establecimiento de puntos de fotocontrol

Vuelo y recolección de data (fotos)

procesamiento de imagenes tomadas GABINETE

Obtención de los productos digitales

Reconocimiento de las Zona del proyecto Este proceso consistió primero realizar un reconocimiento por el google earth y luego ir a la zona de estudio para contrastar e identificar las características del terreno, clima, viento, altura de colinas o edificios. alternativas de la zona de despegue y las posibles ubicaciones de los puntos de fotocontrol.

Planeamiento de vuelo Con los datos del reconocimiento de la zona del proyecto y la utilización de las aplicaciones Windy y Magnetology para informaciones del viento y la previsión

de tormentas geomagnéticas respectivamente, recién se pudo planificar el vuelo, y para la planificación se utilizó la aplicación DJI GS PRO. Se definió el área a levantar el cual debe cubrir la zona del proyecto y se configuro ciertos parámetros como la altitud de vuelo que fue de 80 m con un GSD de 2.2 cm/ pixel, los traslapes longitudinales y transversales según los lineamientos del IGN para relieve ondulados recomiendan 65% y 25% respectivamente, pero para mejorar la precisión a este proyecto de investigación se realizado un traslape longitudinal y transversal de 75 y 70% respectivamente, estas configuraciones se muestran en los gráficos 16 y 17. Se realizó 4 vuelos fotogramétricos divididos en tramos 1, 2, 3 y 4.

Figura 16 Configuración Velocidad, altura del Plan de Vuelo

Figura 17 Configuración traslapes, área, ruta del Plan de Vuelo

De forma similar se configuraron todos los vuelos de los tramos 2,3 y 4, de forma general se muestran todos los vuelos en la figura 22.

Georeferenciación Se estableció dos puntos de control GNSS para dar ubicación real enlazado a la Red geodésica Nacional en Coordenadas UTM Sistema WGS84, de estos puntos que son GPS 1 y GPS 2 se inicia para medir los puntos de apoyo fotogramétrico o los puntos de fotocontrol que están distribuido uno por la margen derecha y otra por la izquierda en toda el área del levantamiento de la Av. Ferrocarril.

44 Tabla 7 Coordenadas de los puntos de Fotocontrol

Punto Este Norte Elevación FTC1 293397.78 8648143.2 98.6341 FTC2 293535.315 8648083.28 95.374 FTC3 293804.18 8647987.94 92.1085 FTC4 293661.749 8648050.6 96.5963 FTC5 293889.55 8647964.71 91.4689 FTC6 293993.61 8647954.33 91.2694 FTC7 294119.616 8647917.23 89.698 FTC8 294261.609 8647981.29 87.515 FTC9 294382.503 8648052.34 84.4883 FTC10 294720.035 8648141.8 78.2314 FTC11 294514.886 8648078.33 81.7028 FTC12 294610.621 8648117.04 78.8089 FTC13 294832.263 8648137.11 75.399 FTC14 294923.113 8648113.42 70.3654 FTC15 295000.417 8648196.24 71.6645 FTC16 295038.14 8648239.07 71.78 FTC17 295073.122 8648323.07 69.9034 FTC18 295171.485 8648390.88 73.3011

Para los puntos de fotocontrol se utilizaron las dianas las cuales tienen mayor contraste para su identificación en las fotos tomadas.

Figura 18 Medición de los puntos de fotocontrol

45 Figura 19 Distribución de puntos de fotocontrol

Vuelo y recolección de data (fotos) Aquí se inicia el despegue del drone el cual se eleva a la altitud planeada e inicia su recorrido por la línea de vuelo configurada tomando las fotos y abarcando la toda área de investigación. En esta sección según la NTC se tiene que mantener una operación con visibilidad directa visual y en proximidades de personas u obstáculos tener una separación vertical de 20 m y horizontal de 30m.

