Drones para la gestión del medio costero

Un lapso de tiempo de la transición de EagleRay de mar a cielo (Crédito NCSU)

Un VTOL Drone sobre la Bahía de Monterey. (Crédito: MBARI)

Una encuesta comercial de demostración de Hexacopter. (Crédito: J. Manley)

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Los sistemas aéreos no tripulados (UAS), comúnmente llamados drones, han estado haciendo impactos cada vez mayores en el dominio marítimo. A medida que las capacidades de estas plataformas han aumentado, también lo han hecho sus contribuciones a la ciencia marítima, la defensa y la industria. Reconociendo esto, la Alianza para las Tecnologías Costeras (ACT) y la Asociación Regional del Noreste de Sistemas de Observación Costera y Oceánica (NERACOOS), con el apoyo del Sistema Integrado de Observación del Océano (IOOS) de EE. UU., Convocaron un taller sobre Usos prácticos para que los drones aborden la gestión Problemas en las zonas costeras en la Reserva Nacional de Investigación de Estuarios de Wells (WNERR) en Wells, Maine, a fines de 2018. El taller fue diseñado para facilitar el intercambio de información y las mejores prácticas para respaldar las aplicaciones en expansión de drones en la gestión costera.

Resumen del taller
Los objetivos del taller fueron resumir el estado de la tecnología en UAS de grado de investigación y monitoreo, recopilar ejemplos del uso actual en esta área, comprender las limitaciones y los desafíos logísticos asociados con UAS, desarrollar las mejores prácticas operativas y de datos / análisis, y describir desarrollos futuros y aplicaciones para los sistemas de observación de los océanos costeros. Un informe completo del taller está disponible en el sitio web de ACT (www.act-us.info).

El taller también buscó explorar los desafíos de la percepción remota multiespectral e hiperespectral en entornos marinos costeros y los problemas legales y de privacidad asociados con el uso de drones en terrenos públicos y privados y en espacios oceánicos.
Para promover una amplia participación e intercambio de información intersectorial, los participantes del taller incluyeron desarrolladores de tecnología y proveedores de servicios UAS del sector privado, investigadores académicos que desarrollan y / o usan UAS, y miembros del personal de agencias gubernamentales con experiencia en el uso de UAS o

Datos de UAS o trabajando en temas de gestión que podrían tratarse con UAS.

El primer día del taller se presentaron demostraciones de campo de tres tipos de UAS: quadcopter, ala fija y hexacóptero.

El segundo y tercer día fueron sesiones de panel con presentaciones que cubren temas como:

• Drones para encuestar hábitats.
• Detección y monitoreo de drones para la floración de algas nocivas (HAB) en Florida
• Drones como herramienta para explorar marismas de mareas en tres sitios en la costa este, la costa del golfo y la costa oeste
• Uso de drones para transectos costeros / costa afuera y otras investigaciones en la Bahía de Monterey
• Desarrollo de drones que operan en ambientes marinos y aéreos.

Wells National Estuarine Research Reserve da la bienvenida a drones. (Crédito: J. Manley)

Cada sesión del panel fue seguida por discusiones grupales. Las sesiones plenarias incluyeron informes de los grupos de trabajo y discusiones en grupos grandes sobre el panel y los temas de trabajo. Entre los mensajes clave para llevar de las presentaciones y discusiones estuvieron los siguientes:

• Si bien los UAS son una nueva herramienta para el manejo costero, su valor se ha demostrado para una amplia variedad de aplicaciones, como el mapeo de hábitats, el monitoreo de la vida silvestre, la detección del blanqueamiento de corales, el manejo de mariscos, la detección de desechos marinos, el monitoreo del cambio de litorales, el manejo de playas y recursos de arena, mapeo de zonas de inundación e inspección de puentes y otras estructuras.
• Los UAS también podrían ser útiles en muchos otros contextos de manejo, como la detección y el seguimiento de la proliferación de algas nocivas (HAB), el monitoreo de las interacciones entre humanos y animales, el monitoreo de la calidad del agua, el rastreo de contaminantes y el monitoreo de la estabilidad de las marismas.
• Los gerentes están ansiosos por usar drones, pero no siempre se sabe cómo usarlos. Es importante comenzar preguntando: “¿Cuál es la pregunta o el problema de la administración?” Esto determinará qué datos se necesitan y cómo se deben recopilar, que pueden ser aviones no tripulados.
• Al igual que con cualquier otro dato, los datos de los drones deben traducirse en información, que luego se puede utilizar para la gestión.
• El uso de drones para adquirir datos geoespaciales cuantitativos precisos es un desafío y requiere habilidades y conocimientos técnicos avanzados. La contratación de expertos en operaciones de aviones no tripulados y el procesamiento de datos suele ser necesario.
• Las mejores prácticas para usar drones para recopilar datos geoespaciales están bien establecidas. La orientación sobre las mejores prácticas está disponible en publicaciones como el libro electrónico de PrecisionHawk, Beyond the Edge, y el Plan de Gestión de Datos de Sistemas de Aeronaves No Tripuladas de USGS 2015.
• Los asistentes al taller identificaron tiempos de vuelo cortos debido a restricciones de batería como una de las mayores limitaciones en la tecnología de drones en la actualidad. Otras mejoras tecnológicas deseadas incluyen capacidades expandidas de carga útil, modularidad para permitir que los drones transporten diferentes cargas útiles / sensores, capacidades para todo clima, drones "más inteligentes" con conciencia de la situación, mayor capacidad de almacenamiento de datos, estandarización de tipos de datos, mejoras en la gestión de datos, como en - Procesamiento de datos en placa, y capacidades que van más allá de las imágenes y la detección remota, como el despliegue de dispositivos de muestreo de agua.
• Las leyes y regulaciones restringen el uso de drones para la investigación y el manejo de los océanos y las costas. Por ejemplo, los aviones no tripulados pueden volarse a menos de 400 pies y deben permanecer dentro de la línea de visión del piloto en todo momento. Cada avión no tripulado debe ser volado por un piloto con licencia dedicado, lo que significa que múltiples aviones no tripulados no pueden ser controlados por un solo piloto como en un enjambre. Otra consideración importante es que la incertidumbre sobre los posibles cambios en las leyes y regulaciones dificulta la planificación de la investigación.
• La prueba y evaluación de las plataformas y sensores UAS por parte de una entidad independiente, como ACT, sería útil para los investigadores, gerentes y técnicos.

