Recientemente, el uso de drones se ha masificado en todo tipo de actividades, no sólo las recreativas. Como concepto, los drones (o RPAs por sus siglas en inglés - Remotely Piloted Aircraft o UAV - Unmanned Aerial Vehicles, o vehículos aéreos no tripulados), son vehículos aéreos que pueden ser operados de manera remota y cuyo vuelo puede ser total o parcialmente automatizado.
Si bien los Drones comenzaron como un vehículo aéreo, pronto la tecnología de controlar un vehículo a distancia produjo ventajas comparativas en otras áreas. Las primeras veces que la palabra Dron comenzó a masificarse en las conversaciones comunes de la gente, fue cuando diversas empresas de tecnología comenzaron su fabricación masiva. El uso más común fue la fotografía y filmación de vídeo.
Hoy y ad-portas de las festividades navideñas, vemos el comercio y el retail absolutamente abastecido de esta tecnología como un juguete para niños. Sin dar más rodeos, hoy la industria de los vehículos no tripulados ha evolucionado notoriamente, y al igual que toda la tecnología, a medida que avanza el tiempo sus costos de producción disminuyen, se abren licencias, nacen desarrolladores y aparecen proveedores, lo que crea un mercado accesible para todos.
Ante este crecimiento, lo primero que se debe comprender es que ahora la tecnología Dron como ya se dijo, no es solo aéreo, sino además terrestre, marítimo y espacial. Los vehículos no tripulados o simplemente drones pueden ser aéreos, terrestres o acuáticos.
Este artículo es una revisión sobre el estado actual del uso de la tecnología de drones y los productos que se obtienen con sus vuelos programados. Se establecen los tipos utilizados con más frecuencia en la agricultura de precisión, los tipos de cámaras y/o sensores usados, las imágenes obtenidas luego del procesamiento de la información lograda con los sensores. Asimismo se especifican las aplicaciones que se pueden realizar en la actualidad en las actividades o labores agrícolas, estimación de la evapotranspiración y contenido de humedad del suelo, nutrientes en los cultivos y rendimiento de los cultivos.
Tipos de Drones
Asimismo, los drones se dividen en multirotores y de ala fija. Estos últimos, cubren mejor grandes extensiones, mientras que los primeros son mejores para trabajos estáticos o aplicaciones.
En general podemos decir que, hay dos modelos: Multicópielo y Ala Fija.Los UAV multicóptero o multirotor, están compuestos de varias hélices, un motor, varios sensores y utilizan el principio de un helicóptero para la operación del vuelo, lo que hace que este tipo de equipo sea de baja velocidad de operación, es decir, en aerofotogrametría se aplica para pequeñas áreas que por lo general no superan las 500 hectáreas, siendo muy versátiles para pequeñas áreas que van de 1 a 200 hectáreas.
Para el caso de los equipos UAV de ala fija, éstos presentan una gran versatilidad en grandes superficies dado que alcanzan velocidades mucho más elevadas que los multirotor y con ello, cubrir grandes zonas en poco tiempo.
Se pueden clasificar desde diferentes perspectivas: por el uso, por el tipo de control o por su forma.
Según el uso:
- Drones militares: Suelen ir armados y con capacidad de bombardeo, aunque otras veces son únicamente para espionaje.
- Drones civiles.
Según el tipo de control:
- Autónomo: No necesita de un piloto humano que lo controle desde tierra. Se guía por sus propios sistemas y sensores integrados.
- Monitorizado: En este caso sí se necesita de un técnico humano. La labor de esta persona es proporcionar información y controlar el feedback del drone. El drone dirige su propio plan de vuelo y el técnico, a pesar de no poder controlar los mandos directamente, sí puede decidir qué acción llevará a cabo. Este sistema es habitual en labores de agricultura de precisión y fotogrametría.
- Supervisado: Un operador lo pilota, aunque puede realizar algunas tareas autónomamente.
- Preprogramado: Sigue un plan de vuelo diseñado previamente y no hay forma de modificarlo para adaptarse a posibles cambios.
- Controlado remotamente (R/C): Es pilotado directamente por un técnico mediante una consola.
Según su forma:
- Multirrotores: Son los más usados actualmente. Se componen de varios motores independientes situados en los extremos del aparato. Se suelen clasificar según el número de motores en tricópteros (3), cuadricópteros (4), hexacópteros (6) y octocótperos (8). Su uso es el más extendido debido a su gran estabilidad y la facilidad y cantidad de maniobras que pueden realizar, además de poder volar estáticamente en el lugar que les indiquemos. Su desventaja es el gran consumo de energía que necesitan para mantener el vuelo y su autonomía que suele estar entre los 15 y los 30 minutos. Son ideales en el sector audiovisual y en la inspección industrial.
- Helicópteros: Su forma es la de un helicóptero convencional pero de tamaño pequeño. Está compuesto de un solo motor principal y ello le otorga gran capacidad de carga y autonomía. Existen modelos de combustión interna que pueden volar durante una (1) hora sin repostar. No obstante, su complejidad tanto a nivel mecánico como de control los ha hecho menos accesibles y son los menos utilizados. Ideales para fotogrametría, vigilancia o agricultura de precisión.
