Investigación

Instalación de un Radio Telescopio, Escuela de Ingeniería Topográfica, UCR.

Para el proyecto de investigación B8095 «Desarrollo de un Radio Telescopio en el Radio Observatorio de Santa Cruz (ROSAC)» a cargo de la Dra. Carolina Salas Matamoros, del Centro de Investigaciones Espaciales (CINESPA), de la Universidad de Costa Rica, con el apoyo de INAOE , GTM / LMT – Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano y AMEXID fue necesario contar con el apoyo de la Escuela de Ingeniería Topográfica, para el control e instalación del Radio Telescopios en el Recinto de Santa Cruz de la Universidad de Costa Rica.

En agosto del 2021, se integran al equipo ROSAC, el M.Sc. Juan Picado Salvatierra y M.Sc. Gustavo Lara Morales por parte de la Escuela de Ingeniería Topográfica, para el apoyo logístico y de campo necesarios para la instalación de Radio Telescopio.

Las primeras labores realizadas fueron establecer una serie de reuniones con todo el equipo de trabajo, para tener una visión clara por parte de cada disciplina y así tener establecidos los objetivos claros a seguir durante todo el proceso. Estas reuniones fueron de gran valor por que permiten poner en la mesa las necesidades, preguntas, intereses y pensamientos de cada disciplina, aportando una integración del conocimiento en busca de un objetivo en común.

La Ingeniería Topográfica, puso en la mesa de discusiones la necesidad de valorar el estado de los componentes y de realizar mediciones para obtener un representación de la realidad, para poder determinar si existían diferencias con los planos de diseño, lo que fue bien visto por todo el equipo, dando visto bueno a las labores de mediciones y de valoraciones.

Fue necesario solicitar documentación técnica de los componentes del Radio Telescopio y de realizar giras de campo al Recinto Santa Cruz, para obtener datos de la estructura construida y de la zona para poder planificar las etapas de control y replanteo, además se realizaron visitas a las bodegas de suministros para obtener datos de los componentes a instalar, para ello se realizó un levantamiento con un Leica ScanStation P40, para obtener una nube de puntos, colabora la Ing. Jocelyn Rojas Vargas de la Escuela de Ingeniería Topográfica quien es experta en el uso del equipo.

Luego de la obtención de datos se realizó, el procesado de la información, análisis de datos, generación de productos, planos e informes y se presentaron los resultados al equipo de trabajo ROSAC, lo que generó una serie de recomendaciones y se estableció la dirección a seguir.

Se encontraron algunos problemas en la base de cimentación, relacionados a la posición y orientación de los pernos que recibirán los componentes del Radio Telescopio y además en el anillo de brida se encontraron problemas de deformación por la soldadura de la misma, esto llevó a la planeación de medidas correctivas para subsanar los problemas y así no tener atrasos en las operaciones de la instalación del Radio Telescopio.

Ahora bien, para la instalación se estableció la necesidad de construir mojones que garanticen puntos con valores de posición y elevación estables y perdurables en el tiempo, por lo que se buscó colaboración con el Instituto Geográfico Nacional , ya que una vez construidos los mojones se podrán integrar a la red de gravimetría, en la que se a venido trabajando en conjunto, siendo esto un gran aporte al proyecto y al País.

Instalación del Radio Telescopio

Para el 6 de diciembre del 2021, se encuentra reunido el grupo de trabajo y se trasladan a Santa Cruz, Guanacaste, dando inicio a la campaña de instalación del Radio Telescopio, con un cronograma de actividades establecidas muy rigorosas. Se une al grupo de ingeniería topográfica el Ing. Andrés Fallas Mena quien junto con el Ing. Gustavo Lara Morales, realizaran los trabajos de orientación y nivelación de la base, para estas fechas en la zona de Santa Cruz se están percibiendo viento moderado, lo que genera un mayor cuidado con los trabajos.

El equipo de Ingeniería Topográfica, inicia con la colocación y nivelación de las tuercas en los pernos de la base de cimentación, para que cuando se eleve la base del Telescopios y se baje sobre una base nivelada. Luego se colocó el nivel de precisión en una estructura cercana, con una pieza ya establecida y construida por el Ing. Wagner Mejías de la Escuela de Ingeniería Mecánica, desde esta ubicación se dará nivel a la parte superior de la base, siendo éste paso uno de los más delicados, ya que esta nivelación permitirá que se continúe con el armado del resto de componentes del Radio Telescopio.

Cabe destacar que para las mediciones previas y la instalación se unió al equipo, el estudiante de ingeniería topográfica Jelmuth Rojas Salazar, debido a su experiencia en la medición e instalación de estructuras, así como en la planificación, aportando además equipos de alta precisión, arnés de seguridad entre otros, siendo un gran aporte a la ejecución de los trabajos.

