Sistema LiDAR - Experiencias en Colombia

EXPERIENCIAS YLOGROS OBTENIDOS
EN LAINFRAESTRUCTURA CIVIL
MEDIANTE ELUSODELATECNOLOGÍA LiDAR
EN COLOMBIA

Contenido1. CONCEPTO LIDAR
2. COMPONENTES DEL SISTEMA LIDAR + FOTOGRAMETRÍA
3. METODOLOGÍA DE TRABAJO
3.1 Fase de planeación
3.2 Fase de captura
3.3 Fase de post-proceso
4. PRODUCTOS OBTENIDOS
4.1 Ortofotomosaico (OFM)
4.2 Modelo digital de superficie (MDS)
4.3 Modelo digital de elevaciones (DEM)
4.4 Modelo digital de terreno (MDT)
4.5 Curvas de nivel
4.6 Restitución vectorial 2D / 3D
4.7 Base de datos geográfica (SIG)
4.8 Planos topográficos
5. ALCANCE DEL SISTEMA LIDAR + FOTOGRAMETRÍA
5.1 Resolución
5.2 Precisión
5.3 Definición
5.4 Rendimiento
5.5 Costos
6. APLICACIONES Y EXPERIENCIAS PARTICULARES OBTENIDOS EN PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA CIVIL EN COLOMBIA
6.1 Proyectos viales
6.2 Proyectos línea eléctrica
6.3 Proyectos urbanos
6.4 Proyectos ambientales
7. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA LiDAR + FOTOGRAMETRÍA

Introducción
La información topográfica y cartográfica es la base de los estudios y diseños técnicos de
toda infraestructura civil, ya que son el insumo a partir del cual se localizan, proyectan y
desarrollan todas las áreas involucradas presentes en una obra de construcción. La
implementación de sensores remotos constituye una solución íntegra que permite efectuar
diversas técnicas de captura, procesamiento y análisis de información espacial.
Algunas de éstas técnicas son los levantamientos ejecutados con el sistema LiDAR; a
continuación se comenta el uso, alcance y experiencias alcanzadas con dicha tecnología en
Colombia.
Cundinamarca
Río Magdalena

ConceptoLiDAR
LIDAR: es el Acrónimo de “Light Detection and Ranging”. Su traducción literal es
“detección y medición de la luz”, y se trata de un sistema láser de medición a
distancia que se utiliza a menudo en los campos de la ciencia, ingeniería e industria.
Recientemente esta técnica se está introduciendo en el campo de la cartografía y
topografía, puesto que permite la modelización rápida y precisa del terreno en zonas
extensas y/o con accesos difíciles.

ComponentesdelSistemaLiDAR+Fotogrametría
 Escáner láser: Emisor del haz de luz
 Receptor GNSS: Posición y altura del sistema.
 Sistema inercial (IMU): Determina los giros y trayectoria de la
Aeronave.
 Cámara Fotográfica: Captura imágenes RGB de alta resolución.
 Unidad Estampadora de Tiempos: Coordina eventos de componentes
del sistema.
 PC: almacena la información colectada

Metodología deTrabajo
Plan de vuelo Red geodésica del proyecto
 FASE DE PLANEACIÓN

 FASE DE CAPTURA

1. Cálculo de trayectorias 2. Posición de la nube de puntos
3. Clasificación de la nube de puntos
3D Planta Sección Transversal
X,Y,Z
 FASE DE POST-PROCESO (Nube de Puntos LiDAR)
Bogotá D.C.
Cll 80 – Av Caracas

1. Generación de Fotogramas 2. Aerotriangulación y Ortorectificación
3. Orto-Fotomosaico
 FASE DE POST-PROCESO (Orto-Fotomosaico)

Productos Obtenidos
 ORTOFOTOMOSAICO
Resolución (3 – 10 cm/pixel)
Poste
Caja
Sumidero
Válvula
Pozo
Persona
Señalización
Bogotá D.C.
Cll 80 – Av Caracas

Imagen Satelital Google Earth
Productos Obtenidos
 ORTOFOTOMOSAICO
Imagen Aérea Alta Resolución

Productos Obtenidos
 MODELO DIGITAL DE SUPERFICIE (MDS)
Bogotá D.C.
Puente Autonorte - NQS
Clasificación Color Elevación

Productos Obtenidos
 MODELO DIGITAL DE ELEVACIONES (DEM)

Productos Obtenidos
 MODELO DIGITAL DE TERRENO (MDT)
Caquetá – Puerto Rico
Cuenca Río Ariari

