Técnicas de observación de la tierra (IX): Láser Escáner

*Por Edgard Granados

Hoy llegamos a nuestra ultima entrada de nuestra serie de “Técnicas de observación de la Tierra” durante esta serie hemos querido mostrar como funcionan las principales técnicas modernas en las cuales se basa la Geomatica para observar la tierra y que la separan de llamarse simplemente Topografía como antiguamente se le conocía.

En la entrada de ahora vamos a estudiar el Láser Escáner, cuya metodología de medición ya se ha venido estudiando previamente pues sigue los mismos principios que las estaciones totales y que las técnicas LiDAR de medición, es decir, se basa en la medición de cientos de miles de puntos que se miden desde un aparato y que al tener tal densidad producen resultados tridimensionales completos casi de inmediato.

El escáner láser realiza mediciones con cientos de miles de puntos que producen resultados tridimensionales casi inmediatamente.

Para describir esta tecnología haremos uso de diversas clasificaciones que se le dan a los instrumentos de medición y así iremos comprendiendo en el camino como es que funciona el escaneo láser.

POR TIPO DE MEDICIÓN

La primera, y más común, de las clasificaciones que se suele hacer al momento de hablar de instrumentos de escáner láser es por su forma en la que miden. Como ya se mencionó antes, la metodología que esta tecnología es similar a la que se utiliza en LiDAR por lo que los métodos de medición mas comunes son: medición por tiempo de vuelo o medición por fase.

  • Medición por tiempo de vuelo: es la forma más tradicional de explicar cómo funciona un aparato de medición. El aparato mide cuánto tiempo tarda en ir y volver una señal y así calcula una distancia con base en la velocidad constante de la luz.
  • Medición por fase: es la otra forma de medición y que no es tan conocida, de hecho es hasta un poco difícil de explicar. Básicamente lo que hace el aparato es reconocer que la señal que envía esta modulada en forma de función senoidal, determina el punto en el que la señal es emitida y luego determina el punto en el que la señal retorna. Sabiendo la frecuencia de la señal y la diferencia entre el punto de salida y entrada de la gráfica puede determinar cuanta distancia hay. Para entender este sistema les coloco la siguiente imagen.
En la medición por fase el instrumento determina la diferencia de fase que hay entre la señal emitida y la recibida y así calcula la distancia.

La diferencia práctica entre los dos tipos de láser mencionados previamente radica en su alcance máximo de medición. Mientras que los láser escáner de tiempo de vuelo pueden alcanzar grandes distancias, los hay incluso los que alcanzan hasta kilómetros de distancia, mientras que por otro lado los láser escáner de fase alcanzan rangos de unos 70-100 metros pero con resultados más detallados por lo que son los preferidos para levantamientos arquitectónicos de gran detalle.

POR SU UBICACIÓN

Otra forma de clasificación de los instrumentos de escaneo láser es por su ubicación para realizar el levantamiento de la información. Una vez más, de esto ya se había hablado en nuestra entrada sobre LiDAR, básicamente un escáner láser es un LiDAR y un LiDAR es un escáner láser, la diferencia práctica se realiza en términos de que a los escáneres láser que realizan mediciones de forma aerotransportadas, es decir, instalados en aviones, avionetas, helicópteros o drones, se les conoce como LiDAR y a los escáneres láser que realizan mediciones desde tierra se les conoce como Láser escáner o más específicamente Láseres escaner terrestres (TLS por sus siglas en inglés)

A los escáneres láser aerotransportados se les conoce como LiDAR pero en terminos de tecnologia no hay mucha diferencia entre un LiDAR y un escáner láser terrestre

POR SU MOVIMIENTO

Otra forma común de clasificación de los láser escáner es basada en si la medición de objetos se realiza desde varios puntos discretos o con base en un movimiento de forma continua. Basándonos en ello podemos clasificar a los escáneres láser en:

  • Laser escaner estáticos: físicamente son láser escáneres que se ubican como si fuera estaciones totales, es decir, realizan las mediciones desde puntos fijos y una vez realizado el levantamiento desde ese punto se mueve para otro consecutivo para continuar con el levantamiento.
Los láser escáner terrestres estáticos permanecen en una misma posición mientras realizan el escaneo de objetos.
  • Láser escáner móvil: A diferencia de los anteriores, y tal como su nombre lo dice, estos láser escáner realizan mediciones de forma dinámica, es decir, no desde una sola posición, si no de forma continua. De estos hay de dos tipos: los que se montan en vehículos y los que se sostienen con las manos. Son sistemas más costosos que los anteriores pues como en todo sistema móvil de medición, será necesario acompañarlo de un sistema de navegación que determine las posiciones desde las cuales se miden los objetos y un sistema inercial que determine la orientación del aparato al momento de medir.
Una forma muy popular de los láser escáneres móviles o mobile mapping, es montado en un vehiculo que posee ademas sistemas de navegacion e inerciales que dotan de posicion y orientacion a los datos.
Los “hand held laser scanner” son láser escáner que se sostienen con la mano y realizan mediciones mientras el usuario se desplaza por los espacios a medir.

APLICACIONES

Hablar de las aplicaciones que los láser escáneres seria un apartado de nunca acabar. Sin embargo, he querido colocar aquí las principales y más comunes áreas y aplicaciones de esta tecnología. En cualquiera de los casos la practicidad radica en las posibilidades que permite de manipular modelos tridimensionales cosa que antes no era tan fácil.

  • Ingeniería civil: Quizás las principales aplicaciones de los láser escáner relacionados a esta área pueden ser dos: la medición de objetos de obra civil (más grandes comparativamente con los de arquitectura, por ejemplo presas hidroeléctricas) para la modelización tridimensional de los mismos y, en segundo lugar, medición de estas obras civiles pero con el objeto de detección de deformaciones entre dos periodos de medición consecutivos.
Modelización de grandes obras de forma tridimensional es una de las aplicaciones de los laser scanners en ingeniería civil.
  • Arquitectura: En la practica es quizás la especialidad que mas ocupa esta tecnología por la misma razón de poder contar con un modelo tridimensional que incluso es exportable a formato BIM con algunas condiciones.
  • Metrología: Existen láser escáneres tan poderosos que son capaces de medir en centesimas de milimetro. Esto ayuda al desarrollo de piezas en aviación, principalmente, y en otras áreas donde la verificación de medidas en pequeñas piezas es necesario.
Láser escáneres aplicados a la verificación en piezas pequeñas.
  • Estudios Forenses: Aquí una vez más puedo comentarles dos áreas en las cuales podemos dividir la aplicación en esta área. La primera de ella consiste en el levantamiento con láser escáner en accidentes de transito, los cuales proveen modelos tridimensionales que pueden ser revisados una y otra vez posterior al hecho para deducir responsabilidades, y por otro lado levantamientos de homicidios bajo el mismo concepto de poder contar con la escena del crimen para posteriores revisiones y con gran detalle a la misma vez.
Los láser escáner aplicados a la ciencia forense permite guardar la escena para posteriores revisiones y con gran nivel de detalle.
  • Arqueología: Aquí se aplican levantamientos en detalle y a gran escala. Los arqueólogos pueden realizar modelos tridimensionales de grandes estructuras encontradas como de piezas en función del escáner láser que escojan y las precisiones que requieran.
Levantamiento tridimensional de Tikal, Guatemala, utilizando láser escáner.

Bueno, con esto terminamos la entrada de hoy, espero que haya sido entretenida y que ahora sepas más sobre Láser Escáner. Cualquier comentario no dudes en contactarnos a través de las redes sociales y formas que aparecen más abajo.

Hasta la próxima.


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Edgard Santiago Granados ,director general de Alfa Geomatics, es Ingeniero Civil por la Universidad Centroamericana José Simeón Cañas (UCA-El Salvador) y estudiante del Máster en Ingeniería Geodésica y Cartografía por la Universidad Politécnica de Madrid (UPM-España). Ha sido profesor universitario de ciencias físicas en la Universidad Centroamericana José Simeón Cañas (UCA) y de topografía en la Universidad José Matías Delgado (UJMD)

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