400km2 y 21.000 imágenes: Mapping the Yangtze River

El río Yangtsé es el salvavidas de Zhenjiang y una amenaza constante. Para prepararse para las inundaciones, las autoridades locales hicieron un mapa de drones realmente grande.

Zhenjiang es uno de los puertos más concurridos de China. Sólo en 2013 pasaron más de 140 millones de toneladas de carga por el puerto del río interior. Debido a su proximidad tanto al río Yangtsé como al Gran Canal, Zhenjiang ha sido un importante centro de transporte durante siglos.
Pero las vías fluviales que traen tanta prosperidad a la prefectura de vez en cuando se desbordan.
Para comprender mejor los riesgos de inundaciones, fortalecer y mantener la ecología de la orilla del río, y entender la forma en que se está desarrollando y utilizando la orilla del río, el Gobierno Municipal Del Pueblo de Zhenjiang encargó una ortofoto de alta resolución. Más de 400 kilómetros cuadrados fueron mapeados usando el dron MMC y Pix4Dmapper.

Detalles del proyecto

  
UbicaciónZhenjiang, provincia de Jiangsu, China
InstituciónOficina Municipal de Control de Inundaciones de Zhenjiang
HardwareMMC Griflion M8 drone
Cámara Thye X7.Thyea X7 camera
SoftwarePrograma informático pix4dmapperPix4Dmapper
Vuelos41
Tiempo de vuelo15 días, más de 40 horas.
Area400 kilómetros cuadrados
Imágenes21,000
Tamaño de la imagen42 millones de píxeles.
Cronología del proyecto1 mes
GSD8cm
SalidaOrtofoto rectificada de alta resolución

La oficina municipal de control de inundaciones de Zhenjiang está a pocos pasos del río Yangtsé. En julio de 2019, el personal podía ver claramente el río desde la oficina: no desde las ventanas, sino en una ortofoto masiva creada a partir de 21.000 imágenes, que representaban 400 kilómetros cuadrados.

Zooming in on a rectified orthophoto

Eche un vistazo más de cerca: las ortofotos de alta resolución permiten a las autoridades examinar el área en detalle

Antes del proyecto del río Yangtsé, los mapas de planificación de inundaciones de la región, los datos de conservación del agua y la información relacionada se almacenaban como archivos separados y discretos. Para un proyecto tan grande, el equipo necesitaba reunirlos a todos con un mapa base personalizado.

Mapeo de drones a gran escala para un
proyecto a gran escala

Mapa de 400 kilómetros cuadrados con un dron VTOL

El Servicio Municipal de protección contra las inundaciones tiene un mensaje claro: se producirán imágenes positivas de alta resolución A lo largo de 100 kilómetros de Costa a lo largo del río Yangtze y a lo largo de 500 metros a ambos lados del Estrecho.La zona del proyecto abarca el río danshu, al oeste de la ciudad de chunchong, y el puente occidental, al oeste de la ciudad de yangzhon, y varias islas.

La zona de 400 kilómetros cuadrados se cartografiará y la distancia de muestreo terrestre será de sólo 8 centímetros.

Aunque ya se ha realizado un levantamiento cartográfico en gran escala de los drones, éste es un gran desafío para cualquier equipo.Con el dron görevelin M8, el Servicio Municipal de protección contra las inundaciones cree que cuenta con los instrumentos adecuados para hacerlo.

Comprobaciones de prevuelo del dron VTOL (despegue vertical y aterrizaje)

Los drones verticales de despegue y aterrizaje (VTOL) combinan las ventajas de los drones de ala fija y multirotor. Al igual que los drones multirotor, los drones VTOL pueden despegar y aterrizar en casi cualquier lugar, sin embargo, tienen la velocidad de vuelo más rápida y la mayor duración de la batería asociada con los drones de ala fija.

El equipo eligió un dron MMC Griflion M8, equipado con una cámara de alta resolución y un sistema RTK/PPK para un mapeo preciso.

