La nube de puntos: ¿Qué es?

Hace un tiempo me vengo preguntando sobre la nube de puntos y la proyección que puede tener para los trabajos de levantamiento topográficos. Para tener esta respuesta, la primera pregunta que me hago es definir que significa «la nube de puntos».

Una primera respuesta que obtuve a la pregunta ¿Qué es la nube de puntos? fue una comparación con un viejo método amigo. Su nombre es la «Taquimetría  tradicional», realizado con teodolitos ópticos y posteriormente con estaciones totales —variante electrónica del instrumento de medición angular—

Los resultados de este antiguo método topográfico es «una nube de puntos», claro que muy humilde en cuanto a cantidad y precisión de los resultados. Usamos un teodolito óptico y una mira que ubicamos sobre el relieve topográfico o la obra del hombre para construir un modelo que representa la realidad.

La taquimetría hereda del levantamiento con plancheta muchas de sus propiedades. Claro que hablar de plancheta es una antigüedad. Quizás, también lo sea hablar de taquimetría (¡glup…!). Dejemos para los interesados en historia averiguar que es la plancheta. Es que la tecnología cambia muy rápido.

Siguiendo con el tema y dejando las consideraciones sobre el progreso tecnológicoy su rápida obsolencia,  digamos que los resultados de la taquimetría es un listado de diferencias de coordenadas Δx, Δy, y Δz que sumadas a las coordenadas de la estación x, y, z  y el rumbo inicial nos permiten obtener las coordenadas de los puntos relevados. Es decir una «nube de puntos».

En general  las coordenadas son locales referidos a un punto origen y la precisión de los puntos depende de la distancia de la estación base al punto. Esta precisión es aproximadamente, en términos relativos, igual a 1: 200. Posteriormente, con la aparición de las estaciones totales, reemplazamos la mira por el prisma, aumentamos las distancias de levantamiento y mejoramos la precisión.

A partir de esta primitiva nube de puntos, construimos curvas de nivel para representar el terreno y/o re-construimos en un modelo gráfico la obra antrópica. La calidad del levantamiento y el modelo a construir depende de la elección adecuada de los puntos. En este último caso, los puntos son unidos por líneas que delinean, valga la redundancia, la representación de los objetos cartográficos

Si proyectamos estos conceptos a hoy, descritos con aviesa intención como una metáfora útil, podemos ahora realizar la siguientes equivalencias:

taquimetría ≡ taquimetría electrónica ≡ levantamiento con barredor láser terrestre ≡ fotogrametría cercana con drones

A nivel de resultados, todas las metodologías mencionadas obtienen nube de puntos, pero de forma diferente y con las siguientes características:

.

Taquimetría óptica

 Instrumento básico

Teodolito óptico, antiguamente la plancheta.

Características

Baja precisión, puntos elegidos por el operador, diferencia de coordenadas y cálculo de coordenadas locales por cálculo manual. Atributos de los puntos: datos para su identificación. Distancia de levantamiento: pequeñas, dependientes de las condiciones visuales a las miras y la precisión propia del método taquimétrico.

.

Taquimetría electrónica

Instrumento básico:

Teodolíto óptico y distanciómetro, o estación total.

Características:

Mejora en la precisión. Puntos elegidos por el operador. Diferencia de coordenadas y cálculo de coordenadas locales por cálculo automático. Atributos de los puntos: datos para su identificación asignados en forma automática y/o descripción manual. Distancia de levantamiento: dependientes del alcance del distanciómetro y la precisión angular digital.

Podemos agregar que: si la estación base posee un GPS para su posicionamiento, las coordenadas resultantes de los puntos pueden ser absolutas en un sistema de referencia global..

.

Levantamiento con barredor láser terrestre

Instrumento básico:

Barredor láser terrestre

Características:

Precisión adecuada. Puntos no elegidos por el operador. La cantidad de puntos es dependiente de la intensidad del barrido elegido. En general, una cantidad numerosa para considerarlo una nube de puntos. Diferencia de coordenadas y cálculo de coordenadas locales por cálculo automático. Atributos de los puntos: identificación exclusivamente automática, y valor de un índice de reflexión de cada punto. Distancia de relevamiento: dependiente del alcance de la potencia del barredor láser.

Podemos agregar que: si la estación base tiene un GPS,  las coordenadas resultantes de los puntos pueden ser absolutas referidas a un sistema de referencia global. Así también, los barredores láser poseen una cámara fotográfica «ad hoc» que sirve para identificación de los puntos.

Fotogrametría cercana con drones

Instrumento básico:

Drones con equipamiento métrico. Cabe mencionar que cabe distinguir entre drones con equipamiento de tomas fotográficas digitales comunes, cámaras spectrales y barredores láser. No estamos hablando de drones fotográficos utilizados en forma amateur.

Características:

Precisión adecuada. Puntos no elegidos por el operador. Cantidad de puntos:  dependiente de la resolución de la cámara fotográfica o la intensidad del barrido elegido si el detector es láser. La altura de vuelo define la resolución final del método en el terreno. En general, una cantidad muy numerosa para considerarlo una nube de puntos. Diferencia de coordenadas y cálculo de coordenadas locales por cálculo automático en post-proceso. Atributos de los puntos: identificación exclusivamente automática designada por el instrumento. Valor de un índice de reflexión del punto en el caso de barredores láser o cámaras espectrales. Distancia de relevamiento: dependiente de la altura de vuelo y la resolución de la cámera.

Podemos agregar que: si el drone tiene un GPS,  las coordenadas resultantes de los puntos pueden ser absolutas referidas a un sistema de referencia global. También, la precisión de los puntos puede mejorarse con una estación GPS trabajando en RTK contra un GPS ubicado en el drone, trabajando en diferencial contra una estación base.

Algunas conclusiones 

Queremos mencionar que la nube de puntos no constituye, de por sí, objetos topográficos del relieve o de la obra del hombre. Sí, podemos considerar que son datos básicos válidos para poder definir los objetos. Se necesita un proceso previo para obtener objetos o entidades topográficas.

Cabe la pregunta, si de por sí, ¿Pueden considerarse un nuevo modelo de la realidad la «nube de puntos»? , especial sin duda. O quizás podamos hablar de la «nube de puntos» como un modelo raster 3D.

Como podemos observar y/ o derivar de lo escrito:

• El tiempo necesario para el relevamiento va disminuyendo de método a método.
• El trabajo manual y el esfuerzo personal  físico va disminuyendo.
• La complejidad teórica detrás de cada uno de los métodos va aumentando en el tiempo.
• El precio de los puntos por unidad va disminuyendo.
• El costo inicial del equipamiento va aumentando.
• Las precisiones se vienen igualando o superando.
• Cada vez más, se necesita mayores recursos de almacenamiento, procesamiento y distribución de la información.
• La preparación de la gente para realizar el trabajo de captura disminuye, pero el conocimiento de la gente que conoce de tecnología que está detrás aumenta. Se amplía la brecha tecnológica entre unos y otros.
• Una clave del problema, que parece ser invariante, es responder a la pregunta: ¿Cómo manejamos la nube de puntos para representar el relieve topográfico o la obra antrópica en forma adecuada para el problema que nos convoca?