Productos Obtenidos
 MODELO DIGITAL DE TERRENO (MDT)
Modelo de Elevaciones SRTM (Google Earth) Modelo de Terreno LiDAR
Av. Caracas – Calle 63 (Bogotá)

Productos Obtenidos
 CURVAS DE NIVEL

Productos Obtenidos
 RESTITUCIÓN VECTORIAL 2D / 3D
2D 3D
Bogotá D.C.
Puente Aranda

Productos Obtenidos
 BASE DE DATOS GEOGRÁFICA (SIG)

Productos Obtenidos
 PLANOS TOPOGRÁFICOS

 RESOLUCIÓN
• Rango de captura de puntos en vuelo (50 000 – 500 000 pts/s)
• Densidad de puntos en tierra (1 – 30 pts/m2)
• Resolución Ortofoto (3 – 10 cm / pixel)
• Rango de captura de eventos IMU (0.002 – 0.005 ms)
AlcancedelSistemaLiDAR+Fotogrametría
 PRECISIÓN
Esc:1:500 Precisión centimétrica (X.Y.Z) Proyectos Fase 3 (Diseño y Construcción)
• Red geodésica local densa cada 3km máx – proyectos lineales (RMSE ≤ 3 cm)
Precisión 1:500 (X,Y)
• Red geodésica calculada en un sistema de proyección de referencia local
• Red geodésica con cota de nivel de precisión (≤ 8 mm) Precisión 1:500 (Z)

 PRECISIÓN
y = 4E-06x - 0.0011
R² = 0.0023
-0.150
-0.100
-0.050
0.000
0.050
0.100
0.150
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
∆Z(m)
# Pozos (867)
∆Z Pozos de Alcantarillado (Cota geométrica Vs Modelo LiDAR)
0 0 0 0 0 0 4 16 12 2
413
376
9 14 11 9 0 1 0 0 00
50
100
150
200
250
300
350
400
450
-0.2
-0.18
-0.16
-0.14
-0.12
-0.1
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
Tabla de Frecuencias ∆Z
MUESTRA 867
DIF MIN (m) -0.095
DIF MAX (m) 0.123
RMSE (cm) 1.984

 RENDIMIENTO  COSTO
 DEFINICIÓN
1 pt/m2 5 pts/m2 25 pts/m2
0
1
5
500
50
2 100010010
Área (Ha)
Días (Convencional / 1 Comisión)
Tiempo(Días)
Días (LiDAR / 1 Vuelo)
100000
50000
20000
5000
1000 500
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
0 5 10 15 20 25 30 35
Áreadecobertura(Ha)
Costo ($/m2)
Costo convencional IDU ≈ 800 $/m2

AplicacionesyExperienciasParticularesObtenidos
enProyectosdeInfraestructuraCivilenColombia
Proyectos Viales
Proyectos de Línea EléctricaProyectos Minero-Geológicos
Proyectos Ambientales Proyectos Urbanos
Aplicaciones

Proyectos Viales Estructuración de Concesiones Viales
para el grupo de carreteras 2 Centro – Occidente
Contrato: 2121825
COBERTURA
Tramo
Longitud
(Km)
Área
(Ha)
Buenventura - Buga 162 6195
Cali - Loboguerrero 57 343
La Paila - Ibagué 156 9416
Santander de Quilichao - Chachagüí 314 5324
Pasto Ipiales 84 746
Total 773 22024
PRECISIÓN RELATIVA PRECISIÓN ABSOLUTA
Milimétrica ˂ 15 cm
DENSIDAD DE PUNTOS LiDAR (Pts / m2)
7
RESOLUCIÓN ESPACIAL ORTOFOTO (Cm / Pixel)
10
DURACIÓN (mes)
4
PRODUCTOS GENERADOS
 Materialización Red Geodésica
 Cálculo Red Geodésica
 Ortofoto
 MDS (Clasificado)
 MDT

Proyectos de Línea Eléctrica Convocatoria UPME 05-2018
Nueva subestación Toluviejo 220 kv
y líneas de transmisión asociadas.
COBERTURA
Tramo
Longitud
(Km)
Área
(Ha)
Chinú - Toluviejo 160 9600
15
5
DURACIÓN (mes)
3
PRODUCTOS GENERADOS
 Ortofoto
 MDT
 Curvados (50 cm)
 Vectorización cartográfica 2D y 3D
 Planos Topográficos

