The Evolution of Lidar
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Current airborne Lidar systems, such as the Leica ALS series, capture one million points per second. Increasing the pulse repetition rate is the best way to achieve dense point clouds at lower costs, as the flying speed can be increased. However, the pulse frequency is constrained by parameters such as energy consumption and eye safety. Single photon Lidar enables a much higher pulse rate to be achieved, since much less energy is needed per pulse.
(By Ron Roth, Leica Geosystems, and Marcos Sirota, Sigma Space Corp.)
Lidar systems are typically constructed from a number of components: a range-finding system, scanning optics to direct the laser pulses, and a position and orientation system to record the origination point of the laser pulse. When employed for airborne Lidar, such a system is sometimes also referred to as ‘linear-mode Lidar’.
Linear-mode Lidar systems use relatively high energy in each emitted laser pulse. Each pulse travels from the aircraft to the ground, from where it is reflected back to the scanner. By using more energy per pulse, a stronger reflection can be recorded because more photons are reflected by the terrain below the aircraft. The output from linear-mode systems is impressive and these systems provide data with high spatial and radiometric precision. However, the technology does impose some limitations on the maximum effective pulse rates that can be achieved.
Higher pulse rates
The pulse repetition rate is the most important parameter to define the acceptable flying height and flying speed during data acquisition. A higher pulse repetition rate allows for faster flying while maintaining a similar point density. As the pulse rate of linear-mode Lidar systems increases, so too does the electrical power consumption. In addition, there will be greater heat generation by the lasers used. The ability to generate increasingly higher average optical output, required for ever-higher pulse rates, is an engineering challenge. Besides accuracy and pulse repetition rate, the sensor design should consider total electrical power consumption, system cooling, size, weight and eye safety. This results in limitations on maximum average optical output, thus also limiting the maximum effective pulse rates.
In order to take a next step in airborne Lidar system development, the required energy per pulse must be reduced. This can be achieved by changing the nature and technology of the range-finding system. Next-generation Lidar technologies, including single photon Lidar (SPL), rely on new range-finding systems to achieve lower energy consumption and higher pulse rates.
Photon counting
SPL was originally developed for Earth-to-satellite ranging and has proven to generate accurate range measurements using a minimal amount of laser energy in each pulse. Compared to currently available linear-mode Lidar systems, SPL allows range measurements to be made from as little as a single photon reflected from the terrain below the aircraft. This level of sensitivity allows a given amount of laser output to be allocated to higher pulse rates with lower energy in each pulse.
The SPL system contains a laser splitter, which splits each laser pulse into an array of ten by ten small laser beams (Figure 1). For these 100 beamlets, the travel time of the photons to the ground and back is measured individually. The amount of energy in each beamlet is much smaller compared to traditional Lidar but, thanks to the higher sensitivity, a single returning photon is sufficient to measure a range. The SPL system can generate 60,000 pulses per second. Since each pulse is split into 100 beamlets, this results in an effective pulse rate of 6.0MHz – significantly higher than can be achieved with linear-mode Lidar.
Multiple returns
Linear-mode Lidar systems allow for the registration of peaks from various target reflections within the full return waveform, which can be processed to retrieve multiple returns. As SPL systems do not capture a continuous wave but count the individual photons instead, such a full waveform is not available. However, it is still possible to retrieve multiple returns thanks to the very short channel recovery times of 1.6 nanoseconds. This means that the photon counter is reset every 1.6 nanoseconds to count if any new photons return from the beamlet. These are then regarded as a new return. The result is a true multi-return Lidar system with short inter-return separations of 24 cm. As a result, SPLs can acquire high-density point clouds of 12 to 30 points per square metre with many returns underneath canopies. The point density varies inversely with the flying height. If the flying height is doubled, the covered swath will double, but the point density will be cut in half. An SPL instrument flying at 200 knots at 4000 m above ground will produce a point density of roughly 20 points per square meter. Figure 2 shows an example of a resulting point cloud.
