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Drones y Agricultura de Precisión

1. Descripción del eje temático Introducción 3

2. De los primeros cultivos a la agricultura de precisión 4

3. Agricultura de precisión 7

Medir, evaluar, actuar 7

El GPS 9

Las imágenes satelitales 11

Sistemas de información geográfica 12

Satélites vs. Drones 13

4. Drones en la agricultura de precisión 15

Uso actual en la agroindustria 19

Pulverización dirigida 19

Monitoreo de rendimiento y mapeo 21

Determinación de superficie útil 21

Conteo de plantas 22

Análisis de estado nutricional 23

Estrés hídrico 24

Detección de enfermedades y plagas 24

Tendencias a futuro 25

Automatización total mediante drones 25

B Droid 26

Drones para entrega de comida y medicamentos 27

5. Aprendiendo como funciona un dron por dentro 28

Tipos de drones 28

Partes principales 31

Mecánica de funcionamiento 35

Sistemas de control 37

Diferentes modos de vuelo 38

6. Consideraciones para el vuelo de drones 39

Legales 39

Limitaciones propias del dron 43

7. Principios de exploración fotográfica con drones 44

Fenómenos ópticos de la fotografía aérea 45

Resolución, altura de vuelo, velocidad… 47

1

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Cámaras 53

Formatos de imágenes 56

8. Diseño del plan de vuelo 58

9. Georeferenciación de imágenes 62

10. Generación del ortomosaico 64

11. Índices de vegetación 66

Luz visible e infrarroja 66

Índice de vegetación diferencial normalizado (NDVI) 67

Otros índices 71

12. Consideraciones finales 72

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1. Descripción del eje temático Introducción

Bienvenido!

A lo largo de estas páginas recorreremos los contenidos necesarios para introducirnos en el

fascinante mundo de los nuevos avances tecnológicos y sus usos dentro del campo de la agricultura.

Tendremos como principal eje a la agricultura de precisión y su implementación a través del uso de

drones.

Comenzaremos haciendo un breve recorrido histórico y analizando el contexto que llevó a su

implementación en la producción agrícola. Veremos algunas aplicaciones concretas dentro de este

campo y las principales tendencias a futuro de esta tecnología.

Luego de este panorama general, abordaremos los principales conceptos sobre la tecnología que

hace posible un sistema de precisión en la agroindustria. Conoceremos cómo funciona un dron por

dentro y todo el proceso necesario para sacarle el máximo provecho a las imágenes que podemos

obtener con él.

Junto con este material, tendrás a tu disposición una guía de trabajos prácticos que te ayudará a

comprender mejor los temas y te permitirá ponerlos en práctica.

Bueno, sin más rodeos, comencemos!

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2. De los primeros cultivos a la agricultura de precisión

En un principio los seres humanos accedían al alimento por medio de la caza y la recolección. Y se

cree que no fué sino hasta hace unos diez mil años, que el hombre comenzó a domesticar plantas y

animales como forma de obtener un suministro alimenticio accesible y predecible . Con esto no solo 1

nacían la agricultura y la ganadería, sino que también muchas de las tribus, que antes eran nómades,

pasaron a establecerse en lugares fijos para asegurarse el sustento y así, formaron los primeros

poblados, que con el tiempo se convertirían en ciudades.

En un primer momento, las herramientas manuales que se utilizaban para el cultivo de la tierra, eran

fabricadas principalmente con madera y piedras. Más adelante, estos materiales fueron

reemplazados por metales como el hierro y el bronce, que las hicieron más complejas y eficientes.

Sin embargo, la agricultura continuó siendo una actividad intensa y laboriosa durante mucho tiempo.

En los siglos dieciocho y diecinueve, se produjo una verdadera revolución, cuando se consiguió

mejorar sustancialmente la máquina de arado, se inventó la primera máquina sembradora del

mundo y se logró realizar un sistema mecánico de cosecha. Esto redujo notablemente los tiempos y

disparó la producción agricola.

1 Historia y Biografía (2017). Historia de la agricultura. Recuperado de: https://historia-biografia.com/historia-de-la-agricultura/

4


Antigua máquina de arado tirada por tractor a vapor

En el siglo veinte, el motor a explosión reemplazó la tracción a sangre y junto con la aparición de los

fertilizantes y pesticidas industriales, luego de la segunda guerra mundial, permitió aumentar

notablemente el manejo de los terrenos cultivados, dándole un nuevo impulso a la producción. En

esta etapa de industrialización del campo, fue fundamental el uso de los aviones agrícolas, que

permitían fumigar grandes extensiones de terreno en muy poco tiempo.

Avión soviético para fumigación aérea de la década del 70.

Sin embargo, los cambios no se daban solo en el ámbito tecnológico. Gran parte de la población, que

antes era rural, comenzó a establecerse en los conglomerados urbanos. El comercio comenzó a

5


hacerse más activo y requirió una mayor innovación en la producción, para satisfacer la demanda de

los consumidores.

Tratando de satisfacer esta demanda, en los años sesenta, con la llegada de la electrónica de estado

sólido y los estudios sobre automatización de las máquinas agrícolas, se comenzó a delinear una

nueva manera de hacer agricultura.

En forma complementaria, a fines de la década del ‘80 y comienzos del ‘90, con la liberación del

sistema de posicionamiento global por satélite (GPS) para uso civil, fue posible desarrollar equipos

inteligentes, que posibilitaron el manejo localizado de las prácticas agrícolas . 2

Máquina agrícola moderna. Fuente: deere.com

A su vez, se hizo fundamental el continuo mejoramiento de granos y semillas para la obtención de

nuevas y mejores especies, capaces de resistir a las plagas y a las inclemencias del tiempo.

Todos estos avances tecnológicos, permitieron obtener una mayor eficiencia de aplicación de los

insumos, la disminución de los costos en la producción de alimentos y una potencial reducción del

impacto sobre el medio ambiente. Este conjunto de técnicas, está dentro de que hoy conocemos

como Agricultura de Precisión.

2 Evandro C. Montovani, et al (2006). Agricultura de precisión: integrando conocimientos para una agricultura moderna y sustentable. Recuperado de: http://www.gisandbeers.com/RRSS/Publicaciones/Agricultura-Moderna-Precision.pdf

6


3. Agricultura de precisión

Fuente: blog.jacto.com.br

“La agricultura de precisión es un conjunto de técnicas orientado a optimizar el uso de los insumos

agrícolas (semillas, agroquímicos y correctivos) en función de la cuantificación de la variabilidad

espacial y temporal de la producción agrícola. Esta optimización se logra con la distribución de la

cantidad correcta de esos insumos, dependiendo del potencial y de la necesidad de cada punto de

las áreas de manejo” . 3

Medir, evaluar, actuar

Es decir que la agricultura de precisión consiste en aplicar la cantidad correcta de insumos, en el

momento adecuado y en el lugar exacto.

Pero a decir verdad, este es el final de la historia. Porque para llegar hasta este punto, antes fue

necesario poder contar con suficiente información del estado del suelo, que luego de ser

correctamente interpretada, permitió tomar la decisión de en qué momento y lugar aplicar el

insumo.

3 Rodolfo Bongiovanni et al.(2006). Agricultura de precisión: integrando conocimientos para una agricultura moderna y sustentable. Recuperado de http://www.gisandbeers.com/RRSS/Publicaciones/Agricultura-Moderna-Precision.pdf

7


El sistema en el que se basa la agricultura tiene entonces tres pilares fundamentales: la recolección

de los datos que permiten establecer mediciones sobre el estado del suelo y los cultivos, la

interpretación de los datos para realizar una correcta evaluación de la situación y la consecuente

toma de decisiones que nos permite saber dónde y cuándo actuar . 4

Modificado de: universidadagricola.com

Una vez finalizado el proceso, el ciclo vuelve a comenzar. Se vuelve a medir y se ajustan las acciones,

de manera que, en cada vuelta, el resultado se acerque cada vez más al óptimo. Es por eso que cada

parte, en la cadena de implementación de la agricultura de precisión, es fundamental. Si algo falla

dentro de esta, el resultado obtenido puede alejarse bastante del esperado. Y las consecuencias

económicas y ambientales pueden ser desastrosas.

