Tecnología LiDAR móvil en proyectos ferroviarios

*Por el Tec. Leandro E. Pinto de la empresa Consular Consultores Argentinos Asociados S.A.

El uso de la tecnología LiDAR terrestre móvil, en proyectos concretos de nuestro país, permite entender a ésta como una solución adecuada a los más estrictos requerimientos, permitiendo además la integración de tales datos en entornos SIG y BIM.

Introducción
El relevamiento topográfico para el desarrollo de obras de infraestructura actualmente representa un gran desafío al momento de su planificación, ejecución y generación de resultados en tiempos cada vez más reducidos; dado fundamentalmente por el alto grado de detalle y precisión requeridos, los cuales gracias a las nuevas herramientas digitales de procesamiento y manejo de información permiten una eficiente y rápida gestión de los datos entre las partes involucradas en el proyecto.
Con el objeto de brindar una adecuada respuesta a los requerimientos específicos, es fundamental la adaptación de las metodologías de trabajo, incorporando todas aquellas técnicas tendientes a una optimización de los tiempos sin por ello sacrificar la calidad de los resultados. Es a partir de ésta premisa que consideramos el mantenerse vigentes en los avances tecnológicos vinculados a la profesión como un elemento esencial en la empresa.
La tecnología denominada LiDAR, por su el acrónimo de Light Detection and Ranging, cuyas primeras aplicaciones se remontan a finales de la década del ochenta, y que gracias a los últimos avances tecnológicos se ha hecho más accesible en el ámbito de uso civil, es una clara solución a las demandas actuales.
En el año 2008, con la adquisición del primer sensor LiDAR terrestre móvil, en su momento único en Sudamérica, y cuarto a nivel mundial; en la empresa dedicamos gran parte de nuestro esfuerzo a la investigación, ajuste de metodologías de relevamiento, procesamiento y manejo de datos generados; el presentar ésta tecnología y sus capacidades en el ámbito técnico sin dudas nos demandó igual o mayor esfuerzo.
Las exposiciones sobre los múltiples usos del relevamiento LiDAR, ante especialistas de diversas materias cobraron mayor frecuencia, estas se llevaron a cabo en el sector privado, instituciones públicas, y desde ya en el ámbito académico. Cada presentación nos permitió tener un estrecho contacto, siempre gratificante y enriquecedor, con profesores, alumnos, y profesionales usuarios provenientes de distintos medios, esto debido al inmenso espectro de usos posibles que brinda la información LiDAR como dato base.
El primer paso en el uso de ésta innovadora metodología de relevamiento topográfico fue, haciendo honor a la historia y trayectoria de nuestra empresa, para el desarrollo de proyectos viales propios; con el correr de los años y la experiencia, se ha afianzado cada eslabón del proceso permitiendo en la actualidad ser proveedores de este servicio a empresas nacionales, multinacionales y extranjeras.
Luego del relevamiento topográfico para proyectos viales siguió una variedad por demás extensa de trabajos, con diversas finalidades como ser: electroductos, gasoductos, proyectos de estudios hidráulicos, desarrollo de SIG urbano, estudios arqueológicos, análisis de maleza en cultivos, estudio de variables forestales, etc. Sin embargo, existía una aplicación que, desde el primer montaje del sistema LiDAR, estuvo pendiente, y afortunadamente es la que hoy nos convoca, el relevamiento ferroviario de detalle.

