LiDAR Topobatimétrico para la Cartografía Fluvial: Una solución complementaria
Modelización de canales fluviales y llanuras aluviales
La cartografía de cauces mayores y menores, sobre todo para estudios de movilidad fluvial, requiere diversos métodos cartográficos. El LiDAR topográfico es ideal para modelar las orillas de los ríos con una precisión centimétrica y una gran capacidad para penetrar en la vegetación. Sin embargo, no puede cartografiar la parte sumergida del cauce, lo que hace necesario un segundo método para completar los datos.
Combinación de métodos topográficos y batimétricos
Dependiendo del lugar, la accesibilidad puede permitir transectos regulares para caracterizar distintos patrones de flujo en el lecho del río. Este método convencional es fiable y eficaz en muchas situaciones, ya que ofrece una precisión centimétrica. Sin embargo, los operadores pueden enfrentarse a desafíos al navegar por entornos fluviales boscosos o escarpados, zonas profundas o corrientes fuertes.
En estos casos, utilizar una embarcación o un dron de superficie equipado con una ecosonda es eficaz en vías navegables menos turbulentas con corrientes moderadas. Esto también requiere una buena accesibilidad al lugar para transportar el equipo.
Complementariedad de métodos
Los métodos batimétricos convencionales, como el uso de postes o sondas, pueden combinarse con LiDAR topográficos para crear una sólida base de datos cartográfica. Sin embargo, la integración de datos topográficos y batimétricos puede llevar mucho tiempo y dar lugar a lagunas o discontinuidades entre los datos terrestres y los submarinos.
Un nuevo método integral: LiDAR Topobatimétrico
El LiDAR topográfico y batimétrico completa la gama de herramientas con una gran ventaja: la adquisición mediante dron permite modelizar el lecho del río, incluida la capa de agua, la sección sumergida y las orillas. Como el modelado digital se realiza en una sola operación, los datos batimétricos y topográficos se generan al mismo tiempo con una continuidad inigualable.
Así, es posible cartografiar un tramo de río de 300 metros con 50 metros de orilla a cada lado del cauce en 10 minutos. Y esto con un tiempo de procesamiento de datos inferior a 2 horas. El modelo digital del terreno (MDT) producido por este procesamiento proporciona una base geográfica unificada para los datos submarinos y terrestres, sin necesidad de fusionar dos modelos digitales diferentes. La densidad de puntos en el fondo del agua es de entre 20 y 50 puntos/m².
La capacidad del LiDAR topográfico-batimétrico de penetrar en la cubierta vegetal garantiza la continuidad de los datos entre el lecho húmedo y las riberas arboladas. La vegetación ribereña se integra en los datos topográficos.
Limitaciones de la tecnología láser
La principal limitación es la capacidad de la luz para penetrar en el agua y reflejarse en el fondo. A diferencia de las ecosondas, los láseres no se propagan a través de los sedimentos finos. Los puntos generados representan la profundidad del agua sin tener en cuenta la altura de los sedimentos, como el limo o el barro.
El límite de rendimiento se expresa en unidades Secchi, medidas con un disco Secchi.
El LiDAR topobatimétrico YellowScan Navigator puede adquirir datos hasta dos profundidades Secchi.
En los ríos, si la profundidad Secchi es de 3 metros, puede cartografiar charcas profundas de 5 a 6 metros. La reflexión del haz de luz depende de la coloración de los sustratos, lo que debe tenerse en cuenta al desplegar esta tecnología y procesar los datos.
Ejemplo de una sección transversal en la que la cubierta vegetal se extiende por el río. Los datos son continuos incluso bajo el agua a profundidades de más de 2 metros.
Cartografiar un río teniendo en cuenta el bosque aluvial proporciona una base útil para abordar las cuestiones medioambientales de la forma más eficaz posible. Las herramientas de análisis de datos LiDAR pueden utilizarse para clasificar la naturaleza de los puntos y, en particular, para aislar la vegetación del resto de los datos. Esto permite distinguir el relieve de las riberas, detectar signos de erosión e identificar cauces secundarios ocultos por una densa cubierta vegetal.
Ejemplo de tramo de curso de agua con bosque aluvial denso
Vista en alzado con vegetación.
Vista de clasificación de datos.
