Los drones han revolucionado el mundo de la tecnología y se han convertido en herramientas esenciales para múltiples tareas y actividades. Uno de los componentes más importantes de un drone es el altímetro, que mide la altura y la altitud del vuelo. Es importante saber la precisión de los altímetros de drones, ya que puede afectar directamente la seguridad y la precisión de los datos recolectados. En este artículo, exploramos la precisión de los altímetros de drones y si son confiables para su uso en diferentes situaciones.
Una parte de los datos de telemetría que se considera una de las más importantes para los pilotos de drones es la altitud. No solo se debe monitorear la altitud para asegurarse de que cumple con las regulaciones, sino que también desempeña un papel en algunas operaciones de recopilación de datos. También querrá controlar la altitud si vuela cerca de estructuras altas.
Sin embargo, ¿alguna vez te has parado a pensar en la precisión del altímetro de un dron? ¿Tiene una precisión de unos pocos pies o debería darle un margen más amplio? ¿Cómo funcionan los altímetros de drones?
La importancia de los altímetros de los drones
La lectura de altitud de un dron no es solo un dato de telemetría que miramos de vez en cuando. En muchas situaciones, las lecturas del altímetro son algunos de los parámetros de vuelo más críticos. Si está volando en un área urbana, es posible que deba establecer su altitud mínima por encima de la altitud mínima de franqueamiento de obstáculos (MOCA) para evitar estructuras altas.
Hacer un seguimiento de las cifras de altitud también puede ser crucial para el cumplimiento legal. En áreas de espacio aéreo controlado, el vuelo de drones generalmente se restringe a altitudes por debajo de los 400 pies AGL. Esto asegura que su dron no interfiera con las operaciones de aeronaves tripuladas.
Los altos niveles de precisión de la altitud son muy importantes en las aplicaciones de teledetección, como la cartografía aérea o la agricultura de precisión. Las mediciones espaciales realizadas a través de sensores remotos siempre se realizan en relación con la ubicación del dron, un parámetro que involucra su altitud de vuelo. No prestar atención a la precisión de la altitud de un dron es una forma segura de terminar con mediciones inexactas, ya sea que esté mapeando un campo completo o midiendo la altura de un edificio.
La precisión de diferentes altímetros de drones
Un factor que complica este asunto es que los altímetros de los drones pueden funcionar utilizando diferentes mecanismos. En algunos casos, los drones pueden tener más de un sistema para medir la altitud y cambiar entre ellos bajo ciertas circunstancias.
Infrarrojo
La mayoría de los drones tienen sensores orientados hacia abajo que usan infrarrojos. Estos son comúnmente llamados Sistema de Posicionamiento de Visión (VPS). Estos sensores se basan en principios de tiempo de vuelo para determinar la altitud de un dron.
La altitud basada en infrarrojos es muy precisa dado que la está utilizando dentro del rango aceptable y que el dron no está volando sobre una superficie reflectante, como el agua. Esto se ha programado en los drones y saldrán del VPS cuando alcancen un determinado umbral de altitud, normalmente entre 20 y 30 pies.
Una ventaja de la altitud VPS es que siempre se mide en relación con el suelo o en unidades AGL. Si necesita medir la altura de una estructura, usar VPS es una manera fácil de obtener lecturas precisas. No necesita hacer un “restablecimiento de altitud” del dron para obtener lecturas precisas de VPS: su precisión es bastante constante incluso si ha estado volando durante largos períodos sin aterrizar.
La principal limitación del VPS basado en infrarrojos es que solo funciona dentro de un rango de altitud pequeño. En la mayoría de los drones, este límite es de unos 25 pies AGL. Más allá de esto, la señal infrarroja se vuelve demasiado débil debido a la atenuación natural. Si necesita volar más alto, simplemente no puede confiar solo en VPS para las lecturas de altitud.
barometría
El mecanismo de medición de altitud dominante en los drones es la barometría. Esto mide la altitud en función de la presión del aire. A medida que el dron gana altitud, la lectura de la presión del aire disminuye constantemente. Un barómetro no tiene límites, no tiene tasas de efectividad en términos de altitud; aún puede medir la altitud en los niveles máximos que puede alcanzar un dron.
El barómetro de un dron puede medir tanto la altitud relativa como la absoluta. Esto significa que registra la altitud en unidades MSL y AGL simultáneamente. Cualquiera de estas lecturas o ambas pueden ser importantes dependiendo de la aplicación.
El barómetro de un dron, al igual que cualquier otro instrumento, debe calibrarse periódicamente. Esto tiene que hacerse al nivel del mar, donde la presión del aire teóricamente debería estar alrededor de 14,7 psi o 101,325 milibares. El dron utilizará la información recopilada en la calibración para determinar los valores absolutos de altitud.
Aunque la barometría es una tecnología establecida para medir la altitud, tampoco es perfecta. Dentro de una sola misión de vuelo, las lecturas de altitud pueden fluctuar debido a cambios significativos en la presión o temperatura del aire.
Algunas pruebas han demostrado que las fluctuaciones en las lecturas de la barometría tienden a aumentar a medida que avanza la misión de vuelo. Una solución fácil a este problema es “volver a poner a cero” el barómetro aterrizando el dron y despegando de nuevo. Sin embargo, el fenómeno de la deriva de altitud hace que sea difícil determinar exactamente qué tan preciso es un barómetro.
La precisión de un barómetro específico puede variar según el nivel de sofisticación de la columna de presión de aire. En la mayoría de los casos, la altitud basada en el barómetro debe tener una precisión de 10 pies. Esto debería ser suficiente para la navegación de vuelo básica, pero aún puede ser demasiado inexacto para el mapeo de alta precisión.
