i UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS ESCUELA PROFESIONAL DE AGRONOMÍA LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO CON ESTACIÓN TOTAL Y UN DRONE (UAV) eBee DE SENSEFLY, PARA LA DEMARCACIÓN DEL CENTRO EXPERIMENTAL WAYLLAPAMPA, PACAYCASA, AYACUCHO, 2017 TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO AGRÓNOMO PRESENTADO POR: TIMOTEO QUISPE FLORES AYACUCHO - PERÚ 2017 ii DEDICATORIA A nuestro Dios por las bendiciones de darme una familia, que me inspira a la superación del día a día. A mi esposa, Vitaliz por su amor, comprensión, tolerancia y permanente espíritu alentador para lograr mis metas y objetivos propuestos. A mis hijas: Camila y Luciana, por constituir la fuente de mi inspiración. A mis padres y hermanos, por su constante ayuda en mi vida universitaria. iii AGRADECIMIENTOS A la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga, alma mater de mi formación profesional. A la Facultad de Ciencias Agrarias; y a los profesores de la gloriosa Escuela Profesional de Agronomía, quienes con sus enseñanzas y experiencias han contribuido en mi formación profesional. A los docentes y personal obrero del Centro Experimental Wayllapampa; por su valioso aporte para la realización del presente trabajo. Al Ing. Moisés Quispe Cadenas, asesor del presente trabajo, con su constancia por sus orientaciones hasta el término del trabajo. Al Ing. Orlando Sulca Castilla, por el apoyo brindado durante el tiempo que duró la ejecución del trabajo de tesis. iv ÍNDICE GENERAL Dedicatoria ii Agradecimientos iii Índice general iv Índice de cuadros vi Índice de figuras vii Índice de fotos ix Índice de Planos x Resumen xi INTRODUCCIÓN 1 CAPITULO I. REVISIÓN DE LITERATURA 4 1.1 Antecedentes 4 1.2 Definición de Términos 5 1.3 Derecho de Propiedad 12 1.4 Topografía y Geodesia 13 1.5 Sistemas GNSS (Global Navigation Satellite System) 13 1.6 Fundamentos de un Sistema GNSS 25 1.7 Puntos Geodésicos 31 1.8 Levantamiento Topográfico con Estación Total 34 1.9 Fotogrametría 35 CAPITULO II. MATERIALES Y MÉTODOS 48 2.1 Ubicación 48 2.2 Materiales y Equipos 50 v 2.3 Metodología 51 CAPITULO III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 64 3.1 Levantamiento Con Drone Y Estación Total 64 3.2 Colocación y Ubicación de Puntos Geodésicos 78 3.3 Comparativo Entre Drone y Estación Total 81 CAPITULO IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 83 4.1 Conclusiones 83 4.2 Recomendaciones 87 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA 88 ANEXOS 90 vi INDICE DE CUADROS Pág. Tabla 1.1 Datos de precisión de GPS diferenciales 29 Tabla 2.1 Coordenadas de puntos geodésicos 63 Tabla 3.1 Áreas levantadas y registro de fotos 70 Tabla 3.2 Coordenadas de los vértices del centro experimental 72 Tabla 3.3 Coordenadas levantadas con estación total 75 Tabla 3.4 Coordenadas para Diseño de Reservorio 78 Tabla 3.5 Coordenadas UTM WGS 84 79 Tabla 3.6 Coordenadas Geográficas 79 Tabla 4.1 Costo y tiempo de levantamiento topográfico con Drone 85 Tabla 4.2 Costo y tiempo de levantamiento topográfico con Estación Total 85 Tabla 4.3 Cuadro comparativo entre un Drone y Estación Total 85 vii ÍNDICE DE FIGURAS Pág. Figura 1.1 Elipse 18 Figura 1.2 Las tres superficies de la tierra 19 Figura 1.3 Superficies de la tierra 19 Figura 1.4 Proyecciones cilíndricas de la tierra en vertical y horizontal por Mercator 21 Figura 1.5 Zonas UTM ubicación del Perú 21 Figura 1.6 Zonas UTM ubicación de Perú en Sudamérica 22 Figura 1.7 Líneas del Ecuador y Meridiano 22 Figura 1.8 División de las coordenadas este y norte 23 Figura 1.9 Funcionamiento de un GNSS 26 Figura 1.10 Representación esquemática del funcionamiento del GNSS 27 Figura 1.11 GPS Diferencial Topcon (Rover) 28 Figura 1.12 GPS Diferencial Topcon (Base) 29 Figura 1.1 3 Escala de la fotografía aérea sobre terreno llano 41 Figura 1.14 Escala de fotografía aérea sobre terreno inclinado 42 Figura 1.15 Escala de fotografía aérea sobre diferentes relieves 44 Figura 1.16 Marcas visibles en la pista 46 Figura 2.1 Distribución de los puntos auxiliaries (Marcas) 54 Figura 2.2 Colocación de marcas 55 Figura 2.3 Excavación para monumentación del punto geodésico 56 Figura 2.4 Esquema del Punto Geodésico 57 viii Figura 2.5 Fotografía aérea 59 Figura 2.6 Programación para la simulación de vuelo 60 Figura 3.1 Levantamiento fotográfico del primer vuelo 65 Figura 3.2 Ortomosaico del primer vuelo 65 Figura 3.3 Levantamiento fotográfico del segundo vuelo 66 Figura 3.4 Ortomosaico del Segundo vuelo 67 Figura 3.5 Levantamiento fotográfico del tercer vuelo 67 Figura 3.6 Ortomosaico del tercer vuelo 68 Figura 3.7 Levantamiento fotográfico del cuarto vuelo 68 Figura 3.8 Ortomosaico del cuarto vuelo 69 Figura 3.9 Levantamiento fotográfico de los cuatro vuelos juntos 70 Figura 3.10 Ortomosaico unificado de los cuatro vuelos 71 Figura 3.11 Modelo del reservorio 78 Figura 3.12 Punto del control T-01 80 Figura 3.13 Punto del control T-02 80 Figura 3.14 Punto del control T-03 81 ix ÍNDICE DE FOTOS Pág. Foto 1 Drone ebee plus de sensefly antes de iniciar el vuelo 91 Foto 2 Con los miembros del jurado en la zona de levantamiento 91 Foto 3 Lectura de coordenadas en las marcas 92 Foto 4 Lectura de coordenadas en las marcas (esquina de la estación meterorologica) 92 Foto 5 Preparando el drone para el 1º vuelo 93 Foto 6 Preparando el drone para el 2º vuelo 93 Foto 7 Instalacion del gps diferencial en el punto T-3 94 Foto 8 Gps diferencial instalado en el punto T-2 94 Foto 9 Levant. topografico con estacion total para reservorio 95 Foto 10 Levant. topografico con estacion total para reservorio 95 Foto 11 El drone ebee en pleno vuelo 96 Foto 12 Eterrizaje del drone 96 x ÍNDICE DE PLANOS Pág. Plano 1 Perímetro, linderos y coordenadas UTM, ubicación y localización 99 Plano 2 Perímetro, linderos y coordenadas UTM, en curvas de nivel 100 Plano 3 Perímetro, linderos y coordenadas UTM, y Ortomosaicos 101 Plano 4 Proyecto construcción de reservorio para un volumen de 28,500 m3. con Drone Ebee 102 Plano 5 Proyecto construcción de reservorio para un volumen de 28,500 m3. con estación total 103 xi RESUMEN El presente trabajo profesional consiste en realizar el linderamiento del Centro Experimental Wayllapampa con el uso de un drone Ebee Plus de Sensefly, donde se ha monumentando tres puntos geodésicos con dos GPS diferenciales, dos de los cuales tienen sus placas respectivas y una se encuentra monumentado con una varilla de fierro corrugado de 3/4”, todas están empotrados en concreto, según los reglamentos y procedimientos comtemplados por el Instituto Geográfico Nacional del Perú (IGN), institución que validó los puntos geodésicos. Con este trabajo se busca dar una alternativa de solución a los problemas que tiene la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga referente a sus linderos con la comunidad de Wayllapampa, Orcasitas y algunos propietarios de los alrededores. El levantamiento topográfico del Centro Experimental con el Drone (UAV), permitió obtener detalles bien definidos en calidad y precisión, de fácil reconocimiento de los vértices y linderos, sin poner en riesgo alguno a los ayudantes, además se obtuvo mayor información (millones de puntos), que fácilmente se puede interpretar en gabinete sin necesidad de volver al campo para su verificación. Como resultado del trabajo, se pudo conocer el área y perímetro del C.E. Wayllapampa, que fueron los siguientes: Área : 503.365 ha. Perímetro : 10,878.682 m. 1 INTRODUCCIÓN La geodesia es una de las ciencias más antiguas aplicadas por el hombre, su objeto de determinar la forma y dimensiones de la tierra, ha llevado a muchos científicos, matemáticos, físicos, astrónomos, navegadores, a buscar la forma de medir la tierra, su forma irregular hace que su medición hasta en pleno siglo XXI no tenga un patrón de sistema de referencia que funciones en toda los continentes. Muchos países tienen diversos sistemas de referencia, esto debido a que la tierra tiene más semejanza a un geoide y que su centro gravitacional difiere en otros países cuando se sobrepone el geoide con el elipsoide. El Perú forma parte del SIRGAS y tiene como sistema de referencia el WGS 84. La geodesia es aplicable a la topografía, cartografía, fotogrametría, navegación e ingenierías de todo tipo, incluyendo los fines militares. Desde el lanzamiento del primer satélite artificial en 1957 por la Unión Soviética, la geodesia ha tenido una evolución a pasos agigantados, en 2 estos tiempos los equipos para control geodésico son muy sofisticados, así tenemos los GPS diferenciales que pueden medir la tierra con aproximaciones de hasta 10 mm de error. Con la ayuda de los puntos geodésicos, el uso de los Drones han alcanzado altos niveles de precisión, además estos drones cuentan con un GPS incorporado para su orientación y están compuestos de un sensor óptico de alta velocidad y un lente que puede estimar la distancia al suelo con alta precisión y los resultados se obtienen en 3D, Hoy en día el uso de los drones está alcanzando grandes niveles de aceptación para realizar levantamientos topográficos; catastrales, forestales, viales, eléctricos, agricultura, desastres naturales, etc., por ser prácticos, livianos y de fácil disponibilidad. En varios países el uso de los drones está regulado por el estado, países como Argentina, Colombia, Chile, se necesita permisos especiales para realizar el vuelo. En Perú aún no están reglamentados los procedimientos para su uso, aunque ya existen proyectos en el congreso Por las consideraciones indicadas se ha planteado el presente trabajo donde queremos entregar una nueva alternativa para llegar a los objetivos siguientes: 3 Objetivo General Realizar la Demarcación y Linderación del Centro Experimental Wayllapampa, Pacaycasa, Ayacucho, 2017. Objetivo Específico - Realizar levantamientos topográficos con Drone (UAV) y Estación Total y obtener planos detallados - Comparar los resultados del Levantamiento Topográfico entre una Estación Total y un Drone (UAV). - Ubicar y colocar puntos geodésicos con GPS diferencial para definir con precisión la posición del Centro Experimental Wayllapampa, Pacaycasa, Ayacucho. 4 CAPITULO I REVISIÓN DE LITERATURA 1.1 ANTECEDENTES El PROYECTO ESPECIAL TITULACIÓN DE TIERRAS Y CATASTRO RURAL PETT, fue creado en el año de 1992, según decreto Ley Nº 25902, para cumplir tres aspectos importantes que son: Regularizar la propiedad de los predios rurales, consolidar e institucionalizar el catastro rural, y establecer un sistema único y automatizado de Registro de la Propiedad Rural. COFOPRI (1996), se crea como un Organismo de Formalización de la Propiedad Informal (COFOPRI), según decreto Legislativo Nº 803, publicado el 27 de marzo de 1996, como una institución encargada de la promoción del acceso a la propiedad formal y su mantenimiento dentro de la formalidad. 5 En Ayacucho el catastro de predios, se empezó a trabajar en 1997, con la finalidad de regularizar el patrón catastral, su condición jurídica y el vínculo jurídico entre el predio y el propietario. Este proyecto tuvo vigencia hasta fines del año 2005. En el 2007 el PETT se fusiona por decreto supremo Nº 005-2007 con el organismo de Formalización de la Propiedad Informal (COFOPRI). Ahora la información del catastro rural se encuentra en manos del MINAGRI, con la puesta en marcha de la tercera etapa del Proyecto de Titulación y Registro de tierras (PTRT3). Según el D.S. Nº 018-2014-VIVIENDA, y el D.S. 005-2016-VIVIENDA celebrada entre COFOPRI y el MINAGRI, este Ministerio asume la consolidación, normalización y administración del Catastro Rural, información que entre otras aplicaciones permite el saneamiento y Titulación de Predios Rurales, Comunidades Campesinas y Comunidades Nativas. 