VirtualHandout 5402 GS5402-V

Facilitando la gestion de infraestructura: Introduccin

a la tecnologia LiDAR terrestre en Civil 3D Esteban Ruiz-Tagle XYGO Alfredo Escobar XYGO (CEO)

GS5402-V

El crecimiento acelerado de las ciudades en desarrollo conlleva una construccin constante de obras de infraestructura bsica como autopistas, redes, edificios, estacionamientos, parques, etc., junto con la mantencin de las mismas. Para "tener la foto" de la realidad ms actual, el donde y como se encuentra involucra una buena inversin de tiempo y recursos humanos y sta no siempre asegura la trazabilidad y calidad de los datos capturados en forma manual. La tecnologa LiDAR terrestre se presenta como una gran innovacin que va en directo beneficio de los responsables de administrar el territorio y los activos de infraestructura. Con AutoCAD Civil 3D es posible tomar informacin de LiDAR como la nube de puntos 3D y trabajar sobre ella lo cual se torna tremendamente atractivo para dibujantes, ingenieros y tomadores de decisiones que hasta hoy solo conocen la realidad a partir de informacin 2D y referencial.

Learning Objectives At the end of this class, you will be able to:

Entender la tecnologa Lidar y sus atributos

Identificar los "sabores" de Lidar

Visualizar y manipular datos Lidar en Civil 3D

Aplicar Lidar para catastro, planificacin y control

About the Speaker Currently LiDAR & Street View xygo specialist for LATAM whose role is to generate knowledge

bases about these technologies and experiences in Chile and Latin America associated with the

sale of associated services. Industrial Designer by profession, an expert on Autodesk solutions

for 3D design and practical applications consultant for the manufacturing industry, has explored

in recent years on the design as a means of high impact visual communication.

AU Virtual Speaker 2010 (spanish), AU Spanish member, The LiDAR Forum member, Mobile

Mapping member, ZYX consultores owner, Professor Minor in Design for Adolfo Ibaez

University in Santiago Chile.

Facilitando la gestion de infraestructura: Introduccin a la tecnologia LiDAR terrestre en Civil 3D

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Mdulo 1: Entender la tecnologa LiDAR y sus atributos

Le explicacin tcnica dira: Lidar es un acrnimo del ingls "light detection and ranging" y tiene un

sensor remoto consistente en un radar de lser que trabaja en la franja del infrarrojo prximo, del

visible y del ultravioleta. Para explicarlo ms simple, Lidar es un sistema cargado con mltiples

sensores que van montados sobre un vehculo areo o terrestre. Estos sensores puedes ser escaner

laser de tipo infrarrojo (igual que un puntero, pero en vez de un punto dispara miles de puntos),

antenas gps, cmaras fotogrficas HD, camaras que captan imgenes en 360, cmaras

hiperespectrales que captan colores ms all de lo que ve el ojo humano como el ultra violeta,

cmaras termales, odometros, acelerometros, etc. Todos estos sensores, que van montados en un

vehculo en menor o mayor medida, trabajan en conjunto para capturar grandes volmenes de

informacin en movimiento y en tres dimensiones. Pueden capturar la topografa del terreno, el

arbolado, infraestructura, arquitectura de ciudades, etc. El resultado puede ser visualizado en escala

real y en tres dimensiones. El principal atributo de lidar es poder tener una foto real del terreno en

tres dimensiones y a la vez georreferenciada. Al igual que en un juego de video podemos navegar

por el terreno virtual y sacar informacin util para fines ingenieriles, construccin, estratgico y

incluso financiero.

En este clase analizaremos uno de los sistema lidar ms recientes del mercado que consiste en el

Lidar terrestre y con el cual trabajamos actualmente para el levantamiento de calles y rutas,

catastro de materiales y activos de infraestructura, fiscalizacin infraestructura comunal y municipal y

generacin de modelos digitales de terreno. Este ltimo es ms conocido como DTM (digital terrain

model) es un subproducto que puede ser generado a partir de los datos que proporciona el Lidar de

manera ms rpida, pero aun as no est exenta de dificultades. Pero este es un tema que

tocaremos en el punto 4 de esta clase (Visualizar datos lidar en Civil 3D).