Figura 20 Despegue del drone

46 Figura 21 Planes de vuelo

Figura 22 Fotografías tomadas con el drone

47 Proceso de imágenes tomadas En este proceso se insertaron todas las fotos al programa Agisfot photoscan y se siguió el siguiente procedimiento:

. Orientación de fotos . Creación de nube de puntos . Importación y ajuste de los puntos de fotocontrol . Creación de malla de la nube de puntos . Creación del modelo digital de elevaciones . Creación del orto mosaico

Luego de realizar los procedimientos se emite un informe de calidad, el cual se muestra el resultado de los errores del ajuste comparados con los puntos de fotocontrol que se tomaron en campo.

Tabla 8 Resultados del programa Agisoft Photoscan

Error (Y) Error Z Nombre Error (X) (cm) Total (cm) (cm) (cm) FTC1 -0.813178 -2.31744 -2.95146 3.83965 FTC2 0.298512 0.10892 1.26311 1.30247 FTC3 2.54495 1.79931 -1.18137 3.33316 FTC4 1.13024 -0.909243 3.90069 4.16168 FTC5 -0.884474 2.77785 0.162405 2.91978 FTC6 -1.08889 2.64659 2.37648 3.71992 FTC7 -2.41563 -0.933728 -2.50496 3.60305 FTC8 -0.20731 -1.73846 0.377082 1.79093 FTC9 -0.70861 -1.00919 -1.47878 1.92545 FTC10 -0.930268 -0.024295 0.5172 1.06465 FTC11 0.664985 -3.53124 -1.33589 3.8336 FTC12 -0.276622 0.785862 -1.17401 1.43959 FTC13 1.22423 2.17188 2.18883 3.31765 FTC14 2.2129 2.36885 0.66428 3.30902 FTC15 -0.652946 0.136893 0.119814 0.677815 FTC16 0.110317 -0.960952 -0.767998 1.23508 FTC17 -0.575508 -1.50176 -1.42914 2.15149 FTC18 0.367512 0.133333 1.26503 1.32407 Total 1.19111 1.75929 1.73373 2.7422

48 Una vez obtenidos los errores y tomando como referencia las especificaciones técnicas del IGN y los TDR de proyectos para los errores permitidos la fórmula 0.2*E/1000 siendo E= Escala del plano. Los TDR solicitan escalas en Horizontal y vertical tenemos que para la escala 1/500 y 1/400 los cuales se calcula un error permitido de 0.10 cm y 0.08 cm respectivamente. Comparando con nuestros resultados estamos dentro de la tolerancia.

Tabla 9 Coordenadas de los puntos de Fotocontrol después del proceso

Punto Este Norte Elevación FTC1 293397.772 8648143.177 98.605

FTC2 293535.318 8648083.281 95.387

FTC3 293804.205 8647987.958 92.097

FTC4 293661.760 8648050.591 96.635

FTC5 293889.541 8647964.738 91.471

FTC6 293993.599 8647954.356 91.293

FTC7 294119.592 8647917.221 89.673

FTC8 294261.607 8647981.273 87.519

FTC9 294382.496 8648052.330 84.474

FTC10 294720.026 8648141.800 78.237

FTC11 294514.893 8648078.295 81.689

FTC12 294610.618 8648117.048 78.797

FTC13 294832.275 8648137.132 75.421

FTC14 294923.135 8648113.444 70.372

FTC15 295000.410 8648196.241 71.666

FTC16 295038.141 8648239.060 71.772

FTC17 295073.116 8648323.055 69.889

FTC18 295171.489 8648390.881 73.314

Productos entregables Como productos digitales el método fotogramétrico con drone se obtuvo el modelo digital de elevaciones, la ortofoto o también llamada Ortomosaico y finalmente se generó una nube de puntos.