1.2 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS 1.2.1 Catastro Para el Ministerio de Agricultura (1997) el término Catastro significa designar al censo o registro que tiene el Estado de los diferentes tipos de propiedades privadas y establecimientos existentes en su territorio. El objetivo principal del catastro es el conocimiento de tales espacios a fin de 6 poder aplicar de manera adecuada y proporcional los correspondientes impuestos. Según el tipo de bienes que son materia de inventario, los catastros se clasifican en los siguientes: urbano, rural, forestales, mineros, hidroeléctricos, de vías férreas, de naves, de servicios, etc., cada una de estas tiene un manual de procedimientos de cómo se debe realizar los levantamientos. Según estos manuales se recomienda, que los catastros rurales es más justificada la aplicación de método indirecto, por lo que las extensiones de las zonas a catastrar son extensas y económicamente serían más rentables. Según Núñez (2000), el catastro rural tiene por objeto el levantamiento del inventario físico de los predios rurales de una nación con la finalidad de: - Determinar el valor de los bienes, establece el registro tributario y controlar el pago del impuesto a la propiedad rural. - Determinar la forma de tenencia con fines de reforma agraria y ordenamiento rural. - Establecer un régimen adecuado de distribución de las aguas de riego. - Posibilitar los estudios inherentes al establecimiento de la estadística agraria. 7 Según Ortiz s/f el catastro es definido como una herramienta para procurar y garantizar la ordenación del espacio geográfico con fines de desarrollo, a través de la adecuada, precisa y oportuna definición de los tres aspectos más relevantes de la propiedad inmobiliaria: descripción física, situación jurídica y valor económico. El catastro debe proveer y mantener al día un inventario de los inmuebles, tanto urbanos como rurales de la nación. 1.2.2 Tipos de Catastro a) Catastro Rural El catastro rural se orienta a la captación y sistematización de información sobre los predios rurales de los municipios, con dos propósitos:  Detectar los usos productivos del suelo rural  Ubicar a los propietarios de los predios rurales´ En el catastro rural, lo importante es destacar la utilidad productiva del suelo en materia agropecuaria, razón por la cual las construcciones, aunque tomadas en cuenta, no tienen el mismo interés que los predios. Este tipo de catastro proporciona una serie de catálogos municipales de los predios rurales. En caso de que sean necesarias acciones de regularización, se hacen las revisiones y dictámenes correspondientes por las autoridades competentes, con base en los expedientes prediales proporcionados por el catastro rural. 8 b) Catastro Urbano El catastro urbano tiene como propósito principal la ubicación y registro de bienes inmuebles de uso múltiple. El catastro urbano es más complejo debido a que el uso de los predios y construcciones es más diverso, lo que permite que la propiedad inmobiliaria se destine a fines industriales, comerciales y sociales. Que el catastro urbano es el inventario de los bienes inmuebles de la ciudad (debidamente actualizado y clasificado), con el objeto de lograr su correcta identificación física, jurídica, fiscal y económica". Que es difícil administrar técnicamente un país y dirigir su economía cuando se carece de información básica, correcta y actualizada de la propiedad urbana en conjunto (catastro urbano) y existe evasión tributaria en porcentajes altos, situación que prevalece en nuestros gobiernos locales. Hoy en día ha cobrado importancia para todas las administraciones edilicias debido al importante peso que significa el impuesto al Valor del Patrimonio Predial dentro del presupuesto de las municipalidades. Que en los momentos actuales el catastro urbano constituye una fuente permanente de información para el ordenamiento urbano, coadyuvando a la elaboración de proyectos de desarrollo para las ciudades. 9 Los métodos y procesos utilizados por el Catastro Rural fueron inicialmente establecidos siguiendo recomendaciones hechas por consultores colombianos, por lo que fue necesario acomodarlos para incorporar las especiales características establecidas en la Ley de Tierras, que son muy diferentes a las instituciones legales de Colombia. En el área rural la situación está caracterizada por diversos problemas que encuentran su expresión más marcada en dos aspectos centrales: la tenencia de la tierra y la productividad. Para poder lograr seguridad jurídica, garantías para la inversión, así como para promover planes de desarrollo en los ámbitos social y económico, es preciso contar con la información gráfica de la tierra rural. La información requerida por organismos dedicados a la planificación es más compleja. Planificación significa "buscar lo óptimo social", empleando los avances de las ciencias tecnológicas, de la economía y sociología, que a su vez, han originado el movimiento social, la problemática urbana y la dificultad en el área rural. Nuestra sociedad se desarrolla cada vez más en el área urbana (un conjunto dinámico con obras de arte que acarrean problemas tecnológicos de obras y servicios), interrelacionado con el compendio humano lo cual genera problemas sociales (de ingreso, recursos financieros, empleos, energía, inversión, producción, mercado, etc.). 10 El organismo encargado de la planeación urbana requiere de información general de:  A. Uso de suelo, topografía, hidrografía y geología.  B. Densidad, condición y evolución de las edificaciones.  C. Capacidad y servicio del sistema vial.  D. Localización de las actividades de la población (comercios, oficinas, industrias, escuelas, parques, etc.)  E. Uso del terreno (comercial, residencial, industrial, edificios públicos, superficies de aguas, terrenos sin construir, etc.)  F. Vivienda (descripción de los elementos de calidad, edad, conservación y valor).  G. Industria (localización, tamaño, producción y contaminación)  H. Población (migración, origen)  Densidad por vivienda, salud, educación, ocupación, etc.). c) Catastro Rural en Ayacucho En el año de 1965, según decreto Ley Nº 15037, se creó en el Perú la ley de la Reforma Agraria, por ello se crea la V región como Oficina Nacional de Reforma Agraria (O.N.R.A.), cuya sede fue el Departamento de Ayacucho, la V región comprende los Departamentos de Ayacucho, Huancavelica y Apurímac. Al inicio se tomó el levantamiento catastral con mayor énfasis en Apurímac por ser declarado como Área de Reforma Agraria, para lo cual se crea dentro de su estructura orgánica el “Departamento de Catastro e Ingeniería”, una oficina exclusiva para 11 realizar los levantamientos catastrales de los predios o fundos en toda la V Región de la O.N.R.A. Desde 1965 hasta 1972, los levantamientos catastrales se hicieron por el método directo, con equipos convencionales. A partir del año (1972), se incluye el levantamiento catastral por el método indirecto, con el empleo por primera vez de las aerofotogrametrías. d) Unidad Orgánica Catastral Según el Ministerio de Agricultura (2009), en su Manual de Levantamiento Catastral Rural, manifiesta que es el área de terreno, dentro del cual se organiza el inventario físico de los predios rurales y está definida por: El área comprendida dentro de un formato de 5 por 5 kilómetros (50 x 50 cm. En un plano escala 1/10000), con una extensión de 2500 ha. Referidas a un sistema de coordenadas UTM. Se emplea para el catastro de predios bajo riego o secano. Cuando se trata de predios de pastos naturales dedicados a explotación extensiva, generalmente pecuaria, la unidad orgánica catastral es la superficie de terreno encerrada dentro del formato de una hoja de plano a escala 1/25000. 12 e) Predios Rústicos o Rurales Según Núñez (2000), se denomina así a la superficie de terreno con continuidad física, dedicada a la explotación agrícola y/o pecuaria de propiedad de una sola persona natural o jurídica. El derecho de propiedad incluye los aires, el casco, las instalaciones y las plantaciones que se encuentran sobre él. Excluye el subsuelo que es de propiedad del estado. 1.3 DERECHO DE PROPIEDAD Según Ortiz (2010), es el poder jurídico más amplio que existe sobre un bien. Permite usar, disfrutar, disponer y reivindicar o recuperar un bien. La propiedad debe ejercerse en armonía con el interés social. Según Núñez (2000), es el vínculo jurídico que relaciona al objeto (predio) con el sujeto (propietario), y que permite a este, usufructuar de aquel, dentro de las limitaciones que las leyes lo establecen. Los posesionarios en ciertos casos tienen la condición de propietarios potenciales y pueden acceder al derecho de propiedad si satisfacen determinadas condiciones que la ley establece. 1.3.1 Unidad Catastral Es la unidad de inventario del catastro, geo referenciada, susceptible de ser inscrita en los registros públicos. Se considera como tal a la propiedad inmobiliaria que cuenta con independencia física destinada a una o varios 13 usos, sobre la cual se ejercen responsabilidades administrativas municipales. 1.3.2 Código Único Catastral (CUC) Es el código único de identificación predial, compuesto por (12) dígitos numéricos asignado a cada predio que vincula la información catastral con el registro de predios. Los 8 primeros corresponde al rango por distrito en orden secuencial y los 4 últimos serán asignados a las secciones de propiedad exclusiva materia de la ley 27157. 1.4 TOPOGRAFÍA Y GEODESIA 1.4.1 Topografía Según Cruz (2008), la topografía es una ciencia que estudia el conjunto de procedimientos para determinar las posiciones relativas de puntos sobre la superficie de la tierra así como debajo de la misma, mediante la combinación de las medidas según los tres elementos del espacio: distancia, elevación y dirección. La topografía explica los procedimientos y operaciones del trabajo de campo, los métodos de cálculo o procedimiento de datos y la representación del terreno en un plano o dibujo topográfico a escala. El conjunto de operaciones necesarias para determinar las posiciones de puntos en la superficie de la tierra, tanto en planta como en altura, los cálculos correspondientes y la representación en un plano (trabajo de campo más trabajo de gabinete) es lo que 14 comúnmente se llama “Levantamiento Topográfico”. La topografía como ciencia que se encarga de las mediciones de la superficie de la tierra, se divide en tres ramas principales que son la Geodesia, la Fotogrametría y la Topografía plana. La Topografía es una ciencia aplicada que se encarga de determinar las posiciones relativas o absolutas de los puntos sobre la tierra, así como la representación en un plano de una porción (limitada) de la superficie terrestre. En otras palabras, la topografía estudia los métodos y procedimientos para hacer mediciones sobre el terreno y su representación gráfica o analítica a una escala determinada. Ejecuta también replanteos sobre el terreno (trazos sobre el terreno) para la realización de diversas obras de ingeniería, a partir de las condiciones del proyecto establecidas sobre un plano. Realiza también trabajos de deslinde, división de tierras (agrodesia), catastro rural y urbano, así como levantamientos y replanteos o trazos en trabajos subterráneos. 