Los UAVs en el sector de aplicaciones de Lidar aumentan sustancialmente


El mercado de los UAVs lidar y sus aplicaciones está creciendo rápidamente y seguirá creciendo durante la próxima década. En 2015, la cifra gastada en drones utilizando el Lidar se situaba en torno a los 300 millones de dólares.

Sin embargo, se espera que el mercado de lidar suba a más de 1.000 millones de dólares en 2020. Esto supone un incremento del 20% con respecto al año 2020.

Muchos todavía ven aplicaciones de lidar en el aire a través del uso de aviones de ala fija. El alto costo de alquilar o alquilar aviones equipados con lidar, pilotos, ingenieros entrenados en lidar ha mantenido el uso de esta tecnología extremadamente útil al mínimo. Sólo grandes sumas de dinero y grandes presupuestos podían permitirse el lujo de utilizar sistemas lidar aéreos de forma regular.

Con los grandes avances en la innovación y tecnología de los aviones teledirigidos, podemos ver un gran cambio, desde el avión de ala fija de alto coste hasta el modelo lidar de menor coste y más eficiente de los vehículos aéreos no tripulados.

Los fabricantes de aviones teledirigidos están desarrollando modelos que son adaptables a una amplia gama de cámaras y sensores, incluido el lidar. Fabricantes como DJI con su Matrice 100 y 3DR con su X8-M son muy adaptables para equipos de detección lidar.

Los fabricantes de sensores lidar también ven el potencial del mercado de los UAV. Estos fabricantes están impulsando la creación de sensores lidar más ligeros y pequeños específicamente para el mercado de los vehículos aéreos no tripulados. Esto ya está ocurriendo en la fotogrametría y en la prospección aérea.

Las aplicaciones del Lidar de los vehículos aéreos no tripulados tienen un gran potencial

Hay muchos proyectos, desde comerciales hasta gubernamentales, ambientales y de conservación, que tienen presupuestos ajustados y no pueden permitirse el alto costo de contratar servicios de aeronaves equipadas con lidar. Estos sectores están empezando a aprovechar el bajo coste de los sistemas lidar UAV.

Qué es Lidar

La detección y el alcance de la luz (Lidar) es, por definición, un método de teledetección que utiliza luz láser pulsada para medir los alcances (distancias variables o cambiantes) hacia la Tierra. El instrumento lidar dispara pulsos rápidos de luz láser en una superficie, algunos hasta 150.000 pulsos por segundo.

La luz se mueve a una velocidad constante y conocida, por lo que los sensores lidar pueden calcular fácilmente la distancia entre sí y el objetivo con gran precisión. Repitiendo esto en rápida sucesión, el instrumento construye un complejo ‘mapa’ de la superficie que está midiendo. Con el lidar aerotransportado se deben recopilar otros datos para asegurar la exactitud.

Spreadading Wings S1000 Con UAV Lidar SensorLidar utiliza luz ultravioleta, visible o infrarroja cercana para visualizar objetos. Mientras el sensor se mueve, la altura, ubicación y orientación del instrumento deben incluirse para determinar la posición del pulso del láser en el momento del envío y el momento del retorno. Esta información adicional es crucial para la integridad de los datos.

El Servicio Nacional del Océano describe mejor al lidar de la siguiente manera: Cuando se combinan los rangos del láser con los datos de posición y orientación generados por los sistemas integrados de GPS y unidades de medida inerciales (IMU), los ángulos de barrido y los datos de calibración, el resultado es un grupo denso y rico en detalles de puntos de elevación, denominado “nube de puntos”.

Cada punto de la nube de puntos tiene coordenadas espaciales tridimensionales (latitud, longitud y altura) que corresponden a un punto particular de la superficie de la Tierra desde el cual se reflejó un pulso de láser. Las nubes de puntos se utilizan para generar otros productos geoespaciales, como modelos digitales de elevación, modelos de cubiertas, modelos de edificios y contornos.

Lidar también puede apuntar a una amplia gama de materiales, incluyendo objetos no metálicos, rocas, lluvia, compuestos químicos, aerosoles, nubes e incluso moléculas individuales.