Características del proyecto
La encomienda de la tarea de relevamiento fue realizada por una empresa extranjera, la cual contaba con experiencia previa en el manejo de datos propios de un relevamientos LiDAR, por lo que consideraban a ésta metodología de levantamiento como la más adecuada a los fines del proyecto. Tomando como base esa premisa es que establecen contacto con nuestra empresa, y a partir de allí se da inicio a éste proyecto, que más allá de la alta complejidad, propia del medio ferroviario, fue muy satisfactorio para todos los involucrados.
El relevamiento LiDAR se llevó a cabo en una de las líneas con mayor actividad en el país, específicamente en una serie de tramos que poseen una frecuencia de tránsito ferroviario muy elevada, dado que los mismos unen centros urbanos con gran movilidad de pasajeros. Por estas características era primordial el utilizar un método de relevamiento que permitiese su realización con la mayor celeridad posible, sin afectar el normal funcionamiento de la línea, en el horario indicado por la operadora del servicio, y siempre respondiendo a los requerimientos de proyecto.
La traza relevada forma parte de la Línea General Roca, y los tramos considerados son los que se listan a continuación, indicando la longitud de cada uno de ellos:
Plaza Constitución – Estación La Plata (54 km)
Temperley – Villa Elisa (31 km)
Berazategui – Bosques (8.8 km)

Considerando que la finalidad del relevamiento topográfico era la de brindar información topográfica de base para el proyecto de renovación del “Sistema de señalamiento y control de trenes”, se requería contar con información georreferenciada de alta precisión correspondiente a: rieles, aparatos de vía, señalamiento ferroviario, pasos a nivel (PAN), postes de electrificación, postes telegráficos, etc.
El nivel de detalle requerido en la encomienda, llevó a desestimar la ejecución del relevamiento mediante el uso del sensor LiDAR aerotransportado, optando para la realización del mismo con nuestro sensor terrestre LiDAR móvil.

Sensor LiDAR en entorno ferroviario
El ámbito ferroviario, como espacio para el desenvolvimiento de las tareas de relevamiento topográfico, posee una serie de normativas específicas a ser cumplimentadas como condición para el acceso a zona de vías y demás espacios comunes a la actividad ferroviaria. Por tal razón es que la elección del método de relevamiento a utilizarse debía dar una clara respuesta a cada uno de los requerimientos presentados por la empresa operadora, y a su vez satisfacer las necesidades del proyecto.
La determinación del uso del sistema LiDAR terrestre móvil como la mejor solución, fue a partir de la experiencia en trabajos de similar complejidad en lo que refiere al alcance del relevamiento, más allá de tratarse de entornos de trabajo disímiles. Sin lugar a duda se ha tenido que realizar una adecuación desde el punto de vista técnico para hacer posible el acceso a la zona de vías con el sensor, y desde el punto de vista operativo, dado que durante la ejecución de la tarea de relevamiento participó un grupo interdisciplinario de profesionales propio a cada área involucrada.
A grandes rasgos los factores fundamentales que hacen de esta metodología como una de las más adecuadas para la tarea de relevamiento son los siguientes: la presencia de personal en la zona de vía es mínima, reduciéndose sólo al operador del sensor que transita la vía en un vehículo especialmente adaptado de acuerdo a la normativa; los tiempos de relevamiento se reducen sustancialmente dado que la velocidad de relevamiento se encuentra limitada únicamente por la velocidad de desplazamiento del vehículo ferroviario (30/40 km/h); el contar con un registro detallado de todos los hechos existentes mediante la nube LiDAR, evita la necesidad de volver a campo para complementar faltante de datos; el hecho de que toda la información se encuentre adecuadamente georreferenciada, permite la integración de nuevos datos a otros pre existentes, como ser Sistemas de Información Geográfica o BIM.
Para llevar a cabo el relevamiento topográfico con el sensor LiDAR, se evaluaron diversas alternativas para adaptar el mismo al equipamiento ferroviario disponible, optando finalmente por la integración del sistema a un vehículo bivial mediante una estructura diseñada específicamente para la tarea.

