Dos fichas de LiDAR puestas una al lado de otra parecen decir que un sensor es mejor que el otro: más alcance, más puntos por segundo, más precisión. Muchas veces son el mismo sensor medido en condiciones distintas, y la diferencia real está en la línea que nadie mira.͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏
Una cifra de ficha sin su condición no es una especificación: es publicidad. Esta lección enseña a ponerle la condición a cada una y a llevarla a tu vuelo.͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏
El mecanismo
Toda cifra física de un sensor es una medida hecha en unas condiciones. Si cambian las condiciones, cambia la cifra, y cambia de una forma que ya conoces por las lecciones anteriores:͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏
- El alcance depende de la reflectividad y de la luz de fondo: cae con la raíz de la reflectividad, que es la lección 2.
- La precisión de un punto depende de la distancia: sus partes angulares crecen con ella y la del GNSS no, que es la lección 10.
- La densidad depende de cuántos pulsos se aprovechan y de cuántos ecos se cuentan como puntos, que son las lecciones 3 y 4.
- Cualquier error depende del nivel de confianza con que se da: a 1σ, a RMSE o al 95 %.
La lectura correcta de una ficha es, por tanto, un procedimiento: por cada cifra, buscar su condición, y con la física de la cifra, llevarla a la condición de tu encargo. Si la condición no está, la cifra no se usa hasta que el fabricante la dé.͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏
FIG. — CADA CIFRA DE LA FICHA CON LA CONDICIÓN QUE LE FALTA
| CIFRA DE LA FICHA | LO QUE HAY QUE PREGUNTAR | CÓMO SE LLEVA A TU VUELO | LA TRAMPA HABITUAL |
|---|---|---|---|
| Alcance | ¿A qué reflectividad, con qué luz y en qué modo de pulsos? | Alcance × √(tu reflectividad ÷ la suya) | Alcance sobre un 80 % comparado con otro sobre un 10 % |
| Precisión de rango | ¿A qué distancia, sobre qué superficie y a cuántas sigmas? | Crece con la distancia y en superficies oscuras | Una precisión a 20 m sobre un blanco claro |
| Exactitud del sistema | ¿A qué altura, con qué trayectoria y a qué confianza? | Separar la parte del GNSS de la angular y escalar esta con la altura | Exactitud a 50 m comparada con otra a 100 m |
| Puntos por segundo | ¿Pulsos o ecos? ¿Dentro de qué campo? | Pulsos × fracción aprovechada | Contar cinco ecos por pulso como cinco puntos |
| Campo de visión | ¿Total o útil? ¿Qué forma tiene? | Ancho = 2 × altura × tan(campo útil ÷ 2) | 360° de giro con 70° útiles |
| Divergencia o huella | ¿En qué eje y a qué distancia? | Huella = distancia × divergencia en cada eje | Una huella elíptica dada por su eje corto |
| Ecos por pulso | ¿Separación mínima entre ecos? ¿Guarda la onda? | Matorral por debajo de la separación: ecos fundidos | Cinco ecos sin decir a qué distancia se separan |
| Inercial | ¿En tiempo real o posprocesada? ¿Rumbo aparte? | Errores posprocesados, por eje | Dar balanceo y cabeceo y callar el rumbo |
Alcance: la cifra más manipulable
Un alcance se puede dar sobre una superficie del 80 %, del 50 %, del 20 % o del 10 %, con luz de laboratorio o a pleno sol, y en el modo de menos pulsos por segundo, que es el que pone más energía en cada uno. Las tres cosas mueven la cifra mucho más que la calidad del sensor.͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏
La forma de compararlas es llevarlas a la reflectividad de tu superficie más oscura con la ley de la raíz. Una ficha que da 450 m sobre un 80 % llega, con esa cuenta, a 159 m sobre un 10 %. Otra que da 250 m sobre un 10 % llega un 57 % más lejos sobre esa superficie, aunque su cifra grande sea menor.͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏
Y hay que preguntar en qué modo. Muchos sensores ofrecen más pulsos por segundo a cambio de menos alcance: la densidad de la ficha y el alcance de la ficha pueden ser de modos distintos que no se usan a la vez.͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏
Precisión, exactitud y confianza
Tres palabras que las fichas usan como si fueran la misma cosa:͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏
- Precisión, o ruido. Cuánto se dispersan las medidas repetidas de la misma superficie. En una nube se ve como el grosor de una superficie plana. Se da a una distancia y sobre una superficie.