1.4.2 Geodesia Según Enriquez (2006), estudia la medición de grandes extensiones de la Tierra, en otras palabras, trata de la determinación del tamaño y figura de la Tierra y de la intensidad de su campo gravitacional; es decir, que aquí hay que tomar en cuenta el factor de curvatura y refracción terrestre. 15 En el aspecto práctico, se encarga de las mediciones y cálculos necesarios para la determinación de las coordenadas de puntos fijos con el objeto de proporcionar el apoyo para los levantamientos topográficos. La Geodesia se deriva del griego “geo” que significa tierra y “daio” que significa dividir. La Geodesia es una ciencia que se encarga por los medios matemáticos, la forma y dimensiones de la tierra como objetos de estudio y puntos distribuidos por toda la tierra que se llaman puntos Geodésicos y que forman parte de la tierra. La palabra Geodesia literalmente expresa División de la Tierra, sin embargo diversos autores notables establecen distintas definiciones de este concepto. Para uno existe clara diferencia entre la Geodesia Teórica y la Geodesia Práctica, indicando que la primera “estudia la forma y dimensiones de la tierra”, en cambio la segunda “establece los procedimientos para la medida de porciones terrestres”. Para otros autores esta diferencia no es tan clara, por ello se refieren a la Geodesia como una ciencia cuyo objetivo es la de “proporcionar un armazón o estructura geométrica precisa para el apoyo de los levantamientos topográficos”. Actualmente la Geodesia se define como la ciencia que resuelve los problemas relacionados con la figura y dimensiones de la tierra. 16 a. Diferencia entre Topografía y la Geodesia Según Otero, Ezquerra s/f, la diferencia entre ambas ciencias es que la topografía son un conjunto de posiciones que se utilizan para determinar posiciones de puntos, sobre la superficie de la tierra por medio de medidas según los tres elementos del espacio que son el largo, ancho y alto. Mientras que la geodesia se dedica a dividir geométricamente la tierra y determinar formas y dimensiones, dependiendo de lo que se va a estudiar. La diferencia entre la topografía y la Geodesia están en los métodos y procedimientos de medición y cálculo que emplean cada una de estas ciencias, pues la topografía realiza su trabajo en porciones relativamente pequeñas de la superficie terrestre, considerándola como plana, mientras que la geodesia toma en cuenta la curvatura terrestre, pues sus mediciones son sobre extensiones más grandes: poblados, estados, países. b. Proyección Cartográfica La proyección cartográfica es la representación de la superficie curva de la tierra, en una superficie plana a través de un plano de proyección. Son transformaciones matemáticas que permiten representar (proyectar) a la esfera en el plano, y convertir las coordenadas geográficas (Latitud y longitud) en coordenadas cartesianas (X y Y). 17 Este proceso conlleva distorsiones de la superficie original en 3 dimensiones, al convertirse a una superficie plana de dos dimensiones. c. Formas de la Tierra y Superficies de Referencia Según el Instituto Geográfico Nacional (2015), la forma de la tierra es compleja, la tierra está achatada por lo polos, el hemisferio sur es un poco más voluminosa que el polo norte, y tiene una cierta rugosidad debida al relieve del terreno. La geodesia es la ciencia que tiene por objeto estudiar la forma y dimensiones de la tierra, establece una aproximación a la forma de la tierra, denominada elipsoide.  Elipsoide El elipsoide es una figura matemática que responde a fórmulas analíticas, de manera que permite hacer cálculos apoyándose a él. Existen diferentes modelos de elipsoides utilizados. Las diferencias entre estos vienen dadas por los valores asignados a sus parámetros más importantes. Semieje ecuatorial (a) o semieje mayor: Es la longitud del semieje correspondiente al ecuador, desde el centro de masas de la tierra hasta la superficie terrestre. 18 Semieje Polar (b) o semieje menor: Es la longitud del semieje desde el centro masas de la tierra hasta uno de los polos. El elipsoide se genera por la revolución de una elipse alrededor del éste. Figura 1.1. Elipse Uno de los elipsoides de referencia más utilizados actualmente es el denominado World Geodetic System 84 (WGS-84), desarrollado por el departamento de defensa de los EEUU, y que tiene como origen el centro de masas de la tierra. Su popularidad se debe a que es utilizado por el Sistema Global de Navegación Satelital (GNSS). Cuando medimos con un receptor de GNSS, las coordenadas calculadas están referidas a este elipsoide. A pesar de ser una figura matemática sencilla, el elipsoide no es la figura que más se asemeja a la forma terrestre ni es la más adecuada a la hora de medir altitudes, la superficie de referencia adecuada para referir las 19 altitudes se asemeja al nivel medio del mar. El agua de los océanos del globo busca estar en equilibrio, y por ello tiende a seguir una superficie gravitatoria equipotencial.  El Geoide Es definido como la superficie equipotencial del campo gravitatorio de la tierra, que mejor se ajusta al nivel medio global del mar. Una de las consecuencias de esta definición es que el geoide es siempre perpendicular al vector de gravedad local en cada punto. Figura 1.2. Las tres superficies de la tierra Figura 1.3. Superficies de la tierra 20  Datum Es un sistema de Referencia Geodésico definido por la superficie de referencia precisamente posicionada y mantenida en el espacio; y es generada por una red compensada de puntos. El Datum Geodésico se define como un conjunto de parámetros que especifican la superficie de referencia o el sistema de referencia de coordenadas utilizado por el apoyo geodésico en el cálculo de coordenadas de puntos terrestres; comúnmente los Datums se definen separadamente como horizontales y verticales. Datun Horizontal. Punto de referencia geodésico para los levantamientos de control horizontal, del cual se conocen los valores: latitud, longitud y azimut de una línea a partir de este punto y los parámetros del elipsoide de referencia. Datum Vertical. Cualquier superficie nivelada que toma como superficie de referencia a partir de la cual se calculan las elevaciones. Usualmente se escoge el geoide, el cual es la superficie equipotencial del campo gravitatorio terrestre que mejor se aproxima al nivel medio del mar. d. Coordenadas Geográficas  Proyección Mercator Según Salcedo (2007), Mercator, fue un científico y cartógrafo, que realizó la Proyección de la tierra en un cilindro de posición vertical y horizontal, desarrollando así la Proyección Universal Transversal de Mercator (UTM). 21 Figura 1.4. Proyecciones cilíndricas de la tierra en vertical y horizontal por Mercator  Zonas UTM Mercator al desarrollar la proyección UTM, dividió la esfera de la tierra en 60 zonas de 6º, El Perú está situado en las zonas 17, 18 y 19 Figura 1.5. Zonas UTM ubicación de Perú 22 Figura 1.6. Zonas UTM ubicación de Perú en Sudamérica Existen 60 zona que cubren la tierra y van de los 84º Norte y los 80º Sur, cada zona mide 6º de ancho y cada zona tiene un meridiano central, esto quiere decir que hay 60 sitios en la tierra, que tienen coordenadas X UTM similares, uno por cada zona. Figura 1.7. Líneas del Ecuador y Meridiano 23 Zona y Coordenada La coordenada Y. Se mide a partir del Ecuador. Hacia el norte, se mide a partir de 0. Hacia el Sur, el valor de origen en el Ecuador es 10 000 000 y se le va restando. La Coordenada X. Se mide a partir del Meridiano central de cada zona UTM, al cual se le asigna el valor de 500 000. Figura 1.8. División de las coordenadas este y norte 1.5 SISTEMAS GNSS (Global Navigation Satellite System) Según García (2008), la GNSS es un sistema de navegación por satélite, como son el GPS, GLONASS y el reciente Galileo. Es decir los sistemas capaces de dotar en cualquier punto y momento de posicionamiento espacial y temporal. 24 Los sistemas de navegación por satélite tiene una estructura definida, que se divide en tres segmentos distintos: un segmento espacial, un segmento de control, un segmento de usuarios. No se entiende un GNSS sin uno de estos tres elementos. 1.5.1 Segmento espacial Es el segmento compuesto por los satélites que forman el sistema, tanto de navegación como de comunicación. Mientras que los primeros orbitan alrededor de la tierra, repartiéndose en distintos planos orbitales, los segundos son los que forman los llamados sistemas de aumento que sirven para la corrección de errores de posicionamiento. 1.5.2 Segmento de Control Formado por el conjunto de estaciones en tierra que recogen los datos de los satélites. Este segmento es complejo en su definición, siendo propio de cada país o coalición de países, y estructurándolos en función de distintos criterios, como más convenga. Sus funciones es garantizar las prestaciones del sistema mediante monitoreo del segmento espacial y aplicar correcciones de posición orbital y temporal a los satélites, enviando información de sincronización de los relojes atómicos y correcciones de posicionamiento de órbitas a los distintos satélites. 25 1.5.3 Segmento de Usuario Formado por los equipos GNSS que reciben las señales que proceden del segmento espacial. Este dispositivo está formado por un conjunto de elementos básicos que es:  Antena Receptora de GNSS a la frecuencia de funcionamiento del sistema, de cobertura hemisférica omnidireccional. Puede ser de muchas formas y materiales, dependiendo de las aplicaciones y del costo del receptor: monopolo, dipolo, dipolo curvado, cónico-espiral, helicoidal o microstrip. Receptor: es el tipo heterodino, basado en la mezcla de frecuencias que permite pasar de la frecuencia recibida en la antena a una faja frecuencia que podrá ser manejada por la electrónica del receptor. Contiene un reloj altamente estable (generalmente un oscilador de crista) y normalmente una pantalla donde mostrar la información de posicionamiento. 1.6 FUNDAMENTOS DE UN SISTEMA GNSS  Segmento Espacial: envía la señal que se recibe en los segmentos de control y usuario.  Segmento de Control: recibe la señal del segmento de espacio, monitoriza y actualiza la información enviando correcciones a los satélites si es preciso.  Segmento de Usuario: recibe información procedente del segmento espacial y calcula su posición. 26 Figura 1.9. Funcionamiento de un GNSS 1.6.1 ¿Cómo se Calcula la Posición? El cálculo de la posición depende básicamente de dos parámetros que son la posición del satélite y el reloj del mismo. Dicha información es recogida en la señal enviada por el satélite hasta el receptor, siendo el proceso de cálculo siguiente: 1. La situación de los satélites es conocida por el receptor con base en las efemérides, parámetro que son transmitidos por los propios satélites. 2. El receptor GNSS mide su distancia de los satélites, y usa esa información para calcular su posición. Esta distancia se mide calculando el tiempo que la señal tarda en llegar al receptor. Conocido ese tiempo y basándose en el hecho de que la señal viaja a la velocidad de la luz (salvo algunas correcciones que se aplican), se puede calcular la distancia entre el receptor y el satélite. 27 3. Cada satélite indica que el receptor se encuentra en un punto en la superficie de la esfera con centro en el propio satélite y de radio la distancia total hasta el receptor. 