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Ingeniería Catastral y Geodesia Universidad Distrital “Francisco José de Caldas”
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ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO CONSTRUCTIVO EN LA COMUNA SUR
ORIENTAL DE MEDELLIN BARRIO MANRIQUE POR EL METODO DE
TELEDETECCION DEL SISTEMA LIDAR
PRESENTADO POR:
IVÁN FRANCISCO CABRALES ROJAS
CARLOS MAURICIO NEIRA AVILA
TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO CATASTRAL Y GEODESTA.
DIRECTORA DEL TRABAJO DE GRADO. INGENIERA CLAUDIA BERENICE ROJAS
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERIAI NGENIERÍA CATASTRAL Y GEODESIA
BOGOTÁ D.C. 2017
Ingeniería Catastral y Geodesia Universidad Distrital “Francisco José de Caldas”
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Firma de Jurado
Bogotá D.C Abril 2017
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DEDICATORIA
Este trabajo está dedicado a Dios, nuestros Padres, nuestras Esposas y nuestros
Hijos, gracias todos y cada uno de ellos, es posible vivir este gran sueño, que el
esmero y la fe que depositaron en nosotros se vean retribuido.
Gracias a toda nuestra familia por el apoyo incondicional en todo este tiempo, sin
olvidar a quienes no están presentes y que desde donde estén se sentirán
orgullosos de nuestros logros.
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AGRADECIMIENTOS.
Gracias a la Universidad Distrital por nuestra formación profesional que fue
integra, a nuestros profesores y amigos.
Estamos infinitamente agradecidos con la Ingeniera Claudia Rojas por creer en
nuestro trabajo y en ser la guía para nuestro aprendizaje.
Agradecidos con el apoyo del Ingeniero German Ramírez, quien nos colaboró y
apoyo permanentemente para terminar con satisfacción el proyecto.
El apoyo que nos brindó la empresa ISATECH CORPORATION al suministrar los
datos y la asesoría técnica en este camino que fue muy satisfactorio.
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TABLA DE CONTENIDO
1.TITULO...................................................................................................................... 12
ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO CONSTRUCTIVO EN LA COMUNA SUR ORIENTAL DE MEDELLIN
BARRIO MANRIQUE POR EL METODO DE TELEDETECCION DEL SISTEMA LIDAR. ........................ 12
2. INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 13
CAPITULO I .................................................................................................................. 14
3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ............................................................................... 14
4. JUSTIFICACIÓN ......................................................................................................... 15
5. OBJETIVOS ............................................................................................................... 16
5.1 OBJETIVO GENERAL .......................................................................................................... 16
5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................... 16
CAPITULO II ................................................................................................................. 18
7. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................... 18
7.1 DEFINICIÓN DE CATASTRO EN COLOMBIA .......................................................................... 18
7.2. DEFINICIÓN DEL SISTEMA ................................................................................................. 19
7.2.1 ¿QUÉ ES LIDAR? ............................................................................................................................ 19
7.2.2 COMPONENTES DE UN SISTEMA LIDAR ........................................................................................ 19
7.2.3 TIPOS DE LIDAR ............................................................................................................................. 20
7.2.3.1 LIDAR AREOTRANSPORTADO .................................................................................................... 20
7.2.3.1.1 LIDAR TOPOGRAFICO ............................................................................................................. 21
7.2.3.3 LIDAR BATIMETRICO ................................................................................................................. 21
7.2.3.4 LIDAR TERRESTRE ..................................................................................................................... 22
7.3 DESCRIPCION DEL PROYECTO ........................................................................................... 23
7.3.1 ¿CÓMO FUNCIONA EL SISTEMA LIDAR? ....................................................................................... 23
7.3.2 ATRIBUTOS DE LOS PUNTOS LIDAR.............................................................................................. 24
7.3.2.1 INTENSIDAD .............................................................................................................................. 24
7.3.2.2 CLASIFICACIÓN DE PUNTOS ...................................................................................................... 24
7.3.2.3 ¿QUE ES UNA NUBE DE PUNTOS? ............................................................................................. 24
7.4 MÉTODO PARA LA OBTENCIÓN DE LOS DATOS LIDAR. .................................................................. 24
7.4.1 PLANEACIÓN DEL VUELO .............................................................................................................. 24
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7.4.2 RESULTADOS DEL PLAN DE VUELO .................................................................................. 25
7.5 OBTENCIÓN DE DATOS ...................................................................................................... 26
7.5.1 OBTENCION DE ORTHOFOTOS Y PUNTOS LIDAR ....................................................................... 26
7.5.2 ¿QUE SON LOS DATASET LAS? ..................................................................................................... 26
7.5.3 ¿COMO SE ALMACENAN LOS DATOS LIDAR? ............................................................................... 27
7.5.4 CLASIFICACION DE PUNTOS LIDAR .................................................................................. 28
7.5.5 CLASIFICACION DE CODIFICACION DE CAMPO DE BITS ............................................................... 29
7.6 QUE ES MODELO DIGITAL DE TERRENO MDT ...................................................................... 30
7.6.1 MODELOS DE ELEVACION ............................................................................................................. 30
8.1 UBICACIÓN ........................................................................................................................ 32
8.2 CLIMA ............................................................................................................................... 33
9 INSUMOS Y HERRAMIENTAS .................................................................................. 36
9.1 TIPO DE AERONAVE: ......................................................................................................... 36
FUENTE: EMPRESA ISATECH ..................................................................................................... 36
9.2 CAMARA FOTOGRAFICA TRIMBLE AICPRO IQ180 ................................................................ 37
FUENTE ISATECH CORPORATION .............................................................................................. 37
9.3 TRIMBLE HARRIER 68i (LIDAR) ...................................................................................................... 38
FUENTE: ISATECH CORPORATION; 2015 ................................................................................... 38
9.4 SOFTWARE: ...................................................................................................................... 38
10. ALCANCES DEL PROYECTO ...................................................................................... 39
CAPITULO III ................................................................................................................ 40
11. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 40
11.1 LOCALIZACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO .......................................................................... 40
11.2 PARAMETROS PARA EL VUELO LIDAR ............................................................................. 42
11.3 EJECUCIÓN DEL PLAN DE VUELO ....................................................................................... 46
11.4 PROCESAMIENTO LIDAR ................................................................................................. 48
11.4.1 Error medio cuadrático ............................................................................................................... 51
11.5. GENERACIÓN DEL MODELO DIGITAL DE TERRENO (DTM) ................................................. 52
11.6 PREPARACIÓN Y TRIANGULACIÓN DEL PROYECTO DE FOTOS........................................... 56
11.7 GENERACIÓN DE MOSAICO SIN ORTORECTIFICAR ............................................................ 57
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11.8 ORTOFOTOMOSAICO ...................................................................................................... 57
11.8 CLASIFICACION DE ARCHIVOS .LAS .................................................................................. 59
11.9 NUBE DE PUNTOS .......................................................................................................... 61
11.9.1 RECLASIFIACION DE PUNTOS LIDAR ........................................................................................... 62
11.10 MODELO DIGITAL DE SUPERFICIE (DSM) ............................................................. 64
CAPITULO IV ................................................................................................................ 71
12. ETAPA FINAL Y GENERACIÓN DE MAPAS Y RESULTADOS ¡Error! Marcador no definido.
15. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 79
16. RECOMENDACIONES .............................................................................................. 81
17 GLOSARIO ............................................................................................................... 82
18 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 86
19 TRABAJOS CITADOS ................................................................................................. 87
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TABLA DE IMAGENES
Imagen no 1 General de los componentes necesarios para la toma de datos lidar; ............................. 20
Imagen No 2 VUELO Y TRAYECTORIA DEL SISTEMA LIDAR ZONA TOPOGRAFICA ................................ 21
Imagen No 3 EJEMPLO DE UNA TOMA BATIMETRICA DESDE EL AIRE ......................................................... 21
Imagen No 4 EJEMPLO; DE LA TOMA DE INFORMACIÓN LIDAR TERRESTRE EN MOVIMIENTO ......... 22
Imagen No 5 UBICACIÓN Y FORMA DE ALMACENAMIENTO DE LOS DATOS LAS; ..................................... 27
Imagen No 6 CLASIFICACIÓN DE LA NUBE DE PUNTOS, .................................................................................. 29
Imagen No 7 ZONA DE ESTUDIO DE LAPERIFERIA ORIENTAL DE LA DE CIUDAD DE MEDELLÍN; ..... 32
Imagen No 8 AERONAVE, CESSNA 182T ................................................................................................................. 36
Imagen No 9 CAMARA AICPRO IQ180, ................................................................................................................. 37
Imagen No 10 SISTEMA LIDAR TRIMBLE HARRIER 68I; .................................................................................. 38
Imagen No 11 ZONA DE ESTUDIO DE LA CIUDAD DE MEDELLÍN; Y GENERACIÓN DEL PLAN DE
VUELO; FUENTE: GOOGLE EARTH, 2015 ............................................................................................................... 40
Imagen No 12 DER. ZONA DE ESTUDIO SUR ORIENTE DE MEDELLÍN; IZQ. GENERACIÓN DE LÍNEAS
DE VUELO; FUENTE: SOFTWARE TRACK AIR ; ISATECH CORPORATION, 2015........................................ 41
Imagen No 13 GENERACIÓN DE LAS FAJAS PARA LA REALIZACIÓN DEL VUELO DE LA CIUDAD DE
MEDELLÍN; FUENTE: SOFTWARE TRACK AIR; ISATECH CORPORATION, 2015......................................... 42
Imagen No 14 REPRESENTACION GRAFICA DE LAS CONDICIONES DEL VUELO;
Fuente: software del Harrier Isatech Corporation .......................................................................................... 45
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Imagen No 15 Representación gráfica de cómo se realiza la toma de las líneas de vuelo ;
fuente: Isatech corporation, 2015 ............................................................................................................................... 46
Imagen No 16 Representación gráfica de la trayectoria del avión; .................................................................... 47
Imagen No 17 Proceso para la extracción de fotocentros; ............................................................................. 48
Imagen No 18 Ajuste Planimétrico en 2D en LP MASTER; .............................................................................. 49
Imagen No 19 Ajuste planimétrico ....................................................................................................................... 49
Imagen No 20 Todas las fajas se llevan a un mismo punto de referencia, .............................................. 50
Imagen No 21 Representación Gráfica error medio cuadrático en la toma de líneas de vuelo;
Fuente: Software LP Master; Isatech Corporation, 2015 ................................................................................ 51
Imagen No 22 MDT Modelo Digital de Terreno de la zona Norte;
Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015 ................................................................ 55
Imagen No 23 MDT Modelo Digital de Terreno de la zona sur; ......................................................................... 55
Imagen No 24 Fotografía Aérea Zona Norte Composición RGB321. .......................................................... 58
Imagen No 25 Fotografía Aérea Zona Sur Composición RGB321 ............................................................... 58
Imagen No 26 vista en 3D de la Nube de puntos de la Zona Sur, sin clasificar;
Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015 ................................................................ 59
Imagen No 27 vista en 2D de la Nube de puntos de la Zona Sur, sin clasificar;
Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015 ................................................................ 60
Imagen No 28 vista en 2D Nube de puntos de la Zona Norte, sin clasificar; ........................................... 60
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Imagen No 29 vista en 3D Nube de puntos de la Zona Norte, Sin clasificar; ............................................ 61
Imagen No 30 Reclasificación de la zona Norte; ............................................................................................... 62
Imagen No 31 Vista en 2D de la Reclasificación de la zona Norte; ............................................................. 62
Imagen No 32 Vista en 3D de la Nube de puntos reclasificados manualmente de la zona norte;
Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015 ................................................................ 63
Imagen No 33: Modelo de Elevación ya libre de Ruido para la generación del MDS; ............................ 64
Imagen No 34 modelo de elevación y su respectiva orthofoto de la zona de estudio;
Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015 ................................................................ 65
Imagen No 35 Modelo de elevación dela zona susceptible de nuevas construcciones; ......................... 66
Imagen No 36 representación en 3D del Modelo de superficie Zona Norte. (MSD); .............................. 67
Imagen No 37 orthofoto de la zona Norte; ............................................................................................................. 68
Imagen No 38 Modelo Digital de superficie Zona Sur con su respectiva Orthofoto ....................................... 69
Imagen No 39 Modelo Digital de Suprficie Zona Norte Comuna de Manrique .......................................... 70
Imagen No 40 Predios Digitalizados con mutaciones de tercera clase ......................................................... 72
Imagen No 41 Digitalización de predios Actualizados y el área con expansión en la comuna
Manrique ......................................................................................................................................................................... 74
Imagen No 42 Mapa Temático de la actualización cartográfica de los predios en nuestra zona de
estudio. ............................................................................................................................................................................ 75
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INDICE DE TABLAS
TABLA 1 LOCALIZACION CON COORDENADAS DEL MUNICIPIO DE MEDELLIN .... 33
TABLA 2 LOCALIZACION DE LA AREA DE ESTUDIO, ............................................ 35
TABLA 3 CONFIGURACIÓN DEL LÁSER Y DE LA DE LA CÁMARA PARA LA
EJECUCIÓN DEL VUELO DE LA CIUDAD DE MEDELLÍN; FUENTE: SOFTWARE DEL
HARRIER ISATECH CORPORATION .................................................................... 43
TABLA 4 PARÁMETROS PARA LA REALIZACIÓN DEL VUELO ............................... 44
TABLA 5 PARÁMETROS DEL VUELO .................................................................. 44
TABLA DE FIGURAS
FIGURA NO. 1 ZONA DE INFLUENCIA DEL PROYECTO....................................................................... 34
Figura No. 2 Generación del DTM en DTM Toolkit, Parámetros de clasificación de la
información LIDAR en las clases de suelo y no suelo. ....................................................................... 53
Figura No. 3 Parámetros de interpolación de la grilla con extensión *.DTM; .......................... 54
Figura No. 4 calibracion de parametros ´para definer orientacion de las fotografias ; .... 56
Figura No. 5 Generación de las piramidales de las fotografías pare la obtención de la
orthofotos; Fuente: Software LP Master; Isatech Corporation, 2015 ................................ 57
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1. TITULO
ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO CONSTRUCTIVO EN LA COMUNA SUR ORIENTAL DE
MEDELLIN BARRIO MANRIQUE POR EL METODO DE TELEDETECCION DEL SISTEMA LIDAR.
