Planificadores de vuelos de drones: La continua integración de LiDAR y UAVs
Introducción a los planificadores de vuelos
Un dron LiDAR es un vehículo aéreo no tripulado (UAV) equipado con sensores LiDAR (Light Detection and Ranging). Un LiDAR es un sensor activo que utiliza la medición inercial para correlacionar dónde se encuentra en la superficie terrestre, lo que da como resultado una medición directa de la tierra. Estas mediciones se visualizan en una nube de puntos 3D que permite crear mapas y modelos 3D muy precisos y detallados para diversas aplicaciones. Los drones LiDAR ofrecen varias ventajas sobre los métodos topográficos tradicionales, como la rentabilidad, la eficiencia en el tiempo y la capacidad de capturar datos de zonas inaccesibles o peligrosas.
La precisión de los datos es importante en la recopilación de datos LiDAR, ya que los datos y los productos de datos derivados deben cumplir normas de alta calidad. El término precisión se utiliza a menudo indistintamente con exactitud, pero no significan lo mismo. La exactitud se refiere a la precisión geográfica, mientras que la precisión es la repetibilidad de una medida. En LiDAR para drones, un sistema preciso producirá una nube de puntos muy fina, con poco «ruido» (término que se refiere a la variación e irregularidad dentro de la nube de puntos). Los últimos sensores LiDAR pueden mejorar la precisión combinando los puntos fuertes de distintas tecnologías de posicionamiento.
Los planificadores de vuelos o aplicaciones de vuelo son programas informáticos que permiten planificar, ejecutar y supervisar vuelos automatizados de drones desde un ordenador o dispositivo móvil. Suelen incluir una lista de ajustes e instrucciones que guían al dron durante una misión de vuelo. En comparación con la planificación manual de vuelos, las aplicaciones de vuelo permiten planificar vuelos de drones de forma rápida y precisa, hacer que un dron funcione de forma autónoma y ejecutar trabajos de gran capacidad de forma eficiente, precisa y segura. Los planificadores de vuelo son una de las razones por las que la cartografía con drones ofrece ventajas significativas en términos de coste, velocidad y precisión, en comparación con los métodos tradicionales de topografía.
Ventajas de los planificadores de vuelos en los estudios LiDAR
Los planificadores de vuelo avanzados combinan herramientas de planificación de vuelo estándar con funciones específicas de la aplicación que ayudan a agilizar los diversos preparativos previos al vuelo para los levantamientos LiDAR. El plan de vuelo de un dron para un estudio LiDAR es una combinación determinada de instrucciones, incluidas coordenadas, velocidad, altitud, dirección, rumbo, etc., que sirven para guiar a un dron en la realización de un vuelo y la captura de datos cartográficos. Los planificadores de vuelos suelen incluir listas de comprobación previas al vuelo, planificación de rutas, análisis del terreno en 3D, comprobación del cumplimiento de las normas del espacio aéreo y funciones de control meteorológico.
Ejemplo de características
Para realizar estudios LiDAR exhaustivos, el software avanzado de planificación de vuelos ofrece funciones específicas para cada aplicación, como rutas optimizadas, ajustes de altitud y configuraciones de solapamiento para maximizar la cobertura de datos. De este modo, se pueden superar los retos potenciales de los LiDAR basados en drones, como el alcance y la resolución limitados.
Otra función esencial de los planificadores de vuelos con fines cartográficos es la planificación de vuelos por waypoints, en los que el usuario puede dibujar una zona objetivo en un mapa mediante puntos, líneas y polígonos, así como controlar la posición del dron en tiempo real durante el vuelo. Las trayectorias de los waypoints de los drones siguen un patrón irregular basado en las características únicas de la zona de interés, pero los drones también pueden seguir un patrón cuadriculado o una trayectoria cuadriculada. Un planificador de vuelos permite a los usuarios seleccionar manualmente los puntos de paso que el dron debe sobrevolar o designar un área de cobertura y diseñar un patrón de vuelo adecuado.
Optimización de la precisión de los datos y las trayectorias de vuelo
Mediante la definición de trayectorias de vuelo precisas, se garantiza la exactitud de los datos utilizando un planificador de vuelo: La precisión de los datos LiDAR depende de la velocidad de vuelo y la altitud de vuelo, que pueden gestionarse mediante un planificador de vuelo. Utilizando mapas de elevación para planificar una trayectoria de vuelo precisa, el dron puede seguir o ajustarse a la altura del terreno durante el vuelo, de modo que se mantiene una altura de vuelo constante en todo momento durante toda la trayectoria de vuelo, lo que garantiza la coherencia y precisión de los datos.
Los planificadores de vuelo pueden encontrar rápidamente la trayectoria de vuelo óptima para ahorrar tiempo sobre el terreno y cubrir la mayor superficie posible, aprovechando al máximo la duración de la batería del dron. Como un planificador de vuelos puede tener en cuenta muchos parámetros a la vez y optimizar el rendimiento en función de todos ellos, se mejora la eficacia general y se reduce el tiempo de misión sobre el terreno.
