Foto DIgital

FOTOGRAMETRIA DIGITAL

ACTUALIZACIÓN DE RED HIDRICA MEDIANTE LA EXTRACCION DE

PARAMETROS VECTORIALES CON FILTROS

UNIVERSIDAD DEL VALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL Y GEOMÁTICA

SANTIAGO DE CALI, SEPTIEMBRE 18 DE 2013

2 Euclides Barandica Zemanate Escuela de Ing. Civil y Geomática

FOTOGRAMETRIA DIGITAL

ACTUALIZACIÓN DE RED HIDRICA MEDIANTE LA EXTRACCION DE

PARAMETROS VECTORIALES CON FILTROS

EUCLIDES BARANDICA ZAMANATE

COD: 0933426

INGENIERÍA TOPOGRÁFICA

PRESENTADO A:

FRANCISCO HERNANDEZ

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL Y GEOMÁTICA

SANTIAGO DE CALI, SEPTIEMBRE 18 DE 2013

3 Euclides Barandica Zemanate

Escuela de Ing. Civil y Geomática

Tabla de contenido Introducción. ........................................................................................................................ 4

Antecedentes ........................................................................................................................ 4

Planteamiento del Problema ............................................................................................... 11

Justificación ....................................................................................................................... 11

Metodologia ....................................................................................................................... 12

Bibliografia ........................................................................................................................ 13

Imagen 1. Extracción de Carreteras (Journal of China University of Mining and Technology)

............................................................................................................................................ 6

Imagen 2. (a) Imagen original, (b) Imagen de Wallis-filtrada, (c) área ampliada que muestra

los resultados de operador RÁPIDO aplica a la imagen original y (d) área ampliada que

muestra los resultados de operador RÁPIDO aplicado a la imagen filtrada-Wallis (The

Photogrammetric Record) .................................................................................................... 7

Imagen 3. (a) Zimin, (b) DEM producidos, (c) la distribución espacial de los errores Tipo I y

Tipo II, (d) la diferencia entre el DEM estimada a partir de datos de referencia y el DEM

producido. Las marcas de graduación y las líneas de cuadrícula en todos subfiguras están en

intervalos de 50 m (ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing) ........................ 9

Imagen 4. Vista sombreada de dos de los ocho conjuntos de datos utilizados en el ensayo de

filtro (ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing) .................................... 10

Imagen 5. Segmentación resultados globales. Izquierda: la segmentación manual; Derecha:

segmentación automática (computers and electronics in agriculture) ................................ 11

Tabla 1. El rendimiento del operador interés para las imágenes de la red de la placa (The

Photogrammetric Record) .................................................................................................... 7

Tabla 2. Puntos resultantes de detección de características para el parche rejilla 121-puntos

seleccionados (The Photogrammetric Record) ...................................................................... 8



Figura 1.Esquema del filtro de partículas (Journal of China University of Mining and

Technology) ......................................................................................................................... 5

Introducción.

La extracción de parámetros por filtros en imágenes, es un método que se ha utilizado para

recoger un a cantidad de características determinadas según el tipo de filtro que se aplique

con el fin de poder generar en algunos casos un DEM, a estos filtros se les aplican umbrales

de aceptación lo que hace que los puntos sean aun de más confianza, en un método de barrido

de información, que algunas veces puede tener dispersión en los datos si no se trabaja bien,

por otro lado los filtros permiten realizar análisis de la cantidad de características, además de

hacer algunas selecciones según su forma o aplicación dentro de los parámetros que estemos

utilizando, así pues este método se utiliza en varios tipos de procesos como los que son con

material del Lidar e Imágenes terrestres de alta resolución Fa-mao(2006).

Para la actualización de una red hídrica para la extracción de parámetros vectoriales por

medio de filtros, se utilizaran imágenes aéreas y se dispondrán aplicar los algoritmos para el

filtrado de partículas utilizado por Fa-mao(2006), en su proyecto el cual le arrojo muy buenos

resultados y en donde se determinara la mejor ruta para la actualización de la red hídrica de

un municipio, los resultados esperados en este caso es tener una cantidad de características

extraídas suficientes, las cuales me determinen el buen procesamiento de un DEM para así

llegar a establecer la actualización de la red hídrica del municipio de candelaria valle del

cauca.

