Cómo se utiliza LiDAR en el campo: una entrevista con Daniel Hubert, fundador de Modus Robotics

Daniel Hubert comenzó a trabajar con drones en 2009, cuando fue reclutado de un puesto de Instructor y Tácticas de Helicópteros de Top Gun para trabajar para las Fuerzas Especiales del Ejército como oficial al mando de varias unidades de drones y desarrollar procedimientos de recopilación de inteligencia y vuelo. Debido a su innovación y los éxitos de su unidad mientras estuvo en el Medio Oriente, Dan recibió la Medalla de elogio conjunto y su unidad recibió el Elogio de unidad conjunta.

Después de su servicio, fue contratado por General Atomics para supervisar los equipos de ingeniería que trabajaban en varios proyectos de aviones no tripulados militares Predator y Reaper de última generación. Al ver lo que estaba por venir en el mercado de los drones comerciales pequeños, Dan fundó Modus Robotics, donde pudo usar sus habilidades en aviación y detección remota para ayudar a las empresas a transformar los datos impulsados ​​por drones en inteligencia comercial procesable.

Daniel también tiene experiencia en imágenes tácticas y sensores remotos satelitales, lo que lo convierte en un experto en detección de luz y alcance (LiDAR). De hecho, acaba de lanzar un curso gratuito para ayudar a los pilotos de drones a aprender sobre LiDAR llamado Conceptos básicos de LiDARy el sitio web de su compañía ofrece una biblioteca completa de recursos LiDAR gratuitos que puede examinar si desea obtener más información sobre el tema.

Queríamos sentarnos con Daniel para aprender más sobre LiDAR y cómo comenzó a trabajar con drones: lea la entrevista para saber lo que tenía que decir.

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¿Qué es LIDAR?

LiDAR es detección de luz y alcance: representa un principio.

En esencia, lo que estás haciendo con LiDAR es lo mismo que RADAR o SONAR. Envías la señal, rebota en algo y calculas el tiempo que tarda en regresar.

Eso es esencialmente lo que es LiDAR. La gran diferencia entre LiDAR y RADAR o SONAR es la precisión. Con RADAR estás usando estas ondas muy, muy grandes que chocan contra algo y regresan, y es lo mismo con SONAR.

Debido a que LiDAR es tan preciso, produce una resolución y precisión increíbles: cuando usa luz, o más específicamente, un láser, usa fotones, por lo que es muy, muy preciso.

Mire esta introducción al video LiDAR creado por Modus Robotics

¿LiDAR es mejor que la fotogrametría?

Ambos son excelentes y ambos son necesarios en diferentes escenarios.

Creo que el debate sobre cuál es mejor se basa solo en quién puede pagar qué. Comparar los dos es comparar manzanas y naranjas. Con la fotogrametría, la luz se genera desde otro lugar y se refleja, y la cámara la captura. Pero con LiDAR, la luz es generada por el propio sensor LiDAR, por lo que conoce la distancia y el ángulo precisos desde el sensor.

Lo que recomiendo es usar LiDAR cuando necesite datos medibles rápidamente. Utilice la fotogrametría cuando necesite información espectral o de color. Utilizo ambos, utilizo LiDAR como capa base para BIM (Modelado de información de construcción) y GIS (Sistema de información geográfica), y luego coloco las imágenes fotogramétricas sobre la capa base. El mercado de drones comerciales parece pensar que esto es algo nuevo, pero lo hemos estado haciendo durante años. Es tecnología probada. Al final, mantenga sus procesos simples y será más eficiente y ganará más dinero a largo plazo.

Escuchamos mucho hablar sobre la precisión en estos días. ¿Qué nivel de precisión cree que es importante al usar LiDAR, o solo depende de la aplicación específica?

Creo que la mayoría de las personas no entienden lo que quieren decir con precisión en estos días. Por ejemplo, tanto en fotogrametría como en LiDAR, vemos muchas personas en el mercado que afirman que sus productos brindan un nivel de precisión milimétrico.

Pero cuando hablamos de precisión, hay dos tipos de precisión, relativa y absoluta. A medida que certifica cualquiera de los criterios de precisión, esa certificación debe calificarse y cuantificarse. Así que veamos ejemplos de cada tipo de precisión.

La precisión relativa es la integridad del objeto que escaneó: la fotografía. Como ejemplo, si está mirando una casa y sabe que el borde de la puerta mide 36 pulgadas y aparece en su escaneo como 36 pulgadas, entonces puede decir que tiene una precisión relativa alta.

