1.INTRODUCCIÓN

El presente informe trata del levantamiento fotogramétrico con un RPAS Phantom 4 Pro en una zona de activación de quebrada denominada quebrada Ramadilla, ubicada entre los distritos de Huaytará, Ayaviri y Santiago de Chocorvos, en la provincia de Huaytará, departamento de Huancavelica. Se pretende obtener productos de terreno como modelo digital de terreno, ortomosaico y curvas de nivel a detalle de la zona para su tratamiento en software GIS.

2.ANTECEDENTES

El levantamiento fotogramétrico con RPAS (Sistemas de Aeronaves Pilotadas a Distancia, comúnmente llamados drones) ha revolucionado los procesos de mapeo y análisis del terreno gracias a su relación costo-beneficio y a su capacidad para recopilar datos de forma eficiente. Comparado con métodos topográficos tradicionales, esta técnica permite cubrir grandes extensiones en menos tiempo y con menos personal, optimizando recursos y reduciendo costos operativos.

Rapidez en la captura de datos: En un solo vuelo, dependiendo de la capacidad del equipo, se pueden levantar cientos de hectáreas en minutos u horas, algo que con métodos tradicionales llevaría días o semanas.

Reducción de puntos de fotocontrol: Con tecnologías avanzadas como RTK (Real-Time Kinematic) y PPK (Post-Processed Kinematic), la necesidad de instalar y procesar múltiples puntos de fotocontrol disminuye. Esto reduce tiempos y costos de preparación en campo.

Alta precisión: Los drones equipados con RTK/PPK permiten alcanzar precisiones de entre 2 y 3 cm. En el caso de RTK, las correcciones se hacen en tiempo real, mientras que en PPK se procesan posteriormente en gabinete usando datos de receptores GNSS y técnicas de interpolación.

Versatilidad: Los drones pueden acceder a terrenos de difícil acceso o peligrosos para los topógrafos, como pendientes pronunciadas, áreas inundadas o regiones remotas.

3.DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

El área de estudio se encuentra ubicada en la zona denominada ramadilla entre los distritos de Huaytará, Ayaviri y Santiago de Chocorvos, provincia de Huaytará, departamento de Huancavelica. Se encuentra a una altura promedio de 1250 msnm.

La accesibilidad es a través de red vial Huaytará, en el kilómetro 50 en el centro poblado Ramadillas.

4.OBJETIVOS

Objetivo Principal:

• Realizar el levantamiento fotogramétrico con RPAS de la zona de estudio.

Objetivos Específicos:

• Realizar el planeamiento de vuelo
• Realizar el procesamiento de las fotografías en el software Agisoft Metashape
• Realizar el tratamiento de los productos obtenidos en software GIS

5.METODOLOGÍA

FASE DE PRE-CAMPO

La fase de pre-campo requiere un archivo vectorial shp o kmz de la zona donde se realizará el levantamiento, se debe revisar si existe alguna restricción para realizar el vuelo, si se requiere algún permiso o si es una zona prohibida para el uso de RPAS, esto puede deberse a la proximidad con algún aeropuerto o pista de aterrizaje. Estas zonas se pueden ver en la siguiente página: https://www.dji.com/flysafe/geo-map.

Es crucial verificar la existencia de torres de alta tensión, aves territoriales u otros elementos que puedan interferir con el vuelo fotogramétrico. Además, el relieve del terreno determina si el levantamiento debe realizarse de manera continua (en zonas llanas o ligeramente onduladas) o por secciones (en áreas de relieve moderado o fuerte).

En este caso, el levantamiento se realizará en el centro poblado de Ramadillas, donde las condiciones son favorables debido a la ausencia de edificaciones altas u obstáculos significativos.

Se verifica la accesibilidad al área de trabajo y se gestionan los permisos necesarios para realizar el levantamiento. En esta ocasión, los puntos de fotocontrol fueron asumidos a partir de coordenadas obtenidas mediante Google Earth Pro. 

FASE DE CAMPO

El vuelo fotogramétrico debe realizarse preferentemente en horas de la mañana, idealmente entre las 10:00 y las 13:00, para minimizar la presencia de vientos fuertes y reducir sombras causadas por el ángulo de elevación del sol.

Antes del vuelo, es fundamental contar con el dron completamente equipado, calibrado y con las baterías cargadas. También se debe preparar la tablet y el control remoto, asegurándose de cargar en la aplicación el archivo KML correspondiente a la zona de vuelo. Para esta operación, se utilizará la RPAS Phantom 4 Pro.

Los puntos de fotocontrol obtenidos de Google Earth se ubicaron de manera práctica, siguiendo una distribución homogénea dentro del área de levantamiento. Se consideró colocar al menos un punto en zonas de depresiones y otro en áreas elevadas para garantizar una georreferenciación precisa. En este levantamiento, se establecieron 7 puntos de fotocontrol para cubrir una extensión de 76 hectáreas.

