Uso de drones en agricultura y gestión de recursos naturales

Este artículo discutirá algunas de las aplicaciones de los sistemas de aeronaves no tripuladas (UAS, por sus siglas en inglés) o vehículos aéreos no tripulados (UAV, por sus siglas en inglés), a menudo denominados "drones" para la agricultura y la gestión de recursos naturales. Estos dispositivos también se conocen como Sistemas de Aeronaves Pilotadas por Control Remoto (RPAS, por sus siglas en inglés), aunque este término se usa principalmente en la literatura científica. Un dron puede ser un sistema de ala fija o de múltiples hélices y puede volar manualmente o configurarse para volar de forma totalmente autónoma. En los EE. UU., los drones están regulados por la Administración Federal de Aviación (FAA, por sus siglas en inglés).

Si bien volar drones se ha convertido en una actividad popular entre los aficionados, su valor para la agricultura y la gestión de los recursos naturales radica en su capacidad para transportar múltiples sensores, incluidas poderosas cámaras digitales, sensores multiespectrales, sensores térmicos y sistemas avanzados de mapeo usando láser. Esta tecnología puede ahorrar tiempo y dinero al proporcionar información valiosa a los agricultores y especialistas. Por ejemplo, es posible volar un dron varias veces durante una temporada de cultivo para observar el efecto de la fertilización, el riego y el relieve del terreno en el rendimiento de los cultivos con gran precisión y a un costo menor que otros métodos. Cada año, se lanzan nuevos drones con sensores mejorados, mayor duración de vuelo y precios asequibles.

¿Cuál es su presupuesto?

Un dron básico para fines agrícolas puede costar entre $700 y $1200 dólares estadounidenses. Los sistemas de nivel más avanzados cuestan entre $1500 y $2500. En general, cuanto más avanzado sea el sistema de guía y control y las tecnologías de sensores adicionales, mayor será el precio. Los sistemas sofisticados en el rango de $20,000 a $50,000 se utilizan de forma rutinaria en la gestión de recursos naturales. Hay drones más baratos en el mercado, pero estos drones no están equipados con sistemas globales de navegación por satélite (GNSS, por sus siglas en inglés). Un GNSS se compone de múltiples satélites que orbitan la Tierra en una trayectoria fija que se utilizan para proporcionar información de ubicación espacial de alta precisión.

Hay varios GNSS que incluyen el Sistema de Posicionamiento Global (GPS, EE. UU.), Galileo (Unión Europea) y Glonass (Rusia). Un dron puede utilizar uno o varios sistemas de satélites para mejorar su precisión de posicionamiento, aunque no es necesario que un dron recopile datos de todos los sistemas para funcionar de manera eficiente.

¿Qué tener en cuenta a la hora de comprar un dron?

Dron para principiantes

• Capacidad de adquirir información de al menos dos GNSS (por ejemplo, GPS + Galileo).
• Una cámara digital con un mínimo de 20 megapíxeles.
• Tiempo mínimo de vuelo de 25 minutos (ideal sin viento).

Dron más avanzado

• Habilidad para adquirir información de al menos dos, idealmente tres sistemas satelitales (por ejemplo, GPS + Galileo + Glonass).
• Una cámara digital de 20 a 48 megapíxeles.
• Vuelos autónomos (pre-programación de altitud, velocidad, límite del Área de Interés-AOI por sus siglas en inglés, etc., previo al vuelo).
• Tiempo mínimo de vuelo de 40 minutos (ideal sin viento).
• Sensores anticolisión o sistema de evasión de obstáculos.
• Temperatura de funcionamiento 14°F a 100°F (aprox. -10°C a 38°C).

Además, el presupuesto debe incluir fondos para baterías adicionales, juegos de hélices de repuesto y tarjetas de almacenamiento digital para imágenes/datos. También se debe tener un estuche rígido para proteger su dron (Figura 1). Muchas empresas venden kits o paquetes con accesorios adicionales. La lista provista es general y se deben explorar características adicionales según sus necesidades específicas.

Si está interesado en comprar un dron, pero tiene más preguntas, comuníquese con las asociaciones regionales de drones que pueden brindar información sobre las regulaciones y eventos locales para que el agricultor pueda estar mejor informado sobre las oportunidades y limitaciones de la tecnología de drones. Una de esas organizaciones en Pensilvania es la Asociación de Drones de Pensilvania. Además, existe la Sociedad Estadounidense de Fotogrametría y Detección Remota (ASPRS, por sus siglas en inglés). Esta sociedad tiene un directorio de pilotos de drones por estado en los EE. UU. Se recomienda utilizar los recursos descritos anteriormente para obtener un conocimiento básico sobre los drones y determinar si pueden ayudar a mejorar cualquier operación de manejo de cultivos antes de comprar un dron costoso.