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El otro tipo de precisión es la precisión absoluta, que certifica la ubicación geoespacial de cada punto en referencia a la tierra. Así que usemos la misma repisa de la puerta del ejemplo anterior. ¿Qué tan precisos son los puntos en las esquinas en referencia a una posición conocida en la superficie de la tierra? Sabemos que el borde de la puerta mide exactamente 36 pulgadas de largo, pero ¿qué pasa si esos puntos están 2 pies más altos que el suelo real? Podemos decir que tiene 2 pies de error absoluto.

Esto puede no parecer un gran problema, pero el error absoluto utiliza la medida vertical, por lo que esto significa que su puerta podría estar a 2 pies sobre el pavimento. Entonces, ¿cómo se relaciona con otros escaneos o dibujos? Ser capaz de hacer coincidir su producto con otros productos es lo que le da valor.

Creo que muchas personas confunden estos dos tipos de precisión, y es crucial comprender la diferencia para ciertos tipos de trabajo industrial. Si está realizando trabajos de ingeniería civil, la precisión relativa es lo más importante.

Sin embargo, en el mundo geodésico, o en el mundo de la cartografía y SIG, la precisión absoluta es fundamental. Por lo tanto, es importante definir sus términos y comprender de qué tipo de precisión está hablando y por qué es importante para el tipo específico de trabajo que está realizando.

¿Puede explicarnos cómo se está utilizando LiDAR en el campo? Usemos la industria de la construcción como ejemplo.

Los datos LiDAR son tan flexibles que tienen muchos usos y productos en el campo. Sus aplicaciones se pueden dividir en tres segmentos principales: mapeo, vegetación y modelado estructural. Uno de los casos de uso más obvios es la preconstrucción, cuando se evalúa el terreno para ver si es adecuado para la construcción.

Usando el método tradicional, enviaría un equipo de encuestadores para realizar una encuesta. Para un área pequeña, esto requiere un grupo de tres o cuatro durante todo el día. La mayoría de las veces utilizan GPS diferencial, una estación base GNSS de alta precisión y un dispositivo de detección de posicionamiento por radio, y registran una serie de puntos que denominan líneas topográficas. Con este enfoque, pueden obtener entre 80 y 100 puntos por día; por lo general, se dibuja una línea topográfica a lo largo de estos puntos y cada punto está separado por 500 yardas.

Entonces, después de elegir estos puntos exactos y crear estas líneas, todavía hay brechas de 500 yardas entre cada punto y, por lo general, un topógrafo hará una interpolación para completar las diferencias y dar cuenta de estas brechas.

Usando métodos tradicionales, este producto, desde el pedido hasta la entrega, toma tres semanas. Ahora echemos un vistazo a LiDAR.

Con LiDAR, ya sea terrestre, móvil o aéreo, obtendrá miles de puntos a lo largo de esas líneas topográficas. Estás consiguiendo el terreno. Estás recibiendo la vegetación. Estás recogiendo las estructuras. Con la nueva tecnología de sensores y drones disponible, obtendrá mucha más precisión.

Para concretar esto, donde un topógrafo normalmente puede proporcionar 50 puntos por acre, un dron equipado con LiDAR puede producir de 450 a 500 puntos por metro cuadrado.

Entonces, para usar LiDAR en la construcción, ahora tiene todos estos datos increíblemente precisos.

Lo siguiente que haces con esos datos es ingresarlos en un programa y eliminar toda la vegetación y las características hechas por el hombre para que tengas la tierra desnuda, creando diferentes capas para la vegetación y otros criterios para que podamos revisarlo más tarde si queremos.

Luego usamos el equivalente del aprendizaje automático para identificar diferentes patrones y clasificarlos. Entonces podemos revisar y hacer el control de calidad de estas clasificaciones, eso es lo que generalmente toma más tiempo.

Al final, podemos generar diferentes representaciones de la superficie de la tierra, todas las cuales son muy precisas. Puede usar esta información para hacer cosas como ir a diferentes niveles de contorno de la superficie de la tierra o hacer análisis de sombras: cómo la luz incide en las superficies de la tierra. Alternativamente, podemos hacer un mapeo de inundaciones para determinar cómo se escurrirá el agua de la tierra. Todo esto es posible con los datos recopilados.