4. Son necesarios al menos cuatro satélites para obtener la posición, con tres satélites somos capaces de calcular la posición en tres dimensiones, mientras que el cuarto nos permite eliminar los errores de sincronismo. Podemos resumir esto en el siguiente sistema de ecuaciones: Figura 1.10. Representación esquemática del funcionamiento del GNSS 1.6.2 Receptores GPS  GPS doble frecuencia Son los equipos de mayor precisión, y se utilizan en aplicaciones Topográficas y Geodésicas. Toman observables de las dos portadoras 28 emitidas por los satélites, realizando medidas de código C/A y P en L1, de código P y L2C en L2, y medidas de fase en L1 y L2. Figura 1.11. GPS Diferencial Topcon (Rover) Trabajan en tiempo real o en post-proceso alcanzando precisiones del orden de 5 mm. + 1ppm y disminuyendo los tiempos de observación. Se utilizan en redes Topográficas y Geodésicas, redes de control de deformaciones y control fotogramétrico, con tiempos de observación más cortos que en el caso anterior y distancias mayores de 20 km. A continuación exponemos un cuadro comparativo de los diversos, tipos de receptores GPS. 29 Cuadro 1.1. Datos de Precisión de GPS Diferenciales METODO FRECUENCIA OBSERVABLES PRECISION APLICACIONES ABSOLUTO L1 COD. C7A 10 m. NAVEGACION DIFERENCIAL L1 COD. C/A 1 m. CARTO/GIS DIFERENCIAL L1 C/A Y FASE 1 cm. + 2ppm TOPOGRAFIA DIFERENCIAL L1 Y L2 C/A, P, FASE 5 mm + 1ppm TOPO/GEO  Descripción del Receptor Los equipos que se utilizan de las aplicaciones y geodésicas constan de los siguientes elementos: - Antena GPS: Recibe y amplifica la señal recibida de los satélites. - Receptor GPS: Ordenador que decodifica la señal recibida por la antena y registra las observaciones. - Terminal: Es un interface de usuario que permite conocer el estado de la recepción, proceso de cálculo, y llevar a cabo la edición de los datos del receptor. Figura 1.12. GPS Diferencial Topcon (Base) 30 La antena es el elemento al cual viene siempre referido nuestro posicionamiento, está conectada a través de un preamplificador al receptor, directamente o mediante cable. La misión de la antena es la de convertir la energía electromagnética que recibe la corriente eléctrica que se a su ve pasa al receptor. El receptor GPS consta de una serie de elementos que se encargan de la recepción de las radiofrecuencias enviadas por los satélites. Además suelen poseer diferentes canales para seguir simultáneamente a varios satélites, un procesador interno con su correspondiente soporte lógico, una unidad de memoria para el almacenamiento de la información, teclado de control, pantalla de comunicación con el usuario, diferente conectores para funciones varias y una fuente de alimentación interna o externa. Por último, también se emplean trípodes, cables especiales, equipos de control meteorológico y diverso material auxiliar.  Tratamiento de los Datos Para el tratamiento de los datos generalmente es necesario utilizar un programa informático específico, según la marca del instrumental, aunque cada vez es más frecuente mezclar la información registrada con diferentes receptores, y tratarla con diferentes programas. En programa de tratamiento de datos en general consta de los siguientes: 31 - Planificación de observaciones - Descarga de datos, en formato TPS - Transformación a formatos universales RINEX. - Gestión de proyectos, como unidades de trabajo. - Resolución de “Ambigüedades”, calculando la línea-bases. - Visualizar y editar los datos GPS definitivos. - Ajuste de los datos redundantes. - Cálculo de la transformación del sistema WGS-84 al sistema local. - Edición de las coordenadas definitivas. 1.7 PUNTOS GEODÉSICOS Según Instituto Geográfico Nacional (2015), un punto Geodésico es una señal informativa permanente que podemos monumentar en el campo, que nos indica la altura exacta de ese punto sobre el nivel del mar, y que forma parte de una red de triángulos cuyas coordenadas se han calculado con la mayor precisión posible. La red de triángulos es de carácter planetario. 1.7.1 Clasificación de los Puntos Geodésicos Según el Instituto Geográfico Nacional se clasifican en cinco: a. Punto Geodésico Orden “0” Este orden es considerado a nivel continental, y están destinados para estudios sobre deformación regional y global de la corteza terrestre, de sus efectos geodinámicas y trabajos en los que se requiera una precisión 32 a un nivel máximo de 4.00 mm; estos puntos servirán para la densificación de la Red Geodésica Nacional. b. Punto Geodésico Orden “A” Este orden debe aplicarse para aquellos trabajos encaminados a establecer el sistema geodésico de referencia continental básico, a levantamientos sobre estudios de formación local de la corteza terrestre y trabajos que se requiera una precisión a un nivel máximo de 6.00 mm. c. Punto Geodésico Orden “B” Este orden se destina a levantamientos de densificación del sistema geodésico de referencia nacional, conectados necesariamente a la red básica; trabajos de ingeniería de alta precisión, así como de geodinámica y trabajos que se requiera una precisión a un nivel máximo de 8.00 mm. Los trabajos que se hagan dentro de esta clasificación deben integrarse a la red geodésica básica nacional y ajustarse junto con ella. d. Punto Geodésico Orden “C” Este orden debe designarse al establecimiento de control suplementario en áreas urbanas y rurales, al apoyo para el desarrollo urbano-rural, así como a trabajos que se requiera una precisión a nivel máximo de 10.00 mm. 33 e. Punto de Apoyo (PFCH) Estos son puntos geodésicos característicos de los puntos geodésicos de orden “C”, no son monumentados y se destinarán a los puntos de fotocontrol de trabajos básicos de ingeniería en áreas urbanas, rurales y de desarrollo urbano – rural, el nivel de precisión de estos puntos no serán mayores a 10.00 mm. 1.7.2 Elipsoide Geodésico de referencia En la norma técnica Geodésica que establece el Instituto Geográfico Nacional tiene especificaciones técnicas para Posicionamiento Geodésico Estático con Receptores del Sistema Satelital de Navegación Global, donde pide tomar como superficie de referencia para Perú, el denominado World Geodetic System 1984 (WGS84) que viene definido por:  Origen en el geocentro.  Eje Z paralelo a la dirección del polo terrestre Convencional Internacional (CIO), posición del polo medio épta 1984.  El eje X es la intersección del plano meridiano de referencia y el plano del ecuador astronómico medio.  El eje Y, situado en este plano, constituye con X, Z un sistema coordenado rectangular dextrógiro. Los valores del Elipsoide Geodésico de Referencia son: Elipsoide : WGS84 (World Geodetic System 1984) Datum : Geocéntrico Semi Eje Mayor : 6 378 137 metros 34 Semi eje Menor : 6 356 752,31424 metros f=(a-b)/a Achatamiento : 1/298,257223563 1.8 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO CON ESTACIÓN TOTAL Según SENCICO (2010), la incorporación de microprocesadores y distansiómetros electrónicos en los teodolitos electrónicos, ha dado paso a la construcción de las estaciones totales. Con la estación total se pueden medir distancias verticales y longitudinales, ángulos verticales y horizontales, y el microprocesador programado puede calcular las coordenadas topográficas (norte, este y elevación), de los puntos visados. Estos equipos poseen también tarjetas magnéticas para almacenar datos, los cuales pueden ser cargados en el computador y utilizados con el programa de aplicación seleccionado. Una de las características importantes en la estación total es que puede medir ángulos horizontales en ambos sentidos y ángulos verticales con el cero en el horizonte o en el zenit. Hoy en día la tecnología en las estaciones totales ha avanzado considerablemente existen equipos robotizados que pueden realizar las lecturas con controladores, también la exportación o importación de puntos se realiza con una USB, por bluetooth o Wi-fi, así como también se puede realizar levantamientos topográficos con correcciones de la curvatura terrestre, el cual cuenta para una configuración. 35 1.9 FOTOGRAMETRÍA Según Cruz (2011), la palabra fotogrametría La componen tres vocablos griegos: Photo, grama y metron, lo que significa medidas graficas por medio de la luz. Así tenemos en forma general que la fotogrametría es una técnica que tiene por objeto la determinación de la forma y dimensión de los objetos con base en las características métricas de sus perspectivas centrales. Las perspectivas centrales utilizadas son, en este caso, las fotografías. La fotografía aérea es una presentación fiel del terreno en el momento de la exposición y contiene una gran cantidad de información en las diversas áreas relacionadas con el saber humano. La información que puede extraerse de una fotografía aérea sólo está limitada por la capacidad del individuo para interpretar el contenido de este caudal de información. A partir de las fotografías aéreas se obtienen mapas topográficos y cartas de recursos naturales. Aunque los mapas pueden elaborarse a partir de levantamientos directos de campo, sin el auxilio de fotografías. Más del 95% de los mapas y cartas se elaboran actualmente con fotografías aéreas. Esta técnica ofrece extraordinarias ventajas cuándo se aplica: - En la realización de estudios sobre recursos naturales. 36 - En la programación y proyecto de obras de infraestructura. - En la planeación racional del desarrollo integral de una zona, región o país. La fotogrametría es un sistema de captura de información a distancia, actualmente las técnicas de la fotogrametría se consideran integradas con las técnicas de percepción remota y las de fotointerpretación, tres técnicas que se complementan entre sí, no obstante se puede afirmar que la fotogrametría se concreta en la interpretación cuantitativa de fotografías aéreas y otros materiales aerofotográficos con el objetivo primordial de obtener mapas. Dentro siempre de esta idea se han dado distintas definiciones de fotogrametría, entre las que cabe destacar las siguientes: “Arte, ciencia y tecnología orientada a obtener información relevante de diversos objetos físicos de la corteza terrestre y de su medio ambiente, a través de procesos de medición e interpretación de imágenes fotográficas y de patrones de energía electromagnética radiante” (Herrera, 1987). “Técnica cuyo objeto es estudiar y definir con precisión la forma, dimensiones y posición en el espacio de un objeto cualquiera utilizando esencialmente medidas hechas sobre una o varias fotografías de ese objeto”. 37 1.9.1 Ventajas de la Fotogrametría Como ventajas básicas de la fotogrametría sobre otros sistemas de captura de información se pueden señalar los siguientes: a. Se obtienen representaciones completas de los objetos (información objetiva). b. El registro es instantáneo. c. Existe la posibilidad de tratar objetos en movimiento. d. El proceso de captura de la información y el posterior de medida no perturba el objeto a estudiar. e. Proporciona grandes rendimientos. En definitiva, hay que esperar de la fotogrametría respecto a la topografía clásica, que tiene evidentemente campos de aplicación donde no es sustituible, mayor comodidad y economía, más facilidad y más rapidez. En este campo nos proporciona las siguientes ventajas, comparada con los métodos tradicionales: a. Levantamientos rápidos, precisos y económicos. b. Ejecución de medidas posteriores sin llegar al terreno. c. Trasladada el terreno al gabinete, permitiendo su análisis en condiciones más ventajosas. d. Eliminación del trazo de curvas de nivel por medio de interpolación ya que la fotogrametría nos da facilidad de trazar directamente del modelo óptico. 