Comprobaciones previas: garantizar resultados precisos

RTK/PPK es notablemente preciso, pero para un proyecto tan grande e importante, el equipo quería confirmar la precisión de sus resultados, y una manera de ilustrar el éxito del proyecto.
Dos días antes de que comenzara el vuelo, el equipo del proyecto marcó puntos de control adicionales en toda el área de la encuesta. Siguiendo las prácticas recomendadas para un proyecto de mapeo de obra lineal, los puntos de control del suelo se colocaron cuidadosamente en un patrón de desfase o “zigzag”. Todos los puntos de control del terreno fueron encuestados, por lo que el equipo podría estar absolutamente seguro de sus resultados. El proyecto terminado contuvo un total de 160 puntos de control de tierra y puntos de control.

Los miembros del equipo encuestan un punto con un receptor GNSS

Poner el plan en acción

A primera hora de la mañana, el dron tarareó. Sus alas naranjas se extendían durante dos metros y medio, destacando contra el cielo.

Antes del despegue, el piloto subió la ruta pre-planificada al dron. Para asegurar una reconstrucción precisa, y para lograr el GSD requerido de 8 cm, el equipo estableció una superposición del lado frontal y del 70% del 75%.

El equipo rastreó el dron mientras completaba el primero de los 41 vuelos necesarios para el proyecto. Una hora después del lanzamiento, el Griflion regresó con seguridad: además de garantizar la precisión, su estación base RTK le ayudó a encontrar su camino a casa.

Después de una inspección rápida, el piloto empacó el dron en el coche, y condujo hasta el siguiente punto de lanzamiento. En los próximos días, el proceso se repitió otras 40 veces.

Procesamiento diario de datos

Los vuelos de drones se repartieron en 15 días, pero en la oficina, el personal no esperó a que los vuelos se completaran antes de comenzar a trabajar.

Minyi Pan de Pix4D explica: “Debido al alcance de este proyecto, era especialmente importante comenzar a procesarse temprano. Volver a una zona de vuelo que ya había sido cubierta para retomar las imágenes que faltan sería una pérdida de tiempo y energía. Encontrar cualquier problema potencial temprano podría ahorrarle mucho tiempo al equipo”.

Los miembros del equipo importaron los datos en Pix4Dmapper y comprobaron la superposición de la imagen. La opción de procesamiento rápido de Pix4Dmapper permitió al equipo revisar incluso grandes conjuntos de datos rápidamente y el informe de calidad confirmó que los resultados eran confiables. Con un proyecto a largo plazo a gran escala, el clima era un problema. A medida que la luz cambiaba de un día para otro, también lo hacía la luminosidad de las imágenes, causando bandas a través de las salidas combinadas.

“A veces el tiempo era despejado un segundo, y tormentoso al siguiente”, continúa la señora Pan. “En esta parte de China, los vientos de categoría seis o siete no son infrecuentes. Sin embargo, a pesar del mal tiempo y otros desafíos, estábamos muy contentos con los resultados”.

Después de 15 días de vuelo, el equipo de MMC había cubierto 400 kilómetros cuadrados, y capturado más de 21.000 imágenes de drones de alta calidad, con una resolución de 42 millones de píxeles. Una vez que el equipo comprobó los datos procesados rápidamente, se volvió a procesar en un nivel superior.

Flujo de trabajo sencillo, resultados precisos

En una encuesta informal, la mayoría de nuestros usuarios estuvieron de acuerdo en que un proyecto ‘grande’ es de más de 10.000 imágenes.

El proyecto del río Yangtsé consistió en más de 21.000 imágenes de 42 megapíxeles cada una.

Sin embargo, a pesar del tamaño del proyecto, el procesamiento en Pix4Dmapper fue sencillo.

Gracias a la RTK/PPK y los puntos de control en tierra, el equipo pudo utilizar un flujo de trabajo estándar. “El clásico ‘flujo de trabajo de tres pasos’ da la mayor parte del trabajo a la computadora!”, añade la Sra. Pan. Las imágenes fueron cosidas en una imagen continua, no distorsionada y medible: una ortofoto.

