Historia del sensor LiDAR

Introducción

Los estudios y ensayos relativos al desarrollo y la implementación de los sistemas láser para aplicaciones relacionadas con la altimetría se iniciaron en la década de los años 60. A partir de los años 80, esta tecnología se empezó a aplicar a estudios atmosféricos, análisis volumétricos y análisis de composición de los materiales. Sin embargo, hasta finales de los años 90 esta tecnología no se aplicó a la fotogrametría y la teledetección, así como a proyectos de desarrollo de bases de datos geoespaciales. Estos proyectos se centraban en el uso de información altimétrica para apoyar proyectos fotogramétricos, como por ejemplo, la producción de ortofotos y ortoimágenes o la generación de curvas de nivel, ambos apoyados en Modelos Digitales del Terreno.

Los Modelos Digitales del Terreno (o MDT) son, a grandes rasgos, representaciones simplificadas de la topografía del terreno. Las elevaciones forman una superficie tridimensional ondulada, en la que dos dimensiones se refieren a los ejes de un espacio octogonal plano (X, Y), y la tercera mide la altura (Z).

El uso de los sistemas LiDAR se debe principalmente al incremento de la disponibilidad de datos, debido a su vez a la reducción del precio de los sensores aerotransportados. Esto, combinado con la disposición cada vez mayor de información GPS, permite la captura de una elevada densidad de datos de alta precisión. Esta precisión oscila entre 1 y 3 centímetros.

La mayor parte de los primeros sensores LiDAR fueron desarrollados de forma personalizada. Actualmente, la disponibilidad de sensores comerciales y el número de empresas que ofrecen servicios de captura de datos se ha incrementado de forma paralela.

Para las aplicaciones fotogramétricas y de teledetección, el sensor LiDAR se localiza aerotransportado. Este sistema aerotransportado puede ser muy diferente según las necesidades de los datos: ultraligeros, helicópteros, aviones,... Sin embargo, los aviones son más efectivos, ya que permiten una captura de datos más rápida y en un área más extensa.

Definición de LiDAR

LiDAR significa Light Detection And Ranging, literalmente alcance y detección de la luz. Se trata de un sensor activo, ya que él mismo genera la energía (el pulso láser) que permite hacer los cálculos y las medidas. Esto permite usar el sensor de noche para evitar el tráfico aéreo. Sin embargo, a diferencia del RADAR, el sensor LiDAR no atraviesa nubes, lluvia o niebla. Esto permite su uso en aplicaciones de datos LiDAR para estudios atmosféricos y climatológicos. Del mismo modo es posible usar el sensor LiDAR para captura de datos batimétricos, aunque es necesario un pulso láser diferente (la banda verde con el infrarrojo).

El sensor LiDAR utiliza el mismo principio que el RADAR, solo que en lugar de usar ondas de radio utiliza pulsos de luz. El láser LiDAR envía una señal a la superficie terrestre desde un sensor aerotransportado; algunas de estas señales regresan de vuelta al transporte aéreo; el tiempo que tarda el rayo láser en llegar hasta la superficie terrestre y regresar al transporte aéreo se emplea para determinar la distancia hasta los elementos de la superficie. También es posible determinar el ángulo de salida del láser y la localización y la altura del transporte aéreo. De este modo es posible calcular de forma muy precisa la altura de los árboles, los edificios y cualquier elemento sobre el terreno.

Sus ventajas frente a otros procesos de captura de datos de elevación son: la precisión de centímetros, la mayor resolución y la obtención de datos con estas características bajo la cubierta vegetal.

La precisión de los datos se debe a la capacidad del sensor para emitir pulsos de luz. El resultado es una densa red de puntos de elevación georreferenciados de elevada precisión, denominada “nube de puntos”. Esta nube de puntos se puede usar para generar modelos tridimensionales de la superficie terrestre y sus objetos.

En cuanto a la habilidad del sensor LiDAR para capturar información bajo la cubierta vegetal, es una de sus principales ventajas, ya que el resto de sensores utilizados en teledetección son incapaces de resolver este problema.

Gracias a la elevada densidad de la nube de puntos generada por el sensor, incluso si un pequeño porcentaje de puntos alcanza el suelo, es suficiente para crear un Modelo Digital del Terreno con bastante precisión. En casos concretos, como la selva tropical, es posible crear Modelos Digitales del Terreno más precisos que las ortofotos o las ortoimágenes.

Por esta razón es recomendable realizar un estudio de los datos que se necesitan, ya que en determinadas ocasiones será necesario planear el vuelo LiDAR en determinadas fechas del año.

Este texto forma parte del Trabajo Fin de Máster de Antonio San José Albacete, puedes descargarlo entero (.PDF) desde el repositorio E-Prints Complutense (Universidad Complutense de Madrid)