Puntos de apoyo fotogramétricos: ¿Cuántos necesitas (y cuándo son suficientes los puntos de control)?

Wingtra flying over mapping area with GCPs

Los puntos de apoyo fotogramétricos (PAF) son herramientas fundamentales en los SIG y la topografía. A veces, los PAFs no son necesarios, por ejemplo, cuando los resultados de la topografía son solo de precisión relativa o para uar algunos detalles de una zona por sí mismos. Pero cuando el levantamiento topográfico aéreo debe tener una precisión de localización absoluta, es decir, que todos los puntos del mapa tengan ubicaciones geográficas perfectamente alineadas con los puntos de la Tierra que representan, los PAFs son una forma de garantizar esa precisión.

En nuestra entrada del blog sobre la distancia de muestreo del terreno (GSD), exploramos los conceptos de precisión relativa y absoluta. Así que si necesitas un repaso, échale un vistazo.

¿Cuándo necesitamos puntos de apoyo fotogramétricos y cuántos?

Para entender los puntos de apoyo fotogramétricos en fotografía aérea, puedes imaginarte el mapa de tu dron flotando sobre el área real que representa. En esta metáfora, unas finas púas atraviesan el mapa y se clavan en el suelo en puntos medidos con precisión a lo largo de la Tierra, puntos con coordenadas X, Y (eje horizontal) y Z (eje vertical) conocidas.

En los casos en que los datos del levantamiento aéreo no se corrigen mediante métodos cinemáticos en tiempo real (RTK) o un postprocesamiento cinemático (PPK), es necesario que existan puntos de apoyo fotogramétricos (PAF) a intervalos frecuentes alrededor de la zona de levantamiento para que el resultado cartográfico sea más preciso que la exactitud de un GPS autónomo (unos pocos metros).

Otro caso en el que se necesitarían tantos PAFs es si los datos del dron deben alinearse con mediciones terrestres existentes o con un sistema de coordenadas personalizado en el que no se dispone de una transformación precisa.

GCP measured by a base station
Los puntos de apoyo fotogramétricos marcan un punto exacto en la Tierra. Pueden colocarse en un punto ya conocido o, para establecer la ubicación más precisa, el receptor registrará su ubicación de acuerdo con el centro PAF durante varias horas o unos minutos en modo RTK.

Para comprender mejor la distribución de puntos, imagina una mesa que requiere peso en la parte superior para estar equilibrada. Se inclinará si los pesos no están equilibrados, y será débil si están demasiado separados. Los PAFs distribuidos uniformemente proporcionan un modelo sólido. Cuanto mayor y más complicada sea la zona, más PAFs se necesitarán.

En el caso de los levantamientos topográficos más grandes, esto puede requerir mucho trabajo, no solo para colocar los puntos con precisión, sino también para asegurarse de que no les pasa nada durante el periodo del levantamiento topográfico. De ahí el auge de las cargas útiles para drones RTK y PPK. Cuando vuelas con drones equipados con RTK o PPK, no necesitas tantos PAFs. De hecho, si tu equipo es fiable, puede que no necesites ninguno, lo cuál es algo a lo que nos referiremos más adelante. 

Los PAFs funcionan como una capa adicional de seguridad, que garantiza que los resultados cartográficos se ajustan a las coordenadas reales centradas en la Tierra. 

Es importante tener en cuenta que los PAFs son una parte integral del postprocesamiento de los resultados, y que los resultados del mapa se ajustarán a los puntos de apoyo fotogramétricos reales que hayas colocado, capturado y «dicho» al software que los respete. De hecho, los PAFs tienen que ser la verdad todopoderosa en términos de precisión, porque son un factor limitante, y un mapa puede incluso estirarse para obedecer a su colocación. Veamos cómo conseguir que se ajusten lo más posible a la realidad. 

La diferencia clave entre los PAFs y los puntos de control

GCP illustration
checkpoint illustration

La diferencia entre los PAFs (izquierda) y los puntos de control (derecha) surge en la fase de procesamiento de los datos de tu dron. Si asignas puntos de localización cartográfica como PAFs, el software vinculará e incluso moverá estos puntos cartográficos para que estén alineados con los puntos conocidos de la Tierra que representan. Los puntos de control, por su parte, son puntos de ubicación de los datos del dron que se comparan con puntos conocidos para comprobar su precisión en comparación con lo que se ha validado en la Tierra.

¿Qué son los puntos de apoyo fotogramétricos en fotogrametría?

  • Los puntos de apoyo fotogramétricos (PAFs) son lugares del terreno que tienen asociada una ubicación precisa conocida.
  • En fotogrametría, se utilizan para vincular el mapa a la Tierra, haciendo coincidir los datos de localización del dron con los datos de localización medidos terrestremente.
  • En caso de diferencia entre la precisión de localización de los datos del dron y los datos terrestres, el mapa aéreo se estirará durante el posprocesamiento para vincularlo al PAF.
  • Es importante señalar que los PAFs no son lo mismo que los puntos de control, que se utilizan en el posprocesamiento para validar la precisión cotejando el mapa con los puntos conocidos de la Tierra capturados durante el levantamiento topográfico.

