ES2734725A1 - Procedure and equipment for the identification of cavities in a field (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

Abstract

Procedure for the identification and characterization of cavities, cavities or caves in a terrain by means of a probability map, where the resolution of the result is centimeter to decimetric, and where said procedure is performed by means of a team that is based on the use of the less a remotely piloted system (RPAS), which allows the capture of images in the visible spectrum and thermal infrared, which are subsequently processed in a photogrammetric station to obtain thermal orthophotographs of the terrain, calibrated with the data measured on the ground with sensors- temperature recorders, and in which the caves can be identified with great precision due to the temperature contrast with the environment. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

PROCEDIMIENTO Y EQUIPO PARA LA IDENTIFICACIÓN DE CAVIDADES EN UN TERRENOPROCEDURE AND EQUIPMENT FOR THE IDENTIFICATION OF CAVES IN A LAND

Campo técnicoTechnical field

La presente invención está referida a un procedimiento para la identificación y caracterización de cavidades, cuevas u oquedades en un terreno mediante termografía de infrarrojos desde RPAS (remotely piloted aerial systems, sistemas aéreos pilotados remotamente), y el equipo requerido para el desarrollo de dicho procedimiento.The present invention relates to a procedure for the identification and characterization of cavities, caves or cavities in a field by infrared thermography from RPAS (remotely piloted aerial systems, and remotely piloted aerial systems), and the equipment required for the development of said procedure. .

Las aplicaciones de la invención son muy diversas ya que el fenómeno de las cavidades u oquedades tiene una importante incidencia en el ámbito de la ingeniería, el medio ambiente y en otros como el turístico o el deportivo.The applications of the invention are very diverse since the phenomenon of cavities or cavities has an important impact in the field of engineering, the environment and in others such as tourism or sports.

Estado de la técnica anteriorPrior art

Es conocido que las cuevas son un fenómeno geológico muy interesante, y su estudio resulta de gran relevancia.It is known that caves are a very interesting geological phenomenon, and their study is of great relevance.

En el ámbito de la ingeniería civil, la identificación y cartografía de cuevas es de gran interés, ya que estos fenómenos pueden constituir un importante riesgo oculto, por la posibilidad de hundimiento o colapso que suponen, y las consecuencias que ello puede originar sobre las infraestructuras o las construcciones. En este sentido, la localización cartográfica de las cuevas en una determinada zona en la que se hayan construido o proyectado infraestructuras o construcciones puede ser la base para estudios geotécnicos y el análisis del riesgo a este tipo de fenómenos, y en consecuencia, de su prevención.In the field of civil engineering, the identification and mapping of caves is of great interest, since these phenomena can constitute an important hidden risk, due to the possibility of sinking or collapse that they entail, and the consequences that this may cause on infrastructure or the constructions. In this sense, the cartographic location of the caves in a certain area where infrastructure or constructions have been built or projected can be the basis for geotechnical studies and risk analysis of this type of phenomena, and consequently, of their prevention .

En el ámbito de otras ingenierías, como la minería, la localización de cuevas puede ser importante a la hora de planificar las labores de excavación o de la propia extracción de materiales (seguimiento de fracturas o fisuras en canteras o minas subterráneas) o también de los riesgos asociados a su colapso. En la industria energética, pueden suponer una forma de localizar yacimientos de geotermalismo o de la simple explotación de la energía geotérmica. In the field of other engineering, such as mining, the location of caves can be important when planning the excavation work or the extraction of materials itself (tracking fractures or fissures in quarries or underground mines) or also risks associated with its collapse. In the energy industry, they can be a way to locate geothermal deposits or the simple exploitation of geothermal energy.

Finalmente, en ingeniería agronómica y forestal, y desde un punto de vista medioambiental, las cuevas y las fisuras del terreno son un elemento de gran relevancia en la gestión hidrogeológica, ya que pueden constituir puntos de recarga o descarga de acuíferos, o desde el punto de vista ecológico, como hábitats singulares de distintas comunidades animales y vegetales. Todo ello además de su propio interés científico y geológico, que los hace explotables desde el punto de vista de la industria turística.Finally, in agronomic and forestry engineering, and from an environmental point of view, the caves and the fissures of the land are an element of great relevance in the hydrogeological management, since they can constitute points of recharge or discharge of aquifers, or from the point Ecologically, as unique habitats of different animal and plant communities. All this in addition to their own scientific and geological interest, which makes them exploitable from the point of view of the tourism industry.

Teniendo en cuenta la importancia de la identificación y localización de cuevas y oquedades en el terreno, los procedimientos existentes para la localización y caracterización de cavidades u oquedades hasta la actualidad se basan en el reconocimiento geológico de campo, en algunos casos apoyados en técnicas de prospección geofísica (sísmica de refracción, sondeos eléctricos, georradar, etc.) o termografía de campo, estas últimas basadas en las propiedades térmicas de las cuevas en relación con su entorno. Sea cual sea la técnica o conjunto de técnicas empleadas, los reconocimientos sobre el terreno permiten la identificación puntual de cuevas o la realización de levantamientos de zonas muy reducidas en tamaño (0,01 -1 Ha), y con poca capacidad de elaborar cartografías.Taking into account the importance of the identification and location of caves and cavities in the field, the existing procedures for the location and characterization of cavities or cavities until today are based on geological field recognition, in some cases supported by prospecting techniques geophysics (seismic refraction, electrical soundings, georradar, etc.) or field thermography, the latter based on the thermal properties of the caves in relation to their surroundings. Whatever the technique or set of techniques used, the surveys on the ground allow the timely identification of caves or the conduct of surveys of areas very small in size (0.01 -1 Ha), and with little capacity to elaborate cartographies.

Por lo que respecta al empleo de técnicas de detección mediante sensores remotos, las más adecuadas son las que se basan igualmente en dichas propiedades térmicas. En este sentido, los satélites utilizados en teledetección espacial suelen incorporar sensores que captan la radiación electromagnética en la banda espectral correspondiente al denominado infrarrojo térmico, en torno a 10-20 micrómetros de longitud de onda, por lo que la aplicación de estas técnicas se ha ensayado para la localización de cuevas, tanto en la Tierra como en otros planetas como Marte o la Luna. La resolución de estos sistemas va desde decenas a centenares de metros, como en el caso de Landsat 8 que es de 100 m o en Sentinel-3 de 500­ 1000 m; en estos casos se pueden hacer levantamientos de zonas muy amplias, del entorno de miles de Km2, aunque la resolución solo permite detectar cuevas o sistemas de cuevas de gran tamaño, con una apertura mínima de centenares de metros de diámetro.With regard to the use of remote sensing detection techniques, the most suitable are those that are also based on these thermal properties. In this sense, the satellites used in space remote sensing usually incorporate sensors that capture the electromagnetic radiation in the spectral band corresponding to the so-called thermal infrared, around 10-20 micrometers of wavelength, so the application of these techniques has been tested for the location of caves, both on Earth and on other planets such as Mars or the Moon. The resolution of these systems ranges from tens to hundreds of meters, as in the case of Landsat 8 which is 100 m or in Sentinel-3 of 500 1000 m; In these cases, surveys can be made of very large areas, around thousands of km2, although the resolution only allows the detection of caves or large cave systems, with a minimum opening of hundreds of meters in diameter.

Es conocido que estos sensores también se han instalado a bordo de plataformas aéreas como aviones, avionetas, o helicópteros, lo que permite incrementar considerablemente la resolución hasta unos pocos metros o decenas de metros. Por ejemplo, el AHS, Airborne Hyperspectral Scanner, que emplea el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), consigue una resolución entre 2,4 y 13,7 m en alturas típicas de vuelo. En este caso, se pueden realizar levantamientos amplios, decenas a miles de Km2, para detectar cuevas de tamaño métrico, lo que descarta la detección de pequeños conductos y grietas. It is known that these sensors have also been installed on board aerial platforms such as airplanes, airplanes, or helicopters, which allows to considerably increase the resolution to a few meters or tens of meters. For example, the AHS, Airborne Hyperspectral Scanner, which employs the National Institute of Aerospace Technology (INTA), achieves a resolution between 2.4 and 13.7 m at typical flight heights. In this case, large surveys, tens to thousands of Km2, can be performed to detect metric-sized caves, which excludes the detection of small ducts and cracks.

Teniendo en cuenta lo anterior, se observa que hay algunos aspectos no resueltos a la hora de conseguir la identificación de cuevas en terrenos: en primer lugar, no hay sistemas versátiles que permitan realizar levantamientos de una forma precisa o convenientemente localizada; en segundo lugar, no se conocen procedimientos y/o sistemas que permitan la detección de pequeños conductos y grietas en los terrenos, y que al mismo tiempo cubran extensiones significativas en un tiempo razonable, o dicho de otra manera, que no se dispone de metodologías que permitan una adecuada precisión y resolución, al tiempo que cubran extensiones de las zonas de estudio útiles para el reconocimiento. De tales problemas surge la presente invención, que resuelve estas problemáticas.Taking into account the above, it is observed that there are some unresolved aspects when it comes to identifying caves in land: first, there are no versatile systems that allow surveys to be carried out in a precise or conveniently located way; secondly, there are no known procedures and / or systems that allow the detection of small ducts and cracks in the land, and that at the same time cover significant extensions in a reasonable time, or in other words, that methodologies are not available that allow adequate precision and resolution, while covering extensions of the study areas useful for recognition. From such problems the present invention arises, which solves these problems.

Como base, la presente invención tiene en cuenta las propiedades térmicas que presentan las cuevas, en concreto el contraste de temperatura con el terreno circundante debido a la circulación de fluidos en su interior, que las hace susceptibles de ser identificadas mediante técnicas de teledetección, cuando éstas proporcionan la resolución espacial suficiente para que las entradas de las cuevas y los conductos que las comunican con el exterior sean observables. En este sentido, los sensores o cámaras termográficas requieren de un sistema versátil, respecto a los sistemas conocidos, como el que suponen los UAV (unmanned aerial vehicles, vehículos aéreos no tripulados) comúnmente conocidos como drones, para la detección eficaz de cuevas u oquedades del terreno. El término UAS (sistema aéreo no tripulado) hace referencia al sistema completo, incluyendo el sistema de control, además del vehículo, aunque actualmente se está imponiendo el término RPAS (remotely piloted aerial system, sistema aéreo pilotado remotamente), para hacer incidencia a los sistemas controlados por un piloto, dentro de los sistemas no tripulados, por lo que será el término preferentemente utilizado a partir de ahora.As a basis, the present invention takes into account the thermal properties of the caves, in particular the temperature contrast with the surrounding terrain due to the circulation of fluids inside, which makes them susceptible to being identified by remote sensing techniques, when these provide sufficient spatial resolution so that the entrances of the caves and the conduits that communicate them with the outside are observable. In this sense, thermographic sensors or cameras require a versatile system, with respect to known systems, such as those assumed by UAVs (unmanned aerial vehicles) commonly known as drones, for the effective detection of caves or cavities of the land The term UAS (unmanned aerial system) refers to the entire system, including the control system, in addition to the vehicle, although the term RPAS (remotely piloted aerial system) is currently being imposed, to advocate systems controlled by a pilot, within unmanned systems, so it will be the term preferably used from now on.

