Conceptos básicos del mapeo con drones: cómo empezar

Como industria, el mapeo todavía se considera un campo prometedor para los pilotos de drones. El hecho de que pueda ser enormemente útil para muchas aplicaciones significa que seguramente habrá más oportunidades para aquellos que están bien versados ​​​​en el mapeo de drones. También tiene una barrera de entrada bastante empinada, lo que significa que no es probable que el mercado se sature pronto.

¿Qué es exactamente el mapeo de drones y qué se necesita aprender para ingresar a esta industria? Veamos los conceptos básicos del mapeo de drones, cómo funciona y el hardware y el software que necesitará si tiene la intención de desarrollar una carrera en este campo de nicho.

¿Qué es el mapeo de drones?

El mapeo con drones es simplemente un método alternativo de mapeo aéreo. Antes de que los drones fueran más comunes, el mapeo de grandes áreas se realizaba utilizando aeronaves tripuladas, generalmente helicópteros. El mapeo con drones es una forma de hacer este trabajo más económica, más segura y con una logística más sencilla.

El mapeo se explica por sí mismo. El objetivo es crear un mapa 2D o 3D del área de estudio utilizando los datos recopilados por el dron. Un componente esencial del mapeo es que los datos deben ser «geoespaciales». Esto significa que cada punto de datos debe corresponder a una ubicación específica en el mundo real según las coordenadas reales. Esto hace que los datos de mapeo sean útiles para realizar mediciones del mundo real y para planificar actividades como la estabilización de taludes, la construcción de carreteras o expediciones a áreas remotas.

Hablando en términos más generales, el mapeo de drones es un ejemplo de tecnología de detección remota. La teledetección se refiere a cualquier método de recopilación de datos que no requiera contacto físico entre la persona o el dispositivo de medición y el objeto que se mide. Las imágenes de satélite y los estudios del fondo marino son algunas de las aplicaciones más comunes de la teledetección.

Cómo funciona el mapeo con drones: fotogrametría y LiDAR

Para que entendamos cómo funciona el mapeo de drones, necesitaremos analizar las dos tecnologías utilizadas en este campo, a saber, la fotogrametría y LiDAR.

Fotogrametría

La fotogrametría como concepto es más fácil de entender. Implica tomar varias fotos superpuestas del mismo sujeto que luego se pueden procesar para crear un modelo 3D. Piense en ello como la forma en que nuestro cerebro percibe la profundidad porque vemos el mundo a través de dos ojos. Ni siquiera necesita tener un dron para practicar la fotogrametría: hay aplicaciones de fotogrametría que puede practicar usando solo la cámara de su teléfono.

El mapeo de drones usando fotogrametría es simplemente una versión ampliada del mismo concepto. Usando un dron, se toman varias fotos de un área de estudio desde diferentes puntos de vista. Estas fotos podrían contarse por cientos o miles. Idealmente, esto se hace automáticamente programando el dron usando un software de mapeo especial.

La ventaja de la fotogrametría es que no requiere ningún dispositivo sofisticado fuera del dron con cámara habitual. Con la calidad de los drones con cámara que se han lanzado en los últimos años, la fotogrametría se ha convertido en el método de referencia para la mayoría de los pilotos de drones. En términos de capital involucrado, es mucho más fácil iniciar un negocio comercial basado en el mapeo de drones basado en fotogrametría.

La limitación de la fotogrametría es que depende en gran medida de la visibilidad. Solo puede registrar datos sobre características que son visibles desde la altitud de crucero del dron. Es totalmente ineficaz en la oscuridad y puede tener problemas en entornos nublados o con niebla. La fotogrametría tampoco se recomienda para capturar datos topográficos en áreas donde hay vegetación espesa.

LIDAR

La alternativa a la fotogrametría es LiDAR, o «Light Detection and Ranging». Este tipo de encuesta se basa en un sensor LiDAR especial que emite pulsos continuos y rápidos de luz no visible hacia el área de la encuesta. Esta luz se refleja en la superficie de las características sólidas y el sensor LiDAR la detecta nuevamente. Las dimensiones y ubicaciones de las características en el suelo se determinan luego utilizando el concepto de tiempo de vuelo.

