Cómo planificar misiones LiDAR en UgCS (guía completa paso a paso)

UgCS es un software profesional de planificación de vuelos LiDAR desarrollado por SPH Engineering. Incluye herramientas específicas de Área LiDAR y Corredor LiDAR (disponibles en las licencias UgCS EXPERT y ENTERPRISE) que gestionan estas variables para plataformas DJI, ArduPilot y PX4. UgCS es compatible con los principales sensores LiDAR: DJI Zenmuse L1, L2 y L3, así como con sistemas de terceros de Rock Robotic, YellowScan, Velodyne, RIEGL y otros sensores.

Esta guía cubre cómo planificar misiones LiDAR en UgCS de principio a fin, incluyendo la configuración del MDE, los ajustes del dron LiDAR, los flujos de trabajo de calibración específicos para cada sensor y los parámetros avanzados para el seguimiento del terreno y la optimización del vuelo.

El siguiente video tutorial muestra el flujo de trabajo completo de planificación de misiones LiDAR en UgCS.

Por qué los datos del MDE son fundamentales para las misiones LiDAR

Los levantamientos LiDAR dependen de una altitud constante sobre el suelo. Si el dron vuela a una altitud fija sobre el nivel del mar en un terreno irregular, la distancia entre el sensor y el suelo cambia constantemente. Esto significa que la densidad de puntos varía en todo el conjunto de datos, el ancho de la franja cambia y se obtiene una cobertura desigual. Para las misiones LiDAR con seguimiento del terreno, UgCS necesita datos precisos del modelo digital de elevación (MDE) para calcular las altitudes de los puntos de ruta.

MDE integrados frente a MDE personalizados en UgCS

UgCS incluye conjuntos de datos de elevación integrados, accesibles a través del panel de Capas de mapa en la pestaña Elevación:

SRTM de 1 segundo de arco (aproximadamente 30 m de resolución). Este es el valor predeterminado global. Los datos SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) fueron recopilados por la NASA en el año 2000 y cubren la mayor parte de la superficie terrestre entre 60°N y 56°S. Son adecuados para el seguimiento general del terreno en áreas donde el suelo no ha cambiado significativamente desde su recopilación.

USGS de 1/3 de segundo de arco (aproximadamente 10 m de resolución). Disponible para Estados Unidos. Es tres veces más detallado que el SRTM y se actualiza con mayor frecuencia. Si vuela en EE. UU., cambie a este conjunto de datos para obtener una mayor precisión en el seguimiento del terreno en el mapeo con drones mediante modelos digitales de elevación.

Importación de MDE personalizado. Para sitios donde los datos predeterminados son demasiado imprecisos o están desactualizados, puede cargar su propio MDE en formato GeoTIFF. Abra el panel de Capas de mapa, vaya a la pestaña Elevación, haga clic en el botón "+" y cargue su archivo. UgCS utilizará sus datos de elevación personalizados para todos los cálculos de ruta dentro de esa área.

Los DEM personalizados son fundamentales en minería (donde el terreno cambia entre levantamientos), obras de construcción (operaciones activas de corte y relleno) y silvicultura (donde puede preferir un DSM que incluya la altura del dosel en lugar del terreno desnudo). Los datos DEM precisos son la base de las misiones LiDAR con seguimiento de terreno. El sistema DEM de UgCS acepta cualquier GeoTIFF, por lo que puede utilizar datos de elevación de un levantamiento con dron anterior, conjuntos de datos LiDAR nacionales o modelos de superficie derivados de fotogrametría.

Creación de una nueva misión LiDAR en UgCS

UgCS es compatible con drones de DJI, Freefly y cualquier plataforma que utilice pilotos automáticos ArduPilot o PX4. A continuación, se detalla la configuración paso a paso para un levantamiento con dron LiDAR en UgCS.

Paso 1: Crear una nueva ruta. Haga clic en "Create new route" en el panel izquierdo. Elija "Create from scratch" o importe los límites desde un archivo KML o CSV. Importación de KML/CSV es útil cuando un cliente o un equipo SIG proporciona los límites exactos del levantamiento.

Paso 2: Seleccionar su dron. Haga clic en "Next" y elija la plataforma del dron. Para este ejemplo, seleccionamos el DJI M350, pero el flujo de trabajo se aplica a cualquier modelo compatible.

Paso 3: Elegir el tipo de ruta LiDAR. Haga clic en "Next", seleccione "LiDAR" y luego elija "LiDAR Area". UgCS también ofrece una herramienta de corredor LiDAR para elementos lineales como líneas eléctricas, tuberías y carreteras, pero "Area" es la opción correcta para levantar zonas delimitadas.

