Drones de detección remota: "Elf" es un gran ejemplo de uso
En los últimos años, las plataformas de vehículos aéreos no tripulados (VANT) equipadas con cargas útiles de misión como equipos de cámara, controladas por pilotos o de forma autónoma por sistemas de control de vuelo, han desempeñado un papel cada vez más importante en aplicaciones de teledetección como topografía y cartografía, reducción de desastres y respuesta a emergencias, y se han convertido en un nuevo miembro de la familia de la teledetección. El VANT es conocido como el "elfo" de la familia de la teledetección debido a su pequeña movilidad, vuelo a baja altitud, alta resolución espacial y temporal, configuración de carga diversa y flexible y otras características. ¡Sin embargo, este "elfo" tiene una gran utilidad! Un vehículo aéreo no tripulado (VANT) se conoce comúnmente como vehículo aéreo no tripulado (VANT). Generalmente, se refiere a un vehículo aéreo impulsado por energía y sin operador, que utiliza la fuerza aerodinámica para proporcionar la sustentación necesaria para la aeronave, puede volar de forma autónoma o remota, puede usarse una vez y reciclarse, y puede transportar cargas útiles de misión letales o no letales, como tomar fotos, transmitir medicamentos, reproducir sonido, etc.
Los drones no son una novedad; se han desarrollado durante siglos. En 1917, el Real Instituto Aeronáutico del Reino Unido combinó la aerodinámica, motores ligeros y radio para desarrollar la primera aeronave no tripulada del mundo. En diciembre del mismo año, el inventor estadounidense Elmer Spee realizó el primer vuelo del "torpedo aéreo" utilizando un giroscopio de su invención y un sistema de radiocontrol desarrollado por la Western Electric Company de Estados Unidos. Inicialmente, los drones se utilizaban principalmente en el ámbito militar. Tras la llegada del siglo XXI, con el rápido desarrollo de la electrónica moderna, la maquinaria de precisión, la navegación, el posicionamiento, la teledetección y otras tecnologías relacionadas, la aplicación de vehículos aéreos no tripulados en el ámbito civil se ha extendido cada vez más, dando lugar a la formación de una industria propia.
Los UAV se pueden clasificar según su función, diseño aerodinámico, tipo de propulsión, tamaño y peso, velocidad de vuelo, radio de acción, altura de vuelo y otros criterios. Según su función, los drones se dividen en militares, civiles y de consumo. Los UAV militares se dividen en de reconocimiento, de contramedidas electrónicas, de retransmisión de comunicaciones, de ataque y de objetivos no tripulados. Los UAV civiles se dividen en drones para inspección, vigilancia, cartografía y detección, así como drones agrícolas. Los drones de consumo se utilizan principalmente para fines recreativos, como fotografía aérea personal y videojuegos.
Según la configuración aerodinámica, los UAV se pueden dividir en UAV de ala fija, UAV de ala rotatoria, UAV de ala batiente y configuración compuesta. Los UAV de ala fija dependen del dispositivo de potencia para generar empuje hacia adelante o tracción durante el vuelo, y el perfil aerodinámico principal para generar sustentación es fijo e invariable con respecto al fuselaje, principalmente en forma de configuración convencional, configuración de pato, configuración sin cola o de ala volante, perfil aerodinámico triple, etc. Las palas del rotor de sustentación de las aeronaves de rotor giran con respecto al fuselaje durante el vuelo, y se pueden dividir en helicópteros no tripulados, drones multirrotor y aeronaves de rotor no tripuladas. Las dos primeras formas de aeronaves de rotor UAV son impulsadas directamente por el dispositivo de potencia y pueden despegar y aterrizar verticalmente y mantenerse en vuelo estacionario, mientras que la aeronave de rotor de aeronave no tripulada no tiene motor. El UAV ornitóptero depende de las alas que aletean hacia arriba y hacia abajo como las alas de las aves para obtener sustentación y potencia, lo que es adecuado para UAV pequeños y miniatura; Los vehículos aéreos no tripulados (UAV) de configuración mixta consisten en una combinación de tipos básicos, que incluyen principalmente UAV de rotor basculante y UAV de ala rotatoria/fija.
Según el tipo de propulsión, los vehículos aéreos no tripulados (VANT) se dividen principalmente en dos tipos: VANT propulsados por petróleo y VANT propulsados por electricidad, y en los últimos años se han desarrollado continuamente VANT que utilizan energía solar y pilas de combustible de hidrógeno como fuente de energía principal.
