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Escáner Scanner 3d Topografía

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Aplicación Láser Escáner 3d en Topografía
Aplicaciones donde podemos utilizarlo:
– modelos digitales del terreno: opción muy viable para obtener terrenos de difícil acceso o complicados, ya sean taludes muy inclinados e inestables.
– levantamientos precisos para escala grandes con alto nivel de detalle.
– comprobaciones, cálculos de volúmenes de las diferentes capas de materiales para componer cualquier obra civil.
– comprobaciones de geometría rápidas.

Topografía e Instrumentos Topográficos

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La Topografía es una ciencia que estudia el conjunto de procedimientos que consiste principalmente en la representación gráfica de la Tierra, en la información territorial y su relación geográfica, en el conocimiento geométrico de las obras de ingeniería o edificación y su situación sobre los terrenos, en la elaboración del catastro y en la ordenación del territorio atendiendo a los aspectos legales, económicos, sociales y medioambientales.

Para ello se emplean diversas técnicas como son las imágenes obtenidas desde los satélites y aviones, tecnología GPS, tecnología láser, LIDAR y sistemas de información geográfica.

Se debe tener una sólida base de estadística, física, cálculo, expresión gráfica e informática. Además, son recomendables conocimientos relacionados con las ciencias de la Tierra, el entorno natural y social; habilidad para el manejo de mapas y el trabajo en grupo, y vocación por las actividades realizadas en el medio natural y al aire libre.

El punto de apoyo del topógrafo es la trigonometría ya que con los datos obtenidos con la instrumentación adecuada y la resolución de triángulos (2 ángulos y una distancia; 3 distancias) podemos obtener la diferente información para posteriormente procesarla en programas de diseño Cad.

Planimetría: localiza puntos sobre un plano 2d.

Altimetría: determina las diferentes alturas de los puntos del terreno.

Taquimetría: unión de la planimetría y altimetría, localiza puntos en los tres planos XYZ.

Generalmente para el inicio de cualquier actividad se requiere de un levantamiento topográfico para tener dimensionado la zona sometida a estudio y poder tener una referencia o punto de partida para poder calcular variaciones en la volumetría (obra civil, arquitectura, arqueología, electricidad, etc.)

Levantamiento Topográfico: Conjunto de operaciones necesarias para determinar las posiciones de puntos singulares en la superficie de la tierra, tanto en planta como en altura. Requiere de la toma de datos en campo y posteriormente del tratamiento de información para poder ser representados gráficamente.

Instrumentos Topográficos:

Instrumentos de precisión elevada los podemos dividir en:

– Topografía Clásica: Medimos ángulos y distancias por métodos tradicionales : teodolito, estación total, niveles.

– Topografía Moderna: Gps y escáner láser 3d.

Teodolito óptico

Instrumento óptico-mecánico que mide ángulos horizontales y verticales. Con la ayuda de una mira podemos obtener distancias y desniveles.

Mira estadimétrica: es una regla graduada que permite medir diferencias de alturas, tambien con métodos trigonométricos podemos obtener distancias. Está graduada de una manera singular para poder realizar lecturas fácilmente e intuitivamente a diferentes distancias.

Teodolito electrónico

Instrumento óptico-mecánico-digital que obtiene las lecturas angulares digitalmente indicando el valor en pantalla, eliminando el error de apreciación.

Distanciómetro:

Instrumento de medición acoplado al teodolito que calcula distancias mediante láser, permitiendo medir distancias muy largas con una alta precisión. Para medir las distancias por láser el distanciómetro tradicionalmente requiere de un prisma, actualmente los modernos no requieren prisma para su cálculo y están integrados en el teodolito.

 

Prisma :  el prisma es un objeto circular formado formado por una serie de cristales en forma de prisma de reflexión total que tienen la función de regresar la señal emitida por una estación total o teodolito. La distancia del aparato al prisma es calculada en base al tiempo que tarda en ir y regresar al emisor (estación total o teodolito).

En sí es el sustituto de la mira que se utilizaba en los levantamientos topográficos anteriormente y ayuda a realizar tu trabajo con mayor rapidez y precisión.

Estación Total:

Instrumento integrado por un ordenador que registra y procesa la información aportada por distanciómetro y teodolito electrónico, permitiendo realizar innumerables tipos de cálculos.

– Calculo de coordenadas

– Calculo de superficies

– Calculo de altura remotas

– Calculo de poligonaciones

– Intersecciones de rectas

– (…)

Las estaciones totales están evolucionando con el paso del tiempo y cada vez incorporan programas informáticos más complejos.

Medición sin prisma: Al principio requerían de ‘prisma para poder medir distancias, actualmente muchos modelos miden ya sin prisma con una elevada precisión aportando mayor versatilidad para medir cualquier punto.

Robotizadas: Instrumento con motores servos incorporados que permiten posicionar el aparato en una lectura determinada con una gran precisión, dotándolos de gran agilidad para replanteo de puntos, o toma de datos automatizada. Además de poder manejarla una sola persona sin necesidad de haber una persona en la estación (maquinas excavadoras de modelado del terreno 3d)

Libreta electrónica: Las estaciones totales actuales son ordenadores, en ellos podemos guardar datos de diferentes trabajos y diferentes años, los cuales los podemos compartir por tecnologías actuales: usb, bluetooth, web. Aparecieron junto a los teodolitos electrónicos comunicados por un cable.