Application areas
Linear-mode Lidar remains the industry standard, yet SPL is gaining acceptance for large mapping projects. For instance, the U.S. Geological Service 3D Elevation Program, which aims to systematically collect enhanced elevation data in the form of high-quality Lidar data, has employed SPL. The system has proven to meet the accuracy standard for USGS QL1 data, which corresponds to a height precision better than 10 cm for non-vegetated areas. Other applications, such as corridor mapping, resource classifications and bathymetry, require more data from each data point, such as robust intensity values or full waveforms. These cannot be achieved with SPL, making linear-mode Lidar more appropriate.
In general, the lower the cost per data point is, the greater the number of applications that will emerge to use any type of data. Therefore, SPL is particularly well suited to large-area applications where huge numbers of data points are to be acquired.
Outlook
The performance of SPL is expected to increase over time in terms of accuracy and radiometric capabilities. This will result in a shift over time in application areas for which SPL is suitable. It is also expected that the effective pulse rate of SPL systems will continue to improve, just as effective the pulse rate for linear-mode systems has steadily improved over the past two decades. This can be seen in Figure 3. With current performance levels at six million points per second, SPL could potentially be capturing one billion points per second in less than a decade from now.
Concluding remarks
Bringing down the cost per point through higher effective pulse rates is the best way to address large-area, high-point-density projects in the future. As more applications appropriate for SPL emerge, we will see positive changes throughout industries, such as increased efficiency in resource management, more effective infrastructure planning and better preparation for natural disasters.
Read here on the Leica SPL100 single photon Lidar (SPL) and imaging sensor
Biographies of the Authors
Ron Roth is product manager for airborne topographic Lidar at Leica Geosystems. Roth holds a BSc in mechanical engineering from Worcester Polytechnic Institute and an MBA from Babson College. He was also awarded a United States patent for a remote counter-balancing mechanism.
J. Marcos Sirota is president of the Sigma Space Corp. Sirota holds a degree in electrical engineering from the University of Buenos Aires and an MSc and PhD in aeronautics and astronautics from the University of Washington. He has received several technology awards from NASA for his work in Lidar.
Further reading
Swatantran, Anu; Tang, Hao; Barrett, Terence; DeCola, Phil; Dubayah, Ralph (2016): Rapid, High-Resolution Forest Structure and Terrain Mapping over Large Areas using Single
Last updated: 27/02/2017
Viernes 10 de febrero del 2017
Financiación de las campañas: una mano invisible y sin control
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El escándalo por el presunto ingreso de dinero de Odebrecht a las presidenciales del 2014 es muy grave, pero más grave aún es no saber con certeza de dónde salieron 628.000 millones de pesos para las campañas de los 18.637 funcionarios de elección popular en 2014 y 2015.
Un sistema cerrado
El llamado “sufragio censitario” era un rasgo de los sistemas electorales del siglo XIX y parte del siglo XX, donde solo disfrutaban del derecho al voto los integrantes de un “censo” restringido de personas que cumplieran con ciertos requisitos educativos (saber leer y escribir) y/o económicos (tener propiedades inmuebles o un cierto patrimonio).
Hoy los datos demuestran que Colombia, a pesar de haber instaurado el sufragio universal para los hombres en 1936 y para las mujeres en 1954, sigue teniendo un sistema electoral censitario, no porque se requiera un cierto estatus social para poder votar, sino para poder ser elegido.
En las elecciones para el Congreso del 2014, solo el 12 por ciento de los 2.324 candidatos que compitieron ganaron una curul. Pero esa décima parte victoriosa tuvo el 46 por ciento de la financiación total.
En el caso del Senado, para dar unos ejemplos:
- Los 21 senadores elegidos por el Partido de la U (22 por ciento de la lista de 96 candidatos) se gastaron el 69 por ciento del costo total de la campaña del partido (en promedio 500 millones de pesos cada uno).