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2. INTRODUCCIO N
En este proyecto se realizara una investigación por medio de datos LIDAR para analizar el comportamiento constructivo de la comuna sur oriental de la ciudad de Medellín, como una propuesta innovadora y maximizando este tipo de herramientas que se emplean en finalidad de tareas de forma cartográfica, redes, oleoductos, modelos de ciudades entre otras. La pregunta que surge es ¿porque usar datos LIDAR para realizar la actualización catastral en la periferia urbana de la ciudad de Medellín? Bueno esto se debe a que es una tarea que puede ser realizada no solo en una ciudad en particular sino en otros municipios que necesiten una actualización catastral, por esto tomamos la iniciativa de presentar este trabajo basados en que Colombia es importante contar con esta información y tener una imagen global de que es lo que se tiene en qué condiciones esta dinamismo el constructivo de la ciudad y dar cumplimiento a las leyes que reglamentan el catastro. Gracias a la colaboración de la empresa ISATECH CORPORATION1 logramos obtener los datos de la ciudad de Medellín la cual la empresa ha gestionado proyectos en la ciudad que son de excelente calidad y a su vez cuenta con una base de datos amplia para llevar a cabo este proyecto. En la ciudad de Medellín se vive un crecimiento en poblacional, lo que a su vez una demanda por espacio construido y suelo urbanizado urbanizable y esto se refleja en el dinamismo constructivo de la ciudad.
En este documento realizaremos los pasos correspondientes donde mostraremos las herramientas y suministros necesarios para poner en marcha este trabajo en el cual buscaremos ampliar el campo del manejo de los datos LIDAR y así presentar otra forma de trabajar con este tipo de obtención de la información con la ayuda de un sensor remoto.
1 ISATECH CORPORATION es una empresa dedicada a la Fotografía Aérea Digital que cuenta con más de 5
años de experiencia en Colombia y parte del mundo. Tiene como objetivo brindar servicios y productos geoinformáticos en un amplio portafolio, a través de la más alta tecnología, innovación, e impacto.
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CAPITULO I 3. FORMULACIO N DEL PROBLEMA
En Colombia la importancia de tener una actualización catastral óptima se debe a los recursos que se obtienen de la recaudación del impuesto predial unificado, este recaudo fiscal le permite a los municipios tener los medios para realizar inversión social el pro al desarrollo del mismo. Otro punto que es de gran importancia es el ordenamiento territorial, lo que este genera son las directrices por las cuales se orienta el crecimiento y desarrollo del territorio. En el país se encuentran zonas desactualizadas catastralmente, por inseguridad o porque los métodos actuales de reconocimiento predial están limitados frente al tamaño del territorio y también por la dinámica de la sociedad, en el caso de la ciudad de Medellín es una ciudad en crecimiento y es la segunda en importancia en nuestro país. En la ciudad de Medellín la actualización catastral no se realizaba desde el año 2004, este tuvo una actualización en el año 2012, para que su vigencia entrara en el año 2013, debido al crecimiento de la ciudad el cual es cambiante y los precios por metro cuadrado construido se han elevado significativamente (Acuerdo 64 de 2012 ).Por esto se implementó un proceso de actualización catastral y se refleja la importancia de este en la recaudación tributaria era menor por la desactualización de este.2
2http://www.medellincomovamos.org/editoriales/modernizacion-del-impuesto-predial-en-medellin
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4. JUSTIFICACIO N
En Colombia el uso de datos LIDAR siempre han sido ligados para el catastro de redes,
así como los levantamientos cartográficos y los modelamientos del terreno, los que se
busco fue realizar un censo actualizando la cartografía catastral en la periferia urbana
de la ciudad de Medellín, por medio de la nube de puntos LIDAR, que nos permite
visualizar el volumen de las construcciones.
Esto datos pueden generar modelos tridimensionales lo cual facilita la visualización de
los elementos, esta información y su formato de salida se pueden utilizar en un
software CAD para la estimación, si es necesario, de los predios que presenten la
mutación de tercera clase.
Por lo anterior facilitar el estudio centrado en la edificabilidad, enfocada en la mutación
de tercera clase, realizando un reconocimiento predial sin tener que ir a campo, lo cual
es un avance significativo, teniendo en cuenta que la labor de campo es una de las más
costosas y de las que retrasan las labores de actualización catastral en algunos sitios
donde su acceso es muy complicado, se podrá evaluar los cambios presentes casi en
tiempo real, y se podrá también realizar una reflexión en cuanto a la importancia de
tener el censo actualizado repercutiendo en políticas de ordenamiento territorial y
tributarias más acordes con la realidad.
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5. OBJETIVOS
5.1 OBJETIVO GENERAL
Identificar los predios sujetos a actualización por cambios en su estructura,
teniendo en cuenta si su modificación se da por una nueva construcción, cambios
en altura o demolición; por medio de la intensidad de puntos LIDAR con su
respectiva orthofoto
5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar una metodología para detectar mutaciones de tercera clase, mediante la
detección por medio de datos LIDAR y su posterior comparación con los datos
cartográficos catastrales existentes, para desarrollar los reportes pertinentes en la
actualización del catastro en la periferia urbana de la ciudad de Medellín.
Generar un mapa a escalas 1:5000 nivel de detalle manzana catastral y 1:25.000
para las áreas me mayor extensión, con los predios actualizados en los cuales se
evidencia mutaciones de tercera clase.
Generar un modelo digital de superficie con base en los datos LIDAR y su
respectiva orthofoto, así como la visualización 3D de las edificaciones presentes en
nuestra zona de estudio, clasificando los predios que evidencie mutaciones de
tercera clase.
Una metodología basada en datos SIG para comparar la cartografía existente con
la generada en este trabajo, utilizando los cambios previamente detectados.
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6. ESTADO DEL ARTE.
Las entidades municipales a nivel nacional se ha visto favorecida por la herramienta LIDAR
en la actualizacion catastral para el recaudo fiscal y la planeacion territorial, esto lo
encontramos en los servicios de empresas privadas que prestan sus servicion para definir
nuevas zonas urbanas, los cambios en el uso del suelo, para asi facilitar el planeamiento y
verificacion de los proyectos realizados en las ciudades.
En España se uso LIDAR para la hemos encontrado una gran variedad de documentos que
explican lo importante que es esta herramienta para estudios con fines catastrales.
Los estudios realizados muestran como la confianza que se le da a los datos de LIDAR
como el implemenar todas estas herramientas para obtener cartografia e informacion
predial lo mas actualizada posible, como veremos en el articulo 3.
La evolución de la cartografía catastral está orientada hacia la implementación de LIDAR y
las ventajas que se concluyen son: ¨El sistema LÍDAR, puede suponer que esta técnica
entre de forma definitiva también en el ámbito urbano. La información que suministra una
orthofoto verdadera, es infinitamente más rica que la de la cartografía convencional y no
deja zonas ocultas además de conservar los edificios una proyección perfectamente
ortogonal4.
3 (SÁNCHEZ LOPERA, J, LERMA GARCÍA, J.ACTUALIZACIÓN DE CARTOGRAFÍA CATASTRAL URBANA MEDIANTE
LiDAR Y SIG Revista Internacional de Ciencia y Tecnologia de la Informacion Geografica 2012) 4 (Ortofoto verdadera (True-Ortho) y Lídar, el posible futuro de la cartografía catastral urbana, Luis Julián
Santos Pérez, Ingeniero Técnico en Topografía, Ingeniero en Geodesia y Cartografía,D.G. del Catastro. Madrid).
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CAPITULO II 7. MARCO TEO RICO
7.1 DEFINICIÓN DE CATASTRO EN COLOMBIA
El catastro es el inventario o censo, debidamente actualizado y clasificado, de los
bienes inmuebles pertenecientes al Estado y a los particulares, con el objeto de lograr
su correcta identificación física, jurídica, fiscal y económica."5
Se hará referencia a las mutaciones de los predios que presenten un cambios más
específicamente la mutación de tercera clase: ¨ Las que ocurran en los predios bien
sea por nuevas edificaciones, construcciones, o demoliciones de éstas6. Esto debido a
que los datos LIDAR son aéreos y podemos identificar los cambios que se encuentran al
exterior de los inmuebles como se explica anteriormente en las mutaciones de tercera
clase.
