Desde el Laboratorio de Robótica y Sistemas Embebidos del ICC, ubicado en el Departamento de Computación, se desarrolla un innovador proyecto que utiliza vehículos aéreos no tripulados para relevar una vasta extensión de los bosques nativos de Argentina, apoyando el cumplimiento de la Ley de Bosques. Allí el desafío del equipo de investigadores del Laboratorio, es desarrollar un avión de ala fija cuyo vuelo sea completamente autónomo y que pueda capturar imágenes del bosque en tiempo real.
A fines de 2007 se aprobó la Ley de Protección Ambiental de Bosques Nativos, que establece que cada provincia debe realizar un relevamiento de sus recursos forestales, para saber cuál es el estado de ese recurso natural y generar mecanismos para una explotación sustentable. Dada la vasta extensión de los bosques nativos argentinos, que comprende miles de kilómetros cuadrados, y la variedad de especies en peligro que existen, se requieren nuevos métodos para hacer eficiente el monitoreo de estas regiones. La metodología comúnmente utilizada para el monitoreo se basa en imágenes satelitales y en el trabajo de campo llevado a cabo por ingenieros forestales. Sin embargo, las imágenes satelitales tienen poco nivel de detalle y una frecuencia temporal reducida. Por otro lado, el trabajo de campo brinda información de alto detalle, pero resulta poco eficiente ya que si bien los ingenieros agrónomos, ecólogos y otros profesionales hacen un relevamiento a pie, no se cuenta con los suficientes recursos humanos para relevar zonas forestales de todas las provincias. Además que es costoso y es, en algunos casos, riesgoso para el personal involucrado. Entonces nunca se llega a evitar la deforestación no autorizada, o contar con un monitoreo actualizado del estado de conservación y degradación de los bosques.
Para encarar este problema, los investigadores del Laboratorio de Robótica y Sistemas Embebidos están trabajando arduamente en un proyecto de monitoreo de bosques nativos utilizando vehículos aéreos no tripulados. El proyecto comenzó hace 3 años y se lleva a cabo en forma interdisciplinaria junto al Grupo de Estudios de Sistemas Ecológicos en Ambientes Agrícolas del Departamento de Ecología, Genética y Evolución y el Grupo de Procesamiento de Imágenes y Visión por Computadora del Departamento de Computación, ambos también son de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA.
“Ya contamos con un vehículo completamente funcional que puede realizar toda la misión de forma autónoma: despegar, realizar su plan de vuelo y aterrizar”, precisa Pablo De Cristóforis, investigador del laboratorio y profesor del DC. Para que este avión autónomo pueda seguir una trayectoria, se utiliza la aplicación de código abierto Mission Planner, donde se le traza una trayectoria que representa el plan de vuelo sobre el área a relevar y el vehículo debe seguirla con exactitud. Los robots aéreos no tripulados (o VANTs), de ala fija, tienen mayor autonomía de vuelo, capacidad de carga y eficiencia de consumo de energía que los ya clásicos drones multi-cópteros, por eso resultan más apropiados para este tipo de aplicación. Esta clase de vehículo puede cubrir una superficie de hasta 70 hectáreas por misión. Puede realizar varias misiones al día. Todo su sistema de propulsión y energía es eléctrico, lo cual lo vuelve más seguro, sustentable (no contamina el bosque durante el vuelo) liviano y de fácil recarga. Actualmente se están realizando pruebas de vuelo en el recientemente creado Parque Nacional Ciervo de los Pantanos (antiguamente reserva de Otamendi) de la provincia de Buenos Aires, pero la idea es implementarlo próximamente en diversas reservas naturales y zonas protegidas del país.
“Mejoramos nuestra plataforma de vuelo con un vehículo de 2 metros de envergadura, con más sustentación, capacidad de carga y que puede volar más lento, por ende es más controlable, tanto para el humano como para el autopiloto. Para lograr que vuele en forma autónoma, tuvimos que ajustar todos los parámetros del control propio y del fuselaje del avión, ya que tenemos diversas constantes de los algoritmos de control del autopiloto que hay que testear y ajustar. Cuando logramos este vuelo estable, pudimos instalar la cámara fotográfica en el vehículo”, puntualiza Matías Nitsche, otro de los investigadores del proyecto.
Al mismo tiempo, los investigadores de procesamiento de imágenes están desarrollando un modelo tridimensional del entorno del bosque. A partir de cientos de imágenes que captura la cámara del vehículo, se las une y se las reconstruye con una nube de puntos y se puede desarrollar un ortomosaico, que sería georreferenciar todas las imágenes armando un mapa de toda la zona que se relevó para obtener los parámetros estructurales del bosque. “Este procesamiento de imágenes nos permite conocer la altura de las copas de los árboles, el porcentaje de cobertura, identificar cambios en el ambiente debido a una tala no autorizada o desmonte así como la posición donde había un árbol que ahora no está. Esto tiene un diferencial muy ventajoso respecto a las imágenes satelitales, que dependen de que un satélite justo pase por el lugar donde hubo un desmonte o de la visibilidad del lugar”, explica De Cristóforis.
Por otra parte, el Grupo de Estudios de Sistemas Ecológicos se encarga de indicar los requerimientos técnicos que debe tener el sistema y las características de las imágenes. Así, los científicos a cargo de la robótica pueden mejorar día a día la tecnología que utilizan. A futuro, el sistema permitirá que en cualquier dispositivo móvil se puedan cargar y procesar las imágenes del bosque. A su vez, se busca utilizar cámaras multiespectrales, que gracias a la miniaturización de la ingeniería electrónica cada vez son más pequeñas y pueden ser introducidas fácilmente en un vehículo. El beneficio de una cámara multiespectral es que no solamente permite sensar en el espectro visible sino también infrarrojo o ultravioleta. “Con estos métodos se pueden calcular índices de vegetación, son cálculos que se hacen en esos espectros para determinar el estado de conservación y degradación de las especies y poder tomar medidas para ayudar a cumplir la Ley de Bosques”, concluye De Cristóforis.
Todo el proyecto se desarrolla bajo la filosofía Open Source, que permitirá que un futuro próximo se pueda compartir el capital de conocimiento del proyecto con el resto de la comunidad académica global. Las próximas metas del proyecto consisten en poder extender las pruebas de vuelo hacia zonas protegidas, como parques nacionales, seguir mejorando la tecnología de sensado y, al mismo tiempo, continuar con el apoyo al proyecto por parte de la Dirección Nacional de Bosques de la Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable, así como también de la Administración de Parques Nacionales.
Específicas técnicas del Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT)
- Dimensiones del fuselaje: 1900 milímetros de envergadura por 130 de longitud.
- Peso: 2.4 kilogramos.
- Cámaras: una frontal para grabar video del vuelo (2 Megapíxeles de resolución) y una inferior para tomar las imágenes de la zona a relevar (12 Megapíxeles de resolución).
- Sensores: unidad inercial (giróscopo, acelerómetro y barómetro), sensor de viento (tubo de Pitot), sensor de consumo de energía, GPS estándar y GPS RTK (de alta precisión).
- Comunicación: telemetría (10 kilómetros de alcance) y radiocontrol (20 kilómetros de alcance).
- Autopiloto: Pixhawk APM Plane.
- Autonomía de vuelo: 40 minutos aproximadamente (depende de las condiciones meteorológicas).
- Superficie de cobertura: 70 hectáreas aproximadamente.
- Baterías: pack de 2 baterías de polímero de litio (LiPo), cada uno de 5.000 miliamperios.
