CHC Navigation LiDAR aerotransportado para la topografía de carreteras Mejora de la productividad y la eficacia

La topografía de carreteras es un componente clave del desarrollo y mantenimiento de infraestructuras. A medida que la gestión de las carreteras se digitaliza cada vez más, los métodos tradicionales de topografía se enfrentan a numerosos retos en términos de eficacia, precisión y seguridad. El aumento significativo de la densidad de datos y la puntualidad exige soluciones avanzadas. Los levantamientos LiDAR aerotransportados de alta resolución responden a estas necesidades proporcionando datos detallados y precisos para la extracción de activos, la planificación del mantenimiento y la actualización de bases de datos a medida que cambia la infraestructura viaria.

• Extracción de activos: La precisión de los datos es fundamental para identificar y catalogar activos como señales, barreras y postes de servicios públicos a lo largo de las carreteras. Según un estudio de la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), una gestión precisa de los activos puede reducir los costes de mantenimiento hasta en un 20% anual.

• Mantenimiento preventivo: Una información precisa y actualizada ayuda a planificar y ejecutar las actividades de mantenimiento para evitar el deterioro de las infraestructuras. La Administración Federal de Carreteras (FHWA) informa de que el mantenimiento proactivo puede alargar la vida de las infraestructuras viarias entre un 25% y un 30%.

• Mantenimiento de la base de datos: Las actualizaciones periódicas garantizan que la base de datos de activos refleje las condiciones actuales, evitando la obsolescencia de los datos que puede dar lugar a ineficiencias y mayores costes. Los estudios de Geospatial World indican que entre el 15% y el 25% de los datos SIG quedan obsoletos cada año si no se actualizan periódicamente, lo que puede dar lugar a errores y a un aumento de los costes operativos.

Un dron CHCNAV BB4 despega

En este boletín, exploramos cómo un ecosistema LiDAR aerotransportado completo puede acelerar el proceso de inspección de carreteras y analizamos los pasos necesarios para llevar a cabo estas inspecciones de forma eficaz.

¿Qué funciones desempeñan los topógrafos en los proyectos de carreteras?

La topografía para proyectos de carreteras incluye tareas necesarias para el éxito y la seguridad de la construcción y el mantenimiento de carreteras. Los topógrafos cartografían con precisión el terreno, generan secciones transversales y perfiles longitudinales y estiman los volúmenes de movimiento de tierras. Los métodos tradicionales, aunque eficaces hasta cierto punto, a menudo se quedan cortos en términos de eficiencia operativa.

El levantamiento topográfico preliminar es la primera fase de la topografía de construcción de carreteras, diseñada para recopilar datos para la planificación y la toma de decisiones.

• Identificación de los límites del proyecto: Establecer la extensión del proyecto y delimitar la zona para el estudio detallado.
• Evaluación de las redes viarias existentes: Evaluación de la infraestructura viaria actual, si procede.
• Evaluación del terreno y las características geográficas: Comprensión del paisaje, incluidas la elevación, la topografía y las características naturales.
• Recopilación de datos iniciales: Recopilación de información preliminar para estimar los costes y plazos del proyecto, lo que ayuda en los estudios de viabilidad y en la toma de decisiones iniciales.

Durante esta fase, los topógrafos establecen una línea transversal a lo largo de la ruta propuesta, miden distancias y establecen puntos de control. También realizan levantamientos topográficos para recoger datos de elevación e identificar posibles obstáculos o problemas medioambientales.

Tras el estudio preliminar y el diseño del proyecto, se realiza un estudio de ubicación para preparar la construcción propiamente dicha.

• Establecimiento de la línea central final: Trasladar la alineación prevista al terreno estableciendo una línea central precisa a lo largo del trazado.
• Recopilación de datos detallados: Recopilación de información exhaustiva sobre el terreno, la composición del suelo, las infraestructuras existentes y los factores medioambientales. Esto incluye trabajos de nivelación para determinar elevaciones, estudios de drenaje, estudios de suelos y evaluaciones de disponibilidad de materiales.
• Perfeccionamiento del diseño: Utilización de los datos recopilados para finalizar el diseño de la carretera, incluidas las alineaciones horizontales y verticales, las secciones transversales y los planes de drenaje. Esta fase garantiza que todos los elementos del diseño coincidan con las condiciones reales del emplazamiento, minimizando las discrepancias durante la construcción.

¿Cuáles son los retos de las técnicas topográficas convencionales en los proyectos de construcción de carreteras?

Los métodos actuales de topografía de carreteras, incluyendo la topografía manual y la fotogrametría aérea, se enfrentan a varios retos que pueden afectar a la eficiencia, la precisión y la seguridad.

