GSD ¿porqué es importante elegir el GSD adecuando para sus vuelos de inspección?
Fotogrametría con drones
1. GSD
Con relativa frecuencia nos hacen la misma pregunta. ¿Con qué GSD nos entregáis el trabajo?
La respuesta a esa pregunta dependerá del resultado que se espere y lo que se quiera pagar por él. Si bien todos los trabajos de inspección requieren un cálculo de GSD preciso, dependiendo de lo que se quiera obtener del vuelo, éste podrá afectar al GSD a elegir.
Como en toda en la vida, hay que cotejar la relación calidad/coste. Una inspección con mayor resolución (un GSD más pequeño) ofrecerá más información, pero podrá aumentar significativamente los tiempos de vuelo y el procesamiento de datos. Tiempos de vuelo altos, implica una mayor utilización de baterías, las baterías hay que cargarlas y éstas en drones profesionales, no son baratas, ni en su adquisición ni en la necesidad de cargarlas en el campo durante la operación con estaciones portátiles. Y un vuelo a menor resolución (vuelo a mayor altura), disminuirá el tiempo de trabajo y utilización de baterías, pero podrás perder información. Por lo tanto, se tiene que encontrar el punto ideal que le proporcione la información que necesita al mejor precio posible.
Pero, ¿y qué es eso del GSD? Te podrás preguntar.
¡Empecemos por el principio!
2. QUÉ ES EXACTAMENTE EL GSD
GSD significa Ground Sample Distance, por sus siglas en ingles. En términos simples, podríamos decir que es la resolución del escaneo durante el vuelo. Mide el espacio real que ocupa cada píxel de la fotografía y, por lo tanto, normalmente se expresa en cm/píxel.
Veamos el siguiente ejemplo para hacer esto más tangible.
Tenemos un módulo con diferentes GSD. Como se aprecia en la ilustración 1 de abajo, cuanto menor es el GSD, mayor será la resolución de las imágenes o menos pixelado saldrá. Con un GSD de 3 cm/pixel se pueden diferenciar las líneas que hay entre las celdas, aunque sean de unos pocos milímetros de grosor.
Una resolución menor, o un GSD mayor, la imagen se distorsiona y se pierde nitidez en la misma. Apareciendo diferentes tonos y líneas menos definidas. Esto mismo sucede en imágenes térmicas, donde se podrían detectar con un GSD alto, un ΔT en diferentes celdas de un módulo, pero podrían pasar desapercibidos problemas más sutiles como un principio de PID
Ilustración 1: visualización de un panel a diferentes GSD
Ground Sample Distance se definió para escaneos terrestres (de ahí la palabra «ground»), pero se ha terminado por usar para otros tipos de sensores como imágenes adquiridas desde el aire con drones, aviones o incluso satélites. Sin embargo, siempre es importante considerar cuál es la superficie objetivo. Por ejemplo, si desea escanear paneles solares en un tejado, tendrá que tener en cuenta otros factores que la resolución a nivel de suelo.
3. ¿De qué depende esta distancia de GSD?
El GSD depende de varias cosas, sobre todo las de las especificaciones de la cámara (resolución y características de la lente) y también la distancia entre la cámara y el objetivo, por ejemplo, que en nuestro caso es la propia altitud de vuelo. Veamos los parámetros de definición por separado.
Si nos fijamos en la cámara, los factores más importantes son la resolución y las características del objetivo. Una cámara de mayor resolución producirá un escaneo de mayor resolución. Eso tiene sentido, ¿verdad? Sin embargo, el impacto de la lente es un poco más complicado de entender, por lo que no entraremos en detalles aquí. Puede encontrar mucha información en internet a propósito de esto.
Lo que nos importa, para simplificarlo, es que la lente determina el campo de visión. Un campo de visión más amplio significa que capturará un área más grande, lo que reduce la resolución del escaneo. Mejores lentes causan menor distorsión en las imágenes, lo que mejora la resolución.
El impacto final es la distancia entre el objetivo y la cámara, determinada principalmente por la altitud de vuelo. Volar más alto nuevamente le permite cubrir un área más amplia, pero reduce la resolución del escaneo.
“Incluso cuando se vuela a una altura constante, es posible que las imágenes de un proyecto no tengan el mismo tamaño de pixel en el terreno (GSD). Esto se debe a las diferencias en la elevación del terreno y a los cambios en el ángulo de la cámara al momento de la toma. Debido a que el ortomosaico se crea usando una nube de puntos en 3D y las posiciones de la cámara, se deberá calcular y usar un tamaño de pixel en el terreno (GSD) promedio.»
FUENTE: Pix4D
4. ¿El GSD afecta el tiempo de adquisición y procesamiento de las imágenes tomadas?
