Vuelo Fotogramétrico Y Lidar Para Proyecto De Via Conectora De Palma

VUELO FOTOGRAMÉTRICO Y LIDAR

PARA PROYECTO DE VIA CONECTORA DE

- Este documento es solo un extracto del contenido del proyecto- - Resumen publicado por web AEROLASER -

MARZO 2010

______Aerolaser System S.L. Avenida José Mesa y López nº45, Local D4, 35010 Las Palmas de Gran Canaria. Telf. +34 928261451, Fax: +34 928227516. http:\\www.aerolaser.es Aerolaser System S.L. www.aerolaser.es

1. ANTECEDENTES Y ÁMBITO DE TRABAJO

La empresa INSULAR SURVEY SL solicita la realización de un vuelo GNSS-INS con cámara digital y sensor láser para p royecto para el estudio de viales de la vía conectora de Palma de Mallorca. Vuelo fotogramétrico y LIDAR sobre 774 ha de extensión con ancho de 75+75 m. Productos finales: Fotogramas de vuelo, MDT LIDAR obtenido con sistema Aerolaser, ortofotos de 0,1 x 0,1 m y cartografía de restitución a escala 1:1.000.

Fig. 1: Situación general. Baleares: Isla de Mallorca

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2. MEDIOS TÉCNICOS Y MATERIALES

2.1. Sistema AEROLASER

AEROLASER es un sensor aerotransportado que permite la navegación inercial y la toma de fotografías aéreas y puntos láser por barrido. Además se le puede añadir una cámara térmica y otra de vídeo. Su esquema es el siguiente:

v v v v

Este sistema esta compuesto por varios equipos de diferentes fabricantes, pero su integración es parte de un proyecto I+D desarrollado por AEROLASER SYSTEM S.L.

El sistema se compone de los siguientes elementos: Equipo Marca y modelo Finalidad Escáner láser RIEGL LMS-Q240i-60 Obtención de MDT alta resolución Sensor Movimiento IMU iMAR iIMU-FSAS-SI Medida de giros y aceleraciones en los tres ejes de coordenadas

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Cámara fotográfica Hasselblad H3D 39 Fotografía aérea digital de alta digital resolución Cámara térmica NEC TH 9260 Imagen térmica de alta resolución Cámara de vídeo SONY HDR-SR11E Película de vídeo GPS Leica 1200 (GX1230) Posicionamiento geográfico preciso en modo diferencial Unidad estampadora AEROLASER UET Añade tiempo GPS a observaciones IMU. Control de cámara Unidad de potencia y AEROLASER UPC Duplicador PPS y alimentación de control equipos cc PC y programas WINMATE/ITAC Planificación y control de vuelo, almacenamiento de datos y cálculo Periféricos: pantallas WINMATE/XERAC Control PC y navegación piloto Estructura montaje HELIPOD Aerotransporte del sistema avión

Todo el sistema se monta en el interior de una caja certificada para el uso en helicópteros. La antena GPS se instala en la cola del helicóptero, para una mejor recepción de la señal de los satélites.

La caja dispone de una puerta electrónica que se puede abrir y cerrar desde la cabina del helicóptero mediante un mando de diseño específico para AEROLASER. Esta puerta se emplea para evitar el polvo y los posibles impactos de pequeñas piedras durante las maniobras de despegue y aterrizaje de la aeronave.

2.1.1. Unidad de Potencia y Control (UPC)

Esta unidad está desarrollada por AEROLASER y sus funciones son:

• Alimentación eléctrica de equipos.

• Duplicador de señal PPS.

• Encendido/apagado de cámara.

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Alimentación 24 V ImageBank con retardo Control ON/OFF cámara H3D por UET Alimentación 24 V IMU

Entrada 24 V batería /avión

Alimentación 24 V escáner láser

Alimentación 24 V cámara térmica

Alimentación 7,2 V cámara H 3D

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Entrada PPS desde puerto PPS GX 1230

Salida PPS UET

Salida PPS láser

2.1.2. Unidad Estampadora de Tiempos (UET)

Esta unidad desarrollada por AEROLASER tiene las siguientes funciones principales:

• Interface con la IMU: Configuración IMU e introducción de tiempos en los datos de la misma.

• Disparo de cámara a intervalos configurados.

HDLC a la IMU PPS de entrada desde UPC PPS -out Alimentación /Datos: USB al PC Mensaje NEMEA desde GPS-P3

Orden disparo HSB a Remote release cord port de la cámara HB

A UPC-ctr

Evento de disparo de A flash externo cámara cámara al GPS -E1

2.1.3. Unidad de Medida Inercial (IMU)

La unidad de medida inercial es de la casa iMAR, modelo iIMU-FSAS-SI, y posee giróscopos multiplexados de fibra óptica y servo acelerómetros.

El instrumento mide los incrementos angulares de rotación y de velocidad (aceleraciones) de tres ejes ortogonales fijos a su cuerpo. Las señales de salida son digitales, proporcionales a los incrementos de ángulos y velocidades de dichos ejes. Las señales se entregan a petición (triggered

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Los ejes del sensor constituyen un sistema de coordenadas ortogonal a derechas.