También se destaca que, con respecto a las técnicas terrestres conocidas, el empleo de RPAS supone superar el trabajo centrado en localizaciones o zonas de tamaño muy reducido, para realizar el levantamiento de zonas más amplias (en el rango de 1 Ha a 100 Km2) con propiedades geométricas correctas, que permitan la elaboración de cartografías precisas.It is also noted that, with respect to known terrestrial techniques, the use of RPAS means overcoming work focused on locations or areas of very small size, to carry out the survey of wider areas (in the range of 1 Ha to 100 km2) with correct geometric properties, that allow the elaboration of precise cartographies.

Respecto a las técnicas de detección remota, tanto la teledetección espacial como incluso la aerotransportada (aviones, avionetas o helicópteros), los RPAS ofrecen una resolución centimétrica a decimétrica, adecuada para la detección de cuevas, conductos e incluso fisuras del suelo a través de las que se produzca la salida de aire procedente de cavidades subsuperficiales. Esta resolución, así como la adquisición de imágenes con propiedades estereoscópicas adecuadas y de información termográfica (radiometría en la banda del infrarrojo térmico) permiten la realización modelos digitales del terreno y de ortofotografías térmicas, a partir de las cuales se obtienen cartografías de inventario o de susceptibilidadriesgo de aparición de cuevas.With regard to remote sensing techniques, both spatial remote sensing and even airborne (airplanes, light aircraft or helicopters), RPAS offer a centimeter to decimetric resolution, suitable for the detection of caves, ducts and even fissures of the ground through that the air outlet from subsurface cavities occurs. This resolution, as well as the acquisition of images with properties Appropriate stereoscopic and thermographic information (radiometry in the thermal infrared band) allow the realization of digital terrain models and thermal orthophotographs, from which inventory or susceptibility cartography risks of cave appearance are obtained.

Por otro lado, los RPAS son sistemas de gran versatilidad, tanto a la hora de instalar distintos sensores o cámaras (RGB, infrarrojos, termográficas ...) a bordo de ellos, como a la hora de realizar las campañas de campo para la captura de imágenes, frente a otros sistemas como los aerotransportados en los hay que contar con la disponibilidad de los equipos junto a unas condiciones meteorológicas y ambientales adecuadas, lo que dificulta el desarrollo de dichas campañas.On the other hand, RPAS are highly versatile systems, both when installing different sensors or cameras (RGB, infrared, thermographic ...) on board them, and when conducting field campaigns for capture of images, compared to other systems such as the airborne ones in which it is necessary to have the availability of the equipment together with adequate meteorological and environmental conditions, which hinders the development of said campaigns.

Finalmente se ha de tener en cuenta la viabilidad económica, y en este sentido los RPAS suponen una ventaja notable frente a los sensores aerotransportados en relación con los costes de los vuelos, amortización de los equipos, su poca o nula versatilidad, o frente a los levantamientos de campo que exigen del trabajo de varios días con sus costes asociados.Finally, economic viability must be taken into account, and in this sense the RPAS represent a significant advantage over airborne sensors in relation to flight costs, equipment amortization, little or no versatility, or against field surveys that require several days of work with their associated costs.

En resumen, los RPAS supone una mejora técnica respecto a los métodos anteriores de observación en cuanto al adecuado balance entre la resolución/precisión y la extensión del levantamiento a realizar en un tiempo razonable (unas pocas horas de trabajo de campo); la versatilidad que ofrecen en cuanto al montaje de diversos sensores de captura de datos entre los que se incluyen cámaras convencionales, multiespectrales y termográficas, que en conjunto permiten generar productos como modelos digitales del terreno y ortofotografías térmicas; la agilidad y disponibilidad para hacer el levantamiento cuando sea preciso hacerlo con equipos, sencillos, ligeros y fácilmente transportables; y finalmente, su viabilidad económica, ya que los equipos suponen una inversión variable, aunque generalmente asequible (pueden considerarse sistemas de bajo coste o low-cost) para empresas u organismos interesados en este tipo de trabajos.In summary, the RPAS represents a technical improvement with respect to the previous observation methods regarding the adequate balance between the resolution / precision and the extension of the survey to be carried out in a reasonable time (a few hours of field work); the versatility they offer in terms of mounting various data capture sensors, including conventional, multispectral and thermographic cameras, which together allow products such as digital terrain models and thermal orthophotographs to be generated; the agility and availability to do the lifting when it is necessary to do it with equipment, simple, light and easily transportable; and finally, its economic viability, since the equipment supposes a variable investment, although generally affordable (they can be considered low-cost or low-cost systems) for companies or organizations interested in this type of work.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

La presente invención describe una metodología para la identificación y caracterización de cavidades mediante termografía de infrarrojos mediante Sistemas Aéreos Remotamente Pilotados (RPAS), para lo que se empleará al menos un sistema que disponga de sensores en el espectro visible e infrarrojo térmico, aunque generalmente, en las condiciones actuales de los sistemas de bajo coste, se requerirán dos, uno para captura de datos en el espectro visible y otro para el infrarrojo próximo. Independientemente de esto, la configuración básica de un sistema RPAS para la captura de información comprende el vehículo (UAV), el sistema de control y los sensores (cámaras fotográficas y termográficas, en este caso).The present invention describes a methodology for the identification and characterization of cavities by infrared thermography by Remote Piloted Air Systems (RPAS), for which at least one system will be used that has sensors in the visible and thermal infrared spectrum, although generally, Under the current conditions of low-cost systems, two will be required, one for data capture in the spectrum visible and another for the near infrared. Regardless of this, the basic configuration of an RPAS system for information capture includes the vehicle (UAV), the control system and the sensors (photographic and thermographic cameras, in this case).

La invención se basa primeramente en una selección y puesta a punto de un RPAS que se adecue a los condicionantes requeridos para el correcto desarrollo del proceso de identificación de las cavidades, oquedades, o cuevas. Estos dispositivos van desde equipos ligeros y de bajo coste, tanto de la plataforma como de los sensores empleados, hasta sistemas más complejos, que soportan cargas más pesadas, sensores intercambiables, dispositivos de posicionamiento GNSS más precisos, o los que realizan vuelos más largos para levantar zonas más amplias. También ha de tenerse en cuenta el método de captura, que puede ser de imágenes directamente (manual o automática, que a su vez se puede hacer a intervalos regulares o desde puntos fijados en el plan de vuelo) o de vídeos, en cuyo caso el equipo comprende un módulo de extracción de “frames” a partir del archivo de vídeo.The invention is based primarily on a selection and fine tuning of an RPAS that suits the conditions required for the correct development of the process of identification of cavities, cavities, or caves. These devices range from light and low-cost equipment, both from the platform and from the sensors used, to more complex systems, which support heavier loads, interchangeable sensors, more precise GNSS positioning devices, or those that perform longer flights for Lift wider areas. The capture method must also be taken into account, which can be images directly (manual or automatic, which in turn can be done at regular intervals or from points set in the flight plan) or videos, in which case the The equipment includes a module for extracting “frames” from the video file.

Una vez seleccionado el equipo, se realiza una calibración geométrica y radiométrica de los sensores o cámaras termográficas. Ambos procedimientos son opcionales, dada la precisión requerida para el objetivo de localizar cuevas y el hecho de que posteriormente se realizan otras operaciones que palían en cierto modo su no aplicación. En caso de no realizarse la calibración radiométrica se realizará, no obstante, una transformación de los niveles digitales a valores de temperatura (imagen de temperaturas).Once the equipment is selected, a geometric and radiometric calibration of the sensors or thermal imaging cameras is performed. Both procedures are optional, given the precision required for the purpose of locating caves and the fact that other operations are subsequently carried out that alleviate in some way their non-application. If the radiometric calibration is not performed, however, a transformation from the digital levels to temperature values (temperature image) will be performed.

La calibración geométrica se basa en observar un patrón de objetos en las imágenes, en una zona controlada, cuya posición se ha de conocer con precisión (por ejemplo, medida con GNSS diferencial). En el caso de las cámaras térmicas, un método que proporciona muy buenos resultados es la utilización de un patrón de puntos fríos, consistente en una serie de recipientes con agua en estado de fusión (0°C), que son perfectamente identificables en las fotografías realizadas con la cámara térmica desde el RPAS. A partir de la medida de los puntos, se emplean técnicas de autocalibración que permiten la corrección de la distorsión radial.The geometric calibration is based on observing a pattern of objects in the images, in a controlled area, whose position must be accurately known (for example, measured with differential GNSS). In the case of thermal chambers, a method that provides very good results is the use of a cold spot pattern, consisting of a series of containers with melting water (0 ° C), which are perfectly identifiable in the photographs made with the thermal camera from the RPAS. From the measurement of the points, self-calibration techniques are used that allow the correction of radial distortion.

La calibración radiométrica se realiza mediante el empleo de cuerpos negros, dispositivos que prácticamente absorben toda la radiación electromagnética que incide sobre ellos en aquella región del espectro en la que trabajen los sensores a utilizar. Con esto se asegura que toda la radiación que se recibe desde ellos procede de la emisión correspondiente a una temperatura determinada (ley de Planck), lo que permite calcular la temperatura a partir de la emitancia registrada en una longitud de onda dada. Así, se puede calibrar el sensor y ajustar las ecuaciones que permitan estimar la temperatura a partir de los valores registrados por el sensor. En caso de no realizarse, se utilizarán las ecuaciones de transformación de niveles digitales en valores de temperatura que proporcionan generalmente los fabricantes de cámaras.The radiometric calibration is carried out through the use of black bodies, devices that practically absorb all the electromagnetic radiation that affects them in that region of the spectrum in which the sensors to be used work. This ensures that all radiation received from them comes from the emission corresponding to a certain temperature (Planck's law), which allows the temperature to be calculated from the emittance recorded at a given wavelength. Thus, you can calibrate the sensor and adjust the equations that allow you to estimate the temperature from the values recorded by the sensor. If this is not done, the equations for transforming digital levels into temperature values generally provided by camera manufacturers will be used.

A continuación, se procede a la planificación y realización de los vuelos RPAS sobre las zonas de estudio, tanto los realizados con cámaras convencionales en el espectro visible (RGB) como los vuelos termográficos (infrarrojo térmico- IRt). La planificación se lleva a cabo mediante una herramienta informática o software, y en esta planificación se debe tener en cuenta la extensión y las características de la zona, la resolución y recubrimiento, así como limitaciones de carácter legal como la distancia y altura de vuelo vigentes en cada país.Next, we proceed to the planning and implementation of RPAS flights over the study areas, both those made with conventional cameras in the visible spectrum (RGB) and thermographic flights (thermal infrared-IRt). The planning is carried out by means of a computer tool or software, and in this planning the extension and the characteristics of the area, the resolution and coating must be taken into account, as well as legal limitations such as the current distance and flight height in each country.