Por lo tanto, el topógrafo tardó tres semanas en generar un mapa con contornos de elevación y ubicaciones precisas de las características clave. Con LiDAR tenemos el producto base en 2 horas y productos comparables en menos de dos días. Además, el analista de aLiDAR puede recrear modelos de visualización 3D, volumetría, identificación de características y detección de cambios en una fracción del tiempo.

Todo esto es crucial para la construcción. Un error cuesta mucho dinero arreglarlo. Cuando tenía 19 años, trabajé como ingeniero de diseño para un equipo de construcción y cavé una zanja muy larga en el lugar equivocado, y me costó cien mil dólares, literalmente, debido a mi error.

Entonces, con LiDAR, podríamos haber realizado una encuesta LiDAR diaria y, a la mañana siguiente, tendríamos los datos de la encuesta y compararíamos los datos LiDAR de los dibujos CAD (Dibujo asistido por computadora), evitando errores costosos y proporcionando inteligencia empresarial de gestión de programas en tiempo real. . Eso no tiene precio.

¿Cómo influye su experiencia en el ejército en el trabajo que realiza ahora, ayudando a las empresas a utilizar la tecnología para que sus operaciones sean más eficientes?

El primer trabajo real que tuve en el ejército fue como analista de imágenes tácticas para la inteligencia naval. Trabajé para un almirante de tres estrellas y obtuve mucha experiencia estudiando las capacidades de otras naciones solo a partir de imágenes, y es divertido, porque en muchos sentidos todavía es lo que hago hoy. A través de ese trabajo, desarrollé un profundo aprecio por tomar una decisión basada en datos y hechos medibles.

Desarrollé programas de imágenes que monitorearon y rastrearon la capacidad de otros países a través de imágenes. El programa tuvo tanto éxito que fue adoptado por todas las fuerzas armadas, y me otorgaron una comisión de oficial naval y un puesto para convertirme en piloto.

En la escuela de vuelo, ocurrió el 11 de septiembre, y eso lo cambió todo. Me llevaron a un escuadrón en Japón y poco después invadimos Afganistán. Durante los siguientes cuatro años, estuve por todo el sudeste asiático trabajando en apoyo de la guerra contra el terrorismo: volé helicópteros, localicé a contrabandistas y piratas, brindé ayuda humanitaria, realicé búsquedas y rescates. . . Tu dilo. Fueron cuatro años duros. Solo montones y montones de vuelos y cosas realmente interesantes, y no mucho sueño.

Siendo piloto, pude ver el otro lado de la ecuación de inteligencia. Como analista de imágenes tácticas, descargaba lo que me daba un satélite o un piloto. Ahora era mi trabajo planificar y recopilar información. Me hizo muy eficaz, ya que sabía qué información se necesitaba.

A partir de ahí, nuevamente me dieron a elegir qué hacer a continuación, y terminé yendo a Top Gun y convirtiéndome en instructor de tácticas y armas de helicóptero. Hice dos cosas básicas. Primero, analice y enseñe a los jóvenes pilotos cómo resolver problemas, comunicarse y liderar dinámicamente en tiempo real. Dos, descubra cómo usar realmente toda la nueva tecnología en el campo, como comunicaciones satelitales, pantallas tácticas compartidas en el aire y algunos sensores de alta potencia muy interesantes.

Una de las cosas de las que te das cuenta en ese tipo de capacitación es que, en algunos casos, tenemos demasiada tecnología disponible: la tecnología es tan sofisticada que es difícil para un ser humano usarla realmente. Entonces, ¿cómo planeas con toda esta tecnología? Y creo que eso es lo que está empezando a suceder en la industria de los drones en este momento: tenemos un montón de tecnología increíble, pero la gente pregunta: «Está bien, genial, pero ¿qué haces con esto?»

Por eso creamos Modus Robotics: para hacer que la tecnología sea simple, para que las pequeñas empresas puedan tener éxito.

A menudo, lo que encuentro es que las empresas no saben cuál es su objetivo principal. Compran software debido a la comercialización o la capacidad percibida de lo que creen que pueden hacer, no en función de la necesidad y el retorno de la inversión.

He trabajado con el ejército, la fuerza aérea, la marina y, por lo general, es lo mismo que hago ahora para empresas privadas. Cuando un cliente aparece por primera vez, dedicamos mucho tiempo a aclarar cuáles son exactamente sus objetivos. Luego combinamos el proceso, la tecnología disponible para lograrlo y el retorno de la inversión. En el ejército, a eso lo llamamos éxito de la misión.