En la captura de pantalla se observa el polígono de la zona de vuelo y en el panel derecho la altura de vuelo 90m para el presente vuelo, el tiempo de vuelo de 59 minutos 20 segundos, el área a cubrir de 76 hectáreas, el total de fotos a capturar de 1122 y la cantidad de baterías a usar.

En el menú de opciones avanzadas se puede establecer manualmente el traslape longitudinal, el traslape transversal, la orientación de las líneas de vuelo y la velocidad máxima de vuelo.

La orientación de las líneas de vuelo es utilizada sobre todo cuando se levantará una zona con una alta densidad de edificaciones, permite reducir algunos errores de perspectiva central de las fotografías. La velocidad máxima de vuelo debe ser especificada para algunos drones debido a la forma en que las cámaras realizan la captura de la imagen, algunas realizan la captura en un solo paso y otras en forma de barrido, en la última mencionada, debido a una alta velocidad puede producir deformaciones y errores en las fotografías.

Para el presente caso el traslape longitudinal es de 70%, el traslape transversal de 70%, la dirección de vuelo 90º y la velocidad máxima de vuelo de 8m/s.

Una vez comprobada la operatividad del RPAS, ubicados los puntos de fotocontrol y definidos los parámetros de vuelo, se posiciona el equipo en una superficie plana y despejada con un radio de al menos 5 metros para iniciar el vuelo. Es fundamental que el piloto revise la consola del equipo, verifique el porcentaje de batería, y que un asistente de vuelo, provisto de binoculares, supervise en todo momento la ubicación del RPAS.

La ejecución del vuelo es completamente automática, ya que la aplicación gestiona la creación de las líneas de vuelo, determina la altura, y establece el punto de inicio de acuerdo con los parámetros configurados.

Al finalizar el vuelo, el equipo regresará al punto inicial y aterrizará automáticamente. Sin embargo, en caso de que surjan inconvenientes, como la presencia de aves territoriales, el piloto puede tomar el control manualmente y dirigir el equipo de regreso a la zona de despegue.

Es importante tener en cuenta que, debido a la distancia entre el operador y el RPAS durante el vuelo, o por factores telemétricos, podría ocurrir una desconexión del control. Esto dependerá de la configuración de la aplicación utilizada. En caso de desconexión, el RPAS puede regresar automáticamente a la zona de aterrizaje o continuar el vuelo según lo establecido previamente.

FASE DE GABINETE

En el gabinete, se procede a extraer las fotografías capturadas por el RPAS para su posterior procesamiento mediante un software fotogramétrico, como Pix4D o Agisoft Metashape. En este informe, se utilizó Agisoft Metashape para el tratamiento de los datos.

El primer paso consiste en crear un nuevo proyecto, configurando el sistema de referencia espacial adecuado a la región de estudio. Una vez creado, se cargan las fotografías en el software. En el panel izquierdo, se visualiza la información asociada a cada imagen, incluyendo las coordenadas de navegación registradas durante el vuelo.

A continuación, se accede a la pestaña Flujo de Trabajo y se selecciona la opción Orientar Fotos, eligiendo una precisión alta o máxima para garantizar la calidad de los productos generados. Tras confirmar esta operación, el software iniciará el procedimiento de orientación, el cual puede demorar varios minutos dependiendo de la capacidad de procesamiento del equipo utilizado.

Una vez finalizada la orientación, se realiza la conversión de coordenadas geográficas a coordenadas UTM. Para ello, en el módulo superior del panel izquierdo, se selecciona la opción Convertir Coordenadas. En este caso específico, se configuró el sistema de referencia WGS84 UTM Zona 18 Sur, correspondiente a la región de estudio.

A continuación, se importan las coordenadas de los puntos de fotocontrol desde un archivo en formato .csv o .txt, asegurándose de que las cabeceras de las columnas coincidan correctamente con el contenido. Una vez cargados, estos puntos y sus coordenadas se desplegarán en el módulo central del panel izquierdo del software.

Para asociar las fotografías a los puntos de fotocontrol, se selecciona el primer punto de la lista, se hace clic derecho y se elige la opción Filtrar Fotos por Marcadores. Esto abrirá un módulo en la parte inferior del panel, donde se muestran las fotografías que contienen coincidencias con el punto de fotocontrol seleccionado. Al hacer doble clic sobre la primera fotografía, esta se desplegará en la ventana de trabajo. Si el marcador no aparece visible, es necesario activar la opción Mostrar Marcadores, ubicada en la barra superior de herramientas.

Una vez visible el marcador, se debe arrastrar hacia el centro de la diana correspondiente en la fotografía. Al realizar este ajuste, el marcador cambiará a color verde, indicando que ha sido correctamente alineado. Este procedimiento se repite para todas las fotografías asociadas al punto de fotocontrol filtrado.