Losmétodos de topografía terrestre utilizan receptores GNSS RTK, estaciones totales y otros equipos para medir las coordenadas espaciales de objetos físicos. Aunque son precisos, requieren mucho trabajo y tiempo debido a algunos problemas específicos:

• Gran carga de trabajo: La topografía manual requiere mucho tiempo y mano de obra, especialmente en proyectos de gran envergadura. Los topógrafos deben medir físicamente numerosos puntos, lo que puede ralentizar el calendario general del proyecto.
• Menor eficiencia: La necesidad de configurar manualmente los equipos, realizar mediciones y registrar datos reduce la eficiencia operativa y es propensa a errores humanos, lo que puede afectar a la precisión de los datos.
• Riesgo operativo: los topógrafos suelen trabajar en condiciones peligrosas, como carreteras con mucho tráfico o terrenos accidentados, lo que aumenta el riesgo de accidentes y lesiones durante el proceso de medición.

La fotogrametría aérea consiste en tomar fotografías continuas desde un avión para crear mapas y modelos en 3D de la zona que se está topografiando. Aunque este método puede cubrir grandes áreas rápidamente, tiene varias limitaciones:

• Necesidad de puntos de control: Para garantizar la precisión, la fotogrametría aérea requiere muchos puntos de control en tierra. El establecimiento de estos puntos de control requiere mucho trabajo y puede suponer un reto logístico, especialmente en zonas remotas o de difícil acceso.
• Postprocesamiento exhaustivo: Los datos en bruto recogidos a partir de imágenes aéreas deben procesarse y analizarse, lo que lleva mucho tiempo y requiere programas informáticos especializados y conocimientos técnicos...
• Limitaciones medioambientales: Las condiciones meteorológicas y la iluminación pueden afectar significativamente a la calidad de las imágenes aéreas. La mala visibilidad, la nubosidad y las sombras pueden oscurecer los detalles y reducir la precisión de los datos resultantes.

Zona de construcción captada por el sistema CHCNAV AA10

Cómo la tecnología LiDAR aerotransportada puede transformar la topografía de carreteras

La tecnología LiDAR está transformando la topografía vial al superar las limitaciones de los métodos tradicionales e introducir capacidades avanzadas que mejoran significativamente la eficacia, la precisión y la seguridad.

• Mayor eficacia: Los vehículos aéreos no tripulados (UAV) equipados con LiDAR capturan millones de puntos de datos precisos por segundo, creando modelos 3D detallados de los corredores viarios. Esta capacidad supera con creces a las técnicas topográficas tradicionales, lo que permite cubrir rápidamente grandes áreas y proyectos lineales largos con menos personal. El uso de UAV reduce el tiempo y los costes de mano de obra asociados a los levantamientos terrestres, lo que permite a los topógrafos completar los proyectos de forma más eficiente.

Nubes de puntos de carreteras adquiridas con LiDAR de CHCNAV

• Datos enriquecidos: LiDAR proporciona datos de alta resolución para una toma de decisiones más informada. Al generar modelos tridimensionales de gran precisión, el LiDAR permite modelar el terreno con exactitud, generar secciones transversales y calcular volúmenes. El conjunto de datos enriquecidos es valioso para la planificación y el diseño de infraestructuras viarias, ya que proporciona información detallada sobre la topografía y las condiciones existentes en la zona estudiada. Los datos LiDAR suelen tener una precisión de unos pocos centímetros, lo que los hace ideales para los estudios de ingeniería en los que la precisión es una necesidad.

• Penetración enla vegetación: una de las características más destacadas de la tecnología LiDAR es su capacidad para penetrar en la vegetación. La fotogrametría tradicional puede verse obstaculizada por el denso follaje, lo que dificulta la obtención de datos topográficos precisos del terreno. Sin embargo, LiDAR utiliza impulsos láser que pueden penetrar en la cubierta vegetal, llegar al suelo y devolver datos detallados de elevación. Por tanto, los topógrafos pueden medir densas nubes de puntos incluso en zonas muy boscosas, proporcionando una imagen clara de la topografía del terreno bajo la vegetación.

Nube de puntos del terreno de alta densidad bajo vegetación densa

• Mayor seguridad: La tecnología LiDAR mejora la seguridad de los topógrafos al minimizar la necesidad de presencia humana en zonas peligrosas. La topografía tradicional a menudo requiere que el personal trabaje cerca del tráfico, en terrenos inestables o en otros entornos peligrosos. Mediante el uso de UAV equipados con LiDAR, los topógrafos pueden realizar levantamientos detallados desde una distancia segura, reduciendo el riesgo de accidentes y lesiones.