En la ciudad de Medellín se encuentra un catastro descentralizado y esto quiere decir
que son autónomos en la ejecución de las normas que regulan el catastro nacional,
pero estos son regulados por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC), la
subsecretaria de catastro cuenta con un censo de los predios y su última actualización
se realizó en el año 2012 (Informe de Gestion 2012 planeacion municipal).
5Resolución 070 del 2011 (4 de febrero del 2011) Por la cual se reglamenta técnicamente la formación catastral, la
actualización de la formación catastral y la conservación catastral. 6 Artículo 114:mutación catastral se entiende por mutación catastral todo cambio que sobrevenga respecto de los
aspectos físico, jurídico o económico de los predios de una unidad orgánica catastral,
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7.2. DEFINICIÓN DEL SISTEMA
7.2.1 ¿QUÉ ES LIDAR?
El LIDAR es una técnica de teledetección óptica que utiliza la luz de láser para
obtener una muestra densa de la superficie de la tierra produciendo mediciones
exactas de x, y z. LIDAR, que se utiliza principalmente en aplicaciones de
representación cartográfica láser aéreas, está surgiendo como una alternativa
rentable para las técnicas de topografía tradicionales como una fotogrametría.
LIDAR produce datasets de nube de puntos masivos que se pueden administrar,
visualizar, analizar y compartir usando diferentes tipos de software como lo son
ARCGIS, Aplication master.
7.2.2 COMPONENTES DE UN SISTEMA LIDAR
Compuesto por sistemas de posicionamiento global (GPS) a bordo que es necesario para determinar las coordenadas x, y, z del sensor LIDAR en el aire y en movimiento, con ayuda de estaciones GPS en tierra.
El IMU; que es la unidad de medición inercial que mide el rumbo de la aeronave y
establece la orientación angular; colocada en la parte superior trasera de la
aeronave. El Sensor LIDAR mide el Angulo de lectura de los pulsos laser que al
combinarse con el IMU se establece la orientación angular de cada pulso del
láser.
El Sensor LIDAR mide el tiempo necesario para cada pulso emitido a reflejarse en
el suelo y volver al sensor.
Los componentes de hardware principales de un sistema LIDAR incluyen un
vehículo de recolección (avión, helicóptero, vehículo y trípode), sistema de
escáner láser, GPS (Sistema de posicionamiento global) e INS (sistema de
navegación por inercia). Un sistema INS mide la rotación, inclinación y
encabezamiento del sistema LIDAR; como se muestra en la siguiente imagen.7
7 https://es.wikipedia.org/wiki/LIDAR https://es.wikipedia.org/wiki/LIDAR.
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IMAGEN No 1 GENERAL DE LOS COMPONENTES NECESARIOS PARA LA TOMA DE DATOS LIDAR; FUENTE: HTTP://WWW.MAPAS.ISATECHCORP.COM/WP/VUELO-LIDA
7.2.3 TIPOS DE LIDAR
Hay dos tipos de LIDAR:
Aerotransportado: adecuado para análisis de superficies.
Terrestre: adecuado para localización de entidades y validación de datos.
7.2.3.1 LIDAR AREOTRANSPORTADO
Con LIDAR aerotransportado, el sistema se instala en un helicóptero o en un
avión. La luz de láser infrarrojo se emite hacia el suelo y es devuelta al sensor
LIDAR aerotransportado en movimiento. Hay dos tipos de sensores
aerotransportados: topográficos y batimétricos.
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7.2.3.1.1 LIDAR TOPOGRAFICO
El LIDAR topográfico se puede utilizar para derivar modelos de superficie para usar en varias aplicaciones como silvicultura, hidrología, geomorfología, planificación urbana, ecología del paisaje, ingeniería costera, evaluaciones de relevamiento topográfico y cálculos volumétricos, como se observa en la siguiente imagen.
IMAGEN No 2 VUELO Y TRAYECTORIA DEL SISTEMA LIDAR ZONA TOPOGRAFICA FUENTE: HTTP://DESKTOP.ARCGIS.COM /LAS-DATASET/TYPES-OF-LIDAR
7.2.3.3 LIDAR BATIMETRICO
El LIDAR batimétrico es un tipo de adquisición aerotransportada que penetra en el agua.
La mayoría de sistemas LIDAR batimétricos recopilan simultáneamente la profundidad
del agua y la elevación, que proporciona un relevamiento topográfico LIDAR
aerotransportado de la interfaz tierra-agua.
IMAGEN No 3 EJEMPLO DE UNA TOMA BATIMETRICA DESDE EL AIRE
FUENTE: HTTP://DESKTOP.ARCGIS.COM/ES/LAS-DATASET/TYPES-OF-LIDAR.HTM
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Con un relevamiento topográfico LIDAR batimétrico, la luz infrarroja (sistema
láser tradicional) se refleja de vuelta al avión desde la superficie del agua y de la
tierra, mientras que el láser verde adicional viaja a través de la columna de agua.
Se utilizan análisis de los dos pulsos distintos para establecer las profundidades
del agua y las elevaciones de la costa. La información batimétrica es muy
importante cerca de las líneas costeras, en puertos y cerca de playas y riberas. La
información batimétrica también se utiliza para ubicar objetos en el suelo
oceánico.8
7.2.3.4 LIDAR TERRESTRE
Hay dos tipos principales de LIDAR terrestre: móvil y estático. En el caso de la adquisición
móvil, el sistema LIDAR se monta en un vehículo en movimiento. En el caso de la
adquisición estática, el sistema LIDAR normalmente se monta en un trípode o dispositivo
estacionario. Ambos sensores LIDAR consisten de láser seguros para los ojos.
Imagen No 4 EJEMPLO; DE LA TOMA DE INFORMACIÓN LIDAR TERRESTRE EN MOVIMIENTO FUENTE: http://desktop.arcgis.com/es/arcmap/10.3/manage-data/las-dataset/types-of-lidar.htm
8https://es.wikipedia.org/wiki/LIDAR https://es.wikipedia.org/wiki/LIDAR
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El LIDAR terrestre recopila puntos muy densos y altamente exactos, que permiten
la identificación precisa de los objetos. Estas nubes de punto densas se pueden
utilizar para administrar instalaciones, realizar relevamientos topográficos de
carreteras y vías férreas, e incluso crear modelos de ciudades en 3D para espacios
en el exterior y en el interior, para mencionar algunos ejemplos.
7.3 DESCRIPCION DEL PROYECTO
7.3.1 ¿CÓMO FUNCIONA EL SISTEMA LIDAR?
LIDAR es un sensor óptico activo que transmite rayos láser hacia un objetivo
mientras se mueve a través de rutas de topografía específicas. El reflejo del láser
del objetivo lo detectan y analizan los receptores en el sensor LIDAR. Estos
receptores registran el tiempo preciso desde que el pulso láser dejó el sistema
hasta cuando regresó para calcular la distancia límite entre el sensor y el objetivo.
Combinado con la información posicional (GPS e INS), estas medidas de distancia
se transforman en medidas de puntos tridimensionales reales del objetivo reflector
en el espacio del objeto.
los datos de punto se procesan posteriormente después de que la recopilación de
datos LIDAR se reconocen dentro de las coordenadas x,y,z georeferenciadas con
alta precisión al analizar el rango de tiempo láser, ángulo de escaneo láser,
posición del GPS e información del INS.
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24
7.3.2 ATRIBUTOS DE LOS PUNTOS LIDAR
7.3.2.1 INTENSIDAD La fortaleza de la devolución del pulso láser que genero el punto LIDAR.
7.3.2.2 CLASIFICACIÓN DE PUNTOS
Cada punto LIDAR que es post-procesado puede tener una clasificación que
define el tipo de objeto que reflejó el pulso láser. Los puntos LIDAR se pueden
clasificar en varias categorías que incluyen suelo o terreno desnudo, parte
superior de cubierta forestal y agua. Las diversas clases se definen mediante
códigos numéricos de enteros en el archivo LAS.9
7.3.2.3 ¿QUE ES UNA NUBE DE PUNTOS?
Los datos LIDAR organizados espacialmente postprocesados se conocen como
datos de la nube de punto. Las nubes de punto inicial son grandes colecciones de
puntos de elevación 3D, que incluyen x, y, z, junto con atributos adicionales como
marcas de tiempo GPS. Las entidades de superficie específicas que el láser
encuentra se clasifican después de que la nube de punto LIDAR inicial es
postprocesada. Las elevaciones de la tierra, los edificios, canopea forestal, pasos
elevados de autopista, y todo lo demás que el rayo láser encuentra durante la
encuesta constituye los datos de nube de punto.
7.4 MÉTODO PARA LA OBTENCIÓN DE LOS DATOS LIDAR.
7.4.1 PLANEACIÓN DEL VUELO
Se cuenta con una aeronave CESSNA 182T, la cual cumple con todas las
especificaciones dictadas por la Aeronáutica Colombiana Civil y también con todas
las m0odificaciones específicas para el montaje de sensores remotos.
9 https://es.wikipedia.org/wiki/LIDAR https://es.wikipedia.org/wiki/LIDAR
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25
Contamos con el sistema LIDAR que incorpora una cámara fotogramétrica
integrada con una resolución de 60 megapíxeles que funciona conjunto con un
escáner laser con un ángulo de barrido de 60o con capacidad de generar hasta
400.000 pulsos por segundo, capturando una alta densidad de puntos sobre el
terreno.
Así como sus componentes del sistema LIDAR como lo son:
GPS (Sistema de posicionamiento global)
INS (sistema de navegación por inercia); un sistema INS para la rotamiento, el
encabezamiento e inclinación del sistema.
Luego de dar las especificaciones de las dos principales herramientas para la captura
de datos, lo siguiente es la calibración de los equipos en el montaje que se realiza en
la aeronave, después de esto y con el aval meteorológico para realizar el vuelo sobre
la zona de interés y el cual sigue las líneas de vuelo de acuerdo a optimizar y
capturar el 100% de los datos de interés.
Sobre la superficie costera (Topografía) como en el fondo marino (Batimetría).
Generación del plan de vuelo en el software TRACK AIR con sus módulos snapPlan y snapXYZ; donde se generen las líneas de vuelo.
7.4.2 RESULTADOS DEL PLAN DE VUELO
Los resultados del plan de vuelo son los datos capturados por la aeronave y así el
control con datos GPS para tener mejor calidad del dato y así tener el sistema de
referencia que nos permita el levantamiento en campo.10
Luego de esto tenemos los datos “crudos” por así llamarlos que son los datos que
presentan algún tipo de error, que puede ser humano, técnico o del entorno de la
zona del levantamiento.
Los datos obtenidos son:
Datos GNSS
Toma de fotos aéreas
10
https://es.wikipedia.org/wiki/LIDAR https://es.wikipedia.org/wiki/LIDAR
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26
Toma de datos laser
Datos de encabezamiento, rotación e inclinación.