Pero si todo funciona correctamente y el criterio empleado por quienes toman las decisiones es el

adecuado, la implementación de un sistema de agricultura de precisión traerá aparejado grandes

ventajas:

4 Manual de agricultura de precisión / IICA, PROCISUR - Montevideo: IICA, 2014. Recuperado de http://www.iica.int/sites/default/files/publications/files/2015/b3382e.pdf

8


● Ahorro de insumos: fertilizantes, agua, fitosanitarios

● Aumento de la producción

● Aumento de la calidad

● Optimización de los costos

● Reducción del impacto ambiental

Para llevar adelante un proceso de presión, la agricultura se sirve de los adelantos provistos por

diferentes áreas tecnológicas como las comunicaciones, la informática y la robótica. Dentro de estos,

el uso del GPS fue determinante, ya que esta tecnología permite determinar la posición de cualquier

punto sobre el planeta, en cualquier momento y con un error mínimo. Y esa posición, puede ser

conocida por cualquier ser humano o máquina que posea un detector GPS, ya que cada lugar del

espacio posee una coordenada única.

El GPS

Fuente: infoagro.com

“El sistema de posicionamiento global (GPS) es un sistema de navegación basado en satélites,

creado y operado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Comenzado a principios

de los ’80 este sistema fue declarado completamente operacional el 27 de Abril de 1995.

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Completamente operacional significa que el sistema puede ser usado para determinar la posición

de un receptor las 24 horas del día, en cualquier parte de la tierra. El sistema fue concebido

originalmente como un auxiliar para la navegación para las fuerzas militares de los Estados

Unidos, pero hoy en día el GPS sirve también para fines industriales, comerciales y civiles.

El servicio está disponible, en forma gratuita, las 24 horas del día y bajo cualquier condición

meteorológica” . 5

Con esta información disponible, los dispositivos utilizados en la agricultura de precisión referencian

todas sus acciones según este sistema. Es decir que comparten un mismo lenguaje para referirse a

cada punto del terreno, ya sea para saber dónde medir, qué lugar analizar o en qué posición exacta

debe llevarse a cabo una acción. Este es el caso de lo que conocemos como banderillero satelital. Lo

cual significa que, mediante el sistema GPS, puede conocerse la ubicación exacta de una máquina de

siembra, cosecha o aplicación de productos químicos, en cualquier momento y lugar.

5 Mario Grabachini et al (1999). Sistema de posicionamiento global. Recuperado de http://www.agriculturadeprecision.org/descargaItem.asp?item=%2Farticulos%2Fsistema%2Dgps%2FSistemas%2DPosicionamiento%2Epdf

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Las imágenes satelitales

En los últimos años, con la masificación de internet y el acceso a las imágenes satelitales, se ha

hecho posible realizar la medición y análisis del estado del suelo, por medio de las fotos que brindan

los satélites sobre cada porción del terreno.

Este procedimiento es ampliamente utilizado dentro de la agricultura, aunque sus resultados pueden

verse afectados por las condiciones atmosféricas y tiene como principal desventaja que la

actualización de las imágenes se produce con una frecuencia relativamente baja, dejando una

ventana de tiempo en el medio donde no se cuenta con información

11


Sistemas de información geográfica

Fuente: astbly.com

Existen también otras tecnologías que permiten relevar y completar la información que brindan las

imágenes satelitales. En la actualidad, muchas plataformas recolectan información de sensores

remotos que, distribuidos estratégicamente dentro del terreno, permiten obtener datos como el

nivel de humedad del suelo y el PH, junto con otras variables ambientales como: temperatura,

presión atmosférica, nivel de dióxido de carbono, luminancia, etc.

Todos estos datos sumados constituyen un gran cúmulo de información, que debe ser gestionada

eficientemente para no perder ningún detalle, y a la vez, debe poder ser de fácil acceso e

interpretación por parte del usuario

Con este fin, se crearon los sistemas de información geográfica (GIS por sus siglas en inglés) que

permiten vincular hardware y software para almacenar, gestionar, manipular y analizar toda la

información geográficamente referenciada. Esta información puede irse agregando o desagregando

por capas según las necesidades del usuario.

12


Fuente: enciclopedia.us.es

Satélites vs. Drones

Otra de las tecnologías que han causado gran sensación desde su masificación, son los drones. Y la

agricultura, al igual que otras industrias, no se ha quedado atrás en su utilización.

Estás unidades de vuelo no tripulada, han puesto al alcance de todos la exploración aérea de

grandes extensiones de terreno, a un costo reducido y con un variado número de prestaciones.

Dentro de la agricultura de presición, en principio, son capaces brindar un servicio parecido al uso de

imágenes satelitales para el análisis del suelo, pero con la gran ventaja, de que las imágenes pueden

actualizarse con mayor frecuencia que en el caso de los satélites. Esto proporciona la posibilidad de

enterarse más prontamente de cualquier variación que pueda ser perjudicial para los cultivos y, en

consecuencia, poder implementar de manera temprana una acción correctiva.

13


Modificado de: hemav.com

14


4. Drones en la agricultura de precisión

Fuente: agtech.cl

Un poco de historia…

Los drones pertenecen a un grupo más amplio de aeronaves, constituido por todas aquellos

vehículos aéreos no tripulados (VANT o UAV por sus siglas en inglés), que tienen sus orígenes en la

segunda mitad del siglo XIX, incluso antes de que se desarrollen los aviones con piloto a bordo.

Los europeos fueron los primeros en desarrollar los principios de la aeronáutica y, al tratar de

aplicarlos a aeronaves viables, volaron modelos no tripulados que podrían ser considerados los

primeros vehículos aéreos no tripulados de la historia. Luego, pioneros de la aviación en diversos

países de todo el mundo siguieron una progresión común: de los planeadores a los aviones

propulsados no tripulados, y de los vuelos no tripulados a los tripulados . 6

Durante la primera y segunda guerra mundial se concretaron importantes avances dentro de la

industria militar, que permitieron desarrollar numerosos modelos de VANT, conducidos por

radiocontrol, que fueron utilizados con fines bélicos.

6 Cristina Cuerno Rejado (2015). Origen y desarrollo de los drones. Recuperado de http://drones.uv.es/origen-y-desarrollo-de-los-drones/

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Durante la década del sesenta, en plena guerra fría, las aeronaves no tripuladas fueron equipadas

con cámaras de fotos para realizar misiones de reconocimiento sobre territorio enemigo. En los años

siguientes, este uso y el de vigilancia fueron ganando cada vez más terreno, por lo que se

incorporaron cámaras de video y controles por radioenlace más confiables y con mayor alcance.

A la izquierda, dron de ala fija. A la derecha, uno de los primeros modelos con hélices axiales

Hasta ese momento los VANTs eran todas con sistema de ala fija. Debían realizar su despegue

mediante un sistema de lanzaderas, lo cual generaba diversos accidentes y hacía también dificultosa

la recuperación del vehículo una vez cumplida la misión. Es por esto, que hacia fines de los años

setenta se desarrolló un vehículo basado en hélices axiales que permitía el despegue vertical y

solucionaba el problema de la recuperación. Este tipo de vehículos tuvo un gran desarrollo durante

la década del ochenta.

Despegue de un dron de ala fija mediante el sistema de lanzadera. Fuente: efeagro.com

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En los años noventa, la incorporación del GPS a los VANTs, los liberó de tener que volar solo dentro

del alcance de la señal de radio, aumentando de esta manera considerablemente el alcance y

precisión de la navegación. Muchos de los modelos fueron modificados para poder llevar

armamento y disparar sobre un blanco específico, tendencia que, junto con la de vigilancia, ha ido en

aumento y en la que se han concentrado, hasta la actualidad, los desarrolladores de material bélico.

Dron de uso militar disparando un misil. Fuente: rawstory.com

Hasta los años noventa prácticamente todas las aplicaciones de los drones se daban en el ámbito

militar. Pero es hacia fines de esa misma década cuando la empresa Yamaha presentó el modelo de

ala giratoria Rmax y se dio en Japón la mayor producción a escala de un modelo para uso comercial.

Esta aeronave no tripulada permitía tanto la siembra como la fumigación sobre extensos campos de

arroz. Y fué un éxito no solo por su eficacia, sino también, por la regulación por parte del estado

japonés que facilitó su puesta en operación.

Dron Yamaha Rmax de uso en agricultura para fumigación. Fuente: echip.com.vn

17


Ya en el nuevo siglo, con la reducción del tamaño de los microcontroladores y el avance de la

tecnología, los drones se volvieron un elemento cada vez más al alcance de todos. Sin embargo, en la

mayoría de los países, la falta de una regulación apropiada no ha permitido poder desarrollar todo el

potencial del uso de drones en el ámbito civil.

