Base de Calibración de Distanciometros y Programa para el ajuste de constantes.

Base de Calibración UCR

Base para la calibración de equipos topográficos que miden distancias por medios electromagnéticos, Base Sabana-UCR

Éste es el nombre de la tesis de graduación para adquirir el grado académico de Licenciatura del profesor Ing. Gustavo Lara Morales, Lic.

Lo siguiente es el resumen ejecutivo y los objetivos extraídos de la misma Tesis:

Resumen ejecutivo

El siguiente trabajo de graduación, describe los procedimientos empleados en la creación de una base de calibración para la Escuela de Ingeniería Topográfica de la Universidad de Costa Rica, la calibración de equipos topográficos que mide por medios electromagnéticos, tanto los de la institución como los de la comunidad en general.

La base se ubica en el costado sur del Parque Metropolitano La Sabana en la bahía de separación de la autopista Próspero Fernández, frente al Lago.

La metodología empleada fue la de mediciones con receptores GNSS de doble frecuencia, una nivelación geométrica con nivel láser de precisión y con un amarre libre sin la utilización de estaciones de referencia, ni correcciones de efemérides precisas, demostrando que es posible alcanzar alta precisión.

Los procedimientos que se desarrollaron a lo largo de todo el trabajo de campo y cálculo en oficina se realizaron de la siguiente forma:

  1. Búsqueda del sitio.
  2. Marcaje preliminar.
  3. Creación final de los Hitos.
  4. Mediciones con receptores GNSS.
  5. Medición altimétrica local.
  6. Medición con Estación Total.
  7. Procesamiento de la información y ajustes.
  8. Desarrollo de un programa de ajuste.

Esta base será llamada Base de Calibración Sabana-UCR, los resultados finales revelaron un error medio cuadrático de ±0.00075m alcanzando con satisfacción la precisión necesaria para calibrar los equipos Topográficos.

Además de la creación de la base, éste trabajo entrega a la disposición de la comunidad una herramienta para la obtención de las constantes de ajuste de los equipos llamada “Programa para el ajuste de las constantes multiplicativa (m) y aditiva (b) para la Base de Calibración de la Sabana-UCR”, que será de acceso público y estará en la página oficial de la Escuela de Ingeniería Topográfica de la Universidad de Costa Rica.

Bse de Calibración La Sabana UCR

Objetivo

El objetivo principal fue la de crear una Base de Calibración para equipos topográficos que midan distancias por medios electromagnéticos, con el uso de receptores GNSS y un amarre libre con la finalidad de brindar a la EIT-UCR, una base para calibrar sus equipos y una herramienta didáctica para sus cursos, además de ofrecer a la población que utilizan dichos instrumentos la posibilidad de verificar y obtener los datos para el ajuste de sus equipos topográficos.

Objetivos Específicos:

  1. Localizar una alineación con visibilidad directa en sí misma y desde el horizonte hacia el cenit, en todas las direcciones, de una longitud aproximada a los 500m y en curva vertical a desnivel de un extremo al otro.
  2. Establecer los extremos y los puntos internos de dicha alineación de la manera más adecuada.
  3. Amojonar todos los puntos de dicha alineación de forma duradera y estable.
  4. Crear las fichas de ubicación y descripción de la BC.
  5. Medir con gran precisión las distancias entre los puntos de la BC en todas las combinaciones diferentes y obtener las alturas de los mismos, mediante nivelación geométrica.
  6. Ajustar por mínimos cuadrados las distancias referidas anteriormente, para obtener distancias ajustadas de la BC.
  7. Generar una aplicación para que los usuarios puedan calibrar sus distanciómetros.

Programa para la Base de Calibración de Distanciómetros.

Uno de los objetivos de esta Tesis, es la de generar y ofrecer una aplicación para que los usuarios puedan calibrar sus equipos, esto sería la herramienta final de la BC y sería la forma más directa de llegar a todas las personas que buscan conocer el estado de los equipos con los que realizan trabajos de levantamientos topográficos e investigación para el desarrollo del país.

La forma más sencilla de brindarle a los usuarios una herramienta, sin la necesidad de instalar un programa, fue la de generar un archivo en formato Excel, con protección de datos para evitar cambios en los parámetros y en los procesos de cálculo programados, dejando solo un área para ser modificada por los usuarios con los datos obtenidos con el equipo que se busca ajustar,

El archivo puede ser descargado desde este link.