7.5 OBTENCIÓN DE DATOS
7.5.1 OBTENCION DE ORTHOFOTOS Y PUNTOS LIDAR
La obtención de orthofotos es mediante el barrido que se lleva a cabo por parte del
aeronave que lleva una cámara para la captura de las imágenes aéreas de la zona;
luego se realiza las correcciones pertinentes debido a los factores que pueden
afectar el resultado de la calidad del dato y hacer la representación del suelo, se
realiza la corrección orthométrica para el dato en cuanto a las alturas de la zona en
estudio. Para la obtención de los datos LIDAR, se realizan los procesos de oficina
mediante el software que constituye y realiza los ajustes pertinentes para que se
pueda trabajar con los datos que son suministrados por ISATECH, como los son la
intensidad, número de devoluciones, numero de devolución, clasificación de puntos,
borde de la línea de vuelo, RGB, Tiempo del GPS, ángulo de escaneo y dirección de
escaneo11.
7.5.2 ¿QUE SON LOS DATASET LAS?
Un dataset LAS almacena referencia a uno o más archivos LAS en el disco, así como a
entidades de superficie adicionales. Un archivo LAS es un formato binario estándar
de la industria para almacenar datos LIDAR aéreos. El dataset LAS le permite
examinar archivos LAS, en su formato original, rápida y fácilmente, proporcionando
estadísticas detallas y cobertura del área de los datos LIDAR incluidos en los archivos
LAS.
Un dataset LAS también puede almacenar referencias a clases de entidades que
contienen restricciones de superficie. Las restricciones de superficie son las líneas de
corte, polígonos de agua, límites de áreas o cualquier otra restricción de superficie
que se va a aplicar al dataset LAS.
11
http://resources.arcgis.com/es/help/main/10.1/index.html#//015w00000041000000
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27
Un archivo LAS contiene datos de la nube de punto LIDAR. Para obtener más
información sobre los archivos LAS, consulte: Almacenar datos LIDAR.12
Imagen No 5 UBICACIÓN Y FORMA DE ALMACENAMIENTO DE LOS DATOS LAS; FUENTE: ISATECH CORPORATION
7.5.3 ¿COMO SE ALMACENAN LOS DATOS LIDAR?
Originalmente, los datos LIDAR sólo se envían en formato ASCII. Con el enorme
tamaño de los conjuntos de datos LIDAR, un formato binario llamado LAS fue muy
pronto adoptado para administrar y estandarizar la forma en que los datos LIDAR se
organizaban y difundían. Ahora es muy común ver datos LIDAR representados en
LAS. LAS es un formato de archivo más aceptable porque los archivos LAS contienen
más información y, al ser binarios, pueden ser leídos por el importador de forma
más eficaz.
LAS es un formato de la industria creado y mantenido por la American Society for
Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS). LAS es un formato de archivo
estándar publicado para el intercambio de datos LIDAR. Mantiene información
específica relacionada con los datos LIDAR. Es una manera de que los proveedores y
12
www.trimble.com/data_base_marco teórico interpretación de conceptos, suministrado por Isatech Corporation
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28
los clientes intercambien datos y de conservar toda la información específica de esos
datos.
Cada archivo LAS contiene metadatos del estudio LIDAR en un bloque de
encabezado seguidos de registros individuales de cada pulso láser registrado. La
porción del encabezado de cada archivo LAS contiene información de atributos
sobre la topografía LIDAR: extensiones de datos, fecha de vuelo, tiempo de vuelo,
cantidad de registros de puntos, cantidad de puntos de retorno, cualquier
desplazamiento de datos aplicado y cualquier factor de escala aplicado. Los
siguientes atributos de puntos LIDAR se mantienen para cada pulso láser de un
archivo LAS: información de ubicación x, y, z, marca de tiempo GPS, intensidad,
número de retorno, cantidad de retornos, valores de clasificación de puntos, ángulo
de escaneo, valores RGB adicionales, dirección de escaneo, borde de línea de vuelo,
datos de usuario, Id. De origen de puntos e información de forma de onda.13
ArcGIS admite datos LIDAR que se proporcionan en formato de archivo ASCII o LAS.
La información de atributos se mantiene en ArcGIS para análisis adicionales.
El Dataset LAS, el Dataset de mosaico y el dataset de terreno admiten datos LIDAR
en formato LAS. Sólo el dataset LAS y el dataset de mosaico trabajan directamente
con los archivos LAS, mientras que el dataset de terreno requiere que los archivos
LAS se importen en la geodatabase utilizando geometría multipunto.
7.5.4 CLASIFICACION DE PUNTOS LIDAR
Cada punto LIDAR puede tener una clasificación asignada que define el tipo de
objeto que reflejó el pulso láser. Los puntos LIDAR se pueden clasificar en varias
categorías que incluyen suelo o terreno desnudo, parte superior de cubierta forestal
y agua. Las diversas clases se definen mediante códigos numéricos de enteros en el
archivo LAS.
13
www.trimble.com/data_base_instructivo para la obtención de datos.
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29
Imagen No 6 CLASIFICACIÓN DE LA NUBE DE PUNTOS, FUENTE: ISATECH CORPORATION, 2015
7.5.5 CLASIFICACION DE CODIFICACION DE CAMPO DE BITS
Cuando se realiza una clasificación de datos LIDAR, puntos pueden caer en más de
una categoría de la clasificación. Campos de bit de clasificación se utilizan para
proporcionar una descripción secundaria o clasificación para puntos LIDAR. Con la
versión LAS 1.0, un punto LIDAR no podría mantener simultáneamente dos atributos
de clasificación asignados.
Por ejemplo, es posible que sea necesario eliminar un retorno LIDAR del agua del
dataset de salida final, pero aún debe permanecer y ser administrado en el archivo
LAS como un punto LIDAR recopilado. Utilizando versión LAS 1.0, este punto no se
pudo establecer como tanto el agua y retenido de análisis.
En versiones posteriores (LAS 1.1, 1.2 y 1.3), el campo original codificado de ocho
bits se dividió para resolver este problema. Los cinco bits inferiores se utilizaron para
definir los códigos de clasificación 0 a 31, y los tres bits más altos se utilizaron para
marcadores. Se agregaron tres banderas de clasificación al estándar LAS para marcar
puntos con información adicional en la clasificación tradicional. Se pueden
establecer marcadores sintéticos, de puntos clave y retenidos para cada punto
LIDAR. Estos marcadores se pueden establecer junto con los códigos de clasificación.
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30
Por ejemplo, en las versiones 1.1, 1.2 y 1.3 de LAS, a un registro de agua se le podría
dar un código de clasificación de agua (9), así como un marcador retenido. El punto
seguirá en el dataset pero se retendrá de cualquier análisis adicional en los archivos
LAS. 14
7.6 QUE ES MODELO DIGITAL DE TERRENO MDT
Uno de los elementos básicos de cualquier representación digital de la superficie
terrestre son los Modelos Digitales de Terreno (MDT). Constituyen la base para un gran
número de aplicaciones en ciencias de la Tierra, ambientales e ingenierías de diverso
tipo. Se denomina MDT al conjunto de capas (generalmente raster) que representan
distintas características de la superficie terrestre derivadas de una capa de elevaciones a
la que se denomina Modelo Digital de Elevaciones (MDE).
7.6.1 MODELOS DE ELEVACION
Un modelo digital de elevación es una representación visual y matemática de los
valores de altura con respecto al nivel medio del mar, que permite caracterizar las
formas del relieve y los elementos u objetos presentes en el mismo.
Estos valores están contenidos en un archivo de tipo Raster con estructura regular,
el cual se genera utilizando equipo de cómputo y software especializados. En
los modelos digitales de elevación existen dos cualidades esenciales que son la
exactitud y la resolución horizontal o grado de detalle digital de representación en
formato digital, las cuales varían dependiendo del método que se emplea para
generarlos y para el caso de los que son generados con tecnología LIDAR se obtienen
modelos de alta resolución y gran exactitud (valores sub-métricos).
14
https://es.wikipedia.org/wiki/LIDAR https://es.wikipedia.org/wiki/LIDAR
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31
7.7 MODELO DIGITAL DE SUPERFICIE
Un modelo de superficie es una superficie continua que se deriva a partir de una serie
de observaciones discretas, es decir, es un tipo de mapa que obtenemos a través de
unas muestras puntuales localizadas en algún punto o lugar, por ejemplo, un modelo
de elevaciones MDE sería un ejemplo de modelo de superficie, ya que a través
de datos puntuales como puedan ser los puntos altimétricos y curvas de nivel de un
lugar, podemos recrear el relieve de dicha zona.15
15
www.trimble.com/Conseptos/Modelos Digitales de Terreno y Superficie.
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32
8. LOCALIZACION DE LA ZONA DE ESTUDIO.
8.1 UBICACIÓN
Medellín, es la capital del Departamento de Antioquia y la segunda ciudad de Colombia, región pujante, que tiene más de 2 millones de habitantes, ubicada a una altitud de 1.538 metros sobre el nivel del mar. Medellín, ciudad tricentenario, encerrada entre montañas, es el núcleo del Área Metropolitana del Valle de Aburrá, conformado por 9 municipios, actualmente conurbanos.
En este valle se localizan el núcleo principal de la ciudad de Medellín y los centros periféricos que conforman el área metropolitana, a saber: Bello, Barbosa, Caldas, Copacabana, Envigado, Girardota, Itagüí, La Estrella y Sabaneta.16
Imagen No 7 ZONA DE ESTUDIO DE LAPERIFERIA ORIENTAL DE LA DE CIUDAD DE MEDELLÍN; FUENTE: GOOGLE EARTH, 2015
16
www.medellin.gov.co--es.wikipedia.org/wiki/Medellín
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33
UBICACIÓN 6°14′41″N 75°34′
ALTITUD 1479 msnm
DISTANCIA A BOGOTA 414km
SUPERFICIE 380.64km2
TABLA 1 DE LOCALIZACION CON COORDENADAS DEL MUNICIPIO DE MEDELLIN, FUENTE: WWW.MEDELLIN.GOV.CO--ES.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/MEDELLÍN
8.2 CLIMA
Pocas ciudades en el mundo poseen un clima y unas condiciones tan afortunadas
como Medellín, la ciudad tiene el privilegio de estar rodeada por cordilleras que
permanecen verdes durante todo el año, le da un clima primaveral propio para el
ejercicio de cualquier actividad. Su temperatura promedio es de 24 grados
centígrados (74 grados Fahrenheit), lo que permite a las entidades públicas y
privadas mantener siempre abiertos sus programas de cultura, recreación, deportes,
mercados o negocios. Tradicionalmente se le conoce como La Ciudad de la Eterna
Primavera.
8.3 AREA DE ESTUDIO
La zona de influencia que planteamos es la periferia de Medellín denominada por el
polígono que delimita nuestra área de influencia que se ubica en la periferia oriental
en la ciudad de Medellín, debido a que se encuentra un gran cambio en las
construcciones debido a demanda del suelo construido, el comportamiento
creciente y dinámico de las construcciones que son sujeto de estudio.En esta zona
periférica sobresalen múltiples puntos referenciales con gran valor de ciudad, que
van desde centros religiosos hasta edificaciones de interés general.