- Ala fija: Son aquellos cuya fisonomía es similar a la de un aeroplano. Están compuestos por un cuerpo principal unido a dos alas que les permiten planear y un rotor en cola cuya propulsión puede ser eléctrica o de combustión. Sin duda es el más eficiente aerodinámicamente hablando y el que tiene mayor autonomía de vuelo. Por otro lado, existe el inconveniente de que es el que menor carga puede llevar, tiene menos agilidad de maniobras ya que no puede permanecer inmóvil y necesita una gran superficie para despegar o aterrizar.
En el mercado internacional hay diversos tipos de drones para la agricultura. Los más utilizados en este campo son el multirrotor-cuadricóptero (tiempo de vuelo de 30 minutos y cobertura por vuelo de 65 ha) y el de ala fija (tiempo de vuelo de 30 a 90 minutos y cobertura por vuelo de 120 a 3.800 ha)
Usos de los Drones
Son variadas los usos del UAV y su aplicación ha ido aumentado cada día, como por ejemplo:
- Topografía
- Audiovisual
- Cartografía Aérea
- Agricultura
- Seguridad
- Delivery
- Vigilancia o Monitoreo
- Emergencias
- Investigaciones Biológicas
- Juego u ocio
- Aplicación Militar
- Geología
- Inspección y Construcciones
- Meteorología
- Forestal
- Marino
- Pesca y caza
- Publicidad
- Cine
No fue hace ya mucho tiempo en que se veían en eventos deportivos, al aire libre, conciertos, y actividades públicas en general con el servicio de fotografía y filmación aérea. La capacidad de poder subir, bajar, avanzar y retroceder de un Dron lo hacen perfecto para este trabajo.
Drones en la Agricultura
La agricultura se ha basado desde siempre, en la observación de ciertos fenómenos, que permiten determinar su comportamiento y uniformidad.
En la agricultura se requiere información adecuada para cuantificar y decidir sobre el momento y el lugar del riego, siembra, fertilización y cosecha. Una irrigación eficiente puede ayudar a evitar el estrés hídrico de los cultivos, los niveles indeseables de lixiviación de nutrientes y la reducción del rendimiento debido a la escasez de agua, la escorrentía o el riego excesivo.
Entre los usos de drones en la agricultura destacan:
- Fotografía y video: por supuesto que el uso más masivo de los drones es el de obtener fotografías o videos de un campo, con el objetivo de realizar acciones de marketing. Sin embargi, un uso poco explorado (porque es más difícil de obtener e interpretar), es la captura de imágenes que nos permiten identificar problemas de manejo agrícola (mapas multiespectrales).
- Aerofotogrametría: en simple, es la captura de imágenes, que permite realizar topografía a gran escala, en un tiempo muy reducido (si se compara con los métodos tradicionales). Es una de las técnicas más complejas, ya que requiere de apoyo topográfico en terreno, postprocesos digitales muy complejos, así como cartografía digital. Todo ello, a un nivel de precisión centimétrico. Podemos medir largos, anchos, superficies y volúmenes de cualquier cosa que se encuentre dentro del modelo generado, con ello ahorrando no sólo tiempo, sino también el costo de recontratar a especialistas cada vez que sea necesario. Así, no sólo se justifica el costo del levantamiento inicial, sino que se obtienen grandes ahorros a corto, mediano y largo plazo. Este tipo de trabajos permite planificar camellones, divisiones, regadío y mucho más.
- Mapeo: los drones son capaces de llevar distintos tipos de cámaras, que obtendrán diferentes informaciones, dependiendo de lo que busquemos entender.
Los drones son capaces de llevar distintos tipos de cámaras, que obtendrán diferentes informaciones, dependiendo de lo que busquemos entender:
- Cámaras RGB: son cámaras fotográficas que captan imágenes en color (como las de su celular), pero especialmente adaptadas para el uso en drones. A parte de los primeros dos usos descritos anteriormente (fotografía y aerofotogrametría), son fundamentales para obtener una ortofoto del lugar. Mediante procesos complejos, se genera una Ortofoto, que es un mapa visual muy detallado, del sector. Con ello obtenemos una vista desde el aire, que ayuda a explicar muchos de los fenómenos que se analizan.
- Cámaras Multiespectrales: son sensores especialmente diseñados para obtener información de la biomasa, son capaces de diferenciar lo que pasa a nivel de la epidermis (y por ende, con el proceso fotosintético, concentraciones de clorofila, etc), de lo que sucede en el mesófilo (consecuencia de la nutrición), así como analizar la densidad foliar, entre otros fenómenos. Una buena cámara multiespectral, poseerá a lo menos 4 sensores independientes, que medirán anchos de banda de luz visible y no visible, de cuya información luego se extraen índices vegetativos, como el ampliamente utilizado NDVI (mal llamado “índice de vigor”), pero también muchos más. Dado que la información obtenida es precisa (se pueden obtener resoluciones de pocos centímetros) y repetible (dado que el vuelo puede ser automatizado), es conveniente realizar los vuelos en las distintas etapas fenológicas del cultivo, pues sólo así se podrán obtener mediciones efectivas de las mejoras en el rendimiento y disminución de costos realizables. Realizar seguimientos en varias temporadas nos permitirá generar aumentos de producción y mejoras de eficiencia medibles y sustanciales. Estos “mapas de vigor” pueden ser transformados en zonificaciones (simplificaciones de la información obtenida), y combinadas con recetas agronómicas, que permiten que equipos de aplicación agronómica, como tractores con gps y fumigadores con dosificadores automáticos, puedan aumentar drásticamente se eficiencia, aplicando sólo allí dónde es realmente necesario.