 

programa-de-ajuste

 

La columna verde es donde se ingresan los datos medidos por el usuario que busca obtener los datos de calibración de su Estación Total o Distanciómetro electrónico.

Procedimiento para la Calibración de Equipo

El procedimiento de levantamiento de los datos se mostrará en las siguientes imágenes:

Se deben medir en el modo de mayor precisión del equipo, e ingresar los datos de temperatura y presión atmosférica.

El prisma debe ser instalado en una base de prisma, si no se dispone de base entonces en  tripodes de prisma, no debe ser sostenido por un asistente, para evitar que se mueva mientras se realiza las mediciones.

Se deben revisar la constante de{ prisma y el factor de escala del equipo debe estar en 1.

Base Prisma

Bases de Prisma

Estacionando el Equipo

Se instala la Estación Total en el Hito número 1 y se procede a medir los puntos 2, 3, 4 ,5 y 6, y se mueve el equipo al siguiente Hito.

Series 1

Se instala la Estación Total en el Hito número 2 y se procede a medir los puntos 3 ,4, 5 y 6, y se mueve el equipo al siguiente Hito.

Series 2

Se instala la Estación Total en el Hito número 3 y se procede a medir los puntos 4, 5 y 6, y se mueve el equipo al siguiente Hito.

Series 3

Se instala la Estación Total en el Hito número 4 y se procede a medir los puntos 5 y 6, y se mueve el equipo al siguiente Hito.

Series 4

Se instala la Estación Total en el Hito número 5 y se procede a medir el punto 6.

Series 5

Una vez finalizadas las mediciones se ingresan los datos en el Programa y los datos a revisar son las Constantes para el equipo, la multiplicativa  ( m ) y la aditiva  ( b ).

Los valores deben estar cercanos para m a 1 y para b a 0.

El archivo puede ser descargado desde este link.

Fichas de ubicación de los Hitos 1 y 6

Fichas de Amarres Hito N°1

 

Fichas de Amarres Hito N°6

 

 

Agradecimiento a todos por la gran ayuda brindada y por su amistad

 

 

Por Ing.Gustavo Lara Morales, Lic

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Caja de arena de realidad aumentada (Augmented Reality Sandbox) – EIT

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Augmented Reality Sanbox – EIT

La EIT a través del profesor Ing. Jaime Garbanzo, M.Sc. implemento una “Caja de arena de realidad aumentada” creada por la  University of California Davis ‘W.M. Centro Keck para la Visualización Activa en las Ciencias de la Tierra (KeckCAVES), junto con el Centro de Investigación Ambiental UC Davis Tahoe, el Lawrence Hall of Science y ECHO Lake Aquarium and Science Cente.

“El proyecto combina las aplicaciones de visualización 3D con una exposición práctica de sandbox para enseñar conceptos de ciencias de la tierra. La caja de arena de realidad aumentada (AR) permite a los usuarios crear modelos de topografía formando arena real, que luego se aumenta en tiempo real mediante un mapa de color de elevación, líneas de contorno topográfico y agua simulada. El sistema enseña conceptos geográficos, geológicos e hidrológicos tales como: leer un mapa topográfico, el significado de líneas de contorno, cuencas hidrográficas, áreas de captación, diques, etc.” Tomado de https://arsandbox.ucdavis.edu

Uno de los objetivos de implementar esta herramienta en la EIT es el apoyar la formación de los estudiantes, así como el de inspirarlos a buscar e imaginar nuevas tecnologías que pueden ser incorporadas a nuestra área. La Caja de Arena combina las áreas de la Ingeniería, la Informática, la Matemática, la Estadística, la Fotogrametría, y más.

Esta inspiración busca despertar en los estudiantes temas de investigación para el desarrollo académico, como lo es el tema de Tesis para adquirir el grado académico de Licenciatura, además será una herramienta de apoyo para las clases, charlas, Feria Vocacional y demás actividades.