Actualmente el uso de estas unidades por fuera de la esfera militar, se concentra principalmente en:

topografía, la inspección de grandes construcciones e infraestructura industrial, la prevención de

desastres naturales mediante el control de zonas de riesgo, las producciones audiovisuales y en la

agricultura.

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Uso actual en la agroindustria

Pulverización dirigida

Fuente: inimedia.co.id

Como vimos antes, Japón fue uno de los primeros países que incorporó el uso de drones para la

siembra y la fumigación de los campo de arroz. Para el 2010, el 30% de los arrozales de ese país

recibían los insecticidas por medio de estos dispositivos. De esta manera Japón encontró una formas

de suplantar el envejecimiento de la mano de obra campesina de su país, que al no poder cumplir

con todas la tareas que exige el cultivo, ponía en riesgo la producción de este importante alimento.

Se estima que, a la fecha, unos 7.000 agricultores de ese país confían en esta tecnología que les

permite reducir costos y aumentar la precisión . 7

A partir del año 2015 Estados Unidos permitió el uso del dron agrícola de Yamaha dentro de su

territorio y lo mismo sucedió con otros importantes países, que comenzaron a brindar permisos

especiales para que estas aeronaves pudieran sobrevolar sus campos.

7 Juan F. Samaniego (2017) Drones para agricultura: beneficios y casos reales. Recuperado de http://agriculturers.com/drones-para-agricultura-beneficios-y-casos-reales/

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A fines del 2017 Yamaha lanzó el YMR-01 una nuevo modelo de dron para la agricultura, basado en

un sistema multirrotor, capaz de crear un corriente de aire que pueda esparcir más uniformemente

el agroquímico y llegar hasta las raíces de los cultivos . 8

A la izquierda, dron pulverizador Yamaha RMax. A la derecha, nuevo modelo YMR-01

En los último años muchas empresas se han dedicado a la fabricación de modelos que les permitan

competir en el mercado. De esta manera un tercio de la producción de los drones que se fabricaron

en 2017 se estima que fueron para uso en industria y agricultura.

Este es el caso, por ejemplo, de la empresa china DJI y su dron para agricultura AGRAS MG-1S que

brinda la posibilidad de cargar hasta 10 kg de líquido y puede cubrir una superficie de 6000 m2 en 10

minutos . 9

Recientemente, la firma española Drone Hopper, dedicada a la fabricación de drones para el

combate de incendios, lanzó un modelo que se basa en el mismo principio de funcionamiento pero

para uso específico en la aspersión de plaguicidas.

A la izquierda, dron DJI AGRAS MG-1S. A la derecha, el modelo de Drone Hopper

8 DG DRONE (2017). Yamaha además de motos diseña drones. Recuperado de https://dgdrone.com/yamaha-ademas-motos-disena-drones/ 9 Cielito Drone (2018) Agras Mg1 Dron para agricultura. Recuperado de https://cielito-drone.myshopify.com/products/agras-mg-1-dron-para-agricultura

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Monitoreo de rendimiento y mapeo

Fuente: inventionary.com.ar

Una de las prestaciones que brinda cualquier dron comercial hoy en día es la de monitoreo. La

mayoría de modelos traen incorporados o permiten incorporar una cámara de fotografía o video, lo

que brinda la posibilidad de tener el panorama actualizado de extensas regiones de terreno en un

breve lapso de tiempo y a un bajo costo.

La simple observación del estado de las parcelas en tiempo real nos puede brindar valiosa

información sobre el estado del suelo o los cultivos, pero el posterior análisis de las imágenes

obtenidas, con la ayuda del software apropiado, nos brinda la clave que necesitamos para el manejo

apropiado de la producción.

Determinación de superficie útil

Una de estas aplicaciones la constituye la identificación de recursos hídricos y la determinación de la

superficie útil. A través de las imágenes tomadas por el dron, se pueden delimitar con precisión las

áreas propicias para el cultivo y hacer una medición de cuántas hectáreas representan.

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Detección de área util con la correspondiente cuantificación de hectáreas. Fuente: Geosistemas SRL

Conteo de plantas

Otra herramienta que nos brinda el mapeo aéreo por medio de drones, es el de realizar el conteo y

la determinación del volumen de copa de las plantas. Este es un método muy utilizado en la

actualidad por los productores vitivinícolas para realizar una estimación temprana del rendimiento.

Identificación y conteo de plantas. A la derecha, el cálculo de volumen de copa. Fuente: Ricardo

Melchiori 10

10 Ricardo Melchiori (2017). Jornada de actualización técnica en drones: Posibilidades de uso de drones en agricultura.

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Análisis de estado nutricional

Mediante la incorporación de cámaras multiespectrales al dron, es posible conocer el estado de

salud de los cultivos que se encuentran en nuestro campo. La cámara recoge la luz que reflejan las

plantas. De esta manera, si la planta está sana y realiza de forma correcta su proceso de fotosíntesis,

reflejará ciertas zonas del espectro de luz. Si, por el contrario, la planta se encuentra con algún

déficit de nutrientes, la luz reflejada cambiará.

Modificado de: midopt.com

Muchos de los índices que se utilizan en la actualidad para la toma de decisiones en la producción

agrícola se basan en este principio. Es el caso, por ejemplo, del Índice de Vegetación Diferencial

Normalizado (NDVI, por sus siglas en inglés) que permite conocer el estado nutricional del cultivo y

ayuda en la toma de decisiones sobre la consecuente aplicación de fertilizantes.

Análisis multiespectral sobre un campo para la obtención del índice de NDVI. Fuente: drones.uv.es

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Estrés hídrico

El estrés hídrico en los cultivos se traduce en las plantas a través de un aumento de la temperatura

de sus hojas. Esto puede ser detectado por las cámaras multiespectrales y puesto en evidencia

mediante un mapeo aéreo, para luego aplicar la cantidad de agua necesaria en el lugar adecuado y

así revertir el problema.

Análisis de estrés hídrico sobre un campo de olivos.

Las partes en rojo representan mayor nivel de estrés. Fuente: drones.uv.es

Detección de enfermedades y plagas

La capacidad de tomar imágenes multiespectrales en cualquier momento, nos permite detectar los

cambios que se están produciendo en los cultivos. La combinación de estos datos con predicciones

climáticas de detalle ayudan a la detección temprana de enfermedades. En este mismo sentido,

también pueden identificarse plagas y detectarse malezas . 11

11 Fundación de la energía de la comunidad de Madrid (2015). Los drones y su aplicaciones a la ingeniería civil. Recuperado de https://www.fenercom.com/pdf/publicaciones/Los-Drones-y-sus-aplicaciones-a-la-ingenieria-civil-fenercom-2015.pdf

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Tendencias a futuro

La posibilidades de cubrir grandes extensiones de terreno, de tener la información en tiempo real en

nuestras manos y de dirigir un vehículo aéreo cuando queramos y al lugar donde queramos, ya son

realidad y están al alcance de todos. Pero las posibilidades que se abren de cara al futuro son muy

prometedoras...

Automatización total mediante drones

Fuente: vnexpert.pro

En el proceso de lograr una automatización total del sistema de producción agrícola se estima que

los drones cumpliran un rol fundamental. Muchas empresas están trabajando en sistemas que

permitan una integración total de todos elementos tecnológicos que participan dentro de la

agricultura para llegar a que el ciclo de agricultura de precisión se lleve a cabo de manera autónoma.

Lo que involucraría, por ejemplo, que los drones puedan decidir en tiempo real cuales son las zonas

de cultivo que necesitan fertilización y la lleven adelante en el mismo momento.

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B Droid

Fuente: sinembargo.mx

Gran parte de la producción agrícola se debe a un proceso fundamental: la polinización. Esta es

llevada a cabo por una importante diversidad de insectos, pero fundamentalmente por las abejas.