Medida Aceleración angular Rango del sensor ± 500 º/s ± 5 g Deriva (σ) < 0,75 º/hr 1 mg Resolución 0,1 arcsec/LSB 0,05 / 2 15 m/s/LSB Error de escala < 0,03% < 0,04% Angular Random Walk 0,16º/√hr 50 µG/√Hz Desalineamiento de < 0,15 mrad ejes Frecuencia de datos 0 – 500 Hz (provocada externamente) Peso 1.870 gr Medidas 116 x 128 x 98 mm

2.1.4. GNSS

El posicionamiento preciso del sistema AEROLASER se consigue con dos GPS, uno de ellos embarcado en la aeronave, llamado móvil, y el otro en tierra, llamado base. El móvil está dotado

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El equipamiento GPS está compuesto de los siguientes elementos:

• GX1230 GG: Receptor GPS – GLONASS.

• AX1202 GG: Antena.

• GFU14-1 Satelline 3AS radio módem.

• Antena de radio Gainflex.

• RX1210T: Controlador (libreta) con pantalla táctil.

El receptor GX 1230 GG es un receptor de doble frecuencia con tecnología SmartTrack+.

L1 L2 GPS Fase portadora, código Fase portadora, código C (L2C) y C/A código P2 GLONAS Fase portadora, código Fase portadora, código P2 S C/A

Hace seguimiento continuo en 14 canales L1 y L2 (GPS), seguimiento continuo en 12 canales L1 y L2 (GLONASS). Dispone de 2 canales para seguimiento SBAS.

La utilización conjunta de las constelaciones NAVSTAR y GLONASS puede suponer una mejora del 30% en la precisión.

Medida fase Estático Cinemático Líneas base diferencial Horizontal Vertical Horizontal Vertical Normales 5 mm + 0,5 ppm 10 mm + 0,5 ppm 10 mm + 1 ppm 20 mm + 1 ppm Posproceso Largas 3 mm + 0,5 ppm 6 mm + 1 ppm Tiempo real 5 mm + 0,5 ppm 10 mm + 0,5 ppm 10 mm + 1 ppm 20 mm + 1 ppm

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La precisión depende de varios factores, incluyendo el número de satélites rastreados, la geometría de la constelación, el tiempo de observación, la precisión de las efemérides, las perturbaciones ionosféricas, el efecto multitrayectoria y las ambigüedades resueltas.

Las siguientes precisiones, indicadas como error medio cuadrático, están basadas en mediciones procesadas empleando LGO y en mediciones en tiempo real.

2.1.5. Cámara digital Hasselblad

La cámara es de la casa HASSELBLAD, modelo H3D-39. Es una cámara réflex digital (DSLR) de 48 mm y 39 megapíxeles, que va equipada con dos objetivos también HASSELBLAD: HC 3,5/35 y HC 3,5/50 de 35 y 50 mm de distancia focal, respectivamente. Las imágenes se graban en formato comprimido sin pérdida 3FR (3F RAW) que obtiene una reducción del 33%, aproximadamente.

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Las características principales de la cámara son las siguientes:

Dimensiones del 36,8 x 49,1 mm sensor Resolución del sensor 5.412 x 7.212 píxeles (39 Mpíxeles) Tamaño píxel 0,0068 mm Tamaño imagen 3FR: 55 MB de media TIFF 8 bits: 111 MB Profundidad de color 16 bits Gama ISO 50, 100, 200, 400 Velocidad de De 32 seg a 1/800 seg obturación Velocidad de captura 2 seg (30 disparos/min) Peso 2.175 g Dimensiones externas 153 x 131 (ancho x alto sin obj.) Filtro IR Montado en el sensor CCD

2.1.6. Escáner láser

La unidad láser utilizada es de la casa RIEGL, modelo 2D LASER SCANNER LMS-Q240(i). Utiliza el principio de medida del tiempo de retorno de un pulso y un mecanismo de barrido opto mecánico, consiguiendo líneas de barrido totalmente lineales, unidireccionales y paralelas.

La reflexión del rayo láser se lleva a cabo mediante un polígono rotatorio con tres caras reflectivas.

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Este rota de forma continua a la velocidad que se ajuste dentro de un ángulo de 60º. La información obtenida de distancia, ángulo, amplitud de la señal y tiempo se transmite vía lan ethernet a un PC.

Está preparado para aceptar el pulso de reloj de un GPS, generalmente a 1 pps. Este pulso reinicia el reloj interno, sincronizando ambos aparatos.

