¿Por qué usar fotogrametría para construir modelos 3D de espacios interiores?

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Por: Nicolas Rey y Marc Gandillon

 

Descubra los diferentes escenarios en los que los usuarios de drones imaginan utilizar fotogrametría para mejorar la eficiencia de su negocio.

Si lees esta publicación, probablemente estés familiarizado con la fotogrametría basada en imágenes obtenidas por drones y los numerosos casos de uso para cartografía exterior. Esto es ciertamente menos común si hablamos de ambientes interiores. Con el reciente lanzamiento de Elios 2, que permite la fotogrametría basada en drones en lugares cerrados y en lugares inaccesibles, queríamos explorar las razones para usar la fotogrametría para el modelado 3D en interiores. Este es el tema de esta entrada de blog.

 

¿Por qué fotogrametría en interiores?

Es cierto que hay muchas razones para usar fotogrametría en interiores. Recopilamos temas recurrentes que encontramos al entrevistar a nuestros clientes acerca de sus actividades en la gestión de activos y topografía.

 

ORGANIZANDO LOS DATOS

Teniendo en cuenta el flujo de trabajo completo para una inspección visual basada en drones, la adquisición de datos es solo el primer paso. El segundo paso, los datos, deben ser analizados para extraer información útil. Con Elios 1 y Elios 2, el piloto puede registrar puntos de interés (PoI) durante el vuelo y encontrarlos fácilmente en el vídeo utilizando el software de escritorio Inspector, desarrollado por Flyability. Sin embargo, es posible que el piloto haya pasado por alto algunos defectos u objetos de interés y, por lo tanto, es importante revisar cuidadosamente los vídeos después de una serie de vuelos. Además, a menudo es crucial comprender dónde se adquirieron los datos y localizar los PoI en planos o modelos CAD. Por lo general, esto se logra al ver el vídeo de nuevo y al construir un mapa mental del activo (tenga en cuenta que los conjuntos de datos de interiores no contienen información de geolocalización). Para determinar la posición de los PoI, a veces se requiere contar elementos repetidos como vigas, soldaduras, intersecciones u otras características visuales obvias. Este método funciona, pero es engorroso y no es realmente escalable.

En algunas situaciones, el modelado 3D puede simplificar drásticamente esta tarea tediosa y lenta. Con un modelo 3D y la trayectoria del dron, es mucho más fácil navegar en el conjunto de datos, revisar solo las imágenes relevantes y comprender la ubicación de los PoI. El riesgo de errores, como la confusión de elementos repetitivos, disminuye y la comprensión general de la geometría del activo se vuelve más clara.

 

 

HACIENDO MEDICIONES

La información visual es a menudo el punto de partida de todo tipo de inspección, pero poder dar un valor numérico en las características visuales suele ser crucial para ayudar al proceso de toma de decisiones. Al concentrar los esfuerzos de captura de datos en una pequeña parte de un activo, es posible construir un modelo 3D local que ofrezca grandes detalles y precisión. Por ejemplo, Elios 2 toma imágenes con una Ground Sampling Distance (GSD) de hasta 0,18 mm / px cuando captura datos a una distancia de 30 cm. Esta resolución ofrece excelentes perspectivas para que el software de fotogrametría construya modelos 3D muy precisos.

Como Alex Buczkowski nos recuerda en su publicación del blog “¿Cuán precisa es su topografía con drones?“, es muy importante incluir objetos con dimensiones conocidas en el modelo. Esto permite escalar el modelo con precisión, incluso sin puntos de control de tierra. Entonces es posible medir objetos o defectos en las imágenes originales y visualizarlos en el modelo 3D.

 

 

COMPROBANDO LA FORMA Y LA CONDICIÓN DE LAS ESTRUCTURAS – EL EJEMPLO PARA LA MINERÍA

Esta aplicación es muy específica y merece su lugar aquí, ya que sin duda inspirará a otras industrias con problemas similares. La minería subterránea consiste principalmente en excavar grandes volúmenes de mineral de las entrañas de la tierra para luego extraer varios minerales, por ejemplo mediante procesos de refinación química. La excavación deja grandes aberturas llamadas realces. Estos realces son áreas extremadamente peligrosas, donde no se permiten personas.

Después de la voladura del cuerpo de mineral, el mineral se extrae de la parte inferior, de manera similar a un dispensador de cereales. Los ingenieros geotécnicos están a cargo de garantizar que los trabajos subterráneos, como realces, galerías, pozos y apuntalamientos, sean estables y no caigan sobre los mineros. Para completar sus tareas, los ingenieros geotécnicos deben comprender la forma (modelo 3D) y la condición (información visual) de estos trabajos. La fotogrametría combina con éxito la reconstrucción de modelos 3D con información visual y resuelve muchos de sus problemas. Los modelos 3D de paradas proporcionan acceso a un nivel completamente nuevo de información sobre estas áreas donde el riesgo de ser golpeado por rocas del tamaño de un automóvil no es despreciable.

 

Descargar un conjunto de datos de minería subterránea

 

CAMBIOS DE SEGUIMIENTO

El ejemplo clásico de la gestión de activos es, por supuesto, hacer el seguimiento de cómo evoluciona el estado de un activo, y más particularmente los defectos, a lo largo del tiempo. Esto permite planificar el mantenimiento preventivo y las reparaciones antes de que cualquier defecto se convierta en una amenaza real para el activo. Elios 2 hace que el uso del GPS no sea necesariamente imprescindible para crear un nuevo gemelo digital del activo para operaciones en exteriores, ya que la información de orientación puede ser suficiente para saber dónde volver a tomar una fotografía. Para el ejemplo en interiores, u otros entornos que suelen tener problemas de GPS, hacer un modelo 3D de los activos es la única opción, ya que el dron no tiene información de localización mientras está volando.