Corresponde a la periferia oriental y engloba los barrios aledaños 13 de Noviembre,
Villatina, llanaditas, San Antonio, la sierra, entre otros.17
17
http://www.mapas.isatechcorp.com
https://es.wikipedia.org/wiki/LIDAR https://es.wikipedia.org/wiki/LIDAR
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34
FIGURA NO. 1 ZONA DE INFLUENCIA DEL PROYECTO
FUENTE: GOOGLE EARTH 2015
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35
La Figura No 1, es un mapa temático que describe la zona de influencia objeto de este
proyecto, las características notables son: la capa predial representada en polígonos
clasificada por los colores verdes para lotes sin construcción y los predios con construcción
con el color rojo y un polígono azul, donde este archivo KLM contiene los datos LIDAR que
fueron levantados en campo para este trabajo.
Se determinó la escala 1:25.000 para mejorar el detalle de los objetos comprendidos es la
salida grafica anteriormente mencionada. El polígono azul es donde se desarrolla toda la
actualización que sea permitida por los datos obtenidos en campo, por ello y la gran
extensión de este polígono se determinó el uso de áreas que expliquen el análisis y el
comportamiento constructivo objeto de este trabajo .
El área de superficie es de 8.45km2 en la periferia de la ciudad de Medellín, en esta área
está comprendida como la zona de influencia que tiene este trabajo, teniendo en cuenta
que allí está presentes predios con cambios constructivos.
Las coordenadas de los puntos que conforman el polígono son las siguientes:
PUNTO LATITUD LONGITUD
1 6°16´31.84´´ 75°35´45.51´´
2 6°14´25.82´´ 75°36´10.51´´
3 6°13´18.39´´ 75°34´31.30´´
4 6°15´30.18´´ 75°33´2.01´´
TABLA 2 LOCALIZACION DE LA AREA DE ESTUDIO, FUENTE: DATOS SUMINISTRADOS POR ISATECH CORPORATION PARA LA REALIZACION DEL PROYECTO
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36
9 INSUMOS Y HERRAMIENTAS
9.1 TIPO DE AERONAVE:
El vehículo de recolección que se utilizara es CESSENA 182T; con capacidad para tres
pasajeros, con una longitud de 8,84 metros una envergadura de 11 metros; posee una
altura de 2,8 metros, el peso neto de la aeronave es de 894 kilogramos, posee un peso
máximo de despegue de 1406 kilogramos. Concluyendo que tiene una capacidad de
carga de 517 kilogramos como se ve en la siguiente IMAGEN No. 8.
Imagen No 8 AERONAVE, CESSNA 182T FUENTE: EMPRESA ISATECH
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37
9.2 CAMARA FOTOGRAFICA TRIMBLE AICPRO IQ180
La cámara aérea TRIMBLE AICPRO IQ180 ofrece alto rendimiento y un funcionamiento
sin problemas, además de características avanzadas en un paquete compacto.
Especialmente diseñada para la fotogrametría aérea métrica y de fácil integración, ya sea
independiente o integrado con georeferenciación directa o escaneo láser, esta cámara es
ideal para el mapeo de proyectos, actualizaciones puntuales, y el mapeo de corredores.
Imagen No 9 CAMARA AICPRO IQ180, FUENTE ISATECH CORPORATION
Cámara de 80 megapíxeles con lente métrica de 50 mm, con diafragma obturador interno,
que mantiene con precisión la distancia focal correcta con respecto al plano del sensor
CCD. Distancia focal de 50 y velocidad de obturación hasta 1/1.000 segundos.18
18
Manual básico de LIDAR suministrado por trimble
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38
9.3 TRIMBLE HARRIER 68i (LIDAR)
Sistema LIDAR que incorpora una cámara fotogramétrica integrada Trimble AC P65+ con
resolución de 60 megapíxeles junto a un escáner laser con ángulo de barrido de 60° con
capacidad de generar hasta 400.000 pulsos por segundo, capturando una alta densidad
de puntos sobre el terreno, lo que permite proveer modelos de alto detalle, requeridos
para planeación, ingeniería y muchas otras aplicaciones.
Imagen No 10 SISTEMA LIDAR TRIMBLE HARRIER 68I; FUENTE: ISATECH CORPORATION; 2015
9.4 SOFTWARE: INPHO 5.5
El software Inpho está diseñado para transformar con precisión imágenes aéreas en
nubes de puntos y modelos de superficie consistentes y exactas, mosaicos orthofotos y
funciones 3D digitalizadas utilizando técnicas de fotogrametría de última generación.
Sus módulos pueden ser utilizados como un sistema completo o como componentes
individuales que se integran fácilmente en cualquier flujo de trabajo de producción
fotogramétrica..19
19
Manual básico de LIDAR suministrado por trimble
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39
10. ALCANCES DEL PROYECTO
Los alcances que se tuvieron en cuenta para este trabajo que se desarrolló están
determinados solo para un área en el perímetro urbano de la Ciudad de Medellín,
comprendida dentro del polígono que es nuestra zona de influencia, con todo lo que tiene
que ver con los predios que presentan cambios físicos.
La exactitud del producto final dependerá de los datos iniciales que se dispongan y de la
precisión con la que fueron tomados.
Dentro del proyecto no se realizará la medición de características físicas de los predios,
debido a los altos costos que implica y el tiempo de procesamiento de los mismos.
El nivel de confidencialidad y acceso a los datos e insumos suministrados por la empresa
ISATECH.
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40
CAPITULO III 11. METODOLOGI A
La metodología que vamos a utilizar la vamos a dividir en dos etapas el antes, el después del
vuelo LIDAR y la presentación de resultados.
11.1 LOCALIZACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO
Es la etapa inicial del proceso donde se va ubicar la zona de estudio para el posterior
análisis de datos y la generación del mapa temático donde se observen los cambios por
mutación de tercer grado referente a la parte catastral de la zona principal objetivo de
nuestro proyecto de grado.
Para la realización del plan de vuelo primero se ubica la zona de estudio, en nuestro por
caso en Google Earth, (visor cartográfico), donde generamos el polígono de estudio dando
las coordenadas necesarias para la ubicación de la parte sur oriental de la ciudad de
Medellín generando un polígono con un formato kml.
IMAGEN No 11 ZONA DE ESTUDIO DE LA CIUDAD DE MEDELLÍN; Y GENERACIÓN DEL PLAN DE VUELO; FUENTE: GOOGLE EARTH, 2015
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41
El polígono generado con extensión .kml es exportada al software TRACK AIR para la
generación de las fajas de vuelo, como lo podemos observar en la IMAGEN. 7 se observa la
zona de estudio en la parte oriental de la ciudad de Medellín. ; Y su correspondiente plano de
generación de las fajas de vuelo.
IMAGEN No 12 DER. ZONA DE ESTUDIO SUR ORIENTE DE MEDELLÍN; IZQ. GENERACIÓN DE LÍNEAS DE VUELO; FUENTE: SOFTWARE TRACK AIR ; ISATECH CORPORATION, 2015
Primero que todo se carga el polígono de estudio para luego por medio del software TRACK
AIR con sus modulos snapPlan y snapXYZ; donde se generen las líneas de vuelo como se
observa en la Imagen 12.
Generación de las fajas de vuelo, con traslape de 30 metros entre foto, para mejorar la
correlación entre fajas, se realiza un toma de una faja transversal o técnicamente llamada un
traslape que se toma para unir las fotografías entre las líneas de Vuelo; y minimizar el error de
captura.
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42
IMAGEN No 13 GENERACIÓN DE LAS FAJAS PARA LA REALIZACIÓN DEL VUELO DE LA CIUDAD DE MEDELLÍN; FUENTE: SOFTWARE TRACK AIR; ISATECH CORPORATION, 2015
11.2 PARAMETROS PARA EL VUELO LIDAR
Para la realización del plan de vuelo tenemos que tener en cuenta la zona a volar, la altura
a que volaremos, velocidad del avión y el número de puntos por m2 que tomara el láser
en su barrido y así determinar el detalle de la información, en nuestro caso es la periferia
oriental de la ciudad de Medellín.
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43
TABLA 3 CONFIGURACIÓN DEL LÁSER Y DE LA DE LA CÁMARA PARA LA EJECUCIÓN DEL VUELO DE LA CIUDAD DE MEDELLÍN; FUENTE: SOFTWARE DEL HARRIER ISATECH CORPORATION
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44
PARAMETROS VALOR
VELOCIDAD DEL AVION 50 m/s
ALTURA DEL VUELO 600m
NUMERO DE PUNTOS POR m2 8
TABLA 4 PARÁMETROS PARA LA REALIZACIÓN DEL VUELO
i. Se debe tener en cuenta el Angulo de cobertura del Laser y el número de puntos por metro cuadrado como también la potencia del láser.
PARAMETROS VALOR
ANGULO DE INCLINACION 45°
NUMERO DE PUNTOS POR m2 8
LASER PRR 400KHz
TABLA 5 PARÁMETROS DEL VUELO
Con los parámetros establecidos previamente en la realización del plan de vuelo,
procedemos a realizar el cálculo en la tabla de simulación del vuelo LIDAR para saber si nos
encontramos en el rango para obtener un excelente vuelo, estos resultados son generados
por el software del Harrier config versión 2.9 donde configuramos tanto la cámara como el
láser ya que las tomas se realizan simultáneamente; para tener coherencia en los
resultados obtenidos más adelante.
Se debe tomar en cuenta los movimientos de cola del avión, en el siguiente grafico
podemos observar cómo será el comportamiento del avión al realizar la toma de las líneas
de vuelo, podemos observar que se encuentra en los parámetros normales para la
realización correcta y sin riesgo del vuelo. Ver imagen 14.
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45
IMAGEN No 14 REPRESENTACION GRAFICA DE LAS CONDICIONES DEL VUELO; FUENTE: SOFTWARE DEL HARRIER ISATECH CORPORATION
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46
11.3 EJECUCIÓN DEL PLAN DE VUELO
Para la generación del plan de vuelo, con sus respectivas coordenadas GPS y la ejecución
correcta del proyecto; para luego ser cargado en el LIDAR para la toma de los datos.
El sistema LIDAR emite pulsos de luz que se reflejan en el terreno y otros objetos de cierta
altura. Los fotones de los pulsos reflejados son transformados en impulsos eléctricos e
interpretados por un registrador de datos de alta velocidad. Puesto que la fórmula para la
velocidad de la luz es bien conocida, los intervalos de tiempo entre la emisión y la recepción
se pueden calcular fácilmente. Estos intervalos son transformados en distancia ayudados por
la información posicional obtenida de los receptores GPS del avión/terreno y de la unidad de
medición inercial de abordo (IMU), la cual registra, constantemente, la altitud de la
aeronave.
Imagen No 15 Representación gráfica de cómo se realiza la toma de las líneas de vuelo; Fuente: Isatech corporation, 2015
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47
EL método de procesamiento utilizado para esta navegación es el de PPP (Posicionamiento Puntual Preciso), el uso de esta metodología permite obtener una adecuada precisión posicional de los datos contando con información confiable en cuanto a posición entre coordenadas x,y,z.
Imagen No 16 Representación gráfica de la trayectoria del avión; Fuente: Software POSPAC, Isatech Corporation, 2015
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48
11.4 PROCESAMIENTO LIDAR
Empleando el software LPMaster, se combina la información proveniente del
procesamiento geodésico en el software Pospac, junto con los archivos crudos con
extensión *.SDC pertenecientes a los datos LIDAR y los TACPhotoId con extensión *.TXT.