Según su tamaño y peso, los drones se pueden clasificar en microdrones, drones ligeros, drones pequeños, drones medianos y drones grandes. Los microdrones generalmente pesan menos de 1 kilogramo y miden menos de 15 centímetros. El peso de los drones ligeros y pequeños suele oscilar entre 1 y 7 kg, el de los drones pequeños entre 1 y 200 kg, y el de los drones medianos entre 200 y 500 kg.
Ahora, los drones se han convertido en el juguete favorito de muchos niños y amigos. Los drones de consumo suelen utilizar plataformas multirrotor de bajo coste, principalmente para fotografía aérea, juegos y otros fines recreativos. El mercado nacional de drones de consumo experimentó un auge alrededor de 2012. Antes de esto, los drones se utilizaban principalmente en el ámbito industrial, y el mercado de consumo estaba compuesto principalmente por aficionados a los aviones a escala. Actualmente, el desarrollo de la industria de vehículos aéreos no tripulados (UAV) en China muestra una tendencia de crecimiento exponencial. Además de las instituciones de investigación científica y universidades relacionadas con la aviación y el sector aeroespacial, muchas empresas privadas se han sumado a la investigación y el desarrollo. La investigación, el desarrollo y la aplicación de UAV civiles se encuentran en pleno auge, y la aplicación de UAV en China en el entretenimiento de consumo y otros campos se ha situado a la vanguardia mundial.
El UAV, en rápido desarrollo, se ha convertido en una plataforma emergente de teledetección, ampliamente utilizada en los campos de la topografía aérea terrestre, la agricultura, la silvicultura y la protección de plantas, la detección atmosférica, el socorro en casos de desastre, la defensa nacional y la seguridad, tras ser equipado con diversos dispositivos de teledetección.
La teledetección mediante UAV posee capacidades de adquisición de ultra alta resolución y alta frecuencia, lo que complementa las capacidades de la teledetección satelital. En comparación con la teledetección convencional, ofrece una mejor relación costo-beneficio y mayor maniobrabilidad. La capacidad de observación en tiempo real de la teledetección mediante UAV es difícil de lograr con las plataformas actuales de observación satelital. La teledetección satelital proporciona imágenes con una resolución submétrica, pero cuanto mayor es la resolución, mayor es el período de revisita del satélite. Las imágenes de UAV proporcionan fácilmente información terrestre con una resolución de centímetros o incluso superior, sin contradicción entre la alta resolución espacial y la temporal, logrando así la unidad dialéctica espacio-temporal a un bajo costo. Se puede afirmar que la aparición y el rápido desarrollo de la teledetección mediante UAV han impulsado la investigación científica en este campo, pasando de lo macro a lo micro. En comparación con el alto costo y la gestión centralizada de las plataformas satelitales, la plataforma UAV permite la adquisición de datos de teledetección, llevándola a la era de la popularización y facilitando la aplicación de la teledetección al usuario final (C).
Gracias a las ventajas únicas de la teledetección con UAV, muchas áreas donde la aplicación de datos satelitales era deficiente o imposible en el pasado pueden implementarse con éxito mediante esta tecnología. Por ejemplo, el uso de la teledetección hiperespectral con UAV permite clasificar e identificar especies de superficie, detectar e identificar la invasión de especies exóticas y brindar apoyo de datos para la protección ambiental. Asimismo, la teledetección con UAV ha facilitado el muestreo y la adquisición de datos en entornos extremos, proporcionando información de primera mano para numerosos estudios y contribuyendo a diversos descubrimientos científicos. Desde 2010, la NASA ha contribuido a la creación de un sistema de análisis de estructuras finas para tifones tras monitorear con éxito las trayectorias de cinco huracanes del Atlántico utilizando el vehículo aéreo no tripulado GlobalHawk, de gran altitud y largo alcance. En 2017, un equipo multinacional de investigadores utilizó drones equipados con cámaras y otros sensores para filmar la erupción de un volcán en Tierra del Fuego, Guatemala, con el fin de recopilar datos y modelar el proceso dinámico.
