Restitución Proyecto Gualcamayo

Objetivos General

El objetivo del trabajo, es realizar una restitución del terreno natural a una gran escala de detalles, con el objeto de desarrollar proyectos de ingeniería, actualización de la topografía y proporcionar un elemento de trabajo alternativo para el control y gestión de los recursos naturales; utilizando las técnicas de la fotogrametría digital.

Objetivos Particular

El trabajo está orientado a restituir el terreno natural en las condiciones actuales al momento de la captura de los datos, en la zona de la futura mina Gualcamayo en el departamento de Jachal Provincia de San Juan República Argentina.

Para ello se recurre al empleo de las técnicas de la fotogrametría digital.

Los resultados generados serán aplicados a la actualización de la topografía utilizada en el uso diario de las operaciones de la futura mina, como así también aporta un elemento adicional para el control y gestión de las operaciones de corto y largo plazo.

Material utilizado.

El material que se utilizó para la generación de los productos requeridos para la ejecución del presente trabajo son:

•  Fotogramas aéreos en soporte celuloide color, dentro del espectro visible y posteriormente transformados a soporte digital, mediante el uso de scanner con cualidades fotogramétricas generados por la empresa contratada para la ejecución del vuelo.

Las características de este material digital fue el siguiente:

1. Resolución espectral: Cada uno de los fotogramas llevados a soporte digital, fueron registrados en unos ficheros agrupados en tres bandas, correspondientes a cada color (RGB) con un rango dinámico de 8bits por banda y llevados a formato TIFF.
2. Resolución espacial: Los fotogramas en soporte de películas, fueron escaneados con una resolución de 16 micras. Lo que equivale a una resolución a nivel de terreno,  para la escala de vuelo de diseño (1:5000),  a 0.08 m.

•  Certificado de control y calibración de la cámara fotogramétrica, provista por la Empresa encargada de realizar el vuelo.
•  Para el procesamiento de los fotogramas se utilizó el software Fotogramérico y el programa ARCGIS versión 9.2; ambos con licencia de propiedad de GPAC SRL.

Procedimientos fotogramétricos.

Los procedimientos fotogramétricos en su parte conceptual involucran una serie de tareas que son ejecutadas en forma lineal a saber:

1. Incorporación de los fotogramas al sistema.
2. Armado de las corridas, colocando en un arreglo matricial los fotogramas según estos fueron tomados.
3. Definición del sentido u orientación de cada una de las  corridas respecto a las corridas contiguas.
4. Incorporación de los datos y parámetros de calibración de la cámara fotográfica en función del certificado de calibración.
5. Orientación interna de cada uno de los fotogramas que integran el proyecto.
6. Orientación relativa de cada fotograma respecto de los fotogramas contiguos.
7. Orientación externa mediante la ubicación de los puntos de control medidos en el terreno.
8. Cálculo y ajuste de aerotriangulación.
9. Levantamiento de los rasgos del terreno estereoscópicamente: Línea de quiebres, cauces, crestas, etc.
10. Extracción masiva de puntos x,y,z para cada uno de los modelos estereoscópicos que abarcan el área de interés.
11. Combinación de puntos x,y,z y líneas de quiebres para la modelación por interpolación del terreno natural.
12. Generación modelo de elevación y extracción de las curvas de nivel
13. Ortorrectificación de cada fotograma.
14. Generación del mosaico ortorrectificado del área de interés.

Resultados de la restitución Mina Gualcamayo año 2007.

El vuelo del  presente trabajo se realizó en día 16 de octubre de 2007, empezando la captura de los fotogramas aproximadamente a las 14:08 hs PM y finalizando a las 14:56 hs PM.

Sistema de referencia:

Sistema de coordenadas plano cartográfico definido para el proyecto es  Gauss Kruger  con  Elipsoide "Internacional 1924" y Datum definido en "Campo Inchauspe".

Cámara

La cámara utilizada es una Zeiss tipo LC1015 con lente tipo LAMEGON PL con focal de 150 mm .

Fotogramas

El área de interés estuvo cubierta con 150 fotogramas. La superposición entre fotogramas de la misma corrida fue de 80% aproximadamente  y la superposición entre corridas fue de un 50% aproximadamente.

Las tareas de restitución cubren un área de 31km2 aproximadamente y están cubiertas con 79 fotogramas en cinco corridas.