49 De estos productos los utilizados para el levantamiento topográfico son la nube de puntos y la ortofoto las cuales ayudaran con planimetría y altimetría para el plano topográfico. Figura 23 Nube de puntos

Figura 24 Modelo Digital de Elevaciones

Figura 25 Ortofoto

50 Personal para levantamiento Fotogramétrico . 1 Topógrafo - Piloto acreditado de RPAS . 1 Asistente . 1 chofer

Evaluación de Costos

Se evaluó también la eficiencia de los métodos en cuanto a costos y tiempo empleado para la realización del levantamiento topográfico. Para el método convencional con estación total tenemos:

Tabla 10 Costos Mano de Obra del método Convencional

Subtotal Personal Unid cantidad Jornal (S/.) (S/.)

Topógrafo día 2.5 150.00 375.00 Geodesta día 1 150.00 150.00 Ayudante día 2 80.00 160.00 1 Ayudante día 2 80.00 160.00 2 chofer día 2 60.00 60.00 vigilante día 2 70.00 80.00 dibujante día 2 100.00 100.00 Total 1085.00

Tabla 11 Costos de equipos del método convencional

Equipo Unid Cantidad Alquiler / dia Subtotal (S/.) Estación Total día 2 150.00 300.00 Gps diferencial dia 1 200.00 200.00 Nivel electrónico día 1 50.00 50.00 Radios Motorola día 2 10.00 20.00 Auto día 2 80.00 160.00 Software Civil 3d día 2 50.00 100.00 Sofware TBC día 1 50.00 50.00 Total 880.00

51 Tabla 12 Costos de materiales del método convencional

Materiales Unid Cantidad Pu(S/.) Subtotal (S/.) Pintura glb 1 10.00 10.00 corrector glb 2 4.00 40.00 Total 50.00

Tabla 13 Tiempos empleado del método Convencional

Levantamiento Método Convencional Etapas horas Reconocimiento del area del proyecto 2.00 Georeferenciación 8.00 Campo Establecimiento de Poligonal Nivelación de BMS tanto de la poligonal abierta 8.00 Recolección de datos planimétricos y altimétricos 16.00 Procesamiento de la data de información 8.00 Gabinete Elaboración de planos topográficos 2.00 TOTAL 44.00

Para el método fotogramétrico con drone tenemos: Tabla 14 Mano de Obra método fotogramétrico

Personal Unid cantidad Jornal(S/.) Subtotal (S/.) Topógrafo - Piloto drone día 1 150.00 150.00 Ayudante día 1 80.00 80.00 chofer día 1 60.00 60.00 vigilante día 1 70.00 70.00 dibujante día 1 100.00 100.00 Total 460.00

Tabla 15 Equipos del método fotogramétrico

Equipo Unid Cantidad Alquiler / dia Subtotal (S/.) Estación Total día 1 150.00 150.00 Gps diferencial dia 1 200.00 200.00 Drone día 1 100.00 100.00 Agisoft Photoscan día 2 50.00 100.00 Sofware civil 3d día 1 50.00 50.00 Total 600.00

52 Tabla 16 Materiales del método fotogramétrico

Materiales Unid Cantidad Pu(S/.) Subtotal (S/.)

Pintura glb 1 10.00 10.00 corrector glb 2 4.00 8.00 dianas glb 18 4.00 72.00 Total 90.00

Tabla 17 Tiempo empleado del método fotogramétrico

Levantamiento Método Fotogramétrico

Etapas horas

Reconocimiento del area del proyecto 1.00

Planeamiento de vuelo 0.50

Campo Georeferenciacion 4.00 Establecimiento de puntos de fotocontrol

Vuelo y recolección de data 2.00

Procesamiento de la data de información 16.00 Gabinete Elaboración de planos topográficos 8.00

TOTAL 31.50

53 3.6 Método de análisis de datos

Mancilla (2013) La estadística es una rama de las matemáticas aplicada que surgió por la necesidad concreta que el hombre tiene de conocer la resolución de problemas relacionados con la recolección, procesamiento, análisis e interpretación de datos numéricos cuyo conocimiento le permitirá tomas decisiones acertadas reciente

Sánchez (2015) La prueba t-Student se fundamenta en dos premisas; la primera: en la distribución de normalidad, y la segunda: en que las muestras sean independientes. Permite comparar muestras, N ≤ 30 y/o establece la diferencia entre las medias de las muestras. El análisis matemático y estadístico de la prueba con frecuencia se minimiza para N > 30, utilizando pruebas no paramétricas, cuando la prueba tiene suficiente poder estadístico.