Una vez planificados los vuelos, se procede a su ejecución, tanto en el espectro visible como en el infrarrojo térmico. Se realizan campañas en distintas condiciones climáticas y a distintas horas del día para seleccionar aquellas en las que se produzca el mayor contraste térmico entre las cuevas y su entorno, lo que tiene que ver con el tipo de cueva y su funcionamiento.Once the flights are planned, they are executed, both in the visible spectrum and in the thermal infrared. Campaigns are carried out in different climatic conditions and at different times of the day to select those in which there is the greatest thermal contrast between the caves and their surroundings, which has to do with the type of cave and its operation.

Por otro lado, de forma general, las características del terreno o del equipo hacen generalmente necesario el empleo de puntos apoyo fotogramétrico, cuya medida se realiza mediante GNSS diferencial, con la mayor precisión posible. Igualmente, aprovechando el trabajo de campo, se sitúan termómetros en las cuevas y el terreno para calibrar las imágenes térmicas.On the other hand, in general, the characteristics of the terrain or the equipment generally make it necessary to use photogrammetric support points, the measurement of which is carried out by differential GNSS, with the greatest possible precision. Likewise, taking advantage of the field work, thermometers are placed in the caves and the ground to calibrate the thermal images.

Una vez adquiridas las imágenes de los vuelos RPAS, éstas se procesan en gabinete para obtener las ortofotografías térmicas. Este proceso comienza con la orientación de los vuelos realizados con cámara convencional RGB (espectro visible), mediante métodos de aerotriangulación y ajuste de bloques, así como técnicas de “Structure-from-Motion” SfM, introduciendo los puntos de apoyo medidos con dispositivos GNSS, en caso de que se hayan considerado. A continuación, se obtienen sucesivamente la nube de puntos dispersa, los modelos digitales de superficie por densificación de la nube de puntos y las ortofotografías de visible.Once the images of RPAS flights have been acquired, they are processed in a cabinet to obtain thermal orthophotographs. This process begins with the orientation of the flights carried out with conventional RGB camera (visible spectrum), by means of aerotriangulation and block adjustment methods, as well as SfM “Structure-from-Motion” techniques, introducing the measured support points with GNSS devices , in case they have been considered. Next, the dispersed point cloud, digital surface models by densification of the point cloud and visible orthophotographs are successively obtained.

A partir de los vuelos visibles orientados, se transfieren puntos de control de segundo orden para la orientación del vuelo térmico, proceso que es factible al disponer de ambos vuelos en las condiciones de observación de gabinete, mediante estaciones fotogramétricas con capacidades de visión estereoscópica. El vuelo térmico orientado permite obtener la nube de puntos correspondiente y, con el apoyo del modelo digital de superficies anteriormente obtenido con las imágenes visibles, se elabora la ortofotografía térmica.From the visible oriented flights, second-order control points are transferred for thermal flight orientation, a process that is feasible by having both flights in the conditions of observation of the cabinet, by means of photogrammetric stations with Stereoscopic vision capabilities. The oriented thermal flight allows to obtain the corresponding cloud of points and, with the support of the digital surface model previously obtained with the visible images, thermal orthophotography is elaborated.

Aunque se haya realizado previamente una calibración radiométrica de la cámara térmica, empleando el cuerpo negro, desde el punto de vista práctico se requiere una calibración radiométrica de las imágenes, para una estimación ajustada de las temperaturas, teniendo en cuenta las condiciones ambientales y las del propio sensor en el momento de la captura de imágenes. Como antes se ha indicado, durante el trabajo de campo se procede colocando sensores-colectores de temperatura (termómetros) tanto en el interior de las cuevas conocidas previamente, como en el propio terreno.Although a radiometric calibration of the thermal chamber has been carried out previously, using the black body, from the practical point of view a radiometric calibration of the images is required, for an adjusted estimation of the temperatures, taking into account the environmental and environmental conditions. own sensor at the time of image capture. As indicated above, during the field work, temperature sensors-collectors (thermometers) are placed both inside the previously known caves, as well as on the ground itself.

La calibración se realiza extrayendo, mediante herramientas SIG, la temperatura estimada en las imágenes térmicas y comparándolas con las medidas con los sensores. Así se obtiene una recta de regresión mediante la cual se puede corregir toda la imagen. La imagen resultante se puede considerar así un mapa de temperaturas.The calibration is performed by extracting, using GIS tools, the estimated temperature in the thermal images and comparing them with the measurements with the sensors. Thus a regression line is obtained through which the entire image can be corrected. The resulting image can thus be considered a temperature map.

Finalmente, mediante operaciones estadísticas sobre la imagen y clasificación digital se realiza la identificación y caracterización de las cuevas, y la obtención de mapas de probabilidad de encontrar una cueva. Así, las ortofotografías se clasifican/binarizan mediante un umbral que permite diferenciar entre las cuevas. En algunos casos, se consideran como cuevas los pixeles con valores superiores al umbral (condiciones frías) y en otros casos los pixeles con valores inferiores al umbral (condiciones cálidas) Este tipo de operaciones se realizan mediante software específico de análisis de imágenes de teledetección o sistemas de información geográfica (SIG).Finally, by means of statistical operations on the image and digital classification the identification and characterization of the caves is performed, and the obtaining of probability maps of finding a cave. Thus, orthophotographs are classified / binarized by a threshold that allows differentiating between caves. In some cases, pixels with values above the threshold (cold conditions) are considered as caves and in other cases pixels with values below the threshold (warm conditions) This type of operation is performed using specific remote sensing image analysis software or Geographic information systems (GIS).

El análisis de las ortofotografías térmicas o mapas de temperaturas permite la detección precisa de las entradas de las cuevas, tanto de aquellas conocidas previamente como de aquellas otras que no lo eran con anterioridad al estudio, lo que es el objetivo principal de la metodología. En todo caso, la localización y cartografía de las cuevas, así como la caracterización de parámetros como su área o su temperatura característica, se efectúa de una forma bastante precisa en virtud de las adecuadas propiedades geométricas y radiométricas de las ortoimágenes térmicas, y su correlación con los datos obtenidos en campo. The analysis of thermal orthophotographs or temperature maps allows the precise detection of the cave entrances, both those previously known and those that were not prior to the study, which is the main objective of the methodology. In any case, the location and cartography of the caves, as well as the characterization of parameters such as their area or their characteristic temperature, is carried out in a fairly precise manner by virtue of the adequate geometric and radiometric properties of the thermal orthoimages, and their correlation with the data obtained in the field.

Explicación de un modo detallado de realización de la invenciónExplanation of a detailed embodiment of the invention

El objeto de la presente invención es un método de obtención y análisis de ortofotografías térmicas que permita la detección precisa de las entradas de las cuevas con una resolución de centimétrica a decimétrica, tanto de aquellas conocidas previamente como de aquellas otras que no lo eran con anterioridad al estudio de una zona concreta. Un resultado obtenido por medio de la presente invención se puede observar en la Figura 1.The object of the present invention is a method of obtaining and analyzing thermal orthophotographs that allows the precise detection of the entrances of the caves with a resolution of centimeter to decimetric, both those previously known and those that were not previously to the study of a specific area. A result obtained by means of the present invention can be seen in Figure 1.

El método se basa en la utilización de al menos un equipo o sistema aéreo remotamente pilotado (RPAS), de tipo helicóptero multi-rotor. Este tipo de equipos están basados en una estructura en la que se insertan diversos componentes: por un lado, el módulo de control electrónico que incorpora a su vez otros elementos entre los que destacan una controladora de vuelo (autopiloto), un receptor de radio, el módulo de posicionamiento GPS y usualmente un transmisor de video; por el otro, los rotores y las hélices que se insertan en los brazos de la estructura. Todos estos elementos constituyen el vehículo (RPV o UAV), al que se incorpora una bancada, normalmente giro-estabilizada (gimbal), donde se instalan los sensores o cámaras (convencionales, termográficas, etc.). Además, en el sistema hay que considerar el sistema de control (emisor-transmisor que controla el piloto desde tierra, es decir, remotamente) e incluso el software de control de vuelo (y disparo, en su caso) y el software de planificación.The method is based on the use of at least one remotely piloted aerial equipment or system (RPAS), of the multi-rotor helicopter type. This type of equipment is based on a structure in which various components are inserted: on the one hand, the electronic control module that also incorporates other elements, including a flight controller (autopilot), a radio receiver, the GPS positioning module and usually a video transmitter; on the other, the rotors and propellers that are inserted into the arms of the structure. All these elements constitute the vehicle (RPV or UAV), which incorporates a bench, normally gyro-stabilized (gimbal), where sensors or cameras (conventional, thermographic, etc.) are installed. In addition, the control system (transmitter-transmitter that controls the pilot from the ground, i.e. remotely) and even the flight control software (and shooting, if applicable) and the planning software must be considered in the system.

Dentro de las cámaras, se distingue entre las cámaras RGB convencionales y las cámaras termográficas. Hay que indicar que en el sistema, además de la cámara termográfica como sensor principal para la detección de cuevas, se incorpora una cámara convencional para el apoyo en la obtención de ortofotografías térmicas. Las cámaras convencionales recomendables para esta operación son las compactas, ligeras (menos de 500 g), con una buena óptica y resolución (12-16 Mpx). En el caso de las cámaras termográficas, se utilizan cámaras ligeras, adaptadas para ser instaladas en RPAS, con resolución en torno entre 336x256 o 640x512 px.Within the cameras, a distinction is made between conventional RGB cameras and thermographic cameras. It should be noted that in the system, in addition to the thermal imager as the main sensor for the detection of caves, a conventional camera is incorporated for support in obtaining thermal orthophotographs. The conventional cameras recommended for this operation are compact, lightweight (less than 500 g), with good optics and resolution (12-16 Mpx). In the case of thermographic cameras, light cameras are used, adapted to be installed in RPAS, with resolution around 336x256 or 640x512 px.

La modalidad de captura de la cámara termográfica puede ser de imágenes directamente (manual o automática, que a su vez se puede hacer a intervalos regulares o desde puntos fijados en el plan de vuelo) o de vídeos, en cuyo caso habrá que disponer de un método de extracción de "frames” a partir del archivo de vídeo.The capture mode of the thermal imager can be images directly (manual or automatic, which in turn can be done at regular intervals or from points fixed in the flight plan) or videos, in which case you will have to have a method of extracting "frames" from the video file.

El siguiente paso es la calibración geométrica y radiométrica de los sensores o cámaras termográficas, operación de carácter opcional que se llevaría a cabo antes de la realización y posterior procesamiento fotogramétrico de los vuelos RPAS. En caso de no realizarse la calibración radiométrica se realizará, no obstante, una transformación de los niveles digitales a valores de temperatura (imagen de temperaturas).The next step is the geometric and radiometric calibration of the sensors or cameras thermographic, an optional operation that would be carried out before the realization and subsequent photogrammetric processing of RPAS flights. If the radiometric calibration is not performed, however, a transformation from the digital levels to temperature values (temperature image) will be performed.

