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Calcular las cantidades de material excavado (cortado) y necesario para el relleno es fundamental para todo proyecto de infraestructura y construcción. Las mediciones precisas de corte y relleno garantizan una nivelación adecuada, un control de costos y un movimiento eficiente del suelo. Tradicionalmente, estas cantidades se calculaban mediante encuestas manuales o datos de estaciones totales.
Pero hoy en día, la fotogrametría con drones ha revolucionado la forma en que los ingenieros capturan, procesan y analizan datos del terreno para los cálculos de movimientos de tierras.
Este artículo explica qué es la fotogrametría con drones, cómo se utiliza para la medición de corte y relleno y el flujo de trabajo paso a paso desde la planificación del vuelo hasta el cálculo del volumen.
¿Qué es la fotogrametría con drones?
La fotogrametría con drones es el proceso de capturar una serie de fotografías aéreas superpuestas con un dron y luego procesarlas con software especializado para crear modelos 3D precisos, mapas ortomosaicos y modelos de elevación digitales (DEM) del terreno.
Al convertir imágenes aéreas 2D en una representación 3D, los ingenieros pueden medir distancias, áreas y volúmenes directamente, lo que las hace ideales para la estimación de movimientos de tierras, la gestión de canteras, la nivelación de carreteras y el seguimiento de obras de construcción. El método se basa en el principio de triangulación, en el que se analizan imágenes superpuestas para identificar puntos comunes y reconstruir la superficie del terreno con alta precisión.
¿Por qué utilizar drones para mediciones de corte y relleno?
La fotogrametría con drones ofrece varias ventajas sobre la topografía tradicional terrestre:
- Velocidad: Un dron puede inspeccionar grandes áreas en una fracción del tiempo requerido por los métodos manuales.
- Seguridad: No es necesario que los topógrafos caminen por terrenos accidentales o peligrosos.
- Exactitud: Cuando se planifican y procesan adecuadamente, los drones pueden alcanzar una precisión subdecímetro.
- Cobertura Integral: Las imágenes aéreas de alta resolución capturan cada detalle de la superficie del sitio.
- Rentabilidad: Las horas de trabajo reducidas y la recopilación de datos más rápida reducen los costos totales de la encuesta.
En esencia, el proceso implica capturar fotografías aéreas de un sitio antes y después de las actividades de movimiento de tierras y comparar las superficies 3D resultantes para calcular las diferencias de volumen. Esta diferencia de positivo (relleno) y negativo (corte) representa la cantidad de tierra que se ha eliminado o añadido. Los principales resultados utilizados para el análisis de volumen son:
- Modelo Digital de Superficie (DSM): Representa el terreno y todos los elementos visibles (árboles, edificios, etc.).
- Modelo Digital del Terreno (MDT): Representa sólo la superficie de la tierra desnuda (después de retirar vegetación u objetos).
- Imagen ortomosaica: Un mapa del área corregido geométricamente, utilizado para validación y referencia visual.
Pasos de la medición de corte y terraplén mediante fotogrametría con drones
1. Preparación y planificación del sitio
- Identifique el área de interés y marque los límites del estudio.
- Establezca puntos de control terrestre (GCP) utilizando un GPS o una estación total para mayor precisión.
- Elija el dron adecuado (por ejemplo, DJI Phantom 4 RTK, Mavic 3E o similar) según el tamaño del sitio y la resolución requerida.
- Planifique la ruta de vuelo utilizando software de planificación de misiones (como DroneDeploy, Pix4Dcapture o DJI Pilot) con una superposición de imágenes de al menos entre un 70% y un 80%.
2. Vuelo con drones y captura de datos
- Vuele el dron a una altitud constante (normalmente entre 50 y 120 metros AGL) siguiendo el patrón de cuadrícula predefinido.
- Capture imágenes de alta resolución con buena iluminación y con mínimo viento.
- Registre metadatos de la cámara (etiquetas geográficas, altitud, cabeceo, balanceo) para su posprocesamiento.
3. Procesamiento de datos
- Importe imágenes a software de fotogrametría como Pix4Dmapper, DroneDeploy, Agisoft Metashape o Trimble Stratus.
- El software alinea las fotografías, detecta puntos coincidentes y reconstruye una nube de puntos 3D.
- A partir de esto se genera un Modelo Digital de Superficie (DSM) y un mapa ortomosaico.
4. Generación de superficies previas y posteriores al trabajo
- Captura de datos antes y después de las operaciones de movimiento de tierras.