En la presente investigación se ha realizado un análisis cuantitativo El método de procesamiento de la hipótesis referente a la precisión se analizó con la técnica estadística T- student, teniendo en consideración el 95% de confiablidad como también se utilizan las técnicas estadísticas descriptivas comparativas.

3.7 Aspectos éticos

El informe de investigación se realizó respetando la originalidad de los autores que han sido mencionados para la elaboración de este informe de investigación, se realizó con total transparencia el uso de información, los softwares utilizados que son dos el agisoft photoscan se utilizan en modo prueba y el AutoCAD civil es la versión Educacional.

54 IV. RESULTADOS

55 En la presente investigación se presentan los resultados de cada método topográfico (convencional y fotogramétrico). Se muestra de acuerdo a orden de los objetivos. Respecto a la precisión aplicamos la técnica estadística t-student para dos muestras Se planteó las hipótesis:

H0 = No Existe Diferencia significativa en las precisiones del método fotogramétrico y convencional

H1 = Existe diferencia significativa en las precisiones del método fotogramétrico y convencional

H0 = Hipótesis Nula

H1 = Hipótesis Alterna

El nivel de significancia es α = 0.05

Para la verificación de la prueba de la normalidad y la igualdad de varianza utilizamos el software SPSS Statistics 25 analizaremos para las coordenadas X, Y y Z.

Tabla 18 Resultados de pruebas de normalidad con SPSS

Pruebas de normalidad

Kolmogorov-Smirnova Shapiro-Wilk Método Estadístico gl Sig. Estadístico gl Sig.

Convencional ,115 18 ,200* ,939 18 ,278 X Fotogramétrico ,115 18 ,200* ,939 18 ,278

Convencional ,156 18 ,200* ,952 18 ,461 Y Fotogramétrico ,156 18 ,200* ,952 18 ,461

Convencional ,133 18 ,200* ,919 18 ,126 Z Fotogramétrico ,132 18 ,200* ,919 18 ,126

Se verifica que el nivel de significancia de los resultados evaluados para coordenadas X, Y y Z >0.05 por lo tanto las variables de comparación se comportan normalmente.

56 Tabla 19 Resultados de pruebas de igualdad Varianza con SPSS

Prueba de Igualdad de Varianza

Prueba de Levene de igualdad prueba t para la de varianzas igualdad de medias

F Sig. t gl

Se asumen varianzas ,000 1,000 ,000 34 iguales X No se asumen varianzas ,000 34,000 iguales

Se asumen varianzas ,000 1,000 ,000 34 iguales Y No se asumen varianzas ,000 34,000 iguales

Se asumen varianzas ,000 1,000 ,000 34 iguales Z No se asumen varianzas ,000 34,000 iguales

Verificamos que el nivel de significancia de la Prueba de Levene para la igualdad de varianza es >0.05 por lo tanto las varianzas son iguales

Tabla 20 Resultados de pruebas T con SPSS

Prueba de muestras independientes

prueba t para la igualdad de medias

95% de Diferencia de intervalo de Diferencia de Sig. (bilateral) error confianza de medias estándar la diferencia Inferior

Se asumen varianzas 1,000 ,000000 191,457615 -389,088688 iguales X No se asumen varianzas 1,000 ,000000 191,457615 -389,088688 iguales

Se asumen varianzas 1,000 -,000002 42,254941 -85,872374 iguales Y No se asumen varianzas 1,000 -,000002 42,254941 -85,872374 iguales

Se asumen varianzas 1,000 -,000006 3,285297 -6,676533 iguales Z No se asumen varianzas 1,000 -,000006 3,285297 -6,676533 iguales

57 El valor de la significancia para la prueba t-student de los valores de X, Y y Z > 0.05, por lo tanto, se acepta H0 y se rechaza H1

Interpretación

Los resultados estadísticos para un nivel de significancia del 5% se obtiene que No Existe una diferencia significativa entre la media de las coordenadas en X, Y y Z de los métodos fotogramétrico y convencional. Por lo tanto, el método fotogramétrico garantiza similar precisión.