Antecedentes

Según Fa-mao en (2006), la extracción de carreteras utilizando el filtrado de partículas que

consiste en utilizar una serie de puntos a lo largo de una vía, partiendo desde un punto en el

eje de la carretera el cual se va a trasladar a lo largo del eje de la vía. Este procedimiento

viene seguido de una asignación de pesos a los puntos en el sistema, los pesos asignados se

eligen mediante un principio de muestra, el cual sigue el principio básico de la vecindad y si

un camino es el más apropiado para el valor de la muestra, los pesos óptimos para el sistema

son los más altos, el principio básico de la escogencia se muestra en la figura 1, para la

extracción de las carreteras se siguieron 4 parámetros los cuales fueron la posición central,



dirección de la carretera, la anchura del camino y posición a lo largo, los parámetros

anteriores logran establecer el vector (x,). Se determino que como las carreteras no son líneas

totalmente rectas, se debían asumir subregiones en las cuales se pudieran encontrar los

tramos de vía totalmente paralelos, además esta anchura entre las líneas paralelas debe tener

un umbral de aceptación el cual determine en que rangos se puede mover la vía, pienso que

la extracción de vías automática puede llegar a ser muy efectivo, puesto que se toman unos

parámetros previos para definir la carretera, los cuales permitieron extraer de manera muy

fácil todas las carreteras que hay dentro de la imagen de alta resolución.

Figura 1.Esquema del filtro de partículas (Journal of China University of Mining and Technology)



Imagen 1. Extracción de Carreteras (Journal of China University of Mining and Technology)

Según Jazayeri en (2010), se utilizo técnicas de fotogrametría digital a corta distancia con el

fin de extraer la mayor cantidad de puntos comparando tres métodos de extracción, estos

extraían la mayor cantidad de carcteristicas de las fotografías de corto alcance, en otras

palabras la mayor cantidad de puntos utilziando diferentes métodos de filtros, y comprando

cual de los tres podía tener mayor efectividad en la acción de la tarea, las características que

recogían dichos operadores mediante sus algoritmos son esquinas, bordes, o regiones, con los

cuales se pueden reconstruir objetos 3D, la cantidad de puntos extraídos pueden llegar a ser

medidos dentro de un umbral, según el requerimiento del usuario que trabaje el sistema, ya

que puede obtener un porcentaje preciso de la cantidad de puntos a extraer en la zona, así

como se observa en la tabla 1. En este tipo de algoritmos se puede observar que se tienen

cierto criterios de escogencia para los puntos, entre los cuales se consideran la precisión de

posicionamiento en función del punto, en términos relativos y absolutos, los operadores

utilizados en este articulo fueron comparados con el filtrado de Wallis, para realizar una

similitud entre los resultados y el mismo filtrado, se utilizo para la toma de fotografías la

cámara Nikon D200. Puedo concluir que la extracción de características para la

reconstrucción de imágenes en 3d, es muy provechosa, así pues se logran barridos de puntos

más óptimos, con mayor influencia y más acertados en los procedimientos.



Imagen 2. (a) Imagen original, (b) Imagen de Wallis-filtrada, (c) área ampliada que muestra los resultados

de operador RÁPIDO aplica a la imagen original y (d) área ampliada que muestra los resultados de operador RÁPIDO aplicado a la imagen filtrada-Wallis (The Photogrammetric Record)

imagen Los criterios de desempeño Fo¨rstner SUSAN FAST

Original RGB acelerar 9 0-4 0-1

Tasa de detección (puntos totales) 1800 4770 30 580

Filtrado

Wallis

acelerar 7 0-8 0-3

Tasa de detección (puntos totales) 10 600 6700 208900

Tabla 1. El rendimiento del operador interés para las imágenes de la red de la placa (The Photogrammetric Record)



Fo¨rstner SUSAN FAST

Puntos totales detectados 34(28%) 53(44%) 109(90%)

Puntos correctos detectados 32(26%) 41(34%) 107(88%)

Puntos perdidos 89(74%) 80(66%) 14(12%)

Puntos incorrectos detectados 2(6%) 12(23%) 2(2%)

Localización(píxeles) 1 2 a 4 0.5 a 1

Localización 0.006 (1 pixel)

0.012 a 0.024

(de 2 a 4

pixeles)

0.003 a

0.006 (0.5

a 1 pixel

Tabla 2. Puntos resultantes de detección de características para el parche rejilla 121-puntos seleccionados (The Photogrammetric Record)