Sus características principales son las siguientes:

Alcance: blancos naturales, ρ ≥ 20%: 320 m blancos naturales, ρ ≥ 80%: 650 m Alcance mínimo 2 m Caras de espejo 4 Precisión medida 20 mm ± 20 ppm Resolución medida 5 mm Láser PRR (Pulse Repetition Rate) 30.000 Hz Frecuencia efectiva de medida 10.000 Hz Longitud de onda del láser Infrarrojo cercano Divergencia del rayo 2,7 mrad Rango barrido ± 30º. Total 60º Frecuencia de barrido 6 a 80 líneas/seg Variación del ángulo de barrido De 0,04º a 0,48º entre disparos láser Resolución angular 0,005º Dimensiones 180 x 374 mm (diámetro x largo)

El láser se configura a través de las órdenes que le envía un programa. Uno de los valores más importantes es el de paso de ángulo que puede estar entre 0,04º y 0,48º. Hay que tener en cuenta que la frecuencia de pulso es fija, 30 kHz, y que de la cara de cada espejo se aprovecha

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únicamente la tercera parte. Por lo tanto en cada barrido podemos tener entre 1.501 y 126 puntos láser. Para los valores mínimo y máximo de paso de ángulo, el número de líneas está entre 6,7 y 80 por segundo. Cuanto menor es el incremento de ángulo, menor número de líneas. La separación de los puntos en cada línea de barrido viene dada por la altura de vuelo. Así mismo, la distancia entre líneas de barrido viene dada por la velocidad del avión.

2.1.7. PC

El PC es de tipo reforzado, con carcasa de aluminio y preparado para operar en condiciones difíciles. Es de la marca WINMATE, modelo BOX PC I370 SB7-112.

Sus características principales son:

Característica Valor Temperatura operativa 0º – 50º C Humedad operativa 30% - 90% Alimentación +12 V DC Consumo 5 A Procesador Intel Core 2 Duo, 1,6 Mhz RAM 2 GB Disco duro 160 GB USB panel frontal 2 USB panel posterior (pp) 4 RJ-45 (pp) 2 PS/2 (pp) 2 RS-232 9p (pp) 3 RS-232/422/485 9p (pp) 1 VGA 25p (pp) 1 DVI-D (pp) 1 DC-IN Power Jack (pp) 1 Firewire (pp) 2

Las conexiones del PC son las siguientes:

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Control táctil pantalla técnico

2 Firewire Ethernet a láser

Vídeo pantalla piloto

Ventilador

Alimentación 12 V de UPC USB de la UET

Mensajes GPS del puerto P 2 Vídeo pantalla táctil técnico

El control se lleva a cabo por medio de una pantalla táctil y además hay una pantalla auxiliar para el piloto con los datos básicos de posicionamiento y altura mediante navegación GPS, ejes de vuelo y rumbo, distancia y desplazamiento respecto a ellos. Todo ello por medio de la aplicación AEROLASER.

Las dos pantallas son transflectivas, de forma que se asegura una visualización adecuada en todo tipo de condiciones de luz. Además, la pantalla del técnico tiene control táctil, permitiendo el manejo de la aplicación tocando sobre la misma.

Las características principales de las pantallas son:

Característica Técnico Piloto Marca WINMATE XENARC Modelo R15T600-CHC5 706TSA Tamaño 15'' 7'' Alimentación 12 V Resolución 1024 x 768 800 x 480

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Pantalla para el piloto

Pantalla para el técnico de vuelo

2.1.8. Programa de control

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El programa AEROLASER es una aplicación desarrollada por AEROLASER SYSTEM SL.

Esta aplicación es la responsable de integrar todos los componentes del sistema AEROLASER, además de sincronizar, recopilar y almacenar los datos, así como mostrar la navegación y sus derivas.

Entre sus principales funciones;

• Adquirir datos GPS Leica 1230 GG, y mostrar la navegación en tiempo real.

• Adquirir datos de IMU iMar, sincronizados por el PPS y servidos a través de la unidad UET.

• Adquirir datos del escáner láser de RIELG, sincronizados sus datos a través del PPS.

• Adquirir datos de cámara Hasselblad, sincronizados sus datos a través de la UET.

Entre las principales utilidades dispone de:

• Panel de configuración.

• Descripción de las desviaciones de trayectoria.

• Estado de los distintos componentes.

• Plano de navegación.

• Perfil del terreno.

2.2. Plataforma Aérea

AEROLASER AIR , sistema aerotransportado de cartografía aérea sobre aeronave VULCANAIR OBSERVER o sobre HELICÓPTERO ROBINSON 44. Aviones seguros, estables, gran campo visual, ideales para observación y fotografía aérea. Dos motores de 200 CV proporcionan gran estabilidad y seguridad en núcleos de población.

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3. Muestra de algunos de los resultados

* Ejemplo de ortofoto del proyecto de 0,10 m. de resolución.

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Índice de contenido

1. ANTECEDENTES Y ÁMBITO DE TRABAJO...... 2

2. MEDIOS TÉCNICOS Y MATERIALES...... 3 2.1. Sistema AEROLASER...... 3 2.1.1. Unidad de Potencia y Control (UPC)...... 4 2.1.2. Unidad Estampadora de Tiempos (UET)...... 6 2.1.3. Unidad de Medida Inercial (IMU)...... 6 2.1.4. GNSS...... 7 2.1.5. Cámara digital Hasselblad...... 9 2.1.6. Escáner láser...... 10 2.1.7. PC...... 12 2.1.8. Programa de control...... 14 2.2. Plataforma Aérea...... 15 3. Muestra de algunos de los resultados ...... 16

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