CARACTERIZACIÓN DE VEGETACIÓN FORESTAL CON EL USO DE VEHICULO AEREO NO TRIPULADO

CARACTERIZACIÓN
DE
VEGETACIÓN
FORESTAL CON EL USO DE VEHÍCULO AÉREOS
NO TRIPULADOS (VANT).
Anteproyecto de Tesis que presenta el C.
ANTONIO DE JESUS NUÑEZ ROMERO
N° De Control 14870135
Carrera: Ingeniería Forestal
Juan Sarabia, Quintana Roo
Enero 2019
INDICE
I. INTRODUCCION ......................................................................................................... 1
II.ANTECEDENTES ........................................................................................................ 2
2.1 Aplicaciones actuales............................................................................................. 3
2.2 Legislación aplicada al uso civil de VANT en México ............................................. 3
2.3 Usos actuales en el sector forestal ........................................................................ 4
2.4 Usos potenciales dentro del sector forestal ........................................................... 4
III. OBJETIVOS ............................................................................................................... 5
3.1 Objetivo general: .................................................................................................... 5
3.2 Objetivos específicos: ............................................................................................ 5
IV. HIPÓTESIS ................................................................................................................ 6
4.1 Hipótesis General................................................................................................... 6
4.2 Hipótesis especificas .............................................................................................. 6
V. MATERIALES Y MÉTODOS ....................................................................................... 6
5.2 Plan de vuelo ......................................................................................................... 7
5.2.1 Diseño del plan de vuelo .................................................................................. 7
5.2.2 Conexión con el VANT y carga del plan de vuelo ............................................ 8
5.2.3 Ejecución del plan de vuelo ............................................................................. 8
5.3 Procesamiento de fotografías geo-referenciada .................................................... 8
5.4 Interpretación de información obtenida (orto-mosaico) .......................................... 9
5.5 Revisión bibliográfica para la caracterización basada en bandas RGB ................. 9
VI CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ......................................................................... 10
VII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................................................................ 11
Anteproyecto de Tesis “Caracterización De Vegetación Forestal Con El Uso De Vehículo Aéreos No
Tripulados En El Ejido.”
I. INTRODUCCION
El desarrollo de la tecnología nivel mundial avanza en diferentes sectores como son la
agricultura, comunicaciones, transporte entre otros, sin embargo en el sector forestal este
avance ocurre de manera lenta y sin muchos cambios.
Actualmente en México, se propicia el desarrollo forestal a través de programas de
aprovechamiento, pago de servicios ambientales, pago compensación ambiental entre
otros, y es importante resaltar que abundan caso de éxito en estos apartados, como tal
para la elaboración proyectos forestales por parte de los técnicos, es vital contar con las
herramientas para la caracterización en tiempo real así como el seguimiento y monitoreo
de las áreas aplicables en dichos apoyos que den fundamentos a los propuestos.
Al igual que el internet y el GPS, los VANT fueron creados con fines bélicos, sin embargo,
en la actualidad se han establecido en nichos específicos de diferentes sectores del
ámbito civil, en los cuales han desarrollado equipos, usos y características enfocadas a
facilitar las tareas propias de la actividad, dentro de los sectores donde los VANT tiene
mayor aplicación es la agricultura, el medio ambiente, la seguridad o la comunicación de
masas.
El uso de los vehículos aéreos no tripulados (VANT), en el ámbito forestal aun es limitado
a pesar del potencial con que cuenta. Para su uso extendido se deben solventar ciertos
obstáculos, que van desde inconvenientes técnicos dado que al ser una tecnología
emergente en el país son pocos los pilotos y por otro lado tenemos las restricciones
legales. Sin embargo, la variedad e importancia de las aplicaciones potenciales, el
incremento innovaciones tecnológicas de los últimos años y los beneficios inmediatos,
hacen razonable prever un notable y rápido progreso en un futuro cercano.
En base a lo antes mencionado en el presente trabajo de tesis de titulación se pretender
establecer la metodología para hacer uso de VANT en la clasificación y caracterización
de la vegetación que sirva como una herramienta de vital importancia para la toma de
decisiones en el sector forestal.
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Tripulados En El Ejido.”