GPS
Los receptores GPS a bordo de un dron determinan la ubicación de un dron utilizando datos triangulados de varios satélites GPS. Esto se usa principalmente para determinar la posición horizontal de un dron. Los datos de GPS juegan un papel muy importante en las aplicaciones de drones que involucran datos espaciales como el mapeo y el modelado 3D.
La triangulación GPS también se puede utilizar para determinar la altitud de vuelo de un dron. Sin embargo, se considera menos preciso e incluso más propenso a la deriva en comparación con la barometría. La mayoría de los drones pueden registrar tanto la barometría como las altitudes del GPS. Las plataformas de software de mapas suelen ser parciales a los datos de altitud basados en la barometría, un testimonio de cuán poco confiables se consideran las lecturas de altitud del GPS.
La precisión de los datos de posición del GPS puede variar según la intensidad de la señal del GPS. Esto dependerá de la constelación de la red GPS y puede verse afectado por interferencias, ya sea por otras fuentes de señales electromagnéticas o por grandes estructuras cercanas que puedan bloquear las señales GPS. Se sabe que las lecturas de altitud del GPS se desvían hasta 50 pies dentro de los cinco minutos del vuelo del dron.
Al observar las tecnologías utilizadas para medir la altitud, también comprendemos que cada una tiene limitaciones. Tomar nota de estas limitaciones es la clave para entender lo que podemos y no podemos hacer con nuestros drones.
Métodos para mejorar la precisión de la altitud
Si solo está volando un dron por diversión o para tomar fotos, entonces no tendrá que preocuparse por las imprecisiones de altitud. La lectura de altitud de un dron rara vez se desvía lo suficiente como para considerarlo grave o peligroso.
En los casos en que se necesiten lecturas de altitud precisas, es posible que se deban realizar protocolos adicionales.
Calibración periódica de IMU
Independientemente de cómo use su dron, calibrar su IMU periódicamente es una buena idea. La unidad de medida inercial (IMU) es un término colectivo para los sensores que utiliza un dron para determinar su ubicación y actitud de movimiento, incluidos su barómetro, giroscopios y acelerómetros.
Hay varias circunstancias que deberían indicar que su dron necesita una calibración IMU. Debe calibrar el dron antes de su primer vuelo y cada vez que el dron reciba una actualización de firmware. Si su dron sufre un accidente desagradable, sería una buena idea volver a centrar sus sensores a través de la calibración IMU.
Si está moviendo su dron a una altitud diferente (más de 1000 pies de diferencia), es probable que obtenga mejores resultados de altitud si calibra primero.
También puede haber señales reveladoras de que su dron necesita calibración, como que no puede mantener un vuelo estacionario estable o que la lectura de altitud no vuelve a cero cuando el dron aterriza en el mismo punto de despegue. Con suficiente experiencia, debe aprender a ‘escuchar’ a su dron y reconocer señales de sensores no calibrados.
Casi todos los drones modernos tienen modos de calibración IMU automáticos. Solo asegúrese de hacer la calibración colocando el dron en una superficie plana y lejos de cualquier fuente importante de interferencia electromagnética. Es una buena idea usar un nivel de burbuja real para este paso.
Establecimiento de GCP
Para aplicaciones cartográficas, no se aceptan imprecisiones de altitud de hasta 10 pies. Para compensar estas imprecisiones, una de las técnicas más establecidas es colocar puntos de control terrestre (GCP) dentro del área de estudio.
Los GCP son puntos preestablecidos y premarcados en el área de estudio que pueden actuar como “anclas” para el mapa. El equipo topográfico deberá acceder a estos puntos para que puedan tomar mediciones de GPS de alta precisión. Se considera una buena práctica tener al menos 5 GCP en un área de estudio, independientemente del tamaño.
El ajuste de altitud a través de GCP es una técnica que se aplica después del vuelo. Requiere procesamiento de datos a través de una plataforma GIS como ArcGis o GlobalMapper. No lo ayudará con la navegación porque las encuestas de mapeo se realizan utilizando planes de vuelo preprogramados de todos modos.
Uso de una estación terrestre
Una alternativa a los GCP es tener una estación terrestre que se comunique con otro módulo a bordo del dron. Esto utiliza el flujo de trabajo cinemático en tiempo real (RTK) o cinemático de posprocesamiento (PPK). La idea detrás de esta técnica es que el dron corrige continuamente sus datos de posición en función de su distancia desde una estación terrestre permanente.
La corrección de altitud a través de la estación terrestre puede proporcionar una precisión de nivel centimétrico. Sin embargo, también implica comprar un dron que esté equipado con RTK o PPK y la estación terrestre correspondiente. Esto le costará al menos $ 5000. La comodidad adicional que brinda es que reduce el trabajo necesario para configurar GCP en el campo.
A menos que esté en el campo de la cartografía, entonces unos pocos pies de desviación de altitud probablemente no sean un gran problema. Hacer la calibración básica de IMU debería ser suficiente para un uso casual. Aquellos que necesiten números de altitud más precisos tendrán que corregir sus datos utilizando técnicas de “verdad sobre el terreno”. Estos están bastante establecidos en el campo de la cartografía.
Pensamientos finales
Los altímetros son uno de los sensores esenciales en un dron. Son confiables pero pueden no ser del todo precisos. Varios factores influyen en la precisión del altímetro de los drones y algunos de ellos no son fáciles de controlar.
La buena noticia es que las lecturas de altitud de los drones normalmente se desvían dentro de un rango de valores aceptable. Siempre que realice calibraciones IMU con una frecuencia razonable, las lecturas de altitud de su dron deben estar dentro de los 10 pies de los valores reales.
Las aplicaciones de mapeo son una excepción a este nivel de tolerancia. Sin embargo, la precisión de ubicación a nivel de centímetros se puede lograr con algunos protocolos de corrección de datos establecidos.
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