Aquí se genera la nube de puntos LiDAR obtenida por medio de la captura laser luego de los
respectivos ajustes planimétricos y altimétricos.
Imagen No 17 Proceso para la extracción de fotocentros; Fuente: Software LP Master; Isatech Corporation, 2015
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49
En este paso se realiza en ajuste planimétrico correspondiente entre tomas de varios días los
cuales sirven para hacer ajustes en 2D (xy) en caso de presentarse desplazamientos relativos en
la información.
Imagen No 18 Ajuste Planimétrico en 2D en LP MASTER; fuente: Software LP Master; Isatech Corporation, 2015
De este procesamiento también se extraen los fotocentros de las imágenes tomadas.
Imagen No 19 Ajuste planimétrico Fuente: Software LP Master; Isatech Corporation, 2015
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50
Este ajuste se realiza para llevar las alturas de las fajas a una sola para que queden en la misma altura de referencia.
Imagen No 20 Todas las fajas se llevan a un mismo punto de referencia, Fuente: Software LP Master; Isatech Corporation, 2015
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51
11.4.1 Error medio cuadrático
Este valor define la precisión posicional de la información geodésica capturada y
procesada para cada uno de los ejes coordenados
En la siguiente figura, se aprecia el error medio cuadrático posicional de las
coordenadas X, Y y Z de la información geodésica del vuelo al ser procesado con la
metodología " PPP (Posicionamiento Puntual Preciso)"
Los errores mínimos cuadrados durante el vuelo fue de 7.5 cm en la coordenada de
altura, en la coordenada Norte fue de: 3.2 cm y para la coordenada Este fue de 4 cm
Imagen No 21 Representación Gráfica error medio cuadrático en la toma de líneas de vuelo;
Fuente: Software LP Master; Isatech Corporation, 2015
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52
Este ajuste se realiza para llevar las alturas de las fajas a una sola para que queden en la
misma altura de referencia.
Habiendo realizado los ajustes mencionados, se exportan los archivos para
posteriormente realizar el DTM a partir de la nube de puntos obtenida del sensor ya
estando ajustada tanto altimétrica como planimétricamente.
En LPMaster paralelamente se genera el proyecto que contiene el bloque de fotografías
que servirá para generar el ortofotomosaico de las imágenes obtenidas con la cámara
del sensor. En este paso se genera la orientación exterior de las fotos en cada una de las
tomas de la información, esta orientación exterior está conformada por X, Y, Z, Omega,
Phi y Kappa.
11.5. GENERACIÓN DEL MODELO DIGITAL DE TERRENO (DTM)
Para la generación del DTM se obtuvo información altimétrica del área del proyecto a
partir de los datos LiDAR capturados sobre el bloque de imágenes aero triangulado,
empleando los software DTMaster y DTMToolKit.
Haciendo uso del software DTMToolkit y de su herramienta “Filter/Classifypoint/vector
data files” se procedió a realizar la clasificación de la nube de puntos LiDAR con el fin de
separar los datos en dos clases: groundpoints (puntos localizados en el terreno) y non-
groundpoints (puntos localizados sobre el terreno). Esto se realizó usando los algoritmos
de clasificación proporcionados por el software integrado “SCOP++ LIDAR”, con la
estrategia de clasificación “Lidarstrong (SCOP++)”.
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53
Figura No. 2 Generación del DTM en DTM Toolkit, Parámetros de clasificación de la información LIDAR en las clases de suelo y no suelo.
Fuente: Software LP Master; Isatech Corporation, 2015
De este procedimiento se obtuvieron los archivos con extensión *.LAS que contienen
únicamente los puntos clasificados como “groundpoints”. Luego, a estos datos se les
realizó un rellenado automático de los vacíos resultantes al suprimir información
diferente a la asociada al terreno.
Este rellenado automático consistió en una interpolación realizada con la herramienta
“Gap Filling” de DTMToolkit. Dicha interpolación se realizó teniendo en cuenta un
espaciado de los vacíos de hasta 15 metros.
Una vez obtenidos los archivos *.LAS de información de suelo y sin vacíos o huecos, se
procedió a generar una grilla con extensión *.DTM, una vez más empleando el software
DTMToolkit.
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54
Con la herramienta “SurfaceModeling” se interpoló una grilla con un espaciado de 1
metro, y se generó un archivo en formato “SCOP DTM”. Los parámetros para la
generación de dicha grilla pueden verse en la figura 3.
Figura No. 3 Parámetros de interpolación de la grilla con extensión *.DTM; Fuente: Software LP Master; Isatech Corporation, 2015
Después de esto, sobre el archivo *.DTM resultante se procede a revisar y editar la
superficie generada empleando para ello el software “DTMaster”.
Dicha revisión y edición se realiza sobreponiendo el DTM a los modelos estereoscópicos,
con el fin de hacer una inspección visual de la superficie obtenida por medio de la
clasificación realizada con DTMToolkit, para corregir las incongruencias e imperfecciones
que pudiese tener dicho DTM.
El trabajo con un MDT incluye las siguientes fases que no son necesariamente
consecutivas en el tiempo: Generación del MDE Manipulación del MDE para obtener
otras capas del MDT (pendiente, orientación, curvatura, etc.) Visualización en dos
dimensiones o mediante levantamientos 3D de todas las capas para localizar errores
Análisis del MDT (estadístico, morfométrico, etc.) Aplicación, por ejemplo como variable
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55
independiente en un modelo de regresión que haga una estimación de la temperatura a
partir de la altitud.
En las siguientes Imágenes observamos los Modelos Digitales de Terreno tanto de la
zona sur como la zona Norte, objeto de nuestro proyecto de análisis.
Imagen No 22 MDT Modelo Digital de Terreno de la zona Norte; Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015
Imagen No 23 MDT Modelo Digital de Terreno de la zona sur; Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015
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56
11.6 PREPARACIÓN Y TRIANGULACIÓN DEL PROYECTO DE FOTOS
Del procesamiento realizado en LPMaster se obtuvo la orientación exterior de las
fotografías; con esta información se procede a realizar la triangulación de las fotografías
en MATCH-AT AerialFrameTriangulation (Módulo perteneciente a la suite de
fotogrametría INPHO).
Para ello se configuran los parámetros mostrados a continuación en la figura No 4
Figura No. 4 calibracion de parametros ´para definer orientacion de las fotografias ;
Fuente: Software LP Master; Isatech Corporation, 2015
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11.7 GENERACIÓN DE MOSAICO SIN ORTORECTIFICAR
Mediante la herramienta ImageCommander del software ApplicationsMaster se generan los archivos piramidales de las fotografías, como se puede ver en la figura 5.
Figura No. 5 Generación de las piramidales de las fotografías pare la obtención de la orthofotos; Fuente: Software LP Master; Isatech Corporation, 2015
11.8 ORTOFOTOMOSAICO
Para la obtención del ortofotomosaico es necesario realizar un ajuste a las imágenes respecto al
modelo digital de terreno, para este proceso se utiliza la herramienta ‘Orthomaster’, propia del
software APPLICATIONSMASTER, al final de este proceso se tienen las imágenes ortorectificadas
garantizando así su validez cartográfica.
Las ortoimagenes obtenidas se procesan en el software ORTHOVISTA, el cual de forma
automática realiza una elección preliminar de las imágenes útiles y define las líneas de corte para
empalmar las imágenes. El mosaico preliminar se somete a una exhaustiva revisión en la cual se
busca identificar los posibles errores en el empalme de las ortoimágenes, esta revisión se hace
con ayuda de software SIG generando un archivo *.shp en el que se destaca la ubicación de
dichos errores.
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58
Para fines prácticos determinamos dos sectores que llamamos zona norte y zona sur donde
observamos el resultado del ortofotomosaico.
Imagen No 24 Fotografía Aérea Zona Norte Composición RGB321. Fuente: Software APPLICATIONSMASTER; Isatech Corporation, 2015
Imagen No 25 Fotografía Aérea Zona Sur Composición RGB321 Fuente: Software APPLICATIONSMASTER; Isatech Corporation, 2015
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11.8 CLASIFICACION DE ARCHIVOS .LAS
Una vez que se han generado los tiles preclasificados desde el software LPMaster se procede a
realizar una revisión y edición manual de los datos en la cual se busca depurar el ruido presente
en los datos (puntos enterrados, nubes, etc.) y clasificar los puntos en tres categorías finales:
suelo, vegetación y construcciones. Esta edición se realiza haciendo uso del software DTMaster.
El proceso de clasificación consiste en buscar y seleccionar aquellos puntos que no están
debidamente clasificados y asignarlos a la categoría a la cual corresponden.
Imagen No 26 vista en 3D de la Nube de puntos de la Zona Sur, sin clasificar; Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015
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Imagen No 27 vista en 2D de la Nube de puntos de la Zona Sur, sin clasificar; Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015
Imagen No 28 vista en 2D Nube de puntos de la Zona Norte, sin clasificar; Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015
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Imagen No 29 vista en 3D Nube de puntos de la Zona Norte, Sin clasificar; Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015
11.9 NUBE DE PUNTOS
Es el resultado del barrido laser que hace LIDAR en nuestra zona de estudio
mostrándonos el modelamiento de la superficie con los puntos que previamente
habíamos programado en el plan de vuelo. Él LIDAR realiza su clasificación propia del
terreno dando unos layers, predeterminados, para las capas básicas como lo son suelo,
construcciones, y vegetación ; la nube de puntos que genera LIDAR tiene unos pequeños
desfases por diferentes razones, a la hora de la toma del vuelo, como lo son condiciones
climáticas, movimientos del avión que afecten la toma de puntos que genera que se
crucen puntos en las capas de vegetación y construcciones , suelo y vegetación; para lo
cual es necesario realizar una reclasificación de puntos para la generación correcta de los
modelos de superficie.
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11.9.1 RECLASIFIACION DE PUNTOS LIDAR
La reclasificación se realiza para la generación correcta de los modelos de superficie y
de terreno, evitar que puntos extraños o atípicos que haya tomado el sistema LIDAR
afecten los resultados finales, eliminándolos o realizando su respectiva reclasificación a
la capa correspondiente. Para realizar este proceso utilizamos el software dt master el
cual nos permite tener una visión panorámica y en 3D de cada tile o o zona de trabajo
que se esté reclasificando para un mejor trabajo y se genere un correcto MDS.
Imagen No 30 Reclasificación de la zona Norte; Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015
Imagen No 31 Vista en 2D de la Reclasificación de la zona Norte; Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015
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Imagen No 32 Vista en 3D de la Nube de puntos reclasificados manualmente de la zona norte; Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015
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11.10 MODELO DIGITAL DE SUPERFICIE (DSM)
Para la generación del DSM se procesa toda la información de datos LiDAR una vez que
está libre de ruido. Haciendo uso del software DTMToolkit y su herramienta
“SurfaceModeling/Point vector data process’’ se interpola una grilla con un espaciado de 1
metro, con extensión *.DTM.
Una vez generada la grilla se procede a transformar el archivo *.DTM en una grilla de
elevación con extensiones *.TIF de 32 bits. e *.IMG de 32 bits.