Con respecto al siguiente objetivo es verificar y comparar la eficiencia, se muestra los resultados obtenidos en costos de trabajo.

Tabla 21 Costo Trabajo Total

Costo de trabajo Costo (S/.) Método Convencional 2015.00 Metodo Fotogramétrico 1150.00

Figura 26 Costo Trabajo

Costo (S/.)

2015.00 2500.00

2000.00 1150.00 1500.00

1000.00

500.00

0.00 Método Convencional Metodo Fotogramétrico

Tabla 22 Tiempo de trabajo en Campo

Trabajo de Campo Tiempo (h) Método Convencional 34.00 Metodo Fotogramétrico 7.50

58 Figura 27 Tiempo de trabajo en campo

Campo - Tiempo (h)

34.00

35.00 30.00 25.00 20.00 7.50 15.00 10.00 5.00 0.00 Método Convencional Metodo Fotogramétrico

Tabla 23 Tiempo de trabajo en Gabinete

Trabajo de Gabinete Tiempo (h) Método Convencional 10.00 Metodo Fotogramétrico 24.00

: Figura 28 Tiempo de Trabajo en gabinete

Gabinete - Tiempo (h)

24.00

25.00

20.00

15.00 10.00

10.00

5.00

0.00 Método Convencional Metodo Fotogramétrico

59 Tabla 24 Tiempo Total del trabajo

Método Topográfico Tiempo Total (h) Método Convencional 44.00 Método Fotogramétrico 31.50

Figura 29 Tiempo Total del trabajo

Tiempo Total (h)

44.00

45.00 31.50 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 Método Convencional Metodo Fotogramétrico

Interpretación

Se obtuvo los costos de cada método de cual se obtuvo que el método fotogramétrico es menor en un 42.92%, y con respecto al tiempo empleado el método fotogramétrico sigue siendo menor en un 28.40 % con lo cual se comprueba que el método fotogramétrico es más eficiente.

Finalmente verificamos si hay diferencia en los resultados de los productos digitales de cada método, para el método convencional se obtuvo:

. Plano Topográfico de la planimetría y altimetría . Perfiles y secciones transversales. . Modelado en 3d (TIN)

Figura 30 Plano Topográfico – Método convencional

Figura 31 Modelo 3d – Método Convencional

Con respecto a los productos digitales de cada del método fotogramétrico se obtuvo lo siguiente:

. Altimetría (curvas de nivel) . Modelo Tridimensional a color (MDT, MDS) . Planimetría (Ortofoto)

Figura 32 Malla 3d – Método Fotogramétrico

Figura 33 Curvas de nivel – Método Fotogramétrico

Figura 34 Ortofoto

62 Interpretación

Se realizó el análisis comparativo de los productos los cuales se verifica que hay diferencia ya que para la elaboración de los planos topográficos el método fotogramétrico tiene mayor información, mayor detalle planimétrico, como también un mejor modelado de la superficie, pero los planos topográficos son realizados en civil 3d que es un software comercial para el diseño.

63 V. DISCUSIÓN

64 Se realizó las comparaciones de resultados de ambos métodos de levantamiento topográfico y finalmente la comparación, así como también la discusión con los estudios previos.

El resultado del presente informe de investigación en cuanto a la precisión se obtuvo que no hay una diferencia significativa solo centímetros los que fueron semejantes a los resultados de los estudios de Pedraza (2019), Cabada (2019), Santa María (2019), Hilario (2015), Jiménez, Magaña, & Soriano Melgar (2019) quienes encontraron diferencias de 0.03 m, milimétricas, similares, centimétricas con un 95% de confianza y similitud en centímetros respectivamente. Para este estudio se aplicó los procedimientos y recomendaciones de tesis, conjuntamente con los libros y manuales por ende se obtuvo resultados similares con errores en Coordenadas X, Y de aproximadamente 2 cm y en la elevación aproximadamente 3 cm.

