Estudio de Realidad ArcGIS
Stuttgart 3D: creación de contenido fundamental para una ciudad aún más inteligente
La ciudad de Stuttgart en Alemania, como parte de su concepto Smart City Stuttgart, tiene objetivos estratégicos para apoyar a sus oficinas de Planificación Urbana, Vivienda y Edificación. Uno de estos objetivos es mejorar las bases de datos para la planificación urbana dentro de la administración. Una iniciativa que respalda este objetivo es crear un modelo de ciudad realista en 3D cada dos años. La ciudad de Stuttgart publica un concurso público para la adquisición, procesamiento y creación de imágenes de un modelo digital de superficie (DSM), un True Ortho, una nube de puntos y una malla 3D. Desde un punto de vista práctico, para una empresa aérea, esto implica una compleja planificación del vuelo, adquisición de imágenes, procesamiento fotogramétrico y generación de resultados finales para ayudar a la ciudad de Stuttgart y a sus partes interesadas a apoyar iniciativas urbanas como proyectos de planificación. En 2023, GeoFly GmbH, una empresa de cartografía aérea para el mercado europeo, ganó esta licitación.
¿Qué es eso en el cielo?
El proceso de planificación de vuelos y adquisición de imágenes aéreas es diferente para cada ciudad, y se deben considerar varios aspectos: la distancia de muestreo en tierra (GSD) y la superposición de imágenes son componentes esenciales de la planificación y se especifican en una licitación. Para ciudades con topografía tipo cuenca, como Stuttgart, el cálculo de la altura de vuelo constante debe considerar la distancia más larga al suelo para garantizar que no se exceda el GSD máximo, manteniendo al mismo tiempo la superposición requerida para todas las imágenes.
Modelo digital de superficie para Stuttgart, que muestra la topografía similar a una cuenca; Fuente: GeoFly GmbH - Vexcel Osprey 4.1 - procesado con ArcGIS Reality por Esri. Copyright © GeoFly GmbH/Esri
En la mayoría de los casos, los vuelos de mapeo aéreo pueden reconocerse por sus líneas de vuelo paralelas, lo que podría causar sospechas al ávido rastreador de vuelos en línea, especialmente porque hoy en día es común que las personas rastreen vuelos en aplicaciones como Flightradar 24.
Patrón de vuelo de este proyecto. naranja: AOI-True Ortho Photo, azul: AOI Mesh, verde: AOI Mesh de alta resolución, con líneas de vuelo en rojo y bucles en verde. Fuente: GeoFly GmbH - Vexcel Osprey 4.1 - procesado con ArcGIS Reality por Esri. Copyright © GeoFly GmbH/Esri
Las líneas de vuelo están conectadas por pequeños bucles, lo que añade un elemento intrigante y cautivador para los entusiastas observadores de aviones.
Sin embargo, hay un efecto positivo de las aplicaciones de seguimiento de vuelos, y es que empresas como GeoFly han ganado conciencia pública en los últimos años por sus obras de arte aéreas en las aplicaciones.
¡Es hora de volar!
GeoFly utilizó un sensor Vexcel Osprey 4.1, que estaba montado en uno de sus aviones Diamondcraft DA62 MPP. El sensor utiliza tecnología avanzada para compensar el movimiento rápido durante la adquisición. Un excelente rendimiento de vuelo y eficiencia caracterizan específicamente a estos aviones. En comparación con modelos de aviones similares, tienen un consumo de combustible especialmente bajo. Además, el DA62 utiliza combustible para aviones en lugar del tradicional AVGAS con plomo. Ambos factores contribuyen positivamente a la huella de carbono y al mismo tiempo ofrecen beneficios económicos.