Compilados de los fotogramas

Los fotogramas fueron compilados en un arreglo matricial, distribuidos en 5 corridas consecutivas en dirección Este-Oeste, formando un total de 74 estereopares. como muestra la figura

Aerotriangulación

Orientación Interna.

En esta etapa del proceso se identifican las marcas fiduciarias, su orden,  medición y asignación de las coordenadas de la cámara para cada unos de los fotogramas, manteniendo un error medio de la medición en unidades de la imagen por debajo a 1/2 pixel u 8 micras.

Puntos de apoyos del terreno

El área de trabajo fue cubierta con una distribución de puntos sobre el terreno. Estos puntos fueron marcados pre-vuelo y luego medidos. La medición de los puntos fue realizada utilizando instrumentos GPS con procesamiento en tiempo real y con post procesamiento diferencial.

Los puntos se identificaron con marcas en forma de cruz pintadas de color blanco sobre la superficie terrestre.

El siguiente gráfico muestra la distribución relativa de los puntos de apoyo utilizados en el ajuste de bloques

La cantidad de puntos medidos en terreno fueron 49, para el apoyo fotogramétrico se utilizaron 36, dejando el resto para control de calidad.

Medición de los puntos de enlaces (tie point)

Para llevar a cabo la aerotriangulación es necesario medir una serie de puntos comunes entre las imágenes que se superponen, denominados puntos de enlace o tie points.

Estos Tie Points son usados para crear los modelos estereoscópicos para cada par de imágenes adyacentes y luego para formar el modelo de bloques completos.

Los tie points se identifican entre corridas consecutivas  y entre fotogramas adyacentes en cada corrida.

Para obtener resultados más precisos, estos puntos se midieron en forma estereoscópica.

La cantidad total de puntos de enlace identificados para la zona de interés es de 4342 puntos, 675 son puntos fueron identificados manualmente y 3667 identificado en forma automática.

La figura muestra el proceso de identificación de puntos, llevado a cabo durante las tareas de aerotriangulación, bajo un esquema de nueve puntos de enlace principales 6 corresponden a puntos de enlace simple o doble y un mínimo de 3 puntos de enlace triples. El resto corresponde a puntos de enlace de densificación para las tareas de correlación entre fotogramas.

Ajuste de bloques independientes.

Realizado el ajuste de bloques se pueden extraer del proceso algunos parámetros que definen el proyecto.

La siguiente figura muestra la distribución de los errores residuales para cada punto que participo de la aerotriangulación.

Resultados del ajuste de bloques.

El proceso de ajuste de bloques arroja como resultados:

1. Los parámetros de orientación externa de cada imagen.
2. Las coordenadas ajustadas x,y,z para los puntos de control y los puntos de enlace (tie point).
3. El detalle de los residuales y errores medios para cada punto.

A continuación se muestran los valores globales del ajuste para:

Puntos de control:

                                          Xm-Xg        Ym-Yg          Zm-Zg           Exy (m)

                     limite:           0.300           0.300           0.300           0.300

Media Absoluta(m):        0.060           0.086           0.121           0.116

                RMS(m):           0.071           0.105           0.147           0.127

            máximo(m):          0.143           0.296           0.312           0.200

  Cantidad de puntos:       36

Puntos de enlace (tie points)

Residuales de las posiciones medias (from mean)

                   N                      X-Xm           Y-Ym           Z-Zm            Exy (m)

Media Absoluta(m):        0.022          0.025           0.026           0.037

                RMS(m):           0.031          0.034           0.036           0.046

           máximo(m):           0.191          0.112           0.119           0.193

  Cantidad de puntos:     243

Residuales entre modelos estereoscópicos

                   N                     X-Xm           Y-Ym           Z-Zm             Exy (m)

Media Absoluta(m):          0.019           0.021           0.024           0.032

                RMS(m):            0.026           0.029           0.032           0.039

            máximo(m):           0.082           0.098           0.105           0.108

Cantidad de puntos:      220

Residuales entre corridas

                   N                  X-Xm           Y-Ym           Z-Zm           Exy (m)

Media Absoluta(m):          0.041           0.054          0.048          0.075

                RMS(m):            0.052           0.063          0.062           0.082

            máximo(m):           0.143           0.112          0.119          0.145

  Cantidad de puntos:       25

Residuales medidos sobre los fotogramas.

