UAS en las Montañas

Áreas Alpine desafían el ingenio de los seres humanos en el diseño y la realización de levantamientos aéreos. Hay poco espacio para la navegación y recepción de las señales GNSS, las pendientes pronunciadas provocan grandes diferencias de escala en las imágenes obtenidas. Los vientos pueden ser fuertes e impredecibles y las  Temperaturas a menudo son por debajo de cero, además que las fluctuaciones rápidas de altitud pueden complicar aún más las cosas. Los autores muestran que la tecnología de base UAS se pone en un multicopter y permite un desprendimiento de rocas que exigen un control en una altitud de 2.900 m.

Las montañas son áreas muy dinámicas donde deslizamientos, desprendimientos de rocas, flujos de escombros y avalanchas pueden ser ocurrencias frecuentes. Si tales peligros naturales amenazan las vidas humanas o infraestructura, evaluación de riesgos y aplicación de medidas de seguridad – tales como el desarrollo de estudios de sistemas de alerta temprana requieren datos actualizados, detallados y precisos sobre la topografía en forma de modelo digital de superficie (DSM) y ortoimágenes. Estos pueden ser capturados por UAS menos costosos en comparación con los estudios aéreos convencionales.

Además, a diferencia de la geomensura tradicional, los UAS permiten la captura de datos sin la necesidad de entrar en peligrosas áreas a pie.


Figura 2, Preparación del multicopter para el aterrizaje, que tiene que ser controlado manualmente

Terreno y UAS

La zona que se vigilará es parte de una famosa ruta de senderismo en los Alpes, cerca de Vent/Solden, en Austria, amenazados por derrumbes activos y formación de grietas (Figura 1), El sitio cubre un área de 900 m por 400 m, y las altitudes que varian de 2.450 m a 2.850 m.

Los dos sistemas disponibles son GRID-IT GmbH una QUEST-UAV de ala fija y UAS de Twina.
NRN multicopter. Ambos eran fácilmente transportables, muy importante, ya que el acceso a la ubicación de senderismo es muy remoto y demora unas tres horas.

Ambos son capaces de funcionar en condiciones de Montañas. USAS de ala fija pueden permanecer en el aire con multi-rotores y la captura de sitios más grandes, pero también necesitan un lanzamiento y aterrizaje en espacios en regiones montañosas, por lo que el multicopter es el elegido. Una segunda razón de esta decisión fue el hecho de que iba a ofrecer una cobertura completa en tan sólo tres vuelos. Imágenes Nadir de terrenos con fuertes pendientes, como montañas, muestran diferencias a gran escala que impiden el procesamiento fotogramétrico.

Por lo tanto se tomaron imágenes oblicuas en el lugar por la inclinación de la cámara de manera que el plano de la imagen era aproximadamente paralela a la pendiente. La inclinación se realiza automáticamente durante el vuelo para subir el tono y ángulos de balanceo en el piloto automático como parte del plan de vuelo. La altura de vuelo se limita a 150 m debido a restricciones legales. Sus brazos del rotor plegables y discos extraíbles aliviaron su transporte. Con un levantamiento de carga aérea de 1,2 kg, la UAS pueden permanecer en el aire durante 20 minutos en condiciones normales. Sin embargo, este número se redujo a la mitad, a casi 12 minutos en las montañas, debido a las ráfagas de vientos y Temperaturas bajas que agotaron las baterías con mayor rapidez.

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Figura 1, Las grietas frescas a lo largo del sendero de trekking

Planificación de Vuelo

Antes del vuelo, los siete puntos de control (CGP) fueron marcados y medidos con el GNSS diferenciales para garantizar una georreferenciación precisa. El plan de vuelo fue diseñado utilizando una Red flightmanager, un plan de vuelo y sistema de análisis desarrollado especialmente para terrenos montañosos. El vuelo se realizó con autonomía montañosa, y sólo el lanzamiento y el aterrizaje fueron controlados manualmente (Figura 2). Para justificar la resolución óptima para toda el área, las líneas de vuelo fueron diferenciados en tres niveles, cada uno con una inclinación de la cámara diferente (Figura 3). Las imágenes se obtuvieron con un 75% de superposición lineal de la pista, lo que resulta en 126 imágenes.

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Figura 3, Líneas de vuelo a 36 metros de distancia

Procesamiento y Análisis

Después del vuelo, la posición del centro de proyección y los tres ángulos de posición se extrajeron del registrador utilizando flightmanager y se asignan a cada imagen. Estos parámetros de orientación externa, junto con las coordenadas GCP fueron introducidos en el programa Apero/Micmac para el ajuste de bloques coincidentes densos. La longitud focal de la cámara tuvo que ser adaptada durante el ajuste de bloque debido a la baja Temperatura del sitio, la cual había anulado el valor calibrado, que se había determinado anteriormente.

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Figura 4, UAS DSM (6 cm GSD) cubierta sobre una colina sombreada Lidar DSM (1 metro GSD), ortoimágenes color correspondientes a cada punto de la UAS DSM.

La aerotriangulación dio lugar a un error cuadrático medio de 0,72 píxeles (4.3 cm) y una precisión de 1,4 cm GCP. A partir de la superposición de las imágenes, 78 millones de puntos con 6 cm de separación se extraen automáticamente usando software de image-matching y se georreferencio en un sistema de coordenadas local para comparar la nube de puntos resultante contra un vuelo aerotransportado Lidar DSM capturado en el año 2010 (Figuras 4 y 5). Los datos multi-temporales permiten la determinación de la longitud, velocidad y dirección de desplazamiento de la superficie. En base a un análisis estructural geológico, el camino de trekkng se redirigió hacia un terreno más estable.

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Figura 5, Cambios de Elevación

Observaciones finales

La tecnología UAS es valiosa para el seguimiento de riesgos naturales en ambientes montañosos. La planificación del vuelo y puntos de chequeos son factores clave para asegurar una Misión de vuelo seguro y exitoso. Planes de vuelo cuidadosamente definidas producen las imágenes de alta resolución necesarias para el monitoreo del desprendimiento de rocas con DSM y ortoimágenes.

Fuente:

GIM International

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