La calibración geométrica de la cámara termográfica tiene como objetivo facilitar el proceso de orientación fotogramétrica y la calidad posicional (precisión) de las ortofotografías térmicas. Esta operación es recomendable cuando se emplean cámaras convencionales no métricas en el espectro visible y específicamente cuando se emplean sensores en el espectro del infrarrojo térmico. Sin embargo, dados los objetivos de la metodología planteada, que es la localización de cuevas u oquedades, usualmente no se va a requerir esta calibración para afinar en dicha precisión. Por lo tanto, esta operación ha de entenderse como opcional, aunque recomendable en aquellos casos en que se disponga de los medios y del tiempo necesario.The geometric calibration of the thermal imager aims to facilitate the process of photogrammetric orientation and the positional quality (precision) of thermal orthophotographs. This operation is recommended when conventional non-metric cameras are used in the visible spectrum and specifically when sensors are used in the thermal infrared spectrum. However, given the objectives of the proposed methodology, which is the location of caves or cavities, this calibration will usually not be required to refine this precision. Therefore, this operation has to be understood as optional, although recommended in those cases where the necessary means and time are available.

La calibración se basa en observar un patrón de objetos en las imágenes, en una zona controlada, cuya posición se ha de conocer con precisión (por ejemplo, medida con GNSS diferencial). En el caso de las cámaras térmicas, un método que proporciona muy buenos resultados es la utilización de un patrón de puntos fríos, consistente en una serie de recipientes con agua en estado de fusión, durante el cual la temperatura es constante a 0°, ya que la energía se emplea en romper enlaces de la estructura sólida y no en incrementar la temperatura. Estos puntos son perfectamente identificables en las fotografías (puntos negros, que indican una temperatura significativamente inferior al entorno) realizadas con la cámara térmica desde el RPAS. A partir de la medida de los puntos, se emplean técnicas de autocalibración que permiten la corrección de la distorsión radial.The calibration is based on observing a pattern of objects in the images, in a controlled area, whose position has to be known precisely (for example, measured with differential GNSS). In the case of thermal chambers, a method that provides very good results is the use of a cold spot pattern, consisting of a series of containers with water in the melting state, during which the temperature is constant at 0 °, and that energy is used to break bonds of the solid structure and not to increase the temperature. These points are perfectly identifiable in the photographs (black dots, which indicate a temperature significantly below the environment) made with the thermal camera from the RPAS. From the measurement of the points, self-calibration techniques are used that allow the correction of radial distortion.

En cuanto a la calibración radiométrica de los sensores o cámaras termográficas, ésta se acomete en laboratorio mediante el empleo de cuerpos negros. En este caso, dado que posteriormente se realizará una calibración radiométrica sobre las ortofotografias térmicas empleando medidas de temperaturas sobre el terreno, esta operación se debe entender de nuevo como opcional. Sin embargo, es recomendable para aquellos casos en que se disponga de los medios y del tiempo necesario, ya que facilita el proceso de calibración sobre las ortofografías, que en cualquier caso es obligatoria.As for the radiometric calibration of sensors or thermographic cameras, it is undertaken in the laboratory through the use of black bodies. In this case, since a radiometric calibration will subsequently be performed on thermal orthophotographs using temperature measurements on the ground, this operation should be understood again as optional. However, it is recommended for those cases where the necessary means and time are available, as it facilitates the calibration process on orthophographs, which in any case is mandatory.

La energía registrada por un sensor desde un objeto en una determinada longitud de onda tiene varias componentes: la primera es la energía emitida por el objeto en esa longitud de onda, que depende de la temperatura de ese objeto; la segunda es la energía ambiental, procedente de los gases y otras partículas de aire que hay entre el objeto y el sensor; la tercera es la energía reflejada por la superficie del objeto procedente de los otros emisores ubicados en los alrededores.The energy recorded by a sensor from an object in a given wavelength has several components: the first is the energy emitted by the object in that length of wave, which depends on the temperature of that object; the second is the environmental energy, coming from the gases and other air particles between the object and the sensor; the third is the energy reflected by the surface of the object from the other emitters located in the surroundings.

Por otra parte, los sensores térmográficos registran niveles digitales (ND) en una determinada longitud de onda (dentro del espectro del infrarrojo térmico), que obviamente son función de la energía radiante (concretamente de la emitancia radiante, M X , o energía por unidad de superficie y unidad de tiempo en una determinada longitud de onda) que llegue al sensor, pero también de la respuesta de éste. Por lo tanto el ND registrado en una determinada longitud de onda (ND X) puede expresarse como la suma de sus componentes:On the other hand, thermal sensors record digital levels (ND) at a certain wavelength (within the thermal infrared spectrum), which are obviously a function of radiant energy (specifically of radiant emittance, MX, or energy per unit of surface and unit of time in a certain wavelength) that reaches the sensor, but also the response of the sensor. Therefore the ND recorded at a certain wavelength (ND X) can be expressed as the sum of its components:

ND X = ND X (Te) ND X (Ta) ND X (Tr)ND X = ND X (Te) ND X (Ta) ND X (Tr)

Donde ND X (Te) es la parte del ND correspondiente a la energía emitida desde una superficie que se encuentra a una temperatura dada; ND X (Ta) corresponde a la energía ambiental (gases y otras partículas del aire) y ND X (Tr) a la energía reflejada por la superficie procedente de otros emisores.Where ND X (Te) is the part of the ND corresponding to the energy emitted from a surface that is at a given temperature; ND X (Ta) corresponds to the environmental energy (gases and other air particles) and ND X (Tr) to the energy reflected by the surface from other emitters.

En el caso de una calibración en laboratorio, la componente de energía ambiental puede considerarse despreciable, ya que la cantidad de materia entre el objeto y el sensor es muy reducida. En ese caso, quedan únicamente la componente de la energía emitida y la reflejada por el objeto. Una forma de considerar este aspecto es a través del concepto de emisividad (s), que es la relación entre la emitancia radiante (M X) de un cuerpo determinado y la emitancia radiante del cuerpo negro (M^cn X). Un cuerpo negro es un cuerpo ideal que solamente emite y absorbe energía, y no refleja nada. Por lo tanto, podría decirse que la emitancia espectral de un cuerpo a una temperatura dada es función de la emitancia espectral del cuerpo negro ideal a esa temperatura y la emisividad espectral (ley de Kirchoff), que depende de las propiedades de ese cuerpo (el cuerpo negro tiene una emisividad de 1 y a partir de ahí desciende en los materiales reales). Así, para un determinado rango espectral entre X1 y X2, todo lo anterior se puede expresar como:In the case of a laboratory calibration, the environmental energy component can be considered negligible, since the amount of matter between the object and the sensor is very small. In that case, only the component of the energy emitted and that reflected by the object remain. One way to consider this aspect is through the concept of emissivity (s), which is the relationship between the radiant emittance (MX) of a given body and the radiative emittance of the black body (M ^cn X). A black body is an ideal body that only emits and absorbs energy, and does not reflect anything. Therefore, it could be said that the spectral emittance of a body at a given temperature is a function of the spectral emissivity of the ideal black body at that temperature and the spectral emissivity (Kirchoff's law), which depends on the properties of that body (the black body has an emissivity of 1 and from there it descends into real materials). Thus, for a given spectral range between X1 and X2, all of the above can be expressed as:

Donde M^cn (X ,T) es la emitancia espectral del cuerpo negro a una determinada temperatura T, D (A) es la respuesta del sensor en esa longitud de onda y £ es la emisividad media en el intervalo de longitudes de onda.Where M ^cn (X, T) is the spectral emittance of the black body at a certain temperature T, D (A) is the sensor response at that wavelength and £ is the average emissivity in the wavelength range.

Los cuerpos negros son dispositivos que prácticamente absorben toda la radiación electromagnética que incide sobre ellos en aquella región del espectro en la que trabajen los sensores a utilizar. Con esto se asegura que toda la radiación que se recibe desde ellos procede de la emisión correspondiente a una temperatura determinada, lo que permite calcular la temperatura a partir de la emitancia registrada en una longitud de onda dada basándose en la ley de Planck:Black bodies are devices that practically absorb all the electromagnetic radiation that affects them in that region of the spectrum in which the sensors to be used work. This ensures that all radiation received from them comes from the emission corresponding to a given temperature, which allows the temperature to be calculated from the emittance recorded at a given wavelength based on Planck's law:

Donde M (A,T): Emitancia radiante espectral (W/m2*sr); h: Constante de Planck (6,625*10-34 J*s); c: Velocidad de la luz en el vacío (3*10® m/s); k: Constante de Boltzman (1,38*10-23 J*K-1); e: Base de los logaritmos neperianos; T: Temperatura absoluta del cuerpo negro (K); A: Longitud de onda de la radiación (m).Where M (A, T): Spectral radiant emittance (W / m2 * sr); h: Planck constant (6.625 * 10-34 J * s); c: Speed of light in a vacuum (3 * 10® m / s); k: Boltzman constant (1.38 * 10-23 J * K-1); e: Base of the Neperian logarithms; T: Absolute black body temperature (K); A: Radiation wavelength (m).

La calibración con cuerpos negros es una operación de laboratorio, en condiciones controladas, cuyos parámetros de entrada son la temperatura del cuerpo negro (TCN), el nivel digital registrado por el sensor (ND), correspondiente a la respuesta del sensor a la radiación electromagnética (térmica), y la temperatura del sensor (TS) que influye en la propia respuesta del mismo a la radiación.Calibration with black bodies is a laboratory operation, under controlled conditions, whose input parameters are the black body temperature (TCN), the digital level recorded by the sensor (ND), corresponding to the sensor's response to electromagnetic radiation (thermal), and the temperature of the sensor (TS) that influences its own response to radiation.

El experimento consiste en ir calentando el cuerpo negro a distintas temperaturas (TCN), por ejemplo, en intervalos de 5-10°, e ir midiendo la respuesta del sensor (ND), para distintas condiciones de temperatura del sensor (distintas temperaturas ambientales del laboratorio o cámara donde se desarrolle el experimento).The experiment consists in heating the black body at different temperatures (TCN), for example, in intervals of 5-10 °, and measuring the sensor response (ND), for different sensor temperature conditions (different ambient temperatures of the laboratory or chamber where the experiment takes place).

Con estos valores se puede realizar un ajuste polinómico de primer grado (lineal) del tipo:With these values, a first-degree (linear) polynomial adjustment of the type can be performed:

TCN = p00 p10 * ND p01 * TS,TCN = p00 p10 * ND p01 * TS,

o de segundo grado, con términos cuadráticos, que permita estimar la temperatura del cuerpo negro a partir del nivel digital registrado y la temperatura del sensor (temperatura ambiente del laboratorio). Estas ecuaciones se aplican a la estimación de la temperatura de objetos reales observados por el sensor a partir de los ND registrados en una imagen térmica y la temperatura del sensor (temperatura media ambiental), es decir, para transformar los ND de la imagen en temperaturas (imagen de temperaturas). Se ha de tener en cuenta, no obstante, que no se ha considerado el hecho de que los objetos observados no son cuerpos negros y que, por lo tanto, parte de la radiación recibida se debe a la radiación (térmica) que reflejan los objetos, lo que obligaría a introducir la emisividad.or second grade, with quadratic terms, which allows estimating the temperature of the black body from the recorded digital level and the temperature of the sensor (laboratory ambient temperature). These equations apply to the estimation of object temperature actuals observed by the sensor from the NDs recorded in a thermal image and the temperature of the sensor (average environmental temperature), that is, to transform the NDs of the image into temperatures (temperature image). It must be taken into account, however, that the fact that the objects observed are not black bodies and that, therefore, part of the radiation received is due to the (thermal) radiation reflected by the objects , which would force the introduction of emissivity.

