UNIDAD 6 Fotogrametría

Transcripción

1 UNIDAD 6 Fotogrametría La fotogrametría es la técnica de obtener mediciones reales de un objeto por medio de la fotografía, tanto aérea como terrestre Las fotografías se las realiza con una cámara métrica y mediante una operación denominada restitución se corrigen las distorsiones de estas Este es un método de medición indirecta y se utiliza para realizar mapas topográficos y para otras aplicaciones geográficas Las fotografías también pueden ser evaluadas para obtener de ellas la forma o posición de un objeto Se basa en la proyección ortogonal de una imagen fotografiada sobre un plano de referencia TIPOS DE FOTOGRAMETRÍA: Existen diferentes tipos de fotogrametría, en función de la finalidad puede ser: Fotogrametría métrica, y Fotogrametría interpretativa Fotogrametría métrica: Por medio de esta se pueden determinar distancias, elevaciones, áreas, volúmenes, perfiles, secciones transversales, etc realizando mediciones en las fotografías, para finalmente obtener planos topográficos 1 Fotogrametría interpretativa: El objetivo de este tipo de fotogrametría es el reconocimiento y análisis de objetos a partir de fotografías Los factores que se consideran en la interpretación de las imágenes son: forma, tamaño, sombra, tono, patrón y textura En función de la forma de obtención la fotogrametría puede ser: Fotogrametría terrestre, y Fotogrametría aérea FOTOGRAMETRÍA TERRESTRE: Utiliza fotografías tomadas desde puntos situados sobre la superficie terrestre, estos puntos son estaciones fijas en el terreno Este tipo de fotogrametría fue el primer método fotogramétrico que se utilizo, es muy práctica cuando se trata de realizar levantamientos de extensiones pequeñas ya que resultan rápidos y económicos Se realiza con un instrumento llamado fototeodolito, este consiste en un teodolito con una cámara fotográfica acoplada

2 La fotogrametría terrestre no es muy utilizada, solo se la emplea cuando la aérea es muy costosa o resulta imposible de realizar, por lo general se la utiliza en trabajos pequeños y para enseñar a los estudiantes En la antigüedad la fotogrametría era muy utilizada para levantamientos topográficos con el fin de conseguir la representación del terreno a grandes escalas Una de las primeras tareas que se realizan antes de iniciar la fotogrametría terrestre es el reconocimiento de la zona, siendo el mayor problema la elección y ubicación de la base FOTOGRAMETRÍA AÉREA: La fotogrametría aérea consiste en tomar fotografías desde el aire, esto se lo realiza desde un avión el cual debe ofrecer seguridad y rendimiento durante los vuelos, de estas fotografías se obtiene mucha información de gran valor TIPOS DE FOTOGRAFIÁS AÉREAS: La fotografía aérea es la fuente básica de información, por esta razón debe cumplir con algunas condiciones para que las mediciones sean exactas: Debe ser de alta calidad geométrica y pictórica Debe ser tomado con el eje de la cámara lo más cerca posible de la vertical Las fotografías pueden ser de dos tipos: 2 Verticales, y Oblicuas Verticales: Las fotografías verticales son las más utilizadas, este tipo de fotografías se consiguen cuando el eje de la cámara es vertical y la película horizontal, la película siempre es perpendicular al eje

3 Figura 61 Fotografía aérea vertical Fuente: Hiparion: Información turística, geográfica y de montaña Obtenido de la red el 15 de mayo del 2010 a través de wwwhyparioncom/web/diccionari/dics/cartografiahtm Oblicuas: Estas se obtienen cuando el eje de la cámara está inclinado, es decir el eje forma un ángulo con la vertical Existen dos clases de fotografías oblicuas: altas y bajas, las altas son cuando se puede observar el horizonte y en las bajas no se puede observar 3 Figura 62 Fotografía aérea oblicua alta Fuente: Obtenido de la red el 15 de mayo del 2010 a través de wwwaeroimagencompy/images/servicios- 1-bigjpg