Ahora bien, para comenzar a describir los principales atributos del Lidar usar el siguiente ejemplo:

Las empresas de servicios utilitarios concesionados, ya sean sanitarios, gas, elctrico y autopistas,

son empresas que poseen el 100% de sus activos en terreno. La administracin y mantencin de

estos activos es una tarea enorme que requiere de gran coordinacin y organizacin. Al mismo

tiempo las municipalidades, al igual que las empresas de concesin, tienen a cargo la administracin

y gestin de la infraestructura comunal y pblica como por ejemplo las calles, el alumbrado, las

sealizaciones de trnsito, el arbolado y las reas verdes, entre otras. Estos en esencia son activos

que estn en terreno y tambin requieren de gran coordinacin y organizacin cuyo esfuerzo a veces

supera las capacidades de quienes deben gestionar estos activos.

Pero esencialmente dnde est la principal dificultad de estos actores privados y municipales para

gestionar estos activos de infraestructura? Una de las dificultades es tener que emplear muchos

recursos humanos para obtener la informacin necesaria para la hacer labores de gestin y/o

administracin, sin embargo la principal dificultad est en la mantencin de la informacin asociada a

cada uno de los activos de infraestructura. El tiempo y esfuerzo que hay que destinar para las

actividades de campo desarrolladas por un equipo humano es enorme y se hace imposible contar

con datos de todos los activos en forma rpida y actualizada. Esta brecha que se produce abre la

oportunidad de emplear tecnologa de punta, como Lidar, para acelerar los procesos de obtencin de

datos, aumentar la precisin y disminuir considerablemente los errores asociados a procesos


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manuales como la recoleccin de datos en terreno elaborado por personas. El sistema Lidar y

especficamente Lidar terrestre es un sistema que puede lograr

1) Capturar en promedio/dia 120Km de informacin, 2500% ms de datos que un levantamiento

topogrfico tradicional y 45 veces ms rpido.

2) Los volmenes de informacin que captura el Lidar terrestre, como por ejemplo, la nube de

puntos georreferenciada, fotos en 360 del recorrido y el track GPS del levantamiento, permiten

generar multiples subproductos en base a un solo esfuerzo de levantamiento

3) Todos los datos de lidar pueden ser exportados a formatos estndares como CSV, TXT, SHP

(para ArcGIS), KMZ (google earth) y LAS. ste ultimo es el formato que permite ver la nube de

puntos en AutoCAD Civil 3D y generar un modelo digital de terreno.

Para resumir:

Lidar es una tecnologa de captura de datos en movimiento o esttico con gran capacidad para capturar muchsima informacin del entorno.

Existen distintos sabores o tipos de lidar que se dividen principalmente en 3: areo, terrestre y batimtrico.

Esta clase explicar en detalle el funcionamiento de la tecnologa Lidar terrestre que viene siendo la ltima incorporacin de este sistema a un vehculo, pero en modalidad terrestre.

Los principales atributos de lidar son capturar ms informacin y ms rpido, obtener multples subproductos con un solo levantamiento, los datos son explotables en sofware CAD/GIS estndares de mercado como por ejemplo AutoCAD Civil 3D.


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Mdulo 2: Identificar los "sabores" de LiDAR

Los principales usos de la tecnologa Lidar hoy en da la podemos encontrar en investigaciones

atmosfricas, estudio de la tierra, construccin y minera, tecnologa marina, en transporte y visin

artificial para robots industriales como los ms genricos. El origen de la tecnologa Lidar data del

ao 1953 en instrumentos meteorolgicos mucho antes de la invencin del lser y desde all hasta la

fecha la tecnologa ha avanzado bajo el principio de telemetra lser, es decir, sobre un principio no

muy diferente a las del radar: la fuente de haz de radiacin directa es reflejada desde los objetivos de

vuelta a la fuente emisora y detectada por un receptor de alta sensibilidad a la luz y cuyo tiempo de

respuesta es directamente proporcional a la distancia del objetivo.

Ahora bien, Lidar est catalogado tambin como una tecnologa de teledeteccin, es decir, que

puede capturar eventos u objetos en zonas remotas sin necesidad de la presencia del ser humano.

Esto cobra especial relevancia cuando se requiere obtener datos de zonas de dificil acceso o zonas

peligrosas u hostiles sin la necesidad de arriesgar la seguridad de las personas. Dentro de los

sistemas Lidar ms avanzados y que obedecen exclusivamente a la cantidad y tipos de sensores

con los que cuente el sistema, podremos no solo obtener los datos de terreno sino clasificarlos de

manera semi-automtica para facilitar el manejo de los datos.