Uno de los MPP DA62 de Geofly en el hangar de Magdeburgo. Fuente: GeoFly GmbH. Copyright © GeoFly GmbH
Estos ahorros ambientales y económicos se vuelven especialmente valiosos considerando las 1300 horas de vuelo de GeoFly cada año, lo que suma 1,8 millones de kilómetros (aproximadamente 1,2 millones de millas) volados con una cobertura de imagen de 3,5 millones de km² (aproximadamente 1,35 millones de millas²) durante los últimos cinco años. . Esto significa que GeoFly dio la vuelta a la Tierra casi 45 veces y cubrió un área 10 veces el tamaño de Alemania, 1/3 del tamaño de los EE. UU. o 490 millones de campos de fútbol en cinco años. Para el proyecto de la ciudad de Stuttgart se adquirieron 69.760 imágenes, lo que equivale a la friolera de 40 terabytes de datos y aproximadamente 12,5 terapíxeles. Las imágenes del nadir (perpendicular a la superficie de la Tierra) del área más grande del proyecto cubren por sí solas 1152 km² (aproximadamente 715,82 mi²), lo que equivale a 2330 km (aproximadamente 1447,79 millas) volados y 12,5 horas de vuelo en cuatro días de vuelo diferentes.
Centro de imágenes para 69760 imágenes nadir y oblicuas. Fuente: GeoFly GmbH. Copyright © GeoFly GmbH
El número de días de vuelo es necesario para garantizar las mejores condiciones climáticas y de iluminación para todas las imágenes. Las imágenes se adquirieron a 7 cm GSD. Para el centro de la ciudad se adquirió un conjunto de datos adicional con GSD de 4 cm. Ambos conjuntos de datos se volaron con un 80% de superposición hacia adelante y un 65% de superposición lateral.
Imagen aérea del nadir que muestra la Schlossplatz de Stuttgart con el castillo nuevo y el antiguo. Fuente: GeoFly GmbH - Vexcel Osprey 4.1. Copyright © GeoFly GmbH
De vuelta en la oficina
Una vez finalizada la captura de datos, llegó el momento de realizar el procesamiento fotogramétrico. Se utilizó ArcGIS Reality Studio de Esri para realizar la alineación de la imagen y el procesamiento de DSM, True Ortho, Point Cloud y 3D Mesh del conjunto de datos completo. La alineación de la gran área incluyó cuatro sesiones de captura con una sesión de captura individual por cada día de vuelo. Tratar los días de vuelo como sesiones de captura individuales permite considerar desalineaciones individuales de puntería y brazos de palanca, así como conjuntos de calibración de cámara individuales. Este proceso de alineación incluyó la medición de 23 puntos de control y verificación en tierra, lo que puede ser un proceso que requiere mucho tiempo. ArcGIS Reality Studio puede realizar mediciones rápidas de puntos de control. La reproyección geométrica y el contenido de la imagen se utilizan para encontrar de forma semiautomática las características respectivas en cada imagen relevante.
"La función para la medición automática del punto de control es fantástica, nunca antes la había experimentado con esta calidad e implementación".
Susann NitzscheJefe de producción de datos - GeoFly GmbH
Para garantizar que se cumplan los requisitos de la licitación, ArcGIS Reality Studio ofrece una variedad de herramientas y funciones de control de calidad fáciles de usar, como la medición manual de puntos de enlace, puntos de control y puntos de control terrestre. El siguiente desafío después de completar el proceso de alineación fue generar rápidamente los productos fotogramétricos. Mientras que las fotografías DSM y True Ortho se procesaron en el grupo de oficinas de GeoFly, se utilizó Reality Engine para procesar la malla 3D en la nube.
"¡Estoy emocionado! ¡El software se ve muy bien y el manejo es excelente!"
Aicke DamrauDirector General - GeoFly GmbH
"La calidad de la textura de la malla supera nuestras expectativas; incluso las áreas más difíciles, como las fachadas, se muestran limpiamente".