Puntos de apoyo fotogramétricos para cartografía con drones — buenas prácticas

Lo ideal es que los puntos de apoyo fotogramétricos reales para cartografía con drones sean piezas de material duradero con un tamaño medio de 30 cm2 y un patrón de color claro que muestre sus centros exactos en las fotos aéreas. Tienen un acabado mate para evitar deslumbramientos y están marcados con colores de alto contraste, como blanco y negro, amarillo y negro, o verde y rosa brillantes. El centro de estos cuadrados está alineado con un punto exacto del terreno que se conoce porque ha sido medido por un equipo topográfico calibrado con precisión en ese lugar de la Tierra.

¿Cuál es la diferencia entre las balizas terrestres?

Las baldosas cuadradas como la de la izquierda son las que mejor funcionan. Los otros ejemplos no. ¿Por qué? Digamos que tienes un área objetivo de 3 cm en el centro de tu configuración PAF X o incluso más en el círculo pintado alrededor del punto geodésico. Esto introduce suficiente espacio para producir un error de selección, especialmente si tu resolución es superior a 3 cm por píxel. En los informes de Pix4D, esto se denomina «error de proyección», que estima lo bien que la persona que procesa los datos ha seleccionado el punto PAF preciso en las múltiples imágenes que lo contienen. No debe tener más de un píxel. Este error se tiene en cuenta en la precisión cartográfica final.

Algunos topógrafos pueden preferir pintar líneas en el suelo con spray, ya que vuelven al lugar a menudo y necesitan un control del terreno más permanente. Se recomienda utilizar en este caso, en lugar de un patrón en X, un patrón en L para marcar el punto exacto. A veces resulta tentador utilizar un punto de referencia como PAF, por ejemplo la esquina de un edificio o la parte superior de una tapa de alcantarilla. Sin embargo, las sombras y la falta de contraste pueden hacer que sea muy difícil localizar el punto exacto que se necesita. En cualquier caso, tendrás que asegurarte de que el punto de tu PAF físico es tan claro como la resolución mínima de tu imagen.

GCP mapping project output

La imagen de procesamiento (Pix4D) de arriba procede de datos de drones que cubren una isla con vegetación densa. Nos ayuda a ver que el momento clave para decidir sobre los PAFs es después de procesar el paso 1 del informe de fotogrametría. En este punto, puedes ver la fuerza del punto de enlace, con las zonas difíciles mostradas en colores más claros y las coincidencias fuertes indicadas en negro. Puedes colocar PAFs en las zonas más claras para reforzar tus resultados. Como clavar un clavo en la zona débil para hacerla más resistente.

Nunca se insistirá lo suficiente en la importancia de que estos puntos estén colocados con precisión, inmóviles y claramente marcados, porque cuando llegue el momento de procesar los puntos de localización en los datos aéreos, el mapa resultante se alineará con ellos. En tal caso, tus datos pueden ser muy precisos, pero si el PAF no lo es tanto, el mapa se desplazará en consecuencia. Esto es diferente que en el caso de los puntos de control, a los que llegaremos en la siguiente sección.

WingtraOne and a GCP
Para validar la alta precisión de WingtraOne PPK, Wingtra utilizó un conjunto de puntos de control del Instituto de Geodesia y Fotogrametría de la ETH de Zúrich (Escuela Politécnica Federal de Suiza). Los resultados están disponibles en el documento técnico enlazado al final de este blog.

Cómo establecer puntos de apoyo fotogramétricos en el suelo para levantamientos fotogramétricos

  • Determina tu área del levantamiento topográfico y localiza puntos alrededor del exterior, pero no demasiado cerca del borde para que varias imágenes capturen el mismo punto.
  • Si no vuelas con una carga útil PPK o RTK, coloca el control de tierra a intervalos frecuentes por toda la zona cartografiada, evitando las líneas rectas y cubriendo el espacio de manera uniforme, asegurándote de colocarlo a todas las elevaciones.
  • Si estás volando con una carga útil PPK o RTK, no deberías necesitar más de 4 a 5 PAFs para una milla cuadrada (2 km2), sólo asegúrate de colocarlos para representar cualquier fluctuación en el terreno si se aplica, es decir, arriba y abajo.
  • Asegúrate de que cada PAF esté sobre una superficie plana, sea pesado para que no se mueva (basta con pintarlo en el suelo) y tenga un acabado mate con una esquina o centro claro como punto.
  • Utiliza un método de topografía terrestre adecuado para medir cada punto con, al menos, la precisión que desees uar (por ejemplo, un rover GNSS en modo RTK, mediciones GNSS estáticas o mediciones taquimétricas).

Documento técnico

Alcanzando una precisión absoluta de 1 cm (0,4)

Lee nuestras pruebas y los resultados que demuestran que el dron WingtraOne alcanza repetidamente la mejor precisión absoluta de 1cm de su clase.

¿Cuándo son suficientes los puntos de control?

