¿Por qué mi modelo de dron RTK aparece desplazado verticalmente en Agisoft Metashape?

Procesas un levantamiento topográfico capturado con un dron RTK, las cámaras se alinean correctamente, la nube de puntos tiene un aspecto excelente y el modelo parece coherente internamente. Entonces comparas el resultado con los puntos de control topográficos y descubres que todo el proyecto está desplazado varios metros en vertical.

Este es uno de los problemas más complicados de la fotogrametría profesional con drones.

En muchos casos, un desplazamiento vertical en un modelo de dron RTK en Agisoft Metashape no significa que el RTK haya fallado ni que la reconstrucción fotogramétrica sea inexacta. El problema puede ser simplemente que las coordenadas del dron y los datos de referencia topográficos utilicen definiciones diferentes de altura.

Las causas más comunes son las diferencias entre las alturas elipsoidales y ortométricas, un geoide o un sistema de referencia vertical incorrectos, o información de altitud errónea almacenada en los metadatos de la imagen del dron.

En esta guía te explicamos cómo funcionan estos sistemas de altitud y qué debes comprobar cuando tu proyecto de Metashape es preciso en horizontal pero presenta un desplazamiento en vertical.

¿Por qué puede producirse un desplazamiento vertical en un levantamiento RTK preciso?

El posicionamiento RTK puede ofrecer coordenadas de cámara muy precisas, pero una coordenada solo tiene sentido si se entiende bien su sistema de referencia.

Las coordenadas horizontales y las verticales no tienen por qué usar el mismo tipo de referencia.

Un receptor GNSS suele determinar la altura respecto a una superficie de referencia matemática llamada elipsoide. Sin embargo, los topógrafos y los proyectos de ingeniería suelen trabajar con altitudes referidas al nivel medio del mar utilizando un modelo de geoide.

Si comparas directamente las alturas elipsoidales obtenidas con el dron con las alturas ortométricas de los puntos de control topográficos, puede que la posición horizontal parezca correcta, pero que todo el modelo se vea desplazado verticalmente.

Esta desviación puede ser de varios metros o incluso de varias decenas de metros, dependiendo de la ubicación geográfica.

Altura elipsoidal frente a altura ortométrica

Para entender el problema, hay que distinguir tres valores:

h = altura elipsoidal
H = altura ortométrica, que a menudo se describe como la altura sobre el nivel medio del mar
N = ondulación del geoide o separación del geoide

Esta relación se suele expresar así:

h = H + N

o bien:

H = h – N

El receptor GNSS funciona principalmente con el elipsoide, mientras que muchos puntos de referencia topográficos convencionales utilizan altitudes ortométricas.

Imagina que un dron RTK indica una altura elipsoidal de 142 metros y que la desviación del geoide en la zona de levantamiento es de unos 47 metros.

La altura ortométrica correspondiente sería aproximadamente:

142 m – 47 m = 95 m

Si comparas la coordenada elipsoidal de 142 metros directamente con un punto de control medido a unos 95 metros por encima del sistema de referencia vertical correspondiente, puede parecer que el proyecto tiene un error vertical de unos 47 metros, aunque ambas mediciones sean correctas dentro de sus respectivos sistemas de referencia.

Cómo interpreta Metashape las altitudes de las cámaras

Esto es especialmente importante a la hora de procesar imágenes RTK en Agisoft Metashape Professional.

Por defecto, Metashape da por hecho que los valores de altitud que se cargan en el panel «Referencia» son alturas estimadas a partir del elipsoide correspondiente.

Si, por el contrario, tus coordenadas utilizan alturas referidas a un geoide, el proyecto debe utilizar el sistema de coordenadas verticales adecuado.

Metashape Professional admite sistemas de referencia verticales configurables basados en cuadrículas de ondulación del geoide, lo que permite combinar correctamente las referencias de coordenadas horizontales y verticales.

Si no configuras la referencia vertical correcta, el modelo puede resultar preciso internamente, pero inconsistente en el plano vertical con respecto a tus puntos de control o a los datos del SIG.

¿Qué es un geoide?