38 La variación en la altura de vuelo permite obtener imágenes con una riqueza de detalles acorde a la finalidad que se persigue .El que obtiene la información en el campo siempre observa a escala 1:1. 1.9.2 Desventajas de la Fotogrametría a. Visión de la superficie del terreno cuando existe densa cobertura vegetal. en este caso es imposible ubicar la marca flotante sobre el terreno, por lo que se debe presumir una altura promedio de la vegetación con respecto al suelo. Sin embargo, como la cubierta vegetal tiende a suavizar los accidentes topográficos del terreno, siempre existirán errores en la ubicación de las curvas de nivel, aunque se pueda verificar la cota en los claros que existan en la vegetación. b. Ubicación de curvas de nivel sobre superficies planas. El determinar la trayectoria de una curva de nivel en un terreno plano tiene un alto grado de dificultad, debido a la imprecisión en la colocación de la marca flotante. En consecuencia, se colocan puntos acotados en la restitución o se complementa con trabajo de campo. c. El lugar debe ser inspeccionado para determinar aquellos elementos que no son visibles en forma satisfactoria, o que no cuya naturaleza exacta no puede ser determinada en el estereomodelo. d. Siempre es necesario realizar un control de campo. e. La aplicación de la fotogrametría requiere una inversión considerable de equipo y de personal especializado, por lo que su costo es elevado. 39 Para realizar nuevos levantamientos se requiere la obtención de nuevas fotografías. 1.9.3 Fotografías Aéreas La fotografía aérea es la materia prima de la fotogrametría, con ellas se forman modelos en gabinete de la realidad que se requiere planificar, obteniéndose de este modelo todas las características, en forma y dimensión, de las superficies de las zonas de interés, esta información es vaciada en planos, complementada con información adicional obtenida directamente en campo, estás fotografías son tomadas en este caso por el drone. a. Fases del proceso Fotogramétrico Según Cruz (2011), ya sea mediante fotogrametría clásica o mediante vuelos no tripulados todo proyecto de levantamiento fotogramétrico se divide en las siguientes etapas: - Planificación de vuelo: en la que en función de la resolución que se quiera obtener, la ubicación de la extensión a representar y la orografía del terreno, se obtendrá las posiciones que la cámara de tener en cada toma, programando para ello todos los parámetros necesarios en cuanto a altura de vuelo, velocidad de ascenso y desplazamiento, inclinación de la cámara, numero de fotos en cada punto, precisión del sistema de posicionamiento, etc. - Apoyo topográfico: la cual será útil para la correcta georeferenciación del producto final y que consiste a grandes rasgos, 40 en situar puntos en el terreno con coordenadas conocidas y perfectamente reconocibles en las fotografías a fin de poder resolver la orientación externa y georeferenciar nuestro trabajo. - Toma fotográfica: se puede realizar simultáneamente a la fase anterior. Según el plan de vuelo obtenido en la fase de planificación, se ejecutará la ruta donde se realizará una fotografía en cada punto programado. - Procesado y cálculo: una vez tomadas las fotografías y obtenidas las coordenadas de los puntos de apoyo, se realiza el cálculo de los parámetros de orientación de cada una de las fotografías. El proceso de cálculo de denomina Aerotriangulación, y es un modelo matemático basado en ecuaciones de colinealidad que incorpora gran cantidad de redundancia al proceso para poder dar robustez al sistema y poder obtener unos resultados con alta fiabilidad. b. Escala de la Fotografía La escala de la fotografía es la relación entre una distancia en la fotografía y la misma distancia sobre el terreno. En una fotografía aérea, la escala varía con las diferentes elevaciones del terreno. Por tanto, la escala sólo será uniforme con respecto a un plano horizontal de referencia, a partir del cual se define dicha escala. 41 Figura 1.13. Escala de la fotografía aérea sobre terreno llano La escala de la fotografía es directamente proporcional a la distancia focal de la cámara e inversamente proporcional a la altura de vuelo sobre el terreno. Tal como se muestra en la figura 2.13. ………….. (1) Escala de la fotografía aérea sobre terreno variable Cuando varía la elevación del terreno, varía la altura de vuelo sobre el mismo e igualmente varía la escala de la fotografía. Si aumenta la elevación del terreno, disminuye la altura de vuelo y, por tanto, aumenta la escala. Si, por el contrario, disminuye la elevación del terreno, disminuye la escala de la fotografía. Tal como se muestra en la figura 2.14. 42 Figura 1.14. Escala de fotografía aérea sobre terreno inclinado Para una imagen a una altura h: 1 𝐸 = 𝑓 (𝐻−ℎ) …………… (2) Se puede afirmar que cada punto de la fotografía tiene una escala. Para generalizar el concepto de “escala de la fotografía” se recurre a la escala media. Escala media Es conveniente definir una escala media de una fotografía tomada sobre un terreno variable. Una escala media es la escala de un terreno, considerando una elevación media, h A partir de la figura del apartado anterior, se puede expresar: ……………(3) 43 Otros Métodos De Determinación De La Escala De La Fotografía Se puede medir, sobre el terreno, la distancia entre varios puntos identificables en la fotografía, para comparar, a continuación, esa distancia sobre la fotografía. Si existe una cartografía de la zona donde se ha realizado la fotografía, se mide la distancia de dos puntos bien definidos sobre el mapa y sobre la fotografía, de forma que la escala de la fotografía se puede expresar: 1 𝐸 = 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑜𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑝𝑎 ∗ (𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑝𝑎)………………(4) También pueden determinarse la escala de la fotografía, tomando como longitudes conocidas que aparezcan sobre la fotografía: campos de fútbol, señales kilométricas, Estableciendo una relación entre la distancia real y la distancia sobre el terreno, es posible obtener la escala de la fotografía. Desplazamiento debido al relieve La escala de la fotografía es variable en todos los puntos debido a los cambios de relieve. Como consecuencia de esto la altura de un objeto sobre el datum o plano de referencia provoca un cambio en la posición de ese objeto en la fotografía. 44 Figura 1.15. Escala de fotografía aérea sobre diferentes relieves La figura 2.15, representa una fotografía tomada a una altura de vuelo H sobre el datum o plano de referencia, mediante una cámara cuya distancia focal es f. Se ha fotografiado un punto A, cuya altura es h, que se sitúa en la fotografía en a. El punto imaginario A’, situado sobre el plano de referencia, es la proyección perpendicular del punto sobre dicho plano que tiene una imagen en la fotografía en el punto a’. c. Puntos de apoyo Fotogramétrico Los puntos de apoyo son puntos del terreno claramente identificados en la fotografía, de los que se conocen las coordenadas. Como se ha comentado anteriormente, son los puntos que van a permitir dar una orientación exacta al modelo estereoscópico, para obtener una restitución fotogramétrica rigurosa. 45 De ahí la importancia de su elección, distribución y la correcta determinación de sus coordenadas. d. Condiciones de los Puntos de Apoyo Como condiciones que deben cumplir los puntos de apoyo, se recomiendan las siguientes:  Buena definición fotográfica de la imagen del punto  Posibilidad de establecer un buen contacto entre el índice estéreo y la imagen del punto  Fácil determinación topográfica El complemento de estas condiciones, y en particular la segunda, dependen en buena parte de la función que va a desempeñar el punto, es decir se va a utilizar para ajuste planimétrico, para ajuste altimétrico, o para ambos, que es el caso más general. En el ajuste planimétrico, los detalles que permiten una colimación más precisa son aquellos que presentan una superficie reducida y de formas regulares, que aseguren la fácil determinación del centro de figura. Cuando los puntos tienen formas irregulares deben escogerse aquellos detalles que estén mejor definidos, como esquinas de edificios ángulos de tejados, intersecciones, lindes de parcelas; etc. Como orientación se señalan a continuación, y por orden de preferencia algunos tipos de puntos: 46  Intersección en ángulo recto o próximo al recto de ejes de caminos, ferrocarriles, senderos y canales angostos, etc.  Intersección en ángulo recto o próximo al recto de camino y senderos, con cercas, cercos vivos y linderos de parcelas, etc.  Intersección en ángulo próximo al recto de cercas, límites de parcela, etc.  Intersección en ángulo próximo al recto de ejes de zanja con cualquiera de los anteriores o con otras líneas de zanja  Esquinas de sitios poblados de árboles que tienen límites claramente definidos con respecto al terreno despejado circundante.  Las bases de árboles pequeños aislados  El centro de pequeños edificios o construcciones bien definidas  Esquinas de casas. Figura 1.16. Marcas visibles en la Pista Para el ajuste altimétrico, en general, serán buenos todos los situados a nivel del suelo y que no presenten altura sobre el terreno, como cruces de caminos, senderos, etc. 47 En todos los casos, las imágenes de los puntos de apoyo han de tener una buena nitidez y una tonalidad justa y uniforme. Deben, por lo tanto, excluirse aquellos puntos que se presentan en zonas blancas o tonalidad muy semejante, pues el contacto estereoscópico de altura puede ser defectuoso `por presentarse un falso efecto de relieve, que confunden o alteren su aspecto real, y puedan hacer incierta su interpretación. 48 CAPITULO II MATERIALES Y MÉTODOS 2.1 UBICACIÓN a. Ubicación Política El presente fue realizado en el Centro Experimental Wayllapampa, de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga, ubicado políticamente en el distrito de Pacaycasa, provincia de Huamanga, departamento de Ayacucho, Se encuentra aproximadamente a 16 kilómetros al norte de la ciudad de Ayacucho, capital del Departamento de Ayacucho. b. Ubicación Geográfica Longitud oeste : 74°12´44” Latitud sur : 13°04’41” Altitud : 2532 msnm. 49 En coordenadas UTM: Norte : 8552600 al 8555800. Este : 584450 al 587400. Zona : 18L. c. Hidrología La localidad de Wayllapampa está dentro del rio Pampas con vertiente al Atlántico, subcuenca del rio Pongora y microcuenca del rio Pacaycasa: que es la principal fuente de agua d. Clima La localidad de Wayllapampa presenta un clima templado cálido. Las precipitaciones pluviales son bien marcadas, presentándose con mayor fuerza entre los meses de diciembre a marzo con una precipitación promedio de 500 mm; mientras en los meses de mayo a setiembre se produce el periodo de sequía. La distribución de las lluvias es generalmente irregular; pueden ocurrir alternadamente lluvias escasas, torrenciales, lapsos de 14 a 20 días completamente secos u otros fenómenos irregulares. e. Acceso Para llegar a la localidad de Wayllapampa, se sigue la vía Ayacucho Huanta, carretera asfaltada, pasando por las localidades de Muyurina y Chacco, luego de 25 minutos de viaje aproximadamente a 22 Km de la ciudad de Ayacucho se llega al Centro Experimental de Wayllapampa. 