Es muy importante escoger bien para el trabajo que vayamos a realizar el instrumento adecuado, debemos tener en cuenta :

Precisión: es la lectura mínima real que aprecia el instrumento, a mayor precisión mayor coste económico, podemos encontrar de 20 segundos; 10 segundos; 5 segundos; 2 segundos; 1 segundo.

Alcance: es la distancia máxima que puede medir el distanciómetro con un error registrado en partes por millón (ppm). Por ejemplo si hablamos de 3ppm, significa que si medimos un kilómetro obtendremos un precisión de mas menos 3 milímetros (un milímetro es una millonésima de un kilómetro).

Niveles Topográficos

Nivel Automático:

Instrumento de precisión que podemos calcular las diferencias de desniveles entre distintos puntos. El elemento que permite determinar la diferencia de desniveles es la mira.

Se caracterizan por poseer compensador automático, basado en un dispositivo interno con un péndulo que por gravedad nos estará corrigiendo la verticalidad del instrumento.

Al igual que las estaciones totales, evolucionan con el paso del tiempo:

Nivel automatico electrónico: realiza las lecturas a mira automáticamente, eliminando el error de apreciación ocular, la mira en lugar de poseer numero contiene códigos que interpreta el nivel. Su ventaja es que en campo registra en una memoria interna las diferentes lecturas, agilizando la faena de campo posteriormente el procesado de desniveles.

Nivel láser: instrumento el que el usuario crea un plano de comparación ya sea horizontal o inclinado, con la ayuda de un receptor se puede trasladar la cota a cualquier punto de alcance del láser. Muy utilizado en edificación para la excavación de cimentaciones, para garantizar precisión requiere de puntos de control obtenidos con nivel automático.

Para escoger un nivel, según las especificaciones del trabajo deberemos atender a:

Aumentos de la óptica: lo que aumenta la óptica a través del instrumento. Puede variar su valor 20x, 30x, 50x. A mayor valor apreciaremos y estimaremos mucho mejor nuestras lecturas.

Precisión: El número de aumentos está vinculado con la precisión del equipo. en el nivel automático se indica de la siguiente manera: ± 1.5 mm/km, significa que en una nivelación de un kilometro se tiene un error de más menos un milímetro y medio.

 

GPS (Global Positioning System)

Sistema de posicionamiento global. Permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona o un vehículo con una precisión hasta de centímetros (si se utiliza GPS diferencial). El sistema fue desarrollado, instalado y actualmente operado por el Departamento de defensa de los Estados Unidos.

El GPS funciona mediante una red de 24 satélites en órbita sobre el planeta tierra, a 20.200 km, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra.

Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando la identificación y la hora del reloj de cada uno de ellos. Con base en estas señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el tiempo que tardan en llegar las señales al equipo, y de tal modo mide la distancia al satélite mediante triangulación (método de trilateración inversa), la cual se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición. Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los tres satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenadas reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites.

Existen GPS de una banda (L1) y de dos bandas (L1, L2), la diferencia es que para los GPS de una banda se garantiza la precisión milimetrica para distancias menores a 40km entre antenas, en los GPS de dos bandas es de hasta 300km, si bien se pueden realizar mediciones a distancias mayores, ya no se garantiza la precisión de las lecturas.

Los GPS topográficos requieren dos antenas, ya sea que el usuario tenga las dos, o que solo tenga una y compre los datos a una institución. Se dice entonces que se esta trabajando en modo diferencial.

La diferencia en precio de un GPS de una banda contra uno de Dos bandas puede ser muy grande, y lo es mas cuando los GPS de dos bandas incorporan la función RTK (Real Time Kinematic). La forma de trabajar con equipos que no incorporan la función RTK es: trasladar los equipos a campo, se hacen las lecturas, pero es solo hasta que se regresa a gabinete que se obtienen las mediciones, con un sistema RTK, los datos se obtienen directamente en campo y el alto precio de estos equipos es por que incorporan un ordenador y un sistema de radio comunicación entre las dos antenas.

 

El GPS no reemplaza a la estación total, en la mayoría de los casos se complementan. Es en levantamientos de gran extensión donde el GPS resulta particularmente práctico, ya que no requiere una línea de vista entre una antena y otra, además de tener el GPS la gran limitante de trabajar solo en espacios con vista al cielo, siendo un poco problemático incluso cuando la vegetación es alta y densa, pero por ejemplo en un bosque se abre un claro de unos 5 metros y se hace la medición con la antena, en lugar de abrir una brecha para tener visual entre la estación total y el prisma. Así mismo es común hacer el levantamiento de dos puntos con GPS (línea de control) y posteriormente usar la estación y en lugar de introducir coordenadas arbitrarias introducimos coordenadas geográficas, y todo lo que se levante con la estación estará georeferenciado.

 

Escáner Láser 3d

Instrumento dotado de tecnología Lidar. Sería la evolución de la Estación total, pues realiza levantamiento topográficos de millones de puntos en muy poco tiempo, con la particularidad que simultaneamente capta la información intensidad de color de cada punto. El producto generado es una nube de puntos ( pointcloud ) de alta densidad en verdadera magnitud, a partir de la cual podremos realizar cálculos métricos, obtener dibujos, vectorizar entidades y modelar los elementos deseados 2D  3D.

Tecnología Lidar : Light Detection and Ranging, permite determinar la intensidad y la distancia a un objeto o superficie usando pulsos láser. Permite capturar a muy alta resolución cualquier elemento en tres dimensiones, de modo que pueda ser analizado digitalmente en un entorno CAD.