II.ANTECEDENTES
Para entender el cómo han llegado a ser lo que son hoy en día los VANT, debemos echar
la vista atrás y hacer un breve recorrido por su evolución a lo largo del tiempo. Según
Cristina Cuerno Rejado, (Subdirectora de Relaciones Exteriores de la Escuela Técnica
Superior de Ingenieros Aeronáuticos de la Universidad Politécnica de Madrid), “el origen
de la aeronáutica se adjudica a los europeos, desarrollaron los principios de la
aeronáutica, aplicados a aeronaves viables volaron modelos no tripulados que podrían
ser los primeros vehículos aéreos no tripulados de la historia. (Mesa & Izquierdo, 2015)
El término genérico que se utiliza para denominar a estos aparatos tecnológicos es
Vehículo Aéreo No Tripulado (siglas VANT en español) o Unmanned Aerial Vehicle
(UAV) en inglés. El termino vehículos aéreo no tripulado VANT, (Unmanned Aerial
Vehicle, UAV) se hizo común en los 90´s para describir a las aeronaves robóticas y
remplazo el termino vehículo aéreo pilotado remotamente (Remotely Piloted Vehicle
RPV), el cual fue utilizado durante la Guerra de Vietnam y posteriormente. (Cuerno,
2015).
En la década de los 90´s la mayor disponibilidad de los sistemas de posicionamiento
global GPS y de las comunicaciones satélite se liberó a las VANT de operar dentro del
alcance de las señales de radio y los sistemas de navegación inexactos basados en
giroscopios y datos de aire. De esta forma, juntos con los sistemas de digitales de control
de vuelo (Digital flight Control Sistem DFCS), el alcance y la precisión se mejoraron
considerablemente (Cuerno, 2015).
La década de los 2000´s, fue testigo del desarrollo e introducción en Japón del primer
modelo de producción a gran escala de VTOL (Vertical Take-Off and Landing, aeronave
de despegue y aterrizaje vertical), este sistema a sido muy usado para la siembra de
campos de arroz y la fumigación y ha sido un éxito no solo por su eficacia en su misión
sino también por la colaboración con las autoridades reguladoras, lo cual facilito su
puesta en operación, cabe recalcar este sistema es el prototipo de los VANT que
conocemos actualmente (Ramirez Ciriza, 2015).
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2.1 Aplicaciones actuales
Con el paso de los años y fundamentalmente con la mejora e invención de nuevas
tecnologías como el GPS, han ido apareciendo varios modos de utilización hasta llegar
al actual modo autónomo, que permite a un VANT despegar, realizar cualquier
intervención de forma periódica, y aterrizar sin la intervención ni presencia humana, para
ello el piloto sólo deberá programar la ruta a través de un software e indicar el momento
requerido para la toma de cualquier dato (Facsa, 2003).
De las más comunes, es el uso de VANT para realizar mediciones topográficas en zonas
de difícil acceso. Las funciones de estos sistemas en este tipo de actividades son
principalmente dos. Por un lado, pueden fotografiar con gran calidad y detalle una zona
determinada y por otro lado, existen muchos VANT equipados con un láser que pueden
llegar a realizar una descripción del terreno, a través de una nube de puntos que luego
se pasa a un plano o a un mapa (Mesa & Izquierdo, 2015).
2.2 Legislación aplicada al uso civil de VANT en México
Las características del sector de las aeronaves pilotadas por control remoto hacen que
formular una regulación para el mismo sea una tarea compleja, debido a las diferentes
características, componentes y prestaciones, que se pueden encontrar en el mercado,
además el tamaño puede variar de unos pocos centímetros hasta varios metros con
diferentes velocidades y tipos de desplazamiento.
En el 2015 la Secretaria de Comunicaciones Y Transporte (SCT), actualizo la circular CO
AV 23/10 R2, en la cual establece los lineamientos de operación para los VANT, así
como también los criterios para la licencia de los pilotos los criterios que regulan su
operación, a fin de preservar la seguridad del público y también, por supuesto, de los
operadores de esas aeronaves (Secretaria de Comunicaciones Y Transporte, 2017).
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2.3 Usos actuales en el sector forestal
Múltiples profesionales opina referente al control de incendios forestales, plantean que
el momento idóneo para aumentar la efectividad de los medios seria de noche, puesto
que es cuando la temperatura ambiental y el viento disminuyen, siendo el punto más
débil y el momento más preciso para atajarlo (Bordallo Álvarez & Burwitz Schwezoff,
2015).
Es el caso del proyecto español Nitrofirex, en fase de desarrollo, que busca la integración
de equipos utilizados en defensa, para su posterior aplicación en la lucha contra
incendios forestales, o en la intención de minimizar los efectos ante una posible
emergencia atómica, química o biológica.
Otro proyecto forestal de relevancia es el que se propone por la empresa estadounidense
Biocarbon Engineering, está realizando pruebas para reforestar grandes cantidades de
terreno a través de la utilización de VANT es (García García, 2017).
La cual propone utilizar un multirrotor equipado con un GPS, una cámara óptica, una
cámara multiespectral y un recipiente donde guardará las semillas. Para una correcta
plantación, el VANT realiza una topografía del terreno, donde recopila información del
mejor enclave para ubicar la planta, respetando las distancias mínimas para un correcto
desarrollo.
