Share | 11/14/2019
Nos sentamos con Jenny Williams, especialista en análisis espaciales basados en la conservación y en el pilotaje de estudios de áreas remotas con UAV. Explica la investigación que ha podido llevar a cabo con la tecnología de drones de ala fija eBee, cómo los drones han transformado su flujo de trabajo y por qué eligió el eBee para ayudarla a realizar su investigación basada en la conservación.
Hola, Jenny¡! Gracias por charlar hoy con nosotros. Empecemos.
El Real Jardín Botánico de Kew es uno de los mayores jardines botánicos del mundo, de renombre internacional, con más de 350 investigadores dedicados a documentar y comprender la diversidad vegetal y fúngica del planeta. En la sede de Kew disponemos de jardines botánicos físicos, un herbario (material vegetal seco, incluidas las colecciones de Darwin) y un laboratorio de genética. Tenemos otro emplazamiento, Wakehurst Place, que alberga el Banco de Semillas del Milenio.
Trabajo en el departamento de Informática de la Biodiversidad y Análisis Espacial, así que mi papel es ser un científico en todo lo geoespacial. Esto abarca desde el descubrimiento del impacto del cambio climático en especies concretas, como el café arábica, hasta la identificación y cartografía de hábitats amenazados para las Zonas Tropicales Importantes para las Plantas.
La mayor parte de nuestro trabajo con drones tiene lugar en los trópicos, que es donde históricamente se han centrado los intereses de investigación de Kew. Sin embargo, pasamos algún tiempo en las instalaciones de Wakehurst Place para comprobar y probar los equipos, debido a sus amplias zonas abiertas. Estas pruebas de vuelo nos ayudan a garantizar la seguridad y el éxito de las misiones con drones cuando nos encontramos en zonas remotas, como Madagascar.
Para nuestros levantamientos cartográficos a gran escala con drones, siempre utilizamos el dron de ala fija eBee. Es el más ligero y portátil que hemos encontrado, lo que nos permite volar más lejos y durante más tiempo a la resolución que queramos.
Antes de emprender una misión con un dron, comprobamos a fondo nuestro equipo y nos aseguramos de tener suficientes baterías cargadas para el dron y el portátil. Una vez en el lugar, realizamos las comprobaciones previas al vuelo y determinamos si es necesario restringir el acceso al público durante los vuelos, despegues y aterrizajes. Trabajamos en parejas para que haya al menos un piloto de dron con un observador. Siempre necesitamos un par de ojos en el dron y otro vigilando el tráfico aéreo a baja altura, las aves de presa y los sistemas meteorológicos desfavorables: cualquier cosa que pueda amenazar el vuelo del dron.
Utilizamos sobre todo el Landsat Thematic Mapper, que tiene una resolución de 30 metros, porque es gratuito y cuenta con un archivo de imágenes de largo alcance. También hemos utilizado datos de Sentinel y, cuando los proyectos lo permitían y disponíamos de fondos, adquiríamos una pequeña zona de imágenes WorldView, Quickbird o IKONOS para recopilar datos a un nivel similar. Desde luego no es la misma resolución, pero no se puede conseguir la misma resolución con otra cosa que no sea un dron. Además, muchas de las zonas en las que trabajamos son tropicales, por lo que intentar obtener imágenes por satélite en un cielo sin nubes casi siempre es problemático.
Una vista del atardecer desde el campamento tras un exitoso día de misiones con drones en el bosque de Ambohimahamasina, Madagascar.
Tenía un proyecto en Sumatra en el que necesitaba imágenes precisas. A pesar de contar con el escaso presupuesto para la recogida de imágenes WorldView2, además de un año para trabajar en este proyecto, nunca pudimos obtener las imágenes del archivo ni encargarnos de la recogida debido a la cobertura de nubes. Al final utilicé las imágenes de alta resolución más actuales que pudimos encontrar, que eran imágenes de satélite SPOT de 10 metros y tres años de antigüedad. Obviamente, no era lo ideal ni lo oportuno.
Gracias a las imágenes de drones, podemos contar el número de árboles caídos o talados para conocer la densidad de un bosque o estimar futuras pérdidas.
Hace unos seis años, estudiamos la posibilidad de adquirir un dron para poder inspeccionar zonas específicas en momentos concretos y en las estaciones concretas que nos convenían. Para algunos proyectos, queríamos conocer la salud de un árbol en su época del año más sana frente a la más estresada. En otros casos, queríamos observar la vegetación estacionalmente para determinar las variaciones de las especies durante las épocas de caída o caída de la hoja. Necesitábamos tener las máximas posibilidades de obtener imágenes topográficas sin nubes.