- Los 9 senadores de Cambio Radical (9 por ciento de la lista de 95 candidatos) se gastaron el 51 por ciento del dinero de la campaña del partido (550 millones cada uno).
- Los 5 senadores del Polo Democrático (8 por ciento de su lista de 65 candidatos) se gastaron el 63 por ciento del dinero del partido en la campaña (en promedio 443 millones cada uno).
Es decir que hay una relación directamente proporcional entre el dinero invertido por un candidato para hacer campaña y la probabilidad de resultar elegido. Si se hace campaña con ideas, pero sin dinero, no es probable ganar las elecciones.
 Campañas electorales en pueblos, generan cuestionamiento financiero. Foto: Gobernación de Boyacá |
Sin dinero no hay curul
El artículo 40 de la Constitución del 91 consagra el derecho fundamental a elegir y ser elegido, pero en la vida real este derecho está limitado a aquellos que tienen plata.
Paradójicamente, los legisladores han sido conscientes de este problema y han consagrado herramientas para contrarrestar esta desigualdad. Si no se tiene dinero propio para empezar la campaña, la ley permite acudir a la financiación pública mediante anticipos girados por el Estado; y si no se quiere recurrir al dinero público, también se permite financiar la campaña con créditos bancarios.
Pero en la vida real, el acceso a estas ayudas del Estado y del sector bancario es bastante inequitativo.
Para apreciar mejor la situación, hay que tener en cuenta que durante un ciclo electoral como el de 2014-2015 (elecciones legislativas en marzo de 2014, presidenciales en mayo y junio de 2014 y locales en octubre de 2015) los ciudadanos eligieron a los titulares de 18.638 cargos de elección popular (1 presidente, 102 senadores, 166 representantes, 32 gobernadores, 418 diputados, 1101 alcaldes, 12.063 concejales y 4.755 ediles).
Por la cantidad de candidatos, las campañas electorales más costosas son las locales. En ellas 111.707 candidatos se gastaron 479.000 millones de pesos en 2015. La campaña al Senado en 2014 costó en total 99.000 millones (entre 773 candidatos), la de Cámara 97.000 millones (con 1551 candidatos) y la presidencial 85.000 millones de pesos (gastados entre 5 candidatos).
En total, entre 2014 y 2015 se gastaron 760.000 millones en campañas electorales, distribuidos como se indica la gráfica siguiente:
Las ayudas financieras a través de créditos bancarios y dinero del Estado (en forma de anticipos) alcanzaron, sumadas, un valor de 132.000 millones de pesos (el 17 por ciento del costo de las campañas), y se distribuyeron de la manera que indican las Gráficas 2 y 3.
Estas gráficas muestran claramente que aunque las elecciones locales sean las que más recursos necesitan, la financiación estatal y los créditos bancarios fluyen en una mayor proporción hacia las elecciones de autoridades nacionales.
Además, como la financiación estatal y bancaria cubre solo el 17 por ciento del costo de las campañas, queda un 83 por ciento (628.000 millones de pesos) que son financiados con los recursos propios de los candidatos, los de sus familiares y con aportes y préstamos de actores privados. Lo cual implica que en la vida real las elecciones en Colombia son financiadas casi totalmente con recursos privados.
 Proceso electoral y de campañas. Foto: Registraduría Nacional del Estado Civil |
Los problemas de la financiación privada
1. La debilidad de la arquitectura electoral
Los datos que resumí más arriba han sido obtenidos gracias a Cuentas Claras, la aplicación desarrollada por la ONG Transparencia por Colombia y cedida al Concejo Nacional Electoral para que pudiera llevar el control (al menos saber el monto) del dinero usado en las campañas electorales.
