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Drones: aplicaciones a la ingeniería civil (y II)

Los drones o Remotely Piloted Aircraft requieren legislación específica para su uso profesional y no profesional. A través de la normativa nacional y de la Unión Europea, estas herramientas están adecuando sus funcionalidades al marco legal. En este contexto, su aplicación en la Ingeniería tiene una gran oportunidad de éxito comercial frente a las aeronaves tripuladas debido a: 

• Menor coste de inversión. 
• Menor coste de operación. 
• Rapidez en la operación. 
• Tamaño reducido. 
• Posibilidad de trabajo en espacios confinados. 
• Vuelo autónomo. 
• Uso en áreas de alto riesgo o difícil acceso.  

En el caso de nuestra profesión, los drones se utilizan en la fase de diseño, de construcción y de explotación de infraestructuras. 

Fase de diseño 

La aplicación principal de los drones en la fase de diseño es la obtención de levantamientos topográficos del terreno para la redacción de proyectos de infraestructuras. Esto se realiza a través de la fotogrametría y LIDAR. 

La técnica de fotogrametría permite modelar una superficie en 3D, generar planos y llevar a cabo mediciones. Por tanto, garantiza la precisión durante la generación de mapas y cálculos.  

En una primera fase, se realiza un vuelo con dron para tomar un conjunto de ortografías con cierto solape entre ellas. Éstas se planifican con aplicaciones concretas que permiten realizar con el dron un vuelo automático, permitiendo incluso un vuelo en ladera con altura constante sobre el terreno. Mediante software especializado, se realiza la restitución fotogramétrica, que permite obtener el relieve de todo el terreno fotografiado, dando lugar a modelos digitales del terreno (MDT), nubes de puntos o curvas de nivel.  

A partir de ahí, se pueden también obtener perfiles transversales para cálculo de áreas y volúmenes. Con el fin de que la precisión del trabajo sea adecuada, se requiere tomar las coordenadas de algunos puntos en el campo con un GPS topográfico para después, con el georreferenciar con precisión el modelo de terreno obtenido.  

¿Por qué hacer un levantamiento topográfico mediante drones?  

• Mayor rendimiento por jornada de trabajo. 
• Reducción de plazos de entrega. 
• Ahorro de costes. 
• Obtención de mayor cantidad de información: se genera la planimetría de toda la zona que ya ha sido valorada. 
• Obtención de elevadas precisiones, hasta 1 centímetro GSD (Ground Simple Distance).  
• Con la utilización de sistemas RTK (Real Time Kinematic) embarcado, se consiguen elevadas precisiones. 
• Gran valor visual del trabajo final, que incluye topografía e imagen. 

La tecnología LIDAR está basada en la tecnología láser, la cual permite conocer la distancia entre emisor láser y una superficie. Esto se consigue a través del haz de láser pulsado, el cual es utilizado en los equipos de topografía y cartografía tradicionales.  

Con la tecnología LIDAR se obtiene una cantidad de datos elevada, la cual permite generar nubes de puntos con las que se pueden determinar las superficies de la zona a examinar. Cada haz de luz se refleja en uno o más objetos para después regresar al receptor. Al calcular el tiempo transcurrido entre emisión y recepción, el sistema LIDAR mide la distancia entre los dos puntos. 

El sistema LIDAR también incluye un sistema de posicionamiento GPS. Con este dispositivo, se puede determinar la posición en el espacio de coordenadas X-Y-Z. La unidad inercial o IMU mide la orientación precisa del dron para cada punto estudiado. 

¿Cómo funciona el sistema LIDAR?  

• Emisión del pulso láser. 
• Grabación de la señal retrodispersada. 
• Medida de la distancia.  
• Recuperación de la posición y altitud del dron.  
• Procesamiento de datos. 

Las ventajas de esta técnica frente a la fotogrametría con drones residen en que puede llegar a cualquier área evitando las “zonas de sombra”, llegando incluso a rebotar debajo de la vegetación o en zonas con edificios altos. Con esta tecnología, también es posible detectar los cables del tendido eléctrico y telefónico, gracias a su condición metálica. Además, permite obtener una precisión altimétrica de gran calidad.  

El LIDAR en drones se utiliza en agricultura, silvicultura, minería y canteras, carreteras y ferrocarriles, inspección de infraestructura y líneas eléctricas, y arqueología.  

Fase de construcción 

En esta fase, el sistema de fotogrametría o LIDAR es útil para el seguimiento de los volúmenes vaciados o terraplenados durante las obras. También es útil el uso de drones mediante cámaras RGB y cámaras termográficas para realizar control de estabilidad de taludes. Las primeras permiten caracterizar el modelo del terreno y sus modificaciones en el tiempo, mientras que las segundas permiten observar la posible aparición de corrientes de agua que puedan desestabilizar el talud. 

Fase de explotación 

En esta fase, los drones sirven para la inspección de estructuras civiles e industriales. Ejemplo de ello son la inspección de puentes, aerogeneradores, torres eléctricas, etc. Existen otros casos en los que la altura no es la causa de utilización de drones, sino la extensión del terreno, como es el caso de la inspección de huertos solares con placas fotovoltaicas.  

Los equipos utilizados en estas inspecciones son cámaras RGB y termográficas. En el primer caso, éstas permiten tomar imágenes visibles. En el segundo caso, se captan imágenes de temperatura de los elementos conformantes de la estructura, lo cual revela su estado funcional y de conservación.  

La termografía es una técnica habitual en los sectores industriales, de construcción y energía y que permite medir con precisión de las temperaturas superficiales de un objeto sin mantener contacto físico con él. El uso de los drones y las cámaras termográficas aporta cada vez más posibilidades y ventajas en este campo. 

Tipo de aparatos 

Para realizar trabajos aéreos con RPA para las diversas aplicaciones en ingeniería existen dos opciones de dron: multirrotor y ala fija. El primero tiene la capacidad de vuelo estacionario y a bajas velocidades, lo cual le permite mayor espectro de utilización, especialmente en la inspección de estructuras.  

Otra ventaja es la posibilidad de embarcar un mayor número de sensores diferentes para la toma de datos. El ala fija necesita espacios más amplios para operar y no puede mantener vuelo estacionario, pero ofrece la ventaja de una mayor autonomía y mayor velocidad operativa. Esto lo convierte en una solución ideal para cubrir grandes extensiones de terreno en poco tiempo (por ejemplo, infraestructuras lineales), pudiendo cubrir muchas hectáreas en un solo vuelo. 

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Imagen: Radio Televisión Española.