- Exactitud. Cuánto se separa la media de la verdad. En una nube se ve como un desplazamiento. Depende de la trayectoria, la calibración y la base, que son el bloque B.
- Confianza. Si la cifra es una desviación típica (1σ, un 68 % de las medidas), un RMSE o un valor al 95 %. Pasar de 1σ al 95 % en vertical es multiplicar por 1,96, como en la lección 17 del curso 2.
Una «exactitud del sistema de 3 cm» dada a 50 m de altura no es mejor que una de 5 cm dada a 100 m. Si el GNSS de la trayectoria aporta 2 cm, los otros 2,24 cm crecen con la distancia: a 100 m son 4,5 cm, y el total, 4,9 cm. Casi lo mismo. La cuenta completa es la lección 10.͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏
Pulsos, ecos y puntos
«Hasta 1.200.000 puntos por segundo» puede ser un sensor de 240.000 pulsos que cuenta hasta cinco ecos por pulso. Para planificar, lo que importa es:͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏
- Los pulsos por segundo, que fijan cuántas veces se mira el terreno.
- La fracción aprovechada: los que caen dentro del campo útil y vuelven.
- Los ecos, que no añaden suelo en campo abierto: sobre un prado, un pulso da un eco.
Bajo vegetación, los ecos adicionales sí son información, y la cifra que interesa es la separación mínima entre ellos, que es la lección 3.͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏
Lo que la ficha no puede decirte
Algunas cifras no se leen: se miden con tu equipo montado.
- Los minutos útiles con el sensor puesto, con tu reserva y tus maniobras de inicialización.
- La densidad real de lado a lado, con una pasada sobre una explanada, que es el dril de la lección 4.
- El alcance sobre tu superficie, con una pasada de prueba, que es el dril de la lección 2.
- La exactitud en tu zona, con puntos de chequeo, que es la lección 26.
La ficha sirve para descartar y para saber qué preguntar. Para aceptar un encargo, se mide.͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏͏
AJUSTES DE PARTIDA
Comparar fichas de LiDAR y llevarlas a tu encargo
- Alcance
- Pedir reflectividad, luz y modo; llevarlo a tu superficie con la raíz
- Precisión de rango
- Pedir distancia, superficie y confianza
- Exactitud del sistema
- Pedir altura, tipo de trayectoria y confianza; escalar la parte angular con la altura
- De 1σ al 95 % en vertical
- × 1,96
- Puntos por segundo
- Convertir a pulsos por segundo dentro del campo útil
- Campo de visión
- Útil, no total; y su forma
- Ecos
- Separación mínima entre ecos y si guarda la onda completa
- Inercial
- Errores posprocesados de balanceo, cabeceo y rumbo por separado
- Lo que se mide y no se lee
- Minutos útiles, densidad de lado a lado, alcance sobre tu superficie y exactitud con chequeo
Qué se hace mal
Eliges un LiDAR porque su ficha tenía más alcance, más puntos y más precisión que otro, y en tu primer encargo con cubiertas oscuras y vegetación rinde peor que el que descartaste.
Por qué, de más a menos probable
- El alcance de su ficha estaba dado sobre un 80 % y el del otro sobre un 10 %.
- Sus puntos por segundo contaban todos los ecos, y sus pulsos eran los mismos.
- Su exactitud estaba dada a menos altura que la del otro.
- Su separación mínima entre ecos era mayor y funde más el matorral.
La corrección
Rehaz la comparación llevando cada cifra a tu condición: alcance sobre tu superficie más oscura, pulsos dentro del campo útil, exactitud a tu altura y al 95 %, y separación mínima entre ecos. Pide al fabricante las condiciones que falten antes de fiarte de ninguna cifra y comprueba con una pasada de prueba.
Caso práctico
Eugenia tiene una empresa de topografía en Ribadesella (Asturias) y va a alquilar un LiDAR para una temporada de modelos del terreno en prados, hayedos y pueblos con cubiertas de pizarra. Le ofrecen dos sensores. La ficha A dice: alcance de 450 m sobre un 80 %; 1.200.000 puntos por segundo; exactitud del sistema de 3 cm a 50 m de altura. La ficha B dice: alcance de 250 m sobre un 10 %; 240.000 pulsos por segundo con hasta cinco ecos; exactitud de 5 cm a 100 m, a 1σ. Los dos tienen 70° de campo útil. Eugenia vuela a 100 m y sus clientes piden 10 cm al 95 % en vertical. Pregunta al fabricante de A y le confirman que su exactitud también es a 1σ, que sus puntos son ecos, con hasta cinco por pulso, y que su trayectoria aporta 2 cm.