La Tierra no es una esfera perfecta ni un elipsoide perfectamente regular.

Un geoide es una superficie de referencia irregular basada en la gravedad que representa, de forma aproximada, el nivel medio global del mar y su prolongación bajo los continentes.

Como el geoide y el elipsoide son superficies diferentes, la distancia entre ambos varía según la zona.

Esto significa que no puedes resolver un problema de elipsoide frente a geoide aplicando un único valor de corrección global universal.

Hay que usar el modelo de geoide adecuado para la ubicación del proyecto y el sistema de referencia de coordenadas.

Cómo usar un geoide en Agisoft Metashape

Agisoft Metashape Professional es compatible con sistemas de coordenadas verticales y modelos de geoide.

Si tienes el geoide que necesitas, puedes instalarlo y asociarlo al sistema de coordenadas horizontales adecuado para crear un sistema de referencia de coordenadas compuesto.

En Metashape, abre la selección del sistema de coordenadas desde la configuración del panel «Referencia» y selecciona o configura el sistema de coordenadas que combine:

El sistema de referencia de coordenadas horizontales correcto
El sistema de coordenadas verticales adecuado
El modelo de geoide correspondiente

Una vez aplicado el sistema de referencia vertical correcto, Metashape puede realizar la transformación adecuada entre los sistemas de referencia de altura basados en el elipsoide y en el geoide, siempre que se disponga de los datos de transformación necesarios.

Altitud absoluta de DJI frente a altitud relativa

Otra posible fuente de errores verticales es la información sobre la altitud que se guarda en los metadatos de las imágenes de DJI.

Las imágenes de DJI pueden contener dos valores de altitud importantes:

Altitud absoluta
Altitud relativa

La «altitud relativa» es la altura de la aeronave respecto al punto de despegue.

AbsoluteAltitude sirve para proporcionar un valor de altitud absoluta asociado a la imagen.

Agisoft ha documentado casos en los que el valor de «AbsoluteAltitude» registrado en los metadatos de la imagen puede ser incorrecto.

Metashape lee los metadatos disponibles y utiliza esos valores en el panel «Referencia». No detecta automáticamente si una altitud incorrecta registrada por la aeronave debe sustituirse por otro valor.

Esto significa que un conjunto de datos puede parecer que tiene información GPS precisa, aunque en realidad contenga una referencia vertical incorrecta.

Cómo consultar los metadatos de altitud de DJI en Metashape

Una vez que hayas importado tus imágenes, abre el panel «Referencia» y comprueba las coordenadas de la cámara.

Fíjate bien en los valores de altitud.

Pregúntate:

¿Son realistas las cotas para el lugar del levantamiento topográfico?
¿Son más o menos iguales a la altitud prevista del terreno más la altura de vuelo?
¿Son alturas elipsoidales o alturas ortométricas?
¿Se midieron los puntos de control del levantamiento utilizando la misma referencia vertical?
¿El error vertical se mantiene más o menos constante a lo largo de todo el proyecto?

Un desplazamiento vertical casi constante en varios puntos de control independientes es una pista importante.

Si todos los puntos de control muestran más o menos la misma diferencia vertical, el problema podría estar relacionado con una referencia de altura, el geoide o un desfase sistemático de altitud, en lugar de una reconstrucción fotogramétrica deficiente.

¿Y si la altitud absoluta de DJI no es correcta?

Si la altitud absoluta almacenada en las imágenes de DJI es incorrecta, una posible forma de proceder es utilizar el valor «RelativeAltitude» junto con la altura elipsoidal conocida del punto de despegue.

En términos generales:

Altura elipsoidal de la cámara = altura elipsoidal del punto de despegue + AltitudRelativa

Agisoft ofrece scripts en Python para leer los metadatos de altitud de DJI y aplicar un desplazamiento de altitud conocido a las coordenadas de la cámara.

Una vez corregidas las altitudes de referencia de la cámara, hay que aplicar las coordenadas actualizadas antes de seguir con la optimización final y la generación de los productos topográficos.