En primer lugar, nos conviene entender qué es un punto de control frente a un PAF. De hecho, el trabajo de base es el mismo: se necesitan puntos en la Tierra que sean absolutamente precisos según las mediciones terrestres, y es necesario que estén claramente representados en las fotografías aéreas.

La diferencia surge en el postprocesado, ya que los puntos de control solo se utilizan para cotejar la precisión que se ha capturado con los datos corregidos del dron con las mediciones sobre el terreno.

Ten en cuenta que, dado que ambos se basan en puntos físicos sobre el terreno, los puntos de control pueden convertirse en PAFs durante el postprocesamiento si es necesario. 

Diferencias entre PAFs y puntos de control

Puntos clave PAF Punto de control
Requiere marcas claras en el suelo para que sean visibles en las fotografías
m
m
Debe verificarse la exactitud
m
m
Para ser eficaz, el punto medio preciso debe ser tan pequeño como la resolución mínima de la imagen.
m
m
Utilizado por el software de fotogrametría durante la creación del mapa e influirá en el resultado cartográfico
m
Se utiliza tras la creación del mapa para comparar la precisión de los puntos del mapa con los puntos de apoyo fotogramétricos conocidos; no influye en el resultado cartográfico.
m
En esencia, la precisión del punto de control no determina cómo se procesa el mapa, solo sirve como paso de verificación de que la precisión que has recogido con el dron se aproxima exactamente a la medida en la Tierra para ese punto exacto.
WingtraOne with three mapping outputs

¿Lo sabías?

WingtraOne, que lleva una carga útil PPK de gama alta, funciona tan bien en múltiples levantamientos topográficos que algunos clientes —para trabajos específicos de alto contraste, como cartografía urbana y de minas— solo utilizan puntos de control para verificar la precisión. Ve este ejemplo de un proyecto cartográfico de la Autoridad Portuaria de Estados Unidos.

La ventaja de esto es que tu mapa se basa en la precisión que captó el dron, y si se trata de un dron fiable y de alta precisión, no introducirás mediciones terrestres de los PAFs. ¿Por qué no querrías introducirlas? Porque podrían ser propensas al error humano en función de todos los factores enumerados anteriormente, es decir, una buena distribución y puntos centrales precisos. También podría ser el caso de los puntos de control; sin embargo, tu mapa no se procesará en función de ellos, solo se comprobará.

En este sentido, para obtener estimaciones de precisión imparciales que demuestren los resultados a un cliente, es conveniente incluir algunos puntos de control en los proyectos procesados con PAFs. ¿Por qué? Si sólo se utilizan los PAFs, la estimación de la precisión es limitada (y sesgada), ya que el mapa se optimiza para ajustarse a los puntos de apoyo fotogramétricos frente a la comparación de los resultados del levantamiento topográfico con los puntos de apoyo fotogramétricos como prueba de precisión.

Veredicto

Si necesitas resultados fotogramétricos de alta precisión y no dispones de un dron equipado con PPK o RTK para obtener una precisión superior a la del GPS, tendrás que colocar puntos, de forma precisa y uniforme, alrededor de tu área del levantamiento topográfico. Y tendrás que tratar estos puntos como PAFs durante el procesamiento para fijar los resultados del mapa a la Tierra y obtener resultados a nivel de sub-pulgada / cm.

Tanto si el dron está equipado con una carga útil PPK / RTK como si no, el proyecto determinará dónde y con qué frecuencia deben colocarse los puntos y, en el caso de PPK y RTK, si esos puntos serán más útiles como PAFs o como puntos de control. Con los drones PPK y RTK, en general se necesitan menos puntos, siempre que las zonas complicadas —es decir, los terrenos boscosos, herbáceos y ondulados— estén bien marcadas.

En casos de proyectos urbanos o industriales de alto contraste, como mapas de ciudades o minas, los drones equipados con PPK y RTK pueden proporcionar datos lo suficientemente precisos como para que puedas utilizar solo tres ubicaciones conocidas como puntos de control. En el caso de corredores con vegetación o zonas de terreno difícil dentro de un mapa, necesitarás que los puntos colocados en estas zonas sirvan como PAFs para poder clavar dichas zonas. La buena noticia es que con los drones equipados con PPK y RTK necesitarás menos.

Al final, depende del piloto determinar cuándo tratar los puntos como PAFs o puntos de control, dónde colocarlos y cuántos son necesarios. Esto se reduce al tipo de proyecto y a la calidad de los datos recopilados por los drones a lo largo de varios proyectos, lo que ayuda al operador a calibrar el nivel de riesgo y si éste es demasiado alto o no. 

Publicado por

Picture of Wingtra
Wingtra

Wingtra desarrolla, produce y comercializa drones VTOL de alta precisión que recopilan datos aéreos de grado topográfico.

Lee sobre nuestro dron

El LIDAR de Wingtra ya está aquí

Experimenta una eficiencia inigualable confiable y fácil de usar.

Usamos cookies para proporcionar una experiencia fácil de usar. Al continuar navegando en este sitio, usted da su consentimiento para que se utilicen y almacenen cookies en su dispositivo. Para obtener más información, lea nuestra Política de privacidad .