Paso 4: Dibujar el área de levantamiento. Mantenga presionada la tecla Shift, haga clic en el mapa para colocar los vértices del polígono y presione Enter para cerrar la forma. UgCS calcula inmediatamente la misión inicial con líneas de vuelo, puntos de referencia y la geometría de los giros.

Explicación de los parámetros clave de vuelo LiDAR

Los parámetros de planificación de misiones LiDAR difieren de los de fotogrametría en varios aspectos importantes. El solapamiento se refiere a la franja del sensor en lugar de a los fotogramas de la cámara, el comportamiento de la IMU afecta al diseño de los giros y los ajustes específicos del sensor, como el campo de visión, varían entre modelos. Estos son los mejores ajustes para misiones de levantamiento con dron LiDAR y lo que sucede cuando cada parámetro está mal configurado.

Campo de visión (FoV)

El ángulo del FoV debe coincidir con las especificaciones de su sensor LiDAR. Para los LiDAR DJI Zenmuse (L1, L2, L3), el valor predeterminado es 70°. Si utiliza un sensor de terceros, consulte la ficha técnica del fabricante e introduzca el valor correcto.

¿Qué sucede si esto se configura incorrectamente? Si el campo de visión (FoV) es demasiado amplio, UgCS calculará un espaciado entre líneas mayor al que el sensor realmente cubre, lo que generará huecos entre pasadas. Si es demasiado estrecho, obtendrá un solapamiento excesivo y desperdiciará tiempo de vuelo.

Altura y velocidad de vuelo

Establezca la altura de vuelo según la densidad de puntos requerida y las especificaciones de alcance del sensor. La mayoría de los levantamientos LiDAR con DJI se realizan entre 50 y 100 m sobre el nivel del suelo (AGL). Una altitud menor implica una mayor densidad de puntos, pero más líneas de vuelo y un tiempo total de misión más largo.

La velocidad de vuelo predeterminada es de 5 m/s. Puede aumentarla a 8 m/s o más para una cobertura más rápida, pero verifique la tasa de escaneo máxima de su sensor. Volar demasiado rápido a baja altitud puede provocar huecos entre las líneas de escaneo dentro de cada pasada. Para los sensores DJI a altitudes de mapeo estándar, 8 m/s suele ser adecuado.

Solapamiento y espaciado entre líneas

Puede configurar el solapamiento como un porcentaje o como una distancia lateral exacta en metros. Un solapamiento del 20% es un punto de partida común para levantamientos de áreas con LiDAR.

Importante: Este valor de solapamiento se refiere a la franja de barrido del sensor LiDAR, no a la cámara. El ancho de la franja se calcula a partir del FoV y la altura de vuelo. Si confunde el solapamiento LiDAR con los ajustes de solapamiento de la cámara (que suelen ser del 70-80% para fotogrametría), terminará con demasiadas pasadas y tiempos de vuelo innecesariamente largos.

Selección de cámara y sensor

Este parámetro depende totalmente del sistema LiDAR que esté utilizando en la configuración del dron:

LiDAR de DJI (L1, L2, L3): Seleccione el modelo exacto de LiDAR en el menú desplegable de cámaras. Esto es necesario porque UgCS utiliza el perfil de la cámara para configurar las acciones de grabación y los parámetros de disparo. Si deja este campo vacío o selecciona el modelo incorrecto, las acciones de grabación LiDAR no funcionarán correctamente en las plataformas DJI.

LiDAR que no son de DJI (Rock Robotic, YellowScan, Velodyne, RIEGL, etc.): Deje el campo de cámara vacío. Estos sensores graban de forma independiente y no necesitan que UgCS los active. Los ajustes del dron LiDAR para la grabación se gestionan mediante el propio controlador del sensor.

Solapamiento frontal y giros

El solapamiento frontal controla la frecuencia con la que la cámara captura imágenes (para nubes de puntos coloreadas en sistemas DJI). El valor estándar es del 80%.

El radio de giro parámetro es específico para levantamientos LiDAR. Controla el radio de los giros al final de cada línea de vuelo. El valor predeterminado es de 6 m, pero aumentarlo a 15-20 m produce giros más suaves y redondeados. Los giros suaves son importantes para el LiDAR porque los cambios bruscos de dirección provocan aceleraciones que aumentan los errores de deriva de la IMU.

Para el tipo de giro, configúrelo en "Giro de banco adaptativo" para drones DJI. Esto mantiene el dron en movimiento continuo durante los giros en lugar de detenerse y rotar en cada punto final de la línea, lo que reduce la acumulación de errores de la IMU y la vibración del sensor LiDAR.