Reglas y regulaciones

Si desea volar un dron con fines agrícolas en su propiedad, deberá registrar su dron en el sitio web de la FAA. En este caso, no necesita ser un piloto con licencia comercial, ya que está utilizando su dron en su propiedad y usted será el único beneficiado.

Si espera recibir algún tipo de pago o compensación de cualquier tipo por sus vuelos, necesitará un Certificado de Piloto Remoto Parte 107. Para convertirse en un piloto certificado, debe aprobar la Prueba de conocimientos de piloto remoto Parte 107. La prueba evalúa su conocimiento de las reglas básicas de seguridad y las restricciones del espacio aéreo controlado. Hay muchos recursos gratuitos en la web para estudiar para el examen (puede encontrar información más detallada aquí ). Una vez que haya pasado la prueba, recibirá un número de certificado y la FAA le enviará una licencia de piloto remoto. Esta licencia vencerá en 24 meses calendario y se puede actualizar en línea sin costo alguno.

En términos generales, debe tener en cuenta las siguientes reglas básicas:

• Registre su dron en el sitio web de la FAA.
• No vuele un dron de noche.
• No vuele un dron sobre personas.
• No vuele un dron a más de 400 pies sobre el nivel del terreno (AGL, por sus siglas en inglés) (aprox. 122 metros).
• No vuele un dron a velocidades excesivas.
• No vuele un dron con condiciones de viento superiores a 15 mph (aprox. 24 km/h).
• No vuele un dron bajo la lluvia.
• No vuele bajo los efectos del alcohol o cualquier sustancia que pueda influir en su desempeño como piloto.
• Familiarícese con las normas y leyes locales relativas a las operaciones con drones.

Consideraciones Especiales

Hay algunas áreas en las que no está permitido usar un dron, incluso con una licencia comercial, por ejemplo, sobre bases militares o aeropuertos. Esta es una medida de seguridad básica que debe seguirse. Un aeropuerto es un espacio aéreo restringido, por lo tanto, es un área con acceso restringido para el vuelo de drones.

Alrededor del espacio aéreo restringido existen diferentes niveles de seguridad. Imagine un círculo que rodea un aeropuerto. Cuanto más se acerque uno al centro, el aeropuerto, más restrictiva se volverá la zona. El centro del círculo se llama área de cero pies, lo que significa que no se permiten vuelos recreativos ni comerciales de drones (Figura 2). Si uno se mueve del centro a otras áreas (conocidas como cuadrantes) sin la restricción del área de cero pies, es posible recibir una autorización de la FAA para realizar el vuelo en altitudes específicas. Por ejemplo, si desea desarrollar su vuelo sobre un cuadrante con el número 100, eso significa que solo puede volar por debajo de los 100 pies AGL. Para obtener más información sobre los cuadrantes de su área.

La FAA ha desarrollado un sistema para administrar las autorizaciones automatizadas en cualquier cuadrante diferente al cuadrante de cero pies. Este sistema se denomina Capacidad de notificación y autorización de baja altitud (LAANC, por sus siglas en inglés). La FAA proporciona una lista de empresas que brindan servicios públicos de LAANC.

Después de seleccionar la empresa de su preferencia, registre su nombre y agregue información básica en la página de la empresa para crear una cuenta, y luego puede solicitar una autorización. Si toda la información se ingresa correctamente (área de interés-AOI, fecha, hora, información del piloto, información del dron), la autorización se proporcionará de inmediato para cualquier área que no sea un cuadrante de cero pies. Si necesita volar sobre un cuadrante de cero pies, que es el área más restringida dentro de un espacio aéreo controlado, deberá comunicarse directamente con la FAA para explicar los objetivos de su vuelo. Este proceso puede demorar varias semanas y es posible que la FAA no acepte su solicitud.

Es aconsejable verificar si su AOI está dentro del rango de 3 millas de un aeropuerto y, de ser así, revisar la altitud máxima permitida en la que puede volar un dron. Al volar, debe tener a mano su licencia, una copia del número de registro del dron y un permiso por escrito firmado por el propietario, administrador o representante al desarrollar un vuelo para evitar cualquier problema legal. Además, si planea volar sobre un área controlada por la FAA, debe tener una copia de la autorización LAANC. Dependiendo de la complejidad de los vuelos, la FAA recomienda tener una persona con usted durante el vuelo para ayudarlo a monitorear el dron.

Una vez que tenga su licencia de piloto remoto y una comprensión básica de las oportunidades y limitaciones de esta tecnología para sus objetivos específicos, podría considerar comprar un dron. Existen múltiples opciones en el mercado para el campo agrícola y de recursos naturales, y la decisión final estará en función de las siguientes consideraciones:

¿Qué tipo de información le interesa adquirir?