Los resultados del presente informe en cuanto a la eficiencia del método respecto a costos y tiempo del levantamiento topográfico se obtuvieron que el fotogramétrico es de menor costo y menor tiempo los que fueron semejantes al estudio Cabada (2019), Santa María (2019), Hilario (2015), Jiménez, Magaña, & Soriano Melgar (2019) que obtuvieron como resultado la eficiencia del método fotogramétrico, sin embargo los resultados del estudio fueron diferentes al estudio de Pedraza (2019) el cual obtuvo que le método convencional se realiza con menor costo y menor tiempo. Para el informe de la presente investigación en cuanto a los costos se tomó como referencia algunas cotizaciones en el mercado actual y con respecto al tiempo se tomados apuntes de los tiempos respecto al flujograma presentado.

El resultado del presente informe de investigación respecto a los productos digitales obtuvo los modelos digitales de elevación, ortofotos y nube de densa que fueron semejantes al estudio de Collazos (2018) quien obtuvo modelos digitales de elevación generados a partir de la nube de puntos y una ortofoto con alta calidad para la precisión en cálculos de volúmenes.

65 VI. CONCLUSIONES

66 Las conclusiones de la investigación fueron las siguientes:

1. Para la evaluación del análisis de la precisión del levantamiento fotogramétrico se tomaron como puntos de control de calidad a 18 puntos que están distribuidos de manera equitativa en todo el área del tramo de estudio de la Av. Ferrocarril, fueron medidos en campo en coordenadas (este, norte y elevación), los mismos puntos se eligieron como puntos de apoyo fotogramétrico o puntos de fotocontrol con codificación FTC, luego del proceso de gabinete se obtuvo los siguientes errores respecto a los 18 puntos de verificación de calidad, el promedio en la coordenada X = 1.19 cm, Y= 1.76 y en Z= 1.73 cm. Loa errores obtenidos se encontraron dentro las tolerancias de error según las especificaciones técnicas del IGN y los libros de topografía, finalmente se aplicó la prueba estadística T – student para dos muestras con lo cual obtuvimos como resultado que la diferencia no es significativa con un nivel de confianza del 95%.

2. Se realizó el análisis de la eficiencia en cuanto costos y tiempo empleado, los costos generados para el convencional y fotogramétrico fueron de 2015.00 soles y 1150.00 soles respectivamente donde fotogramétrico con drone es menor significativamente en un 42.92% por se estimó los costos unitarios por km, que resulto 1007.50 soles para el convencional y 575.00 para el fotogramétrico, cabe resaltar que los costos en el método convencional se comporta de manera lineal ya que los costos y el área a levantar son directamente proporcionales mientras pero para el fotogramétrico se comporta inversamente proporcional a mayor área menor es el costo. Respecto al tiempo empleado se dividió en dos etapas: la primera que es de campo donde tiene una ventaja el fotogramétrico ya que es menor en 78% pero en la etapa de gabinete es mayor el tiempo en un 58%. En el tiempo total empleado el fotogramétrico sigue siendo menor pero ligeramente en un 28.40%. Se concluye que el método fotogramétrico con drone es más eficiente

67 3. Se realizó los análisis comparativos descriptivo de los productos digitales obtenidos por los diferentes métodos, para el convencional se obtuvo los curvas de nivel, modelo TIN 3d y la representación del plano topográfico en planta, perfil y secciones transversales, en cuanto al método fotogramétrico se obtuvo fotografías de alta resolución, ortofoto, nube de puntos y el modelo digital de elevaciones, se concluye que con el método fotogramétrico obtiene mayor información topográfica, como también detalla mejor el relieve del terreno, abarca mayor área para los levantamientos, pero para la representación en planos utiliza necesariamente el autocad civil 3d ya que es un formato más comercial y manipulable para iniciar diseños.