Aplicaciones Lidar con UAVs

El Lidar se utiliza en muchos sectores en la actualidad de forma limitada. El Lidar se va a trasladar a más zonas y se va a utilizar con mayor frecuencia dentro de estos sectores. El único factor que limita el uso de la tecnología lidar UAV tiene que ser nuestra propia imaginación.

Uno de los mejores usos del lidar es el análisis de datos en el campo de la conservación ambiental. Muchos proyectos de conservación se basan en la comunidad local, la ciudad o el condado sin tener un gran presupuesto. Con el lidar montado en los UAVs, el uso de drones en proyectos comunitarios locales aumentará dramáticamente. Tener una vista aérea así como construir mapas topográficos beneficiará inmensamente a todos los proyectos de conservación.

Usos positivos de los drones Lidar

Proteger nuestros hábitats naturales tanto para la vida silvestre como para nosotros mismos es importante. Toda la vida es importante y estar rodeado de una belleza natural virgen, ya sean lagos, parques, bosques o regiones costeras, es algo que hay que apreciar. Sin duda, los UAVs lidar tendrán un gran impacto en este sector.

Aquí hay una lista de aplicaciones de lidar de UAVs. Este sector es bastante grande y va en aumento gracias al uso de drones adaptados para llevar sensores lidar.

  • Agricultura: Se utiliza para revelar las pendientes y la exposición al sol en las tierras de cultivo.
  • Agricultura: Mezclar los mapas topográficos con los datos de rendimiento de los cultivos para indicar la salud del suelo.
  • Arqueología: Localización y mapeo de las características debajo del dosel del bosque.
  • Arqueología: Levantamiento de sitios y ayuda en la planificación de excavaciones.
  • Meteorología: Los sistemas Lidar perfilan las nubes, miden la velocidad del viento y cuantifican los componentes atmosféricos.
  • Conservación del medio ambiente: El Lidar tiene muchas aplicaciones en el acceso y análisis de ríos, lagos, regiones costeras, clima, peligros de incendios forestales, amenazas terrestres a los arrecifes de coral, medición de áreas de biomasa y protección forestal.
  • Conservación de bosques – Mida la estructura y densidad del dosel forestal y compárelo con los datos de la superficie.
  • Minería: El Lidar se utiliza para calcular los volúmenes de mineral por medio de sobrevuelos periódicos de los UAV y comparando los datos de la superficie con el análisis anterior.
  • Topografía: UAV con sensores lidar se utilizan para crear muchos tipos de DEM (Digital Elevation Model).
  • Mapeo de Contorno: Creación de mapas topográficos, que muestran los valles, las colinas y la inclinación de las laderas.
  • Energía Solar: Lidar para ayudar a los planificadores de la ciudad y del condado a optimizar los sistemas solares fotovoltaicos.
  • Evitación de Obstáculos: Todos los tipos de vehículos autónomos, incluidos los vehículos aéreos no tripulados, utilizan lidar para la detección y evitación de obstáculos.

Aquí hay un bonito video del Dr. Nicholas Coops que ofrece una introducción al lidar para la gestión de los recursos naturales. Nicholas describe muy bien el lidar junto con sus tremendos beneficios.

Sistemas Lidar UAV

La mayoría de los sistemas lidar UAV integran los siguientes componentes:

Sensores Láser Lidar:

Generalmente los sistemas lidar UAV utilizan láseres YAG bombeados por diodos de 1064 nm. Los sensores pueden distinguirse en función del método de exploración, es decir, de cómo se dirige el rayo láser a través de la superficie. Se muestran los cuatro tipos de sensores más utilizados.

Tipos de sensores Lidar

Tecnología Drone Lidar

Escáneres y sensores ópticos

La velocidad a la que se pueden revelar las imágenes se ve afectada por la velocidad a la que se pueden escanear en el sistema. Una variedad de métodos de escaneo están disponibles para diferentes propósitos tales como azimut y elevación, espejos planos oscilantes dobles, escáner de doble eje y espejos poligonales. El tipo de óptica determina la resolución y el rango que puede ser detectado por un sistema.

Electrónica de fotodetectores y receptores

El fotodetector es el dispositivo que lee y registra la señal que se devuelve al sistema. Existen dos tipos principales de tecnologías de fotodetectores, los detectores de estado sólido, como los fotodiodos de avalancha de silicio y los fotomultiplicadores.