En la zona de estudio representamos gráficamente las diferentes alturas, para lo cual
utilizamos un esquema que facilita la interpretación de los datos como se muestra a
continuación:
Imagen No 33: Modelo de Elevación ya libre de Ruido para la generación del MDS; Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015
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En este modelo está representado las variaciones de altura que se encuentran en la zona
de estudio, como se aprecia en la imagen 9, el color azul es la parte más baja y por lo
contrario representa el color rojo, en terreno se apreció como este tipo de topografía
genera datos erróneos o con desplazamientos muy marcados frente a la posición del
avión, generando que al momento de elaborar el foto mosaico, las fajas presenten sobre
posicionamiento y se presente mayor conglomeración de puntos en la base de la
montaña y meno sobre toda el área de pendiente.
A continuación sobrepondremos la orto foto al anterior modelo de elevación.
Imagen No 34 modelo de elevación y su respectiva orthofoto de la zona de estudio; Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015
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Observando esta representación se puede concluir como beneficia este tipo de datos
para analizar como un accidente geográfico o esta limitante si lo podemos llamar así,
impide la expansión de la ciudad hacia este sector por la gran pendiente, pero vemos
como a través del tiempo los espacios sin ocupar de las áreas verdes ‘ naranja que están
representadas en alturas de 1750 a 2250 son susceptibles de ser zonas urbanizadas no
edificadas y por ende una densificación en esta zona y no una expansión.
En el siguiente modelo se refleja los sitios donde pueden ser susceptibles de ocupación
por nuevas construcciones:
Imagen No 35 Modelo de elevación dela zona susceptible de nuevas construcciones; Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015
Para el Catastro de la ciudad de Medellín son objeto de actualización jurídica y en este caso en
específico la actualización de la cartografía catastral, para tener una mejor perspectiva sobre las
zonas susceptibles de redencificacion mostramos la siguiente imagen del modelo de elevación.
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Imagen No 36 representación en 3D del Modelo de superficie Zona Norte. (MSD); Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015
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Imagen No 37 orthofoto de la zona Norte; Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015
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Imagen No 38 Modelo Digital de superficie Zona Sur con su respectiva Orthofoto Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 2015
Como podemos observar el comportamiento del modelo digital realza las figuras regulares
geométricas distintivas en las construcciones realizadas en esta zona, la escala está dada para
la interpretación de los datos plasmados en la salida grafica
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Imagen No 39 Modelo Digital de Suprficie Zona Norte Comuna de Manrique
Fuente: Aplicattion Master Software Isatech Corporation, 201
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CAPITULO IV
13. ETAPÀ FINAL Y GENERACION DE MAPAS Y
RESULTADOS FINAL
En la última etapa o Post-vuelo LIDAR como lo llamamos para nuestro proyecto;
realizaremos todo lo referente a la descarga de datos y tratamiento que se les da para
la obtención de la nube de puntos, clasificación de los mismo y así generar los
productos finales como lo son el mapa temático con la ubicación de los predios sujetos
en la actualización.
Como se observa, las figuras contenidas en el polígono o archivo KML en la captura de
datos, los predios actualizados y que son parte de este análisis en las construcciones en
esta zona, la escala está dado para la interpretación de los datos plasmados en la salida
grafica de la imagen No 40 que se muestra a continuación.
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Imagen No 40 Predios Digitalizados con mutaciones de tercera clase (Isatech corporetion, 2015)
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13. PRODUCTO FINAL
Nuestro producto final está conformado por:
Un reporte de los cambios que se encontraron en los predios sujetos a actualización,
y así evidenciar puntualmente los predios donde se generaron cambios para realizar su
respectiva visita.
Un modelo digital de superficie LIDAR en el área de estudio para la delimitación de los
predios y su visualización, como su respectiva orthofoto y la visualización 3D de las
edificaciones presentes en nuestra zona de estudio según su clasificación.
Documento técnico del modelo digital de superficie, el cual contiene el esquema con
los resultados obtenidos en el ejercicio del análisis de datos para el presente proyecto y el
proceso realizado para la actualización catastral de la periferia urbana de la ciudad de
Medellín usando los datos LIDAR.
Mapas que representen los predios inventariados que estén sujetos de actualizar y los
sitios que presenten grandes cambios en su comportamiento constructivo dentro de la
zona de influencia del proyecto en la periferia del Municipio de Medellín basados en la
metodología SIG implementada en este trabajo.
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Imagen No 41 Digitalización de predios Actualizados y el área con expansión en la comuna Manrique (Isatech corporetion, 2015)
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Imagen No 42 Mapa Temático de la actualización cartográfica de los predios en nuestra zona de estudio
Fuente: isatech corporation
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Las construcciones realizadas en esta zona, la escala está dada para la interpretación de
los datos plasmados en la salida gráfica, el polígono amarillo es todo el cambio
expansivo y dinami8co que tiene esta comuna debido al crecimiento demográfico y por
todo ello la demanda de suelo para la construcción y asi suplir ese déficit en la ciudad
de Medellín como lo podemos observar en la Imagen 41.
La elaboración de la cartografía se tomó como referencia la información base catastral
de la comuna de Manrique, partiendo de ello se realizó un clip ente nuestro archivo
kml que es nuestra zona de cobertura y la cartografía base, luego de la iteración de los
datos obtenidos en lidar se procedió a la clasificación de esta información y partiendo
de este proceso se identificó las construcciones nuevas que estaban contenidas en
nuestro KML.
Como paso siguiente se creó el shapefile y se realizó la corrección en cuanto a los
polígonos que se obtuvieron donde la topología necesaria se determinó que por no
deberían haber polígonos que se cruzaran con otros así descartando una superposición
de los polígonos, la exactitud temática son datos importantes para el producto que se
entregó.
Una vez realizado y validando la información depurada se clasifico por la altura
estandarizada de más de 2 metros se catalogan como muros para así identificar si son
predios con un piso a doble altura o en si defecto plantas separadas.
Con todo esto se sobrepuso estos layer sobre las orthofotos que fueron obtenidos en
campo, dicha clasificación y orthocorreccion se implementó en el software: aplication
master y allí se determina que la captura y digitalización de los polígonos está dentro
de los parámetros y se asemejan a la realidad descrita en campo.
Para la determinación de las salidas gracias de los mapas temáticos utilizamos formatos
que permitieran describir los elementos obtenidos de fácil comprensión, logramos un
producto que es confiable para socializar los cambios en cuanto a la expansión urbana
y así la implementación de esta herramienta y la ventaja frente a la fotointerpretación.
La cartografía temática es la síntesis de la elaboración de nuestro trabajo expresando la
idea que surgió por la necesidad de facilitar de forma masiva el reconocimiento predial
en cuanto a las mutaciones de tercera clase.
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CAPITULO V
14. ANALISIS E INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS
El proceso de reconocimiento predial es fundamental para la actualización y la conservación de la información catastral de un municipio, en nuestra experiencia en este campo vemos como las entidades encargadas de ello utilizan la fotointerpretación para hallar estos tipos de cambios a nivel constructivo y así tener información para el análisis y toma de decisiones en la planeación territorial. Lo que encontramos fue la facilidad y mejor precisión frente a la implementación de esta herramienta para tal fin, como resultado se pudo capturar información que nos ayudó a la actualización cartográfica referida a las mutaciones de tercera clase. Los modelos digitales que obtuvimos se lograron clasificar los elementos en campo y partiendo de ellos obtuvo la identificación de los inmuebles que son construcciones nuevas así como el aumento en los niveles constructivos de dichas construcciones. Gracias a esto se amplió la visión de la dinámica constructiva en este sector de la ciudad de Medellín. Los errores que se obtuvieron por la el retraso e interferencia que se tuvo frente a la señal emitida por el sensor y su retorno fue mínimo comparado ya que se comparó con los datos de control que se obtuvieron en el apoyo terrestre y con la altura de la aeronave que por los medios atmosféricos de la ciudad hacían que la deriva o heading hacia variar el posicionamiento en el eje z desalineándolo provocando un plano horizontal del aeronave sin afectar la precisión de los datos. La comprobación de los resultados se trató mediante modelos establecidos en el software que son implementados por la compañía proveedora de este, ingresando en los rangos de optimización de los mismos. El poder capturar las diferencias de alturas son lo fundamental para la elaboración de esta cartografía basado en su implementación, al momento de depurar los datos y desarrollar el modelo digital de superficie y la elaboración de la maqueta de las construcciones con cambios son de excelente confiabilidad para esta implementación.
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78
El Modelo Digital de Superficie en las imágenes presentadas habla por sí solas del manejo de los de este tipo de trabajo para mejorar la interpretación de la información de una manera más fácil. Por otra parte los costos que conlleva la implementación de este sistema es un factor importante debido a su alto costo y por ello es recomendable realizarlo en zonas de difícil acceso ya sea por seguridad o topografía y no estandarizarlo en toda la ciudad.
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15. CONCLUSIONES
El trabajo que presentamos es una metodología innovadora que ayuda a
identificar nuevas construcciones, así como modificaciones en construcciones ya
existentes utilizando técnicas de detección de cambios aplicadas a partir de datos LiDAR.
El mundo en la actualidad busca la forma de identificar cambios en forma masiva y
completa del catastro y de su correspondiente cartografía. Se realiza de forma íntegra,
llevando a cabo el levantamiento de la totalidad de los inmuebles debido a la dificultad
de detectar cambios sobre el terreno o en ortofotografías.
En este sentido, la metodología propuesta detecta automáticamente aquellas
zonas del casco urbano de difícil acceso por diferentes razones como puede ser
distancias del casco urbano o inseguridad, que han sufrido modificaciones y permite
disminuir considerablemente los costes en la actualización de cartografía urbana.
La metodología expuesta permite procesar grandes volúmenes de información de
manera automática, en un primer paso, y supervisar los resultados derivados de manera
visual, en un segundo paso. Esta última tarea puede realizarse mediante visitas en
campo o mediante procedimientos semi-automáticos utilizando ortofotografías.
Por otro lado, los distintos algoritmos desarrollados permiten transformar
cartografía urbana 2D a cartografía tridimensional, consiguiendo así un salto cualitativo
considerable que permite utilizar dicha cartografía en multitud de nuevas aplicaciones,
entre otras, el estudio de simulaciones ambientales, la gestión de instalaciones y el
planeamiento de redes de comunicaciones.
Por último, notar que, aunque en la actualidad la tecnología LiDAR se utiliza
principalmente para generar precisos MDT y MDS, el presente trabajo pone de
manifiesto la eficacia del LiDAR en otras aplicaciones como la actualización cartográfica y
la generación de cartografía 3D, quedando abiertas nuevas líneas de investigación, como
la vectorización automática de contornos de los edificios detectados con fines
cartográficos.
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La implementación del sistema LIDAR para la actualización de la cartografía
catastral para la identificación de mutaciones de tercera clase resulto ser muy efectiva
para la identificación de grandes superficies de Terreno.
La adquisición de los datos espaciales se realizó de manera rápida y otra de las
ventajas fueron los datos georreferenciados con márgenes de error muy bajos.
El poder manipular los datos obtenidos y observar en diferentes perspectivas
dicha información permite un análisis certero en la interpretación de los diferentes
elementos encontrados en la zona de estudio.