Los trabajos de la nivelación de los tuercas de la base se finalizan hasta el día siguiente y dan como resultado una línea nivelada con ±0.0009m en la brida superior, no se llega a menos debido a las deformaciones de la brida, con la base ya nivelada se da autorización para colocar la segunda parte, que corresponde a la plataforma de rotación y elevación, de la antena parabólica, labor que se llevó acabo sin ningún contra tiempo ni problema.

Una vez colocados los 20 pernos, tuercas y arandelas de la base superior y la plataforma, se da inicio a la colocación de la antena parabólica, este proceso requiere de mayor trabajo por parte del equipo debido a lo complicado y poco espacio para trabajar en la colocación de los pernos y tuercas que fijan la tercera parte que conforma el Radio Telescopio

Por último se coloca la pieza llamada tetrápodo, que sostiene el receptor que capta la señal recibida y dirigida por la antena parabólica, esta fue una maniobra de alta complejidad por la altura y la forma de los acoples.

Finalmente después de un trabajo en conjunto, coordinado y siguiendo el cronograma se logra la instalación la estructura base, el 9 de diciembre terminan las labores el equipo de la Escuela de Ingeniería Topográfica.

La semana siguiente se instalaron los paneles que terminan de conformar la antena parabólica por el equipo de trabajo ROSAC y en colaboración del personal de Servicios Generales.

Reflexión

El aporte a la ciencia con este Radio Telescopio es parte de los esfuerzos en conjunto que realiza la Universidad de Costa Rica, por medio de las iniciativas de los Investigadores, Docentes, Estudiantes.

El Proyecto B8095 a cargo de la Dra. Carolina Salas Matamoros, tiene como objetivos: poner en funcionamiento un radio telescopio para la observación astronómica en ondas de radio y su objetivo científico es: obtener una base de datos en línea de los espectros dinámicos solares a través del monitoreo continuo de la actividad solar emitida a diferentes frecuencias para ser utilizada en investigaciones científicas tanto a nivel nacional como internacional.

Las bases ya fueron puestas en el terreno, ahora siguen una serie de pasos que son parte de la tareas para poner en funcionamiento y al servicio de la comunidad científica los datos que genere el Radio Telescopio de la Universidad de Costa Rica.

El trabajo multidisciplinario y la conformación de un buen equipo de trabajo, son la clave para alcanzar las metas que desde un punto de vista se ven muy lejanas.

El aporte de la Ingeniería Topográfica en el análisis, instalación y control de cualquier estructura o equipo, es de gran valor, su incorporación en labores científicas es fundamental, las capacidades de los Profesional en la Ingeniería Topográfica sigue de la mano del desarrollo tecnológico y de las necesidades de una sociedad cambiante y que demanda de proyectos cada vez más complejos.

A título personal, me llena de gran satisfacción formar parte de la Escuela de Ingeniería Topográfica y el poner una parte en el desarrollo de nuestra querida Costa Rica.

Equipo de trabajo Ingeniería Topográfica

Empezando por la izquierda: Lic. Andrés Fallas Mena, Dra. Carolina Salas Matamoros, Jelmuth Rojas Salazar y M.Sc. Gustavo Lara Morales.

Equipo de trabajo ROSAC

Empezando por la izquierda: Dr. Miguel Velásquez, Dr. David Gale, Jelmuth Rojas Salazar, M.Sc. Gustavo Lara Morales, Dra. Carolina Salas Matamoros, Lic. Andrés Fallas Mena y M.Sc. Wagner Mejías.

Por: M.Sc. Gustavo Lara Morales, Ing.

Master en Sistemas de Información de Teledetección.

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Fotogrametría, VANT

Analisis curvas de nivel, Topografía VS Fotogrametría con VANT (Drone, RPAS)

Compracion

Los modelos fotogramétricos a partir de Vehículos Aéreos No Tripulados ( VANT) son una opción cada vez más utilizados en Ingeniería y otras áreas.

La pregunta es:

¿Se puede obtener resultados confiables con los VANT?

Para contestar ésta pregunta, se realizó una investigación a partir de datos obtenidos en el proyecto realizados en la Sede de la Universidad de Costa Rica, en Esparza, por las dos técnicas en cuestión, Levantamiento Topográfico con Estación Total y Levantamiento Fotogramétrico con VANT.

Parte Nº1:   DATOS LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO CON ESTACIÓN TOTAL

Se realizo un levantamiento topográfico tradicional con estudiantes de la Escuela de Ingeniería Topográfica, del curso Ingeniería del Terreno entre octubre y noviembre del 2016.