La mayor ventaja de LiDAR es que no depende de la visibilidad para realizar las mediciones. Esto lo hace un poco más versátil en áreas topográficas donde la visibilidad puede ser un problema, como aquellas con grandes estructuras cercanas. Las señales LiDAR también pueden penetrar a través del dosel, lo que la convierte en la tecnología de mapeo ideal para áreas densamente boscosas.

La desventaja de LiDAR es que no es tan fácil de acceder como la fotogrametría. Levantar con LiDAR significa comprar un sensor LiDAR especial y montarlo en un dron que pueda acomodar cargas útiles intercambiables. Esto es mucho más caro que comprar un dron con cámara de alta calidad.

Hace unos años, se consideraba que LiDAR era superior a la fotogrametría en lo que respecta a la precisión. Ahora tenemos mejores cámaras, por lo que la diferencia de precisión entre las dos ya no es tan relevante. El piloto del dron también puede influir en la precisión de un levantamiento mediante el uso de GCP (puntos de control terrestre) o mediante el uso de un dron con capacidades RTK o PPK.

GCP, RTK y PPK

Si nunca antes ha estudiado mapeo, entonces ese encabezado también podría ser una serie de letras aleatorias. Cada uno de estos es un método para mejorar la precisión geoespacial de los datos recopilados durante el mapeo. Estos métodos, técnicamente llamados corrección a nivel del suelo, hacen referencia a la ubicación actual del dron con otra ubicación en el suelo que se encuentra en una ubicación fija.

La corrección a nivel del suelo es necesaria para las aplicaciones cartográficas de alto nivel porque la precisión de la ubicación del GPS suele estar limitada a 2 a 5 metros, incluso con la máxima cobertura de satélite y utilizando la tecnología GPS más sofisticada. Al corregir utilizando cualquiera de los tres métodos, la precisión geoespacial de los datos se puede aumentar hasta el nivel de un centímetro.

Aún así, la pregunta sigue siendo: ¿qué son GCP, RTK y PPK, y en qué se diferencian?

PCG

GCP significa «Puntos de control de tierra». Este es el método más tradicional de recolección a nivel del suelo. No necesita tecnología sofisticada, sino solo un buen trabajo de campo a la antigua.

Los GCP son, literalmente, puntos fijos en el suelo que son capturados por el dron durante el mapeo aéreo. Estos GCP son establecidos por los topógrafos en el terreno y registrados a través de la ubicación GPS. Los profesionales de la cartografía a menudo se refieren a los GCP como la forma de establecer la «verdad sobre el terreno» de un levantamiento aéreo. Por lo general, se recomienda un mínimo de cinco GCP, pero también puede ser beneficioso aumentar hasta diez.

Como se mencionó, la ventaja de establecer GCP es que no incurre en costos adicionales a una encuesta en términos de tecnología más avanzada. Sin embargo, las encuestas llevarán más tiempo debido a que los topógrafos tendrán que acceder físicamente a las ubicaciones de destino para los GCP. Esto podría no ser factible en áreas de estudio que están densamente arboladas o tienen un terreno peligroso.

RTK

RTK significa «Cinemática en tiempo real». Se encuentra en drones como un módulo adicional diseñado específicamente para un mapeo más preciso. Un módulo RTK integrado debe emparejarse con una estación base en tierra. A medida que el dron vuela sobre el área de estudio, su lectura de GPS se corrige continuamente en función de su distancia relativa desde la estación base.

Un flujo de trabajo RTK aplica correcciones geoespaciales en tiempo real. Esto significa que el módulo RTK y la estación base deben comunicarse constantemente para cada punto de datos que se recopila durante el levantamiento. Esto generalmente funciona muy bien en grandes áreas abiertas sin obstrucciones. Sin embargo, las áreas urbanas con edificios y otras fuentes de interferencia de señal pueden ser un desafío para un levantamiento basado en RTK.

PPK

PPK significa «Cinemática posprocesada». Es muy similar a RTK en que también se basa en un módulo PPK integrado y una estación base en una ubicación fija en el suelo. Apenas hay diferencia entre los dos en términos de tecnología.