Según Pingel en (2013), para la clasificación del terreno seutilizaron 4 parámetros que

demarcaron el filtro utilizado, los cuales son el tamaño de celda de la cuadrícula de superficie

mínimo , un valor de la pendiente por ciento que regula la celda BE / clasificación OBJ en

cada paso, un vector de radios ventana que controla la operación de apertura en cada

iteración, además se le dio un valor a la clasificación del punto lidar para suelos desnudos,

también se utilizo una caracterización para las distancias verticales utilizadas, el proceso tiene

4 fases las cuales constan de la creación de una superficie en la cual se identificaran algunas

características sobre la rejilla, lo cual permitirá crear un modelo de elevación digital con el

que finalmente se identificara los originales mediante la comparación de la interpolación, los

valores vacios dentro de la superficie ósea pixeles vacios se pueden llenar mediante métodos

de coloración, para completar la superficie se utiliza la interpolación por medio de vecino las

cercano el cual permite completar la superficie (zimin), la nube de puntos y los parámetros de

los filtros permiten evaluar las pendientes en la superficie zimin, pero los rasgos permiten

demarcar dentro del modelo digital de elevación, aquellos valores que se les da a los

parámetros. Se presentaron resultados para los parámetros evaluados Estos parámetros

fueron: tolerancia pendiente = 15 % , el radio máximo de la ventana ( wkmax ) = 18 m,

elevación Threshold = 0,5 m, y el escala de elevación -Factor = 1,25 . Con estos parámetros

generales, la media Kappa puntuación fue 85,40 % (mediana , 90,52 % ) y el error total

media fue de 4,40 % (mediana , 3,40 % ), el algoritmo de filtro simple (SMRF), fue diseñado

para resolver los problemas con los entornos de extracción urbanos.



Imagen 3. (a) Zimin, (b) DEM producidos, (c) la distribución espacial de los errores Tipo I y Tipo II, (d) la diferencia entre el DEM estimada a partir de datos de referencia y el DEM producido. Las marcas de

graduación y las líneas de cuadrícula en todos subfiguras están en intervalos de 50 m (ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing)

Según Sithole en (2004), para aplicar el filtro de densificación de puntos se requirió en los

puntos vacios, triangulación para llenar los mismos así pues con la triangulación se disponían

a reconocer los puntos desnudos en la tierra, lo cual fue el objeto de este estudio, para

reconocer los espacios vacios en la imagen se utilizo de un método de regresión lineal, así

pues ciertos parámetros producen una línea curva que representa los lugares de la tierra

desnuda, se utilizaron además modelo de derivación del terreno los cuales permiten aplicar

una interpolación para saturar la superficie con los lugares faltantes y mejorar el rango

jerárquico de adquirían de datos, este procedimiento se realizo mediante un escaneo laser de

Nube de puntos en 3D.



Imagen 4. Vista sombreada de dos de los ocho conjuntos de datos utilizados en el ensayo de filtro (ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing)

Según Rabatel en (2008), se utilizo el filtro de Gabor con imágenes de entrada grises las

cuales no tendrán medidas radiométricas y en las cuales se identifica un calculo de NDVI, se

aplico el filtrado de gabor donde se propone su descomposición mediante señales primarias

que se descomponen mediante la convolucion de la señal de entrada este filtro está diseñado

para lograr reconocer la frecuencia de ondas, el cual se encuentra en un dominio espacial,

este filtro mediante una función gausiana permite actuar como paso de frecuencia espacial de

largo y ancho y así determinar parámetros determinados, para filtrar los niveles de gris en la

imagen se utilizan los contrastes directos de las filas y las hileras de la imagen de entrada de

los viñedos sobre la cual se aplica el estudio, en este proyecto se busca obtener los valores de

la segmentación a través de 200 ha las cuales fueron divididas en 8 tipos según diferentes

ítem de clasificación. Se obtuvieron resultados para los parámetros propuestos, donde se

delimitaron las parcelas, y se distinguieron sus filas e hileras, quienes en algunas partes, se

vieron afectadas por la resolución de la imagen.