                   N                        X-Xm           Y-Ym          Exy (m)

Media Absoluta(m):          0.003           0.003          0.004  

                RMS(m):            0.004           0.004          0.006   

            máximo(m):           0.030           0.024          0.033 

  Cantidad de puntos:       4378

Escala de vuelo:

Realizado los procesos de orientación interna y externa dio como resultado una escala de vuelo de:

Escala 1:9.800

El vuelo se realizó con una altura absoluta promedio de vuelo de 3599m, registrando un máximo de altura de 3664m y un mínimo de 3502m que se corresponde con las referencias altimétricas indicadas en las márgenes de los fotogramas. La amplitud de variación altimétrica fue de 162m.

Restitución digital

Extracción masiva de puntos x,y,z.

Se extrajeron en forma masiva para cada bloque o estereopar puntos situados sobre una grilla rectangular de 3m x 3m con un factor de correlación del 85%. Dando como resultado una cantidad total de puntos útiles de 2.944.300 puntos.

Digitalización de las líneas de quiebre

La obtención de las líneas de quiebres se realizó a partir de la exploración estereoscópica de cada de los modelo en forma independiente

Construcción  del modelo de elevación.

En primera instancia se interpolaron para cada modelo los puntos y líneas de quiebres generados anteriormente, por el método  de triángulos irregulares de Delauney.(TIN), con procedimientos de filtros de valores extremos.

Los modelos individuales correspondientes a cada bloque, se unieron para formar un solo modelo global. Dicho modelo se construyo con una totalidad de puntos x,y,z  igual a 2.944.300.

Se generó un modelo de elevación en formato de grilla con una resolución espacial de 1.5mx1.5m.

A partir del modelo en formato grilla se generaron las curvas de nivel con una equidistancia de 1m.

Ortofotos y mosaico.

A partir del modelo de elevación se procedió a ortorrectificar cada uno de los fotogramas para luego integrarlos en un mosaico general. Este proceso conlleva el ajuste de brillos y contrastes de manera de lograr un homogenización del producto final.

Control de calidad del modelo restituido.

Control Cuantitativo del modelo

Una vez generado el modelo en formato grilla, éste fue sometido a un control tomando un conjunto de puntos ya sea puntos de control de terreno, como así también puntos de terreno que no formaron parte del proceso de la aerotriangulación.

La figura muestra la distribución de los puntos para el control, como así también las diferencias o discrepancias representadas con  colores.

Estadísticas de las discrepancias.

En ella se observa que las diferencias mayores, corresponden a puntos que se escapan de la zona de aceptación estadísticas (en las colas) y se encuentran ubicados en áreas marginales del modelo. Esto es en parte a las limitaciones que se detallan posteriormente, como también a una debilidad por falta de apoyo terrestre en esas zonas, debido a la dificultad de identificar rasgos sobresalientes e inconfundibles en el terreno.
 

Control del mosaico ortorrectificado.

El proceso de control del mosaico ortorrectificado, se realiza mediante un proceso de determinación de la posición de los puntos de tie points y los PAF con la corrección lograda por relieve y las coordenadas de los mismos obtenidas por el proceso de aerotriangulación en bloques. Arrojando los siguientes resultados.

                                                   Ex                             Ey                         Exy

                                                    m                                m                         m

 RMS:                                         0.724                       1.006                   1.239

 Media  absoluta:                      0.314                       0.377                   0.528

 Maximum "+":                         12.191                    12.609                 24.801

 Maximum "-":                           -8.471                   -21.598               -22.738

Cabe observar que los máximos (+ o -) errores, aquí indicados corresponden a las zonas marginales ó periféricas del modelo donde los triángulos del proceso de generación del TIN  son extensos y agudos.

Control Cualitativo del modelo

Para este control se utilizaron imagen de relieve, reproduciendo la iluminación de la escena a través de la determinación de la posición del Sol para la hora de captura. Determinando para la zona, el acimut y elevación del astro cada 15 minutos partiendo desde las 12:00 hs. local. y culminando el cálculo a las 14:30 hs.

En esta figura se aprecia el nivel de detalles relevado durante las tareas de la exploración esteresocópica