4 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO FOTOGRAMÉTRICO: Este proceso está compuesto por las siguientes etapas: Plan de trabajo Toma de fotografías Proceso de laboratorio Control terrestre Restitución Plan de trabajo: Antes de iniciar la toma de fotografías es importante planear la forma en cómo se va a realizar el trabajo Es necesario realizar un estudio de los planos disponibles de la zona para de esta manera poder determinar el método más económico de realizar los vuelos, luego de esto se elabora un plan de vuelo, y este se entrega al piloto para que haga una inspección del lugar Por último se debe recorrer toda el área de terreno que se va a fotografiar Toma de fotografías: En este paso se realiza la toma de fotografías ya sean terrestres o aéreas Proceso de laboratorio: Una vez tomadas las fotografías se realiza el revelado de estas, de tal forma que los negativos obtenidos estén libres de manchas, huellas digitales o cualquier otra falla; deben presentar colores uniformes y claros La película deberá ser revelada de la manera que lo indique su fabricante, los negativos deben ser marcados con letras de 5 mm de tamaño indicando el número de rollo y de negativo 4 Luego se producen las copias fotográficas, las cuales se obtienen de los correspondientes negativos, al igual que los negativos deben estar en perfectas condiciones para que puedan ser visibles todos los detalles Control terrestre: La fotogrametría depende en gran medida del control terrestre, este sirve para ajustar escalas Restitución: Después de haber realizado todo el proceso anterior se inicia la restitución, la cual consiste en la elaboración de planos por medio de instrumentos especiales La restitución se la puede realizar por medio de un estereoscopio de espejos, este se lo utiliza cuando las fotos se han obtenido con recubrimiento suficiente Existen otros tipos de restituidores como: estereómetro, aeroproyector múltiplex, fotomúltiplo, fotocartógrafo, se puede utilizar cualquiera de ellos dependiendo de la finalidad del proyecto CÁMARAS FOTOGRAMÉTRICAS: Las cámaras fotogramétricas son similares a las cámaras convencionales en cuanto a sus funciones, la diferencia está en que las fotogramétricas están diseñadas de manera que puedan

5 cubrir grandes extensiones de terreno y el resultado sean fotografías de gran calidad donde se puedan observar todos los detalles y toda la información necesaria Con el fin de obtener fotografías de gran calidad utilizan filtros y películas de alta resolución, también poseen lentes de alta luminosidad que ayudan a disminuir las distorsiones Las fotografías siempre son afectadas por dos factores inevitables que son la falta de verticalidad del eje de la cámara y el relieve del terreno, los cuales provocan desplazamientos de los puntos representados Por lo general una cámara está compuesta por las siguientes partes: montura, unidad de manejo, casetes, cono de la lente y anteojo de navegación La montura posee amortiguadores que evitan las vibraciones y servomotores que permiten girar la cámara respecto a tres ejes Existen diferentes conos de lente: de ángulo normal (ángulo de imagen de 60 ), súper angular y gran angular (ángulo de imagen de 90 ), cualquiera de ellos puede ser acoplado a la cámara La unidad de manejo contiene los dispositivos para el avance de la película La película utilizada debe ser de alta velocidad y sensible a todos los colores Recubrimiento: El recubrimiento entre dos fotografías debe ser del 60 % en el sentido longitudinal y del 30 % en el sentido transversal 5 Figura 63 Recubrimiento longitudinal y transversal Fuente: Modificado del libro TORRES NIETO ALVARO, Topografía, Cuarta edición, pág 331