UAVs, Navegación por Waypoint y GPS

Cuando un sensor lidar se monta en una plataforma móvil como satélites, aviones o automóviles, es necesario determinar la posición absoluta y la orientación del sensor para retener los datos utilizables.

Los sistemas de posicionamiento global proporcionan información geográfica precisa sobre la posición del sensor y una unidad de medición de inercia (IMU) registra la orientación exacta del sensor en esa ubicación. Estos dos dispositivos proporcionan el método para convertir los datos de los sensores en puntos estáticos para su uso en una variedad de sistemas.

El vuelo autónomo usando navegación por waypoints es esencial para trabajar con sensores e instrumentos lidar. Con waypoints autónomos, basta con programar en la ruta de vuelo o área a cubrir. El UAV se mantendrá en esta trayectoria de vuelo mejor que cualquier piloto manual.

Los sistemas de vuelo de los drones superiores de hoy en día, se realinean cientos de veces cada segundo para mantenerlos inmóviles en condiciones tempestuosas.

Sistemas Lidar UAV

A continuación se enumeran una serie de fabricantes de sensores lidar, drones que los sensores lidar se pueden montar y también un par de proveedores de soluciones lidar. Otro estupendo artículo leído es el de los diez primeros sensores lidar para UAVs.

Leica Geosystems

Leica fabrica sistemas lidar de cartografía urbana asequibles con su frecuencia de pulso de 1,0 MHz líder en el sector, que se puede actualizar fácilmente a una configuración de capacidad completa.
Los sistemas Leica producen nubes de puntos de alta densidad para la cartografía aérea de corredores, urbana, de planicies de inundación y de uso general en una fracción del tiempo que se tardaba antes. Leica dispone de varios sistemas lidar aerotransportados. Sin embargo, todos ellos son sensores lidar grandes y pesados más adecuados para los girócopteros.

Sensores Lidar Geodésicos para UAVs

La geodesia crea una serie de sensores lidar para UAVs. El Geo-MMS SAASM es una carga útil de mapeo lidar totalmente integrada que se monta en pequeños UAVs. El Geo-MMS incluye un sistema de navegación inercial, que utiliza un sensor GPS SAASM con una ruta al código M, junto con el sensor lidar.

Los datos brutos del GPS, IMU y sensor lidar integrados se registran en el dispositivo interno de registro de datos y pueden ser procesados posteriormente utilizando el paquete de software de herramientas lidar de Geodesia para georeferenciar directamente las nubes de puntos lidar.

El Geo-MMS SAASM puede ser utilizado para las siguientes aplicaciones;

  • Inteligencia, Vigilancia y Reconocimiento (ISR).
  • Conciencia de la situación.
  • Sentir y evitar.
  • Gestión de activos.
  • Vigilancia costera.
  • Mapeo hidrométrico.
  • Inspección crítica de la infraestructura de petróleo y gas.
  • Generación de DEM/DSM.
  • Capacidad de mapeo de interiores (SLAM).

Phoenix Aerial Systems

Phoenix es uno de los principales fabricantes de vehículos aéreos no tripulados con productos lidar aéreos integrados. Tienen dos estupendos Lidar UAVs llamados Scout y Ranger.

El Scout UAV utiliza el sensor lidar Velodyne VLP-16 Puck (ver abajo), que cuenta con 16 láseres alineados sobre un campo de visión vertical de 30º, un rango de 100+ metros y captura hasta 300,000 mediciones por segundo.

El Ranger es, con mucho, el sistema de cartografía lidar más preciso y de mayor alcance que ofrece Phoenix. Sus UAVs lidar son ideales para cartografiar líneas eléctricas, oleoductos, vías férreas y cualquier otra cosa en la que la precisión sea esencial.

Phoenix Aerial tiene 6 sistemas de mapeo lidar UAV.

  • Scout-16 LiDAR.
  • Ranger-LR Lite LiDAR.
  • miniRanger Lite LiDAR.
  • Alfa AL3-32 LiDAR.
  • Pioneer P10 LiDAR.
  • Phoenix SLAM.

Velodyne Lidar

Los sensores Velodyne Lidar son quizás los sensores Lidar más avanzados del mercado. El sensor lidar VLP-16 de Velodyne es el más pequeño y el producto de la gama de productos lidar 3D de Velodyne.

