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En el marco de CivilDron2018

Diferentes expertos analizan las aplicaciones de los drones en infraestructuras, minería y entornos industriales a través de casos reales

María Fernández Peláez16/02/2018

La Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales acogió los pasados 24 y 25 de enero la IV edición del Congreso sobre las Aplicaciones de los drones en la Ingeniería Civil -CivilDron2018-, un evento organizado por la Dirección General de Industria, Energía y Minas y la Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid, en el que los asistentes pudieron conocer de primera mano las principales novedades del sector de los drones y su evolución en el último año.

En esta edición del Congreso, se especificaron cuatro áreas temáticas sobre las aplicaciones de los drones. Uno de los temas que se abordó en la primera de ellas fue sobre los Sistemas Lidar embarcados en drones, una ponencia que corrió a cargo de David Cruz Josa, de Grafinta, en la que detalló el sistema con el que trabaja su compañía: TerraSystem-LidarPod.

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David Cruz Josa, de Grafinta.

Cruz Josa comenzó su intervención exponiendo las características de los sensores Lidar (Light Detection And Ranging), siendo éstos unos sistemas de captura masiva de datos geométricos georreferenciados mediante un barrido láser de una serie de puntos del terreno que en su conjunto se denomina ‘nube de puntos’. Estos sensores se complementan con un sistema de posicionamiento INS/GNSS que proporciona la posición del sensor Lidar en todo momento para obtener adecuadamente las coordenadas georreferenciadas de cada punto de la nube. En este sentido, la integración de sistemas Lidar en drones “proporciona enormes beneficios en términos de productividad, seguridad, accesibilidad, tiempo y personal en campo”, tal y como afirmó el representante de Grafinta.

En concreto, el Sistema TerraSystem-LidarPod con el que trabajan en Grafinta es un sistema integrado compacto Lidar+INS+GNSS que cuenta con un sistema de posicionamiento RTK GNSS/INS, con Lidar Velodyne HDL32 y almacenamiento interno. Tal y como señaló Cruz Josa, “al conjunto Sensor Lidar+INS+GNSS se le añade una estación en tierra desde la cual se realiza el control del Sistema Lidar aerotransportado. En el caso del Sistema TerraSystem-LidarPod, los posibles errores de fabricación quedan corregidos gracias a la integración en un único dispositivo del sensor Lidar y el sistema de posicionamiento (INS/GNSS-Antenas GNSS)”.

Para la edición de los datos obtenidos con sistemas Lidar en la compañía utilizan el software LidarViewer, cuyos objetivos son la visualización de la nube de puntos, el control de calidad de los datos, herramientas de limpieza, diezmado, filtrado y conversión de datos, análisis inicial, exportación de archivos e interfaz con software de terceros. “Con este software se mejora la productividad mediante la obtención de nubes de puntos procesadas, se aumenta la rapidez en la creación de informes y resultados y también la flexibilidad, pues los usuarios pueden escribir sus propios filtros de datos, y se mejoran y facilitan los flujos de trabajo con otros paquetes de software”, manifestó.

A continuación, David Cruz Josa enumeró una serie de ventajas que se obtienen con los Sistemas Lidar aerotransportados:

  • Solución completa e integrada que facilta la implementación en distintos drones sin necesidad de calibración.
  • Obtención inmediata de gran cantidad de datos geométricos georreferenciados con gran precisión.
  • Reducción del tiempo y coste de captura en comparación con las técnicas convencionales como fotogrametría o topografía clásica.
  • Mayor seguridad ya que se evita exponer al personal a situaciones peligrosas.
  • Obtención de mediciones desde el aire en zonas de difícil o imposible acceso.
  • Toma de datos desde distintos ángulos y posiciones minimizando las zonas sin datos.

Para concluir su ponencia, el representante de Grafinta expuso diversas aplicaciones y ejemplos reales de estos sistemas como en topografía y cartografía; infraestructuras energéticas; gestión forestal; minería; yacimientos arqueológicos o catástrofes naturales.

Los Sistemas Lidar aerotransportados son una solución completa e integrada que facilta la implementación en distintos drones sin necesidad de calibración

La influencia de los puntos de apoyo

Por su parte, Patricio Jesús Martínez, de la Universidad de Almería, impartió la ponencia ‘Influencia de los puntos de apoyo en la precisión de los levantamientos fotogramétricos realizados con vehículos aéreos no tripulados’ pues, según indicó, “pretendemos obtener un modelo 3D de fotogrametría”.