Imagen 5. Segmentación resultados globales. Izquierda: la segmentación manual; Derecha: segmentación

automática (computers and electronics in agriculture)

Planteamiento del Problema

Se requiere realizar una actualización de una red hídrica en el municipio de Candelaria, la

cual permita optimizar el recurso hídrico potable, esto es debido a que no tienen una red

hídrica establecida aun y su municipio en general tiene problemas por este recurso, en su

mayoría el municipio se abastece con agua de pozo, debido a que su topografía no le ha

permitido tomar el agua de algún recurso natural, puesto que no tiene montañas o ríos dentro

de sus límites, se busca actualizar la red hídrica de este municipio ya que todas sus redes se

abastecen de agua por bombeo, se realizara esta actualización con procedimientos como la

aplicación de filtros a características vectoriales, que se permitan extraer de las fotografías

aéreas, se quiere con la actualización de la red hídrica tener conocimiento sobre la ubicación

de las posibles fuentes de extracción del recurso así pues como las estructuras hidráulicas que

permiten llevar el recurso al municipio, todo se realizara utilizando extracción de parámetros

vectoriales con filtros, lo cual nos permitirá demarcar muy bien aquellas características que

pertenecen al sistema hídrico y poder realizar un análisis como producto del mismo.

Justificación

La actualización de la red hídrica mediante extracción de parámetros vectoriales con filtros

brindará elementos fundamentales para la planificación de nuevas obras en la ciudad y para el



desarrollo de proyectos en las zonas estudiadas, también proveerá herramientas actualizadas

para las diferentes entidades ambientales, las universidades y los centros de investigación de

la ciudad, la aplicación de filtros permitirá realizar una adquisición de datos y así darle

solución a la problemática anterior.

Metodologia

Para la actualización de la red hídrica se utilizara el filtro de Wallis utilizado por Fa-mao en

(2006), el cual usa un algoritmo que usa puntos individuales a través de las líneas que

conducen a las fuentes de abastecimiento hídrico, estos puntos se acomodan en el eje de los

cauces, los cuales darán a conocer cada una de los rasgos a través de los mismos, estos puntos

a través de los cauces se convierten en líneas los cuales bordean o delinean las redes hídricas,

además también se establecen reconocimiento de puntos en los lugares donde hay estructuras

hidráulicas las cuales pueden generar abastecimiento del recurso, se generara un Modelo

digital de elevación para lograr obtener las pendientes del terreno y así saber hacia dónde

estan las caídas que influyen en el proceso de flujo por caída o bombeo, ya que si se hiciera

por bombeo implicaría un alto costo en maquinaria, las nubes de puntos de las imágenes

permitirán realizar un detallado estudio ya si permitirán utilizar las bases de datos las cuales

indicaran cuales son las estructuras más optimas o los lugares más propicios para realizar el

abastecimiento a la ciudad, se busca entregar como resultado, una base que permita reconocer

y ayudar al municipio a utilizar la red hídrica para que tengan un buen manejo del recurso

mediante la implementación de la actualización. El filtro de Wallis es un sistema que se

aplica a las imágenes y permite realizar una nube de puntos sobre la imagen, con esta nube se

construirá un DEM con el cual se analizar las zonas propicias de extracción, se deben de

asignar unos parámetros y características de reconocimiento para el filtro así este determinara

la cantidad de puntos que son propicios para trabajar en la actualización de la red.



Bibliografia

Gilles Rabatel, Carole Delenne, Michel Deshayes, 2008, A non-supervised approach using

Gabor filters for vine-plot detection in aerial images, Computers and Electronics in

Agriculture, Volume 62, Issue 2, Pages 159-168

George Sithole, George Vosselman, 2004, Experimental comparison of filter algorithms for

bare-Earth extraction from airborne laser scanning point clouds, ISPRS Journal of

Photogrammetry and Remote Sensing, Volume 59, Issues 1–2, , Pages 85-101

Ida Jazayeri, Clive S. Fraser, 2010, Interest operators for feature-based matching in close

range photogrammetry, The Photogrammetric Record, Volume 25, Issue 129, pages 24–41

Thomas J. Pingel, Keith C. Clarke, William A. McBride, 2013, An improved simple

morphological filter for the terrain classification of airborne LIDAR data, ISPRS Journal of

Photogrammetry and Remote Sensing, Volume 77, Pages 21-30

YE Fa-mao, SU Lin, TANG Jiang-long, 2006, Automatic Road Extraction Using Particle

Filters from High Resolution Images, Journal of China University of Mining and

Technology, Volume 16, Issue 4, December 2006, Pages 490-493

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