Por todos es conocido que en los últimos años los drones han irrumpido en la escena profesional con una enorme fuerza. Son unos aparatos que tienen una relación de prestaciones impresionantes a unos costes más que razonables.

El objeto de este post es dar una visión global del uso que desde ARGONGRA se realiza de estos dispositivos, y analizar sus ventajas e inconvenientes. Las técnicas de teledetección que planteamos en nuestros cursos son perfectamente aplicables a las imágenes que se obtienen de drones.

Pero hay dos cosas sobre que se quieren resaltar:

  • La primera es que una inversión baja no implica necesariamente la posibilidad de generar un producto final a un coste competitivo.
  • La segunda es que los drones abren la posibilidad de hacer cosas que antes no se podían hacer. Los drones son una verdadera revolución porque logran romper barreras que limitaban la realización de tareas.

1.1       Experiencia de ARGONGRA

Argongra es una empresa de consultoría en Sistemas de Información Geográfica (SIG), que cuenta con una rama especializada en la aplicación de estos sistemas al medioambiente, minería y la industria. En Argongra se hace un uso intensivo de imágenes como fuente de información geográfica y se utilizan tanto imágenes de satélite, como de avión, como de drones. Argongra es usuario de prácticamente cualquier tipo de información geográfica.

La empresa empezó a experimentar con “drones” en 2006. En las fotos siguientes puede verse un poco la historia de lo realizado en aquella época.  De aquellos tiempos se recuerda lo tremendamente caro y problemático que era dotar a un avión de un sistema de control autónomo y la importancia que tenían los pilotos humanos. También las limitaciones de la resolución de las cámaras, los problemas de su control y la dificultad de manejo de muchos “MegaBytes” de información con enormes tiempos de proceso y de almacenaje de datos. Aún con estas limitaciones se tomaban imágenes en modo multiespectral, incluido el infrarrojo, se mosaicaban secuencias de imágenes y se hacían interpretaciones.

Argongra se inició en este tema y apostó una sección importante de su I+D, financiado en parte por la Comunidad de Madrid, en este tema por una necesidad real. Ofrecer datos a sus clientes.

Figura 1: Primer “dron” AV-01 utilizado por Argongra en el año 2006

Figura 2: El AV-03 y su carga útil de dos cámaras, una trabajado en el visible y otra en el infrarrojo

Figura 3: Mosaicado de diversas fotos tomadas por el “dron” para obtener una cobertura completa de la zona de interés

Argongra no solo apostó por los aviones sino que también probó otros métodos para obtener la información que necesitaban sus clientes. Entre estos métodos cabe destacar dos, los globos aerostáticos y los vehículos autónomos.

Los primeros tenían interés para trabajar en zonas industriales mientras que los segundos se desarrollaron específicamente por la necesidad de hacer barridos más detallados de parcelas para búsqueda de suelos contaminados. Algunos de los sensores utilizados requerían estar en contacto continuo con el suelo y por tanto los vehículos aéreos no podían ser utilizados.

Los vehículos autónomos terrestres pueden ser utilizados para muy diversos fines que van desde los mencionados hasta los de vigilancia.

Figura 4: Ejemplo de diversas combinaciones de bandas y procesos espectrales realizados a partir de las imágenes adquiridas por el dron preparadas para interpretación.

Figura 5: Globo de helio portando dos cámaras similares a las del AV03 y una imagen adquirida en color real.

Figura 6: Midiendo la conductividad de suelos en viñedos y mapa obtenidos

Figura 7: Vehículo autónomo midiendo diversos parámetros relacionados con el suelo, incluye un scanner hiperespectral y uno de los resultados obtenidos.

Como puede verse, desde un punto de vista del conocimiento técnico y científico, en el año 2006 se tenían herramientas capaces de aplicar la tecnología de UAV (Unmanned Aerial Vehicle, en español Vehículo Aéreo no Tripulado) y de otros vehículos autónomos a trabajos reales. Pero en muchas ocasiones esto no es suficiente y puede serlo por diversos motivos entre los que se citan: precio, tiempos de proceso, legislación y percepción del usuario final sobre las bondades de la tecnología. Entre 2006 y hoy algunas de estos motivos han cambiado pero también lo ha hecho la tecnología disponible.

1.2       Drones VS Satelites VS Aviones

Cuando recibes ofertas de servicios con drones, y estoy hablando como usuario  de los servicios,  dentro la actividad ambiental la toma de imágenes es habitual.  Y aquí los drones tienen competencia,  analizaremos los satélites, los aviones, y el trabajo de campo.

Figura 8: Comparación de resoluciones, una imagen satélite de 2006 y una imagen adquirida desde un globo de helio, en una combinación infrarroja (coincide el área geografica captada, no en la fecha) . Abajo zoom máximo de la imagen del globo en color natural.

Para analizar estas  fuentes de información es necesario definir los criterios de evaluación. Aquí se proponen  algunos, no son los únicos, pero son los que se tienen en cuenta en la práctica profesional. Esto no se hace para ver cual es mejor sino para definir los campos de actuación de cada uno de ellos. El  error habitual viene de aquí, de no utilizar la herramienta adecuada al problema. A priori una sierra no es mejor que una llave inglesa, todo depende para qué se tenga que usar.