Estudios realizados en los últimos años revelaron una alarmante reducción de la población de abejas

a nivel mundial. En estados unidos se estima que desde 1988 a la actualidad la cantidad de estos

valiosos insectos se redujo prácticamente a la mitad . 12

Pensando en como resolver este problema, científicos de la Universidad Politécnica de Varsovia, en

Polonia, trabajan en un dron en miniatura capaz de encontrar una flor, recoger su polen, y

transferirlo de la flor masculina a la femenina para fertilizarla. Tal como lo haría una abeja, pero con

el agregado de que puede programarse en que lugar y momento debe hacer el trabajo. Se cree que

para el 2019 este producto ya estará listo para su producción masiva . 13

12 Carlos Rebato (2015).Porque las abejas están muriendo y por qué debería importarte. Recuperado de https://es.gizmodo.com/por-que-las-abejas-estan-muriendo-y-por-que-deberia-imp-1717190711 13 Nacho Temiño (2016). Científicos polacos crean la primera abeja robótica que poliniza como una real. Recuperado de http://www.sinembargo.mx/28-11-2016/3120015

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Drones para entrega de comida y medicamentos

Fuente: pantipplaza.com

Grandes empresas, como Amazon y Google, vienen trabajando arduamente en la posibilidad de

realizar la entrega de sus productos mediante el uso de drones. Sin embargo los gobiernos de

distintos países, como Estados Unidos, por ahora prohíben el uso civil de drones para el traslados de

cargas. En cambio, países como Japón o Suiza, ya están trabajando para usar los drones como

alternativa al transporte de productos y medicamentos a zonas rurales remotas y de difícil acceso.

Estas iniciativas son llevadas adelante en conjunto por los gobiernos y empresa privadas . 1415

14 Jaime Montero (2016). Japón prueba el uso de drones para llevar alimentos a zonas rurales. Recuperado de http://www.todrone.com/japon-uso-drones-llevar-alimentos-zonas-rurales/ 15 La Voz (2017). Así es el sistema de delivery con drones que se comenzará a probar en Suiza. Recuperado de http://www.lavoz.com.ar/tecnologia/asi-es-el-sistema-de-delivery-con-drones-que-se-comenzara-probar-en-suiza

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5. Aprendiendo como funciona un dron por dentro

Fuente: playtech.ro

Tipos de drones

Según su uso

La palabra drone significa abejorro en inglés y hace alusión al clásico zumbido que emiten estos

dispositivos cuando están en vuelo y a su versatilidad para moverse en el aire.

Como vimos, a pesar de que un principio los drones estaban destinados únicamente al uso militar,

en la actualidad ya se encuentran disponibles para la comprar dispositivos para el uso civil. Y si bien

la gran mayoría de estos están destinados al uso por parte de aficionados, cada vez es mayor la

producción de modelos que tienen como destino un uso comercial, como puede ser la agricultura.

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Fuente: droneymas.es

Según su tamaño

Forma parte de una clasificación legal que los agrupa en categorías según su peso vacío en:

● Pequeños, hasta 10 kg

● Medianos, entre 10 y 150 kg

● Grandes, más de 150 kg.

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Según su funcionamiento

Los drones también pueden ser clasificados por su principio de funcionamiento. Así tenemos dos

grandes grupos: aquellos que se parecen más a un avión, llamados de ala fija y aquellos que tienen

hélices dispuestas en forma axial, como los helicópteros y multirrotores, llamados de ala rotatoria.

Fuente: blogseitb.com

La sustentación que logran, gracias a sus alas, los drones de ala fija, les permite tener una mayor

autonomía y desarrollar mayores velocidades que los de ala rotatoria. Cubriendo, en consecuencia,

mayores áreas. Sin embargo tienen la desventaja de que el lanzamiento debe realizarse mediante un

sistema de lanzaderas y que el aterrizaje tampoco reviste una tarea sencilla. En cambio los de ala

giratoria permiten que tanto el despegue como el aterrizaje se hagan en forma vertical. Contando

además con la posibilidad de poder volar a un punto fijo y a velocidades muy bajas. Lo que en

combinación hace que sean más maniobrables y su precisión de vuelo sea mayor. Por estas razones

los drones multirotor se han vuelto más populares que los demás sistemas.

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Multirrotores

Dentro de los multirrotores podemos encontrar tricópteros, quadricópteros, hexacópteros y

octacópteros, de acuerdo con la cantidad de motores y hélices que utilicen para su sustentación en

el aire.

Diferentes modelos de drones según su cantidad de rotores Fuente: titannet.com.es

En lo siguiente, describiremos todo lo relacionado con cuadricópteros, ya que es el que utilizaremos

durante el curso y comprendiendo su funcionamiento se puede fácilmente entender el de los demás

modelos.

Partes principales

Para comprender el funcionamiento de un dron comenzaremos conociendo cuales son sus

principales partes.

Marco o chasis

Es el esqueleto del dron, que le da forma y sobre donde se instalan el resto de las partes. Existen

diferentes formas y materiales (aluminio, fibra de carbono, fibra de vidrio, Kevlar, etc.) que varían

según el precio y el uso al que está destino el dron.

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Motores

Son los componentes fundamentales para mantener al dron en el aire. Hay de diferentes tipos, pero

los más comunes son los eléctricos de tipo Brushless, que no emplean escobillas para realizar el

cambio de polaridad en el rotor y se destacan por su relación peso/potencia.

Hélices

El movimiento de las hélices es el que permite la sustentación del dron en al aire. Las hélices son

fabricadas en diferentes tamaños y materiales (nylon, fibra de carbono, etc).

Reguladores de velocidad

Los reguladores de velocidad (ESC, por sus siglas en inglés) son los responsables de proporcionar

electrónicamente las revoluciones necesarias a cada motor, de manera individual y un momento

determinado, para así realizar los diferentes movimientos: elevaciones, rotaciones, traslaciones, etc.

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Unidad de control

La unidad de control, también conocida como controlador de vuelo, es el cerebro del dron. Sensa y

controla todo lo que pasa en el sistema para que el funcionamiento sea el óptimo, es por eso que

casi todos los componentes del dron se conectan a esta unidad. Además se comunica, por

radiofrecuencia, con el control remoto, de manera de tomar las acciones necesarias para que los

movimientos que realice el dron sean los indicados por el usuario.

Baterías

Las baterías son las encargadas de proporcionar la energía necesaria para que el dron pueda

funcionar. Si bien las hay de diferentes materiales, las más utilizadas son las de polímero de litio

(Li-Po). Cuanto mayor capacidad tengan, mayor autonomía de vuelo permitirán, aunque es necesario

que su peso no represente una carga demasiado grande para el dron.

Control remoto

A través de una comunicación por radiofrecuencia, el control remoto permite realizar maniobras y

ajustes sobre el dron. Algunos drones permiten controlar el vuelo a través de tablets o celulares vía

Wifi o Bluetooth.

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Cámara y estabilizador

Hoy la mayoría de los drones permiten acoplar una cámara para capturar fotos o videos desde el

aire. Dependiendo del tamaño del dron la cámara podrá ser desde una pesada profesional hasta una

liviana de acción, como una GoPro. Normalmente se utiliza un estabilizador, conocido como Gimbal,

para evitar que los movimientos propios del vuelo del multirotor afecten las tomas. Estos gimbal

absorben la vibración de los motores y corrigen automáticamente la inclinación de la cámara para

que siempre esté en el mismo ángulo respecto al suelo. Algunos también pueden ser conectados al

Controlador de Vuelo y a través del control remoto el usuario puede cambiar el ángulo de inclinación

de la cámara mientras el multirotor está en el aire.

FPV

El sistema de vista en primera persona (FPV, por sus siglas en inglés) es un sistema de transmisión y

recepción del video capturado por la cámara del dron, en tiempo real. De esta manera el piloto

puede ver lo que el drone está “viendo” y tomar decisiones sobre el rumbo de vuelo del dron.

Comúnmente esta visualización puede hacerse en un celular o tableta que se acopla al control

remoto a través de un soporte

34


Mecánica de funcionamiento

Un dron cuadricóptero consta de cuatro hélices dispuestas simétricamente, dos giran en un sentido

y las otras dos en sentido contrario. Esto se debe a la necesidad de equilibrar los pares de fuerzas

que se generan por el movimiento de las hélices, ya que si movieran todas en el mismo sentido el

dron giraría sobre sí mismo sin control y caería inmediatamente al suelo . 16

Fuente: ourclipart.com

Para que el dron se eleve se necesita que la fuerza vertical, generada por el movimiento de las

hélices, supere al peso del dron. Algo similar sucede con el resto de los movimiento, para que se que

estable en el aire, sin trasladarse, la fuerza provocada por las hélices debe equiparar exactamente al

peso del dron.