Nuestra decisión de comprar un dron tuvo mucho que ver con la alta resolución espacial de las imágenes obtenidas con drones. Necesitábamos la capacidad de identificar copas de árboles individuales, medir y contar árboles talados o tocones, cartografiar con precisión las cicatrices de quemaduras y controlar el rebrote de vegetación a pequeña escala. No podemos obtener imágenes de alta resolución y sin nubes de otra forma. Cuando se trata de topografía con drones, para nosotros no hay otra opción. Para obtener el nivel de detalle que necesitamos, dónde y cuándo lo queremos, tenemos que recoger las imágenes nosotros mismos. Las imágenes captadas por drones ofrecen algo que nada más puede ofrecer, no hay otra forma de obtener esas imágenes.
Primero volamos el eBee Classic con los sensores RGB, Near-Infra-Red (NIR) y RedEdge. Ahora volamos dos drones eBee Plus y los utilizamos principalmente con la cámara S.O.D.A., pero a menudo realizamos vuelos dobles con la Sequoia para obtener una resolución multiespectral. La información espectral proporcionada en diferentes longitudes de onda es necesaria para extraer características específicas de la vegetación. Dado que la vegetación presenta una alta intensidad en el infrarrojo cercano, es aquí donde podemos extraer la información más interesante e indicar las diferencias de reflectancia entre especies, estado de salud y estructuras.
Para nosotros, la principal ventaja del eBee es que podemos inspeccionar grandes zonas con distintas cámaras. No hay nada más que el dron superligero de ala fija eBee que hayamos encontrado capaz de hacer eso.
Intenté extraer troncos de árboles talados de las imágenes de drones que obtuve en Madagascar. Había una gran sombra proyectada sobre la zona talada por los árboles intactos. Con las imágenes del S.O.D.A., esta zona aparecía de color gris oscuro y negro debido a la sombra. Cuando observé las mismas imágenes de las bandas NIR y Red-Edge de la cámara Sequoia, pude identificar claramente los troncos talados. Precisamente por eso, la posibilidad de utilizar y alternar entre distintas cámaras ha sido tan importante para nosotros.
La mayoría de las imágenes que necesitamos recopilar se encuentran en zonas remotas. En la mayoría de los países en desarrollo en los que trabajamos, debemos llevar el equipo de drones y el personal en un único todoterreno 4×4 hasta la zona de investigación. Luego, conducimos o transportamos ese kit hasta el emplazamiento de la base. Cuando estudiamos los posibles drones, nos hicimos preguntas como “¿cuál es el más ligero?”, “¿el más portátil?”, “¿ofrece la mejor relación calidad-precio?”, “¿puede volar más tiempo?”, “¿puede hacer fotos de calidad?” y “¿nos permite ponerle diferentes cámaras?”.
Jenny se conecta a un ordenador portátil con el software de planificación de vuelos eMotion para una misión con el eBee Classic sobre el bosque remanente de Ankafobe, Madagascar.
El eBee es ligero, vuela lejos y es fácilmente transportable. Incluso las piezas de repuesto que llevamos son ligeras: alas, hélices, accesorios de banda. La mayor parte del peso procede de las baterías adicionales. Llevamos 10 para poder pasar un día entero zumbando. Sin embargo, también son extremadamente portátiles, a pesar de sus bolsas de almacenamiento ignífugas especiales para LiPo.
En primer lugar, determinamos la zona que queremos volar. Por ejemplo, cuando estuve en Madagascar, Feedback Madagascar, la organización sin ánimo de lucro con la que trabajamos, que tenía equipos sobre el terreno, me dio zonas prioritarias. A continuación, utilicé el software eMotion para planificar los posibles vuelos y calcular la altura, la resolución y la distancia necesarias para cubrir la zona. Tenía que asegurarme de que podíamos volar con una resolución espacial suficiente para los detalles de los árboles y los cortes que necesitábamos y, al mismo tiempo, volar lo suficientemente alto para cubrir grandes áreas y maximizar el poco tiempo de vuelo disponible. Una vez que lo averiguamos, creé planes de vuelo que cubrían las zonas prioritarias de alto riesgo de deforestación.
Llevamos a cabo muchos menos estudios extensivos en tierra porque podemos obtener mucha información del dron.