Vistas al suelo y al agua.
Coloración de los puntos y naturaleza de los sustratos :
Se pueden generar nubes de puntos coloreadas cuando los datos LiDAR se combinan con una foto. Ésta es una función que ofrece el LiDAR YellowScan Navigator con cámara integrada.
Dependiendo de la claridad del agua y del fondo, se pueden distinguir los colores naturales del lecho del río.
La vegetación acuática puede aparecer como «ruido» en los datos batimétricos. La identificación de «manchas» de algas puede hacerse junto con la coloración de los puntos.
A la izquierda, datos clasificados según el tipo. A la derecha, datos coloreados.
La combinación de las dos vistas puede mejorar el análisis detallado de los datos con estimaciones de las superficies y volúmenes de las plantas acuáticas.
Cartografía de un curso de agua con canales de derivación y estructuras hidráulicas
Vista en alzado con vegetación
Los contextos a veces pueden ser complejos de cartografiar a pie. Los cambios en las propiedades entre los canales de desvío y el cauce original, por ejemplo. Los drones LiDAR escanean las propiedades sin necesidad de entrar en ellas.
Según su forma y tamaño, las estructuras aparecen en el modelo digital del terreno. Sin embargo, será necesario inspeccionar el terreno para obtener dimensiones más precisas cuando haya esclusas o secciones canalizadas subterráneas.
Control de la erosión
La repetibilidad de la cartografía basada en drones es una ventaja para rastrear las marcas de erosión después de cada inundación. Para los estudios de movilidad fluvial, el LiDAR topobatimétrico proporciona datos precisos para localizar y medir las zonas problemáticas y evaluar los volúmenes de sedimentos procedentes de la erosión de las riberas.
Vista de la erosión en el río.
A la izquierda, una sección transversal que muestra una orilla escarpada con vegetación aguas arriba de una zona erosionada. A la derecha, una sección transversal que muestra una orilla muy empinada sometida a una grave erosión.
Visualización de una orilla escarpada y con vegetación de una fosa con una profundidad de 3,16 m.
La altura de la orilla con vegetación puede medirse fácilmente. Aquí hay una diferencia de elevación de más de 11 metros. Clasificación de los datos LiDAR
Visualización de los datos clasificados según su naturaleza en CloudStation. Esta función automatizada es un primer paso en la explotación de los datos de campo. Es posible refinar esta clasificación automática para asignar puntos a la clase de datos que corresponda.
Visualización del relieve del terreno y la vegetación sin la capa de «agua» y sin puntos suspendidos en el agua que puedan estar vinculados a varios componentes (vegetación, burbujas, partículas en suspensión, etc.).
Visualización del relieve del terreno. Se asocia principalmente a sustratos minerales y afloramientos rocosos.
Conclusión
La tecnología LiDAR topobatométrica complementa los métodos tradicionales y robustos utilizados por topógrafos y científicos. Aunque los dispositivos aéreos para la cartografía fluvial no son nuevos, la naturaleza de los datos producidos ha evolucionado.
El uso de dispositivos aéreos para cartografiar ríos no es nada nuevo, pero lo que ha cambiado es la naturaleza de los datos producidos.
Las limitaciones relacionadas con la capacidad del láser para penetrar por debajo de la superficie del agua hacen que esta tecnología deba utilizarse en condiciones de aguas claras y, preferiblemente, durante los periodos de aguas bajas. El despliegue de un dron capaz de transportar un LiDAR topográfico-batemétrico requiere un piloto cualificado capaz de planificar la misión de acuerdo con la normativa vigente. Algunos espacios aéreos pueden estar protegidos. En este caso, debe obtenerse una autorización.
En función de las misiones y de los datos que deban producirse, el LiDAR topográfico-batemétrico ofrece varias ventajas:
- Fácil despliegue en diversos terrenos, incluso en zonas escarpadas o boscosas.
- Adquisición y procesamiento rápido de datos.
- Un único modelo digital del terreno que integra datos terrestres y subacuáticos.
- Repetibilidad de alta precisión para operaciones cartográficas mediante la reutilización de planes de vuelo.
Aunque el LiDAR topobatimétrico no puede sustituir a todos los protocolos de cartografía y vigilancia fluvial, es muy valioso para la cartografía a gran escala en.