Adaptación al problema

Se pone este factor como el primero porque se considera el fundamental y engloba a todos los demás de una manera u otra. Hoy la disponibilidad de imágenes aeroportadas es muy importante y están disponibles imágenes con distintas características, unas servirán para resolver unos problemas y otras para resolver otros. La imagen puede ser el punto de partida pero no la información que necesita el usuario para tomar una decisión.

Necesidad real de resolución de las imágenes

Es un factor principal y por el que se debe iniciar el planteamiento del problema. En los problemas de ingeniera este es un tema habitual,  es el clásico ¿a qué escala trabajo? La escala de trabajo va a venir dictada por las necesidades de detalle del trabajo y se debe ser consciente en todo momento que un mayor detalle no tiene por qué implicar una mejor solución y en ningún caso implicará, al menos por sí mismo, una reducción de coste. Hablando de tamaños de píxel, que es como se define la escala en las imágenes, hoy hay un amplísimo rango que va desde los de 10 km proveniente de  satélites meteorológicos  hasta los centímetros que se pueden obtener con un dron. Sin duda alguna el campeón de la resolución es el dron, pero ya los 25 cm de resolución están al alcance de otras plataformas algunas de ellas incluso de distribución gratuita.

Pero cuidado, es muy habitual “enamorarse de la resolución”, del “cuanto mayor detalle mejor”. Esto tiene dos consecuencias importantes, aumenta los costes y aumenta los plazos de entrega. Esto no es bueno para un proyecto de ingeniería, “enamorarse de la resolución” es un peligro y puede llegar a salir muy caro.

Extensión de la zona a analizar

Este factor puede estar asociado al anterior. En general cuanto mayor sea el área de trabajo la escala de trabajo será de menor detalle. Desde un punto de vista práctico cuanto menor sea el número de imágenes con que se cubra la zona de trabajo mejor. Mejor porque van a requerir menos trabajo y esto reduce los costes y los tiempos de entrega. La resolución y el tamaño (sobre el terreno) de la imagen varían de forma inversa, así a una mayor resolución (tamaño de píxel sobre el terreno más pequeño) menor será el área (sobre el terreno) cubierta por la imagen.

Este factor sirve para comparar diversas plataformas pero también para configurar una concreta que permita variar las características de toma de imágenes, como es el caso del dron. Cuanto más alto vuele menor será la resolución pero mayor será la zona cubierta en una sola imagen.

El dron, tal  como hoy está en el mercado y por la regulación, puede tener limitaciones de la superficie a cubrir.

Flexibilidad de sensores

Este es un punto en el que me gustaría hacer hincapié. Cuando hablamos de imágenes satélites o de avión se habla en general de unos productos imagen muy concretos: Imágenes en el espectro visible o ligeramente en el infrarrojo próximo, al menos para satélites de alta resolución. Solo en casos muy especiales se tiene acceso a otras bandas, por ejemplo de infrarrojo medio o térmico, o por el otro lado a los ultravioletas, menos frecuentes son en el campo comercial la hiperespectralidad. Por otro lado se encuentran las imágenes basadas en radar o las basadas en técnicas Lidar.

En un satélite es evidente que esto no se puede cambiar pero en aviones y drones sí es posible. Otro problema es que los sensores existan o no.

Hay que añadir que tanto a los aviones como a los drones se les puede añadir otros sensores de interés geológico o medioambiental como la medida campo magnético, radioactividad, etc.

Flexibilidad en la toma de imágenes

Este factor es importante para algunas aplicaciones, el satélite tiene rigideces importantes por ejemplo en la toma de hora de la imagen o en la dirección de toma. Por ejemplo hablando de minería el análisis estructural podría hacer interesante que se tomasen imágenes con el sol en una determinada posición. Esto no siempre es posible con un satélite, con avión o con dron sí. Esto también puede ser interesante en otras aplicaciones, por ejemplo agrícolas.

Área geográfica

Este es un tema práctico, una de las ventajas más interesante de las imágenes de satélite es que se pueden adquirir de cualquier parte del mundo y con el mismo coste. Esto quiere decir que en ningún caso existen costes asociados a viajes, traslados de equipos, aduanas etc.

Coste completo

La adquisición de la imagen es solo una parte del coste de la generación de un producto. En particular se quiere hacer hincapié en algo ya comentado que es el número de imágenes a procesar. El coste de proceso aumenta con el número de imágenes, desde luego la automatización está reduciendo esta proporción pero hoy todavía es una realidad.

Conclusión

A la vista de lo dicho, y como usuario de información, la ventaja que nos aportan los drones es la flexibilidad. Por ejemplo en minería y en otras aplicaciones es de interés obtener imágenes térmicas nocturnas, algunas veces con una es suficiente pero otras veces se necesita una secuencia a lo largo de una noche. Lo mismo ocurre cuando es conveniente tomar imágenes con ángulos específicos o en una determinada dirección.  Esto es posible técnicamente con drones pero no lo es con satélite y también difícil con avión especialmente en ciertas condiciones. La flexibilidad es en teoría una ventaja técnica pero puede tener importantes implicaciones económicas, por ejemplo si se requieren varios sensores.

Documento  elaborado con el apoyo del Dr. Jesús J. Artieda (CEO de Argongra SLU) .

Para aprender más sobre el tratatamiento de imágenes y la aplicación de la teledetección al sector ambiental recomendamos el curso Teledetección Aplicada a Proyectos Ambientales con software libre QGIS y Teledetección Aplicada a Proyectos Ambientales (ArcGIS)