En cambio, la diferencia es la del flujo de trabajo. En lugar de realizar una corrección geoespacial en tiempo real, el módulo PPK y la estación base recopilan datos de manera sincronizada pero independiente. Esto significa que los datos de ubicación recopilados por el módulo PPK simplemente se corregirán durante el procesamiento posterior.

Un dron de mapeo habilitado para PPK es mucho más versátil porque no depende de que los dos módulos mantengan una buena comunicación durante todo el levantamiento. Esto hace que los levantamientos PPK sean favorables en áreas urbanas o en cualquier área con una distribución densa de obstrucciones. Por esta razón, PPK ha sido el método de corrección de terreno elegido por la mayoría de los profesionales de la cartografía en los últimos años.

Ala fija vs multi-helicóptero

Una consideración importante al entrar en el mapeo de drones es el tipo de dron que vas a usar. ¿Deberías optar por el dron multicóptero habitual o comprar uno con un ala fija? Cada opción tiene méritos y es apropiada para el mapeo aéreo.

Multi-helicóptero

Los drones multicóptero son probablemente la opción predeterminada para muchos considerando lo comunes que son. Incluso los drones de la línea DJI Mavic tienen cámaras que son lo suficientemente buenas para trabajos de mapeo rudimentarios. La portabilidad, la facilidad de uso y la accesibilidad de los drones multicóptero son algunas de sus principales fortalezas. La maniobrabilidad de los drones multicóptero también puede ser útil cuando se inspeccionan áreas pequeñas donde el dron necesita hacer giros cerrados.

Sin embargo, un dron multicóptero está severamente limitado por la capacidad de su batería. La mayoría de los modelos, incluso los más nuevos, solo pueden permanecer en el aire un poco más de 30 minutos. El mapeo aéreo es una actividad particularmente intensiva en energía debido a la cantidad de datos que el dron necesita recopilar.

Ala fija

Los drones de ala fija son perfectos para cubrir grandes áreas. No solo tienen velocidades de suelo máximas mucho más altas, sino que la mayoría de los drones de ala fija pueden volar durante más de una hora con un solo ciclo de batería. Funcionan excepcionalmente bien para mapear corredores y otras áreas lineales.

La mayoría de los principiantes pueden sentirse intimidados por la premisa de volar un dron de ala fija. Ciertamente no es tan fácil. Incluso el acto de despegar y aterrizar un dron de ala fija requiere un poco de planificación, ya que necesitará una especie de pista corta. También son generalmente más caros, particularmente los modelos que pueden manejar el trabajo profesional.

Una tercera opción sería utilizar drones VTOL (Vertical Take-off and Landing). Estos llamados drones “híbridos” tienen alas fijas pero también tienen hélices que brindan sustentación. Este diseño único les brinda la longevidad de los drones de ala fija junto con la capacidad de despegar y aterrizar verticalmente. Aunque existe un gran potencial en esta tecnología, los drones VTOL realmente no han pasado de ser una idea novedosa.

Necesidades de software

El software que utiliza para el mapeo de drones es casi tan importante como su dron y otros equipos de mapeo. Idealmente, el software que elija debe proporcionar soluciones integrales. Esto significa que se puede utilizar para planificar las encuestas, la gestión de datos, el procesamiento de datos y la publicación de los datos procesados. También es mucho más conveniente realizar todos estos pasos dentro de un único ecosistema de software.

Hay varias opciones diferentes para el software de mapeo de drones, pero Pix4D es sin duda uno de los más populares y ampliamente utilizados. La mayor ventaja de Pix4D es que ha estado en la industria durante mucho tiempo y ha tenido tiempo para desarrollar un conjunto completo de soluciones de software de mapas. Con módulos especializados para casi todos los pasos del proceso de mapeo aéreo, Pix4D se ha convertido rápidamente en el software elegido para aplicaciones de nivel empresarial.