Como el peso total del dron se divide entre los cuatro motores para equilibrar el peso, modificando

la relación de velocidad de giro de cada uno, respecto de los otros, se generan distintos movimiento

17

16 Lucas García Mateu (2015). Drones, el cielo está al alcance de todos. Recuperado de http://www.edubcn.cat/rcs_gene/treballs_recerca/2015-2016-03-1-TR.pdf 17 cursopilotodedrones.net (2018). 4.5 Controles de vuelo: 4.5.4 Controles de vuelo en multirrotor y helicóptero. Recuperado de https://cursopilotodedrones.net/leccion/4-5-controles-de-vuelo/

35


Los cuadricópteros cuentan, básicamente, con cuatro tipos de movimiento:

Altitud o aceleración: Provoca que el drone se eleve o descienda en sentido vertical

Alabeo o deslizamiento: Permite que el dron se incline hacia izquierda o derecha y en consecuencia

se desplace (se deslice) en esos sentidos sobre el eje horizontal

Cabeceo: Produce un movimiento de inclinación hacia delante o hacia atrás y que, en consecuencia,

el dron se desplace hacia delante o atrás

Derrape o guiñada: Produce que el dron gire controladamente sobre su propio eje en sentido

horario o antihorario.

Modificado de: dronzone.es

36


Sistemas de control

Para realizar todas las operaciones y movimientos que puede efectuar un dron sin perder la

estabilidad, existe dentro del mismo una unidad de movimiento inercial (IMU, por sus siglas en

inglés), que contiene cinco sensores básicos : 18

Acelerómetro: Mide las variaciones de velocidad (aceleración) que sufre el sistema en los tres ejes

(x, y, z).

Giroscopio: Mide los ángulos de ubicación del dron en el aire. Normalmente, el giroscopio viene

incorporado en la misma unidad que el acelerómetro de 3 ejes, de esta manera, el acelerómetro

calcula la posición y el giroscopio el ángulo en el que se encuentra.

Magnetómetro: Mide la dirección y la fuerza del campo magnético terrestre. Es decir que se

comporta como una brújula y permite ubicar al dron respecto de los puntos cardinales.

Altímetro: A través de la medición de la presión absoluta, permite determinar la altura a la que se

encuentra volando el dron.

GPS: Mide y permite situar al drone respecto del sistema de coordenadas georeferenciadas por

satélite.

18 Ingenio Triana (2015). Todo lo que necesitas saber sobre drones. Recuperado de http://ingenio-triana.blogspot.com.ar/2015/12/todo-lo-que-necesitas-saber-sobre-drones.html

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Diferentes modos de vuelo

Controlado remotamente: Las acciones del dron son comandadas por el piloto a por medio del

control remoto. El dron hace lo que el piloto le indica.

Supervisado: Aunque un piloto opera el dron, este puede realizar algunas tareas de manera

autónoma.

Monitorizado: El dron dirige su propio plan de vuelo y el piloto, a pesar de no poder controlar los

mandos directamente, sí puede decidir que acción llevará a cabo, además de cancelar la operación, o

coger los mandos de dron en caso de incidencia.

Autónomo: El dron no necesita de un piloto humano que lo controle desde tierra. Se guía por sus

propios sistemas y sensores integrados. En la actualidad esto es ilegal.

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6. Consideraciones para el vuelo de drones

Antes de comenzar a volar un dron es fundamental conocer cuales son las consideraciones que se

deben tener en cuenta, a fin de evitar riesgos, cumplir con la normativa vigente y poder desarrollar

la tarea de forma de que nadie salga perjudicado. Para esto es importante conocer,además, nuestras

limitaciones y las de nuestro dron, cumplir con los requisitos de seguridad y no exceder las

restricciones aplicadas al vuelo.

Legales

Fuente: adtsgroup.com

Hasta el momento existe en Argentina un Reglamento Provisional De Los Vehículos Aéreos No

Tripulados (VANT) emitido por la Administración Nacional de Aviación Civil (ANAC), que toma sus

principales puntos de la regulación expuesta por la Organización de Aviación Civil Internacional

(OACI) . 19

19 ANAC (2015). Reglamento Provisional de los Vehículos Aéreos no Tripulados (VANT). Recuperado de http://www.anac.gov.ar/anac/web/index.php/1/1196/noticias-y-novedades/reglamento-provisional-de-los-vehiculos-aereos-no-tripulados-vant

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Operación y restricciones del espacio

● Deberá mantenerse visibilidad directa y continua con el dron.

● En horario diurno y en condiciones meteorológicas visuales que permitan su operación

segura. Está prohibida su operación nocturna.

● A una altura máxima de 120 metros / 400 pies

● A más de 5.5 Km de un aeródromo

● Fuera del espacio aéreo controlado

No podrán operar sobre zonas densamente pobladas o aglomeración de personas, salvo

autorización especial.

No podrán transportar personas o carga, excepto —en el caso de la carga— cuando fuera

imprescindible para realizar la actividad que se hubiera autorizado.

No podrá pilotarse más de un dron al mismo tiempo.

Se prohíben las operaciones de cualquier tipo y con cualquier finalidad de vehículos aéreos

exclusivamente autónomos. Es decir, aquellos que no permiten la intervención del piloto durante

todo el desarrollo de la operación

En el caso del dron que utilizaremos durante las prácticas, el DJI Phantom 3 Standard, en el

manual de usuario se brinda la información sobre las zonas de exclusión aérea.

Todas las zonas de exclusión aérea se indican en el sitio web oficial de DJI en

http://flysafe.dji.com/no-fly. Las zonas de exclusión aérea se dividen en aeropuertos y zonas

restringidas. Los aeropuertos incluyen los principales aeropuertos y campos de vuelo en los que

las aeronaves tripuladas operan a baja altura. Las zonas restringidas incluyen fronteras entre

países o zonas especiales.

40


http://flysafe.dji.com/no-fly

Foto de las zonas de exclusión aérea de capital federal y alrededores tomadas de

http://flysafe.dji.com/no-fly

El manual dell DJI Phantom 3 Standard puede desacrgarse de:

https://todophantom.com/Manuales/ES-Phantom%203%20Standard%20User%20Manual.pdf

Tripulación

Los miembros de la tripulación deberán ser mayores de edad. En el caso de drones para uso

deportivo o recreativo podrán ser mayores de 16 años, pero deberán estar bajo supervisión directa

de un mayor, quién será responsable por sus actos y omisiones.

Autorización

Todo sujeto que pretenda operar un vehículo aéreo pilotado a distancia deberá contar con una

autorización expedida por la ANAC, con excepción de los vehículos pequeños con fines deportivos o

recreativos.

41


https://todophantom.com/Manuales/ES-Phantom%203%20Standard%20User%20Manual.pdf

Gestión de riesgos

Los operadores de vehículos aéreos pilotados a distancia deberán contar con un manual de

operaciones y un sistema de gestión de riesgos adecuado para operar, que incluya la información e

instrucciones necesarias para su operación con seguridad y eficacia, el que —como mínimo— debe

incluir lo siguiente:

1. procedimientos para el despegue y aterrizaje;

2. procedimientos en ruta;

3. procedimientos ante la eventual pérdida de enlace con los datos de control (data link);

4. procedimientos para abortar ante la eventual falla un sistema crítico;

5. procedimientos para evaluar la zona de operación;

6. procedimientos para la identificación de riesgos y peligros potenciales y para su mitigación;

7. identificación de los responsables de la operación y el de todos los miembros de la

tripulación remota (piloto/s y observador/es) y

8. requisitos para la calificación de los piloto/s remoto/s y observador/es.

Responsabilidad

La operación será responsabilidad de quienes la lleven a cabo o faciliten, incluyendo la

responsabilidad por los daños y perjuicios que puedan provocar a terceros durante sus operaciones.

Los propietarios u operadores de vehículos están obligados a contratar un seguro de responsabilidad

por los daños a terceros que pudiera ocasionar su operación.

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Limitaciones propias del dron

Fuente: epdtonthenet.net

El vuelo con drones también tiene limitaciones derivadas del propio sistema que se pone a volar.

Una de las principales, está relacionada con la autonomía de vuelo, que indica cuanto tiempo

seguido podrá estar el dron en el aire. Este parámetro es crucial a la hora de diseñar nuestro plan de

vuelo y depende de varios factores, entre ellos: el estado de carga de las baterías, la velocidad que

desarrolle el dron durante el vuelo y las condiciones climáticas.

Otra de las consideraciones a tener en cuenta es la distancia máxima a la que se puede mantener

una comunicación entre el dron y la estación de control. Esta y otras cosas son provistas por el

fabricante en la hoja de características técnicas del equipo.

El fabricante, conociendo las limitaciones del equipo, provee además una serie de recomendaciones

que deben tenerse en cuenta a la hora del vuelo. En el caso del Phantom 3 Standard nos dice:

1. No utilice la aeronave en condiciones climáticas adversas como lluvia, nieve, niebla ni con

una velocidad del viento superior a 10 m/s.