Trabajo de campo – Relevamiento LiDAR/GNSS
Previo a la movilización a la zona de trabajo para llevar cabo el relevamiento, se realizó el diseño de la Red de Apoyo geodésica, que sirvió de apoyo al levantamiento LiDAR durante toda su ejecución. Dicha red se materializó en las estaciones de Quilmes, Villa Elisa e Ing. Dante Ardigó, vinculándose al sistema POSGAR 07 a través de las estaciones pertenecientes a la Red RAMSAC LPGS, AGGO e IGM1, a las cuales se sumó CONS la cual se encuentra ubicada en la terraza de nuestra empresa, y cuenta con coordenadas precisas.
Una vez finalizada la instalación del sensor en el vehículo bivial, se procedió a realizar las tareas de calibración del mismo en un predio de la empresa operadora, dado que aquellas maniobras recomendadas por el fabricante son imposibles de llevarse a cabo una vez montado el vehículo en las vías.
Con el vehículo, y el sensor en condiciones de iniciar las tareas, se sincronizó la puesta en estación de aquellos equipos que conformaron la Red de Apoyo, para que se encontrasen encendidos al momento de dar comienzo al relevamiento LiDAR, y así garantizar la adecuada georreferenciación del trabajo.
Previo al ingreso a la zona de vías con el vehículo, se debió coordinar con la empresa operadora del servicio ferroviario, con el organismo estatal de transporte, y con los operadores de las estaciones base de nuestra empresa. Esta tarea de coordinación debía llevarse a cabo cada día de relevamiento, dado que era necesario coordinar con otras cuadrillas de mantenimiento que pudiesen estar trabajando en los tramos a ser relevados; esta condición requirió gran dinamismo por parte del equipo de apoyo, dado que los cambios de último momento siempre estaban dentro de las posibilidades.
En forma simultánea al desplazamiento del vehículo bivial por los tramos a relevar, se contó con otro vehículo que acompañó al mismo, el cual se trasladó por las arterias vehiculares, sirviendo de apoyo técnico/logístico ante cualquier tipo de eventualidad.
Una vez llevado a cabo el relevamiento de cada tramo, coordinándose mediante circular, se procedió a la realización del primer control de calidad dentro del proceso, el cual típicamente se denomina chequeo de campo, y se realiza con la finalidad de garantizar la efectiva cobertura del área solicitada.

Procesamiento de datos en gabinete
Una vez finalizadas las tareas de campo antes descriptas, ya de regreso en el gabinete técnico, se procedió a la compilación de los datos generados a partir del sensor LiDAR, como así también de los distintos receptores GNSS utilizados de apoyo al relevamiento. Para garantizar el adecuado procesamiento de la información, es fundamental cumplir con los protocolos correspondientes a cada instancia. En esta etapa se manejan grandes volúmenes de datos (500 Gb), por lo que un procesamiento erróneo se traduciría en trabajo extra por parte de los servidores, con el consiguiente retraso en los cronogramas de entrega.
Para llevar a cabo el procesamiento de la Red de Apoyo geodésica, se descargó la información de las estaciones permanentes pertenecientes a la Red RAMSAC, y de los equipos GNSS de la empresa; disponiendo así de todas las observaciones GNSS realizadas en el marco del proyecto.
Contando con las coordenadas precisas de cada punto perteneciente a la Red de Apoyo, se procesaron las trayectorias GNSS del vehículo, obteniendo los correspondientes estimadores de error, garantizando así la precisión de las mismas; para a partir de estas, mediante el uso de software provisto por el fabricante del sensor, e incorporando las observaciones de la Unidad de Medición Inercial (IMU), se generó la nube de puntos LiDAR.
A partir de la disponibilidad de la nube de puntos, nuestros especialistas en procesamiento de datos LiDAR y fotográficos, cuentan con toda la información requerida para la generación de los entregables solicitados para el proyecto.

Conclusión
El relevamiento LiDAR mediante el uso del sensor terrestre móvil en el ámbito ferroviario, es una solución conveniente dado que en poco tiempo, y minimizando la presencia de personal en zona de vía, es posible el disponer de información georreferenciada, con gran detalle y precisión; pudiéndose utilizar con finalidades muy diversas, como ser: estudios hidrológicos e hidráulicos, actualización de patrimonio, inventario de infraestructura ferroviaria, proyectos ferroviarios, conforme a obra, monitoreo de presencia vegetal en las franjas de seguridad, etc.