Guarda siempre los datos originales del proyecto o de coordenadas antes de aplicar correcciones de altitud en bloque.

Que sea RTK no significa automáticamente que sea altura ortométrica

Este malentendido es especialmente habitual con los drones RTK modernos.

Que aparezca el estado «RTK FIX» no significa automáticamente que la elevación guardada en cada imagen ya esté expresada como altura sobre el nivel medio del mar.

El RTK mejora sobre todo la precisión de la posición GNSS.

El usuario tiene que entender lo siguiente:

El sistema de referencia de coordenadas
El sistema de referencia GNSS
El elipsoide
El nivel de referencia vertical
El modelo del geoide
Cómo almacena el dron los metadatos de altitud

Una coordenada muy precisa, pero referenciada a un sistema vertical incorrecto, puede seguir dando lugar a un gran error aparente al compararla con datos topográficos que utilicen otra referencia altimétrica.

¿Por qué mis coordenadas horizontales son correctas pero la cota está mal?

Este es uno de los indicadores más claros de que hay un problema con la referencia vertical.

Imagina que tus puntos de control independientes muestran diferencias horizontales del orden de centímetros, pero que todas las mediciones verticales son varios metros más altas o más bajas de lo que deberían.

La reconstrucción fotogramétrica puede que siga siendo muy buena.

Antes de cambiar los parámetros de alineación, volver a generar la nube de puntos o dar por hecho que el sistema RTK ha fallado, comprueba si las coordenadas de la cámara y los puntos de control utilizan la misma referencia vertical.

Un desplazamiento sistemático en la cota Z es algo totalmente distinto a los errores aleatorios de elevación que se dan a lo largo del proyecto.

Desplazamiento vertical constante frente a error vertical variable

El tipo de error puede ayudarte a identificar su causa.

Desplazamiento vertical más o menos constante

Si la mayoría de los puntos de control muestran un desplazamiento Z similar, comprueba lo siguiente:

Alturas elipsoidales frente a ortométricas
Modelo de geoide incorrecto o ausente
Referencia vertical incorrecta
Metadatos de DJI AbsoluteAltitude
Una estación base fija o un desplazamiento de coordenadas

Errores verticales variables

Si los errores verticales varían mucho en toda la zona de estudio, analiza otros factores como:

Geometría deficiente de la cámara
La superposición de las imágenes no es muy buena
Variaciones en la calidad del RTK
Ajustes incorrectos de la precisión de la cámara
Calibración de la cámara
Deformación por laminación o sistemática
Mediciones incorrectas de los puntos de control en tierra

Normalmente, cambiar el geoide no va a arreglar un modelo fotogramétrico que esté distorsionado geométricamente.

Cómo solucionar un desplazamiento vertical en Metashape

Un proceso práctico para solucionar problemas es el siguiente:

Comprueba los valores de altitud de la cámara en el panel «Referencia».
Comprueba qué tipo de altitud utilizan las coordenadas del dron.
Comprueba qué nivel de referencia vertical utilizan los puntos de control o GCP.
Comprueba si el desplazamiento en el eje Z es más o menos constante.
Comprueba el sistema de coordenadas del proyecto.
Configura el sistema de referencia vertical o el modelo de geoide adecuados si es necesario.
Comprueba los metadatos «DJI AbsoluteAltitude» y «RelativeAltitude».
Corrige los datos de altitud de la cámara que no sean correctos cuando sea necesario.
Actualiza la información de referencia y vuelve a optimizar las cámaras.
Comprueba el proyecto corregido utilizando puntos de control independientes.

¿Por qué son imprescindibles los puntos de control con los drones RTK?

El RTK mejora mucho el posicionamiento de la cámara, pero los puntos de control independientes siguen siendo una de las mejores formas de comprobar la precisión real del proyecto fotogramétrico terminado.

Un punto de control tiene coordenadas topográficas conocidas, pero no se usa para restringir el modelo durante el ajuste.