2. Vuele solo en espacios abiertos. Los edificios altos y las grandes estructuras metálicas

pueden afectar a la precisión de la brújula de a bordo y a la señal GPS.

3. Evite volar cerca de obstáculos, multitudes, líneas de alta tensión, árboles y masas de agua.

4. Evite volar en zonas con altos niveles de electromagnetismo, incluidas estaciones base de

telefonía móvil y torres de transmisión de radio.

5. El rendimiento de la aeronave y de la batería depende de factores medioambientales, como

la densidad del aire y la temperatura. Tenga mucho cuidado cuando vuele por encima de

6000 m (19 685 pies) sobre el nivel del mar, ya que las prestaciones de la aeronave y la

batería pueden verse reducidas.

43


7. Principios de exploración fotográfica con drones

Fuente: lowepro.co.uk

La fotografía aérea busca obtener una representación fiel del terreno a través de la instalación de

máquinas fotográficas a bordo de diversos medios aéreos.

Ya durante la primera guerra mundial se usaba este método para poder espiar el territorio enemigo,

utilizando palomas adiestradas como portadoras de las cámaras fotográficas automáticas . 20

En la actualidad, contamos con la posibilidad de montar las cámaras sobre drones y dirigir nuestra

atención al lugar que queramos con gran precisión.

En el caso de la agricultura, esto es de suma utilidad, ya que nos permite realizar una mapa bastante

preciso del terreno y a partir de él, poder tomar decisiones que optimicen la producción.

Cuán fiel será la representación que obtengamos del terreno fotografiado, dependerá de la

tecnología y los métodos utilizados.

20 Álvaro Hernández (2014).Palomas fotógrafas, los insólitos drones espías de la primera guerra mundial. Recuperado de https://www.eldiario.es/hojaderouter/palomas-fotografas-espias-primera_guerra_mundial_0_295020522.html

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Fenómenos ópticos de la fotografía aérea

Como la fotografía aérea se forma a partir de la imagen que proyecta el objeto sobre la cámara, en

este procedimiento aparecen algunas deformaciones respecto de la imagen real. Entre las

principales se encuentran: las deformaciones provocadas por el relieve del terreno y las debidas al

ángulo de inclinación de la toma. Esto provoca un cambio de escala y de posición de los objetos, lo

que hace no puedan realizarse mediciones reales.

Para corregir estos efectos y obtener una imagen más cercana a la que puede verse en un mapa, se

realiza un proceso que se conoce como ortorectificación, que transforma la proyección central en

una proyección ortogonal. De esta forma, sí pueden realizarse mediciones precisas sobre la imagen

resultante.

Cuando se quiere mapear una parte importante de terreno, no alcanza con sacar una foto, sino que

es necesario hacer una secuencia de fotos para luego juntarlas todas en una sola imagen (mosaico).

Para que esto pueda efectuarse, las imágenes deben tener puntos en común, de manera que en un

proceso posterior, puedan solaparse.

45


Fuente: siganature.com

Para que este proceso pueda llevarse adelante, cierto porcentaje de cada imagen debe repetir en la

siguiente. Se estima que si el valor de solapamiento ronda el 70%, entonces, cuando se junten todas

las fotos en una sola imagen, no aparecerán aberraciones que la deformen. A este proceso se lo

conoce como generación de ortomosaico.

El solapamiento de las imágenes se hace utilizando los puntos que se repiten de una foto a otra.

46


Luego del solapamiento de las fotos, se conforma una única imagen: ortomosaico.

Resolución, altura de vuelo, velocidad…

Vemos que sin problemas es posible realizar el mapeo de una porción de terreno que nosotros

elijamos mediante un dron y una cámara. Pero surgen a partir de esto algunas preguntas como:

¿Cuántas fotos son necesarias para cubrir todo el terreno? ¿Cuanto puede ampliarse la imagen para

ver algún detalle? ¿A qué altura debo volar el dron? ¿Con qué velocidad? Trataremos de responder

algunas de ellas.

Resolución espacial (GSD)

El detalle más pequeño que podemos ver en una fotografía digital, es aquel que está contenido

dentro de un pixel. Si, esos pequeños cuadraditos que aparecen en la imagen cuando hacemos

mucho zoom, son la menor unidad de una imagen digital y definen su resolución.

Pequeños cuadraditos que aparecen al hacer zoom sobre la imágen, pixels. Fuente:

blog.droneng.com.br

47


La porción de terreno que un píxel de la imagen irá a captar se conoce con el nombre de Distancia de

Muestra de Suelo (GSD, por sus siglas en inglés). Este valor generalmente se expresa en centímetros

(cm). Cuanto menor sea el valor de GSD, mayor resolución tendrá la imagen. Es decir que nos

ofrecerá mayor nivel de detalle y ,en consecuencia, los objetos se verán más nítidos.

Al disminuir la resolución (de 10 a 100), cada vez se vé con menor nivel de detalle

El valor de GSD está directamente relacionado con la escala que tiene la fotografía respecto de la

imagen real. En este sentido, tendremos que evaluar a qué altura se realiza el vuelo y que distancia

focal tiene la cámara que usamos.

Distancia focal

La distancia focal está dada por el tamaño de la lente que tiene la cámara que usemos para el

mapeo. Generalmente es un valor que viene expresado en milímetros y da cuenta de a qué distancia

se forma la imagen una vez que los rayos de luz atraviesan la lente.Este es un factor determinante a

la hora de realizar fotografías aéreas. La elección de la distancia focal correcta dependerá de la

altura de vuelo y de la escala que se quiera obtener.

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Es aconsejable en todos los casos utilizar un objetivo “normal” a los efectos de minimizar las

deformaciones. El “gran angular”, por ejemplo, abarca mayor superficie (por su mayor ángulo) pero

genera una mayor deformación, mientras que el “teleobjetivo” necesita una mayor altura de vuelo

para lograr la misma superficie, debido a su menor ángulo.

Altura de vuelo

Cuando se inicia el vuelo se elige un punto de partida (HOME) y una altura de vuelo determinada (H).

A partir de ahí el dron continuará volando siempre a la misma altitud respecto del nivel del mar, sin

importar las irregularidades que el terreno tenga.

Modificado de: blog.droneng.com.br

Cuando hablamos de escala de una foto, nos referimos a la relación de tamaño que hay entre la

imagen fotográfica y la imagen real. En el caso del mapeo aéreo este valor está determinado por la

relación entre la distancia focal y la altura del vuelo.

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De la misma manera, conociendo el tamaño de píxel que tiene la cámara que usamos y sabiendo la

escala, podemos conocer cuál será la resolución espacial de nuestro mapeo, es decir el valor de GSD.

Fuente: icgeo.org

50


Si combinamos las dos formas de calcular la escala de la fotografía, llegamos a una expresión que

relaciona todos los conceptos que intervienen en el mapeo: Altura de vuelo (H), Distancia focal (f),

Distancia de muestreo de suelo (GSD) y tamaño de pixel (tam_pixel).

Entonces si quisiéramos saber la altura de vuelo para obtener una determinada resolución GSD en

nuestro mapeo, solo bastaría con aportar los datos necesarios dentro de la fórmula.

¿Pero qué sucede con la resolución cuando mapeamos un terreno que tiene ondulaciones o

montañas?

Modificado de: blog.droneng.com.br

En este caso la resolución de nuestro mapeo tendrá valores distintos para cada una de las distintas

alturas de vuelo. Como puede deducirse de la fórmula, para una distancia focal dada, a mayor altura

de vuelo, mayor es el valor de GSD y peor resolución tendrá la foto.

51


Por este motivo ante terrenos irregulares conviene conocer los valores de altura máxima y mínima

de vuelo y tomar un valor intermedio como referencia para realizar los cálculos.

En definitiva, son muchas las variables a tener en cuenta cuando se quiere realizar un mapeo aéreo y

variados los problemas con que nos podemos encontrar a la hora de implementarlo. Por eso es

fundamental determinar bien el objetivo que se persigue y en base a eso ir ajustando las variables en

base a los recursos técnicos con los que se cuenta.

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Cámaras

Fuente: blog.dronebase.com

Cabe preguntarnos: qué cámara es la adecuada a la hora de realizar un mapeo aéreo? Y la respuesta

variará dependiendo de la finalidad que busquemos.