Plan de vuelo sobre 2 500 hectáreas de selva tropical en Uganda con un dron Quantum-Systems VTOL Trinity F90+ equipado con un lidar Qube 240 (procesado en YellowScan CloudStation). © L’Avion Jaune
Integración perfecta de los planificadores de vuelo con los sistemas LiDAR
Los planificadores de vuelo son programas de software que no suelen venir incluidos en los drones comerciales, por lo que hay que comprarlos y descargarlos por separado. Los planificadores de vuelos suelen estar disponibles en dos versiones: soluciones comerciales disponibles en el mercado (COTS) y soluciones a medida. Los COTS ofrecen un nivel básico de funcionalidad y los proveedores de software los ponen directamente a disposición de los usuarios, mientras que las soluciones a medida se crean para satisfacer necesidades y requisitos específicos del mercado, como la cartografía y la navegación. También se conocen como planificadores de vuelo avanzados porque ofrecen funciones avanzadas para aplicaciones específicas, como las aplicaciones LiDAR.
Integración con sistemas LiDAR
Para cumplir los requisitos de las aplicaciones del sector LiDAR, los desarrolladores de planificación de vuelos colaboran estrechamente con los distintos proveedores de sistemas LiDAR para que el hardware y el software estén bien integrados. Para los usuarios finales, esto significa, por ejemplo, que el planificador de vuelos lleva incorporado un conjunto de herramientas LiDAR para calibrar la IMU del dron y recopilar nubes de puntos LiDAR precisas y exactas. Este conjunto de herramientas también les permite seleccionar el sensor LiDAR de su elección para asegurarse de que se aprovechan las capacidades individuales de ese sensor durante el vuelo del dron.
La sinergia entre los planificadores de vuelo avanzados y los sistemas LiDAR también se traduce en opciones de personalización para aplicaciones LiDAR específicas, como escaneados verticales complejos (como la captura de fachadas de edificios o acantilados rocosos), escaneados de áreas o cartografía de corredores (ríos, tendidos eléctricos). Se ofrece compatibilidad y optimización para diferentes escenarios de estudio LiDAR mediante la planificación del vuelo de acuerdo con un campo de visión (FOV) específico, la inclusión de calibraciones en forma de ocho durante las misiones para mejorar la precisión del dron y la forma en que el dron realiza los giros para garantizar la precisión de los datos.
Ejemplo UgCS
Una de estas soluciones COTS para cartografía LiDAR es UgCS, un software de control terrestre para la planificación de misiones y el control de vuelo de drones. Ha sido desarrollado por SPH Engineering, empresa de desarrollo de tecnología para drones. UgCS soporta los drones más populares e incluye características como planificación de levantamiento LiDAR con calibraciones IMU automáticas, seguimiento completo del terreno 3D y herramientas incorporadas de fotogrametría, corredor y escaneo vertical. Se utiliza para aplicaciones como LiDAR, inspecciones verticales, fotogrametría, inspecciones de líneas eléctricas y estudios de transmisión de vídeo en directo.
El conjunto de herramientas UgCS para la planificación de misiones LiDAR ayuda a reducir los errores humanos y desbloquear todo el potencial de LiDAR. Para ello, el piloto debe calibrar correctamente la IMU (normalmente, al menos dos veces por vuelo). Mientras que diferentes fabricantes LiDAR recomiendan diferentes patrones de calibración, UgCS soporta los patrones de calibración más populares incluyendo la Octava figura y la Forma-U.
Además de calibrar la IMU, el piloto de un dron debe mantener la altura de vuelo y el espaciado entre líneas de escaneado correctos para garantizar la cobertura y la densidad de puntos, y asegurarse de que los giros del dron y el escaneado de líneas son los adecuados para minimizar la acumulación de errores de la IMU y la agitación excesiva del LiDAR por encima del área de interés. El FOV debe ser especificado manualmente por el piloto, y tanto el FOV como la altitud afectan al espaciado entre líneas. Ambos son parámetros independientes que el usuario debe introducir en el planificador de vuelos, entre otros múltiples que se explican por sí mismos.
Principales ventajas
Los clientes que han utilizado UgCS para la cartografía basada en LiDAR mencionaron ventajas clave que incluyen la programación multimisión y la configuración intuitiva de la misión para ponerse en marcha rápidamente. La posibilidad de cargar MDT y geometrías personalizadas en formato KML es especialmente útil para los levantamientos de alta resolución, así como una conectividad Wi-Fi estable entre el ordenador que ejecuta el planificador de vuelos y el dron. Ahora es posible realizar vuelos LiDAR totalmente autónomos, desde el despegue hasta el aterrizaje, gracias a una nueva figura de inicialización incorporada.
