Vehículos Aéreos No Tripulados: una herramienta de detección remota eficiente, aplicada a la gestión y evaluación de proyectos en infraestructura vial

Fotografía de ruta 27 km 44+500, tomada con DJI Inspire Pro, 2017.

Geóg. Paul Antonio Vega Salas. M.Sc.

De manera oficial la Dirección General de Aviación Civil (DGAC) de Costa Rica se refiere a estos equipos como Sistemas de Aeronaves Piloteadas a Distancia (RPAS, del inglés Remotely Piloted Aircraft Systems), (DGAC, 2017), y conocidos popularmente como drones o Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT).

En nuestro país se volvieron muy populares entre entusiastas y profesionales de todo tipo, desde la persona que lo utiliza para conseguir espectaculares fotografías de las bellezas de nuestro país, hasta laboratorios de renombre internacional como el LanammeUCR, donde se hace uso de estas herramientas diariamente para evaluaciones e investigaciones en infraestructura vial.

Figura 1. Ejemplo de modelo de terreno, ruta 27.

Los VANT del LanammeUCR han permitido capturar desde información básica como fotos y vídeos, hasta posibilitar el desarrollo de complejas metodologías haciendo uso de los Modelos Digitales de Superficie y de Terreno (MDS y MDT respectivamente), (figura 1), estos dos productos sirven como base para obtener una gran cantidad de datos los cuales son utilizados en los informes, asesorías e investigación.

Tanto el MDS como el MDT se obtienen por medio de una técnica clásica bien documentada llamada fotogrametría, la cual, a manera de resumen, consiste en la creación de modelos en tres dimensiones a partir de un conjunto de fotografías traslapadas entre sí (figura 2), con diferente perspectiva. Esta técnica de medición es indirecta, ya que las mediciones no se efectúan sobre el objeto, sino sobre imágenes del mismo (Sánchez, J. 2007), y trabajada de forma profesional da resultados muy precisos.

Figura 2. Ejemplo de vuelo fotogramétrico,

Fuente: GeoDronex, consultado en 2018.

El uso los VANT facilita la obtención de datos a necesidad, esto significa que si hay una emergencia es posible coordinar una operación con este tipo de equipos en comparación con aeronaves comunes como aviones o helicópteros, como también una reducción en los costos de operación abismal. Por ejemplo, si ocurre un deslizamiento en alguna ruta nacional, es posible realizar un levantamiento topográfico que permita realizar una ingeniería forense sobre lo sucedido.

Debido a las condiciones cambiantes de cada área de estudio, siempre es necesario realizar un plan de operación en el cual se define todo lo necesario con respecto a la seguridad (siempre lo primero), la escala del trabajo y el equipo a utilizar. En condiciones normales (velocidad del viento entre 0 y 20 km/h y sin lluvia) un VANT puede llegar a cubrir entre 100 y 5000 hectáreas de terreno en un corto lapso. La velocidad y altura de vuelo, capacidad del sensor abordo y duración de las baterías son variables con las cuales hay que trabajar para obtener los mejores resultados.

Cada VANT tiene un diseño propio, con características que pueden resultar más adecuadas para las diferentes necesidades. Existen dos tipos de VANT, los llamados Ala Delta, con formas similares a los aviones que todos conocemos, los cuales tienen como ventaja la capacidad de levantar mayores áreas en menor tiempo, y los multi-rotores que pueden ser de cuatro, seis u ocho propelas, con la ventaja de poder levitar en un solo punto, permitiendo la captura de información más precisa y dar la posibilidad de una observación más local. En el LanammeUCR se trabaja actualmente con multi-rotores, ya que los procesos de inspección resultan mejor con ellos (figura 3).

Figura 3. VANTs del LanammeUCR

Entre los VANTs del LanammeUCR están, el DJI Phantom 3 Professional que se utiliza principalmente en levantamientos de mayor tamaño o duración pues tiene un rendimiento mejor de batería y con una buena resolución. Otro de los equipos es el DJI Inspire, recomendado por tener la capacidad de ser piloteado por una persona mientras que otra controla los movimientos de la cámara permitiendo facilitar los casos de inspección en estructuras o vuelos en vientos fuertes. Finalmente, también se cuenta con el Aibot, el cual tiene la capacidad de llevar mayor capacidad de carga, lo cual da la posibilidad de utilizar diferentes sensores, pero un tiempo de vuelo muy limitado.