2.4 Usos potenciales dentro del sector forestal
La posibilidad de transmisión de imágenes o datos en tiempo real a una base o
dispositivos terrestres, ha significado un gran avance, puesto que ha permitido incorporar
un mayor número de sensores que permiten controlar agentes propios del vuelo, como
velocímetros, giroscopios o altímetros, o agentes externos al vuelo como las
concentraciones de gases, o la implantación del sistema LIDAR entre otros (García
García, 2017).
Como usos potenciales encontramos el ejemplo presentado por el Grupo Tragsa, el cual
es un proyecto que pretender conocer el estado y los riesgos que afectan a las masas
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Tripulados En El Ejido.”
forestales del sudeste europeo (incendios, plagas, etc.) con el objetivo de probar y
desarrollar innovaciones técnicas para contribuir a reducir los daños forestales
producidos por factores bióticos y abióticos (Checa Alonso, Escudero Barbero, Lario
Leza, & Porcel Prado, 2015).
III. OBJETIVOS
3.1 Objetivo general:
1. Desarrollar la metodología para uso de Vehículos aéreos no Tripulados en la
clasificación y caracterización de las asociaciones vegetales presentes en uno
ecosistema de manglar en el ejido Úrsulo Galván, Othón P. Blanco, en tiempo real
mediante el uso de fotografías aéreas.
3.2 Objetivos específicos:
1. Determinar las áreas a analizar dentro la superficie del predio en base a puntos de
interés.
2. Elaborar el plan de vuelo previamente establecido con el uso del programa Pix4D
base del VANT.
3. Procesar las fotos obtenidas del VANT durante la ejecución del plan de vuelo
previamente establecido
4. Determinar en base al orto-mosaico obtenido del procesamiento que tipo de
vegetación se encuentra presente en el área de estudios.
5. Realizar la caracterización de las asociaciones vegetales del área de estudio
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IV. HIPÓTESIS
4.1 Hipótesis General
H. n. El uso de fotogrametría y fotointerpretación de imágenes obtenidas en tiempo real
con el uso de VANT´s permite identificar claramente el tipo de vegetación de un área
forestal determinada
H. a. El uso de plataformas comerciales como Google Earth permite realizar la
caracterización con el mismo nivel de precisión que imágenes obtenidas de un VANT.
4.2 Hipótesis especificas
1.
H. n. Las áreas de interés con base en imágenes de satélite permite identificar
diferentes vegetaciones presentes en el área de estudio.
2.
H. n. El interfaz del programa Pix4D permite que el diseño del plan de vuelo sea
de manera intuitiva.
3.
H. n. El procesamiento de las imágenes aéreas obtenidas en el programa Pix4D
mapper permite obtener el orto-mosaico con las bandas RGB para la identificación
de la vegetación.
4.
H. n. Con el uso de bandas espectrales es posible establecer un rango de color
para la clasificación por tipo de vegetación.
5.
H. n. La clasificación elaborada es posible realizar la caracterización de la
vegetación presente en el área de estudio.
V. MATERIALES Y MÉTODOS
5.1 Ubicación del área de estudio
El área de estudio está situado en el municipio de Othón P. Blanco, Estado de Quintana
Roo. Colinda al sur con Laguna Guerrero y al noreste con Luis Echeverría, rodeado al
oeste por humedales y al este por un cuerpo de agua salobre, lo que le confiere
condiciones especiales.
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Tripulados En El Ejido.”
Figura 1. Ubicación de área de estudio para la ejecución de proyecto: "Metodología Para La
Caracterización De La Vegetación Con El Uso De Vehículos Aéreos No Tripulados En Úrsulo Galván,
Quintana Roo”
5.2 Plan de vuelo
Se utilizara el VANT Phantom 3 Standart de la marca DJI, el cual tiene instalado la
cámara HD: 1280 x 720p. Para elaborar el plan de vuelo se usara el programa Pix4D
capture, el cual deberá ser instalado en una Smartphone con mínimo 2gb de memoria
RAM y 16gb de memoria ROM, debido a los requerimientos de funcionalidad del
programa, y con esto evitar cualquier tipo de contratiempo.
5.2.1 Diseño del plan de vuelo
El diseño del plan de vuelo se hará en base a las área que presente interés para el
estudio, aquellas que por medio de imágenes de satélite se pueda observar la presencia
la vegetación más compleja dentro del área de estudios, por tal serán los puntos
seleccionados.
El plan de vuelo se establecerá a 100 metros de altura y con una área cubrir de ±5
hectárea por vuelo, en un polígono de Grib (grilla) con un traslape de 75% tanto vertical
como horizontal, el ángulo de inclinación de la cámara deberá ser 90°, con lo cual se
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Anteproyecto de Tesis “Caracterización De Vegetación Forestal Con El Uso De Vehículo Aéreos No
Tripulados En El Ejido.”
pretende obtener un aproximado de 120 a 140 fotos por vuelo, un número determinado
por el programa para la correcta fotointerpretación.