Los sectores que presentes problemas por seguridad el uso de datos lidar puede
ser indispensable.
Podemos evidenciar la existencia de nuevas construcciones al comparar la base
de datos de catastro de la ciudad de Medellín, con la nube de puntos y los MDS y MDT.
El vuelo que se realizo fue a gran altura y esto genera una mayor área de
cobertura, pero implica menor detalle en los datos obtenidos, por ende hay un
porcentaje elevado de error y desplazamiento de los datos por movimiento de la cola de
la aeronave, vientos que dificulte la estabilidad del avión.
La innovación de esta metodología es la actualización cartográfica catastral y el
reconocimiento predial de los inmuebles que presenten mutaciones de tercera clase, en
la UAECD se estaba implementando el pre-reconocimiento de los predios que tuvieran
mutaciones de tercera clase, la dificultad que se presento fue errores en la
fotointerpretación por la ausencia de alturas que ayudaran a la caracterización de estos
inmuebles, por ello, la innovación que presenta este trabajo es a reducir el error en la
fotointerpretación ayudándonos en un MDT y MDS asi se logra de manera confiable que
los cambios son los presentes en terreno.
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16. RECOMENDACIONES
Teniendo un plan de vuelo más bajo y una mayor frecuencia de puntos por metro
cuadrado se hubiera obtenido información más detallada
Las dificultades que se obtuvieron fue los elementos con características similares a las construcciones, estas similitudes son dadas por tamaño y forma, en la práctica encontramos que los comportamientos de los datos en el Modelo Digital de Superficie generan estas formas que conducen a este tipo error
La altura de la aeronave es importante por ello nosotros recomendamos el uso de
drones para realizar el levantamiento de los datos, genera menor cobertura pero mayos detalle en los datos y reduce los costos del proyecto de manera significativa.
Esta metodología de reconocimiento predial enfocada en las mutaciones de tercera clase utilizando el sistema Lidar, hace ágil la actualización cartográficas catastral al ser masiva, lo que implica una reducción en tiempo.
en la UAECD se estaba implementando una nueva herramienta en el pre-reconocimiento predial, el cual consistía en elaborar una caracterización utilizando orthofotos aéreas seleccionando los predios con mutaciones de tercera clase, ello generaba errores en la fotointerpretación al no poder determinar alturas de los predios que se estaban pre-seleccionando, por todo ello la recomendación que sugerimos es la implementación de este sistema para realizar todo este trabajo de pre-reconocimiento reduciendo el error en las marcas y generando en menor tiempo la actualización cartográfica catastral.
Otra implenetacion es el control del crecimiento urbano frente a la expansión de las preriferias urbanas lo que conlleva a la invasión de predios del estado como lo son las reservas forestates y parques naturales, controlando los problemas ambientales, sociales y urbanísticos que dicho desorden genera cada día en las ciudades del país.
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17 GLOSARIO
BATIMETRICO: Es su equivalente a la altimetría en el fondo del mar.
CENSO: Lista de la población o riqueza de una nación o un pueblo.
ESCALA: Es la relación matemática que existe entre las dimensiones reales y las
del dibujo que representa la realidad sobre un plano o un mapa
CATASTRO: El catastro es el inventario o censo, debidamente actualizado y
clasificado, de los bienes inmuebles pertenecientes al Estado y a los particulares, con
el objeto de lograr su correcta identificación física, jurídica, fiscal y económica.
CARTOGRAFIA: ES la ciencia que se encarga de reunir y analizar medidas y datos
de regiones de la Tierra, para representarlas gráficamente como son los mapas y
planos.
CATASTRO DE REDES: Es el inventario o censo de las redes de servicios públicos,
comunicaciones y redes petroleras.
DATASET: El DataSet es una representación de datos residente en memoria que
proporciona una modelo de programación relacional coherente
independientemente del origen de datos que contiene. El DataSet contiene en sí, un
conjunto de datos que han sido volcados desde el proveedor de datos.
.LAS: Son los puntos obtenidos luego del barrido realizado por el sensor Lidar.
BIT: Es la unidad mínima de información empleada en informática, en cualquier
dispositivo digital, o en la teoría de la información. Con él, podemos representar dos
valores cualesquiera, como verdadero o falso, abierto o cerrado, blanco o negro,
norte o sur, masculino o femenino, rojo o azul
LIDAR: es una técnica de teledetección óptica que utiliza la luz de láser para
obtener una muestra densa de la superficie de la tierra produciendo mediciones
exactas de x, y y z. LIDAR, que se utiliza principalmente en aplicaciones de
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83
representación cartográfica láser aéreas, está surgiendo como una alternativa
rentable para las técnicas de topografía tradicionales como una fotogrametría.
MUTACION: cambio físico de los predios, ya sea por edición o disminución de
área construida.
PERIFERIA: parte extrema del área urbana o de expansión.
POST-PROCESOS: Hace referencia al proceso posterior a la captura de la
información en campo, también llamado trabajo de oficina y análisis
FOTON: Es aquella partícula de luz que se propaga en el vacío. El fotón es la
partícula responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno
electromagnético, porque es portadora de todas aquellas formas de radiación
electromagnética, entre las que se incluyen los rayos gamma, los rayos x, la luz
ultravioleta, la luz infrarroja, las ondas de radio, las microondas, entre otras.
GPS: es un sistema que permite determinar en toda la Tierra la posición de un
objeto (una persona, un vehículo) con una precisión de hasta centímetros.
INS (sistema de navegación por inercia); un sistema INS para la rotamiento, el
encabezamiento e inclinación del sistema.
PLANIMETRIA: Parte de la topografía que trata la medición y representación de
una porción de la superficie terrestre sobre una superficie plana.
OTRHOFOTOMOSAICO: foto compuesta de varias fotos de menor tamaño, siendo
esta de color verdadero.
MDT (MODELO DIGITAL DE TERRENO): Un Modelo Digital de Terreno (MDT) es
una estructura numérica de datos que representa la distribución espacial de una
variable cuantitativa y continúa.
MDE (Modelo Digital de Elevacion): es una representación visual y matemática
de los valores de altura con respecto al nivel medio del mar, que permite
caracterizar las formas del relieve y los elementos u objetos presentes en el mismo.
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84
MDS (MODELO DIGITAL DE SUPERFICIE): se deriva a partir de una serie de
observaciones discretas, es decir, es un tipo de mapa que obtenemos a través de
unas muestras puntuales localizadas en algún punto o lugar, por ejemplo, un
modelo de elevaciones MDE sería un ejemplo de modelo de superficie, ya que a
través de datos puntuales como puedan ser los puntos altimétricos y curvas de nivel
de un lugar, podemos recrear el relieve de dicha zona.
PUNTO DE REFERENCIA: se asocia al espacio que ocupa un observador dentro de
un cierto contexto. En un sistema, es posible encontrarse en diferentes posiciones:
el punto de referencia es la perspectiva que se tiene desde una posición X.
ERROR MEDIO CUADRÁTICO: es un estimador que mide el promedio de los
errores al cuadrado, es decir, la diferencia entre el estimador y lo que se estima. El
ECM es una función de riesgo, correspondiente al valor esperado de la pérdida del
error al cuadrado o pérdida cuadrática.
Líneas de vuelo: son aquellas que se realizan en oficina por medio de un software
determinado, para la ejecución correcta del vuelo.
MOSAICO: Un mosaico, consiste en el montaje de varias fotografías que forman
entre todas una sola imagen.
INTERPOLACIÓN: En el campo de la fotografía y mundo de la imagen digital, la
interpolación aplica este mismo método para conseguir un tamaño mayor de la
imagen inicial, rellenando la información que falta con datos «inventados» a partir
de un algoritmo específico.
GRILLA: es una distribución de elementos geométricos que divide un espacio
bidimensional en partes regulares. Cada elemento del espacio se coloca en una de
las celdas o vértices. Asimismo, cada celda o vértice puede tener asociadas
determinadas propiedades. Existen numerosos usos y diversos formatos de las
rejillas espaciales: cuadradas, rectangulares, triangulares, hexagonales y otras más
complejas.
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TRIANGULACIÓN: La triangulación, en geometría, es el uso de la trigonometría de
triángulos para determinar posiciones de puntos, medidas de distancias o áreas de
figuras.
TRIANGULACIÓN EN TOPOGRAFÍA: operación que consiste en elegir distintos
puntos de una porción de la superficie terrestre y, considerándolos como vértices de
triángulos, medir los elementos necesarios para determinar estos triángulos y poder
fijar así la posición de los vértices y la distancia que los separa.
TRIANGULACIÓN PARA LIDAR: El sistema LiDAR ofrece gran cantidad de puntos,
pero estos puntos pueden pertenecer a superficie terrestre, vegetación o edificios.
Esto hace que sea imprescindible clasificar los puntos en función del grupo al que
pertenezcan, ya que en un principio, todos los puntos reportarán la misma
información, independientemente del grupo donde se ubiquen.
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18 BIBLIOGRAFIA
Acuerdo 64 de 2012 . (s.f.).
ALCALDIA DE MEDELLIN. (2013).
Articulo 115 Resolucion 070 del 2011. (s.f.).
ESRI. (2015).
FUENTE: GOOGLE EARTH. (2015).
Informe de Gestion 2012 planeacion municipal. (s.f.).
Manuales tecnicos TRMBELL base de datos Isatech corporetion. (2015).
L, LEON J. SALDARRIAGA. (2013). EL COLOMBIANO.
Ortofoto verdadera (True-Ortho) y Lídar, el posible futuro de la cartografía catastral
urbana, Luis Julián Santos Pérez, Ingeniero Técnico en Topografía, Ingeniero en Geodesia
y Cartografía,D.G. del Catastro. Madrid. (s.f.).
Resolucion 070 del 2011. (s.f.).
SÁNCHEZ LOPERA, J, LERMA GARCÍA, J.ACTUALIZACIÓN DE CARTOGRAFÍA CATASTRAL
URBANA MEDIANTE LiDAR Y SIG Revista Internacional de Ciencia y Tecnologia de la
Informacion Geografica 2012. (s.f.).
Ingeniería Catastral y Geodesia Universidad Distrital “Francisco José de Caldas”
87
19 TRABAJOS CITADOS
Acuerdo 64 de 2012 . (s.f.).
ALCALDIA DE MEDELLIN. (2013).
Articulo 115 Resolucion 070 del 2011. (s.f.).
ESRI. (2015).
FUENTE: GOOGLE EARTH. (2015).
Informe de Gestion 2012 planeacion municipal. (s.f.).
Isatech corporetion. (2015).
L, LEON J. SALDARRIAGA. (2013). EL COLOMBIANO.
Ortofoto verdadera (True-Ortho) y Lídar, el posible futuro de la cartografía catastral
urbana, Luis Julián Santos Pérez, Ingeniero Técnico en Topografía, Ingeniero en Geodesia
y Cartografía,D.G. del Catastro. Madrid. (s.f.).
Resolucion 070 del 2011. (s.f.).
SÁNCHEZ LOPERA, J, LERMA GARCÍA, J.ACTUALIZACIÓN DE CARTOGRAFÍA CATASTRAL
URBANA MEDIANTE LiDAR Y SIG Revista Internacional de Ciencia y Tecnologia de la
Informacion Geografica 2012. (s.f.).