- Cree dos DSM o DTM, uno para el terreno «existente» y otro para la superficie «terminada».
- Alinee ambos modelos utilizando GCP comunes para garantizar sistemas de coordenadas consistentes.
5. Cálculo de Volumen (Corte y Relleno)
- En el software, seleccione el mismo límite de área para ambos modelos.
- Utilice la herramienta de comparación de volúmenes para calcular las diferencias entre superficies.
- El resultado muestra:
- Cortar volumen: Volumen de material eliminado.
- Volumen de llenado: Volumen de material añadido.
- Volumen Neto: Equilibrio entre desmonte y terraplén.
6. Validación e informes
- Verifique los volúmenes calculados cotejándolos con puntos de control terrestres.
- Exporte informes, visualizaciones 3D y mapas de contorno para documentación y envío al cliente.
Consideraciones de precisión de la fotogrametría con drones
Varios factores influyen en la precisión en la medición de desmonte y terraplén con drones:
| Factor | influencia | Mejores practicas |
| Puntos de control terrestre (GCP) | Crítico para la precisión vertical | Mínimo de 5 a 10 GCP distribuido uniformemente |
| Calibración de la cámara | La distorsión de la lente afecta el modelo 3D. | Utilice cámaras calibradas o corregidas de fábrica |
| altitud de vuelo | Una mayor altitud reduce la resolución. | 60-100 m AGL proporciona un buen equilibrio |
| Superposición | La mala superposición provoca lagunas en los datos | Asegúrese de que el 75 % se superponga hacia adelante y el 70 % hacia los lados. |
| Condiciones de iluminación | Las sombras afectan la textura de la superficie. | Vuele entre las 9 am y las 3 pm |
| Algoritmo de software | La precisión del motor de procesamiento varía | Utilice software de fotogrametría profesional |
Con una planificación adecuada, la fotogrametría con drones puede alcanzar una precisión vertical de ±3 a 5 cm, que es suficiente para la mayoría de los trabajos civiles y de infraestructura.
Ventajas de la fotogrametría con drones sobre la topografía tradicional
| aspectos | Fotogrametría con drones | Métodos tradicionales |
| velocidad | Cubre 50-100 ha/día | 2–5 ha/día |
| Personal | 1 o 2 operadores | 3 o 4 topógrafos |
| Seguridad | Operación remota | Requiere acceso físico al sitio |
| Detalle | Millones de puntos de datos | Puntos discretos limitados |
| Visualización | Modelo 3D + ortofotos | dibujos 2D |
| Repetibilidad | Actualizaciones periódicas sencillas | Una nueva encuesta que requiere mucho tiempo. |
Aplicaciones de la fotogrametría con drones
- Proyectos de Carreteras y Autopistas: Medición de terraplenes y pozos de préstamo.
- Operaciones de Minería y Canteras: Monitorear el progreso de la excavación y los volúmenes de acopio.
- Nivelación de terrenos y desarrollo del sitio: Seguimiento del saldo de desmonte/terraplén para diseños residenciales.
- Obras de Riego y Canales: Evaluación de uniformidad de pendientes y cantidades de excavación.
- Mantenimiento de infraestructura: Monitorear los cambios en la topografía a lo largo del tiempo.
Limitaciones de la fotogrametría con drones
- La densa vegetación puede impedir la reconstrucción necesaria de la superficie del suelo.
- Los vientos fuertes o la mala iluminación reducen la calidad de la imagen.
- Requiere operadores capacitados y vuelos con drones con licencia de acuerdo con las regulaciones locales.
- Los drones o GCP habilitados para RTK/PPK son esenciales para obtener resultados de alta precisión.
Preguntas frecuentes
1. ¿Qué precisión tiene la fotogrametría con drones para medir el volumen?
Con GCP o drones equipados con RTK, la precisión del volumen vertical suele oscilar entre ±3 y ±5 cm y la precisión del volumen total entre ±2 y ±3 %, lo que es suficiente para la mayoría de las aplicaciones de construcción.
2. ¿Qué software es mejor para el análisis de desmonte y terraplén mediante drones?
Las herramientas populares incluyen Pix4Dmapper, DroneDeploy, Agisoft Metashape, Trimble Stratus y Propeller Aero, todas las cuales ofrecen módulos de cálculo de volumen integrados.
3. ¿Necesito puntos de control terrestre para estudios con drones?
Sí, se recomiendan encarecidamente los sistemas GCP o RTK/PPK. Mejoran significativamente la precisión vertical, asegurando que las mediciones de volumen sean confiables y repetibles.