Si bien hay muchos sensores costosos en el mercado, la mayoría de los usuarios agrícolas solo necesitan un dron con una cámara digital (a veces denominada cámara de luz visual o cámara RGB). La cámara se puede utilizar para crear dos productos principales: una ortofoto y un modelo de elevación digital (DEM, por sus siglas en inglés) (Figura 3 y Figura 4 respectivamente).

Una ortofoto es útil porque puede servir para determinar distancias y áreas de un campo. Esta información es valiosa cuando se planifican operaciones agrícolas como la determinación de áreas para cultivos específicos, la cantidad de fertilizante y el tamaño mínimo de los caminos para mover maquinaria pesada.

El DEM proporciona información sobre las diferencias de elevación en un campo. Si conoce el relieve de su AOI como un pastizal en términos de elevación y pendiente, podrá orientar mejor las operaciones de gestión del terreno y los cultivos, como el transporte de materiales, el tránsito de maquinaria y la planificación del riego, etc.

Un software especializado puede analizar cada imagen adquirida por el dron y encontrar puntos comunes entre todas las imágenes. Esta es una etapa de procesamiento muy exigente y, por esa razón, es posible que necesite una computadora potente. Luego, el software "unirá" todas las imágenes para producir una ortofoto (a veces llamada ortomosaico) (Figura 2) y un DEM (Figura 3).

Todos los productos tendrán algún error, esto es inevitable incluso para drones caros y sofisticados. Este error oscila entre 10 metros y unos pocos centímetros y dependerá de la precisión del sistema global de navegación por satélite del dron. Al respecto es importante mencionar que un error de 1 a 5 metros podría considerarse aceptable para el manejo agrícola o de recursos naturales. Los errores de centímetros o milímetros son comunes en la ingeniería civil.

¿Le gustaría desarrollar sus propios mapas?

Si desea procesar las imágenes usted mismo, es importante contar con una computadora de alto rendimiento y el software adecuado. La computadora y el software que seleccione dictarán la capacidad de procesar imágenes para obtener productos confiables. Normalmente, las empresas de software publicarán una lista de requisitos de hardware básicos a avanzados. Una configuración informática básica para el procesamiento de imágenes de drones se compone de un procesador Intel o AMD de 4 a 8 núcleos de 2,0 GHz o más, una unidad de procesamiento central (CPU, por sus siglas en inglés), una memoria de acceso aleatorio (RAM, por sus siglas en inglés) de 16 a 32 GB y una unidad de procesamiento de gráficos dedicada (GPU, por sus siglas en inglés) (por ejemplo: GeForce o Radeon). Una configuración básica a avanzada que pueda procesar la información puede costar entre $1,500 y $5,000. Hay software gratuito disponible, pero puede resultar difícil procesar muchas imágenes con éste (más de 200 o 300 imágenes); también hay software licenciado que puede costar entre $600 y $5,000 con el que podría ser más fácil trabajar. Por suerte, existen tutoriales para aprender a: a) preparar un buen vuelo, b) realizar el vuelo de manera eficiente y segura, y c) procesar tus imágenes utilizando software gratuito o licenciados.

Si no se siente cómodo haciendo los mapas, pero le gustaría volar el dron, hay empresas que pueden desarrollar productos como ortofotos o DEM utilizando las imágenes del dron para usted. Para hacer esto, vuele el dron, recopile cientos de imágenes de su AOI y luego envíe una copia de todas las imágenes a una empresa para su posterior procesamiento. Después de tres a cinco días, recibirá una copia de los productos digitales, como un ortomosaico y un mapa DEM. En términos generales, el tiempo de procesamiento y los costos finales dependerán del tamaño del AOI.

También es posible contratar todo el proceso, esto requerirá la contratación de un piloto con licencia y un analista. A menudo, el piloto también puede proporcionar los servicios de procesamiento. Contratar a un piloto en los EE. UU. para hacer solo el vuelo o la encuesta generalmente cuesta entre $150 y $300 por hora. Nuevamente, el procesamiento de imágenes debe considerarse como un servicio separado.

Los costos provistos son aproximados y pueden variar dependiendo de:

• El tiempo en el campo.
• La extensión del AOI.
• La complejidad y riesgos asociados al vuelo (presencia de árboles altos, edificios, líneas eléctricas, etc.).
• La experiencia del piloto y de la empresa procesadora de mapas.
• La precisión de los productos finales. Si necesita productos muy precisos, es posible que el piloto deba desarrollar un levantamiento topográfico del terreno para mejorar la precisión de los productos finales, lo que aumentará el costo final.
• El tipo de sensores a utilizar (RGB versus multiespectrales y/o térmicos).

La evolución de la tecnología de drones es prometedora y cada día se introducen nuevos desarrollos y productos para la agricultura y la gestión de los recursos naturales.