Rectified orthophoto of a riverbank
Una sección de la ortofoto de alta resolución del río Yangtsé creada en Pix4Dmapper

El equipo logró grandes resultados con la configuración estándar y encontró que mientras Pix4Dmapper tomaba algún tiempo para procesar un conjunto de datos tan grande, sólo necesitaba una intervención humana mínima.

El equipo se apoyó en el rayCloud para marcar los puntos de control del suelo. Después de marcar manualmente un par de puntos de empate, el software toma el control y marca automáticamente el resto de los puntos. Si bien puede ser necesario un ajuste manual, el equipo informó que la característica es “muy conveniente y práctica!”

Los resultados se comprobaron en el informe de calidad para asegurarse de que se asignaron a los requisitos del proyecto.

¿Por qué utilizar drones para mapeo a gran escala?

Los drones pueden parecer una opción inusual para un proyecto de este tamaño. Pero los aviones ligeros son prohibitivamente caros de volar y logísticamente difíciles. Las imágenes satelitales pueden parecer la respuesta, pero no tiene la resolución necesaria.

Compare drone photo to satalite image

Al comparar una imagen de satélite (izquierda) con la ortofoto (derecha), la diferencia es clara

Mientras que nuestros cielos están llenos de satélites, las imágenes disponibles no siempre están actualizadas. Un claro ejemplo es una cancha de básquetbol, que no se completó cuando se capturaron las imágenes satelitales, pero es fácil de detectar en la ortofoto.

Comparing drone map to satalite imagry

Obras de construcción capturadas por satélite (izquierda) y el edificio terminado en la ortofoto (derecha)

Las ortofotos tienen otra ventaja sobre las imágenes satelitales cosidas: precisión. Excepto en las áreas raras donde el terreno es perfectamente plano, las imágenes de costura introducen artefactos donde las fotos están desalineadas. Las ortofotos rectificadas tienen en cuenta la altura del terreno a través del DSM (modelo de superficie digital) para tener esto en cuenta. Las ortofotos producidas con imágenes de drones son más precisas.

El equipo estaba más que satisfecho con los colores de aspecto natural de las ortofotos y la buena superposición significaba que había muy pocos huecos.

 El agua es muy difícil de reconstruir como un ortomosaico. Algunos ‘cracks’ aparecieron en el río, pero el equipo fue capaz de tapar los agujeros con la herramienta de superficie en el rayCloud, mejorando en gran medida la apariencia del modelo terminado.

Mapping water with photogrammetry

 El agua es difícil de reconstruir fotogramétricamente, pero el agua es difícil de reconstruir fotogramétricamente, pero se ve muy bien en el proyecto del río Yangtsé

El resultado final fue entregado justo un mes después del primer vuelo del dron.

“Para la anotación de datos, la precisión y resolución de estas ortofotos supera con creces nuestras necesidades”, comentó el jefe de la Oficina Municipal de Control de Inundaciones. “Pix4D no sólo es potente, sino también fácil de operar, rápido para empezar, y no requiere mucho conocimiento profesional.”

Continuó: “Usualmente usamos pequeños drones para fotografiar pequeños ríos y lagos, nuestro propio trabajo. El personal puede realizar el procesamiento de datos para producir ortofotos de alta precisión. Este proyecto que utiliza Pix4D para procesar cientos de kilómetros cuadrados de datos ha tenido éxito, lo que se suma a nuestra confianza en la capacidad de procesamiento de grandes áreas”.

Los resultados están en, pero el proyecto continúa. La Oficina Municipal de Control de Inundaciones de la Ciudad de Zhenjiang planea actualizar regularmente la ortofoto del río Yangtsé y extender la tecnología a más ríos y lagos en Zhenjiang. Con este proyecto como ejemplo, el equipo espera que más ciudades comiencen programas de drones similares. Además de mejorar la resiliencia de la zona ante las inundaciones, puede significar que, con el tiempo, se mapean los 6.300 kilómetros del río Yangtsé.

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