Especificaciones técnicas clave y capacidades de un sistema LiDAR aerotransportado

Los sistemas LiDAR utilizados para la topografía de carreteras tienen varias características avanzadas que mejoran su rendimiento, entre las que se incluyen:

• Alta frecuencia de impulsos: Los sistemas LiDAR premium pueden emitir hasta 2 millones de pulsos láser por segundo, capturando densas nubes de puntos con alta resolución espacial para la recopilación de datos detallados en grandes áreas.
• Retornos múltiples: Los sensores LiDAR pueden detectar múltiples retornos de un solo pulso láser, lo que les permite capturar datos de diferentes niveles dentro del dosel de vegetación, así como de la superficie del suelo, y crear precisos Modelos Digitales del Terreno (MDT).
• Largo alcance: Los sistemas LiDAR avanzados tienen un alcance de hasta 1.800 metros y pueden operar a altitudes de hasta 700 metros, lo que los hace ideales para la cartografía de corredores y otros proyectos topográficos a gran escala.
• Correcciones cinemáticas en tiempo real (RTK) y postprocesamiento cinemático (PPK): Estas tecnologías mejoran la precisión posicional de los datos de UAV y LiDAR, garantizando que los datos recopilados tengan una precisión de centímetros. RTK proporciona correcciones en tiempo real durante la recogida de datos, mientras que PPK permite correcciones de datos posteriores al vuelo.

Información sobre el terreno adquirida por CHCNAV LiDAR

Pasos de la medición LiDAR aerotransportada de carreteras

El proceso de medición LiDAR implica múltiples pasos, desde la planificación inicial del vuelo hasta el procesamiento final de los datos. Un ecosistema sólido puede agilizar este proceso y proporcionar información útil para los proyectos de carreteras.

1. Planificación del vuelo

La planificación del vuelo es el primer paso en el proceso de levantamiento de carreteras basado en LiDAR y garantiza que la recopilación de datos sea eficiente y precisa.

• Aplicaciones de software como SmartGo de CHCNAV o DJI Pilot 2 guían el UAV a lo largo de una trayectoria de vuelo cuidadosamente planificada. El diseño de la ruta de vuelo tiene un impacto significativo en el rendimiento de la recogida de datos. Los ingenieros planifican la ruta utilizando un software que tiene en cuenta el campo de visión del LiDAR, la distancia de exploración y la densidad de la nube de puntos deseada. Los factores ambientales, como la vegetación densa, pueden requerir exploraciones adicionales para garantizar que se recopila suficiente información de la nube de puntos del suelo.
• Corrección GNSS: La precisión de los resultados de escaneado depende de la precisión del LiDAR, del posicionamiento del UAV y del procesamiento de datos. Las correcciones cinemáticas en tiempo real (RTK) o las correcciones cinemáticas posteriores al procesamiento (PPK) pueden mejorar en gran medida la precisión del posicionamiento. Para los proyectos que requieren una gran precisión, el uso de iBase de CHCNAV para proporcionar conectividad RTK o el uso de PPK garantizan la precisión del posicionamiento.

iBase de CHCNAV

• Puntos de control terrestre (GCP): Las correcciones GNSS permiten que el LiDAR de alto rendimiento cumpla la mayoría de los requisitos de precisión. Para requisitos de mayor precisión, la colocación de GCPs en la zona de escaneo minimiza los errores de procesamiento de datos. En las zonas de medición de carreteras, la colocación de GCP en ubicaciones predeterminadas ayuda a lograr una precisión óptima. Por ejemplo, el LiDAR AU20 de CHCNAV puede alcanzar una precisión RMSE de 2 cm con una operación bien diseñada.

2. Recogida de datos en 3D:

En la fase de recopilación de datos, se utilizan sistemas LiDAR avanzados para capturar información detallada sobre la carretera y sus alrededores.

• El uso de un sistema LiDAR Premium, como el AlphaAir 15 (AA15) de CHCNAV, garantiza la captura de datos 3D de alta densidad. Ofrece 16 retornos por pulso láser a través de 7 zonas multiperiodo para una penetración robusta de la vegetación, 2 millones de pulsos por segundo a un máximo de 600 líneas por segundo para nubes de puntos densas sobre grandes áreas, y un alcance máximo de 1800 metros con una altitud operativa de 700 metros, lo que lo hace ideal para la cartografía de corredores de infraestructuras.
• Garantiza la supervisión en tiempo real para identificar y mitigar posibles problemas, como la pérdida de conexiones RTK o interferencias inesperadas. Un enfoque adaptativo garantiza la máxima calidad en la recopilación de datos, asegurando que no se pierda ningún detalle.