¡Sin duda! Volar a un GSD bajo (1 cm/pixel, p.e.) aumenta la cantidad de imágenes tomadas y, por lo tanto, el tiempo necesario para adquirirlas y procesarlas, lo que se reflejará en el precio del trabajo a realizar. En primer lugar, porque se necesitarán usar más baterías. Las baterías no son baratas. Habrá una necesidad de tener que cargar las baterías gastadas mientras el dron haga su trabajo durante una jornada laboral. Y esto tampoco es barato. Y en segundo lugar, cuantas más imágenes, más pesará el proyecto. Si éste se tiene que tratar en un servidor, no será lo mismo un proyecto con 200 imágenes, que 4000. El espacio, y mantenimiento del servidor, será más caro, con lo que un trabajo más detallado, implicará un trabajo más caro.
Una buena regla a usar, es si reduce a la mitad el GSD (el doble de resolución), el coste se multiplicará por cuatro. Dividir el tamaño físico de un píxel crea cuatro veces más píxeles. Por lo tanto, debe capturar y procesar cuatro veces más datos. La siguiente imagen deja clara esto mismo.
Veamos un ejemplo:
Volar una Planta Fotovoltaica de 15 Ha (que vendría a ser una planta de aproximadamente 10 MWp) con un GSD de 3 cm/pixel llevaría un vuelo de unos 90 minutos con una Wiris Pro frente a unos 30 minutos de vuelo si se hace con un GSD de 6 cm/pixel.
Si tuvieras que volar en proyectos más grandes, y con una exigencia por parte del cliente de una resolución de 3 cm/pixel o menor, implicaría un aumento en el tiempo de vuelo y el uso de baterías que tendrá un impacto económico real en el trabajo. Por lo tanto, es esencial asegurarse de que está utilizando su tiempo y los recursos de los que dispone de manera eficiente.
Lo mismo se aplica al tiempo de procesamiento de datos: más datos tardarán más en procesarse, ordenador o servidores más potentes, capacidad de almacenamiento y el procesamiento de tanta información.
Es crucial equilibrar sus necesidades con el presupuesto del proyecto.
5. ¿Qué GSD necesito?
Como se mencionó anteriormente, determinar el GSD con el que necesitará volar, dependerá de lo que quiera obtener en su inspección. Lo podemos dividir en dos partes: detección y análisis.
En un caso de uso de detección, lo que desea es detectar algo sin tener que analizarlo en otra ocasión. Un buen ejemplo es el escaneo de la construcción de una planta solar y lo que necesitas es detallar la cantidad de módulos instalados.
Sin embargo, en un caso de uso de análisis, necesitará un nivel de detalles más exhaustivo, ya que el objetivo es analizar las anomalías encontradas durante el vuelo. Piense por ejemplo en la necesidad de tener una estimación de pérdidas de rendimiento de la planta al realizar un escaneo térmico.
El elemento más pequeño que desea detectar o analizar define qué GSD necesitará. Veamos lo que esto significa para los diferentes tipos de inspecciones.
Representación del nivel de detalle a diferentes alturas en un escaneado térmico
“As an energy company, if your drone service provider isn’t flying at the correct altitude, the analytics and reports you receive can easily contain inaccuracies and errors. These inaccuracies can include the inspection not identifying all anomalies affecting the production of the solar farm, the identification of false positives, and the misidentification and misclassification of anomalies.«
FUENTE: Raptor Maps
5.1. Tipo de Inspección: Térmica
El objetivo de una inspección térmica puede variar desde un escaneo rápido de la planta para detectar problemas graves que pudieran existir en los strings o inversores, hasta un análisis detallado de los problemas a nivel de subcelda para poder dar prioridad a las acciones de mantenimiento a realizar o tener que hacer uso de las garantías del instalador/fabricante.
La siguiente tabla muestra qué tipo de problemas se pueden detectar o analizar en los GSD térmicos más comunes. Es importante saber que la mayoría de las inspecciones térmicas se basan en imágenes visuales para ayudar a identificar la causa de los problemas. Dado que las causas visuales pueden ser mucho más pequeñas que el propio defecto (como el excremento de un pájaro que provoca un sobrecalentamiento de la celda), recomendamos utilizar un GSD visual de 3 a 4 veces más pequeño que el GSD térmico para clasificar las anomalías correctamente.
Veamos estos GSD comunes y sus casos de uso.