SI los que pretendemos es realizar un mapeo aéreo común, entonces podremos recurrir a los

diferentes modelos que cada marca nos ofrece para montar sobre el dron, teniendo en cuenta la

calidad de imágenes que se pueden obtener con la cámara. Así, hoy encontramos cámaras con

calidades de 12 Megapixels, 2K y 4K entre las resoluciones más habituales. Bastará entonces con

saber que calidad de imagen queremos y listo.

Pero si lo que buscamos es hacer una análisis de la vegetación o el suelo, tendremos que recurrir a

otro tipo de tecnología. Con este fin, en agricultura, se emplean cámaras con filtros especiales, que

permiten visualizar ciertas partes del espectro lumínico, dependiendo de la información que se

desee detectar. A estas cámaras también se las conoce como “sensores”

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RGB, NIR

Existen cámaras con filtros en la parte visible del espectro, como pueden ser: el rojo (Red), el azul

(Blue) y el verde (Green). Si estos tres filtros se encuentran integrados dentro del mismo equipo

entonces la cámara se conoce como RGB (por la sigla en inglés de los tres colores.)

Otras cámaras tienen filtros que le permiten centrar su visión en una parte no visible del espectro

que se conoce como infrarrojo cercano (NIR, por sus siglas en inglés).

A la izquierda imagen normal, a la derecha imagen tomada con filtro NIR

Multiespectrales

Las cámaras multiespectrales contienen un solo dispositivo varias cámaras, cada una con un filtro

diferente. De manera que con un solo vuelo pueda captarse la mayor información posible.

Generalmente para el análisis de la vegetación suelen emplearse las bandas del rojo, verde y el

54


infrarrojo cercano, aunque para hacerse más completo el análisis pueden incorporarse otras. Por

cada disparo que hace la cámara se generan tantas fotos como sensores tenga el equipo.

Fuente: sysmap.net

Hiperespectrales

Las cámaras hiperespectrales están equipadas con sensores capaces de percibir centenares de

longitudes de onda dentro y fuera del espectro visible, haciendo posible la generación de imágenes

mucho más precisas. En este caso, por cada disparo de la cámara, se generan cientos de fotos, uno

por cada longitud de onda captada.

Fuente: equipamientocientifico.com

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Termográficas

Existen también otras cámaras, que permiten obtener directamente la información térmica del

suelo. Esto es de utilidad, por ejemplo, cuando se necesita conocer el estrés hídrico de un suelo o

cultivo.

A la izquierda, cámara termográfica. A la derecha, fotografía termográfica

En todo caso, al incorporar cámaras adicionales al dron, siempre es necesario considerar el peso que

estas representan en relación con lo que el dron puede transportar.

Formatos de imágenes

Las cámaras digitales guardan las fotografías en memorias. Si bien algunas cámaras tienen la

capacidad de guardarlas en su memoria interna, esta suele ser muy limitada y debe agregarse una

memoria externa con el fin de poder almacenar todas las fotos sacadas durante un vuelo. Según la

cantidad de fotografías tomadas esto puede constituir un gran volumen de datos.

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JPEG

Para optimizar el espacio de memoria, se utilizan algunos formatos que permiten comprimir las

imágenes y hacer que ocupen menos espacio. Es el caso, por ejemplo, del formato JPEG (o JPG), uno

de los más utilizados por las cámaras digitales. Sin embargo todo compresión lleva aparejada una

reducción de la calidad. Es decir que el precio por la reducción del tamaño de la foto es una pérdida

de la información contenida en la foto original.

RAW

Muchas veces es necesario contar con la foto tal cual fue capturada por el sensor de la cámara.

Atendiendo a esta necesidad, es que algunas cámaras ofrecen la posibilidad de guardar la foto sin

ninguna compresión. Al formato de imagen “cruda” se lo conoce como formato RAW y a diferencia

del formato JPEG permite, posteriormente, una gran manipulación de la imagen (ajuste de

exposición, balance de blancos, etc.). Las imágenes es formato RAW son más pesadas que las

imágenes en formato JPEG.

TIFF

Si bien en formato RAW mantiene las cualidades de la fotografía original, no brinda la posibilidad de

incluir junto con la imagen algunos datos esenciales, como puede ser la posición GPS de la cámara en

el instante que se sacó la foto, algo que sí permite el formato JPEG. Para tener estas dos cualidades

juntas puede utilizarse el formato TIFF, que permite tener la imagen sin compresión, como el RAW,

junto con todos los datos, como el JPEG. En consecuencia las imágenes en este formato son más

pesadas que las RAW.

57


8. Diseño del plan de vuelo

Fuente: topconpositioning.com

Cuando queremos realizar el mapeo de una determinada área de terreno, debemos tener en cuenta

todas aquellas variables que influyen en el resultado final, e irlas ajustando de acuerdo con el

resultado que queramos obtener.

Por ejemplo, si el objetivo es mapear una parcela rectangular de 100 hectáreas con una resolución

(GSD) de 5 cm por pixel, tendremos que ver que altura de vuelo nos conviene utilizar, qué velocidad,

cada cuanto se sacarán las fotos, cuál será el tiempo total de vuelo y el número de fotos, para saber,

entre otras cosas, si nos alcanza la autonomía de vuelo y la memoria de la cámara. Cualquier

parámetro que modifiquemos influirá directamente en el resultado que obtengamos.

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Tomado de: Alejandra Kemerer 21

Otra cosa a tener en cuenta es, de acuerdo con la geometría del terreno, que tipo de geometría de

vuelo utilizar, tratando de optimizar el espacio, pero a su vez, intentando no reducir demasiado el

nivel de solapamiento de la imágenes.

Tener que calcular y recalcular todos estos parámetros a mano puede volverse una tarea tediosa.

Por suerte, hoy en día, muchos de los fabricantes de cámaras y drones para mapeo, ofrecen en sus

páginas tablas que calculan todo automáticamente. Además existen algunos softwares que permiten

realizar el plan de vuelo de manera sencilla y calculan todos estos parámetros por nosotros.

21 Alejandra Kemerer (2015). INTA. Curso Internacional de uso de drones en agricultura. Consideraciones a tener en cuenta para obtener la imagen: tipos de cámara, resolución, solape. software, computadora.

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Trazado de plan de vuelo sobre un terreno. En rojo el perímetro, en verde el recorrido del dron.

Fuente: gmofreemidwest.org

En muchos de estos softwares bastará con delimitar el terreno que se desea relevar, elegir el punto

de partida y seleccionar algunos parámetros como el nivel de solapamiento y la velocidad del dron.

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Pantalla de ajuste del área y los parámetros de mapeo. Fuente: helicomicro.com

La mayoría de estos programas permiten descargar un archivo que contiene la ruta que siguió el

dron durante todo el vuelo. Lo cual puede ser de gran utilidad al momento de tener que

georeferenciar fotos que fueron sacadas con cámaras adicionales al dron.

61


9. Georeferenciación de imágenes

Cuando nosotros vemos una fotografía digital, estamos visualizando la imagen que surge de un

archivo informático guardado en la memoria de un equipo (cámara, celular, computadora, etc.) Pero

este archivo no contiene solo la imagen sino que, además, contiene información relacionada con esa

imagen, como puede ser: el nombre que le pusimos, la fecha en que fue sacada, la hora, las

dimensiones, etc.

Dentro del archivo de la foto, junto con la imagen, se incluye la información relacionada.

Todos esos parámetros que son guardados junto con la imagen, son completados por la cámara en el

momento que es tomada la foto. Así, si el dispositivo que toma la fotografía tiene incorporado un

sensor GPS, podrá agregar a la imagen las coordenadas geográficas del lugar donde fué sacada la

foto. A este proceso le llamamos georeferenciación de la imagen y nos permite ubicarla fácilmente y

con gran precisión en un mapa.

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Coordenadas GPS de referenciación de la foto y su localización en el mapa.

Como vimos, todos los drones tienen incorporada una unidad de movimiento inercial (IMU) que

contiene varios sensores, entre ellos, un altímetro y un GPS. Es por eso que los drones que ya traen

una cámara incorporada, adjuntan los datos de esos sensores a la fotografía tomada por el dron en

una imagen con formato JPEG.

En el caso de utilizar cámaras adicionales, si estas no tienen incorporadas un sensor GPS, las fotos

que tomadas no tendrán georeferenciación. Por lo cual será necesario buscar algún método que

permita georeferenciarlas.