3. Procesamiento de datos

El procesamiento de datos transforma los datos LiDAR sin procesar en información práctica. Los programas CoPre y CoProcess de CHCNAV agilizan este proceso mediante flujos de trabajo altamente automatizados.

• Procesamiento de datos automatizado: El software CoPre permite procesar los datos brutos con un solo clic, generando automáticamente nubes de puntos y ortofotos sin necesidad de intervención manual.
• Mejora de la precisión: La precisión de los datos de las nubes de puntos puede mejorarse en CoPre importando puntos de control para reducir los errores absolutos. Los puntos de control también pueden verificar la precisión de la nube de puntos, y se pueden generar informes de precisión.

El grosor de la nube de puntos es de 0,0353 metros

• Procesamiento avanzado de nubes de puntos: El software CoProcess2.0 proporciona herramientas para el filtrado automático de puntos del terreno, la generación de modelos digitales de elevación (DEM) y la extracción de secciones transversales para acelerar la producción de entregables topográficos. A diferencia de la topografía tradicional, las nubes de puntos LiDAR proporcionan más detalles del terreno, lo que permite al software CoProcess generar automáticamente secciones transversales a partir de nubes de puntos procesadas. Existen opciones de edición manual para terrenos especiales, como cunetas, y las secciones pueden exportarse a formatos de diseño o dibujos CAD para su uso inmediato.
• Funciones especializadas para la topografía decarreteras: CoProcess incluye un módulo de carreteras dividido en análisis de rutas y levantamiento de carreteras. El análisis de rutas incluye el cálculo de encadenamientos rotos, el cálculo de curvas horizontales y la conversión de líneas vectoriales a estacas. Las funciones de levantamiento de carreteras incluyen generación de secciones transversales, edición y visualización de secciones y edición de líneas vectoriales.
• Extracción de características de la carretera: Para los proyectos de mejora de carreteras existentes, la extracción precisa de las características de la carretera aumenta la eficiencia de los esfuerzos de diseño posteriores. El módulo inteligente de extracción de características de CoProcess utiliza IA para rastrear y extraer líneas de carril discontinuas y sólidas con parámetros de ancho y tipo de línea con más del 90% de precisión.

Extracción de características viales altamente automatizada

Potenciación del desarrollo de infraestructuras viarias con tecnología LiDAR aerotransportada

La integración de la tecnología LiDAR en las operaciones de inspección de carreteras representa un avance significativo en la planificación y el desarrollo de infraestructuras viarias. Basados en tecnologías LiDAR, GNSS e IMU avanzadas, estos sistemas rentables ofrecen una precisión y eficacia que antes estaban fuera del alcance de muchos topógrafos e ingenieros.

La tecnología LiDAR está cambiando la forma en que los topógrafos abordan los proyectos de infraestructuras a gran escala. Las capacidades de captura de datos 3D de alta densidad de sistemas como el AlphaAir 15 (AA15) permiten cartografiar extensas redes de carreteras en una fracción del tiempo que requieren los métodos tradicionales. Esto es especialmente beneficioso para proyectos lineales de gran longitud, como autopistas y carreteras principales, en los que la topografía tradicional resultaría prohibitivamente lenta y cara.

CHCNAV AA15 LiDAR

Las soluciones LiDAR de CHCNAV, incluyendo el AlphaAir 15 y software avanzado como CoPre y CoProcess2.0, proporcionan un enfoque integral y eficiente para la topografía de carreteras. Al proporcionar datos de alta resolución, mejorar la seguridad y aumentar la eficiencia, estas tecnologías permiten a los profesionales geoespaciales y de ingeniería civil satisfacer eficazmente las demandas de las infraestructuras actuales. El uso de la tecnología LiDAR garantiza que los proyectos de topografía de carreteras se lleven a cabo con los más altos niveles de precisión y seguridad, abriendo el camino a un desarrollo de infraestructuras más inteligente y sostenible.

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Acerca de CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) desarrolla soluciones avanzadas de cartografía, navegación y posicionamiento diseñadas para aumentar la productividad y la eficacia. Al servicio de sectores como el geoespacial, la agricultura, la construcción y la autonomía, CHCNAV ofrece tecnologías innovadoras que capacitan a los profesionales e impulsan el avance de la industria. Con una presencia mundial que abarca más de 130 países y un equipo de más de 1.900 profesionales, CHC Navigation es reconocida como líder en la industria geoespacial y más allá.Para más información sobre CHC Navigation [Huace:300627.SZ], visite: www.chcnav.com.