A continuación, determinamos cuál sería el mejor lugar para despegar y aterrizar. Con el eBee, las zonas de lanzamiento y aterrizaje son la parte más crítica de cualquier misión. Buscamos zonas grandes y llanas que estén lo suficientemente abiertas como para que podamos aterrizar con seguridad. En Madagascar, estos lugares fueron comprobados por nosotros con antelación y sólo se modificaron ligeramente para garantizar que hubiera espacio para acampar.
Teníamos cuatro equipos, uno de los cuales estaba formado por el piloto del dron y los observadores. Los otros tres eran “equipos itinerantes” a lugares geográficos concretos. Los equipos itinerantes se encargaron de mantener una visión constante del dron, observar los patrones meteorológicos y vigilar nuestra mayor amenaza: las aves rapaces. Como piloto, supervisé constantemente el estado del dron, la señal, la batería y los informes por radio de los equipos itinerantes para garantizar la seguridad del dron.
A continuación, examinamos el dron, le cambiamos la batería e iniciamos un nuevo plan de vuelo. Es un proceso rápido antes de que podamos hacerlo todo de nuevo.
Un eBee Plus planea suavemente sobre tierra en Ambohimahamasina, Madagascar, mientras utiliza la información recopilada por Jenny para garantizar un aterrizaje seguro tras una misión exitosa.
Utilizamos eMotion para vincular las fotos a los registros de vuelo y para el posprocesamiento inicial, y luego lo llevamos a Pix4D. Hemos utilizado otras cosas, como Agisoft, que utiliza uno de mis colegas. También hemos estado experimentando con el producto puente de Pix4D, Drone2Map, en ArcGIS, pero yo utilizo sobre todo Pix4D. Tienen montones de buenos vídeos tutoriales sobre opciones de procesado específicas que nos han ayudado con bloques de fotos más complicados. Siempre responden bien a nuestras preguntas y se ponen en contacto con nosotros. Su equipo siempre ha sido de gran ayuda.
Con las imágenes de drones, tenemos un nivel de detalle completamente diferente. Nos permite desarrollar una nueva forma de trabajar para explotar al máximo la información contenida en estas imágenes.
Para nuestros levantamientos cartográficos a gran escala con drones, siempre utilizamos el dron de ala fija eBee. Es el más ligero y portátil que hemos encontrado, lo que nos permite volar más lejos y durante más tiempo a la resolución que queramos. Usamos quadcopters aquí y allá, pero no pueden igualar el tiempo de vuelo. Su batería es sólo la mitad de la del eBee. Casi nada de lo que hicimos en Madagascar habría sido posible si hubiéramos utilizado un cuadricóptero.
El eBee Classic se eleva por encima de la base de drones, el campamento y el primer retrete (abajo a la izquierda) en la comunidad de Ambohimahamasina, Madagascar.
Realmente no tenemos ninguna comparación a este nivel de detalle. A veces, podíamos comprar imágenes por satélite de alta resolución, pero el tamaño de los píxeles era siempre superior a un metro. Incluso más con las imágenes multiespectrales. Para extraer características de las imágenes de satélite, tendríamos que rastrearlas o reducir la resolución de las imágenes a algo más grueso para poder utilizar eficazmente diversas técnicas de extracción automatizada, como la clasificación de imágenes. Con las imágenes de drones, tenemos un nivel de detalle completamente diferente. Nos permite desarrollar una nueva forma de trabajar para explorar a fondo la información que contienen estas imágenes.
No se puede obtener la misma resolución con otra cosa que no sea un dron.
Lo que hacemos con los drones es completamente distinto a la interpretación tradicional de imágenes por satélite. Ahora buscamos cosas con una resolución mucho más fina en zonas más amplias. Por ejemplo, con las imágenes de drones podemos contar el número de árboles caídos o talados para conocer la densidad de un bosque o estimar futuras pérdidas. Podemos identificar la salud de un árbol o especie concretos, si están estresados o enfermos. Nunca habíamos podido hacer esto antes de tener drones. Sólo pudimos extraer pequeñas cantidades de esta información a partir de estudios sobre el terreno o del trabajo en parcelas en combinación con un análisis de las imágenes de satélite.
Deforestación reciente del bosque primario de Ambohimahamasina, Madagascar. Las imágenes detalladas muestran troncos de árboles talados individualmente.
