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El Blog de IdeyaRed

Compartiendo ideas en torno a la sostenibilidad

Sistemas de Información Geográfica y Drones

En IDEYA hace ya 3 años que estamos trabajando los diferentes servicios que aúnan los Sistemas de Información Geográfica y drones. Esta tecnología (los drones, UAVs, RPAs…) la entendemos como una plataforma, una plataforma aérea capaz de detectar, recopilar y presentar datos de una manera muy directa, con una calidad superior a los métodos existentes.

Qué es un Sistema de Información Geográfica

Un Sistema de Información Geográfica (SIG) es un conjunto de herramientas, datos y procesos para analizar la información geográfica. Convierten la realidad física en datos digitales, añadiendo una variable espacial al conjunto, permiten analizar el medio y las interacciones de sus elementos. Además nos permiten funcionalidades nuevas hasta ahora no explotadas como la teledetección de precisión, los sistemas de detección térmica…

Relación entre los Sistemas de Información Geográfica y Drones

En este ámbito y teniendo en cuenta lo que aportan lo Drones, desde el punto de vista de los Sistemas de Información Geográfica, el mayor valor viene dado por los sensores de tipo gráfico que nos permiten un mayor conocimiento territorial. Nos permite detectar variables del medio físico con una precisión, calidad y costes muy superiores a los sistemas hasta ahora visto.

Dentro de los sensores de imágenes (cámaras), hay varios tipos que hasta ahora están muy implantados:

  • Visibles (RGB)
  • Multiespectral
  • Térmico

Otro de los sistemas que tiene mayor desarrollo en los últimos años son los sistemas de Láser, en concreto el LIDAR, pero su implantación hasta ahora se ha visto limitada por su precio y su peso, que limita el vuelo de los aparatos. El Láser permite la creación de una nube de puntos, penetra en las coberturas vegetales y es muy usado en topografía, inventarios forestales, procesos geológicos y edafológicos (erosión, meteorización, detección fallas…).

Espectro Electromagnético: Sensores para los Drones

El espectro electromagnético: los colores que vemos no son en realidad más que las longitudes de onda que reflejan los objetos que nos rodean. Por poner un ejemplo, las plantas absorben las longitudes de onda del “rojo” y del “azul”, pero no las correspondientes al “verde” (497-529 nm). Esa es la razón de que se vean (en su mayoría) de color verde en sus diferentes tonalidades.

Espectro electromagnético para los sensores de los Drones
Espectro electromagnético para los sensores de los Drones

Sin embargo los sensores son capaces de registrar longitudes de onda dentro y fuera del rango del visible:

  • Por un lado, los sensores del visible son las denominadas cámaras de fotos, RGB. Registran el rango desde longitudes de onda de 400 nm hasta los 700 nm.
  • Las cámaras multiespectrales recogen varias longitudes de onda, en función de los filtros que se le coloquen a las diferentes lentes que forman la cámara.
  • Las cámaras térmicas recogen el espectro de radiación térmica, que depende de la temperatura del objeto

Sensores visibles para los Sistemas de Información Geográfica y Drones

A partir de los sensores (cámaras) que recogen el visible (RGB), se pueden realizar fotografía aérea y derivar de ella multitud de datos relativos a la información superficial.

Contando con apoyos topográficos (dianas, vértices…) podemos tener modelos digitales (MDT, MDS, MDE) de precisión, con la que marque el GSD (ground sampling distance) o tamaño del píxel. Este variará en función de la altura de vuelo y de la resolución y focal de la cámara usada.

A partir de los modelos digitales podemos obtener diversos índices y valores que nos servirán para caracterizar el terreno.

Una de las grandes ventajas de la fotografía aérea con drones, como se ha comentado, es la calidad de las imágenes tomadas. Vuelos más bajos y con sensores de alta calidad repercuten en fotografías de muy alta calidad que permiten diferenciar elementos del medio.

Comparación entre PNOA e imagen tomada con Dron
Comparación entre PNOA e imagen tomada con Dron

A partir de las imágenes obtenidas se puede digitalizar la presencia física de una determinada variable en el medio: presencia de una planta, hábitat ideal de una determinada especie, delimitación de parcelas agrícolas…

Mediante procesos de fotogrametría (técnicas que estudia y define con precisión la forma, dimensiones y posición en el espacio de un objeto cualquiera, utilizando esencialmente medidas hechas sobre una o varias fotografías de ese objeto).

Estas técnicas nos permiten pasar de fotografías planas a obtener las posiciones espaciales de todos los elementos comprendidos en una zona determinada.

Modelo Digital del Terreno (MDT) con imágenes de dron y software Pix4D (R)
Modelo Digital del Terreno (MDT) con imágenes de dron y software Pix4D (R)

Una vez generado el modelo 3D podremos interactuar con el mismo, bien desde los propios programas de fotogrametría, bien desde un sistema de información geográfica con el que hacer cálculos sobre los elementos de la malla.