Posteriormente, se accede a la opción Optimizar Cámaras, identificada con el ícono de una estrella en el módulo superior del panel izquierdo. En esta etapa, se dejan las opciones por defecto o, si corresponde al modelo de cámara utilizado, se selecciona la opción Ajuste Adaptativo. Finalmente, se confirma la operación presionando el botón Aceptar.

Una vez que el modelo se ajusta al primer punto de fotocontrol ingresado, el proceso se simplifica para repetirlo con los demás puntos. Se aplican los mismos pasos para filtrar las fotografías y ubicar los marcadores en los puntos de fotocontrol restantes. Al finalizar, es necesario realizar una optimización final de cámaras para ajustar el modelo de manera integral.

En caso de que alguna fotografía no presente suficiente detalle para ubicar con precisión el marcador, se debe dejar sin modificar y proceder con la siguiente fotografía. Este procedimiento de posicionamiento de marcadores sobre las dianas en las imágenes es fundamental para garantizar la correcta georreferenciación del modelo.

Posteriormente, se accede a la pestaña Flujo de Trabajo y se selecciona la opción Crear Nube de Puntos Densa. En esta etapa, se elige la calidad Alta y se confirma haciendo clic en Aceptar. Este procedimiento puede demorar un tiempo considerable dependiendo de la extensión del área de trabajo y las capacidades del equipo utilizado.

Una vez generada la nube de puntos densa, se realiza una depuración para eliminar aquellos puntos que no correspondan al terreno, como edificios, árboles, vehículos u otros elementos no deseados, con el objetivo de obtener un modelo más limpio y preciso.

Con la nube de puntos densa finalizada, se procede a generar el Modelo de Teselas con calidad media. Una vez completado este proceso, se derivan los siguientes productos: el Modelo Digital de Elevación (DEM) a partir de la nube de puntos densa, el ortomosaico a partir del modelo de teselas, y las curvas de nivel a partir del DEM.

Estos productos se cargan en un software de Sistemas de Información Geográfica (SIG) para su posterior análisis, tratamiento y representación en los planos requeridos, tales como el plano de pendientes, el plano de aspecto y el plano de alturas. Adicionalmente, se generó una vista tridimensional (3D) de la superficie y un perfil longitudinal, proporcionando una representación visual más detallada de la topografía del área de estudio.

6.RESULTADOS

Plano final con el detalle del ortomosaico, DEM, curvas de nivel y pendientes para una mejor apreciación del relieve. 

El área levantada es de 75.9 hectáreas, y su perímetro de 4.54 Km. La altitud mínima es de 1204.82 m y la máxima de 1388.55 m. La escala de los planos mostrados es de 1/20000.  

El error en el plano XY es de 36.488 cm y considerando Z aumenta a 38.0581 cm. Parte de este error se debe a los errores sistemáticos del procesamiento. El análisis del reporte muestra los resultados y errores sistemáticos a detalle:

7.CONCLUSIONES

• Se realiza el levantamiento fotogramétrico de la zona de trabajo de forma exitosa.
• Se obtuvo un error final de 38.0581 cm para una extensión de 75.9 hectáreas, cabe mencionar que los puntos de fotocontrol fueron obtenidos desde el Google Earth a modo práctica.
• Se obtuvieron los productos de terreno del área de trabajo con las presentaciones apropiadas y sus respectivos distintivos cartográficos

8.RECOMENDACIONES

• Para un levantamiento fotogramétrico convencional, se recomienda utilizar la cantidad adecuada de puntos de fotocontrol, según las especificaciones técnicas del proyecto, con el fin de garantizar un nivel óptimo de precisión empleando equipo geodésico.
• En zonas con relieve accidentado, es necesario añadir puntos de fotocontrol adicionales y/o segmentar el área de trabajo en niveles altitudinales. Esto permite mejorar la precisión y asegurar que se capturen correctamente las variaciones topográficas.
• El procesamiento de los datos debe realizarse en un software fotogramétrico configurado en niveles de precisión o calidad "alta" o "muy alta", para obtener productos finales con mayor exactitud. 

9.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• Wolf, P. R., & Dewitt, B. A. (2000). Elements of Photogrammetry with Applications in GIS (3rd Edition). McGraw-Hill.
• Kraus, K. (2007). Photogrammetry: Geometry from Images and Laser Scans (2nd Edition). Walter de Gruyter.
• McGlone, J. C. (Ed.). (2013). Manual of Photogrammetry (6th Edition). American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS).
• Navarro, J. A., & Calderón, R. (2018). "Uso de drones en la generación de modelos digitales de elevación mediante fotogrametría." Revista Cartográfica, 98, 73-92.
• Mendoza León, A. A. (2017). Aplicaciones de la fotogrametría mediante drones para levantamientos topográficos en zonas rurales. Universidad de Guadalajara, México.