Modos de altitud y calibración de la IMU

AGL (sobre el nivel del suelo): El modo estándar para levantamientos LiDAR con seguimiento del terreno. UgCS añade puntos de referencia donde el terreno cambia para mantener el dron a la altura especificada.

AGL inteligente: Recomendado para terrenos escarpados. El AGL inteligente considera el terreno que se encuentra frente al dron, no solo el que está directamente debajo. Si su área de levantamiento incluye bordes de acantilados, paredes de canteras o pendientes pronunciadas, el AGL inteligente evita que el dron se acerque peligrosamente a las características del terreno a las que se aproxima.

Casilla de verificación de calibración de la IMU: Para los LiDAR de DJI (L1, L2, L3), manténgala activada. Cuando está marcada, UgCS añade automáticamente segmentos de calibración de la IMU a la ruta. Estos aparecen como segmentos resaltados en azul al inicio y al final de la misión, donde el dron vuela una línea recta de 30 m varias veces para calibrar la IMU del LiDAR. Para el L1, UgCS añade segmentos de calibración adicionales cada 100 segundos de vuelo. Para el L2 y el L3, la calibración se añade cada 200 segundos. Cada giro superior a 10° reinicia el temporizador de calibración.

En misiones más largas, UgCS también inserta segmentos de calibración a mitad de la ruta según sea necesario. Esta calibración automatizada es una de las ventajas clave del software de planificación de vuelo LiDAR dedicado frente a las aplicaciones de vuelo de uso general, donde los pilotos deben ejecutar los patrones de calibración manualmente (y de forma inconsistente).

Acciones requeridas para misiones LiDAR de DJI

Abra la pestaña Acciones después de crear su ruta LiDAR. UgCS añade una acción predeterminada:

Establecer actitud de la cámara: 90° hacia abajo. Esto apunta el sensor LiDAR directamente hacia abajo, que es la orientación estándar para levantamientos de áreas.

Para los LiDAR de DJI, debe añadir una acción más manualmente:

Establecer cámara por distancia. Esto activa la cámara integrada a intervalos fijos para capturar fotos para nubes de puntos coloreadas. Sin esta acción, obtendrá una nube de puntos solo con valores de intensidad (sin color RGB), lo cual es aceptable para algunas aplicaciones, pero limita su capacidad para interpretar visualmente los datos.

Con ambas acciones configuradas, la misión LiDAR de DJI está lista para volar.

Planificación de misiones LiDAR con sensores que no son DJI

La planificación de levantamientos con drones LiDAR varía según el fabricante del sensor. Si utiliza equipos de Rock Robotic, YellowScan, Velodyne u otros LiDAR de terceros, la configuración difiere de la de DJI en tres aspectos principales:

No es necesario seleccionar una cámara. Deje el campo de la cámara vacío. Los LiDAR que no son DJI graban de forma independiente a través de su propio controlador.

No es necesaria la acción "Configurar cámara por distancia". Dado que el LiDAR gestiona su propia grabación, no necesita que UgCS active la captura de imágenes.

Patrones de calibración manual de la IMU. Los sensores que no son DJI no utilizan la casilla de verificación de calibración de IMU integrada de UgCS. En su lugar, debe añadir patrones de vuelo de calibración al principio y al final de su ruta utilizando las herramientas de calibración específicas de UgCS.

Patrón de calibración por sensor

Para añadir un patrón de calibración:

1. Seleccione la herramienta de calibración (figura en 8 o en forma de U) en la barra de herramientas de planificación de vuelo.
2. Haga clic con Mayús en el mapa para colocar el patrón al inicio de su ruta, cerca del lugar de despegue.
3. Repita el proceso al final de la ruta para añadir un patrón de calibración de cierre.

UgCS posiciona el patrón como un segmento de ruta independiente. Asegúrese de colocarlo antes de la primera línea de levantamiento (para la calibración inicial) y después de la última línea (para la calibración de cierre). Una calibración constante en ambos extremos de la misión reduce los errores de deriva de la IMU en la nube de puntos final.

Parámetros avanzados de misiones LiDAR

La pestaña Avanzado contiene parámetros que optimizan la cobertura de datos y la eficiencia del vuelo. Estos ajustes son especialmente importantes para levantamientos de grandes áreas y sitios con límites complejos.

Sobrepaso (Overshoot)

El sobrepaso extiende cada línea de levantamiento más allá del límite del área LiDAR. Por defecto, este valor está establecido en cero, lo que significa que el dron comienza y deja de grabar exactamente en el borde del polígono.