Como podemos ver en la siguiente imagen podemos distinguir que para la captura de datos de

terreno existen muchas tecnologas y mtodos de captura o levantamiento de informacin:


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El Lidar (aereo) est dentro de las ms avanzadas, ya que utiliza pocos o casi ningn recurso

humano para el levantamiento de datos de amplias extensiones geogrficas y en forma continua,

proporciona datos clasificados, puede penetrar las copas de los arboles detectando el lugar exacto

del suelo e incluso de los rios que fluyen al interior de una selva o detectar la geologa del terreno

para minera, etc. Sin embargo el alto nivel de informacin que proporciona esta categoria de Lidar

tambien conlleva un alto costo de utilizacin y tampoco est exenta de restricciones. Por otro lado y

al extremo opuesto de este sistema podemos encontrar lo que conocemos como trabajo de campo

tradicional o levantamiento de datos con cuadrillas de personas y cuya rapidez ser directamente

proporcional a la cantidad de recursos humanos de los que podamos disponer, niveles de

especializacin y experiencia de recoleccin de datos. Es la opcin ms barata o de menor inversin

inicial, sin embargo no se puede asegurar la calidad ni trazabilidad de la informacin capturada dado

que exige procesos manuales de mucho esfuerzo y a la vez riesgoso. Finalmente y en el medio de

estos dos mundos podemos encontrar la tecnologa de Lidar terrestre cuyo principio sigue siendo

igual al del Lidar aereo, salvo que como va montado en un vehculo terrestre est limitado al acceso

que ste pueda tener por distintos caminos o reas abiertas sin obstaculos fsicos de por medio.

A continuacin una tabla comparativa de los distintos sistemas, sus ventajas y desventajas:

Caracterstica Lidar areo Lidar terrestre

Alcance del lser Kilmetros Metros

Captura datos

georreferenciados

SI SI

Precisin sub-mtrica NO* SI

Levantamiento limitado por la

geografa

NO SI (solo por caminos o reas

abiertas sin obstculos)

Graba dentro de tneles NO SI

Graba en zonas de peligro o

difcil acceso humano

SI NO

Exporta datos a formato .LAS SI SI

Clasifica automticamente la

nube de puntos

SI NO

Costo del levantamiento

(areo vs terrestre)

Mayor Menor

Tiempo de Setup (areo vs

terrestre)

Mayor Menor

*Los vuelos a baja altura y con escanner especiales pueden lograr una precisin submtrica, pero superior a las 10


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Mdulo 3: Visualizar y manipular datos Lidar en Civil 3D

Importar archivos de nube de puntos en AutoCAD Civil 3D 2013 En la siguiente demostracin veremos cmo llevar el contenido de una nube de puntos capturados

con Lidar terrestre hasta AutoCAD Civil 3D.

Preparar nube de puntos para su uso AutoCAD Civil 3D 2013

En la siguiente flujo utilizar una aplicacin llamada Pointools para realizar la limpieza y preparacin

de la nube de puntos para poder trabajar apropiadamente con ella en AutoCAD Civil 3D.

Crear una superficie de AutoCAD Civil 3D 2013 a partir de la nube de puntos En este ltimo flujo aprenderemos cmo asignar puntos de una nube de puntos a una superficie en AutoCAD Civil 3D 2013


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Mdulo 4: Aplicar Lidar terrestre para catastro, planificacin y control

Como pudieron ver en los mdulos anteriores Lidar es una tecnologa que proporciona muchas

ventajas en la captura de datos de terreno. Sin embargo, esta tecnologa que ya alcanz el nivel de

madurez a nivel de hardware no lo ha hecho necesariamente a nivel de software. Llevar el contenido

de Lidar a un software para sacar el mximo provecho no es fcil y est lejos de masificarse aun si

existen muy pocos proveedores de soluciones para manejo de datos Lidar. Con Autodesk, como

partner y lder en democratizacin de nuevas tecnologas, podremos en un futuro muy cercano tener

las herramientas que necesitamos para liberar todo el potencial del contenido Lidar y al alcance de

los usuarios.

