lunes, 23 de febrero de 2015

¿Drones y Topografía?


La fotogrametría con multirrotores y sus productos derivados son temas en boga entre los especialistas de las áreas especializadas en la adquisición de datos -Geomáticos, Topógrafos, Fotogrametristas, etc.- así como de las usuarias de los mismos -Biólogos, Geógrafos, Ingenieros, etc-.

Los productos que se pueden obtener de un mosaico fotográfico tomado desde una plataforma aérea portátil y sencilla como un multirrotor (Drone), resultan impresionantes y vastos para usuarios de servicios fotogramétricos tradicionales -con plataformas complejas como avionetas y cámaras especializadas en tomas fotogramétricas-, considerando que las fotografías se toman ahora con una cámara tan compacta y sencilla, pero a la vez poderosa, como una GoPro.

No es tema de discusión el demostrar como la fotogrametría tradicional, empleando equipo especializado, es infinitamente superior a la fotogrametría vía multirrotor, porque definitivamente lo es. Sin embargo, la facilidad de vuelo de los multirrotores (Los GPS integrados en los equipos permiten el vuelo estático sin siquiera tocar el control), su disponibilidad (anteriormente se debían de planear con antelación líneas de vuelo y todo un plan para la realización de tomas aéreas), su practicidad (existe software fotogramétrico que permite el proceso de mosaicos con un clic) y el costo de sus partes en conjunto (considerablemente menor) hacen de la fotogrametría multirrotor una opción hoy en día. 

La pregunta es, ¿Realmente la fotogrametría multirrotor llegó para sustituir a las técnicas tradicionales de adquisición de datos, ergo Topografía o Fotogrametría?

Existen muchas opiniones, y la gran mayoría resultan controversiales. Sin embargo, me atrevo a afirmar que la fotogrametría con multirrotor viene a complementar y enriquecer los estudios territoriales, sin embargo debe de realizarse por profesionales serios y nunca debe de considerarse como un mero sustituto a las complejas técnicas de topografía. A continuación mi justificación.


La teoría


Los fundamentos de la fotogrametría clásica  no han cambiado significativamente desde principios de 1900 con la aplicación de las primeras técnicas de estereoscopía. Desde aquel entonces, los expertos han experimentado -y logrado con éxito- montar cámaras en diversas plataformas que van desde globos a satélites y aviones, porque evidentemente, la mejor percepción que se puede tener del terreno es, desde arriba

Con base en los conceptos de estereoscopía sabemos que es necesario que las tomas fotográficas posean un área de traslape considerable, ya que sólo ahí se percibe la profundidad en la adquisición, característica visible -en la era dorada- a través de pares estereoscópicos y actualmente a través de anaglifos o polarización.


La fotogrametría hoy


Mientras el concepto permanece igual, las aplicaciones y desarrollos computacionales han prosperado en una actualidad enfocada en automatizar procesos y obtener una especialización cada vez menor del usuario, reflejado en herramientas sencillas y el famoso next, next. En materia fotogramétrica, es posible que un usuario que desconozca conceptos básicos, ingrese datos en un sistema y obtenga un resultado aceptable. Hasta aquí todo bien, pero ¿Cuál es el problema?

Los procesos fotogramétricos que ejecutan las aplicaciones comerciales para fotogrametría con multirrotores se basan en su totalidad en el procesamiento de datos ráster a través de la alineación de tomas fotográficas realizadas sobre un objeto -de entrada los conceptos básicos de jaw, pitch y roll son irrelevantes-, donde el usuario puede incluir datos de control terrestre tomados con un GPS o de bancos de nivel u objetos conocidos para mejorar el proceso (de hecho son necesarios para obtener un modelo georreferido a un sistema de coordenadas). A continuación el software desarrolla procesos -al claro estilo de caja negra- donde entrega como resultado un DTM o Modelo Digital del Terreno, es decir muestra todas las elevaciones existentes en una zona.


A partir de aquí es donde el usuario debe interpretar y generar los productos necesarios para el estudio, ya sea una ortofoto, curvas de nivel, nube de puntos (DTM) o un Mesh -parecido al clásico TIN-. Es precisamente en este paso donde se debe de conocer la teoría detrás de la técnica. Me explico a continuación.

