Drones y DEMS vs DTMS vs DSMS

Guía de modelos digitales del terreno, modelos digitales de elevación y modelos digitales de superficie para la topografía con drones: qué son, sus diferencias, aplicaciones y cómo pueden ayudar el LiDAR y la fotogrametría con drones.

Si utilizas un dron para realizar levantamientos topográficos, es muy probable que te encuentres con los términos Digital Terrain Model, Digital Elevation Model y Digital Surface Model.

Pero, ¿qué son exactamente, cuáles son las diferencias y cómo pueden ayudar?

Sigue leyendo para descubrirlo.

Modelos digitales de elevación

Los modelos digitales de elevación, conocidos también como DEM, son una representación visual de los datos de elevación para cada punto adquirido en tu sitio.

En lugar de representar el aspecto real de tu sitio, los DEM generalmente utilizan el color para indicar las diferencias de elevación, como muestra esta imagen.

Los DEM son conjuntos de datos ráster o rejillas que muestran el punto vertical más alto (z) registrado para cada coordenada horizontal (x,y).

Cuanto más pequeñas sean las celdas de la rejilla, más detallada será la información dentro de un archivo de datos DEM. Por lo tanto, si buscas modelar con mucho detalle, una separación de rejilla pequeña (o dimensiones de celda pequeñas) es la adecuada.

Cuando se visualizan, estos archivos ráster representan la forma del terreno de tu sitio, lo que puede utilizarse como referencia para la topografía sobre la cual estás trabajando.

Modelos digitales de superficie y modelos digitales del terreno

Los Digital Elevation Models (DEM) son un superconjunto de Digital Terrain Models (DTM) y Digital Surface Models (DSM).

Entonces, ¿cuál es la diferencia entre un DTM y un DSM?

• DTM: un modelo de superficie desnuda. En otras palabras, caracteriza exclusivamente el terreno y el suelo.
• DSM: la forma más general de modelo de superficie que incluye todos los puntos adquiridos, representando tanto características naturales como artificiales. Un DSM incluye las cimas de edificios, árboles, líneas eléctricas y otros objetos. En esencia, es un modelo de dosel y ve el terreno solo cuando no hay nada más sobre él.

El gráfico a continuación es un diagrama simple que muestra las diferencias entre un DTM y un DSM. Nota cómo el DTM (línea naranja) sigue el suelo, mientras que el DSM (línea verde) sigue las estructuras en la superficie, es decir, la parte superior de la casa y el árbol.

Entonces, ¿cómo se relaciona esto con un conjunto de datos real? El ejemplo siguiente lo demuestra, con el DTM a la izquierda y el DSM idéntico a la derecha.

De nuevo, nota cómo el DSM muestra las cimas de las casas y la vegetación; características que no están presentes en el DTM de terreno desnudo.

¿Cómo pueden ayudar los drones a generar DEM, DSM y DTM?

Los drones son una herramienta de recolección de datos económica, rápida y eficaz para la generación de DEM, DSM y DTM.

Los avances tecnológicos de los últimos años han llevado al desarrollo de drones capaces de realizar misiones de fotogrametría y LiDAR.

Ambas aplicaciones son fundamentales para la creación de DEM, DSM y DTM. Nuestra guía LiDAR vs Fotogrametría presenta una comparación detallada entre ambos, pero en pocas palabras:

• LiDAR: acrónimo de detección y medición de luz, el LiDAR funciona enviando pulsos de luz a la superficie terrestre o a una característica sobre ella y midiendo el tiempo necesario para reflejarse. Esto proporciona una posición exacta del punto en la superficie terrestre donde impactó el láser, y estos datos pueden utilizarse para construir una nube de puntos 3D que representa el terreno, la topografía y las características del área escaneada.
• Fotogrametría: el arte de capturar fotografías de alta resolución para recrear un área de levantamiento. Estas imágenes se procesan y se unen utilizando un software sofisticado para crear modelos 3D realistas, georreferenciados y medibles del mundo real.

Como se ha destacado anteriormente, existen claras diferencias entre LiDAR y fotogrametría.

