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Un dron es un vehículo aéreo no tripulado (VANT). Los drones han causado gran furor en los últimos años, son aeronaves pequeñas que pueden controlarse fácilmente desde un teléfono inteligente o trazar su ruta mediante GPS (Sistema de posicionamiento global). Son capaces de portar cámaras u otros dispositivos y sensores eléctricos, razón por la que se les usa en un sin número de proyectos científicos, militares, comerciales, etc.

Existen dos tipos de clasificación de acuerdo a sus alas:

  • Fijas: Alas adosadas en los laterales de la aeronave, las cuales no poseen movimiento propio; son accionadas por motores a los que se les incorporan unas hélices situadas en un plano horizontal al suelo (ver Figura 1: Drone de ala Fija).
  • Rotor: hélices giratorias, generalmente suelen ser cuadricópteros (cuatro motores con hélice): giran dos siguiendo el sentido horario de las agujas del reloj y los otros dos en sentido contrario, creando así la fuerza de empuje necesaria para mover al dron hacia arriba o hacia abajo (ver Figura 2: Drone Mulirotor) .

Ventajas de los sistemas de ala fija y multirotor

Ala fija

  • Son más eficientes, pueden tener igual tamaño que los multirotores pero obtienen una mayor autonomía.
  • Pueden volar a mayor velocidad, esto significa que puede cubrir una distancia o un área mucho mayor en menos tiempo.
  • Tienen una huella sonora sensiblemente menor, por lo que resultan más indicados para operaciones de vigilancia.
  • Tienen un mayor rango climático en términos de temperatura, viento y lluvia.

Multirotor

  • Facilita un despegue y aterrizaje vertical, lo que reduce el espacio requerido en tierra para su operación.
  • La posibilidad de volar a punto fijo (vuelo estacionario) o a muy baja velocidad, lo que resulta muy adecuado para aplicaciones de inspección.
  • Mayor maniobrabilidad y precisión de vuelo. Mientras que los sistemas de ala fija siguen trayectorias curvilíneas, con unos radios de giro relativamente grandes y con velocidades de ascenso y descenso bastante estrictas, los multirrotores pueden volar prácticamente siguiendo cualquier trayectoria. Esto genera las posibilidades de  acercarse mucho más al objetivo si es necesario ayudando a conseguir imágenes que antes de su desarrollo no eran posibles.
  • Su diseño les permite llevar cargas más voluminosas, en relación con su propio tamaño, que los de alas fijas.

Cuadro comparativo de los drones

Características Alas fijas Multirrotores
Capacidad de vuelo estacionario 0 3
Velocidad de desplazamiento 4 2
Maniobrabilidad 1 4
Autonomía de vuelo 3 2
Resistencia al viento 4 2
Estabilidad 3 2
Capacidad de vuelos verticales 1 4
Capacidad de carga 4 2
Capacidad de vuelos interiores 1 4
Techo de vuelo 4 1
0 = nulo, 1 = malo, 2 = medio, 3 = bueno, 4 = muy bueno

También se puede separar los drones de acuerdo a la metodología de captura de información. Se tiene 3 tipos importantes como son:

  • Drones con cámaras RGB (Rojo, Verde y Azul), (ver Figura 3: Drone con cámara RGB), conocidas como de color visible: son aquellas utilizadas para la captura con imágenes de color, y son usadas en su mayoría en temas cartográficos, de inspección y de diseño.
  • Drones con cámara multiespectral, que tienen la posibilidad de detectar detalles que al ojo humano no son fáciles de percibir. Identifican las firmas espectrales y permiten elaborar mapas a falso color que dejen al descubierto los elementos que son clave objeto de estudio. Por ejemplo en la agronomía para detectar plagas o determinar la densidad boscosa, humedad o salud de la planta; en geología permiten hacer la diferenciación estratigráfica o litológica de tipos de rocas (Figura 4: Drone con Cámara Multiespectral, lente infrarrojo y térmico.)
  • Drones con cámara LIDAR, que usan una tecnología que utiliza pulsaciones laser. Estas pulsaciones viajan hacia el objeto o zona a capturar y rebotan hacia la cámara que los captura, dando a conocer una coordenada con una elevación. Estos sistemas pueden contribuir a generar diseños más exactos, más detallados, generando escenarios en tercera dimensión. (Figura 5: Drone con Cámara Multiespectral, lente infrarrojo y térmico)

Aplicaciones

Cartografía

La técnica de la cartografía es la que interpreta, analiza y representa gráficamente parte o todo de la superficie. Los drones, en los últimos años, se han convertido en una herramienta de obtención de información muy útil y eficaz que ahorra tiempo, reduce los costes y genera resultados muy precisos. Los datos espaciales adquiridos serán la base de los diversos procesos que servirán para elaborar la cartografía deseada.

La herramienta  básica de la cartografía es la Fotogrametría, que permite medir sobre fotografías las propiedades geométricas de los objetos y las situaciones espaciales a partir de imágenes fotográficas. Los resultados se representan en Mapas y Planos. Pero también se puede visualizar la información en una tercera dimensión, mediante la creación de modelos.

A partir de las fotografías, estas se procesan en programas de computación, los instaladores son los encargados de manipular las fotografías y generar:

  • Modelos de Elevación Digital (DEM)
  • Curvas de nivel (líneas que representan las altitudes del terreno)
  • Ortomosaicos (unión y corrección matemática de las imágenes)
  • Imágenes en tercera dimensión a color natural y generar usos del suelo o sectorización del terreno.

Modelación Geológica

Existen drones diseñados para la investigación geológica o de yacimientos; éstos reconocen con cámaras multiespectrales los diferentes tipos de geología gracias a sus composiciones mineralógicas, las cuales se diferencian porque cada una puede presentar distintos espectros de absorción de la radiación que proviene del sol (Figura 8: Imagen Multiespectral, imagen de falso color para la identificación de diferentes capas geológicas).