En caso de no realizar esta calibración, el cálculo de las temperaturas se realiza a partir de ecuaciones proporcionadas por el fabricante de las cámaras, basadas en la Ley de Planck antes mencionada. En estas ecuaciones se han de introducir una serie de parámetros como la emisividad media de los objetos observados (relación entre la emitancia del cuerpo observado y el cuerpo negro) que se suele estipular entre 0,95 y 0,97, distancia al objeto y parámetros ambientales (humedad, rango de temperaturas, etc.). En este caso, las temperaturas calculadas tienen en cuenta la emisividad de los objetos y, por lo tanto, el hecho de los que los objetos no son el cuerpo negro ideal. En cambio, la respuesta espectral y la influencia de las condiciones ambientales (temperatura del sensor) no se introducen de una forma tan precisa como en un ensayo de laboratorio, aunque todo ello resulta paliado con la calibración de las imágenes que luego se expondrá.In case of not performing this calibration, the calculation of the temperatures is made from equations provided by the camera manufacturer, based on the Planck Law mentioned above. In these equations, a series of parameters have to be introduced, such as the average emissivity of the observed objects (relation between the emittance of the observed body and the black body) that is usually stipulated between 0.95 and 0.97, distance to the object and parameters environmental (humidity, temperature range, etc.). In this case, the calculated temperatures take into account the emissivity of the objects and, therefore, the fact that the objects are not the ideal black body. On the other hand, the spectral response and the influence of the environmental conditions (sensor temperature) are not introduced as accurately as in a laboratory test, although all this is palliated with the calibration of the images that will then be exposed.

Una vez calibradas las cámaras térmicas se procede a la planificación y realización de los vuelos RPAS sobre las zonas de estudio, tanto los realizados con cámaras convencionales en el espectro visible (RGB) como los vuelos termográficos (infrarrojo térmico). La planificación se lleva a cabo mediante softwares o herramientas informáticas. Se ha de tener en cuenta la extensión y las características de la zona, la resolución y recubrimiento longitudinal y transversal deseados, así como limitaciones de carácter legal como la distancia y altura de vuelo, vigentes en cada país (por ejemplo, en España la distancia máxima es de 1 km y altura de 120 m).Once the thermal cameras have been calibrated, the planning and implementation of RPAS flights over the study areas is carried out, both those made with conventional cameras in the visible spectrum (RGB) and thermographic flights (thermal infrared). Planning is carried out using software or computer tools. The extent and characteristics of the area, the desired longitudinal and transverse resolution and coating, as well as legal limitations such as distance and flight height, in force in each country (for example, in Spain, distance) must be taken into account maximum is 1 km and height of 120 m).

Una vez planificados los vuelos, se procede a su ejecución, tanto en el espectro visible como en el térmico. Se realizan campañas en distintas condiciones climáticas y a distintas horas del día para seleccionar aquellas en las que se produzca el mayor contraste térmico entre las cuevas y su entorno, lo que tiene que ver con el tipo de cueva y su funcionamiento. Para ello resulta recomendable realizar un proceso de reconocimiento previo de la zona a estudiar, si las condiciones lo permiten, y en su caso, de una monitorización (que se tratará más adelante) para comprender el comportamiento térmico general de los sistemas de cuevas en dicha zona. Así, a modo de orientación, si se trata de cuevas que expulsan aire caliente respecto al entorno, las mejores condiciones de observación son los días de invierno a primera hora de la mañana (justo antes del amanecer), y, si por el contrario, se trata de cuevas con expulsión de aire más frío que el entorno, las condiciones de observación ideales son los días calurosos de verano entre la última hora de la mañana y la tarde.Once the flights are planned, they are executed, both in the visible and thermal spectrum. Campaigns are carried out in different climatic conditions and at different times of the day to select those in which there is the greatest thermal contrast between the caves and their surroundings, which has to do with the type of cave and its operation. For this, it is advisable to carry out a process of prior recognition of the area to be studied, if conditions permit, and where appropriate, a monitoring (which will be discussed later) to understand the general thermal behavior of cave systems in said area. zone. Thus, as an orientation, if they are caves that expel hot air with respect to the environment, the best observation conditions are the winter days first thing in the morning (just before dawn), and, on the contrary, it is caves with expulsion of air colder than the environment, the observation conditions Ideal are the hot summer days between the last hour of the morning and the afternoon.

En la ejecución de los vuelos, aunque se trate de vuelos planificados, se ha de hacer un seguimiento para controlar el funcionamiento del equipo, ya que anomalías en la captura o transmisión, o generalizadas, así como problemas sobrevenidos, pueden obligar a modificar o incluso cancelar la misión. Una vez realizado el vuelo, es conveniente asimismo una comprobación visual de las fotografías o de los videos adquiridos. Para ello, se hace necesario un equipo electrónico consistente en un ordenador portátil, tableta, convertible o incluso un Smartphone, en el que está instalado el software de planificación y ejecución del vuelo, para el control telemático del RPAS; en su caso permite la recepción de señal de video desde el RPAS, que apoya al control del vuelo. Las imágenes adquiridas mediante las cámaras, convencional y termográfica, se descargan a través de las tarjetas de memoria que incorporan estas cámaras y los datos de control de vuelo (puntos GNSS de disparo de las fotografías y ángulos de la cámara) quedan almacenados en el registro de vuelo del RPAS (log).In the execution of the flights, even in the case of planned flights, a follow-up has to be carried out to control the operation of the equipment, since anomalies in the capture or transmission, or generalized, as well as problems encountered, may require modification or even cancel the mission Once the flight has been completed, a visual check of the photographs or videos acquired is also convenient. For this, an electronic equipment consisting of a laptop, tablet, convertible or even a Smartphone is necessary, in which the flight planning and execution software is installed, for the telematic control of the RPAS; where appropriate, it allows the reception of a video signal from the RPAS, which supports flight control. The images acquired through the cameras, conventional and thermographic, are downloaded through the memory cards that incorporate these cameras and the flight control data (GNSS shooting points of the photographs and camera angles) are stored in the register of flight of the RPAS (log).

Por otro lado, de forma general, las características del terreno o del equipo hacen necesario el empleo de puntos apoyo fotogramétrico, cuya medida se realiza mediante GNSS diferencial, con la mayor precisión posible.On the other hand, in general, the characteristics of the terrain or equipment make it necessary to use photogrammetric support points, the measurement of which is carried out by differential GNSS, with the greatest possible precision.

En este sentido, el equipamiento necesario son dispositivos receptores GNSS profesionales que permitan la medida de puntos de apoyo fotogramétrico sobre el terreno. Las especificaciones mínimas son de equipos bifrecuencia con capacidad para captar señales de GPS (y adicionalmente Glonass y, en su caso, Galileo) que permitan medir puntos con precisión centimétrica en métodos de posicionamiento diferencial, con unos segundos de observación. Normalmente, para la precisión requerida es suficiente con manejar datos capturados mediante RTK (Real Time Kinematic), sin necesidad de aplicar técnicas de postproceso de los datos GNSS. Los datos se descargan desde el GNSS a un ordenador a través de la tarjeta de almacenamiento de datos del equipo.In this sense, the necessary equipment are professional GNSS receiver devices that allow the measurement of photogrammetric support points on the ground. The minimum specifications are of bifrequency equipment with the capacity to capture GPS signals (and additionally Glonass and, where appropriate, Galileo) that allow measuring points with centimetric precision in differential positioning methods, with a few seconds of observation. Normally, for the required precision it is sufficient to handle data captured by RTK (Real Time Kinematic), without the need to apply postprocessing techniques of the GNSS data. The data is downloaded from the GNSS to a computer through the device's data storage card.

Para completar la toma de datos, además de las imágenes capturadas con el RPAS y la medida de puntos de apoyo con el GNSS, se requiere la monitorización previa de las entradas a las cavidades conocidas, así como de otros puntos de calibración de la temperatura en las imágenes. En este sentido, el régimen térmico de las cuevas se monitoriza con dispositivos sensores-registradores de temperatura, que se colocan en las entradas de las cavidades reconocidas previamente y a diferentes alturas, y en su entorno exterior para un análisis in situ de las condiciones climáticas.To complete the data collection, in addition to the images captured with the RPAS and the measurement of support points with the GNSS, prior monitoring of the inputs to the known cavities is required, as well as other temperature calibration points in the images. In this sense, the thermal regime of the caves is monitored with devices temperature sensors-recorders, which are placed at the entrances of previously recognized cavities at different heights, and in their external environment for an on-site analysis of climatic conditions.

Para esta finalidad es suficiente con el empleo de sensores, que a su vez actúen como registradores de datos (dataloggers) con capacidad de almacenar decenas de miles de datos de registro y una batería autónoma que tenga una larga duración (más de 1 año, preferentemente). Estos dispositivos disponen de al menos un puerto USB integrado, que se conecta directamente al ordenador central para la descarga de datos y una pantalla con diferentes funciones para la visualización de la información. La resolución de los sensores es de al menos de 0,1°C y su precisión se encuentra entre de ±0,5°C o ±1°C.For this purpose it is sufficient with the use of sensors, which in turn act as data loggers (dataloggers) with the ability to store tens of thousands of registration data and an autonomous battery that has a long duration (more than 1 year, preferably ). These devices have at least one integrated USB port, which connects directly to the central computer for downloading data and a screen with different functions for displaying information. The resolution of the sensors is at least 0.1 ° C and its accuracy is between ± 0.5 ° C or ± 1 ° C.

Los sensores colocados en las cuevas se instalan con anterioridad a la campaña para conocer el funcionamiento de las cuevas durante un cierto tiempo (al menos unos pocos días) y así planificar mejor las observaciones. En concreto, como se ha apuntado anteriormente, permite conocer cuáles son las condiciones idóneas de observación (verano/invierno y hora del día), aunque el conocimiento geológico de la región de estudio puede ayudar a adquirir una idea previa acerca de esto. No obstante, si el objetivo no fuera sólo la detección de cuevas - que es lo que se considera en esta invención - sino también la caracterización de todo el sistema subterráneo, la monitorización se puede extender en el tiempo.The sensors placed in the caves are installed before the campaign to know the operation of the caves for a certain time (at least a few days) and thus better plan the observations. Specifically, as noted above, it allows us to know the ideal observation conditions (summer / winter and time of day), although the geological knowledge of the study region can help to acquire a previous idea about this. However, if the objective was not only the detection of caves - which is what is considered in this invention - but also the characterization of the entire underground system, monitoring can be extended over time.