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Patricio Jesús Martínez, de la Universidad de Almería.

“Para control de calidad y precisión obtenida necesitamos mínimo 3 puntos de apoyo”, aseguró Martínez añadiendo que, además de los puntos de apoyo, “hay más factores que afectan a la precisión como el vuelo y los sensores”.

A continuación, Patricio Jesús Martínez explicó los materiales y métodos que han empleado para el ensayo que han planteado desde la Universidad en Campo de Níjar (Almería), del cual han extraído las siguientes conclusiones:

  1. Los errores en las zonas no cubiertas por GCP son proporcionales a la distancia al GCP más cercano.
  2. Cuando toda la zona de proyecto está cubierta por GCP, los errores se reducen de forma notable.
  3. El aumento de la densidad de GCP mejora la precisión.

Inspecciones autónomas de infraestructuras

“Nuestro objetivo es ofrecer la posibilidad de hacer una revisión autónoma de infraestructuras mediante el uso de RPAs”, manifestó Sebastián Sánchez Prieto, de Soticol Robotics Systems, al inicio de su ponencia en la cual habló del sistema Sense And Avoy a bordo de los RPAs. Para ello, explicó los elementos hardware que utilizan como el Autopiloto SRS-17 el cual tiene una gran capacidad de computación, una alimentación de 3.3 v, cuenta con transmisión de datos menor de 10 km y con transmisión de vídeo menor de 2 km. Tiene un diseño en miniatura con un peso de 30 g y diferentes modos de vuelo: manual, manual-seguro, autónomo y autónomo-óptimo. Además, tiene planificación de trayectorias en tiempo real, lo que permite evitar obstáculos; genera trayectorias óptimas orientadas a objetivo y cuenta con interfaces y protocolos de comunicación y con capacidad de control de servos externos.

Cuando toda la zona de proyecto está cubierta por GCP, los errores se reducen de forma notable
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Sebastián Sánchez Prieto, de Soticol Robotics Systems.

“Como sistema de Sense And Avoy utilizamos uno basado en Lidar, con un alcance de 20 metros en exteriores y con resolución ¼ de grado”, aseguró Sánchez Prieto añadiendo que, en cuanto a comunicaciones, “es un elemento crítico en inspecciones de infraestructuras, con doble canal de comunicaciones y encriptado”.

En lo referente a la estación de tierra, el representante de Soticol Robotics Systems indicó que, como novedad, han incorporado varios pilotos que pueden colaborar entre sí en la misma dirección. Asimismo, aseguró que cuenta con geo-posicionamiento; apoyo a la navegación con sintetizador de voz integrado; interfaz con funcionalidad SAA y planificación; visera desmontable para operaciones outdoor; monitorización de baterías; almacenamiento de logs para análisis; pantalla táctil y reloj de tiempo real (RTC).

A continuación, Sánchez Prieto explicó un caso de uso y expuso las siguientes conclusiones:

  • La viabilidad de RPAs en inspecciones de infraestructuras.
  • La necesidad de emplear técnicas SAA.
  • La reconstrucción del entorno a partir de Lidar, Slam y CACM-RL.
  • Reducción de riesgos.
  • No se requieren operadores con grandes destrezas.

Planificador avanzado de misiones cooperativas de UAVs para entornos industriales

“Hemos desarrollado una herramienta que consiste en la planificación inteligente de misiones cooperativas de UAVs para inspección de entornos industriales basada en modelos 3D del entorno”, aseguró Alejandro Muñoz Cueva, de la Fundación Ayesa, durante su ponencia, en la cual explicó que “se trata de una App web que tiene una interfaz para definir la misión y cuenta con dos módulos: voxerizado y algoritmos de planificación”.

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Alejandro Muñoz Cueva, de la Fundación Ayesa.

El módulo voxelizado es, tal y como apuntó, un modelo 3D de la planta codificado como una matriz de posiciones ocupadas y libres, que cuenta con diferentes tamaños de voxel en función de las dimensiones de los UAVs y con un algoritmo voxelizado por CPU exacto superficial.

Por su parte, los algoritmos de planificación minimizan la distancia total recorrida y constituyen una solución adaptada al tipo de inspección a realizar, al equipamiento, características y autonomía de cada UAV, a los puntos de recarga, a misiones parciales o restricciones temporales.