Si nos fijamos ahora en los modelos tridimensionales, con el MDT de generado podemos extraer mucha información:

  • Cálculo de volúmenes
  • Generación de curvas de nivel
  • Cálculo de pendientes
  • Mapa de orientación, visibilidad
  • Análisis hidrológico: red de drenaje, cuencas vertientes…
  • Cálculo de rutas

Sensores térmicos: aplicaciones y casos de éxito de uso de Sistemas de Información Geográfica y drones

Si nos referimos a sensores de tipo térmico, nos permiten conocer la temperatura de una zona de forma continua. Esta temperatura se puede relacionar con variables de tipo ambiental o metabolismo, en el caso de biodiversidad, o con variables directas de tipo energía para el estudio de infraestructuras y/o parámetros ambientales.

Por ejemplo, el caso de éxito que nos ocupa es un proyecto de detección de un vertido, para localizar las condiciones del mismo y su influencia en el ecosistema acuático. Se comprobó que la influencia del mismo en el ambiente del río era superior a las condiciones marcadas en la autorización de vertido lo que condujo a una revisión de sus condiciones. En este caso, desde IDEYA se tradujo la información recopilada por el dron para generar una imagen continua del río y poder comprobar la evolución del parámetro temperatura a lo largo del río.

Ortoimagen térmica de un río con cámara térmica en un Dron
Ortoimagen térmica de un río con cámara térmica en un Dron

Otro caso de éxito es el de las termografías de edificios para la realización de auditorías energéticas. Se comprueba y localiza la existencia de cubiertas mal aisladas (a temperaturas superiores a la ambiental), así como discontinuidades en el aislamiento por recientes reparaciones, lo que lleva a fugas de calor..

Sensores multiespectrales: aplicaciones como la Agricultura de Precisión

Una de las aplicaciones de mayor crecimiento de la tecnología es la que tiene que ver con el uso de cámaras multiespectrales (o incluso hiperespectrales). Estas cámaras son capaces de recoger diferentes longitudes de onda que servirán para posteriormente poder analizar en función del parámetro deseado.

Con un dron obtenemos una imagen multiespectral georeferenciada que posibilita que al hacer cálculos sobre las distintas bandas de la ortoimagen obtengamos índices. En concreto, las que más interesan son las que tienen que ver con los cálculos de índices vegetativos y de crecimiento celular.

Índices de crecimiento vegetativo en parcelas agrícolas con sistemas de información geográfica y drones
Índices de crecimiento vegetativo en parcelas agrícolas con sistemas de información geográfica y drones

Coordinado con otras cámaras, como la RGB, podemos generar modelos digitales del terreno de parcelas agrícolas, que conjuntamente con los índices detectados con cámaras multiespectrales, y la variable tiempo, generan un sistema de información geográfica de la parcela que comúnmente se denomina Agricultura de Precisión.

La gestión agrícola mediante sistemas de información geográfica permiten un profundo conocimiento de los fenómenos agrológicos del terreno y lleva fundamentalmente a dos consecuencias:

  • Aumento del rendimiento de producción
  • Disminución de los costes
  • En general, por tanto, mayor rentabilidad de las explotaciones.

Este aumento de los rendimientos de producción se basan en varias actuaciones:

  • La detección mediante el cálculo de los índices de crecimiento vegetativo (NDVI o índice de vegetación de diferencia normalizada) y otros como el de estrés hídrico (MSI), van a permitir detectar las zonas donde la parcela tienen alta y baja producción agrícola.
  • Además, sabremos donde actuar de manera localizada para atacar estas zonas de baja producción, de tal manera que se pueden realizar tareas de aplicación localizada, tanto de fertilizantes como de agua.

Por otro lado se disminuyen los costes debido fundamentalmente a la aplicación localizada de las enmiendas y los riegos. Por último, todas estas actuaciones no sólo conllevan una importante mejora en la rentabilidad de las parcelas, sino que además llevan a una mejora ambiental y de la sostenibilidad de las explotaciones agrícolas.

 

Juan Santos Ruiz de Eguílaz

Project Manager en IDEYA

Comments (2)

  1. william patiño dice:

    Muy interesante.. me gusta la busqueda de la sostenibilidad, soy william patiño ing de montes — Colombia. vivo en España. me ineresa el tema de los sig de la mano de los drones.. gracias por el blog. mi telefono es 699532885

  2. Rubén dice:

    Soy un gran aficionado a este tipo de camara infrarroja o camara termica. Sabía de su aplicación en la visión artificial pero desconocía que tuviera tantos y múltiples usos.

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