Un GSD térmico de 10 cm o lo que implica volar a una altura elevada, con poco nivel de detalle pero un tiempo de vuelo de la planta muy reducido, es excelente para verificar rápidamente los problemas más importantes que pudieran existir en la planta, como interrupción de energía en los inversores o strings, paneles abiertos o substrings anulados. Incluso debería poder detectar defectos críticos a nivel de celda, como puntos calientes con Deltas T altos, pero no se podría confiar en las mediciones de temperatura que diera para tener un informe de prioridades a realizar debido al desenfoque de los termogramas. Tenderán a ser subestimados, por lo que si esto es necesaria deberá reducir su umbral para poder investigarlos.
Un GSD térmico de 5,5 cm es el punto ideal para la mayoría de los clientes. Analiza con precisión los defectos a nivel de celda mientras detecta problemas a nivel de sub-celda. Dado que es difícil predecir con precisión el impacto de los problemas a nivel de subceldas solo con un escaneo térmico y el coste que provoca un escaneo de 3 cm, que como se ha indicado, puede ser de hasta 4 veces mayor, los beneficios que tiene un GSD pequeño, no compensará los costes del mismo.
Un GSD térmico de 3 cm es utilizado fundamentalmente por clientes que están interesados en tener información precisa sobre todos los defectos que tenga en su planta solar. También lo recomienda el estándar IEC 62446-3 y, por lo tanto, algunos fabricantes de módulos pueden exigirlo para exigir reclamaciones en periodos de garantía. Debido a que tiene una alta resolución, las mediciones de temperaturas absoluta de pequeñas anomalías, serán más precisas, lo que facilitará la comparación con la existencia de una línea base del proyecto. Desafortunadamente, los costes de toma de imágenes y procesamiento son mucho más altos, por lo que solo vale la pena si sabe cómo aprovechar al máximo esta información.
Es conveniente indicar que los citado anteriormente se basa en tamaños de celda estándar. Las celdas divididas o los módulos de película delgada pueden necesitar tener una resolución mayor para poder analizarlos correctamente.
Como destacamos al principio de este artículo, reducir la resolución esencialmente desenfoca la imagen. En un análisis térmico, pequeñas anomalías, con un ΔT alto pueden ser detectados con un GSD alto, mientras que los defectos más sutiles pueden pasar desapercibidos. La siguiente tabla ofrece una descripción general de lo que se puede detectar con los diferentes GSD descritos en este artículo.
5.2. Seguimiento de un proyecto de construcción fotovoltaico
Los vuelos para el seguimiento del proceso de construcción de una planta solar suelen ser más sencillos ya que solo necesitan imágenes visuales para ello.
Por lo general se busca durante este vuelo el seguimiento de los trabajos mecánicos, por ejemplo, la instalación de pilotes, estructuras y módulos. El elemento más pequeño aquí suele ser un pilote. Se recomienda un vuelo con un GSD de alrededor 2 cm/pixel para este caso en concreto.
Hay dos casos en el que se necesitará un análisis para la etapa de construcción de una planta solar: análisis de calidad y análisis de movimiento de tierras. Un GSD de 1 a 2 cm es más que suficiente para estos casos, suponiendo que utilice un sistema de posicionamiento de alta precisión como el RTK y con puntos de control terrestre (GCP).
5.3. Tipo de Inspección: Topográfico
Un escaneo topográfico tiene como objetivo generar un modelo 3D preciso del sitio para diseñar y optimizar su planta solar de manera adecuada.
Recomendamos un GSD de 1 a 2 cm por pixel para topografías basadas en imágenes. Las topografías irregulares de hasta 5 cm/pixel ya son mejores que los modelos basados en satélites, pero por lo general no permiten filtrar la vegetación adecuadamente si esto fuera necesario. También es posible trabajar con la adquisición basada en LIDAR ya que facilita filtrar la vegetación, pero el coste de un vuelo no un LIDAR en un dron, no es tampoco barato. Tenga en cuenta que el LIDAR más básico, puede estar alrededor de 20.000€. Y cuanto más básico, más bajo se tendrá que volar y más despacio, lo que encarecerá el trabajo si la superficie es extensa. Para superficies amplias que haya que volar a 70 metros de altitud y una velocidad de vuelo de 10 m/s y que la precisión sea de 2 cm, un LIDAR que cumpla con estos requisitos puede alcanzar la cifra de 150.000€
Conclusión
Elegir el GSD correcto no siempre es una tarea fácil. Los escaneos de mayor resolución (altura de vuelo baja y más tiempo de vuelo) revelan más detalles, lo que permite un mejor análisis y más detallado. Desafortunadamente, aumentar la resolución aumenta rápidamente los costes. Duplicar la resolución generalmente aumenta el coste hasta por cuatro, como ya se explicó en este artículo. Si no está seguro de qué es lo mejor para su caso de uso, pruebe primero el término medio. Revelará mucha información, a un precio asequible.
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