Establecer un sobrepaso de 50 m, por ejemplo, significa que el dron volará 50 m más allá del límite del levantamiento en cada línea antes de girar. Esto garantiza la captura de datos limpios y utilizables hasta el mismo borde, ya que el dron se ha estabilizado en vuelo recto antes de entrar en el área de levantamiento y aún no ha iniciado el giro.

También puede establecer una velocidad de sobrepaso independiente. Reducir la velocidad de sobrepaso a 2-3 m/s da al dron más tiempo para ejecutar giros suaves, lo que reduce aún más el error de la IMU en los puntos finales de la línea.

Búfer de área

El búfer de área extiende la cobertura del levantamiento en todas las direcciones por una cantidad específica de metros. A diferencia del rebasamiento (que solo extiende las líneas de vuelo individuales), el búfer de área expande todo el límite del polígono.

Establezca el búfer de área en 50 m si necesita una cobertura garantizada de todo el sitio con un margen de seguridad. Esto es útil cuando el límite exacto del levantamiento no está posicionado con precisión, o cuando necesita datos ligeramente más allá del borde del polígono para procesar el solapamiento con bloques de levantamiento adyacentes.

La diferencia clave: El rebasamiento extiende las líneas más allá del límite. El búfer de área desplaza el límite mismo hacia afuera. Para la mayoría de la planificación de drones para levantamientos LiDAR, el rebasamiento por sí solo es suficiente. Utilice el búfer de área cuando necesite cobertura de datos más allá del polígono original en todas las direcciones, no solo a lo largo de las líneas de vuelo.

Perfil de elevación y seguimiento del terreno

El perfil de elevación es su herramienta principal para validar una misión LiDAR de seguimiento del terreno antes del vuelo. Haga clic en "Perfil de elevación" en la pestaña superior para ver la ruta de vuelo planificada superpuesta sobre el terreno. Mueva el cursor a lo largo del perfil y un punto rojo en el mapa mostrará la posición correspondiente en la ruta.

Tolerancia AGL

La tolerancia AGL controla qué tan cerca sigue el dron el terreno. Un valor más pequeño significa más puntos de referencia y un seguimiento del terreno más preciso. Un valor más grande significa menos puntos de referencia y un vuelo más suave, pero el dron puede desviarse más de la altitud objetivo sobre terrenos ondulados.

Para la mayoría de los trabajos LiDAR, comience con una tolerancia AGL de 3-5 m. Redúzcala a 1 m si necesita un seguimiento del terreno muy preciso (por ejemplo, mapeo de dosel forestal donde es fundamental mantener una distancia constante del dosel). Tenga en cuenta que los valores de tolerancia muy bajos generan muchos puntos de referencia, lo que puede alcanzar los límites de la plataforma en algunos pilotos automáticos.

AGL inteligente para terrenos escarpados

Si el perfil de elevación muestra que la ruta de vuelo se acerca peligrosamente al terreno en algún punto, cambie de AGL estándar a AGL inteligente. El AGL estándar solo considera el suelo directamente debajo del dron. El AGL inteligente también considera el terreno por delante de la trayectoria de vuelo del dron, lo que evita que el dron vuele hacia la cara de un acantilado o una pendiente pronunciada que se eleve bruscamente entre los puntos de referencia.

El AGL inteligente está disponible en las licencias UgCS EXPERT y ENTERPRISE. Úselo siempre que su área de levantamiento incluya cambios de elevación significativos en relación con el espaciado de las líneas de vuelo.

Suavizado de trayectoria

El suavizado de trayectoria elimina cambios de altitud innecesarios causados por pequeñas características del terreno. Tiene dos subparámetros:

Pendiente máxima (%). Limita qué tan pronunciadamente puede ascender o descender el dron entre puntos de referencia. Establecer esto en 10% significa que el dron planeará sobre pequeñas depresiones y protuberancias en lugar de seguir cada variación del terreno. Esto reduce el número de puntos de referencia, minimiza los ajustes de altitud y ahorra batería.

Brecha mínima (m). Indica a UgCS que omita las brechas del terreno más pequeñas que el tamaño especificado. Si establece esto en 100 m, el dron volará directamente sobre valles estrechos, barrancos u otras depresiones del terreno más cortas de 100 m en lugar de descender hacia ellas.

Ambos ajustes son especialmente útiles para levantamientos de áreas grandes sobre terrenos con muchas características pequeñas. Sin el suavizado de trayectoria, el dron ajusta constantemente la altitud, lo que desperdicia batería, aumenta el tiempo de vuelo y añade estrés mecánico. Con él, la ruta de vuelo es más suave y el dron cubre más área por batería.