Este hecho tan simple es sintomático de uno de los grandes problemas de la financiación de las campañas. No existe una arquitectura institucional electoral capaz de controlar la financiación. La experiencia de Cuentas Claras demuestra que el Consejo Nacional Electoral no tiene la capacidad de hacer seguimiento a la financiación de las campañas. Aun hoy, con el aplicativo funcionando, la máxima autoridad electoral no tiene cómo confirmar la veracidad de los reportes de los candidatos, ni puede calcular con certeza cuánto dinero en realidad se están gastando los políticos en campaña.
2. La irresponsabilidad política de los partidos
Los defectos del sistema electoral producen incentivos perversos para los partidos políticos, a los cuales casi nada les impide avalar candidatos criminales o incluso inhabilitados. Desde la Misión de Observación Electoral hemos señalado que en enero de 2017, apenas un año después de comenzar su período, 20 alcaldes ya habían sido capturados por delitos electorales, corrupción e incluso lavado de activos. Cinco de ellos lo fueron antes de las elecciones de 2015 (y aun así habían sido avalados por los partidos y fueron elegidos por los ciudadanos).
Uno de los casos más conocidos es el de La Guajira, donde desde 1992 no se ha elegido a ningún gobernador que no acabe implicado en procesos penales, disciplinarios o electorales. Y muchos son los partidos que han avalado a los gobernadores guajiros en estos 25 años, sin hacerse responsables por las sanciones que estos reciben.
3. La irresponsabilidad política de los las empresas privadas
En tercer lugar, hay una irresponsabilidad total de los financiadores privados. Sin control estatal ni partidista, distintos grupos económicos son quienes en realidad definen la conformación del poder político en Colombia.
Y lo peor: pese a ese inmenso poder, los aportantes pocas veces salen a la luz y, al igual que los partidos, nunca dan la cara por los crímenes de sus representantes políticos. Lo que hoy vemos con Odebrecht no es sino una manifestación superficial de un problema estructural y extendido de nuestro sistema político.
4. La irresponsabilidad política de los ciudadanos
A esta cadena de fallas sistémicas e irresponsabilidades políticas se suma la piedra angular: el ciudadano. Aunque es una creencia común que un voto no marca la diferencia y que las elecciones están arregladas, la realidad es que los ciudadanos sí deciden la conformación del poder público. Y lo deciden cuando pecan por omisión.
En el último ciclo electoral:
- 18 millones de colombianos que pudieron haber votado se abstuvieron de elegir al Congreso de la República.
- 19 millones más no quisieron votar por el presidente en primera vuelta, de los cuales solo 2 millones estuvieron motivados a votar en la segunda.
- En las elecciones locales de 2015, cuando los candidatos están más cerca que nunca a los ciudadanos en cada municipio del país, todavía persistieron 13 millones de colombianos en la abstención.
Así que es claro que el voto de quienes se abstienen sí podría marcar la diferencia. En cuanto a los ciudadanos que sí votan, se encuentran con el mar de recursos financieros que fluye todas las elecciones para corromper la voluntad de votantes y funcionarios públicos.
En resumen, para quien sabe que robar al Estado es buen negocio, tenemos un sistema electoral que les sirve el dinero público en bandeja de plata. Por ello, el intento actual de reformar el sistema electoral es una oportunidad de oro para pensar y decidir cómo empezar a solucionar estos problemas.
* Politólogo e internacionalista de la Universidad del Rosario, máster en Sociología de lo Político y de la Acción Pública del Instituto de Estudios Políticos (Sciences Po) de Bordeaux, coordinador del Observatorio Político-Electoral de la Democracia de la Misión de Observación Electoral (MOE).
Fuente:http://www.razonpublica.com/
VIII CONGRESO INTERNACIONAL Y XI CONGRESO NACIONAL DE TOPOGRAFÍA, AGRIMENSURA, GEOMATICA Y GEODESIA.