4. Los trabajos realizados para los dos métodos se ha considerado las normas, especificaciones técnicas y libros de procedimientos topográficos con lo cual se aseguró el procedimiento correcto, los resultados son específicamente para este tipo de vía y ciertas características como clima favorable, terreno semiplano, con terrenos industriales en los alrededores y poca vegetación. Se revisó los TDR de algunos proyectos de PROVIAS las cuales solicitan para los planos topográficos una escala 1/500 y 1/400 en horizontal y vertical respectivamente. Con estos requerimientos la presente investigación obtuvo como resultado que el método fotogramétrico está dentro de la tolerancia y se comprobó que obtuvo similar precisión, mayor eficiencia y mejores productos digitales que el convencional. Cabe resaltar que el método fotogramétrico con drones no reemplaza al método convencional ya que solo es utilizado en la parte inicial de los proyectos por lo tanto solo complementa ya que también tiene algunas restricciones a continuación se detalla en un análisis FODA.

68 Tabla 25 Análisis FODA de Método Fotogramétrico

DEBILIDADES (-) AMENAZAS (-) 1 Baterias 1 Condicion climática 2 solo para levantamientos 2 Estructuras existentes, torres de alta tensión 3 zonas de vegetacion 3 No es dinámico para modificaciones 4 Puntos de apoyo fotogrametrico 4 horario de vuelo 5 requerimiento del sofware 5 6 intercambio de archivos 6 7 no se mapea lo que no se puede ver 7 8 Licencias de pilotos 8 OPORTUNIDADES (+) FORTALEZAS (+) 1 Nube de puntos 1 Ampliacion a diversos sectores 2 Modelo 3d a colores 2 Rendimiento 3 curvas de nivel 3 Zonas inaccesibles 4 MDE -MDS-MDT 4 videos filmaciones 5 Entregables adicionales 5 supervisiones 6 Video 6 7 Fotos con buena resolución 7 8 obtiene detalles 8 9 Rendimiento 9

69 VII. RECOMENDACIONES

70 Las recomendaciones para futuras investigaciones son las siguientes:

1. Se recomienda realizar un buen reconocimiento de terreno y verificar las tolerancias de error permitidas para aplicar la fotogrametría ya que tiene ciertas restricciones y dependerá del tipo de proyecto.

2. Se recomienda realizar los procedimientos de acuerdo a las normativas del Instituto Geográfico Nacional (IGN) y las NTC -2015 de la Dirección Aeronáutica civil (DGAC) para obtener un levantamiento con información de calidad.

3. Se recomienda realizar un análisis comparativo con drones con gps diferencial incorporado las cuales realizan un levantamiento en método rtk ya que son los últimos en tecnología y prescinden de los puntos de foto control, esto mejoraría la eficiencia en cuanto a costos y tiempo de ejecución de trabajo.

4. Se recomienda realizar análisis comparativo de las aplicaciones GS PRO y MAP Pilot para planeamiento de vuelos, ya que GS PRO realiza vuelo a una misma altura y el Map piltot tiene la característica de realizar vuelos siguiendo la superficie de terreno.

5. Se recomienda realizar un análisis de cálculos de volúmenes aplicando diferentes softwares, ya que en los proyectos las partidas más caras con el movimiento de tierras.

6. Se recomienda realizar un análisis para mejorar la calidad de ortofotos ya que en la presente tesis se encontró zonas borrosas y autos fantasma en la zona del levantamiento.

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ANEXOS

78 Anexo 1 Matriz de Operacionalización de Variables

79 Anexo 2 Matriz de Consistencia

80 Anexo 3 Instrumentos de recolección de datos

Anexo 4 Validez y confiablidad de los instrumentos de recolección

Anexo 5 Informes de Procesamiento

Anexo 6 Cálculos de Error de Cierre Poligonal y nivelación Geométrica

98 99 Anexo 7 Planos Topográficos Método Convencional y Fotogramétrico

100 101