Para una explicación mas técnica, haré referencia literal con ayuda de traductor de la explicación del funcionamiento del Sandbox AR:

“Detalles del proyecto

Nuestro prototipo Sandbox AR fue diseñado y construido por el especialista del proyecto Peter Gold del Departamento de Geología de UC Davis. El software de manejo se basa en el kit de herramientas de desarrollo Vrui VR y en el marco de procesamiento de video Kinect 3D, y está disponible para su descarga bajo la Licencia Pública General GNU.

Los fotogramas de profundidad cruda llegan desde la cámara Kinect a 30 fotogramas por segundo y se introducen en un filtro de evaluación estadística con un tamaño de búfer configurable fijo por píxel (actualmente con un valor predeterminado de 30 fotogramas, correspondiente a un retardo de 1 segundo), que sirve al triple propósito de Filtrando objetos en movimiento tales como manos o herramientas, reduciendo el ruido inherente al flujo de datos de profundidad de Kinect y rellenando los datos que faltan en el flujo de profundidad. La superficie topográfica resultante se procesa entonces desde el punto de vista del proyector de datos suspendido por encima de la caja de arena, con el efecto de que la topografía proyectada coincide exactamente con la topografía real de arena. El software utiliza una combinación de varios shaders GLSL para colorear la superficie por elevación usando mapas de color personalizables (el mapa de color predeterminado utilizado en este momento fue proporcionado por M. Burak Yikilmaz, post-doc en el Departamento de Geología de la Universidad de California en Davis) Añadir líneas de contorno topográfico en tiempo real.

Al mismo tiempo, se ejecuta en segundo plano una simulación de flujo de agua basada en el conjunto de ecuaciones de aguas poco profundas de Saint-Venant, que son una versión integrada en profundidad del conjunto de ecuaciones de Navier-Stokes que rigen el flujo de fluido, utilizando otro conjunto de GLSL Shaders La simulación es una evolución explícita del tiempo exacto de segundo orden del sistema hiperbólico de ecuaciones diferenciales parciales, utilizando la superficie de arena virtual como condiciones de contorno. La aplicación de este método sigue el documento “un segundo orden bien equilibrado positividad preservar central-upwind esquema para el sistema de Saint-Venant” por A. Kurganov y G. Petrova, utilizando un término de viscosidad simple, las condiciones de borde abierto en los bordes De la rejilla, y un paso de integración temporal de Runge-Kutta de gran estabilidad de segundo orden. La simulación se ejecuta de tal manera que el agua fluye exactamente a velocidad real suponiendo un factor de escala de 1: 100, a menos que la turbulencia en el flujo obligue a demasiados pasos de integración para la tarjeta gráfica de manejo (actualmente una Nvidia Geforce 780).”  Tomado de http://idav.ucdavis.edu/~okreylos/ResDev/SARndbox/

Para mas detalles como Hardware, Sofware, Calibración, Foros, pueden visitar la página https://arsandbox.ucdavis.edu/

Caja de Arena Aumentada EIT galería

Un pequeño video:

 

Además, pueden ver la nota realizada por el Canal UCR

 

Links:

University of California, Davis
Augmented Reality Sandbox (AR Sandbox) – UC Davis

 

 

Por Ing.Gustavo Lara Morales, Lic

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Parte 2, Resultados giras a Sede UCR en Esparza

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Trabajos de levantamiento de campo con VANT

El pasado día jueves 6 de Octubre 2016, con la primer gira a la Sede de Esparza  ( artículo Gira a nueva Sede UCR en Esparza), se realizó un levantamiento Fotogramético con un Vehículo Áereo No Tripulado en sus siglas VANT, mal llamado “Drone” que es un termino utilizado para fines militares.

Como ya se mencionó en el artículo referido, la finca se dividió en dos misiones de 9 minutos con la ayuda de la aplicación PIX4D para Android.