Toda la información obtenida con los VANT del LanammeUCR está debidamente georreferenciada, por lo cual es compatible con Sistemas de Información Geográfica (SIG), esto permite llevar la investigación a un nivel mayor por medio del análisis espacial derivado del MDT, como también caracterizar los taludes y topografía en general para realizar cálculos geotécnicos, elaboración de mapas geomorfológicos y/o temáticos, cálculo de volúmenes, inspección visual y levantamiento de inventarios viales. 

Figura 4. A la izquierda un ejemplo de modelo 3D, Ruta 606. A la derecha arriba vista de frente del modelo, a la derecha abajo fotografía real.

Con la ayuda de marcas de control en el suelo, el VANT captura la ubicación de las mismas en sus fotografías, los equipos de GPS milimétricos capturan las coordenadas de dichas marcas. Al trabajarse el modelo con el software especializado se agregan dichos datos para mejorar los resultados, permitiendo conocer los errores en las tres dimensiones (X, Y, Z).

Antes de realizar un levantamiento, es necesario pensar en la precisión espacial deseada, esta puede ser de metros, centímetros o milímetros dependiendo de cuál nivel de análisis se requiera. Es importante destacar que los resultados de la fotogrametría con VANT, son de muy alta resolución y precisión (figura 4), siempre y cuando se trabajen con rigurosidad.

Otro uso para los VANT en el LanammeUCR es la reconstrucción en tres dimensiones de infraestructuras (figura 5), esta técnica permite crear una memoria virtual cualitativa para un momento específico, lo cual posibilita la comparación de un antes y un después aplicado por ejemplo a estudios de eficiencia de la inversión en mantenimiento. El LanammeUCR cuenta con algunos modelos del puente Rafael Iglesias, una pila del puente sobre el río Tárcoles (figura 5) y una pila del puente sobre el río Virilla en ruta 32.

Figura 5. Arriba fotografía real del puente, abajo reconstrucción 3D de dicha sección del puente.

Además, permiten la exploración de zonas peligrosas como incendios forestales, precipicios y en el caso del LanammeUCR deslizamientos activos, grandes taludes, el volcán Turrialba para el estudio de lahares que podrían afectar la infraestructura vial producto de la reciente actividad y condiciones de tránsito que pondrían en peligro a los funcionarios o incluso disminuir el riesgo de un ataque de la biología del lugar, como el caso del puente sobre el río Tárcoles en ruta 34.

Un término que se está desarrollando en el LanammeUCR muy relacionado con los VANT, es el de evaluación forense aplicado a la infraestructura vial, el cual permitiría explicar con base en datos reales, que provocó un deslizamiento, accidente o deterioro acelerado en un lugar definido. Esto se logra mediante fotografías, videos y modelos, de diferentes periodos de tiempo para un mismo lugar combinado con el conocimiento de los profesionales.

La Universidad de Costa Rica cuenta con centros de investigación y escuelas que están haciendo uso de los VANT, de formas muy profesionales e importantes en diferentes campos de investigación, el LanammeUCR junto al CICANUM, el CIA y las escuelas de Ingeniería Topográfica y Geografía han estado en conversaciones y en la formulación de un grupo oficial a nivel institucional, para brindar capacitación para operar estos equipos, como también al desarrollo de diferentes metodologías para el uso de la información adquirida con estos equipos.

Esta idea actualmente está en una primera fase, donde los profesionales se encuentran adquiriendo las licencias oficiales por parte de la DGAC, para luego obtener el certificado de operación y posteriormente, en caso de que la idea cuente con apoyo de instancias superiores, la conformación de una academia de VANTs oficial, en la casa de enseñanza más reconocida del país, la Universidad de Costa Rica.

Bibliografía:

·      Dirección General de Aviación Civil. (2017). Directiva Operacional DO-001-OPS-RPAS. San José, Costa Rica: DGAC, Costa Rica.

·      Sánchez, J. (2007). Introducción a la Fotogrametría. Madrid, España: Universidad Politécnica de Madrid.