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El XI Congreso Nacional y VIII Internacional de Topografía, Agrimensura, Geomática y Geodesia, se propone desde Bucaramanga, Colombia, entre el 26 y 27 de octubre de 2017, presentar las tendencias innovadoras en investigación, desarrollo y aplicaciones que respondan a los retos de la ingeniería, el manejo del ambiente y la gestión del territorio. Para lograrlo está invitando al mundo a exponer sus ideas y proyectos convocando a la academia, la empresa y la administración de la tierra.
Nuestra misión es convocar a los mejores para compartir lo mejor que está pasando en geoinformática para la ingeniería, las ciencias de la tierra y la ordenación territorial.
Einstein, idolatrado y perseguido
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Nadie ha encarnado como Einstein dos de los rasgos más sobresalientes del siglo XX: el progreso acelerado de la ciencia y la lucha contra los totalitarismos. Nadie como él ha concentrado tampoco, debido a su inmensa celebridad, tal cantidad de falsos mitos que aún hoy circulan por muchas cabezas. El físico y ensayista Vincenzo Barone se ha propuesto revisarlos todos en el libro Albert Einstein, constructor de universos, que publica Biblioteca Buridán.
Una de las conclusiones de este volumen esclarecedor es que Einstein gozó de una fama desmedida, tanta que en ocasiones le ofrecían fortunas por escribir un artículo sobre "lo que quisiera", y al mismo tiempo fue perseguido por tirios y troyanos. Por este orden: primero lo masacraron en Alemania quienes eran sus compatriotas hasta que renunció a la nacionalidad; en Estados Unidos fue el FBI el que lo vigiló de cerca por filosoviético, mientras los rusos desconfiaban de él por hacerle el juego al imperialismo.
Para comenzar por lo más inocente, el ensayo de Barone desmonta la leyenda -muy tranquilizadora para quien suspende matemáticas- de que el pequeño Albert tenía problemas con los números en el colegio. En realidad, "sus notas en las asignaturas científicas eran excelentes", y buenas en latín y griego. De hecho, había empezado pronto a estudiar álgebra y geometría por su cuenta gracias a la ayuda de su tío Jakob, ingeniero eléctrico.
Descontando su valor científico, la teoría de la relatividad pegó tan fuerte porque, después de la I Guerra Mundial, Europa estaba necesitada de "héroes, no de las armas sino del intelecto", escribe Barone, y ahí se produce la transmutación de Einstein en icono del siglo. Otro físico teórico eminente, Paul Dirac, afirmó que la teoría "llegó en un periodo en el que todos, vencedores y vencidos, estaban cansados. La gente quería cosas nuevas. La relatividad vino a satisfacer este deseo y se convirtió en un tema central del discurso público".
A partir de entonces, Einstein estaba perdido como investigador y hombre anónimo. Con las heridas de la guerra aún en carne viva, se desatan los sentimientos ambivalentes que perseguirán siempre a Einstein. Las primeras verificaciones de la teoría de la relatividad se realizan en Gran Bretaña, que encumbra el trabajo pero minimiza la relación de su autor con su madre patria. En Alemania saludan que la potencia vencedora glorifique al hijo genial de una nación derrotada y humillada. Sin embargo, una pequeña pero ruidosa parte de la comunidad científica comienza a mirar a Einstein como un judío extranjero (vivía entonces en Zúrich).
Vemos que las semillas del fanatismo ya estaban prestas a brotar. La camarilla encabezada por Johannes Stark y Philipp Lenard, que sería un nazi de primera hora, empezaba a hablar de una "física degenerada" muy propia del pueblo judío, "propenso a las abstracciones y a las fantasías". Es sabido cómo derivó aquella locura criminal institucionalizada, así que no parece descabellado el rumor de un complot para matar a Einstein justo antes de que se trasladara a Princeton, en Estados Unidos.
Un físico teórico como Barone no puede dejar de refutar una de las proposiciones que más fortuna han hecho en el lenguaje común, esa de que "todo es relativo". Más cosas de la fama, que es incontrolable: lo que afirma la teoría de la relatividad es precisamente lo contrario, que las leyes que rigen todo fenómeno físico no son relativas sino absolutas. Einstein era consciente de la ambigüedad del nombre y se pensó ponerle uno alternativo: teoría de la invariancia. Pero, claro, nada habría sido lo mismo.