Cabe destacar que la teledetección con vehículos aéreos no tripulados (UAV) ha desempeñado un papel fundamental en la monitorización remota de desastres. En los últimos años, se han visto drones en importantes emergencias por desastres naturales: en el rescate tras el terremoto de Wenchuan en 2008, se utilizó la tecnología de teledetección con drones; posteriormente, en grandes desastres naturales como el deslizamiento de tierra de Maoxian en Sichuan, el derrame de petróleo de Dalian, la grave explosión química en el puerto de Tianjin y otras operaciones de socorro, los drones han desempeñado un papel importante.
En el ámbito industrial, la inspección con drones de infraestructuras de petróleo y gas, transmisión de energía y centrales fotovoltaicas se ha generalizado. En algunos departamentos gubernamentales, los drones se están incorporando gradualmente a sus sistemas, como en los departamentos de protección ambiental, donde se utilizan para la inspección y el control de vertidos de aguas residuales. La plataforma de drones de alta frecuencia y gran capacidad de respuesta, junto con las imágenes de alta resolución (a nivel centimétrico), facilitan enormemente las operaciones diarias de las unidades de negocio relacionadas con la protección ambiental.
Debido a su conveniencia, flexibilidad y alta participación pública, la innovación en drones es muy activa y se desarrolla rápidamente. La profunda combinación de la teledetección con UAV y otros campos técnicos relacionados ha demostrado un gran número de aplicaciones expansivas, lo que se conoce como la aplicación "teledetección +" de UAV. Por ejemplo, en la transmisión en tiempo real de "datos de teledetección +", la teledetección con UAV es fundamental para el ámbito militar, la reducción de desastres y el rescate, y muchas operaciones de vigilancia de la seguridad nacional y de ayuda humanitaria dependen de la teledetección con UAV y la transmisión en tiempo real para proporcionar información oportuna para la toma de decisiones.
En lo que respecta a la "teledetección + posicionamiento en tiempo real y tecnología de construcción de mapas (SLAM)", la combinación de UAV y SLAM mejora la navegación y la evitación de obstáculos de los UAV, y tiene importantes perspectivas de aplicación en la adquisición inteligente de datos y el vuelo autónomo de los UAV.
En términos de "teledetección + tecnología de toma de decisiones y ejecución", se ha logrado la integración de "teledetección con UAV + identificación + planificación de tareas + ejecución de tareas". Por ejemplo, la teledetección con drones permite monitorear las condiciones agrícolas en el campo, crear mapas de enfermedades y plagas, planificar rutas adecuadas, realizar fumigaciones precisas con pesticidas e integrar la observación estática con la toma de decisiones y la implementación en tiempo real.
En términos de "teledetección + planificación de rutas a baja altitud", las necesidades actuales de aplicación diversificadas de los UAV se centran principalmente en baja altitud. La mayoría de los UAV "de baja, baja velocidad y pequeño tamaño" se concentran en el espacio aéreo cercano al suelo, por debajo de los 500 metros, y los cambios en la superficie de este espacio aéreo son diversos, la situación es compleja y los problemas de seguridad y eficiencia de vuelo son prominentes. Por lo tanto, las rutas aéreas a baja altitud, especialmente las rutas aéreas públicas de baja altitud para UAV en áreas urbanizadas, son más importantes. Se requiere una planificación meticulosa. La eficiencia de la adquisición de datos a través de canales estadísticos tradicionales es baja, y el uso de datos de teledetección de UAV dinámicos y de alta resolución en áreas urbanas para la construcción de la planificación de rutas a baja altitud se ha convertido en una frontera de investigación, y China ha tomado la delantera en la exploración activa de este aspecto.
En términos de "teledetección + redes regionales", si bien la capacidad de teledetección de los UAV es muy potente y su resolución espacial es alta, su área de cobertura es reducida, lo que dificulta satisfacer la demanda de teledetección con UAV en aplicaciones regionales extensas. Por ejemplo, mediante un modelo organizativo y un sistema técnico específicos, se planifican y despliegan recursos nacionales distribuidos de teledetección con UAV para construir un sistema de monitoreo de teledetección de gran área, alta frecuencia, respuesta rápida y resolución centimétrica, con el fin de completar una tarea de medición a gran escala. En general, la aplicación y el desarrollo de los UAV han marcado una tendencia en todo el sector, y con la fuerte demanda de aplicaciones y el sólido respaldo del desarrollo de nuevas tecnologías, se espera que el desarrollo de los UAV continúe en el futuro.