5.2.2 Conexión con el VANT y carga del plan de vuelo
Cuando se tenga listo el plan de vuelo y estén correctamente determinados los datos
que se desean obtener se procederá a carga la información que se generó en el
programa Pix4D capture en la memoria de VANT Phantom 3 Standart, este proceso es
sencillo dado que el VANT tiene el puerto WIFI al cual se conectara el dispositivo en el
cual estará instalado el programa, se conectara al WIFI y una vez realizada la conexión
se cargara el plan.
5.2.3 Ejecución del plan de vuelo
Como medida de seguridad antes de iniciar el vuelo el programa Pix4D capture hará un
análisis de diversos parámetros referentes a la conexión con el VANT, radiación, estado
de la batería tanto del VANT como del control, el punto de retorno este servirá en dado
caso que se pierda la conexión con el control, de ahí la trascendencia de este análisis.
Con el plan de vuelo cargado el VANT, este recibirá las ordenes directamente del
programa Pix4D capture, de manera autónoma el VANT se elevara a la altura
preestablecida, una vez en ahí se estabilizara y posteriormente se dirigirá al punto más
lejano del sitio de despegue donde iniciara el recorrido, la velocidad de desplazamiento
será establecida a 5 m/s, en línea recta hasta el siguiente punto, durante este recorrido
tomara fotos que son guardadas directamente en la memoria del VANT y una vez
finalizado el polígono el VANT recibirá la orden de aterrizar en el punto de retorno
previamente establecido.
5.3 Procesamiento de fotografías geo-referenciada
Para el procesamiento de las imágenes obtenidas den los vuelos realizados, se usara el
programa Pix4D mapper, el cual mediante una serie de pasos intuitivos del programa de
cargaran las imágenes respectivas de cada vuelo, y el programa Pix4D mapper se
encargara de procesar las imágenes de acuerdo a los parámetros establecidos, que para
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este caso será únicamente mapas en 2D de acuerdo este proceso se realizará en una
versión beta del programa Pix4D mapper , dado que la licencia para este programa está
fuera de nuestro alcance.
Una vez procesadas las fotografías, se espera obtener imágenes Tif, Orto-mosaico e
imágenes de bandas RGB. Este proceso se repetirá en el resto de los vuelos realizados
por el VANT. Imágenes tipo a obtener del procesamiento de imágenes
1) Orto-mosaico de vegetación y relieve 2) Modelo digital de elevación
5.4 Interpretación de información obtenida (orto-mosaico)
Los productos obtenidos del procesamiento de fotografías serán cargadas al programa
Arcmap, en el cual se usara la Imagen Tif, para geo-referenciar el Ortomosaico de cada
vuelo realizado por el VANT.
Con base a orto-mosaico se hará la clasificación preliminar de los tipos de vegetación
presente en el área de estudio con lo cual posteriormente será la herramienta para
caracterizar las asociaciones vegetales.
5.5 Revisión bibliográfica para la caracterización basada en bandas RGB
Para determinar los colores de las bandas que determinan cierto tipo de vegetación es
importante conocer cuáles son los parámetros utilizados por otros autores, con lo cual le
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Tripulados En El Ejido.”
daremos la veracidad a este trabajo, por lo tanto se revisara bibliográfica publicada de
artículos científicos, tanto digital como física.
VI CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
Meses
Actividad
Ubicación del
área de estudio
diseño de plan
de vuelo
ejecucion del
plan de vuelo
Procesamiento
de fotografías
geo-referenciada
enero
febrero
1
2
3
marzo
4
5
6
7
8
9
abril
semana
10 11 12
mayo
13
14
15
16
junio
17
18
19
julio
20
21
22
Revisión
bibliográfica para
la caracterización
basada en
bandas RGB
Interpretación
de información
obtenida (ortomosaico)
verificacion de la
interpretacion
de los resultados
obtenidos.
presentacion de
resultados
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23
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25
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Tripulados En El Ejido.”
VII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Bordallo Álvarez, L. M., & Burwitz Schwezoff, A. (2015). Aplicacion a la Extincion
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Checa Alonso, M. J., Escudero Barbero, M. d., Lario Leza, F. J., & Porcel Prado, P.
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Madrid, Los Drones y su Aplicacion en la Ingenieria Civil (págs. 119-128).
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23/10 R2 "Que Establece los Requirimentos Para Operar un Sistema de
Aeronave Pilotada a Distancia (RPAS) en el Espacio Aereo Mexicano". Mexico:
Direccion General de Aeronautica Civil.
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