Por lo tanto, se necesita una cuidadosa consideración antes de implementar estas técnicas de mapeo con drones para la generación de DTM, DSM y DEM.

El LiDAR, por ejemplo, es particularmente eficaz para la adquisición de datos DTM, en comparación con la fotogrametría, especialmente en áreas con mucha vegetación.

¿Por qué? Porque por su propia naturaleza, el LiDAR puede penetrar en los espacios entre las hojas y las ramas para alcanzar el nivel del suelo, obteniendo así datos más precisos del terreno.

Por el contrario, la vegetación puede impedir que la fotogrametría con drones adquiera una representación precisa de cómo se ve la topografía del suelo: en esencia, solo capturará las características que sobresalen de la superficie terrestre.

Este excelente gráfico a continuación – creado por Ben Bishop, director técnico de Flythru Limited – muestra la diferencia entre LiDAR y fotogrametría para la generación de DTM.

En este ejemplo, los datos LiDAR son rosados y la fotogrametría es azul. Nota cómo la fotogrametría hace un gran trabajo capturando las copas de los árboles, pero no puede competir con el LiDAR cuando se trata de obtener información sobre el terreno en áreas oscurecidas por la vegetación.

Por este motivo, la fotogrametría se vuelve más eficaz para los DSM.

Recuerda, los DSM representan tanto las características naturales como las construidas sobre la superficie terrestre, como la copa de los árboles y los cambios en la vegetación.

Por lo tanto, las imágenes de alta resolución recolectadas durante una misión de fotogrametría son útiles para construir este tipo de mapas. Pero también se puede utilizar LiDAR para los DSM.

Los mejores drones para DEM, DSM y DTM

DJI ha diseñado numerosos drones para misiones de topografía aérea, en particular el M300 RTK y el Phantom 4 RTK.

Entre ellos, el M300 RTK es el más adecuado para la creación de estos modelos, ya que puede integrarse con fotogrametría y cámaras LiDAR.

La DJI Zenmuse P1 (abajo, a la izquierda) es una cámara fotogramétrica dedicada con un sensor de fotograma completo de 45 MP, mientras que la DJI Zenmuse L1 (abajo, a la derecha) es un sensor LiDAR con capacidades de fotogrametría.

El M300 RTK acoplado con la P1 o L1 hace que la topografía aérea sea altamente accesible, especialmente en el caso de la adquisición de datos LiDAR. Y, gracias a una combinación de la mayor resistencia del dron y las especificaciones individuales de las cámaras, esta combinación presenta una solución de mapeo increíblemente eficiente, cubriendo vastas áreas en cortos lapsos de tiempo.

Mientras tanto, el Phantom 4 RTK es una solución de levantamiento con drones compacta y de baja altitud, pero tiene una cámara fotogramétrica fija de 20 MP. Por lo tanto, aunque es una herramienta eficaz para el levantamiento con drones, carece de la versatilidad del M300 RTK, ya que no puede integrarse con LiDAR.

DEM, DSM y DTM – Tipos de aplicaciones

Los DEM – que incorporan DSM y DTM – son fundamentales en áreas como la gestión de infraestructuras, la hidrología que gestiona la erosión costera, la arqueología, los estudios sobre la dirección del flujo, el uso del suelo y la planificación urbana y los deslizamientos de tierra posteriores.

Drones, DEM, DSM y DTM – Resumen

El levantamiento con drones se ha convertido en una de las principales aplicaciones del sector y los DEM, DSM y DTM pueden constituir una parte importante de los proyectos de mapeo.

Las aeronaves no tripuladas facilitan la recolección de los datos necesarios para estos tipos de modelos.

La elección entre DEM, DSM y DTM depende del tipo de información requerida, mientras que la elección entre fotogrametría y LiDAR también es una consideración clave.

Pero como todos los datos resultantes asociados al levantamiento con drones, estos activos digitalizados proporcionan conocimientos profundos sobre tu sitio de trabajo que pueden guiar la toma de decisiones y el ROI.