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Las dos misiones de vuelo se realizaron con éxito y se obtuvieron 471 fotografías aéreas, a una atura de 80m, con un traslape del 80%, con una resolucion resultante de 3.75 cm/pixel.

fotos-vuelo-fotogrametrico

Las fotografías se procesaron con el Software Agisoft PhotoScan, en coordenadas CRTM05, se procedío con el siguiente flujo de trabajo:

  1. Configurar Proyecciones y parámetros.
  2. Orientar Fotos.
  3. Cargar archivo de calibración de cámara.
  4. Ingresar Marcadores.
  5. Ubicar marcadores en las fotografías.
  6. Optimizar cálculo de orientaciones.
  7. Ingresar Medidas de distancias entre Marcadores.
  8. Optimizar cálculo de fotografías.
  9. Crear nube de puntos densa.
  10. Clasificación de puntos.
  11. Crear malla.
  12. Crear modelo de teselas.
  13. Crear modelo digital del terreno.
  14. Crear curvas de nivel.
  15. Crear ortomosaico.
  16. Generar informe
  17. Exportar diversos productos, para fines específicos.

Procedimientos

A continuación se muestran una serie de capturas de pantalla del procesamiento del Plan de Vuelo de la Sede de Esparza.

Se debe considerar que se utilizó una computadora con características muy profesionales, una Workstation Precision Tower 7910, con una tarjeta de video nVidia Quatro K5200 de 8GB, memoría RAM de 64GB y un procesador Intel Xeon E5-268W de 20 procesadores lógicos, esto debido a que los procesos fotogramétricos son muy exhaustivos.

 

Carga de Fotografías y configuración de parámetros iniciales

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r Carga y configuración de parámetros

 

 

En el proceso de orientación de puntos se obtuvieron 1,235.632 puntos, el cual tomó un tiempo de 3 horas y 34 minutos con la Workstation.

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Orientación de puntos

 

 

Al colocar los marcadores de control, que fueron los Hitos levantados con Estación Total por los estudiantes del curso Ingeniería del Terreno II Semestre del 2016, se obtuvieron correcciones de orientación, dando como resultados precisión fotogramétricas muy buenas. Los marcadores se colocaron de forma manual en cada una de las fotografías que contenían el punto de control, esto tardó alrededor de 30 minutos.

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Datos del Informe de Agisoft PhotoScan

 

agisoft-photoscan-marcadores

Marcadores de control y distancias

 

 

Al generar la nube de puntos densa se obtuvieron 31,162.719 puntos y se tardo 35 minutos.

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Nube de puntos densa

 

 

Clasificación de puntos, ésto se hace para diferenciar entre los puntos de terreno (los más bajos) y los demás puntos; se puede hacer una clasificación manual posterior a éste proceso para mejorar los resultados.

Agisoft PhotoScan - Clasificación.JPG

Clasificación de Puntos

 

 

Creación de la malla con los puntos de la nube denza, cabe destacar que después de clasificar los puntos, se puede seleccionar con cuales puntos se quieren procesar los datos, por ejemplo, se le puede ordenar al software que utilice sólo los puntos clasificados como Terreno para limpiar los datos de árboles, edificios y demás objetos.

Nota aclaratoria: Las siguientes gráficas muestran los procesos realizados con todos los datos sin descartar detalles de la clasificación.

 

Creación de la Malla utilizando todos los puntos de la nube denza.

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Malla con todos los puntos de la nube denza.

 

 

Modelos de teselas, es un proceso que ayuda a liberar “peso” al procesador de la computadora, cargando los datos en forma escalonada. El Modelo de Tesela le coloca textura a la malla creada anteriomente.

agisoft-photoscan-teselas

Modelo de Teselas

 

 

Modelo Digital de Terreno en sus siglas MDT o DEM en inglés, con éste producto se puede realizar una gran cantidad de procesos con la ayuda de otros programas, como por ejemplo QGIS o ArcGIS. El archivo generado es de 86.1 MB.

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Modelo Digital de Terreno

 

Un producto del MDT son las curvas de nivel por ejemplo.

agisoft-photoscan-curvas-de-nivel

Curvas de Nivel cada 1m

 

 

La imagen producto del Ortomosaico es una Ortofoto que con los puntos de control de campo, hacen que la ortofoto esté completamente ajustada y georeferenciada de manera horizontal, por lo que se puede hacer mediciones en ella.

Se pueden generar un producto llamado GeoTIFF, que es una imagen con gran cantidad de información asociada, el archivo generado es de 1.22GB.

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Ortomosaico

 

En el informe generado por Agisoft PhotoScan se puede leer mucha información técnica resultante de todos los procesos generados, los puede ver AQUÍ

Conclusiones

La integración de las nuevas tecnologías a la Ingeniería Topográfica, hacen cambiar el paradigma tradicional de como desarrollar los trabajos de campo.

