Fotogrametría con UAV para el mapeo de aguas poco profundas

Reconstrucción 3D de zonas de poca profundidad mediante imágenes de dron

El uso de plataformas UAV y de imágenes RGB capturadas con cámaras ópticas pasivas permite aplicar la batimetría basada en imágenes como un método accesible y rentable para la inspección y el levantamiento del fondo marino en aguas poco profundas de entornos costeros.

Existen diversas técnicas de medición para inspeccionar y cartografiar el fondo en aguas poco profundas de océanos, mares, lagos, ríos y embalses artificiales. Una de ellas es la batimetría basada en imágenes obtenidas con UAV, que utiliza drones equipados con cámaras RGB. Este enfoque constituye una alternativa económica frente a tecnologías más costosas, como sensores activos LiDAR o sistemas de sonar. En este artículo se analizan las posibilidades de esta metodología, así como sus principales limitaciones y las condiciones necesarias para su correcta aplicación.

Según Cosby et al. (2024), aproximadamente el 30 % de la población mundial vive a menos de 50 kilómetros de la costa. Por este motivo, resulta fundamental comprender estas áreas, su evolución y los procesos que tienen lugar en ellas. Los datos espaciales obtenidos pueden emplearse en la gestión de zonas costeras para navegación marítima, estudios de fauna y flora, monitorización de la erosión, cartografía arqueológica y otros muchos usos. En consecuencia, existe una creciente demanda de tecnologías que permitan adquirir información espacial de forma rápida y eficiente.

Condiciones para la fotogrametría con UAV en aguas poco profundas

La cartografía de zonas costeras mediante drones e imágenes RGB es una tecnología accesible y relativamente económica. No obstante, solo puede aplicarse de forma eficaz cuando el agua es transparente y el fondo es completamente visible. La turbidez del agua, los efectos de cáusticas en la superficie y las partículas en suspensión pueden provocar problemas de reconstrucción y generar vacíos de información en el modelo 3D del fondo.

Cuando la transparencia del agua es reducida, aparecen discontinuidades claras en los modelos reconstruidos. La reconstrucción completa solo es posible cuando la superficie del fondo es claramente visible en las imágenes adquiridas.

Figura 1: Análisis de la turbidez: (a-b) imágenes adquiridas con UAV, (c-d) fondo reconstruido en 3D como nubes de puntos correspondientes. (Imagen cortesía de: Paulina Kujawa y Jaroslaw Wajs).

Planificación de la fotogrametría con UAV en aguas poco profundas

Para planificar correctamente la adquisición de datos, es necesario considerar dos aspectos principales: el objetivo del estudio, que determina la resolución de imagen requerida y la precisión global, y el equipamiento disponible.

El primer paso consiste en la definición y medición de los puntos de control en tierra (GCP). Aunque teóricamente son suficientes tres puntos, en la práctica se emplea un número mayor para mejorar la precisión y permitir el control de calidad en el espacio del objeto. Estos puntos deben distribuirse de forma homogénea en el área de estudio y medirse con una precisión superior a la esperada en la reconstrucción final.

Dado que la medición de puntos sobre el agua puede resultar compleja y lenta, también pueden emplearse trayectorias GNSS RTK/PPK integradas en el dron. Esta opción elimina la necesidad de GCP, aunque conlleva una menor precisión en el modelo 3D final.

El siguiente paso es la planificación de la misión de vuelo. En esta fase, la distancia de muestreo en terreno (GSD), es decir, el tamaño de un píxel en el suelo, determina la altitud de vuelo adecuada. Asimismo, es fundamental asegurar una cobertura suficiente de imágenes para garantizar una reconstrucción 3D completa del área.

Además de los aspectos instrumentales, deben considerarse las condiciones meteorológicas. Para asegurar la estabilidad del vuelo, se recomienda realizar las mediciones en días sin viento, lo que también reduce la formación de olas y ondulaciones en la superficie del agua. Las condiciones de iluminación son igualmente relevantes; los mejores resultados se obtienen cuando el sol se encuentra a una altura relativamente baja, ya que se evitan reflejos intensos en las imágenes.

Procesamiento fotogramétrico

La fotogrametría permite generar datos tridimensionales a partir de un conjunto de imágenes solapadas. El proceso puede dividirse en cuatro fases principales: orientación de imágenes, generación de una nube de puntos dispersa, reconstrucción de una nube de puntos densa y creación de una ortofoto.

Durante la orientación, se detectan puntos de enlace bien distribuidos y se aplica un ajuste por mínimos cuadrados para calcular las posiciones de las cámaras y obtener una nube de puntos inicial. Para un escalado correcto, la georreferenciación y la minimización de deformaciones, se emplean algunos puntos de control. Posteriormente, se genera la nube de puntos densa y, en la mayoría de los casos, un modelo digital de superficie y una ortofoto.

Existen numerosas herramientas comerciales y de código abierto capaces de ejecutar automáticamente todo el proceso fotogramétrico con resultados similares, aunque en muchos casos existe una falta de transparencia en los procedimientos de control de calidad.

Corrección real de la profundidad por refracción

El procesamiento fotogramétrico por sí solo no es suficiente para obtener un modelo preciso de la forma del fondo. Esto se debe al efecto de refracción de la luz en la interfaz aire-agua, que provoca una reducción aparente de la profundidad real.

Para corregir este efecto, pueden emplearse métodos basados en la ley de Snell, ampliamente documentados en la literatura. Además, se están desarrollando enfoques más recientes basados en algoritmos de aprendizaje automático que buscan mejorar la corrección en escenarios complejos.

Figura 2: Ejemplo de un perfil del fondo tras la corrección por refracción (Kujawa y Remondino, 2025).

Productos finales y aplicaciones

Los productos finales del procesamiento fotogramétrico suelen incluir una nube de puntos, un modelo digital de superficie y una ortofoto. Estos productos geoespaciales permiten analizar con detalle las características del fondo en aguas poco profundas y sirven como base para estudios posteriores.

Pueden emplearse, por ejemplo, para la detección y monitorización de vegetación sumergida, el análisis de cambios morfológicos, el seguimiento de hábitats costeros o el estudio del impacto del cambio climático y la contaminación.

Figura 3: Productos típicos generados a partir de imágenes UAV en zonas de aguas poco profundas: (a) nube de puntos, (b) modelo digital de superficie (DSM) y (c) ortofoto (Kujawa et al., 2025).

Aplicación de la fotogrametría con UAV en aguas poco profundas

La batimetría basada en imágenes obtenidas con UAV es un método rápido, eficaz y de bajo coste para la reconstrucción de fondos en aguas poco profundas. Utiliza imágenes capturadas con drones y cámaras RGB para generar datos tridimensionales del terreno sumergido.

La transparencia del agua y la visibilidad del fondo son requisitos imprescindibles para su aplicación. Existen múltiples estrategias de adquisición y procesamiento de datos, y la elección del método más adecuado depende del objetivo del estudio, la precisión requerida y el equipamiento disponible. A pesar de estas limitaciones, esta tecnología proporciona información espacial de gran valor y contribuye a una mejor comprensión de los cambios que se producen en las zonas costeras.

Más información: GIM INTERNATIONAL