En este sentido, los dispositivos situados a cierta profundidad dentro de las cuevas presentan una mayor estabilidad, que aumenta a medida que lo hace la profundidad, frente a los dispositivos ubicados en el entorno de la entrada de las cuevas, donde hay mayores perturbaciones en las mediciones. Los dispositivos dentro de las cuevas se fijan en las paredes del pozo o en las repisas mediante herramientas de espeleología, asegurándose de que ocuparan una de las dos posiciones bien diferenciadas: en contacto con la roca o suspendidos por cuerdas en medio de los conductos. Los dispositivos exteriores se colocan en una sombra de arbustos con luz solar directa discreta y protección contra la lluvia, a aproximadamente 1 m sobre el suelo, y dentro de una abertura entre rocas con buena ventilación natural.In this sense, the devices located at a certain depth inside the caves have greater stability, which increases as the depth does, compared to the devices located around the entrance of the caves, where there are greater disturbances in the measurements. The devices inside the caves are fixed on the walls of the well or on the shelves by means of caving tools, making sure that they occupy one of the two distinct positions: in contact with the rock or suspended by ropes in the middle of the ducts. The outdoor devices are placed in a shade of bushes with discrete direct sunlight and protection against rain, approximately 1 m above the ground, and within an opening between rocks with good natural ventilation.

Por su parte, los sensores situados sobre la roca, suelo o vegetación se colocan el mismo día de la campaña, con cierta antelación que permita la estabilización de los sensores. Estas medidas sirven para la calibración de las imágenes resultantes de la termografía de infrarrojos, como se detallará más adelante. On the other hand, the sensors located on the rock, soil or vegetation are placed the same day of the campaign, with some advance that allows the stabilization of the sensors. These measurements are used to calibrate the images resulting from infrared thermography, as will be detailed later.

El volumen de datos obtenido por la monitorización de las cavidades, una medida cada sensor cada aproximadamente 10 minutos, hace que el sistema de almacenamiento y descarga de datos recomendado (sensores-registradores con USB para descarga directa e un PC) sea suficiente y adecuado para el caso de la detección de las cuevas. Igualmente, el almacenamiento a largo plazo y el tratamiento de esos datos no requiere de equipos, dispositivos de almacenamiento y software de tratamiento especiales, siendo suficiente con sistemas convencionales. Si se quiere ir más allá, en el sentido de monitorizar de forma continua, se puede recurrir a sistemas sensores enmarcados en sistemas inalámbricos de transmisión de datos que finalmente recogen los datos de los sensores en una “gateway” que los trasmite vía inalámbrica (mediante redes de telefonía móvil) a un ordenador central. En este caso, se necesitaría equipos especiales para el almacenamiento y tratamiento de datos masivos (en el ámbito de los Big Data cuando se disponga de muchos puntos de monitorización a lo largo de intervalos largos de tiempo).The volume of data obtained by the monitoring of the cavities, a measurement each sensor every approximately 10 minutes, makes the recommended data storage and download system (sensors-recorders with USB for direct download and a PC) sufficient and suitable for the case of the detection of the caves. Likewise, long-term storage and processing of such data does not require special equipment, storage devices and software, with conventional systems being sufficient. If you want to go further, in the sense of monitoring continuously, you can use sensor systems framed in wireless data transmission systems that finally collect the data from the sensors in a “gateway” that transmits them via wireless (via mobile phone networks) to a central computer. In this case, special equipment would be needed for the storage and processing of massive data (in the field of Big Data when many monitoring points are available over long time intervals).

El equipo informático para la adquisición de datos en campo consiste en un ordenador portátil, tableta, convertible o smartphone para el control de vuelo (previamente planificado). Los datos adquiridos mediante los diversos sistemas (RPAS, GNSS y sensores-recolectores de temperatura) se descarga a un ordenador central mediante tarjetas de memoria o las propias salidas USB de los equipos, como el caso de los datos de temperatura.The computer equipment for data acquisition in the field consists of a laptop, tablet, convertible or smartphone for flight control (previously planned). The data acquired through the various systems (RPAS, GNSS and temperature sensor-collectors) is downloaded to a central computer using memory cards or the equipment's own USB outputs, as in the case of temperature data.

Volviendo al procedimiento, una vez adquiridas las imágenes visibles y térmicas mediante el RPAS, se procederá a la orientación de los vuelos fotogramétricos y la posterior generación de productos como las ortofotografías. Sin embargo, en algunos casos se hace necesario algunas operaciones previas de preparación de las imágenes térmicas. Así, en primer lugar, en caso de que no se hayan obtenido imágenes sino vídeos, será necesario extraer los "frames” con el suficiente recubrimiento para disponer de estereoscopía, lo cual no suele ser un problema dada la frecuencia de adquisición de los sistemas de video. Esta operación se puede hacer con diferentes softwares, desde las propias aplicaciones proporcionadas por el suministrador del equipo hasta software libres. Por otra parte, pueden ser necesarias otros tipos de transformaciones de formatos, para finalmente obtener imágenes digitales cuyos niveles digitales (ND) puedan ser transformadas a temperaturas mediante ecuaciones de transformación.Returning to the procedure, once the visible and thermal images have been acquired through the RPAS, the orientation of the photogrammetric flights and the subsequent generation of products such as orthophotographs will be carried out. However, in some cases some previous operations of preparing thermal images are necessary. Thus, in the first place, in the case that no images have been obtained but videos, it will be necessary to extract the "frames" with sufficient coating to have stereoscopy, which is not usually a problem given the frequency of acquisition of the systems of video This operation can be done with different softwares, from the applications provided by the equipment supplier to free software, and other types of format transformations may be necessary to finally obtain digital images whose digital levels (ND) can be transformed at temperatures through transformation equations.

Adicionalmente, se pueden requerir operaciones de normalización de imágenes, para corregir efectos no deseables en la adquisición de imágenes, como el efecto acumulativo de la radiometría que se produce en la adquisición de los fotogramas sucesivo en algunas cámaras termográficas. Esta operación, que se puede hacer con carácter previo o posterior a la obtención de las temperaturas, consiste en calcular parámetros estadísticos básicos de las imágenes (media y desviación típica) y a partir de ahí ajustar las imágenes a valores medios de dichos parámetros. La normalización de la radiometría de las imágenes permite no sólo la obtención de una ortofotografía homogénea y su calibración correcta, sino también que el proceso de orientación fotogramétrica sea realizado de una forma más eficaz, al mejorar la correlación (matching) entre puntos homólogos de las distintas imágenes.Additionally, image normalization operations may be required to correct undesirable effects on image acquisition, such as the cumulative effect of radiometry that occurs in the acquisition of successive frames in some thermal imaging cameras. This operation, which can be done before or after the temperature is obtained, consists in calculating basic statistical parameters of the images (mean and standard deviation) and from there adjusting the images to average values of said parameters. The normalization of the radiometry of the images allows not only the obtaining of a homogeneous orthophotography and its correct calibration, but also that the photogrammetric orientation process is carried out in a more efficient way, by improving the correlation (matching) between homologous points of the Different images

El proceso de orientación de los vuelos realizados con cámara convencional RGB (espectro visible), se acomete mediante la aplicación de métodos de aerotriangulación y ajuste de bloques, así como técnicas de “Structure-from-Motion” SfM. Este tipo de procedimientos se realiza con la asistencia de estaciones fotogramétricas y softwares específicos, y como datos se solicitan, además de las imágenes, los datos para la orientación directa (si los hay, lo que en el caso de vuelos RPAS no suele ser habitual), la cámara empleada (y los correspondientes parámetros de calibración geométrica, si se dispone de ellos) y los puntos de apoyo fotogramétrico medidos con dispositivos GNSS. En zonas con terrenos accidentados y fuertes pendientes la inclusión de un número adecuado y bien distribuido de puntos de apoyo fotogramétrico medidos mediante GNSS diferencial es esencial para la correcta orientación del bloque fotogramétrico.The process of orientation of flights carried out with conventional RGB camera (visible spectrum), is undertaken by the application of aerotriangulation and block adjustment methods, as well as techniques of “Structure-from-Motion” SfM. This type of procedure is carried out with the assistance of specific photogrammetric stations and software, and as data, in addition to the images, the data is requested for direct orientation (if any, which in the case of RPAS flights is usually not usual) ), the camera used (and the corresponding geometric calibration parameters, if available) and the photogrammetric support points measured with GNSS devices. In areas with rugged terrain and steep slopes the inclusion of an adequate and well-distributed number of photogrammetric support points measured by differential GNSS is essential for the correct orientation of the photogrammetric block.

De esta manera, mediante operaciones sucesivas realizadas en el software se obtienen la nube de puntos dispersa, los modelos digitales de superficie por densificación de la nube de puntos y finalmente las ortofotografías de visible, mediante el proceso de rectificación del mosaico de imágenes.In this way, by means of successive operations carried out in the software, the dispersed point cloud, the digital surface models by densification of the point cloud and finally the visible orthophotographs are obtained, by means of the rectification process of the image mosaic.

A partir de los vuelos visibles orientados, se transfieren puntos de control de segundo orden para la orientación del vuelo térmico, proceso que es factible al disponer de ambos vuelos en las condiciones de observación de gabinete, mediante estaciones fotogramétricas con capacidades de visión estereoscópica. El vuelo térmico orientado permite obtener la nube de puntos correspondiente y, con el apoyo del modelo digital de superficies anteriormente obtenido con las imágenes visibles, se elabora la ortofotografía térmica.From the visible oriented flights, second-order control points are transferred for thermal flight orientation, a process that is feasible by having both flights in the conditions of observation of the cabinet, by means of photogrammetric stations with stereoscopic vision capabilities. The oriented thermal flight allows to obtain the corresponding cloud of points and, with the support of the digital surface model previously obtained with the visible images, thermal orthophotography is elaborated.

La calidad de los procesos de orientación, que a su vez condiciona la calidad de los productos fotogramétricos (modelo digital de superficies y ortofotografías), se puede estimar a partir de los residuos calculados en los puntos de control, tanto de primer orden (en los vuelos de visible) como los de segundo orden (en los vuelos de infrarrojo térmico).The quality of the orientation processes, which in turn conditions the quality of the photogrammetric products (digital surface model and orthophotographs), can be estimated from the residues calculated at the control points, both first order (in the flights from visible) as the second order (on thermal infrared flights).

La calibración y el cálculo de las temperaturas de superficie se han llevado a cabo a partir de las imágenes obtenidas con las cámaras térmicas. Como se comentó anteriormente el ND (nivel digital) registrado por el sensor de la cámara térmica tiene varias componentes: la energía emitida desde una superficie que se encuentra a una temperatura dada; la energía ambiental (gases y otras partículas del aire) y la energía reflejada por la superficie procedente de otros emisores.Calibration and calculation of surface temperatures have been carried out from the images obtained with the thermal cameras. As previously mentioned, the ND (digital level) registered by the thermal camera sensor has several components: the energy emitted from a surface that is at a given temperature; environmental energy (gases and other air particles) and the energy reflected by the surface from other emitters.