¿Cómo empezaste a trabajar con drones?

Estaba en el apogeo de mi carrera en el ejército y perdí la visión en mi ojo izquierdo.

Fue temporal, y eventualmente recuperé la visión en ese ojo, pero ese tipo de cosas es un asesino de carrera. En la aviación, tu fisiología es muy importante. Entonces, mientras esperaba que me aprobaran para volar nuevamente, administré un nuevo programa de helicópteros: descubrí cómo tripular, entrenar y equipar $350 millones en helicópteros de alta tecnología para 13 escuadrones de más de 2000 personas.

Parte de mi puesto consistía en supervisar el nuevo helicóptero no tripulado de la Armada, Fire Scout. Tuvimos que averiguar desde cero cosas como: ¿Quién iba a pilotarlo? ¿Era seguro? ¿Cuáles eran los límites operativos? ¿Qué podría hacer?

Es muy importante enfatizar que este no es un avión de juguete: Fire Scout es del tamaño de un helicóptero de la policía sin piloto. Los estábamos aterrizando en la parte trasera de barcos en movimiento en un área del tamaño de la mitad de una cancha de baloncesto.

Después de ese trabajo, me pidieron que me uniera a las fuerzas especiales del Ejército y me enviaron al Medio Oriente, donde terminé supervisando varios sitios entre Irak, Afganistán y muchos otros lugares.

Teníamos varios drones como parte de nuestras operaciones. Mi primer día de trabajo, abrí y comencé a estudiar el manual del operador del dron, como lo haría cualquier buen piloto. Eran las 10 de la noche cuando se abrió la puerta de operaciones y un niño de unos veinte años me dijo: “Señor, aquí no hay nadie y tenemos un motor fuera de servicio en uno de nuestros drones”.

Le dije: «Simplemente haga sus procedimientos de reinicio del motor en vuelo». Todavía estoy leyendo el manual. Todavía no había leído la parte del manual que dice que esto no es posible para este dron en particular, pero según mi experiencia de vuelo, era lo primero que tenía que hacer.

Él dijo: “No tenemos reinicio de aire. No podemos reiniciar en el aire”.

«Ah, okey. ¿Bueno, Dónde estás?»

“El centro de Bagdad”, dijo.

Esto no fue bueno.

Entré en la estación de control terrestre y, afortunadamente, la interfaz que vi era algo con lo que estaba familiarizado y, por supuesto, estamos en medio de Bagdad. Terminamos deslizándonos con seguridad fuera de la ciudad y aterrizando. Luego me dijeron que habían planeado dejarlo ahí porque es solo un dron.

“Tonterías”, dije. «Vamos a buscarlo».

Entonces salimos a las 2 de la mañana con dos helicópteros y lo recuperamos, lo cual no fue tarea fácil. Para recuperarlo, tuve que pisar ambas alas literalmente, pegarlo con cinta adhesiva y arrojarlo a la parte trasera del helicóptero.

Ese fue mi primer día en Irak.

¿Qué hiciste a continuación para poner las cosas al día con el programa de drones allí?

Todavía estábamos aprendiendo en ese entonces y estábamos perdiendo muchos aviones debido a un error del piloto. Eso no iba a continuar bajo mi vigilancia.

Así que lo siguiente que hice fue cerrar mi sitio durante dos semanas para entrenar con drones. La parte más importante de esta formación no fue el vuelo visual, sino la adopción de procedimientos de vuelo por instrumentos y la gestión del riesgo operativo. No perdimos más drones después de eso. De hecho, teníamos un historial de seguridad perfecto, algo inaudito.

Algo que tal vez no sepa es que todas mis unidades en el extranjero estaban ubicadas en aeropuertos. Para aumentar la seguridad, desarrollamos procedimientos de vuelo instrumentados para drones y aumentamos la eficiencia de vuelo del aeropuerto en un 25%.

Anteriormente, los controladores de tráfico aéreo y los pilotos no sabían dónde estaban los drones, lo que nos llevó a realizar procedimientos instrumentados, para que todos supieran dónde estaba, y esto aumentó drásticamente la seguridad.

¿Quiere saber más sobre LiDAR? Echa un vistazo a Daniel’s Introducción al curso de capacitación LiDAR aquí.