En los siguientes ejemplos podremos ver algunas de las aplicaciones del Lidar terrestre

Lidar terrestre para actividades de mantencin y conservacin de bienes de

infraestructura Para las empresas concesionarias de autopistas es indispensable realizar permanentemente

actividades de mantencion y conservacin. Una de las dificultades de esto es que los activos de

infraestructura como sealizaciones, alcantarillado, luminarias, defensas, etc, estn repartidos a lo

largo de toda la autopista por lo tanto el traslado, la ubicacin exacta y las actividades de mantencin

son una tarea enorme que debe ser planificada por etapas y empleando gran nmero de recursos

para ello, habilidad para ubicarlos porque las unicas referencias estn en planos AS-BUILT que no

necesariamente reflejan todo lo que existe en terreno.

Con Lidar terrestre podemos elaborar un catastro o inventario detallado de los bienes existentes de

la concesin de manera rpida, eficiente y segura.


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Los principales beneficios de utilizar Lidar terrestre para estas actividades son:

Optimizar el tiempo y cantidad de ubicacin de los puntos de control geogrficos sobre un 90%.

Acelerar la obtencin del levantamiento catastral en la mitad del tiempo original

Reducir los riesgos de accidente del equipo de trabajo en terreno en un 80%

Obtener un insumo base y georreferenciado con informacin que puede ser procesada para

generar nuevos subproductos sin necesidad de salir a terreno nuevamente

Utilizar la tecnologa ms avanzada del mercado para levantamiento topogrfico mvil (LiDAR

terrestre).

Lidar terrestre para actividades de fiscalizacin municipal

Las municipalidades o instituciones de gobierno en la mayora de los casos deben realizar

actividades de fiscalizacin relacionadas con los permisos u otorgamientos de patentes comerciales,

de alcoholes y publicidad, entre otros. Adicionalmente existen actividades de catastro que deben

recolectar informacin de terreno que se asocie como atributos de las parcelas o predios para

determinar el uso de suelo, junto con mantenerla al da. Ambos casos requieren de personal que

est permanentemente haciendo fiscalizaciones en terreno y generalmente estos recursos son

escasos para el volumen de informacin y el tamao del territorio a recorrer y ms aun si estas

deben ser realizadas en reiteradas veces para mantener al da la informacin.

Con Lidar terrestre podemos lograr lo que antes no era factible: traer el terreno al escritorio y junto

con ello tener la posibilidad de medir, georreferenciar y validar cualquier objeto remotamente sin

necesidade de viajar a terreno. Pero lo ms relevante de la utilizacin de esta tecnologa para dichos

fines est en poder tener la foto ms actual de lo que hay en terreno y con ello hacerse una idea

ms precisa del territorio y planificar futuros proyectos de modernizacin, cambios a la infraestructura

o simplemente medir las dimensiones de una publicidad afecta a pago de permiso que incidir

directamente en la recaudacin de fondos del municipio.


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Ahorro en costos de Vehculos, Combustibles, Tiempos de planificacin y ejecucin, Personal

Optimizacin de los procesos de certificacin y emisin de permisos relacionados con el espacio

publico

Proporcionar una herramienta muy potente a topgrafos, arquitectos y urbanistas para mejorar la

planificacin del territorio y el uso del suelo

Lidar terrestre en catastro de materiales para reposicin de bienes

Las empresas de servicios sanitarios estn encargadas de la distribucin del agua hacia los hogares,

escuelas, hospitales, etc, as como tambin del alcantarillado de la ciudad. Todo esto a travs de

tuberas subterrneas que forman parte de sus activos ms importantes y que estn repartidas por

toda el rea de concesin. La reposicin de estos bienes tiene un costo asociado dado que implica

romper el pavimento, la calzada y cualquier material u objeto que se encuentre en la superficie.

Tradicionalmente estas actividades son realizadas por cuadrillas de trabajo en forma manual y solo

alcanzan a tomar muestras de algunas partes de la concesin dado que es un terreno muy extenso

para ser catastrado por completo, existen riesgos asociados a la seguridad del personal porque son

actividades que pueden implicar actividades de corte de trnsito y adems la informacin podra

contener algunos errores propio de una actividad que se realiza en forma manual.


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Gracias a la velocidad de captura de informacin podemos levantar toda la concesion en

cuestin de das en vez de meses en lugar de solo una muestra

Tomar 2500% ms de informacion de lo que podra hacer un levantamiento tradicional

0% de reproceso o toma de datos nuevamente dado que con un solo levantamiento podemos

tener toda la informacin a la mano y consultarla cuantas veces sea necesario

Aumentar la seguridad y eficiencia en la toma de decisiones dado que tenemos una foto de la

realidad y actualizada para identficar y medir cualquier material.

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