La calibración realizada mediante el empleo de un cuerpo negro, o en su defecto la simple transformación de ND a valores de temperatura mediante las ecuaciones de transformación proporcionadas por el fabricante de la cámara termográfica, permiten corregir los efectos producidos por la energía ambiental y la energía reflejada por la superficie observada, pero solo en condiciones de laboratorio o de una forma estandarizada. En las condiciones de observación mediante un RPAS, se produce la observación de distintos objetos (suelos, rocas, vegetación, etc.) con distintas emisividades, con distintas condiciones ambientales (temperatura del aire, humedad, etc.), y con una temperatura del sensor que puede igualmente cambiar a lo largo del vuelo, lo que hace variar la respuesta del sensor.The calibration performed by using a black body, or failing that, the simple transformation of ND to temperature values by means of the transformation equations provided by the manufacturer of the thermal imager, allow to correct the effects produced by environmental energy and energy reflected by the observed surface, but only in laboratory conditions or in a standardized way. In the observation conditions by means of an RPAS, the observation of different objects (soils, rocks, vegetation, etc.) occurs with different emissivities, with different environmental conditions (air temperature, humidity, etc.), and with a temperature of sensor that can also change throughout the flight, which varies the response of the sensor.

Por ello, se haya realizado o no la calibración en laboratorio, conviene realizar una calibración en el momento del levantamiento, para lo que se mide la temperatura en puntos de la superficie (y en este caso, las propias cuevas) mediante los sensores antes descritos. Es decir, mediante un procedimiento de medida de temperatura en una serie de puntos de muestreo se puede calibrar la respuesta del equipo - no solo de los sensores, sino también de las condiciones ambientales - y así estimar la temperatura, aunque sea de forma relativa y aproximada a partir del valor de los ND de la imagen.Therefore, whether or not laboratory calibration has been performed, it is convenient to perform a calibration at the time of the survey, for which the temperature at surface points (and in this case, the caves themselves) is measured using the sensors described above . That is, by means of a temperature measurement procedure in a series of sampling points, the response of the equipment can be calibrated - not only from the sensors, but also from the environmental conditions - and thus estimate the temperature, even if it is relatively and approximate from the value of the image ND.

Para ello, se determinan las ecuaciones de las rectas o curvas de regresión entre las temperaturas medidas con termómetros y las estimadas a partir de las imágenes, en los puntos de muestreo (cuevas y puntos en superficie). Dichas ecuaciones se pueden aplicar para obtener las temperaturas calibradas en toda la imagen, es decir, para corregir la imagen.For this, the equations of the straight lines or regression curves are determined between the temperatures measured with thermometers and those estimated from the images, at the sampling points (caves and surface points). These equations can be applied to obtain the calibrated temperatures throughout the image, that is, to correct the image.

Finalmente, se procede a la identificación y caracterización de las cuevas, cavidades u oquedades del terreno. La identificación y cartografía de cuevas se lleva a cabo a partir de las ortofotografías térmicas, estableciendo umbrales de temperaturas que permitan binarizar la imagen entre cuevas y suelo-roca-vegetación. La binarización se puede establecer hacia temperaturas más altas que el umbral (si el aire de las cuevas presenta una temperatura mayor que el entorno) o hacia temperaturas más bajas (si el aire de las cuevas presenta una temperatura menor).Finally, we proceed to the identification and characterization of the caves, cavities or hollows of the land. The identification and mapping of caves is carried out from thermal orthophotographs, establishing temperature thresholds that allow binarizing the image between caves and soil-rock-vegetation. Binarization can be established towards temperatures higher than the threshold (if the air in the caves has a higher temperature than the environment) or towards lower temperatures (if the air in the caves has a lower temperature).

Para establecer estos umbrales de forma precisa, con carácter previo se realizan cálculos estadísticos de la imagen completa y de las zonas susceptibles de ser cuevas, así como perfiles de temperaturas que permitan un mayor conocimiento del comportamiento de las temperaturas en las cuevas potenciales y su entorno. Estas operaciones se pueden realizar, por ejemplo, con un software SIG (GIS).To establish these thresholds in a precise way, statistical calculations of the complete image and of the areas susceptible to being caves are carried out beforehand, as well as temperature profiles that allow a greater knowledge of the behavior of the temperatures in the potential caves and their surroundings . These operations can be performed, for example, with GIS software (GIS).

A modo de ejemplo, del análisis de las imágenes y de los perfiles lo primero que se puede establecer son las condiciones óptimas para la identificación de cavidades. Así, se observa que el mayor contraste entre las cavidades y su entorno se produce tanto en la imagen obtenida a partir de un vuelo de invierno a primera hora de la mañana, como en la imagen de verano a media tarde. En estos casos, el contraste es de más de 10° y en algunos casos cercano o superando los 15°, muy por encima de la precisión o incertidumbre del sistema. La diferencia está en que en la imagen de invierno las temperaturas de la cueva (10-15°) son superiores al entorno (0-5°, dependiendo si son zonas sin o con vegetación), coincidiendo con el régimen de homogeneización estable de las temperaturas de las cuevas que se produce por la salida de aire caliente desde el interior de las mismas. Mientras, en verano ocurre lo contrario (20-25° en las cuevas y por encima de 40° en zonas circundantes), coincidiendo con el régimen de estratificación estable de las temperaturas en el interior de las cuevas. Sin embargo, aunque en principio ambos momentos puedan ser adecuados para la detección de cuevas en términos medios, un examen más detallado invalida a la imagen de verano, ya que la temperatura de las sombras proyectadas por la vegetación (matorral y arbustiva) presentan un bajo contraste con las cuevas. Por su parte, en la imagen de invierno a mediodía el contraste es poco significativo, donde las temperaturas son apenas 2-5° superiores en la cueva que en el entorno (10-12° y 5-10°, respectivamente), es decir, el aire del interior de las cuevas es bastante similar al del exterior por lo que además se interrumpe el flujo de salida de aire. En este caso, como conclusión, la recomendación es realizar los vuelos a primera hora de la mañana en días fríos de invierno, cuando el contraste es mayor, tanto en términos medios como en el detalle. En su defecto se puede trabajar a mediodía o media tarde en verano, aunque en este caso con una mayor ambigüedad en zonas con vegetación. Estas fechas pueden ser útiles para la detección de cuevas con salida de aire frío. En cualquier caso este tipo de análisis son los que hay que realizar para la detección de cuevas. As an example, from the analysis of the images and profiles, the first thing that can be established is the optimal conditions for the identification of cavities. Thus, it is observed that the greatest contrast between the cavities and their environment occurs both in the image obtained from a winter flight in the early hours of the morning, and in the image of summer in the middle of the afternoon. In these cases, the contrast is more than 10 ° and in some cases close to or greater than 15 °, well above the accuracy or uncertainty of the system. The difference is that in the winter image the temperatures of the cave (10-15 °) are higher than the environment (0-5 °, depending on whether they are areas without or with vegetation), coinciding with the stable homogenization regime of the temperatures of the caves that are produced by the release of hot air from inside them. Meanwhile, in summer the opposite occurs (20-25 ° in the caves and above 40 ° in surrounding areas), coinciding with the stable stratification regime of the temperatures inside the caves. However, although in principle both moments may be suitable for the detection of caves in average terms, a more detailed examination invalidates the summer image, since the temperature of the shadows projected by the vegetation (scrub and shrub) have a low contrast with the caves. On the other hand, in the winter image at noon the contrast is not significant, where temperatures are only 2-5 ° higher in the cave than in the environment (10-12 ° and 5-10 °, respectively), that is , the air inside the caves is quite similar to the outside, so the air flow is interrupted. In this case, as a conclusion, the recommendation is to make the flights early in the morning on cold winter days, when the contrast is greater, both in average terms and in detail. Failing that, you can work at noon or mid-afternoon in summer, although in this case with greater ambiguity in areas with vegetation. These dates can be useful for the detection of caves with cold air outlet. In any case, this type of analysis is what must be done to detect caves.

El resultado del procedimiento de tratamiento de estos los datos, es la obtención de un mapa de inventario de cuevas por binarización de la imagen. En el ejemplo comentado, el umbral para la binarización se ha situado en 3,5° en virtud de los análisis estadísticos y los perfiles estudiados. Puesto que las ortoimágenes están correctamente de la georreferenciadas y calibradas radiométricamente, adicionalmente se puede calcular de parámetros como el área de las cuevas en superficie o la temperatura característica (temperatura máxima de los pixeles correspondientes a las cuevas, mostrando la temperatura del aire que sale por ellas), o temperatura media. Los resultados obtenidos en la presente invención, tal como se puede observar en la Figura 1, también se pueden mostrar en forma de mapa de susceptibilidad, es decir, de probabilidad espacial de que haya un fenómeno potencialmente dañino (cuevas que pueden originar hundimientos o colapsos), proponiendo un segundo umbral de 2,5°, donde no hay una certeza clara de encontrar una cueva (probabilidad del 100%), pero sí una probabilidad elevada. Este mapa se presenta según una escala cualitativa de colores: por ejemplo, uno de tonalidad media (1) para zonas con probabilidad baja de ser cuevas, otro más claro (2) y diferenciado para zonas con una probabilidad moderada-alta de ser cuevas, y utiliza un color oscuro (3) para zonas con una probabilidad muy alta de ser cuevas.The result of the procedure of processing these data is to obtain an inventory map of caves by binarization of the image. In the commented example, the threshold for binarization has been placed at 3.5 ° by virtue of the statistical analyzes and the profiles studied. Since the orthoimimages are correctly georeferenced and radiometrically calibrated, additionally it can be calculated from parameters such as the area of the surface caves or the characteristic temperature (maximum temperature of the pixels corresponding to the caves, showing the temperature of the air leaving by them), or average temperature. The results obtained in the present invention, as can be seen in Figure 1, can also be shown in the form of a susceptibility map, that is, of a spatial probability that there is a potentially harmful phenomenon (caves that can cause subsidence or collapse ), proposing a second threshold of 2.5 °, where there is no clear certainty of finding a cave (100% probability), but a high probability. This map is presented according to a qualitative color scale: for example, one of medium hue (1) for areas with low probability of being caves, another lighter (2) and differentiated for areas with a moderate-high probability of being caves, and use a dark color (3) for areas with a very high probability of being caves.