Los resultados obtenidos después de seguir un procedimiento correcto, con la ayuda de datos GNSS y Estación Total en los puntos de control terrestre, demuestran que se pueden obtener productos de calidad, para la interpretación del terreno en el desarollo por ejemplo de Anteproyectos .

Los procesos Fotogrametrícos aquí expuestos con la ayuda de Agisoft  PhotoScan requieren de una PC con recursos avanzados, en éste caso se utilizó una Workstation Precision Tower 7910 y el tiempo total ronda las 6 horas, en una computadora convencional estos tiempos se duplican y hasta más.

El poder contar con el levantamiento de campo realizado por los estudiantes del curso Ingeniería del Terreno, fue de gran ayuda para poder validar los datos obtenidos.

Falta un análisis estadístico con los datos Fotogramétricos y los datos de campo con Estación Total, que pronto serán publicados.

 

Por Ing.Gustavo Lara Morales, Lic

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Voluntarios EIT

voluntariosLa Escuela de Ingeniería Topográfica realiza durante el año, trabajos de Investigación, Colaboraciones y Proyectos académicos; como parte de sus labores díarias aparte de la docencia.

Actualmente se trabaja en varios Proyectos de investigación como los son el “Augmented Reality Sandbox” para la vistualización del procesos de curvas de nivel, el proyecto de Gravimetría para Costa Rica, en conjunto con la UNA y el IGN, el proyecto de Control Fotogramétrico de edificaciones nuevas de Finca 2, el Proyecto de levantamiento de Fibra Óptica de la UCR en todas las Sedes, el Proyecto de Autoevaluación de la EIT y muchos proyectos más que requieren de la participación de los y las Estudiantes de la EIT.

Para esto es necesario contar con la participación de los y las estudiantes de la Carretera, con el fin de canalizar la ayuda se crea el Proyecto de Voluntarios EIT, en donde se administrará una base de Datos con los estudiantes que quieran formar parte de los avances de la EIT.

Interesados solo deben llenar el siguiente formulario Voluntarios EIT

Por: Ing Gustavo Lara Morales, Lic

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Ingeniería Topográfica una Breve Reseña

La topografía nace de la necesidad del ser humano para dividir los terrenos, los registros más antiguos de la topografía datan del el antiguo Egipto que utilizaban esta división de terrenos para el cobro de impuestos a los habitantes.

Con el paso del tiempo la topografía se volvió cada vez más importante debido a la necesidad humana para el aumento de la calidad de vida, ya que esta no solo permite establecer los límites de los terrenos y determinar detalles, sino que también se emplea en todo tipo de obras de infraestructura civil, como en la construcción de carreteras, puentes, canales, represas y otro sinnúmero de obras.

La topografía se incluye en Costa Rica por primera vez en 1865 en la Universidad Santo Tomás como un programa de agrimensura, arquitectura e ingeniería, luego en 1869 en el colegio San Luis Gonzaga se imparte la carrera de técnico en agrimensura, para 1871 se crea la carrera de Licenciado geómetra e ingeniero geómetra, dejando nombres importantes para nuestra historia como Eusebio Rodríguez Q. y Carlos Francisco Salazar S.,  nombres de la primera generación de ingenieros geómetras de Costa Rica.

La Universidad Santo Tomás  cierra en 1888 y se crea un periodo en el que la única opción para formase en la carrera era viajando al extranjero. Hasta 1940 se  inaugura la Universidad de Costa Rica y  se vuelve a instalar el programa de topografía en Costa Rica, pero esta vez como prerrequisito para acceder al cuarto año de la carrera de Ingeniería Civil.

Al empezar a tener profesionales con conocimiento avanzado en ingeniería se empezaron a crear proyectos de gran nivel y con el pasar de los años se abrieron instituciones como el ICE y el AYA instituciones que empiezan a exigir profesionales en distintas ramas de la ingeniería, y es aquí donde se ve la necesidad de crear ingenieros con amplio conocimiento en topografía, por lo tanto en 1965 la Universidad de Costa Rica abre la carrera de Perito Topógrafo con un nivel de diplomado, en el 2005 se aprueba el plan de estudios de bachillerato y licenciatura de la carrera Ingeniería Topográfica.