6 Punto principal y ejes de una fotografía: Los ejes de una fotografía son las líneas rectas que resultan de la unión de las marcas fiduciales, estas marcas están presentes en los bordes de toda fotografía El punto principal es la intersección de los dos ejes Figura 64 Ejes de una fotografía aérea Fuente: Modificado del libro TORRES NIETO ALVARO, Topografía, Cuarta edición, pág 331 FUNDAMENTOS GEOMÉTRICOS DE LA FOTOGRAMETRÍA: El estudio que se presenta a continuación solo se utiliza para fotografías verticales 6 Escala de la fotografía y altura de vuelo: La escala se representa como un fraccionario cuyo numerador es la unidad y el denominador, el módulo de la escala (1/E) 1 La fotografía no tiene una sola escala ya que el terreno no es completamente plano sino que presenta diferentes cotas a lo largo de este, por lo que una fotografía puede tener varias escalas dependiendo del relieve del área fotografiada En la figura 63: L = Lente H =Altura de vuelo sobre el plano de referencia o = Punto principal de la fotografía f = Distancia focal del lente A y B = Puntos sobre la superficie fotografiada al nivel del mar a y b = Puntos de la fotografía correspondientes a los puntos A y B respectivamente 1 TORRES NIETO ALVARO, Topografía, Cuarta edición, pág 332

7 Tomando los triángulos semejantes LAB y Lab se tiene que la escala para cualquier línea que esté ubicada al nivel del mar es: Y para líneas que se encuentren ubicadas a una altura h sobre el nivel del mar, como la línea CD la escala es: Una escala media de la fotografía se puede obtener con la siguiente ecuación: En donde: E M = Escala media h M = Altura promedio de todos los puntos que se encuentran en la fotografía 7 Figura 65 Escala de la fotografía y altura de vuelo Fuente: Modificado del libro TORRES NIETO ALVARO, Topografía, Cuarta edición, pág 333 Cálculo de coordenadas: Se pueden determinar relaciones entre las coordenadas del terreno y las coordenadas de la fotografía En la figura 64:

8 P = Punto en el terreno P = Representación del punto P en la fotografía O = Centro de coordenadas al nivel del mar o = Punto de la fotografía correspondiente al punto O X P, Y P = Coordenadas del punto P h p = Altura sobre del nivel del mar del punto P x p, y p = Coordenadas del punto p en la fotografía X Q, Y Q = Coordenadas del punto Q h q = Altura sobre del nivel del mar del punto Q x q, y q = Coordenadas del punto q en la fotografía De la figura se pueden establecer las siguientes ecuaciones para poder determinar las coordenadas de los puntos fotografiados: 8

9 Figura 66 Escala de la fotografía y altura de vuelo Fuente: Modificado del libro TORRES NIETO ALVARO, Topografía, Cuarta edición, pág 334 Desplazamiento de la imagen debido al relieve: 9 Debido al relieve un punto se puede desplazar a otro lugar en la fotografía, con la medida de este desplazamiento se puede determinar la altura de objetos en los que se puede observar la base y su punto más alto sin necesidad de utilizar algún instrumento En la figura 65: Q = Punto sobre una zona con relieve Q1 =Proyección del punto Q en un plano de referencia q = Punto en la fotografía correspondiente a Q q1 = Punto en la fotografía correspondiente a Q1 Δr =Desplazamiento debido al relieve De la figura 65 se obtiene las siguientes ecuaciones:

10 Donde: r 1 = Distancia desde q 1 al centro de la fotografía r = Distancia desde q al centro de la fotografía Reemplazando las r y r 1 en Δr se obtiene: Despejando R de las primeras ecuaciones y reemplazando en la ecuación del desplazamiento se tiene lo siguiente: 10 Figura 67 Escala de la fotografía y altura de vuelo Fuente: Modificado del libro TORRES NIETO ALVARO, Topografía, Cuarta edición, pág 339 Estereoscopia:

11 La estereoscopía es la propiedad de poder observar dos imágenes de un mismo objeto desde dos puntos diferentes pero a igual altura, que al juntarse dan el efecto de relieve debido a que cada una de las imágenes fueron tomadas desde ángulos diferentes Si se realiza mediciones sobre una solo fotografía solo se puede obtener información en dos dimensiones, pero si se trabaja con dos imágenes de la misma zona se puede tener una visión estereoscópica, es decir información en tres dimensiones Mosaico: Es un conjunto de fotografías agrupadas con el fin de obtener la representación de una determinada área de terreno, las fotografías se unen a partir de puntos conocidos luego se toma una fotografía del mosaico para tener una solo fotografía Los mosaicos pueden ser de varios tipos: No controlados Controlados Semicontrolado Rectificado No controlados: Los mosaicos no controlados se elaboran sin tener en cuenta puntos de control ni escalas, es decir se juntan varias fotografías de diferentes escalas, debido a esto este tipo de mosaico no proporciona ninguna garantía para la medición de distancias 11 Se necesita de mucha habilidad para realizar este tipo de mosaico debido a que el relieve y la inclinación del terreno causan distorsiones en las fotografías y dificulta su agrupamiento Controlados: Aquí si se toman en cuenta los puntos de control y las escalas son ajustadas para que toda la fotografía tenga una sola escala También se toman en consideración los detalles y las fotografías son previamente rectificadas Rectificado: En estas se intentan eliminar las distorsiones, se forman con las fotografías rectificadas Debido a que la escala utilizada por los mosaicos rectificados es la misma que la de los planos se los conoce también como fotoplanos En las etapas de reconocimiento y planeación el mosaico es de gran ayuda ya que contiene todo lo que se puede observar de forma directa desde el avión FOTOGRAMETRÍA ANALÍTICA: La fotogrametría analítica puede realizar gran parte del trabajo que efectúan los restituidores de una manera más económica, mediante la aplicación de modelos matemáticos a objetos físicos

12 Se basa en la resolución de los cálculos fotogramétricos por medio de la informática, lo cual permite obtener de una forma más rápida las relaciones que existen entre los puntos del objeto fotografiado y sus imágenes Con este tipo de fotogrametría se puede obtener control vertical y horizontal FOTOGRAMETRÍA DIGITAL: La fotogrametría digital utiliza como datos de entrada las fotografías aéreas convertidas previamente a un formato digital, las fotografías conservan una escala igual a lo largo de toda su extensión Estas fotografías son de gran importancia porque en ellas se puede encontrar información que no se encuentra en mapas convencionales Puede realizar todo tipo de procesos fotogramétricos por medio de la computación como generación automática de modelos de elevación del terreno y ortofotografía, simplificando de esta manera el trabajo Las orofotografías son representaciones fotográficas en proyección ortogonal del terreno 2, en las cuales se han eliminado las variaciones debidas al relieve e inclinación La ortofotografía presenta las imágenes de los objetos en su verdadera posición ortográfica, para su realización se requiere crear el modelo estereoscópico del terreno 12 APLICACIONES DE LA FOTOGRAMETRÍA: Al inicio la fotogrametría solo se utilizaba para la elaboración de mapas y planos, esta fue la primera aplicación Hoy en día además de esto tiene muchas más aplicaciones, las principales son la realización de proyectos de ingeniería como diseño y localización de: Carreteras, ferrocarriles, aeropuertos, canales, acueductos, alcantarillados, líneas de transmisión eléctrica, irrigaciones, puertos marítimos y fluviales También se utiliza en urbanismo, estudios de tráfico, catastro, conservación del suelo, geología, medición de áreas VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA FOTOGRAMETRÍA: Ventajas: Dentro de las ventajas se pueden mencionar las siguientes: Reducción en los costos, a medida que el terreno se hace más extenso resulta más conveniente utilizar la fotogrametría 2 TORRES NIETO ALVARO, Topografía, Cuarta edición, pág 348

13 Desventajas: El trabajo de campo se reduce Se requiere de menos tiempo para elaborar un mapa Se puede utilizar en zonas donde no pueden emplearse los métodos tradicionales, debido a que no se requiere estar cerca de los objetos medidos Debido a que las fotografías contienen la fecha en que fueron tomadas se pueden realizar comparaciones entre ellas para analizar cambios en el terreno Cuando existe mucha vegetación es imposible observar la superficie del terreno, por lo que se debe suponer una altura de la vegetación con respecto al suelo y esto causa errores en la ubicación de las curvas de nivel La zona fotografiada debe ser inspeccionada para determinar objetos que no pueden ser observados tan fácilmente Debido a que se requiere equipo y personal especializado su costo es muy elevado Sin un control de campo el trabajo no puede ser realizado 13