- Cámaras Termográficas: estas cámaras miden la radiación infrarroja y con ello permiten obtener la temperatura de los objetos. Su uso en el campo nos permite obtener una clara sensación del nivel de stress hídrico de las plantas, pero también de problemas de riego, aparición de napas en la superficie, imágenes nocturnas y mucho más.
- Otros: existen muchos otros tipos de cámaras que pueden llevar los drones, como cámaras hiperespectrales, LIDAR y más.
Un aspecto importante son los sensores utilizados. No necesariamente han sido producidos y calibrados para la agricultura los sensores que capturan imágenes rojo-verde-azul (RGB) e infrarrojo cercano (NIR).
Las fotografías que se toman deben venir geolocalizadas, de tal manera que puedan ser ubicadas exactamente para ser sobrepuestas y con ellas formar el mapa de la plantación. Estos tipos de sensores se encuentran en Go-Pro, Canon, Sony y cualquier otra marca de cámaras. Las cámaras de tipo agrícola tienen filtros especializados que las hacen más costosas. Ejemplos de cámaras especializadas para la agricultura son la Micasense Red-Edge y Parrot Sequoia.
En cuanto a los productos de estos vuelos programados, los mapas que se obtienen utilizando drones comerciales son el Índice Normalizado de Vegetación Diferencial (NDVI) o similares. El NDVI es un índice que muestra en forma general el estado de salud de una planta. Si los valores de NDVI están cerca de 1.0, se espera que la vegetación sea saludable, pero para valores cercanos a 0.0, el mapa muestra suelo desnudo o vegetación estresada.
Drones en el Ámbito Militar
Los primeros Drones utilizados en guerra conocidos por el público fueron durante la década del 80’ en la guerra de Irán-Irak. Los drones, o vehículos aéreos no tripulados, han sido utilizados por los militares desde la Primera Guerra Mundial para la vigilancia remota.
Vivimos en un mundo que día a día se convierte más digital, y esta revolución que impacta prácticamente cada ámbito de nuestro quehacer cotidiano, no ha dejado exentas a las Fuerzas Armadas. La Era Digital se ha caracterizado por la tecnología, la que ha incrementado la velocidad y ampliado el espectro de conocimientos, además de su perfeccionamiento.
Tal vez, el más clásico y usado ha sido el UAV, que ha llevado a algunos a expresar que, con su incorporación más masiva, ha “cambiado la forma en que se concibe y define la guerra”. Sin embargo, la incorporación de estas tecnologías, en beneficio de las fuerzas, ha logra más efectos multiplicadores que cambios radicales.
Qué duda cabe que el empleo de medios sin dotación otorga una importante libertad al pensar en el cómo y el qué en la búsqueda de soluciones a un problema militar, siendo lo anterior una herramienta de suma utilidad.
El empleo de medios no tripulados en funciones de recolección de información y de enlace de comunicaciones, asociable al mando y control puede que sea uno de los primeros modos en que se empleó estos medios en el frente de combate.
En el ámbito aéreo, y como profusamente lo han difundido algunos videos en redes sociales, se emplea desde cuadrópteros que ayudan en el campo táctico a visualizar, a través de diferentes sensores, la ubicación de medios adversarios hasta vehículos con gran autonomía y capacidad de carga que transportan sensores visuales, térmicos, laséricos además de sistemas de comunicaciones y enlaces satelitales que permiten además de observar, enviar información en tiempo real y apoyar las acciones de otras plataformas.
Ventajas del uso de UAV en Geomensura/Topografía
Son variadas las ventajas del uso de la tecnología UAV, alguna de ellas se describen a continuación:
- Disminuye el recurso humano en acrtividades de terreno, por lo tanto, disminuyen los costos del servicio
- Disminuye el riesgo de personal en terreno en zonas de difícil acceso, por lo tanto, se puede ejecutar un servicio que antes era muy difícil de realizar por el riesgo para los trabajadores.
- Se puede llegar a lugares inaccesibles para el humano tanto por lejanía, contaminación, incendios, etc., por lo tanto, podemos obtener mayor información, lo que antes era imposible.
- Se pueden obtener fotografías y videos digitaes de alta resolución, por lo tanto, se puede documentar y respaldar de mejor forma.
- Las condiciones atmosféricas no afectan su desempeño, a diferencia de lo que sucede con los vuelos tripulados o imágenes satelitales.
- Bajo costo en comparación con la topografía terrestre y tradicional.
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