La desventaja de Pix4D es que no es muy accesible para los principiantes. La plataforma no solo es costosa, sino que no sobresale exactamente en el departamento de facilidad de uso. Si está buscando una alternativa más amigable para principiantes, entonces DroneDeploy es una consideración que vale la pena. Aunque carece de algunas de las funciones más avanzadas, DroneDeploy tiene una plataforma que es mucho más intuitiva y fácil de aprender. También ofrecen una prueba gratuita de 14 días.

Aparte de los dos mencionados anteriormente, DroneMapper y PrecisionHawk también proporcionan buenas plataformas de software que han sido ampliamente utilizadas y probadas por la industria de mapeo de drones. Entre estas cuatro opciones, debería poder elegir una que se ajuste a su presupuesto y caso de uso.

Aplicaciones del mapeo con drones

Con lo que sabemos hasta ahora sobre el hardware y el software necesarios para el mapeo de drones, probablemente pueda decir que ingresar a esta industria requerirá un capital sustancial. La pregunta entonces es: ¿vale la pena? ¿Cuáles son las oportunidades comerciales para alguien que se dedica al mapeo con drones? Veamos algunas de las industrias que ya han reconocido cómo el mapeo de drones puede ser valioso para ellos.

Construcción

Una empresa de construcción probablemente pueda ofrecer la oportunidad más lucrativa para un profesional de mapeo de drones. Aparte de que hay un flujo interminable de trabajos de construcción, un mapa 3D detallado también proporciona mucho valor a un trabajo de construcción y probablemente obtendrá un precio superior.

Ya sea para un edificio, carreteras, torres de comunicaciones o líneas eléctricas, el modelo generado por el mapeo aéreo puede usarse durante la planificación de un trabajo de construcción. Un modelo 3D que se puede usar para hacer mediciones de longitud, distancia y volumen puede ser fundamental para hacer cronogramas de proyectos y estimaciones de costos.

La tecnología de mapeo de drones puede incluso ser útil durante o después de un trabajo de construcción. Ahora es común generar modelos 3D de un edificio a medida que se construye como un medio para monitorear y documentar el progreso. Los modelos 3D también proporcionan excelentes materiales de marketing en caso de que sea necesario presentar un proyecto a inversores o partes interesadas.

Investigación

En los últimos años, cada vez más investigadores y científicos en los campos de las ciencias ambientales y la geología han reconocido el valor del mapeo con drones. Mediante el uso de drones, estos científicos pueden recopilar datos en áreas peligrosas, como aquellas que están muy boscosas o tienen un terreno peligroso.

Los equipos topográficos modernos son lo suficientemente precisos para ayudar a los geólogos a identificar características geológicas como ríos, domos, fallas y escarpes de fallas. También pueden ayudar con la planificación de la encuesta en caso de que sea necesario que el personal de campo acceda físicamente a dichas áreas. Para el monitoreo ambiental, se pueden realizar estudios regulares con drones para monitorear el crecimiento de la vegetación o el movimiento de la vida silvestre.

Agrimensura

La agrimensura es una práctica realizada en bienes raíces que se utiliza para definir los límites de una parcela de tierra. Esto solía hacerse mediante levantamientos topográficos terrestres. Esto está bien para parcelas de tierra pequeñas, pero puede requerir mucho trabajo para tierras que se extienden a lo largo de varios acres.

La ventaja de una encuesta con drones en esta aplicación es que genera un modelo digital que se puede navegar y medir un número infinito de veces. Una vez que se realiza una encuesta, no debería haber necesidad de volver al campo ya que se puede acceder fácilmente a todos los datos.

Minería

La industria minera se ha convertido en uno de los principales clientes de los profesionales del mapeo con drones en la última década. Los modelos 3D de un área minera son invaluables durante la planificación. Ayuda a las empresas a planificar la construcción de caminos de acceso y cuánto material necesitarán excavar. También pueden identificar posibles peligros geológicos que deben abordarse.

Las encuestas con drones también se utilizan en la minería para la gestión de inventario. Los drones pueden realizar mediciones volumétricas de pilas y agregados con mayor precisión que otros métodos terrestres. También se pueden usar para monitorear la seguridad y el progreso en el transcurso de una operación minera.