Es mucho más rentable que los sensores de precio similar y desarrollado pensando en la producción en masa, conserva las características clave de los avances de Velodyne en lidar: Mediciones en tiempo real, 360°, distancia 3D y reflectividad calibrada.

El último producto de Vellodyne es el sensor HDL-32E LiDAR para UAVs. Es pequeño, ligero, de construcción robusta y cuenta con hasta 32 láseres a través de un campo de visión vertical de 40°. El HDL-32E mide sólo 5.7″ de alto x 3.4″ de diámetro, pesa menos de dos kilogramos y fue diseñado para superar las demandas de las más exigentes aplicaciones de navegación autónoma del mundo real, mapeo móvil 3D y otras aplicaciones LiDAR.

UAV Vulcano

Vulcan puede construir sistemas UAV multirotor estándar, personalizados y a medida para muchas aplicaciones y sectores, incluido el lidar. Vulcan UAV es el proveedor preferido de UAVs para el nuevo LidarPod de RouteScene.

3DR X8-M

El X8-M de 3DR es totalmente adaptable y puede ser personalizado para varias cámaras y sensores. El X8-M tiene toda la tecnología que usted necesita y es perfecto para aplicaciones lidar y muchos otros usos. 3DR ha dejado de fabricar el UAV X8. Su avión teledirigido SOLO es adaptable a la fotogrametría, por lo que hay terceros que esperan una mayor adaptación del SOLO para los sensores lidar.
Nota: En noviembre de 2016, 3DR anunció que dejaría de producir drones y se concentraría en soluciones de Imagenología y Fotogrametría 3D como su producto SiteScan.

Drones DJI

DJI tiene 4 drones que pueden ser personalizados para una amplia gama de cámaras y sensores. Matrice 100 es estable, modular y totalmente programable.  Matrice 100 es una plataforma potente y adaptable para muchos usos.

Otro dron estupendo es el DJI Spreadading Wings S1000+ multirotor que es extremadamente adaptable y puede llevar varias cámaras, cardanes y sensores.

Dispone de dos puertos CAN y API paralelos para conectar dispositivos DJI, incluyendo el sistema de sensores Guidance, las unidades GNSS D-RTK o componentes de terceros de su elección.

En el siguiente video vemos las alas de dispersión S1000 montadas con el sistema de mapeo lidar AL3-16. El AL3-16 se puede montar en cualquier UAV que pueda soportar una carga útil de 2,5 kg. El Spreadading Wings S1000 es perfecto para muchas aplicaciones lidar.

Formación Lidar

Trabajar al aire libre con sensores lidar conectados a un UAV y luego desarrollar los datos para crear mapas y modelos es bastante emocionante. Ciertamente es una aventura. Aprender algo nuevo lleva tiempo, pero vale la pena. Trabajar con lidar es un gran paso en la carrera y como empresa, los servicios de lidar tienen una gran demanda.

Aquí tienes algunos recursos si eres nuevo en el mundo del lidar. Estos te pondrán al día con bastante rapidez y luego podrás seguir un camino más avanzado.

Rápida y sencilla Introducción al curso de formación de Lidar.

La ESRI cuenta con 3 cursos lidar online. El 1er curso es un seminario gratuito que proporciona una visión general de las capacidades lidar utilizando el sistema de información geográfica llamado ArcGIS. Este sistema se utiliza para: crear y utilizar mapas; recopilar datos geográficos; analizar información cartografiada; compartir y descubrir información geográfica; utilizar mapas e información geográfica en una amplia gama de aplicaciones; y gestionar información geográfica en una base de datos.

Los otros dos cursos de la ESRI incluyen ejercicios prácticos y están dirigidos a gestores y analistas de datos.

  • Comenzando con lidar en ArcGIS.
  • Gestión de datos lidar en ArcGIS.
  • Usando datos lidar en ArcGIS.

No olvides consultar con las universidades locales de tu zona para obtener formación en lidar o incluso en GIS. En algunos aspectos, la formación en el aula sigue siendo la mejor.

Para terminar este post, aquí tenéis un bonito vídeo que os muestra exactamente cómo funcionan el lidar y la teledetección.