 

MANTENIMIENTO DE PLANIFICACIÓN Y CAMBIOS DE DISEÑO

Los gemelos digitales no solo son útiles para rastrear defectos a lo largo del tiempo y decidir cuándo es el momento de tratarlos. También son útiles en la fase de planificación de los cambios de mantenimiento y diseño. El gemelo digital permite planificar dónde colocar los andamios y cómo se debe acceder al área. Cuando se necesita mover una pieza grande de equipo a través de una planta, se puede realizar un análisis de la capacidad de desplazamiento para encontrar la ruta óptima. También para los cambios de diseño, es indispensable contar con un modelo 3D actualizado para diseñar y visualizar los nuevos cambios.

 

 

FORMACIÓN Y SEGURIDAD

Los activos complejos y peligrosos a menudo requieren una amplia capacitación del personal nuevo en la distribución de los inmuebles, antes de que puedan participar en las operaciones. Un ejemplo clásico aquí es la industria nuclear. Para planificar rutas de escape en caso de situaciones de emergencia, necesitan planos de planta actualizados de todas las instalaciones. Una vez más, un gemelo digital del activo resulta útil. En dicha aplicación, el modelo de fotogrametría suele recabar una gran cantidad de información adicional sobre los activos.

 

¿Donde trabaja ¿Qué puedo mapear?

Hagamos un pequeño repaso sobre las condiciones que enfrentamos al capturar un conjunto de datos de fotogrametría en interiores.

 

EL CASO DE INTERIOR: ¿QUÉ PASA CON EL GPS, LA LUZ Y LOS ESPACIOS CLUTANADOS?

Primero, la ausencia de señal GPS significa que las imágenes no pueden ser geolocalizadas: la reconstrucción se basa únicamente en el contenido visual de las imágenes. Segundo, los ambientes a menudo son oscuros. Se necesita iluminación artificial, pero la mayoría de las veces no se puede instalar fácilmente en el área de interés. Por lo tanto, dependemos únicamente del sistema de iluminación de a bordo del avión no tripulado. La última diferencia importante con la fotogrametría exterior es la restricción espacial: en el interior, los espacios son a menudo estrechos y sin una distribución regular. Esto restringe las posibles trayectorias para cubrir el área de interés.

Al ser diseñado para interiores, Elios 2 puede abordar estos desafíos. Gracias a su visión sin obstrucciones y su potente sistema de iluminación a bordo, captura imágenes de alta calidad adecuadas para la fotogrametría incluso en los entornos más oscuros. Al grabar vídeos en 4K, recopila datos suficientes para permitir la reconstrucción en 3D, incluso sin GPS. Finalmente, la jaula protectora de Elios 2 le permite volar en los espacios más irregulares sin riesgo de estrellarse. Esto es de tremenda importancia cuando intentas mapear un área estrecha. Con Elios 2, puede concentrarse en los datos que captura, sin temor a chocar con los objetos, incluso con movimientos hacia atrás o hacia los lados.

 

¿QUÉ LUGARES SON MÁS SENCILLOS DE MAPEAR? ¿CUÁLES LOS MÁS DESAFIANTES?

Hay dos aspectos clave que determinan la dificultad de asignar un activo: el contenido de la imagen y la trayectoria del vuelo.

La fotogrametría funciona en entornos que tienen una cantidad suficiente de características visuales. Una característica visual es cualquier punto que sea lo suficientemente distintivo como para ser reconocido por un algoritmo de fotogrametría. Tenga en cuenta que las características visuales dependen de la escala. Algunas superficies parecen homogéneas desde una distancia dada, pero muchas características se hacen visibles a medida que se acerca.

La geometría del activo también es un factor importante para el éxito de una reconstrucción 3D. Si bien es bastante fácil escanear una pared plana con un patrón regular, encontrar una trayectoria adecuada se vuelve mucho más difícil en activos con geometrías complejas. Aquí hay algunos puntos a considerar:

 

Un vistazo al futuro.

Con la aparición de nuevas tecnologías, el futuro de la gestión de activos parece bastante prometedor. “La construcción de modelos 3D de activos es un primer paso”, dice Péter Kövessi, Gerente General de FLIND a SUEZ solution. Con sede en Barcelona, ​​Péter y su equipo realizan inspecciones, industriales y de mantenimiento, con drones especializados en la gestión de alcantarillado. “El mayor valor para mi cliente radica en la capacidad de mapear sus activos y crear planes a medida. Los planos a menudo son inexactos o incluso no existen”.

Pero Péter sueña aún más allá: “la ejecución de algoritmos de clasificación basados ​​en AI en un conjunto de datos 3D para identificar, caracterizar y localizar elementos en el modelo es, en última instancia, lo que tiene más sentido en la industria a la que servimos”.

¿Ya llegamos? Péter tiene su opinión: “Cuando el software GIS apareció en el mercado, probablemente tenía 10 años de ventaja en comparación con los medios disponibles para generar los datos necesarios. Este paradigma también es se cumple para el software de gestión de activos. Puede administrar piezas de equipo desde grandes tuberías hasta cada tuerca y tornillo. Sin embargo, la tecnología disponible en la actualidad no le permite alimentar el software de administración de activos con esta información automáticamente. Al menos, no en interiores.