Captura del software de planificación de vuelos UgCS © UgCS
Tendencias e innovaciones futuras
Debido a las ventajas que ofrecen los drones LiDAR frente a los métodos topográficos tradicionales, se espera que la adopción de drones LiDAR en distintos sectores crezca en los próximos años. La adopción del LiDAR basado en drones en distintos sectores, como laconstrucción y la topografía, las infraestructuras, la planificación urbana, el transporte y la silvicultura y elmedio ambiente, ha sido enorme y seguirá creciendo. La creciente popularidad de los vehículos autónomos y la necesidad de datos cartográficos de alta resolución también beneficiarán al mercado de los drones LiDAR.
La sinergia existente entre los proveedores de software de planificadores de vuelo avanzados y los fabricantes de sistemas LiDAR redundará en beneficio de una mayor integración tanto del hardware como del software para facilitar la captura de datos LiDAR en nuevas aplicaciones industriales para distintos mercados. Los avances en la tecnología LiDAR, como sensores LiDAR más ligeros y compactos, la mejora de las capacidades de vuelo de los drones y la integración de software para el procesamiento y análisis de datos, impulsarán aún más la adopción del mercado. Es probable que estos avances tecnológicos lleguen a los planificadores de vuelos avanzados para explotar al máximo las posibilidades de los nuevos sensores LiDAR, con el fin de capturar y procesar la mayor cantidad de datos LiDAR de alta calidad en un breve espacio de tiempo, impulsando aún más la eficiencia.
Sistema LiDAR YellowScan Navigator montado en el UAV Acecore Noa
Conclusión
En este artículo se analiza el papel crucial de los planificadores de vuelo en la optimización de los estudios LiDAR para drones. Los planificadores de vuelos son aplicaciones informáticas que proporcionan las herramientas necesarias para que los pilotos de drones planifiquen y ejecuten sus vuelos con mayor precisión, eficacia y seguridad. Un planificador de vuelos avanzado, como el software de planificación de misiones y planificación de vuelos UgCS de SPH Engineering, ofrece funciones adicionales para la recogida eficaz de datos LiDAR de drones y agiliza los preparativos previos al vuelo de drones equipados con LiDAR, por ejemplo mediante herramientas LiDAR específicas que incluyen el seguimiento del terreno y la calibración de la IMU a intervalos de tiempo y distancia establecidos durante el vuelo. Debido a las muchas ventajas que ofrecen los planificadores de vuelo avanzados para los proyectos LiDAR con drones, incluida la mejora de la recopilación de datos y el aumento de la eficiencia, se recomienda encarecidamente su uso para su próximo estudio LiDAR con drones.
Preguntas frecuentes sobre planificadores de vuelos
¿Qué es un planificador de vuelos UAV y por qué es esencial para los levantamientos LiDAR?
Un planificador de vuelos es una herramienta informática diseñada para planificar, ejecutar y supervisar vuelos automatizados de drones. Desempeña un papel crucial en los levantamientos LiDAR al garantizar una recogida de datos precisa y eficaz, optimizando el proceso general de levantamiento.
¿Cómo mejoran los planificadores de vuelos los preparativos previos al vuelo?
Los planificadores de vuelo avanzados van más allá de las herramientas estándar y ofrecen funciones específicas de la aplicación que agilizan los preparativos previos al vuelo. Esto incluye la optimización de las trayectorias de vuelo, el ajuste de los parámetros para sensores LiDAR específicos y la garantía del cumplimiento de los requisitos del estudio.
¿Qué características debo tener en cuenta para optimizar el rendimiento de la encuesta?
A la hora de elegir un planificador de vuelos, hay que tener en cuenta características como la compatibilidad, la facilidad de uso, la capacidad de seguimiento en tiempo real y la posibilidad de personalizar las trayectorias de vuelo. Estas características contribuyen a una adquisición de datos LiDAR más precisa y eficaz.
¿Puede un planificador de vuelos para levantamientos LiDAR ayudar a garantizar la seguridad y el cumplimiento de la normativa?
Sí, muchos planificadores de vuelos incorporan funciones de seguridad y herramientas de cumplimiento de la normativa. Entre ellas pueden figurar la delimitación geográfica para restringir el movimiento de los drones, las listas de comprobación previas al vuelo y la integración con información sobre el espacio aéreo para garantizar la seguridad y legalidad de las operaciones topográficas.
¿En qué beneficia la integración de funciones específicas de la aplicación a los levantamientos LiDAR con UAV?
La funcionalidad específica de la aplicación en los planificadores de vuelo LiDAR de UAV satisface los requisitos exclusivos de los estudios LiDAR. Esto puede incluir el seguimiento automático del terreno, la previsualización de nubes de puntos y herramientas para ajustar los parámetros de vuelo en función de las características específicas de los sensores LiDAR utilizados, optimizando en última instancia la recogida de datos.