Si comparas los resultados de Metashape con los puntos de control, puedes descubrir:

Sesgo horizontal
Sesgo vertical
Sistemas de coordenadas incorrectos
Problemas con el nivel de referencia vertical
Deformación inesperada

Sin puntos de control independientes, un proyecto puede parecer preciso a nivel interno y, sin embargo, contener un desfase absoluto sistemático.

¿Resuelven los GCP el problema entre el elipsoide y el geoide?

Los puntos de control en el terreno pueden ajustar el modelo a unas coordenadas conocidas, pero no deben utilizarse como sustituto de la comprensión de los sistemas de referencia de coordenadas del proyecto.

Si las coordenadas de la cámara y las de los puntos de control geométricos (GCP) usan sistemas de referencia verticales diferentes y no se aplica la transformación correcta, el proyecto contiene información de referencia incoherente.

Lo mejor es asegurarse de que las coordenadas de la cámara, los puntos de control geométrico (GCP), los puntos de control y los resultados del proyecto se gestionen utilizando sistemas de referencia horizontales y verticales correctamente definidos.

Recomendaciones finales

Si el modelo de tu dron RTK aparece desplazado verticalmente en Agisoft Metashape, no des por hecho de inmediato que el dron RTK, la calibración de la cámara o el procesamiento fotogramétrico hayan fallado.

Primero, comprueba si todas las coordenadas usan la misma definición de altura.

En concreto, comprueba lo siguiente:

Si las alturas de las cámaras son elipsoidales u ortométricas
¿Qué nivel de referencia vertical utiliza tu punto de control topográfico?
Si hay un modelo de geoide adecuado disponible
Si los metadatos de DJI AbsoluteAltitude son válidos
Si el desplazamiento vertical es constante en todos los puntos de control
Si el proyecto Metashape utiliza el sistema de coordenadas correcto

En los flujos de trabajo de topografía profesional, gestionar correctamente el sistema de referencia vertical es tan importante como conseguir un FIX RTK durante el vuelo.

Una vez que hayas entendido y configurado correctamente el elipsoide, el geoide y el sistema de referencia vertical, Agisoft Metashape Professional puede combinar las coordenadas de las cámaras RTK, los puntos de control geodésicos (GCP), los puntos de control y los sistemas de referencia vertical configurables para generar resultados fotogramétricos georreferenciados con precisión.

Preguntas frecuentes

¿Por qué mi modelo de Metashape está varios metros más alto o más bajo de lo que debería?

Un desplazamiento vertical sistemático puede deberse al uso de alturas de cámara elipsoidales junto con alturas topográficas ortométricas, a un sistema de referencia vertical incorrecto, a la falta de un modelo de geoide o a metadatos de altitud incorrectos.

¿Cuál es la diferencia entre la altura elipsoidal y la ortométrica?

La altura elipsoidal se mide con respecto a un elipsoide matemático que usan los sistemas GNSS. La altura ortométrica se mide con respecto a una referencia vertical basada en la gravedad y asociada al geoide, y se suele usar para indicar la altitud sobre el nivel medio del mar.

¿El RTK proporciona la altitud sobre el nivel del mar?

No de forma automática. El posicionamiento GNSS genera, básicamente, coordenadas referenciadas al elipsoide. Para convertir esos valores a un sistema de altura ortométrica, se necesita un modelo de geoide y un sistema de referencia de coordenadas verticales.

¿Se pueden usar modelos de geoide en Agisoft Metashape?

Sí. Metashape Professional admite sistemas de referencia verticales configurables basados en cuadrículas de ondulación del geoide y sistemas de coordenadas compuestos.

¿Por qué las coordenadas horizontales de mi RTK son precisas, pero la altitud es incorrecta?

Si la precisión horizontal es buena, pero todo el proyecto presenta un desplazamiento vertical similar, comprueba el sistema de referencia vertical, la definición de la altura respecto al elipsoide frente al geoide y los metadatos de altitud del dron antes de cambiar los ajustes del procesamiento fotogramétrico.

¿Qué es la altitud relativa de DJI?

La «altitud relativa» es la altura de la aeronave respecto a su punto de despegue. No hay que confundirla con la altitud absoluta elipsoidal u ortométrica.