Diseño de un vuelo fotogramétrico con un vehículo aéreo no tripulado (UAV) para Agricultura de Precisión en terrenos inclinados
Trabajo de grado - Maestría
2024
Escuela Colombiana de Ingeniería
En la actualidad, la agricultura de precisión emplea diferentes tecnologías para
aprovechar y gestionar los recursos en diferentes tipos de cultivos, consiguiendo así
un alto grado de automatización y optimización en los cultivos. Una de las
herramientas usadas en esta industria son los vuelos fotogramétricos que asumen,
que el terreno es horizontal y cuando se utiliza en terrenos inclinados se genera un
problema en el traslape entre las imágenes. En estos casos se debe utilizar
información topográfica detallada de la elevación del terreno previa para poder
realizar una ruta de vuelo. Considerando que Colombia posee un relieve
montañoso, se hace necesario adaptar una metodología que automatice el proceso
de planeamiento de la ruta de vuelo en terrenos inclinados sin datos topográficos
previos. Este proyecto diseñó un algoritmo que realiza la planeación de rutas de
un UAV (Unmanned Aerial Vehicle) para vuelos fotogramétrico en terrenos
montañosos de una extensión de 20 hectáreas utilizando como solución el cambio
de altura de vuelo del dron manteniendo el GSD constante. En la realización de este
trabajo se propuso un nuevo método que permite la clasificación del tipo de terreno
midiendo el porcentaje de fondo, también se propuso un método para la medida de
la distancia del drone con respecto al suelo y la medición de la inclinación de terreno,
por último, se propuso un algoritmo que distingue entre praderas, laderas y valles
para crear una ruta de vuelo que permite seguir las curvas de nivel en el terreno.
Este proceso se implementó utilizando la computadora Nvidia Jetson TX2 como
computadora de compañía. Este computador SBC utiliza el sistema operativo Linux
y el framework ROS (Robot Operating System) como estándar para que sea
escalable a otros proyectos de robótica. Por último, se utilizo un controlador de vuelo
Pixhawk 2 en modo de ejecución hardware-in-the-loop (Palomino, 2020) para
validar todo el proceso. En el análisis de resultados se encontró que el algoritmo
propuesto permitió realizar una ruta de vuelo con una desviación en el GSD menor
al 20% manteniendo los parámetros de traslape y GSD (Ground Sample Distance)
constantes durante el vuelo. Currently, precision agriculture utilizes various technologies to harness and
manage resources in different crop types, achieving a high degree of automation
and optimization in farming. One of the tools used in this industry is
photogrammetric flights, which assume that the terrain is horizontal. However,
when used on sloped terrains, an issue arises in the overlap between images. In
such cases, detailed topographic information on the terrain's elevation must be used
beforehand to plan a flight route. Given that Colombia has mountainous terrain, it is
necessary to adapt a methodology that automates the flight route planning process
on inclined terrains without prior topographic data. This project designed an
algorithm that plans the routes of a UAV (Unmanned Aerial Vehicle) for
photogrammetric flights over 20 hectares of mountainous terrain, using the solution
of changing the drone's flight altitude to maintain a constant GSD. In this work, a
new method was proposed that allows for the classification of terrain type by
measuring the percentage of background. Additionally, a method was proposed for
measuring the distance of the drone from the ground and the measurement of terrain
inclination. Finally, an algorithm was proposed that distinguishes between meadows,
slopes, and valleys to create a flight route that follows the terrain's contour lines. This
process was implemented using the Nvidia Jetson TX2 as a companion computer.
This SBC computer uses the Linux operating system and the ROS (Robot Operating
System) framework as a standard to be scalable to other robotics projects. Lastly, a
Pixhawk 2 flight controller was used in hardware-in-the-loop mode (Palomino,
2020) to validate the entire process. In the results analysis, it was found that the
proposed algorithm allowed for a flight route with a deviation in the GSD of less than
20%, maintaining constant overlap and GSD (Ground Sample Distance) parameters
during the flight.
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