50 2.2 MATERIALES Y EQUIPOS 2.2.1 Equipo de Trabajo Para realizar este trabajo, se contó con el total apoyo del Ministerio de Agricultura, quienes nos facilitaron los manuales y procedimientos para realizar catastros y documentos relacionados al centro Experimental Wayllapampa. También recibimos el apoyo de los profesionales de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga (Vice rectorado Académico), Ingenieros de la Facultad de Ciencias Agrarias (Agronomía) y estudiantes de la misma. 2.2.2 Material Cartográfico - Plano del Centro Experimental Wayllapampa. - Fotografías aéreas ampliadas. - Gráficos para ubicación de marcas en campo. 2.2.3 Equipo de Topografía - GPS Diferencial de doble frecuencia Topcon GR-5 - Estación Total Sokkia - Dos prismas - Dos bastones para prisma - GPS Navegador Garmin - Trípode de aluminio - Un Dron Ebee Plus - Wincha de 50 m. - Flexómetro de 5 m. 51 2.2.4 Herramientas - Herramientas manuales (pico, pala y barreta) - 3 varillas de fierro de ¾” de 0.7 m. - Hormigón. - Cemento portland T-1. - Placas geodésicas. 2.2.5 Materiales de Escritorio - Computadora - Impresora - Plotter - Papel Bond A4 80 g - Material bibliográfico - Libreta de campo - Plástico 12 m x 1.2 m 2.2.6 Software - Emotion 3 - Agisoft Photoscan. 2.3 METODOLOGÍA 2.3.1 Trabajo Pre Campo a. Recopilación de Datos Se inició con la recopilación de datos, tanto orales, historiales y digitales, los cuales se empezaron con la visita al área de Patrimonio de la 52 Universidad, donde el personal del área nos facilitó los documentos existentes relacionados al Centro Experimental Wayllapampa. En el Centro de Patrimonio de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga se verificó los documentos de compra y venta que realizó el señor Efraín Morote Best como representante de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga en calidad de Rector y el señor Néstor Cabrera Bedoya representado por su hijo César Cabrera Arca como propietario del Fundo Wayllpampa en el año de 1962, tal como figura en el testimonio de la compra y venta. Los límites con los colindantes que aparece en los documentos de compra y venta, se fueron perdiendo en el tiempo, ya que las delimitaciones en la antigüedad se hacían con denominaciones de: ríos, árboles, cercos vivos, nombres de cerros, nombres de quebradas, esquinas de casas construidas y cultivos existentes en la zona. Por todo ello la importancia de realizar este estudio. Hasta setiembre del 2016 el señor Juan Lope Mercado, fecha en que fallece, era la única persona viviente que tenía conocimiento de los linderos reales del Centro Experimental Wayllapampa, este señor fue trabajador del primer dueño del fundo antes de realizarse la compra – venta y una vez realizado la compra, pasa a ser trabajador de la Universidad Nacional De San Cristóbal de Huamanga. Pero antes de su fallecimiento hizo el recorrido con algunos trabajadores que hasta el 53 momento siguen trabajando en el Centro Experimental, dentro de ellos se encuentran los señores: Máximo Pocco Fernández, trabajador desde el año 1983 y Teodoro Lope Laurente quien labora desde el año 1987, por estas razones recurrimos a los señores para realizar el reconocimiento de los linderos. La recolección de datos cartográficos, tanto los digitales como los satelitales se obtuvieron con la ayuda del programa Google Earth Pro, demarcando la posible área para realizar el levantamiento topográfico, con la ayuda de un trabajador antiguo quien más conoce los linderos del Centro Experimental Wayllapampa aunque no en su totalidad. Luego de la demarcación en Google Earth Pro, se realizó la distribución de los puntos de apoyo (marcas) de forma adecuada y distancias equitativas para tener el apoyo topográfico, luego se realizó la impresión para salir a campo. Estas marcas generalmente son hipotéticas ya que en el campo se adecuan de acuerdo a la disponibilidad y/o visibilidad que tendrán a la hora de realizar el vuelo, se observa en la figura 3.1 donde se colocaron 22 marcas. 54 Figura 2.1. Distribución de los puntos auxiliares (Marcas) b. Reconocimiento de Terreno El reconocimiento de terreno se hizo con la ayuda del administrador del Centro Experimental Wayllapampa y los dos trabajadores, con quien se hizo el recorrido por todo el perímetro de la zona, donde la mayor parte del perímetro, de la parte norte y oeste se encuentra delimitado con cercos vivos, en los mismos que no se encontró discrepancias con los propietarios vecinos, pero en la parte sureste y sur, no se encuentran bien definidos los límites del Centro Experimental, por lo cual la delimitación tuvo contratiempos, pero el levantamiento con el drone se realizó incluyendo las zonas en disputa los cuales se sanearon en gabinete, una vez obtenido las ortofotos con la ayuda de los dos trabajadores. 55 2.3.2 Trabajo de Campo a. Colocación de Puntos de Apoyo Topográfico (Marcas) Se optó el uso de plásticos de color azul con las medidas de 0.6 x 0.6 m de lado, que por experiencias del ingeniero con el que se trabajó, son visibles y fáciles de identificar en las fotos para el apoyo topográfico. Con la ayuda de los alumnos de Agronomía y personal capacitado en trabajos geodésicos, se realizó la colocación de marcas en el primer día de trabajo (11-05-17), en horas de la mañana, en los puntos que ya teníamos marcado en un plano en toda el área por donde se realizaron los vuelos con el drone, dichas marcas en algunos casos, no se colocaron tal como estaba planificado en el plano preliminar, ya que se encontraron zonas inaccesibles y accidentados por lo cual se buscó áreas visibles que serían fáciles de identificar con la cámara del drone a la hora de realizar el vuelo. Figura 2.2. Colocación de Marcas 56 b. Monumentación de Puntos Geodésicos La excavación para la monumentación de los puntos geodésico se hizo respetando las medidas según las especificaciones que reglamentan el Instituto Geográfico Nacional del Perú, el cual tiene como denominación Normas Técnicas de Levantamientos Geodésicos. Tal como se muestra en la figura 2.4. Se monumentaron tres hitos de orden C, dos hitos con sus respectivas placas y un hito con acero corrugado de ¾”. Figura 2.3. Excavación para Monumentación del Punto Geodésico 57 Figura 2.4. Esquema del Punto geodésico Estos puntos se encuentran en lugares donde no se realizarán ningún trabajo que pueda dañarlos durante muchos años, de esta manera se asegura su permanencia y su estabilidad, ya que dependen de estos puntos la precisión con los que se quiere trabajar posteriormente. c. Lectura de Puntos Geodésicos Para el desarrollo del levantamiento de puntos Geodésicos se empleó el método de posicionamiento diferencial estático, este método consiste en el rastreo permanente simultaneo y para ello nos apoyamos con el receptor GPS base cuyas coordenadas ya son conocidas y la información lo maneja el IGN, a esta estación lo denominamos como “Estación Base” (Master), denominado IGN AY01 de orden “0”, el que está ubicado en el Jr. Callao dentro del local del Gobierno Regional de Ayacucho. Para los nuevos puntos geodésicos utilizamos un receptor GPS de marca Topcon, el cual se denomina “Rover”. 58 El primer punto, tiene como denominación T-01, en este punto se estacionó el GPS, el día 11/05/2017, iniciando con la lectura a las 11:34:37 am hasta las 01:40:32 pm. Para el segundo punto, el cual tiene como denominación T-02 se estacionó el GPS, el mismo día 11/05/2017, iniciándose con la lectura a las 02:08:20 pm hasta las 04:40:53 pm. Al tercer punto, se le denominó T-03, se estacionó el equipo GPS el día 12/05/2017, la lectura se empezó a las 09:21:21 am hasta las 03:03:41 pm. Paralelamente a las lecturas con el GPS rover, se realizaron las lecturas en los puntos de apoyo topográfico (marcas) con el segundo GPS (rover), para determinar sus coordenadas de las marcar que nos apoyará para hacer las correcciones al momento de procesar las fotografías aéreas. d. Elección de equipo para las Fotografías Aéreas Para realizar este trabajo de levantamiento de fotografías aéreas se optó por el uso de un drone Ebee Plus de Sensefly (Fig. 3.4), se trata de un vehículo aéreo no tripulado que funciona de forma autónoma o manual, que ha sido diseñado para diversos trabajos, dentro de ello los levantamientos topográficos por medio de la fotogrametría como es este caso. 59 Figura 2.5. Fotografía Aérea Se eligió el uso de este drone porque da la facilidad de levantar grandes extensiones de terreno en un solo vuelo, también por las experiencias ya conocidas de las bondades de este drone que realiza trabajos de precisión. El Centro Experimental de Wayllapampa, tiene una extensión que sobrepasa las 500 Ha. Por lo tanto necesitábamos un drone de estas características. e. Plan de Vuelo El plan de vuelo se realizó con el software Emotion 3, cada misión y sus valores asociados se guardan en la memoria del piloto automático para la realización del vuelo y para su posterior utilización en post proceso. 60 Para determinar la cantidad de vuelos, se realizó una simulación virtual de vuelo, para ello se tuvo que realizar algunos reajustes en la configuración del programa como son: la velocidad (4m/s), la altura de vuelo (120 m), los traslapes (lateral 70% y longitudinal 60%), viendo estos parámetros el software determinó que se tendría un vuelo de 197:30 minutos para cubrir un área de 509.1 ha. área de nuestro trabajo, de donde se obtendrá 2992 fotos. como se muestra en la figura 2.6. Figura 2.6. Programación Para la Simulación de Vuelo La batería del drone tiene una duración de 60 minutos teóricos como máximo, por lo cual para tener éxito en el levantamiento tenemos que tener reserva para el programar el aterrizaje y/o cualquier inconveniente que se pueda presentar durante el vuelo. Por todo ello se programó realizar cuatro vuelos. Los mismos que se guardaron en la memoria del piloto automático. 61 f. El Vuelo Los vuelos se realizaron a partir de las 2:00 p.m. del primer día de trabajo (11-05-17), ya que por la mañana se procedió a la colocación de las marcas. En este día se realizó un solo vuelo. En el día dos (12-05-17), se realizaron 3 vuelos, a partir de las 9:00 a.m. y a los parámetros configurados para el vuelo, se realizó una modificación en la altura de vuelo donde se optó por los 500 metros. g. Procesamiento de Datos en Gabinete Para el procesamiento de datos se utilizó el programa Agisoft PhotoScan. La finalidad de este programa es construir un modelo 3D con textura. El procedimiento de procesamiento de fotografías y construcción de modelos 3D comprende cuatro etapas. 1. La primera etapa es la alineación de la cámara. En esta etapa, PhotoScan busca puntos comunes en las fotografías y los combina, así como encuentra la posición de la cámara para cada imagen y refina los parámetros de calibración de la cámara. Como resultado se forma una nube de puntos escasa y un conjunto de posiciones de cámara. La nube de puntos dispersos representa los resultados de la alineación de las fotografías y no se utilizará directamente en el procedimiento de construcción del modelo 3D (a excepción del método de reconstrucción basado en nubes de punto disperso). Sin embargo, puede ser exportado para su uso posterior en programas 62 externos. Por ejemplo, el modelo de nube de puntos dispersos se puede utilizar en un editor 3D como referencia. Por el contrario, el conjunto de posiciones de la cámara es necesario para la construcción de modelos 3D más por PhotoScan. 