Aicke DamrauDirector General - GeoFly GmbH
Datos en acción para apoyar las iniciativas y objetivos estratégicos de la ciudad
Martin Grünheid y Benjamin Vogel, de la Oficina de Estudios Municipales de Stuttgart, publicaron los resultados en su sistema Geoinformation. Con una escena web compartida internamente, otras oficinas de la ciudad ahora pueden usar estos datos para múltiples propósitos, como medir o visualizar el gradiente de sombra o aplicaciones como el análisis del potencial solar. Para algunos de los proyectos de planificación urbana, la Oficina de Inspección de la Ciudad comparte escenas web disponibles públicamente que incorporan una malla 3D y propuestas de construcción de varios arquitectos. Este enfoque inclusivo permite a los habitantes de la ciudad participar activamente en el proceso de toma de decisiones para el desarrollo de la ciudad. La malla 3D de alta resolución del centro de la ciudad forma parte de un proyecto de financiación para la movilidad y el medio ambiente, donde se utiliza como catalizador para otros proyectos, como la integración de datos de sensores en tiempo real en un gemelo digital. También existe una propuesta futura para combinar el 3D Mesh con imágenes históricas georreferenciadas. En este escenario, 3D Mesh sirve como una capa fotorrealista y fácil de navegar y permite al usuario caminar virtualmente por la ciudad, visualizando imágenes históricas de ubicaciones específicas.
Malla 3D - Stuttgart Verde. Fuente: GeoFly GmbH - Vexcel Osprey 4.1 - procesado con ArcGIS Reality por Esri. Copyright © GeoFly GmbH/Esri
El DSM y True Ortho se utilizan en los sistemas InVeKoS (Integriertes Verwaltungs-und Kontrollsystem=Sistema integrado de gestión y control), que se utilizan para determinar el uso de la tierra de las zonas agrícolas para garantizar que los subsidios de la Unión Europea se utilicen de manera adecuada. . Los productos creados a partir de ArcGIS Reality Studio son adecuados para muchas más aplicaciones, incluida la detección de cambios, la extracción de huellas de edificios, el análisis de inundaciones, el análisis de espacios verdes, el análisis térmico y mucho más.
"Estamos muy satisfechos con la calidad del tejido; los bordes del edificio están reconstruidos de forma muy nítida".
Benjamín VogelOficina de encuestas municipales de Stuttgart
¿Quién es GeoFly GmbH?
La principal experiencia de GeoFly es la adquisición de imágenes aéreas con sistemas de cámaras nadir, oblicuas y térmicas para mapeo de la realidad de toda la ciudad y el país, que incluso pueden ser respaldados por lidar aéreo. GeoFly utiliza cámaras avanzadas, equipos LiDAR y aviones. Además de dos Ultracam Eagle Mark3 y una Ultracam Osprey 4.1, para la adquisición de datos se utiliza el sensor térmico IR8800. GeoFly utiliza 5 aviones en total, tres de ellos son Diamondcraft DA62 MPP.
Uno de los MPP DA62 de Geofly en el aeródromo de Magdeburgo, Alemania. Fuente: GeoFly GmbH. Copyright © GeoFly GmbH
GeoFly tiene 10 años de experiencia en la entrega de DSM, True Orthos, nubes de puntos 3D y mallas 3D para cumplir con los estándares de alta calidad de licitaciones y clientes privados. Históricamente, a GeoFly se le pedía que produjera solo resultados DSM y True Ortho, pero con la creciente eficiencia de los sistemas de cámaras oblicuas, la demanda de mallas 3D se ha vuelto significativamente mayor en los últimos cuatro años. También existe una demanda creciente de imágenes térmicas. Las imágenes térmicas se pueden combinar y utilizar en mallas 3D para determinar las fuentes de pérdida de calor en los edificios y respaldar una planificación urbana respetuosa con el clima. En otros casos, estas imágenes térmicas se utilizan para determinar rápidamente fugas en tuberías de calefacción urbana y garantizar que las localidades sean seguras, así como para localizar, controlar y eliminar procesos aeróbicos (incendios en sitios) y anaeróbicos (producción de gas) de eliminación de desechos. sitios.
Florian en uno de los MPP Da62 de Geofly. Fuente: GeoFly GmbH. Copyright © GeoFly GmbH
Por: Florian Fischer