Beneficios del mapeo con drones

Los drones han demostrado ser una fuerza disruptiva en la industria de la cartografía. Hoy en día, casi todas las imágenes aéreas se capturan a través de drones o satélites. Atrás quedaron los días en que este tipo de trabajo debe ser realizado por un avión tripulado. ¿Qué propuesta de valor única ofrecen los drones?

Recopilación de datos más rápida

En comparación con cualquier método basado en tierra, un proceso de detección remota como el mapeo de drones es siempre una alternativa mucho más rápida. La cantidad de datos que un dron puede recopilar en solo una hora de vuelo probablemente tomará varios días o semanas para las personas en tierra.

Incluso en comparación con un avión tripulado, se puede argumentar que un dron sigue siendo una herramienta de recopilación de datos más rápida y ágil. No requiere mucho tiempo para la limpieza o el reabastecimiento de combustible y se puede desplegar justo fuera del área de estudio.

Flujo de trabajo automatizado

La exactitud y precisión de los datos son algunos de los elementos más importantes de un estudio de mapeo. Cuando un proyecto de un millón de dólares está en juego, simplemente no hay lugar para el error humano. Las encuestas con drones son perfectamente adecuadas para esta necesidad, ya que pueden automatizarse por completo.

Hay varios beneficios de la automatización. Permite que las encuestas se completen más rápido y sin errores debido a la intervención del operador. También significa que los datos se recopilan en los intervalos exactos que necesita el programa para su procesamiento.

Se puede guardar y recuperar una ruta de vuelo programada, lo que permite repetir las encuestas según sea necesario. Esto puede ser fundamental para estudios realizados para monitorear cambios en el terreno o la vegetación.

Más económico

Hoy en día, puedes conseguir un buen dron con cámara por menos de $2000. Si está tratando de construir una configuración LiDAR, es posible que deba gastar entre $ 5000 y $ 10,000. Aunque no es barato, esto no es tan caro como contratar un helicóptero (y un piloto) para hacer un reconocimiento aéreo.

más seguro

La seguridad debe ser uno de los principales factores de motivación para optar por los estudios aéreos con drones. En comparación con las encuestas en tierra, las encuestas con drones no exponen al personal a los peligros de estar en el campo. Esto es especialmente importante en áreas remotas donde el acceso físico es difícil y, a menudo, peligroso.

En áreas urbanas, el vuelo no tripulado tiene una gran ventaja de seguridad sobre el vuelo tripulado. Dado que los drones son mucho más pequeños que los helicópteros, pueden sortear obstáculos como edificios, árboles y líneas eléctricas de manera más fácil y segura. Incluso si un dron se estrella, el daño que puede causar es minúsculo en comparación con el de un avión tripulado.

En comparación con las aeronaves tripuladas o las encuestas en tierra, una encuesta con drones tiene beneficios en todos los ámbitos y casi ningún inconveniente. A medida que la tecnología de los drones mejore aún más, las prácticas más anticuadas pasarán cada vez más a un segundo plano. Por esta razón, el mapeo ciertamente ofrece muchas oportunidades para los aspirantes a pilotos profesionales de drones.

Cursos de formación en cartografía con drones

Conocer las habilidades básicas de vuelo no es suficiente para prosperar en la industria de mapeo de drones. Hay un par de otras habilidades que necesitarás dominar.

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Saber cómo manipular y presentar datos espaciales es lo que separa a los profesionales del mapeo de drones de los pilotos de drones. Si sabe cómo utilizar un software GIS estándar como ArcGIS, puede ofrecer servicios aún más versátiles a sus clientes. Este Análisis espacial de ArcGIS El curso en Udemy llevará el procesamiento de datos de su mapa al nivel profesional.

Pensamientos finales

Puede valer la pena considerar la industria del mapeo con drones para aquellos que buscan ingresar al trabajo profesional con drones. Puede haber muchas oportunidades potenciales para aquellos que tienen las habilidades y el equipo adecuados.

La barrera para el mapeo de drones puede ser bastante empinada, pero esta es fácilmente una de las industrias más lucrativas para los pilotos de drones. Con suerte, los consejos que hemos proporcionado aquí son suficientes para comenzar. Si este es el camino que eliges, seguro que aún te queda un largo camino por recorrer.