2. La siguiente etapa es la construcción de nubes de puntos densos. Basado en las posiciones de cámara estimadas y las imágenes en sí, una nube de puntos densos es construida por PhotoScan. La nube de puntos densos puede ser editada y clasificada antes de exportar o continuar con la generación del modelo de malla 3D. 3. Otra etapa es la construcción de malla. PhotoScan reconstruye una malla poligonal 3D que representa la superficie del objeto basada en la nube de puntos densos. Además, existe un método basado en la nube de puntos para la generación de geometría rápida basada únicamente en la nube de nubes dispersas. Generalmente hay dos métodos algorítmicos disponibles en PhotoScan que pueden aplicarse a la generación de malla 3D: Campo de Altura - para superficies de tipo planar, Arbitrario - para cualquier tipo de objeto. Una vez construida la malla, puede ser necesario editarla. PhotoScan puede realizar algunas correcciones, tales como decimación de malla, eliminación de componentes aislados, cierre de agujeros en la malla, etc. Para una edición más compleja hay que utilizar herramientas externas de edición en 3D. PhotoScan permite exportar la malla, editarla por otro software e importarla de nuevo. 4. Después de reconstruir la geometría (es decir, malla), puede texturarse y/o utilizarse para la generación de ortofotos. 63 2.3.3 Levantamiento Topográfico con Estación Total Para el levantamiento topográfico con Estación Total, se determinó un área donde está proyectado construir un reservorio para el Centro Experimental Wayllapampa. Esta proyección del reservorio se hace con fines de obtener datos con la estación total, para hacer un comparativo con los datos obtenidos con el Drone y de esta manera ver los resultados en precisión y detalles, La construcción del reservorio se proyecta para un volumen de 27000 m3 por lo que se realizó el levantamiento de aproximadamente 5000 m2. El levantamiento se realizó empleando una estación total de marca Sokkia, el cual cuenta con su respectiva ficha de calibración vigente. El levantamiento se hizo por el método de radiación utilizando los puntos Geodésicos T-01 y el T-02 como salida, los mismos puntos que se utilizó para el levantamiento topográfico con el drone. Estas coordenadas se muestran en el siguiente cuadro Nº 2.1. Cuadro 2.1 Coordenadas de puntos Geodésicos ID ESTE (m) NORTE (m) ELEVAVION (m) T-01 585315.136 8553859.712 2538.828 T-02 585256.249 8554285.726 2531.550 64 CAPITULO III RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1. LEVANTAMIENTO CON DRONE Y ESTACIÓN TOTAL 3.1.1 Levantamiento Topográfico con Drone En los dos días de trabajo se realizaros cuatro vuelos para cubrir el total del área en estudio, donde se obtuvo los siguientes resultados: - Primer vuelo En el primer vuelo se realizó el levantamiento de la parte sur este del área, donde se registró 214 fotos, el seguimiento del plan de vuelo se muestra en la figura 3.1, donde se visualiza la ubicación de cada foto registrado por el drone y la ruta que siguió desde el inicio de vuelo hasta el retorno para su aterrizaje. 65 Figura 3.1. Levantamiento Fotográfico en el primer vuelo Procesamiento del Primer vuelo El procesamiento de las 214 fotos del primer vuelo, utilizando el programa Agisoft PhotoScan, obtuvimos la imagen que se muestra en la figura 3.2. Figura 3.2. Ortomosaico del Primer Vuelo 66 - Segundo vuelo Durante el segundo vuelo se realizó el levantamiento de la parte nor este del área en estudio, donde se registró 207 fotos, como se muestra en la figura 3.3. Figura 3.3. Levantamiento Fotográfico del Segundo vuelo Procesamiento del Segundo vuelo Al procesar las 207 fotos del segundo vuelo dio como resultado la imagen que se muestra en la figura 3.4. 67 Figura 3.4. Ortomosaico del Segundo Vuelo - Tercer vuelo En el tercer vuelo se realizó el levantamiento de la parte nor oeste del área, donde se registró 203 fotos, como se muestra en la figura 3.5. Figura 3.5. Levantamiento Fotográfico del Tercer vuelo 68 Procesamiento del Tercer vuelo Al procesar las 203 fotos del tercer vuelo, el resultado es la imagen mostrada en la figura 3.6. Figura 3.6. Ortomosaico del Tercer Vuelo - Cuarto vuelo Durante el cuarto vuelo se realizó el levantamiento de la parte sur oeste del área, donde se registró 163 fotos, como se muestra en la figura 3.7. Figura 3.7. Levantamiento Fotográfico del Cuarto vuelo 69 Procesamiento del Cuarto vuelo Al procesar las 163 fotos del cuarto vuelo dio como resultado la imagen mostrada en la figura 3.8. Figura 3.8. Ortomosaico del Cuarto Vuelo Al unificar los cuatro vuelos podemos resumir en la figura 3.9, donde se muestra la totalidad de las fotos registrados, tanto la ubicación como la ruta que tomó el drone para obtener los ortomosaicos de todo el C.E. Experimental de Wayllapampa. 70 Figura 3.9. Levantamiento Fotográfico de los Cuatro Vuelos Juntos Resumiendo la totalidad de fotos tomados en los cuatro lo mostramos en el siguiente cuadro: Cuadro 3.1. Áreas levantadas y registro de Fotos N° DE VUELO AREA LEVANTADA N° FOTOS AEREOS 1 SUR ESTE 214 2 NOR ESTE 207 3 NOR OESTE 203 4 SUR OESTE 163 TOTAL 787 FOTOS AEREOS PROCESAMIENTO DEL PRODUCTO FINAL Unificando las ortofotos de los cuatro vuelos se obtuvo el producto final, que es la imagen que se muestra en la figura 3.10. 71 Figura 3.10. Ortomosaico Unificado de los Cuatro Vuelos Para la identificación de las coordenadas en los vértices, tomamos el nube de puntos que el programa Agisoft PhotoScan nos facilita, el cual lo exportamos al programa Auto Cad Civil 3D para su procesamiento, en ella se plasmaron los planos finales donde se pudo conocer, el área, perímetro y las curvas de nivel del terreno, tal como se muestra en los planos 1, 2 y 3, ubicados en el anexo. El C.E. Wayllapampa cuenta con una superficie de 503.365 ha. Y un perímetro de 10,878.682 m. Las coordenadas de los vértices se muestran en el plano 1, 2, 3 y en el cuadro 3.2. 72 Cuadro 3.2. Coordenadas de los vértices del C.E. Wayllapampa 73 74 75 3.1.2 Levantamiento Topográfico con Estación Total Los datos de los puntos recogidos con la estación total se muestran en el siguiente cuadro: Cuadro 3.3. Datos de coordenadas con Estación Total N° PUNTO ESTE NORTE COTA 1 585256.249 8554285.73 2531.55 2 585315.131 8553859.71 2538.828 3 585317.742 8554205.26 2528.133 4 585433.111 8554114.99 2477.715 5 585471.318 8554104.87 2478.359 6 585471.184 8554111.67 2478.564 7 585480.341 8554087.39 2478.461 8 585480.835 8554098.06 2478.288 9 585477.657 8554100.41 2478.257 10 585469.632 8554089.89 2476.83 11 585484.271 8554104.01 2478.718 12 585467.741 8554100.27 2478.027 13 585468.709 8554105.45 2478.169 14 585478.731 8554109.86 2480.006 15 585467.989 8554112.18 2478.358 16 585477.815 8554112.36 2478.573 17 585466.752 8554119.07 2478.319 18 585472.537 8554117.46 2478.494 19 585476.379 8554116.34 2478.639 20 585471.372 8554125.81 2478.46 21 585481.497 8554139.65 2479.231 22 585485.114 8554144.2 2479.517 23 585468.116 8554129.62 2478.429 24 585488.012 8554149.36 2479.821 25 585467.797 8554136.54 2478.563 26 585490.874 8554154.95 2480.14 27 585493.555 8554161.35 2480.624 28 585465.773 8554144.66 2479.003 29 585472.45 8554146.55 2479.259 30 585479.926 8554155.43 2479.71 31 585473.062 8554152.34 2479.558 32 585474.058 8554159.97 2479.791 76 33 585468.051 8554158.69 2479.698 34 585470.674 8554165.91 2480.038 35 585464.397 8554165.1 2480.08 36 585466.366 8554169.83 2480.258 37 585458.409 8554159.22 2479.616 38 585459.138 8554152.94 2479.205 39 585458.888 8554139.51 2478.512 40 585459.742 8554135.43 2478.383 41 585447.527 8554157.97 2479.256 42 585461.223 8554127.91 2478.195 43 585445.788 8554144.13 2478.308 44 585447.259 8554113.22 2477.837 45 585443.455 8554134.37 2478.14 46 585442.528 8554104.97 2477.504 47 585440.036 8554127.84 2478.042 48 585436.343 8554098.42 2477.277 49 585435.725 8554114.35 2477.69 50 585429.486 8554092.7 2476.858 51 585431.097 8554104.25 2477.44 52 585445.918 8554091.46 2477.646 53 585425.751 8554086.12 2475.52 54 585445.992 8554088.44 2476.236 55 585450.697 8554097.08 2477.751 56 585419.437 8554087.12 2475.441 57 585454.039 8554106.1 2477.892 58 585418.36 8554093.87 2475.659 59 585456.985 8554117.92 2478.126 60 585421.747 8554100.03 2477.052 61 585424.851 8554107.58 2477.319 62 585425.947 8554115.83 2477.495 63 585413.751 8554092.53 2475.631 64 585425.329 8554124.62 2477.645 65 585414.186 8554095.62 2475.779 66 585427.541 8554132.55 2477.797 67 585414.154 8554095.63 2475.815 68 585414.018 8554098.13 2476.501 69 585413.943 8554105.65 2477.043 70 585414.712 8554114.58 2477.285 71 585414.745 8554123.48 2477.519 72 585462.535 8554099.69 2477.929 73 585431.151 8554149.13 2478.458 77 74 585427.53 8554153.91 2478.065 75 585423.951 8554144.29 2477.909 76 585418.87 8554137.2 2477.785 77 585413.866 8554131.71 2477.795 78 585413.792 8554143.03 2477.823 79 585405.036 8554152.4 2478.761 80 585413.068 8554151.97 2478.414 81 585399.279 8554142.48 2477.811 82 585411.057 8554154.86 2478.631 83 585396.668 8554135.67 2477.518 84 585394.726 8554126.17 2477.44 85 585393.448 8554117.97 2477.112 86 585386.526 8554152.93 2478.713 87 585396.318 8554107.89 2476.894 88 585394.99 8554105.74 2476.855 89 585386.234 8554146.11 2477.879 90 585396.646 8554098.15 2476.62 91 585387.525 8554137.37 2477.67 92 585394.618 8554090.97 2475.602 93 585386.381 8554124.36 2477.419 94 585385.383 8554116.89 2476.981 95 585394.693 8554083.37 2475.396 96 585384.878 8554110.77 2477.001 97 585382.765 8554101.06 2476.445 98 585382.531 8554098.2 2476.355 99 585379.36 8554096.29 2476.078 100 585380.512 8554117.05 2476.55 101 585405.383 8554098.66 2476.431 102 585409.344 8554094.05 2475.543 Procesamiento de datos de la Estación Total y Dibujo de Plano Para el dibujo del reservorio se tomaron los datos de la estación total y del drone por separado, vale decir que se hicieron dos planos: Plano 1 con datos de la estación total. Plano 2 con datos del drone. (Ver anexo: planos 04 y 05.) 78 Para ambos planos se tuvo como datos `para el reservorio, las mismas coordenadas de ubicación, con las mismas dimensiones y elevaciones tal como se muestra en el cuadro 3.4. Cuadro 3.4. Coordenadas para Diseño de Reservorio ID ESTE (m) NORTE (m) COTAS (m) 1 585390.687 8554146.771 2477.500 2 585470.687 8554146.771 2477.500 3 585470.687 8554096.771 2477.500 4 585390.687 8554096.771 2477.500 5 585400.687 8554136.771 2467.500 6 585460.687 8554136.771 2467.500 7 585460.687 8554106.771 2467.500 8 585400.687 8554106.771 2467.500 Figura 3.11. Modelo del reservorio 3.2 COLOCACIÓN Y UBICACIÓN DE PUNTOS GEODÉSICOS Para cumplir uno de los objetivos específicos, tenemos la monumentación de los tres hitos georeferenciados con GPS diferencial de doble frecuencia (L1 y L2), validados con el Instituto Geográfico Nacional del 79 Perú (IGN), estos puntos de control servirán para replantear y ubicar cualquier punto que se encuentre dentro del centro experimental de Wayllapampa, así mismo se podrá uniformizar y ordenar los trabajos que se puedan realizar dentro de esta área y alrededores. Al procesar los datos de GPS diferencial, de los tres puntos de control, se obtuvieron las siguientes coordenadas tal como se muestran en el cuadro 3.5 y 3.6. Cuadro 3.5. Coordenadas UTM WGS 84 Cuadro 3.6. Coordenadas geográficas 80 Figura 3.12. Punto de Control T-01 Figura 3.13. Punto de Control T-02 81 Figura 3.14. Punto de control T-03 3.3 Comparativo Entre Drone y Estación Total Al realizar el comparativo del levantamiento con la Estación Total y el drone se ve mucha diferencia en muchos aspectos.  