Hace unos años, pasé un tiempo en Sumatra realizando un extenso trabajo sobre el terreno. Con datos del satélite SPOT de 10 metros de resolución y tres equipos, completamos 330 parcelas con un radio de 12,6 m (500m2) en tres semanas. Las parcelas eran rápidas, por lo que no eran muestreos completos, y no pudimos identificar todas las especies. Nos fijamos sobre todo en el número y la cantidad de especies arbóreas y plántulas para determinar el potencial de regeneración del bosque tras años de tala selectiva. A partir de los datos de campo, pude clasificar la imagen por satélite de la selva tropical de Harapan en distintos tipos de bosque y estimar el almacenamiento de carbono como base para el seguimiento y la evaluación de futuros rebrotes o deforestaciones ilegales.
Ahora realizamos muchos menos estudios extensivos en tierra porque podemos obtener mucha información del dron. Los equipos sobre el terreno también pueden verificar las fotos aéreas con muchas menos inspecciones.
Dado que la mayoría de las veces sobrevolamos bosques densos con zonas despejadas sólo esporádicamente, el principal reto que tenemos con el eBee es encontrar zonas adecuadas de despegue y aterrizaje. Afortunadamente, como puede volar lejos, a menudo podemos situarnos fuera del bosque y sobrevolar las partes que queremos cartografiar.
Lo que hacemos con los drones es completamente distinto a la interpretación tradicional de imágenes por satélite. Ahora buscamos cosas con una resolución mucho más fina en zonas más amplias.
Un reto mayor es conseguir la autorización de la Autoridad de Aviación Civil del país para volar nuestros drones. Hay muchos países con normativas estrictas que restringen dónde se puede volar, si se puede volar e incluso si se puede introducir un dron en el país. Algunos exigen que se obtenga un permiso para volar, que es lo que yo tuve que hacer para Madagascar. Presenté mi certificación de piloto de drones, toda la información sobre el plan de vuelo y la ruta, los detalles del dron y nuestro manual de operaciones. Todo eso tenía que estar firmado antes de que pudiéramos volar en el país.
Tim Wilkinson, colega de Jenny, muestra a los niños del pueblo dónde están las zonas seguras de despegue y aterrizaje durante su misión en Ambohimahamasina (Madagascar).
Cuando mis colegas trabajaban en Perú, tenían que dar un gran anticipo como garantía para asegurarse de que no venderían el dron que habían traído. Tenían que hacerlo al llegar y volver para recuperar ese dinero antes de marcharse. El proceso llevó mucho tiempo y fue extremadamente estresante.
En Madagascar, la fascinación por el dron también nos supuso un pequeño reto. Durante una demostración de vuelo de drones para los ancianos de la aldea local, un numeroso grupo de escolares bombardeó el lugar. Es muy posible que hubiera 100 niños o más. Salieron de sus clases tras oír el despegue del dron, todos a la vez. Todo el personal malgache del Centro de Conservación de Kew Madagascar, que trabajaba con nosotros in situ, se puso de repente a controlar a la multitud para asegurarse de que el dron aterrizaba sano y salvo.
Para obtener el nivel de detalle que necesitamos, dónde y cuándo lo queremos, tenemos que recoger las imágenes nosotros mismos. Las imágenes obtenidas con drones son algo que no se consigue con ninguna otra herramienta.
Aunque teníamos el apoyo de los investigadores, conseguir financiación no fue tan fácil. Al trabajar para una organización sin ánimo de lucro, todo lo que sea un desembolso económico es bastante complicado y debe estar plenamente justificado. Tuvimos que licitar por separado para la adquisición de este kit de investigación, ya que no podemos comprarlo a través de fuentes de financiación normales, como las becas de investigación.
Aún me quedan 38 vuelos de datos de imágenes multiespectrales del bosque de Madagascar con los que trabajar: ¡el mapa mosaico del bosque era sólo la punta del iceberg!
También voy a solicitar mi licencia de piloto de la CAA del Reino Unido, que actualmente no es un requisito legal. Ahora parece que en la mayoría de los lugares es más difícil volar drones debido a las necesarias normas de seguridad. Creo que casi todo el mundo ha experimentado al menos un vuelo de dron peligroso o molesto en estos días.
Estamos empezando a confiar en nuestras imágenes de drones para gran parte de la investigación innovadora con nuestros socios y colaboradores internacionales. Hay tantos conocimientos científicos que obtener de toda esta nueva información recogida en estos hábitats únicos y amenazados. Hora de procesar
Sam Cameron de Feedback Madagascar (centro-izquierda) y Jenny Williams (centro-derecha) informan a las comunidades del pueblo sobre los próximos vuelos de drones en Ambohimahamasina (Madagascar).
Muchas gracias por tu tiempo, Jenny.
Fue bueno hablar contigo. ¡Salud!
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