En los análisis de riesgos geológicos la combinación de los datos topográficos y cartográficos permite realizar estudios tales como riesgos de desprendimientos o de deslizamientos de laderas. También se pueden crear cálculos volumétricos de material aprovechable o en el monitoreo de estabilidad de sus laderas (Figura 9: Análisis volumétrico o monitoreo de estabilidad).

Gestión del recurso hídrico y la infraestructura hídrica

Los gestores del agua utilizan la información espacial para estudiar los parámetros relacionados con el uso del agua, las sequías, las inundaciones, etc.

Por ejemplo, para la inspección de diques o presas  se buscan deformaciones estructurales y posibles riesgos de rotura (Figura 10: Inspección de un dique en Holanda). La combinación de modelos de elevación de alta resolución y de la vegetación da una imagen completa de la situación de los diques. El estudio de los cambios en el tiempo ha revelado que ciertos diques tienen los niveles de protección por debajo de los estándares requeridos. Además es una útil herramienta el estudio de cauces de rio, barrancos y zonas de inundación para análisis de desastres. Para el diseño de drenajes pluviales para una zona de riego o de sistemas de abastecimiento de una población.  

Agricultura de precisión

Estas tecnologías han representado un gran avance en la agricultura. Debido a los múltiples avances, permite reducir los costos, aumentar la rentabilidad de los cultivos y disminuir el impacto ambiental. Los agricultores necesitan información adecuada para cuantificar y decidir sobre el momento y el lugar del riego, siembra, fertilización y cosecha. Los cultivos utilizan la radiación solar para la fotosíntesis, y cuando están bajo estrés reducen su capacidad para absorber el rojo y reflejar en el infrarrojo cercano. Tal información puede ser utilizada para la alerta temprana del estrés de los cultivos. Los drones con sus cámaras espectrales pueden detectar de manera temprana lo que el ojo humano no es capaz de observar.

Manejo eficiente del agua:el estrés hídrico provoca cambios en las plantas, reduciendo la transpiración y aumentando la temperatura de las hojas. Estas diferencias se pueden monitorizar mediante los Drones de cámara multiespectral con el lente térmico. Utilizándoles se puede estimar las necesidades hídricas de un cultivo, por lo que se puede llegar a aplicar la cantidad adecuada de agua y así obtener un ahorro del recurso y energético, especialmente cuando se trata de explotaciones con aguas subterráneas.

Tratamientos localizados de herbicidas: Para realizar tratamientos localizados de herbicidas sólo en las zonas infestadas y poder adaptar la dosis y el tipo de herbicida, es necesario detectar y cartografiar con precisión las zonas afectadas por malas hierbas.

Uso óptimo de fertilizantes: La detección del estrésnutricional en los cultivos, a partir de sensores multiespectrales que estiman el desarrollo vegetativo, permite la aplicación de fertilizantes sólo en las zonas en las que es necesario.

Detección temprana de enfermedades y plagas en cultivos: La capacidad de tomar imágenes multiespectrales en cualquier momento, nos permite detectar los cambios que se están produciendo en los cultivos. La combinación de estos datos con predicciones climáticas de detalle ayudará a la detección de enfermedades, especialmente por hongos.

Indicadores de calidad en cultivos: Las imágenes multiespectrales permiten obtener indicadores de calidad o producción de los cultivos.

Generación de inventarios de cultivos: La observación aérea de una zona ha sido desde siempre una herramienta potente para la generación de inventarios de cultivos, que permite identificar el área y el tipo de plantas.

Conteo de plantas. Las plantas crecen con la luz del sol, por ello el agricultor se asegura de que los cultivos se siembren de manera que les permita obtener el máximo de luz solar. Las plantas que crecen más tarde que Otras, pueden causar todo tipo de daños en el crecimiento de las plantas que las rodean. En este proceso de organización del cultivo es esencial el recuento.

Conservación de la naturaleza

La vigilancia de las comunidades vegetales resulta crítica para la gestión óptima de las reservas naturales. Funciona para registrar los cambios sucesionales. Y las reservas vegetales son a menudo inaccesibles y extensas, lo que requiere invertir mucho esfuerzo, tiempo y elevados costes para su preservación. Los drones también proporcionan mapas de elevación de alta resolución para conocer la altura estructural, la rugosidad de la vegetación y producir una clasificación de la vegetación muy detallada. También se está utilizando ya los drones para vigilar el estado de la sequía en los bosques y áreas naturales de cara a la prevención de incendios.

Control de obras y evaluación de impactos

El uso de drones permite hacer de forma sistemática, precisa, rápida y económica, el seguimiento de las obras ya sea con carácter métrico para realización de certificaciones, como para el seguimiento visual del proceso constructivo mediante la realización de vuelos regulares que permitan tener una vista global de la obra a lo largo de toda la línea temporal. La unificación de los datos en cuanto a calidad, precisión, cantidad, homogeneidad temporal, capacidad de procesamiento y análisis en series temporales, hace de los drones una herramienta muy apropiada para el control de las obras y el análisis del impacto de las mismas.

Topografía y Catastro

Los drones pueden ser una herramienta muy valiosa para las municipalidades para detectar las mejoras o ampliaciones de inmuebles no declarados en el catastro. El costo para las municipalidades es muy inferior a los medios antiguos o rústicos empleados, y permitirían una base discrecional por parte de las instituciones, con actualizaciones mucho más frecuentes. También para crear un inventario del tipo y áreas del inmueble.

Elaborado por Andrey Villalobos, geógrafo de Hidrogeotecnia Ltda.

13 de mayo del 2019

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