Para finalizar su ponencia y, con ello, cerrar el primer bloque del área temática de Aplicaciones del Congreso, Muñoz Cueva hizo alusión a la plataforma de la Fundación Ayesa Sense2Drone, puso algún caso de ejemplo y señaló como principales conclusiones la gran flexibilidad de los algoritmos; las soluciones óptimas para la planificación de inspecciones en entornos industriales muy diversos; la definición sencilla e intuitiva de las inspecciones y flota disponible y la posibilidad de almacenar y reutilizar misiones ya planificadas.

Técnicas GNSS-PPK

Ana Belén Bello, de Argentta Ingenieros, fue una de las expertas que participó en el segundo bloque de Aplicaciones de drones del Congreso con una interesante ponencia titulada ‘Levantamiento de RPAs de la Corta Atalaya de las Minas de Riotinto (Huelva) mediante Técnicas GNSS-PPK’ en la que explicó qué son dichas técnicas y qué aportan.

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Ana Belén Bello, de Argentta Ingenieros.

“La minería es una de las aplicaciones donde los drones han permitido grandes avances”, señaló Bello asegurando que los drones en Minería a cielo abierto ya son una realidad y que cuentan con distintas aplicaciones dentro de la mina. Asimismo, habló sobre los posicionamientos GNSS cinemáticos sin puntos de control terrestre (GCP).

En este sentido enumeró los pasos a seguir para la metodología del levantamiento sin GCP con drones siendo éstos la planificación de la misión; operación de vuelo; análisis de la información capturada; procesamiento de las imágenes aéreas y resultados.

La representante de Argentta Ingenieros se refirió a continuación a un caso de estudio que se llevó a cabo en la Corta Atalaya de las Minas de Riotinto (Huelva) con 4 vuelos:

  1. Un vuelo sin puntos de control terrestre (GCPs), con 17 puntos de chequeo y 3 líneas de vuelo adicionales.
  2. Un vuelo sin GCPs, pero con 17 puntos de chequeo.
  3. Un vuelo con 1 GCP y con 16 puntos de chequeo.
  4. Un vuelo con 9 GCPs y 6 puntos de chequeo.

“Con estos datos se planteó utilizar la solución del PPK, pues el objetivo es ahorrar costes”, admitió Bello haciendo alusión a las principales ventajas de un dron PPK frente a un dron RTK, con el cual, además de la reducción de costes en equipos de posicionamiento GNSS y en personal, se consigue una reducción de tiempo en campo, una mejora de la precisión en postproceso y la verificación de la consistencia de la solución.

Siguiendo los pasos de procedimiento del levantamiento sin GCP con drones anteriormente explicados, en este caso de estudio se planificó la misión en la Corta Atalaya, la cual “fue una explotación a cielo abierto, principalmente de cobre, que en su día fue la más grande de Europa”, según manifestó Bello.

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Asistentes al Congreso.
La captura de información aérea con un dron es una técnica rápida y precisa en las labores de reconocimiento y análisis de la explotación minera a cielo abierto

Una vez planificada la misión, se llevaron a cabo la planificación del vuelo y las características del equipo utilizado y, a continuación, se procedió al análisis de la información capturada, donde “se comprueba la integridad de los datos obtenidos y el cumplimiento de las precisiones establecidas a priori para la realización del vuelo”.

Tras analizar la información capturada se llevó a cabo el procesamiento de las imágenes aéreas. “En este caso- indicó Ana Belén Bello- al no utilizar puntos de control terrestre (GCP), no ahorramos el tiempo de ajuste necesario para hacer la correspondencia manual entre las imágenes de los puntos y las coordenadas tomadas en campo de los mismos, con receptores GNSS”. Para finalizar, abordó los principales resultados del estudio y expuso como principales conclusiones del mismo las siguientes:

  • La captura de información aérea con un dron es una técnica rápida y precisa en las labores de reconocimiento y análisis de la explotación minera a cielo abierto.
  • La utilización de estos sistemas sin GCP es posible debido a la estabilidad del vuelo, la calidad de los sensores aerotransportados y los algoritmos de cálculo posteriores.
  • Minimiza el trabajo de campo, desplazando toda la producción a gabinete con el consiguiente aumento de rendimientos y abaratamientos de costes.
  • Esta técnica de toma de datos supone un avance en la disminución de plazos y costes frente a las técnicas tradicionales de medida.

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