Valle del
Cauca
Santander
Alférez
Primavera
Sogamoso
Yumbo
Esmeralda
Proyectos de Línea Eléctrica Adquisición de información LiDAR
para gestión de riesgos en la franja de servidumbre
de líneas de trasmisión eléctrica (264 km.)
COBERTURA
Tramo
Longitud
(Km)
Área
(Ha)
Primavera - Sogamoso 136 1020
Alférez - Yumbo 128 930
Total 264 1950
25
5
DURACIÓN (mes)
2.5
PRODUCTOS GENERADOS
 Ortofoto + NIR
 MDT
 MDV + Inventario de Árboles
 Vectorización Cartográfica 2D + 3D
 Identificación espacial de Incumplimientos CAD, SHP, KMZ.
 Base de datos Incumplimientos (CSV + Geodatabase).
 Clasificación Usos del suelo (CORINELANDCOVER)
 Planos Planta – Perfil (Incumplimientos)

Proyectos Urbanos Estudios y diseños de la troncal centenario desde el límite occidente
del distrito hasta la troncal Américas con carrera 50 y de la Avenida
Longitudinal de Occidente, ramal Av. Villavicencio hasta la Av. Cali y
ramal Av. Américas hasta la Av. Cali. Bogotá D.C.
COBERTURA
Tramo
Longitud
(Km)
Área
(Ha)
Av. ALO + Cll 13 + Ramal Av. Américas
+ Ramal Av. Villavicencio
53 1020
12
3.5
DURACIÓN (mes)
6
PRODUCTOS GENERADOS
 Cálculo Red Geodésica + Nivelación de Precisión
 Ortofoto
 MDT
 Vectorización Cartográfica 2D + 3D
 Nivelación Geométrica de Pozos de Acueducto
 Complemento Levantamiento de Canales, Ríos y Humedales.
 Complemento Levantamiento Puertas y Fachadas.
 Inventario de Señales Verticales

Proyectos Urbanos Diseños del Plan Maestro de Alcantarillado sanitario de los
municipios de Sibundoy, Santiago, Colon y San Francisco y Plan
Maestro de Alcantarillado Pluvial de los municipios de
Sibundoy, Santiago y San Francisco – Putumayo.
COBERTURA
Municipios
Longitud
(Km)
Área
(Ha)
Sibundoy, Santiago, Colón, San Francisco N.A 2138
9
7
DURACIÓN (mes)
3
PRODUCTOS GENERADOS
 Cálculo Red Geodésica + Nivelación de Precisión
 Ortofoto
 MDT
 Vectorización Cartográfica 2D
 Nivelación Geométrica de Pozos de Alcantarillado
San
Francisco
Sibundoy
Colón
Santiago

Proyectos Ambientales Levantamiento Topobatimétrico del Río Magdalena
para la delimitación de la zona de ronda del sector comprendido
entre la desembocadura del Río Sumapaz en Ricaurte y la
desembocadura del Río Negro en Puerto Salgar
zona limítrofe occidental de la jurisdicción de la CAR
COBERTURA
Tramo
Longitud
(Km)
Área
(Ha)
Rio Magdalena (Girardot – Buenavista) 236 45026
1.5
8
DURACIÓN (mes)
3
PRODUCTOS GENERADOS
 Ortofoto
 MDT LiDAR + Batimetría
 Curvados (5 m)
 Vectorización Cartográfica 2D
 Base de datos cartografía (Geodatabase)

 Rápida adquisición de datos.
 Menor probabilidad de estar afectados por fallos humanos.
 Procesado automático de los datos.
 Cubrimiento masivo de áreas.
 Cubrimiento de zonas de difícil acceso vía terrestre.
 Obtención de información en zonas de alto riesgo ambiental y/o social.
 Bajos costos en grandes áreas (≥ 400 ha).
 Orto-foto aérea que permite visualizar el entorno del proyecto con gran grado de detalle
para toma de decisiones.
 Facilidad de exportar los datos tratados a sistemas CAD y/o SIG.
 Extracción detallada del Modelo Digital de Terreno (MDT).
 Facilidad de elaborar productos cartográficos y/o topográficos.
 No genera impactos ambientales negativos sobre el área de levantamiento.
VentajasdelSistemaLiDAR+Fotogrametría

 Altos costos para proyectos de áreas pequeñas (≤ 100 ha).
 No penetra superficies de agua.
 Depende de condiciones climatológicas favorables.
DesventajasdelSistemaLiDAR+Fotogrametría

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