Los resultados generados se producen a través del tratamiento de datos raster donde el píxel es la unidad básica de información. Los resultados que se entregan a través de ortofotos y otro tipo de imágenes en formato raster -hasta los mesh o modelos tridimensionales resultan una interpretación (render) de la información de elevaciones obtenida en pasos anteriores- son resultado del mosaiqueo e interpolación (o extrapolación) de los datos ingresados en el sistema. 
 La precisión o resolución del raster resultante depende de la densidad del DTM generado y se expresa normalmente en metros, sin embargo obtener una ortofoto de 5 cm no significa que objetos de 5 cm sean visibles, es bien sabido que un técnico o dibujante con buen ojo -e imaginación- podrá interpretar elementos que posean al menos, dimensiones del doble de la resolución espacial contenida, es decir objetos de 10 cm. 

En materia de georreferencia, es importante considerar esos 10 cm, porque al realizar puntos de control terrestre, es necesario vincular marcas sobre el terreno a las fotografías obtenidas, si el objeto más pequeño que se puede distinguir es de 10 cm, ¿Es posible obtener una precisión con GPS de mm? La respuesta es no, por lo que hay que considerar que siempre tendremos una precisión en su georreferencia menor, a la resolución espacial del pixel resultante.


Conclusión

Si bien la fotogrametría con multirrotores está creciendo en popularidad y pronto resultará un método preciso, exacto y económico para realizar levantamientos, aún queda mucho por investigar y desarrollar en ese campo. Así mismo, es importante que los levantamientos fotogramétricos con drones sean realizados por profesionistas o empresas serias que conozcan la teoría detrás de la técnica, toda vez que la Topografía y Fotogrametría son ciencias exactas que valoran la exactitud y precisión en su trabajo.

miércoles, 30 de julio de 2014

¿Que fué del servicio wms de ortofotos de INEGI?

Todos recordamos el servicio WMS a través del cual INEGI nos permitía acceder a el gran acervo de ortofotos 1:20,000 almacenadas en el servidor "Antares" de INEGI. Este servicio era de especial ayuda para enlazar dichos datos raster a algún sistema de información geográfico que permitía la integración de WMS como ArcMap o como referencia en servicios web. Últimamente me han comentado mucho sobre, ¿Qué fue del servicio WMS? Bueno, aquí la respuesta.

¿Qué es un servicio WMS?


Los servicios WMS provienen de un acrónimo en inglés que se refiere a Servicios de Mapeo Web. Básicamente se componen de un servidor que provee de datos geográficos ordenados y reproyectados bajo un sistema de coordenadas particular y con conexión a internet. Los datos de esta manera se sirven a cualquier cliente de forma gratuita o a través de usuario y contraseña.
Si bien los WMS tienen un tiempo de vida en la escena científica y en el mercado, son pocas las instituciones que lo emplean.



INEGI y su servicio WMS


Anteriormente INEGI proveía de Ortofotos 1:20,000 digitales a través de la liga:

http://antares.inegi.gob.mx/cgi-bin/map4/mapserv_orto?

Sin embargo, muchos nos percatamos que desde hace un tiempo las Ortofotos ya no se encuentran disponibles. Actualmente el servidor de antares migró a un servidor diferente mucho más completo, y que incluye una gran colección de capas vectoriales y raster en wms. La nueva dirección del servicio wms se puede encontrar en:

http://gaia.inegi.org.mx/NLB/mdm5.wms 



Para más información sobre las ligas y capas disponibles:

http://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/servicioswms/

lunes, 21 de julio de 2014

Convertir coordenadas geográficas a UTM

Es una realidad que los proyectos que requieren de una componente espacial son cada vez más numerosos y de mayor complejidad, y si bien es cierto, que las ciencias que estudian la representación de la tierra y sus coordenadas cada vez forman parte de la formación curricular de los profesionistas, es necesario contar con herramientas de fácil acceso que nos permitan convertir coordenadas que se encuentran en diferentes sistemas, y que si bien cada uno tiene sus particularidades y beneficios, es necesario intercambiar entre diferentes sistemas y proyecciones.

El presente artículo lo escribo como complemento a la herramienta de conversión entre coordenadas geográficas y coordenadas en el sistema UTM publicado en la web oficial de GEOASSET en:


Consideraciones previas, Datum.


Tanto las coordenadas geográficas como las UTM requieren de un sistema al cual encontrarse referidas para poder mostrar su ubicación en la tierra. De esta forma, el datum es un conjunto de diferentes componentes cartográficas como el elipsoide de referencia -Valores de semieje mayor y semieje menor- paralelos o meridianos de referencia, entre otros. No debe de confundirse con sistemas de referencia como el ITRF que en su conjunto contiene parámetros como deriva continental entre otras. En una publicación posterior abordaremos el tema del Datum.