Aspectos destacados de la tecnología
Hubo varias tecnologías innovadoras presentadas en el taller. Una preocupación clave para todos los sistemas no tripulados es la carga útil. Durante este taller, investigadores del Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) hablaron sobre el uso de un Flightwave Edge, un avión híbrido de ala fija con tricóptero. Puede despegar y aterrizar utilizando la tecnología de despegue y aterrizaje vertical (VTOL). También puede hacer una transición perfecta de vuelo en vuelo hacia adelante y viceversa. Su sistema de carga útil de bloqueo de giro intercambiable permite a los operadores volar múltiples misiones usando un solo avión. Los operadores de MBARI utilizaron este avión no tripulado combinado con un generador de imágenes FLIR para el mapeo del frente térmico. También utilizaron cámaras de muy alta resolución y pudieron identificar animales en el agua, en este ejemplo medusas, así como aves en vuelo.

Además de los resultados de campo de MBARI y otros usuarios científicos, el taller presentó nuevas ideas para drones que pueden operar tanto en el aire como bajo el agua. La Universidad Estatal de Carolina del Norte presentó conceptos para vehículos autónomos de dominio cruzado (XAV). Con el patrocinio de DARPA y una asociación con Teledyne Scientific, este equipo construyó un avión no tripulado de ala fija que puede volar y nadar. Este sistema, denominado EagleRay, se desarrolló y probó ampliamente entre 2015 y 2016. El vehículo EagleRay es un híbrido UAV-UUV basado en un diseño VTOL de ala fija. Se han construido dos iteraciones y se ha demostrado un ciclo completo de nadar-volar-nadar. La versión 2 incluye hardware de piloto automático y sensores para operación autónoma. Los compartimentos que se pueden inundar / drenar pasivamente permiten que el vehículo alcance una flotabilidad casi neutral, pero arroja rápidamente agua de lastre al salir. También se han probado dos diseños de compensador de flotación activa. La propulsión de la hélice es accionada por motores eléctricos sin escobillas. Se han probado sistemas de propulsión por aire y agua por separado y sistemas de doble uso.

Otra nueva tecnología discutida en el taller fue la SeaHawk de Igloo Innovations. Hay dos variantes de este novedoso diseño, SeaHawk Alfa y SeaHawk Chimera. El Alfa se parece mucho a un quadcopter típico y se comporta de manera similar en el aire. A diferencia de un quadcopter, encima de Alfa hay una boya desmontable que contiene telemetría inalámbrica a la estación de control. Cuando el vehículo se sumerge, la boya permanece en la superficie y sujeta al vehículo, manteniendo así la comunicación. La boya puede ser retirada para operaciones submarinas totalmente autónomas. El Alfa tiene una capacidad de carga útil de 5 kg (10 libras) y una velocidad de vuelo máxima de 60 km / h (37 mph). Un sistema dedicado de propulsión submarina mueve el Alfa a velocidades de hasta 4 kts mientras está sumergido. Su profundidad operativa es de 50 m (150 pies) y puede operar durante aproximadamente 60 minutos combinados en cualquier medio. La Quimera tiene una apariencia similar a la Alfa, excepto que el vehículo permanece en la superficie y solo la carga útil se despliega bajo el agua. Con una capacidad de carga útil de hasta 20 kg (40 lbs), el vehículo está diseñado como una plataforma modular para transportar un rango de carga útil más amplio que el Alfa. Por ejemplo, la carga útil puede ser un ROV o AUV que proporciona capacidades subacuáticas avanzadas. La Quimera también puede flotar sobre el agua y bajar un dispositivo de muestreo para recolectar muestras con una perturbación mínima de la superficie del agua.

Las discusiones, demostraciones y presentación de tecnologías emergentes en el taller de ACT fueron impresionantes. Los lectores interesados en más información pueden contactar a ACT.

Arriba y abajo: The SeaHawk Flying / Swimming Drone (Créditos: innovaciones de Igloo)

https://magazines.marinelink.com/nwm/MarineTechnology/201903/