El tiempo de levantamiento con la estación total se realizó con 4 personas, durante 2 horas, para levantar 5000 metros cuadrados.  Los detalles no son bien definidos.  El tiempo en campo es más prolongado.  Se obtienen pocos puntos. Así mismo se pudo conocer las bondades que tiene el uso del drone, para realizar levantamientos topográficos, donde se puede notar la claridad, precisión, y facilidad de reconocer los detalles, además se puede manipular la resolución según los fines de los trabajos, los vuelos se pueden realizar a alturas inferiores a los vuelos convencionales. 82 El uso del drone a diferencia de los vuelos convencionales tiene una disponibilidad inmediata y no solo en cuanto a precio sino también en la posibilidad de realizar el trabajo en el mismo momento en el que se plantea, reduciéndose los plazos de ejecución de vuelos. Este tipo de levantamiento nos permite que nuestro trabajo sea flexible a diferencia de los vuelos convencionales, podemos realizar para un mismo proyecto varios vuelos en diferentes zonas que se encuentran separadas y también nos da la facilidad de controlar las escalas. Además los procesamientos son más fáciles y disponibles en cualquier ambiente, pues no se necesita equipos especiales para restitución fotogramétrica. 83 CAPITULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 4.1 CONCLUSIONES 1. El levantamiento topográfico haciendo el uso de Drone (UAV), permitió obtener detalles bien definidos en calidad y precisión, de fácil reconocimiento de los vértices y linderos, con poco personal y sin poner en riesgo alguno a los ayudantes, además se obtiene mayor información (millones de puntos), que fácilmente se puede interpretar en gabinete sin necesidad de volver al campo para su verificación. La utilización de la Estación Total obliga al requerimiento de mayor cantidad de personal y tiempo, además pone en riesgo a los ayudantes en partes inaccesibles y se obtiene pocos detalles con una menor cantidad de puntos. Con la ejecución del presente trabajo de levantamiento topográfico se quiere dar como una alternativa a la demarcación final del Centro Experimental Wayllapampa. Además los ortomosaicos ayudan a identificar con facilidad los vértices, relieves y linderos. 84 2. Al realizar el comparativo entre un levantamiento topográfico de un drone y una estación total, se pudo apreciar que hay diferencias altamente significativas en cuanto a tiempo, costo y detalles. Con el drone se realizó el levantamiento fotogramétrico de 600 hectáreas durante dos días, se pudo realizar en un solo día pero por algunos inconvenientes con el drone no se alcanzó terminar en el tiempo planificado. El costo por hectárea con el drone cuesta 25 soles (incluye el procesamiento y dibujo de planos), donde se obtuvo millones de puntos (aproximadamente 32 millones). A esto debemos incluir los gastos por monumentación de puntos geodésicos que cada una tiene un costo de 700 soles, donde incluye personal y materiales. Con la estación total el levantamiento topográfico tiene un costo de 50 soles por hectárea, pero para fines comparativos se hizo el levantamiento de 0.5 hectáreas del terreno proyectado para la construcción del reservorio, donde para levantar 102 puntos se tardó 2 horas, esto resumiendo en un cuadro, se tendría los siguientes: 85 Cuadro 4.1 Costo y tiempo de levantamiento topográfico con Drone LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO CON EL DRONE (UAV) ACTIVIDAD UNIDAD CANTIDAD COSTO UNITARIO (S/.) TOTAL TIEMPO EN DIAS Levantamiento topográfico ha 600 25 S/. 15,000.00 2 Colocación de puntos geodésicos unidad 3 700 S/. 2,100.00 1 TOTAL S/.17,100.00 2 días Cuadro 4.2 Costo y tiempo de levantamiento topográfico con Estación Total LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO CON ESTACION TOTAL ACTIVIDAD UNIDAD CANTIDAD COSTO UNITARIO (S/.) TOTAL TIEMPO EN DIAS Levantamiento topográfico ha 600 50 S/. 30,000.00 60 Colocación de puntos geodésicos unidad 3 700 S/. 2,100.00 1 TOTAL S/. 32,100.00 30 días NOTA: Teniendo en cuenta que se puede realizar un levantamiento topográfico de 20 hectáreas por día. En el siguiente cuadro se resalta las ventajas que se obtuvieron con el uso del drone: Cuadro 4.3 Cuadro comparativo entre un Drone y Estación Total CON DRONE (UAV) CON ESTACION TOTAL Proporcionan grandes rendimientos Los rendimientos son limitados Se requiere poco personal Se requiere mayor personal En un metro cuadrado se obtiene miles de puntos En un metro cuadrado se obtienen pocos puntos (± 5 puntos) La ejecución de medidas posteriores se hacen sin llegar al terreno Es necesario regresar al terreno para medidas posteriores Cualquier medición y análisis de terreno se puede realizar en gabinete Medidas y análisis adicionales se tiene que realizar en el campo. 86 3. Sin la monumentación de los puntos Geodésicos, la precisión del trabajo no serían los esperados, estos puntos hacen que nuestro trabajo esté posicionado en el espacio y en sus tres dimensiones. Los puntos geodésicos son validados por el Instituto Geográfico Nacional (IGN). Estos puntos ayudarán a replantear en cualquier momento para la ubicación de los vértices o cualquier trabajo que se quiera realizar dentro del Centro Experimental. 87 4.2 RECOMENDACIONES 1. Para levantamientos de catastro es más factible, económico y un trabajo de calidad el uso de drones, por lo que se debería implementar el uso de estos equipos por la facilidad en su disponibilidad y por la recolección de detalles bien definidas. 2. La distribución de las marcas debe realizarlo un personal capacitado, ya que es uno de los factores determinantes para llegar a las precisiones esperados a la hora de realizar el procesamiento de datos. 3. Se debe ubicar los puntos geodésicos en lugares donde no tengan proyectado realizar trabajos de cualquier índole por lo menos durante los próximos 10 años, estos puntos deben situarse en puntos estratégicos donde se visualicen entre sí por lo menos 2 puntos. 4. Para obtener mayor precisión en la toma de datos de las marcas, el GPS diferencial debe captar como mínimo 4 satélites. 5. Con los Drones, se debe tener mucho cuidado con el tiempo de vuelo programado, ya que puede haber inconveniente en la transmisión de la telemetría (entre drone y la computadora), por lo cual debemos reservar un tiempo extra para realizar el retorno del equipo para asegurar un aterrizaje satisfactorio. Si la comunicación fallara es más recomendable abortar el vuelo y reprogramar el vuelo. 88 REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA 1. Cruz, E. 2011. El Uso del GPS en Restitución Fotogramétrica y de las Poligonales de Referencias en el Proyecto de Carreteras. Tesis Ingeniero Topógrafo y Geodesta UNAM, México. 7-9 P 2. Cruz E. 2008. Estación Total Aplicada al Levantamiento Topográfico de una Comunidad Rural. Tesis Ingeniero Civil, Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura U.P. Zacatenco, México. 7-10 P. 3. Decreto Supremo N° 032-2008-vivienda, DL N°1089, Organismo de Formalización de la propiedad informal Poder Ejecutivo [14 diciembre 2008]. 4. Enriquez, C. 2006. Integración de los sistemas de Información Geográfica y del Sistema de Posicionamiento Global. En el XII Congreso Nacional de Tecnología de la Información Gráfica Granada- España: Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Jaén. 6-50 P 5. Farjas, M. (s/f), Aplicaciones Topográficas del GPS Levantamientos Topográficos; España. 8-17 P, fecha de acceso el 11 de noviembre del 2014. Disponible en: http://ocw.upm.es/ingenieria-cartografica-geodesica-y-fotogrametria/ topografia-ii/Teoria_GPS_Tema_12.pdf 6. García DA. 2008. Sistemas GNSS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM), Tesis Titulo], Madrid – España. 7. 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Drone ebee plus de sensefly antes de iniciar el vuelo Foto 2. Con los miembros del jurado en la zona de levantamiento 92 Foto 3. Lectura de coordenadas en las marcas Foto 4. Lectura de coordenadas en las marcas (esquina de la estación meteorológica) 93 Foto 5. Preparando el drone para el 1º vuelo Foto 6. Preparando el drone para el 2º vuelo 94 Foto 7. Instalación del GPS diferencial en el punto t-03 Foto 8. GPS diferencial instalado en el punto t-02 95 Foto 9. Levantamiento topográfico con estación total para reservorio Foto 10. Levantamiento topográfico con estación total para reservorio 96 Foto 11. El drone ebee en pleno vuelo Foto 12. Aterrizaje del drone 97 MEMORIA DESCRIPTIVA DEL LEVANTAMIENTO FOTOGRAMÉTRICO Y GPS DIFERENCIAL 98 MEMORIA DESCRIPTIVA DE LEVANTAMIENTO FOTOGRAMETRICO Distrito de Pacaycasa, Provincia de Huamanga, Departamento de Ayacucho. ELABORADO: Ing. CIP. JULIO GUTIERREZ VIERA IDES - PERU S.A.C. Lima, mayo 2017 99 APLICACIONES TOPOGRÁFICAS DE LOS DRONES RESUMEN En la actualidad la tecnología de drones está transformando muchos campos en los que la fotografía aérea es una alternativa para medición y procesamiento, en este caso mucho más económico en tiempo y costo para obtener información topográfica, mediante imágenes y aplicando técnicas fotogramétricas. Midiendo puntos de apoyo y procesando las imágenes aéreas con un software específico como por ejemplo AGISOFT software de procesamiento de datos de imagen UAS se pueden crear modelos digitales de elevación, mosaicos orto rectificados y georreferenciados además de nubes de puntos de alta resolución, modelos en 3D con precisión centimétrica que permiten el cálculo de curvas de nivel, medición de áreas y volúmenes y diversos productos que muestran la apariencia real del terreno. La utilización de drones permite, además, realizar tareas a baja altura, grabando en tiempo real y facilitando el relevamiento de zonas peligrosas o de difícil acceso y superar obstáculos diversos, de forma automatizada y sin poner en riesgo la seguridad personal. En la actualidad existen con una gran variedad de formas, tamaños y características en función del uso al que estén destinados. OBJETIVO Este trabajo tiene como objetivo principal el levantamiento fotogramétrico del predio con curvas de nivel al metro y para el inicio del trabajo se tiene que marcar puntos de apoyo terrestre para el levantamiento fotogramétrico con EBBE PLUS, en el centro experimental huayllapampa de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga ubicado en el distrito de Pacaycasa, provincia de Huamanga, departamento de Ayacucho. Para que el vuelo sea directamente relacionable con el terreno, es decir, pueda ser georreferenciado, son precisos unos puntos de control cuya posición será conocida en sus tres posiciones X, Y, Z. Es imprescindible elegir como puntos de referencia aquellos que sean claramente identificables en la fotografía, utilizando para ello cruces de caminos o lindes u otros elementos de clara identificación en este caso se dejó marcas con plástico color azul en el terreno. Debido a que este proyecto concreto está realizado en una zona de plantas, en la que es más difícil identificar puntos claramente, previamente al vuelo situaremos unas marcas de un tamaño superior (0.8m), de forma que se puedan ver claramente en las fotografías. Una vez situadas en el terreno, se debe dar posición absoluta a las mismas. Para ello se utilizará