La  Ingeniería Topográfica avanza a pasos de gigantes y con esto avanzan todos los equipos tecnológicos, con lo que se van escuchando nombres de campos como Geomática, que es el empleo de las tecnologías más avanzadas en esta rama de la ingeniería, en la actualidad algunos sistemas tecnológicos se vuelven indispensables para el desarrollo de la topografía como lo son los sistemas de posicionamiento global, la teledetección, los dispositivos móviles y la fotogrametría, esto debido a que la topografía convencional esta siendo sustituido en el desarrollo tecnológico y estructural de la humanidad.

MDT

Modelo Digital del Terreno

Todo va muy rápido porque al igual que evoluciona la teledetección, evoluciona también la fotogrametría con el láser escáner y eso es lo que significa ser el topógrafo del futuro, adaptarse a las nuevas tecnologías en las condiciones del entorno en donde nos encontramos” (Quintanilla, 2013).

Nos encontramos en una era de innovación diaria  por lo tanto la investigación se vuelve una arma fundamental en cualquier campo y en especial en el campo de la Ingeniería Topográfica ya que se empieza a cerrar la idea de que la Topografía en solo agrimensura, nos empezamos a abrir en campos como la Gravimetría, Geodesia, Batimetría, Teledetección, BIG DATA y otros campos.

Batimetría

Levantamiento Batimétrico

La Ingeniería Topográfica es una carrera en crecimiento, con grandes expectativas, hay que prestarle mucha atención ya que a cómo crece la población y avanza la tecnología, también crece necesidad por ella, ya que es uno de los pilares fundamentales en la Ingeniería.

Referencias

https://www.colegiotopografoscr.com/publicacion/congreso/historia.pdf
http://estudiantestopografos.blogspot.com/2010/09/como-surge-la-topografia.html
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/201620/MODULO%20TOPOGRAFIA/leccin_3_importancia_de_la_topografa.html
http://www.eit.ucr.ac.cr/node/10
https://www.ucr.ac.cr/noticias/2013/07/16/nuevas-tecnologias-son-aliadas-de-la-topografia.html

Por: Adrián Oreamuno Campos, Estudiante EIT

 

Visita desde Instituto Federal de Santa Catarina, Brasil

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El pasado XIV Congreso Internacional de Topografía, Catastro, Geodesia y Geomática, este año bajo el lema: “INGENIERÍA EN EVOLUCIÓN” realizado el 22, 23 y 24 de setiembre organizado por el Colegio de Ingenieros Topógrafos, contó con la participación de profesionales nacionales e internacionales, entre los cuales nos visitó dos profesores del Instituto Federal de Santa Catarina, Brasil.

Los profesores Ing. Cesar Rogerio Cabral y Ing. Markus Hasenack, acompañados por el Ing. Olman Fuentes Aguilar, visitaron la Escuela de Topografía Catastro y Geodesía  de la UNA y la Escuela de Ingeniería Topográfica, de la UCR.

El  fin de su vista era conocer la estructura de los planes de estudios, compartir sus experiencias de Brasil, conocer a los estudiantes y bodega de instrumentos. También visitaron las oficinas y pudieron observar parte de los libros que se utilizan. Ademas, hicieron un recorrido por las instalaciones de la UCR.

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Al finalizar el recorrido, quedaron muy impresionados con la estructura de la carrera, el espacio de bodega y el trabajo de Rolando Murillo Muñoz en el mantenimiento del equipo topográfico. Ademas de tener un breve contacto con los estudiantes en la asociación estudiantil, les pareció muy importante el espacio de estudio con que cuentan los alumnos.

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El contacto con profesionales en la Ingeniería Topográfica de otros países, es de gran importancia. Ayudan a conocer la visión y perspectivas diferentes, a mejorar y reafirmar el trabajo que se lleva acabo en las aulas y en las dirección administrativa de la EIT.  La posibilidad de un contacto posterior quedo abierta.

Anexo: A CARTOGRAFIA CADASTRAL NO BRASIL,2013, por Ing. Markus Hasenack

 

Por: Ing. Gustavo Lara Morales, Lic

 

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