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10. Generación del ortomosaico

Con las imágenes georreferenciadas y la ruta de vuelo es posibles ubicar todas las fotos tomadas por

el dron en un solo mapa y, a partir de esto, conformar un única imagen que contenga toda la

superficie fotografiada. A la imagen obtenida después de este proceso se la conoce como

ortomosaico.

Múltiples tomas fotográficas sobre el terreno. Fuente: servivant.es

El proceso de generación de un ortomosaico es un proceso complejo que implica un exhaustivo

análisis y procesamiento del set de imágenes. Es por eso que es llevado adelante por diversos

softwares dedicados para esta tarea.

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Ortomosaico confeccionado a partir del set de fotografías tomadas sobre el terreno.

Fuente: policonstrucsa.com

El tiempo que tardará una computadora en generar la imagen final, dependerá de la cantidad y

calidad de las imágenes y del poder de procesamiento del equipo. Actualmente, existen algunos

programas en internet que permiten subir el set de imágenes georeferenciadas y realizar el

procesamiento en la nube. De esta manera la computadora personal solo interviene en cargar el set

de imágenes y descargar el ortomosaico. El requisito, en este caso, es tener una buena conexión de

internet.

65


11. Índices de vegetación

Fuente: praxperu.com

Luz visible e infrarroja

Como sabemos la luz solar está compuesta por un amplio espectro de colores, algunos de los cuales

podemos observar, por ejemplo, cuando se descompone formando un arcoiris. De todos los colores

en que se descompone la luz, solo podemos ver aquellos que pueden ser captados por nuestro ojos,

es decir los que están dentro del espectro visible. Pero hay muchos otros que, aunque no los

veamos, también forma parte de esa luz. Son por ejemplo aquellos que están en la parte del

infrarrojo y del ultravioleta del espectro.

Como la luz es una onda electromagnética, cada color ocupa una franja (o banda) dentro del

espectro y es identificable por su longitud de onda.

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Ubicación de la luz visible dentro del espectro electromagnético. Fuente: emaze.com

La luz solar que llega a la vegetación es en parte absorbida y en parte reflejada por esta. Pero si

miramos con detalle, podremos observar que no sucede lo mismo con todas las bandas del espectro.

Algunos “colores” serán absorbidos o reflejados más que otros. Y aprovechando este principio es

que funcionan los índices de vegetación . 22

Fuente: lesbos.webcam

Índice de vegetación diferencial normalizado (NDVI)

Una cubierta vegetal en buen estado de salud absorbe mucho la parte del espectro situada en el

visible, principalmente del rojo, a través de sus hojas y muy poco la situada en el infrarrojo cercano,

22 Agromática (2018). NDVI y por qué las plantas son verdes. Recuperado de https://www.agromatica.es/ndvi-y-por-que-las-plantas-son-verdes/

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la cual es reflejada en su mayoría. El contraste entre estos dos valores, nos permite, entonces,

establecer una medida del estado de salud de esa vegetación.

Absorción de diferentes partes del espectro en una planta sana. puede observarse el salto entre el

visible y el infrarrojo. Fuente: agromatica.es

Entonces, midiendo la cantidad de luz refleja en el rojo (RED) y la cantidad de luz reflejada en el

infrarrojo cercano (NIR), se puede establecer un valor que se conoce como índice de vegetación

diferencial normalizado (NDVI). Según este índice, cuanto mayor sea la diferencia entre la reflexión

del rojo y del infrarrojo, mejor estado de salud tendrá la planta.

Fuente: helidroid.com

Como los valores de reflexión en cada banda se toma en relación con la radiación incidente, siempre

estarán entre cero (cuando no haya reflexión) y uno (cuando la reflexión sea total). En consecuencia,

68


los valores que puede tomar el índice NDVI siempre estarán entre -1 y 1. Cuanto más se acerque a 1,

mejor será el estado de salud de la vegetación, mientras que cuanto más se acerque a -1 peor será el

estado.

Fuente: sentera.com

La cantidad de luz reflejada en cada banda se detecta mediante cámaras especialmente adaptadas

para tal fin. En algunos casos se toman imágenes con dos cámaras al mismo tiempo, una con filtro

en el rojo y otra con filtro el infrarrojo cercano y luego se combinan las imágenes. Sin embargo, en el

último tiempo, al hacerse más habitual el uso de estos índices, algunas marcas ya ofrecen cámaras

que poseen un filtro doble, que permite obtener en la misma imagen la relación entre las bandas

roja (RED) e infrarroja (NIR).De esta manera, se simplifica el procedimiento de adquisición.

A la izquierda, esquema de filtro que deja pasar solo las bandas del rojo (RED) y del infrarrojo cercano

(NIR) Fuente: midopt.com

Una vez que se toman las imágenes, mediante un software, se realiza el cálculo del índice NDVI para

cada punto (pixel) de la fotografía. Finalmente, el resultado se visualiza en una nueva imagen a la

69


que se le indica una escala de colores para cada valor de NDVI. Estableciendo, por ejemplo, el color

verde fuerte para un valor de NDVI = 1 y el valor rojo para el valor NDVI = -1. De esta forma es más

sencillo interpretar visualmente los resultados obtenidos, ya que lo que aparezca en verde gozará de

buena salud, mientras que lo que aparezca en rojo nos indicará lo contrario.

De izquierda a derecha foto normal (RGB), foto con filtro RED + NIR y imagen coloreada según

niveles de NDVI. Fuente: argendrones.com.ar

De la misma manera este procedimiento se realiza cuando se quiere analizar mediante este índice

una amplia porción de terreno. Se monta la cámara dedicada sobre el dron y se toman las imágenes,

luego se conforma el ortomosaico y finalmente sobre eso se realiza el cálculo del índice.

Ortomosaico generado a partir del mapeo aéreo de una extensa porción de terreno.

70


Ortomosaico coloreado según los niveles de NDVI calculados para cada punto de la imagen.

Fuente: mapir.camera

El NDVI permite identificar la presencia de vegetación verde en la superficie y caracterizar su

distribución espacial así como la evolución de su estado a lo largo del tiempo. Puede ser de mucha

utilidad ya que posibilita la estimación temprana del rinde o en caso de detectar anomalías la

aplicación de fertilizantes.

Sin embargo, la interpretación del índice debe asimismo considerar los ciclos fenológicos y de

desarrollo anuales para distinguir oscilaciones naturales de la vegetación de los cambios en la

distribución temporal y espacial causados por otros factores . 23

Otros índices

Basándose en el mismo principio de absorción y reflexión de las distintas bandas del espectro de luz,

es posible obtener otros índices de vegetación. Así tenemos por ejemplo el índice GNDVI, una

variante del NDVI, que usa la banda del verde en lugar de la del rojo. Este índice ha demostrado ser

muy útil para estimar el rinde de cultivos de arroz . 24

También existen otros índices, como el índice de vegetación verde (GVI), que utiliza las bandas del

infrarrojo cercano y del verde o el NGRDI que utiliza las del verde y las del rojo, y muchos otros más,

que son utilizados para hacer estimaciones sobre el estado del suelo y los cultivos.

23 Departamento Provincial de Agua de Río Negro (2018). Índice de vegetación diferencial normalizado (NDVI). Recuperado de http://www.dpa.gov.ar/clima/informes/NDVI.pdf

24 Juan José Díaz García - Cervigón (2015).Estudio de Índices de vegetación a partir de imágenes

aéreas tomadas desde UAS/RPAS y aplicaciones de estos a la agricultura de precisión. Recuperado de

http://eprints.ucm.es/31423/1/TFM_Juan_Diaz_Cervignon.pdf

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12. Consideraciones finales

Fuente: newbranch.info

Hemos llegado al final de este recorrido, donde tratamos de brindarte los principales conceptos

sobre el uso de los drones dentro de la agricultura de precisión.

Esperamos que, junto con los trabajos práctico y tutoriales, hayas podido comprender los conceptos

claves de esta nueva tecnología, que se ofrece muy prometedora de cara a la agricultura del futuro.

Como sucede con la mayoría de las cosas, para dominar la técnica de adquisición de imágenes con

drones, hace falta mucha práctica. Llegar a conocer todas las posibles variantes que surgen a la hora

de tomar fotografías aéreas sobre un terreno puede llevar bastante tiempo. En el camino podés

encontrarte con algunos contratiempos, pero no te desanimes, porque superarlos es parte del

proceso de aprendizaje.

Esperamos que te haya gustado el curso y, que a través de lo aprendido, encuentres la motivación

para hacer del uso de esta tecnología una oportunidad para resolver alguna problemática dentro de

tu comunidad.

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