Las operaciones 


El método de transformación de coordenadas geográficas más empleado es el de Coticchia-Surace. Para obtener las ecuaciones se puede acceder al siguiente trabajo de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Concepción (aquí) o incluso se encuentran publicadas en el foro de gabrielortiz.com (aquí) (Replantearlas aquí sería ocioso). 

La precisión del resultado


Cabe destacar que una de las preguntas que normalmente me hacen con respecto al empleo de estas ecuaciones es precisamente la precisión con la que se obtiene el resultado. Existen muchas respuestas y cada una depende de la situación, por un lado NO recomiendo el uso de estas ecuaciones para cálculos geodésicos, incluso los mismos tienen su rigor científico y deberán de tomarse como tema aparte. Sin embargo, si lo que se requiere es transformar coordenadas geográficas obtenidas con un navegador de mano (con precisión rondando los 5m reales) el sistema entrega coordenadas con una precisión de menos de 1m lo que lo convierte en una excelente opción para transformación de coordenadas.

Programando el algoritmo


Actualmente existen diversos lenguajes de programación que facilitan las tareas de efectuar algoritmos y en el caso de la transformación de coordenadas me gustaría recomendar el siguiente blog que tiene una entrada muy interesante sobre transformación de coordenadas geográficas a utm escrito en lenguaje C

http://joseguerreroa.wordpress.com/2011/10/01/metodo-para-convertir-coordenadas-geograficas-en-utm-clase-coordenadas-cc/
  

miércoles, 9 de julio de 2014

Números Digitales, Radiancia y Reflectancia

Existen conceptos fundamentales en Percepción Remota, siendo el de la Resolución uno de los principales. 


Innumerables lagos, ciénagas y lagunas se encuentran dispersas en la escena del Delta del Yukón en el suroeste de Alaska. Uno de los mayores deltas de los ríos en el mundo, y protegida como parte del "Yukon Delta National Wildlife Refuge", vías sinuosas del río parecen como los vasos sanguíneos se ramifica para incluir un órgano.
En el caso de los datos captados por sensores montados en plataformas satelitales, la resolución se clasifica en:
  • Espacial.- Se determina por el tamaño del pixel, medido en metros sobre el terreno.
  • Temporal.-  Es la frecuencia de paso del satélite por un mismo punto de la superficie terrestre.
  • Espectral.- Consiste en el número de canales espectrales (y su ancho de banda) que es capaz de captar un sensor.
  • Radiométrica.- Se refiere al número de valores que puede ser almacenado por pixel.
Fitoplancton florece en la costa de Gotland, una isla sueca en el
mar Báltico, evoca "Noche Estrellada" De Van Gogh
NASA’s Goddard Space Flight Center/USGS
La resolución radiométrica, se encuentra íntimamente asociada a los fundamentos de estructuras de 
datos en sistemas computacionales. Los sensores montados sobre el satélite capturan datos que corresponden a la radiancia y emisión de espectro electromagnético de elementos sobre el terreno. Los datos captados son digitalizados y ajustados a una escala de valores binaria (1bit, 2bits, 4bits, 8bits, 16bits o 32bits) seleccionada por el fabricante del sensor. Al resultado del proceso de digitalizar lecturas de radiancia y ajustarlas a una escala de valores binario se les conoce como Números Digitales.

Los Números Digitales no representan los valores capturados por el sensor sobre el terreno y no deben de considerarse como valores de reflectancia, incluso es común llamar a las imágenes satelitales en Número Digital como imágenes Crudas.

Es necesario convertir los Números Digitales a Radiancia o Reflectancia dependiendo del producto que se espera producto del procesamiento de la imagen. En orden de procesamiento:
  1. Conversión de ND a Radiancia, conocido también como calibración readiométrica.
  2. Conversión de Radiancia a Reflectancia Aparente, es decir los valores de reflectancia detectados por el sensor. Dichos valores pueden ser calculados para refectancia sobre el sensor o sobre la superficie.
Finalmente el proceso de conersión de ND a Radiancia y/o Reflectancia es importante ya que productos como los Índices de Vegetación se encuentran calculados para la reflectancia sobre la superficie. 
Cada sensor tiene un conjunto particular de ecuaciones para la transformación en radiancia y reflectancia.

El siguiente artículo es una excelente referencia para el cálculo de la radiancia y reflectancia en satélite Landsat: Landsathandbook