¿Cuál de los dos le conviene y cumple lo que piden sus clientes?
- Puntos: 1.200.000 ecos a cinco por pulso son 240.000 pulsos. Los dos sensores miran el terreno las mismas veces.
- Alcance sobre un 10 %, del orden del suelo húmedo de un hayedo: A llega a 450 × √(0,10 ÷ 0,80), unos 159 m. B da 250 m sobre un 10 %. B llega un 57 % más lejos, y la pizarra, del orden de un 8 %, es aún más oscura.
- Exactitud de A a su altura: de los 3 cm a 50 m, 2 son del GNSS y la parte angular es √(3² − 2²), unos 2,24 cm. A 100 m, la parte angular se duplica a 4,5 cm y el total es √(2² + 4,5²), unos 4,9 cm.
- Exactitud de B: 5 cm a 100 m. A y B son prácticamente iguales a la altura de Eugenia.
- Al 95 %: A, 4,9 × 1,96, unos 9,6 cm; B, 5 × 1,96, 9,8 cm. Los dos cumplen los 10 cm, pero sin margen: en encargos con esa exigencia bajará algo la altura, y lo comprobará con chequeo.
- Queda el alcance: con cubiertas de pizarra y suelo de hayedo húmedo, gana B, y a 100 m con 1,22 veces la altura en el borde, A tiene 122 m inclinados frente a 159 de alcance, con poco margen para caras inclinadas y eco parcial.
- Pide a los dos la separación mínima entre ecos antes de decidir, porque va a trabajar bajo matorral y hayedo.
La respuesta
A y B tienen los mismos pulsos por segundo y, a 100 m, una exactitud casi igual, de 4,9 y 5 cm a 1σ: unos 10 cm al 95 %, justo lo que piden sus clientes. La diferencia real es el alcance sobre superficies oscuras, donde B llega un 57 % más lejos. Le conviene B, a falta de comparar la separación mínima entre ecos, y en los encargos de 10 cm al 95 % volará algo más bajo y lo comprobará con chequeo.
Por qué funciona
Cada cifra de ficha es una medida en una condición, y la física de la cifra dice cómo cambia con la condición. Llevadas las dos fichas a la altura, la superficie y la confianza de Eugenia, la cifra grande deja de importar y aparece la que decide.
Y si cambia una condición
Si Eugenia solo trabajara sobre prados y hormigón claro, las dos fichas darían un alcance de sobra a 100 m, y la decisión pasaría a la separación mínima entre ecos, los minutos útiles con el sensor montado y la densidad real de lado a lado, que se miden con una pasada de prueba.
Ejercicio · para hacerlo volando
Llevar dos fichas reales a la condición de tu encargo habitual.
- Elige dos fichas de LiDAR de dron y copia sus cifras de alcance, precisión, exactitud, puntos o pulsos, campo, divergencia, ecos e inercial.
- Apunta al lado de cada cifra su condición y marca las que no la tienen.
- Escribe la pregunta que harías al fabricante por cada condición que falte.
- Con las que tienen condición, calcula alcance sobre tu superficie más oscura, pulsos dentro del campo útil y exactitud a tu altura al 95 %.
- Escribe en una frase qué cifra decide entre los dos para tu encargo habitual.
LO HAS CONSEGUIDO CUANDO · Tienes una tabla con cada cifra, su condición o la pregunta pendiente, y las cifras de los dos sensores llevadas a tu altura, tu superficie y el 95 %, con la cifra que decide señalada.
LLÉVATELO AL CAMPO
- Una cifra sin condición no se usa.
- Alcance: con reflectividad, luz y modo, llevado a tu superficie con la raíz.
- 450 m sobre un 80 % son 159 m sobre un 10 %.
- Exactitud: separa la parte del GNSS y escala la angular con la altura.
- De 1σ al 95 % en vertical: × 1,96.
- Puntos por segundo: pregunta si son pulsos o ecos.
- Pide la separación mínima entre ecos si hay matorral.
- Minutos útiles, densidad real, alcance y exactitud en tu zona se miden, no se leen.