Mejores prácticas para la planificación de misiones LiDAR

• Verifique siempre su MDE antes de volar. Cargue el perfil de elevación y compruebe visualmente que los datos del terreno coincidan con el sitio real. Los datos SRTM obsoletos pueden mostrar un terreno que ya no existe (o pasar por alto un terreno que se ha añadido).
• Ajuste el campo de visión (FoV) a su modelo de sensor exacto. Un valor de FoV incorrecto provoca un efecto dominó que resulta en un espaciado de líneas erróneo y lagunas en la cobertura.
• Utilice un exceso de recorrido (overshoot) de al menos 20-50 m. Esto garantiza que el dron vuele de forma estable y en línea recta al entrar en el área de levantamiento y que los datos de los bordes de las líneas sean utilizables.
• Habilite la calibración de la IMU para sensores DJI. No hay razón para omitir esto. Los datos de una IMU sin calibrar producen nubes de puntos desalineadas que son difíciles o imposibles de corregir en el postprocesamiento.
• Añada patrones de calibración para sensores que no sean DJI. Coloque patrones en forma de 8 o de U tanto al principio como al final de la ruta. Una calibración constante reduce los errores de deriva.
• Compruebe el perfil de elevación para detectar conflictos con el terreno. Busque puntos donde la trayectoria de vuelo se acerque demasiado al suelo. Cambie a Smart AGL si es necesario.
• Considere la velocidad de vuelo frente a la densidad de puntos. Una mayor velocidad implica una menor densidad de puntos por pasada. Si las especificaciones de su proyecto requieren una densidad de puntos mínima, calcule la velocidad máxima segura antes de establecer este parámetro.
• Planifique los cambios de batería en misiones largas. UgCS permite pausar y reanudar desde cualquier punto de referencia. Identifique puntos de interrupción naturales (normalmente entre líneas de levantamiento) donde pueda aterrizar, cambiar las baterías y continuar sin lagunas en la cobertura.

Errores comunes que debe evitar

• Usar valores de solapamiento de fotogrametría para LiDAR. Un solapamiento de franjas LiDAR del 20% es lo habitual. Establecer un 70-80% (como en fotogrametría) duplicará o triplicará su tiempo de vuelo sin obtener ningún beneficio.
• Olvidar seleccionar el modelo de cámara LiDAR de DJI. Sin la cámara correcta seleccionada, las acciones de grabación de DJI no se ejecutarán. Vuelas la misión, aterrizas y descubres que no se grabaron datos.
• Volar sin seguimiento de terreno sobre suelo irregular. El modo AMSL a una altitud fija sobre terreno montañoso hace que la densidad de puntos varíe drásticamente. Utiliza siempre AGL o Smart AGL para LiDAR.
• Omitir la calibración de la IMU para ahorrar tiempo. Un patrón de calibración de 30 segundos en cada extremo de la misión evita horas de trabajo de alineación de la nube de puntos más adelante. Esto no es opcional para obtener resultados de nivel topográfico.
• Configurar la tolerancia AGL demasiado alta. Valores superiores a 10 m significan que el dron se desvía significativamente de la altitud objetivo sobre terrenos con ondulaciones moderadas. Comienza con 3-5 m y disminuye si el perfil de elevación muestra una desviación inaceptable.
• Usar un patrón en forma de ocho para YellowScan (o en forma de U para Rock Robotic). Cada fabricante especifica el patrón de calibración que requiere su sensor. Usar el incorrecto puede producir resultados de calibración deficientes. Consulta la tabla anterior.

Conclusión

Planificar levantamientos LiDAR precisos requiere algo más que dibujar un recuadro en un mapa y pulsar volar. La calidad de los datos de tu nube de puntos depende de las decisiones tomadas durante la planificación de la misión LiDAR: qué MDE utilizas, qué tan bien sigue el dron el terreno, cómo se gestiona la calibración de la IMU y si tus parámetros específicos de LiDAR (campo de visión, solapamiento de líneas, radio de esquina) coinciden con el sensor de tu dron.

UgCS te ofrece control directo sobre todas estas variables desde una interfaz de escritorio, con herramientas LiDAR dedicadas que automatizan los cálculos y los flujos de trabajo de calibración que la mayoría de las aplicaciones de vuelo dejan en manos del piloto. El resultado son datos más consistentes, menos vuelos de repetición y menos tiempo dedicado a corregir errores de alineación en el postprocesamiento.

Para la planificación de misiones específicas de fotogrametría, consulta nuestra guía sobre planificación de misiones de fotogrametría en UgCS. Para obtener más información sobre las capacidades LiDAR de UgCS y los sensores compatibles, visita la página del software UgCS LiDAR.

Descarga UgCS para probar las herramientas LiDAR. 

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