Mucho se ha escrito sobre la fe religiosa, o falta de ella, del científico de Ulm. Desde luego no creía en un Dios personal, antropomórfico y vengativo; más bien era adepto a una religiosidad cósmica deudora de Spinoza que, en su caso preciso, se manifestaba en una "admiración infinita por la estructura del mundo revelada por los descubrimientos de la ciencia". Análogamente, su sionismo estaba desprovisto de contenido religioso y revestía sólo un carácter cultural.
Que los nazis odiaran a Einstein tiene mucho que ver no sólo con su condición de judío y de extranjero, sino también con su antimilitarismo radical. De los tocados por el furor castrense decía que "sólo por error han recibido un cerebro; con una médula espinal les habría bastado". No obstante -otro estereotipo que ha gravitado sobre él-, nunca fue comunista y, de hecho, declinó siempre viajar a la URSS para no ser instrumentalizado. "Sus simpatías políticas estaban con un socialismo democrático y liberal", zanja Barone.
Esto era de por sí bastante peligroso para alguien como Edgar Hoover, el temido director del FBI, que mandó abrir un dosier en cuanto el físico pisó suelo americano. El supuesto extremista filosoviético llegó a acumular en su expediente casi 1.500 páginas de insinuaciones y testimonios insulsos. La paranoia anticomunista desatada por el senador McCarthy llenó de pena e indignación a Einstein, que vio a su nuevo país expuesto al ridículo internacional.
Más malentendidos que se cernirían sobre nuestro hombre en EEUU. A raíz de una carta que envió a Roosevelt llamando su atención sobre el potencial del uranio, algún titular lo catalogó como "el padre de la bomba atómica", dado que además su famosa ecuación E = mc2 había hecho posible teóricamente el artefacto.
En opinión de Barone, la intervención ante el presidente no fue decisiva para el inicio de las investigaciones atómicas, que comenzaron realmente dos años después. En cuanto a la ley de equivalencia entre masa y energía, "atribuir a su descubridor la responsabilidad de la bomba atómica es como atribuirle a Galileo (y a su ley del movimiento parabólico) la responsabilidad de los misiles balísticos", sentencia el ensayista italiano.
Una paternidad que sí es justo otorgarle es la de la teoría cuántica, pero las relaciones con su criatura fueron tan difíciles como las que mantuvo con sus hijos, como le reprochaba el único que tuvo posibilidad de hacerlo, Hans Albert. Una concepción del mundo en la que el azar y la probabilidad (que es su medida) desempeñan un papel ineliminable, como subraya la mecánica cuántica, chocaba con el determinismo de Einstein, que en esto no se alejaba un ápice de Newton y la tradición entera de la física occidental: el Universo tiene que estar regido por leyes causales y Dios no se dedica a "jugar a los dados" con él, según otra célebre frase suya que tampoco ha sido interpretada siempre con acierto.
Un Einstein cada vez más especulativo -más filósofo y menos físico, diríamos- se pasó los últimos 30 años de vida buscando una teoría unificada que armonizase la gravedad con el electromagnetismo, por un lado, y las partículas y los campos por otro. Irónicamente, fue la mecánica cuántica la que consiguió conciliar esta última dicotomía en la década de los 50.
Einstein fue un hombre marcado por las paradojas. Como señala Barone, siendo "depositario de un saber para pocos, se comprometió sin descanso a favor de toda la humanidad". Chaplin le dijo una vez: "Me aplauden a mí porque todo el mundo me entiende, y a usted porque no le entiende nadie". Él lo llevó a una esfera más personal al resumir con dolor: "Es algo extraño ser tan conocido y de todos modos sentirse tan solo".
Viernes 10 de febrero del 2017
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