Se utilizaron 4 Estaciones Totales Leica TS06 y se levantaron 1.313 puntos en el terreno, en un área de 143.912 m² los cuales se procesaron y dibujaron en AutoCAD Civil 3D 2016,  obteniendo las curvas de nivel, un modelo digital de terreno (MDT), además los puntos y las distancias de control para el proceso fotogramétrico.

Todo el procedimiento lo puede leer en la siguiente publicación:

Origen: Parte 1, Resultados giras a Sede UCR en Esparza

Parte Nº2:   DATOS LEVANTAMIENTO Y PROCESAMIENTO FOTOGRAMÉTRICO CON VANT

En las mismas fechas, se realizó también el vuelo fotogramétrico con un Phantom 3 Advance, en dos planes de vuelo a una altura de vuelos de 120m y con traslapes del 80%, de los cuales se obtuvieron 471 fotografías

Datos de la cámara:Camara Phantom 3 Advance

Las imágenes se procesaron en Agisoft PhoScan siguiendo todos los controles necesarios y superando las calidades esperadas. Se mostrara algunos de los pasos seguidos en el flujo de trabajo.

Se utilizaron 9 puntos de control repartidos en la totalidad del área, con errores totales al Este 0.012m, Norte 0.013m y en Altura 0.015m, de los cuáles se demuestran los RMS obtenidos

Puntos de Control

Ademán se utilizaron 13 medidas de distancia a apoyo obtenidas de las Coordenadas levantadas con Estación Total, con errores totales de 0.011m, de cuáles se demuestran los errores por línea de medición obtenidos.

Distancias de apoyo

Puntos de enlace:

603794 Punto de enlace

Puntos de enlace 603.794

Nube densa y clasificación de puntos:

ClasificacionMDTvant

Nube densa de 24,439.584

Modelo digital del terreno con remoción de vegetación por clasificación de puntos, a una resolución de 15cm/pix:

MDT VANT

Todo el procedimiento lo puede leer en la siguiente publicación:

Origen: Parte 2, Resultados giras a Sede UCR en Esparza

Parte Nº3:   COMPARACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS DATOS CON QGIS

Para realizar el análisis de los Modelos Digitales de Terreno (MDT) obtenidos a partir de los dos métodos de levantamiento, se utilizó el programa de Software Libre QGIS.

En QGIS se realizó un recorte del MDT fotogramétrico con el MDT topográfico obteniendo, con el fin de eliminar las áreas bajo arboles por la falta de información en las fotos aéreas.

Ya teniendo los MTD listos, se utilizó la calculadora Raster, para realizar una resta entre los Modelos y se obtuvo las zonas donde los datos tiene errores positivos y negativos.

Resta de MDT

MDT producto de la resta entre Topografìa y Fotogramatría, Rojo representa datos por megativos y Verde Datos positivos. El amarillo es la zona con menor diferencia

Parte Nº4:   CONCLUSIONES

En la primer Imagen vimos tres resultados diferentes, Fotogrametría sin control, Topografía Estación Total y Fotogrametría con Control, si observan con detenimiento podrán ver que la diferencia es claramente visible con la «Fotogrametría sin control» y las otras dos. Esa imagen principal ya nos va dando una respuesta gráfica a la pregunta que nos planteamos.

¿Se puede obtener resultados confiables con los VANT? fue la pregusta planteada y la respuesta es: Depende.

Depende de las condiciones del terreno y de la cantidad y ubicación de los puntos de control, además depende de la metodología de levantamiento fotogramétrico y de procesamiento, también de la metodología de puntos de control utilizado.

Es por lo anterior, que no se pude generalizar una respuesta, ya que existen diversos valores asociados al resultado final, lo que si se puede afirmar es que el levantamiento con VANT es más rápido y económico.

Esto debido a que es una técnica de obtención de datos rápido y de forma remota a diferencia del levantamiento topográfico, donde los datos se obtienen directos en el terreno y con equipos de precisión aptos para la Ingeniería (equipos que se utilizan para el replanteo, control, levantamiento,  otros procesos de construcción relacionados a las Ingenierías).

Otro factor de alto impacto en los resultados, es la técnica y la colocación de los puntos de control, esto se debe a que estos puntos, son los elementos que relacionan los datos remotos con datos directos en el terreno, ayudando a corregir y ajustar la información procesada por la Fotogrametría.

Por último se puede agregar, que sin una verificación directa de los datos Fotogramétricos, no es posibles afirmar  que nivel de confianza se tiene de los productos obtenidos con VANT, Drone o RPAS.

NOTA: Se espera generar una publicación científica de este trabajo.

Por Ing.Gustavo Lara Morales, Lic

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