El equipo informático necesario para el procesamiento de datos fotogramétricos es una estación fotogramétrica digital, que consiste en un ordenador con una unidad de procesamiento central potente, una tarjeta gráfica de grandes prestaciones y un sistema de visualización 3D (estereoscópico), además del correspondiente software específico, que partiendo de los imágenes o fotografías adquiridas, los datos del vuelo y los puntos de apoyo fotogramétrico realizan la orientación del vuelo y la posterior obtención de modelos y ortofotografías, visibles y térmicas. Por su parte, para el tratamiento de los datos de sensores de temperaturas de las cuevas se requiere de herramientas informáticas y/o softwares de tipo hojas de cálculo o paquetes estadísticos. Igualmente, para el tratamiento las ortoimágenes térmicas con vistas a la obtención del inventario y mapas de susceptibilidad a cuevas se requiere que el equipo informático disponga de una herramienta informática o un software SIG. The computer equipment necessary for the processing of photogrammetric data is a digital photogrammetric station, which consists of a computer with a powerful central processing unit, a high-performance graphics card and a 3D (stereoscopic) visualization system, in addition to the corresponding specific software , which, based on the acquired images or photographs, the flight data and the photogrammetric support points perform the orientation of the flight and the subsequent obtaining of visible and thermal models and orthophotographs. On the other hand, for the treatment of the temperature sensor data of the caves, computer tools and / or softwares of type spreadsheets or statistical packages are required. Likewise, for the treatment of thermal ortho-images with a view to obtaining the inventory and cave susceptibility maps, the computer equipment is required to have a computer tool or GIS software.

Claims (13)

REIVINDICACIONES 1. - Procedimiento para la identificación de cavidades en un terreno que comprende:1. - Procedure for the identification of cavities in a land comprising: - una calibración geométrica de la cámara térmica ubicada a bordo de un sistema remotamente pilotado (RPAS);- a geometric calibration of the thermal chamber located on board a remotely piloted system (RPAS); - una calibración radiométrica de la cámara térmica ubicada a bordo del RPAS, empleando cuerpos negros y ecuaciones de cálculo de temperaturas;- a radiometric calibration of the thermal chamber located on board the RPAS, using black bodies and temperature calculation equations; - una monitorización de la temperatura en las entradas a las cavidades ya conocidas en el terreno mediante la utilización de dispositivos sensores-registradores de temperatura;- a monitoring of the temperature at the entrances to the well-known cavities in the field by means of the use of temperature sensor-recorder devices; - una obtención de modelos digitales del terreno y ortoimágenes, correspondientes al canal visible (RGB), capturadas a partir de la cámara a bordo del RPAS, a partir de la orientación del vuelo correspondiente, la obtención de la nube de puntos dispersa y su densificación; - una obtención de ortofotografías térmicas, a partir de la orientación del vuelo térmico, y el modelo digital del terreno procedente del canal visible;- obtaining digital terrain models and orthoimages, corresponding to the visible channel (RGB), captured from the camera on board the RPAS, based on the corresponding flight orientation, obtaining the dispersed point cloud and its densification ; - obtaining thermal orthophotographs, based on the orientation of the thermal flight, and the digital terrain model from the visible channel; - una calibración radiométrica de las imágenes, partiendo de las medidas de temperatura en las cuevas y sobre puntos del terreno, en el momento del vuelo térmico, que permite la estimación de las temperaturas a partir de las imágenes;- a radiometric calibration of the images, based on the temperature measurements in the caves and on land points, at the time of the thermal flight, which allows the estimation of temperatures from the images; - una identificación de las cuevas a partir del establecimiento de umbrales de temperatura que binarizan la imagen de las ortofotografías entre cuevas y suelo-roca-vegetación; y- an identification of the caves from the establishment of temperature thresholds that binarize the image of the orthophotographs between caves and soil-rock-vegetation; Y - obtención de un mapa de probabilidades de existencia de cuevas o cavidades en el terrero con una resolución centimétrica-decimétrica.- Obtain a map of probabilities of the existence of caves or cavities in the ground with a centimeter-decimetric resolution. 2. - El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, donde la calibración geométrica de la cámara termográfica emplea un patrón de puntos fríos consistente en una serie de recipientes con agua en estado de fusión.2. - The method according to claim 1, wherein the geometric calibration of the thermal imager uses a cold spot pattern consisting of a series of containers with water in the melting state. 3. - El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, donde la calibración radiométrica de la cámara termográfica con cuerpos negros se realiza a partir de la medida de la energía recogida por el sensor de la cámara y con ecuaciones de cálculo de temperaturas.3. - The method according to claim 1, wherein the radiometric calibration of the thermographic camera with black bodies is performed from the measurement of the energy collected by the camera sensor and with temperature calculation equations. 4. - El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, donde la obtención de las ortoimágenes correspondientes al canal visible (RGB) se realiza mediante la orientación del vuelo fotogramétrico correspondiente, incluyendo unos puntos de apoyo fotogramétrico medidos mediante dispositivos GNSS diferencial con precisión centimétrica, para el refuerzo de la orientación del bloque realizada con la posición de los puntos de disparo y los parámetros del vuelo. 4. - The method according to claim 1, wherein the ortho-images corresponding to the visible channel (RGB) are obtained by means of the orientation of the corresponding photogrammetric flight, including photogrammetric support points measured by differential GNSS devices with centimeter accuracy, for the reinforcement of the orientation of the block made with the position of the firing points and the flight parameters. 5. - El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, donde la orientación del vuelo fotogramétrico se acomete mediante la aplicación de métodos de aerotriangulación y ajuste de bloques junto con técnicas de “Structure-from-Motion” (SfM).5. - The method according to claim 4, wherein the orientation of the photogrammetric flight is undertaken by the application of aerotriangulation and block adjustment methods together with "Structure-from-Motion" (SfM) techniques. 6. - El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, donde una vez el vuelo está orientado, se obtienen los modelos digitales del terreno por una densificación de la nube de puntos dispersa mediante herramientas informáticas y con la que se obtienen las ortofotografías mediante un proceso de rectificación del mosaico de imágenes.6. - The method according to claim 1, where once the flight is oriented, the digital terrain models are obtained by densifying the dispersed point cloud by means of computer tools and with which the orthophotographs are obtained by a process of rectification of the mosaic of images. 7. - El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, donde la obtención de las ortoimágenes correspondientes al infrarrojo térmico se realiza mediante la orientación del vuelo fotogramétrico correspondiente, incluyendo unos puntos de apoyo fotogramétrico de segundo orden extraídos del vuelo fotogramétrico visible.7. - The method according to claim 1, wherein the ortho-images corresponding to thermal infrared are obtained by means of the orientation of the corresponding photogrammetric flight, including second order photogrammetric support points extracted from the visible photogrammetric flight. 8. - El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, donde la orientación del vuelo fotogramétrico térmico se acomete mediante la aplicación de métodos de aerotriangulación y ajuste de bloques junto con técnicas de “Structure-from-Motion” (SfM).8. - The method according to claim 7, wherein the orientation of the thermal photogrammetric flight is undertaken by the application of aerotriangulation and block adjustment methods together with "Structure-from-Motion" (SfM) techniques. 9.- El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, donde la calibración de las imágenes térmicas para la estimación de las temperaturas de superficie se lleva a cabo a partir de las imágenes obtenidas con las cámaras térmicas y la medida de temperatura en las cuevas y puntos situados sobre la superficie del terreno, y ajustando una línea recta de regresión.9. The method according to claim 1, wherein the calibration of the thermal images for the estimation of the surface temperatures is carried out from the images obtained with the thermal chambers and the temperature measurement in the caves and points located on the ground surface, and adjusting a straight regression line. 10.- Equipo para llevar acabo un procedimiento de identificación de cavidades en un terreno según las reivindicaciones 1 a 9, que se caracteriza por que comprende:10. Equipment for carrying out a procedure for identifying cavities in a field according to claims 1 to 9, characterized in that it comprises: - al menos un sistema aéreo remotamente pilotado (RPAS) que incorpora al menos una cámara térmica;- at least one remotely piloted air system (RPAS) incorporating at least one thermal camera; - una pluralidad de dispositivos GNSS bifrecuencia con precisión centimétrica para la medida de puntos de apoyo fotogramétrico;- a plurality of two-frequency GNSS devices with centimeter precision for measuring photogrammetric support points; - una pluralidad de dispositivos registradores/sensores de datos de temperatura con sensores internos, que se ubican en el interior de las cuevas y en el entorno de la entrada de las cuevas, así como distribuidos en puntos sobre el terreno;- a plurality of temperature data recording / sensing devices with internal sensors, which are located inside the caves and around the entrance of the caves, as well as distributed at points on the ground; - una unidad de procesamiento central como un ordenador, donde se reciben y tratan los datos obtenidos del RPAS y de los dispositivos registradores de temperatura, dicha unidad comprende unos softwares y herramientas informáticas con los que se realiza el procesamiento fotogramétrico de los datos del RPAS, los cálculos y análisis estadísticos de los datos registrados con los sensores de temperatura, y el análisis de teledetección y SIG de las imágenes, obteniéndose un mapa de probabilidad de existencia de cuevas o cavidades.- a central processing unit such as a computer, where the data obtained from the RPAS and the temperature recording devices are received and processed, said unit includes software and software tools with which the Photogrammetric processing of RPAS data, statistical calculations and analysis of data recorded with temperature sensors, and remote sensing and GIS analysis of images, obtaining a probability map of caves or cavities. 11.- Equipo, según la reivindicación 10, que se caracteriza por que el RPAS comprende una estructura en la que se incluye un módulo de control electrónico que incorpora una unidad controladora de vuelo, un receptor de radio, el módulo de posicionamiento GPS y usualmente un transmisor de video; unos rotores y hélices que se insertan en los brazos de la estructura; un sistema de control emisor-transmisor de control remoto, un software de control de vuelo, y un software de planificación; y donde este RPAS incorpora una bancada donde se instala al menos una cámara convencional y/o una cámara termográfica, con un elemento de estabilización, y dicha cámara está capacitada para tomar imágenes y/o videos.11. Equipment according to claim 10, characterized in that the RPAS comprises a structure which includes an electronic control module that incorporates a flight controller unit, a radio receiver, the GPS positioning module and usually a video transmitter; rotors and propellers that are inserted into the arms of the structure; a remote control transmitter-transmitter control system, flight control software, and planning software; and where this RPAS incorporates a bench where at least one conventional camera and / or a thermographic camera is installed, with a stabilization element, and said camera is capable of taking images and / or videos. 12. - Equipo, según la reivindicación 11, que se caracteriza por que la bancada donde se instala la cámara es del tipo giro-estabilizada.12. - Equipment according to claim 11, characterized in that the bench where the chamber is installed is of the gyro-stabilized type. 13. - Equipo, según la reivindicación 10, que se caracteriza porque los registradores/sensores de datos (dataloggers) disponen de una precisión que oscila entre ±1°C y ±0,5°C, y una resolución de al menos 0,1°C, y porque comprenden una memoria interna de almacenamiento de datos de registro; una batería autónoma; disponen de puerto USB integrado para la descarga de información en el ordenador y una pantalla con diferentes funciones para la visualización de la información. 13. - Equipment according to claim 10, characterized in that the dataloggers have a precision ranging between ± 1 ° C and ± 0.5 ° C, and a resolution of at least 0, 1 ° C, and because they comprise an internal memory for recording record data; an autonomous battery; They have an integrated USB port for downloading information to the computer and a screen with different functions for displaying the information.