El pasado 17 de Febrero de 2017 se publicó una noticia en los medios de comunicación sobre la frontera de Ceuta. En ella se hace referencia al Ministerio del Interior, ya que quiere disponer de vigilancia con drones equipados con cámaras térmicas para así ayudar a la mejora en la vigilancia del perímetro.
Inmediatamente en Edronic comprendimos esta necesidad, ya que es un caso en el que pensamos que podemos aportar valor. Así que nos preguntamos:
¿Cómo podríamos vigilar con drones la frontera de Ceuta?
Sin conocer los detalles de lo que se necesita llevar a cabo exactamente, sin haber estado en el terreno y sin conocer la tecnología que ya dispone la frontera. Nos hemos tomado este caso como un ejercicio para plantearnos que podríamos llegar hacer y como podríamos hacerlo.
Hemos recopilado información acerca del terreno, comprobando a través de Google Earth la geografía montañosa y las dificultades que puede presentar. En el siguiente vídeo hemos grabado el recorrido desde el aire de los 8 kilómetros de valla.
Plataforma Aérea
Una de las primeras cuestiones que nos surge es que tipo de multirotor podría ser interesante para desempeñar el trabajo de vigilancia con drones. Sabemos que debe de incorporar una cámara térmica, así lo indica la noticia, por lo tanto el dron estará equipado con una doble cámara.
También parece importante que tiempo de vuelo supere los 30 minutos, por lo que nuestro objetivo debe de ser al menos intentar estar cerca de 1 hora de autonomía. En el artículo anterior, tenemos buenas referencias con drones que cuentan con una autonomía por encima de lo habitual.
La seguridad es siempre la prioridad número uno, por lo que el dron debe de contar con sistemas de control redundantes. Triple redundancia en la unidad inercial (IMU) y triple GPS nos proporcionará la fiabilidad que necesitamos. Además el equipo debe de estar preparado para problemas imprevistos, así que el dron contará con un sistema de paracaídas capaz minimizar daños ante una caída del multirotor.
Con estos supuestos requisitos, una de las mejores plataformas con las que podríamos contar es con el DJI Matrice 600 Pro adaptado.
Esta unidad cuenta con una triple redundancia como antes hemos descrito. Si una de las baterías, helices, unidades inerciales o GPS estuvieran en una situación de fallo, este multirotor nos permitiría un aterrizaje sin comprometer la seguridad. Además cuenta con el sistema D-RTK, un sistema de navegación y posicionamiento de alta precisión, con un error absoluto de 2 centímetros.
Para satisfacer el requisito de las cámaras contaríamos con la DJI Zenmuse Z30, ya que cuenta con un zoom óptico de 30x y nos va a permitir poder observar desde una gran distancia. Para la cámara térmica, contaríamos con la unidad DJI Zenmuse XTR.
En cuanto al paracaídas, en estas unidades podemos utilizar el DJI Dropsafe, que minimizara cualquier tipo de fallo que sea imposible de recuperar.
Con este equipamiento que podemos pensar inicialmente, supone un incremento de peso que afecta al tiempo de vuelo. Para minimizar estas perdidas utilizaríamos un sistema de baterías diferente, con una mayor capacidad y una adaptación para ser compatibles al sistema de la estación de recarga de Edronic. Estimamos que la autonomía podría estar entorno a los 45 minutos, siempre dependiendo de las condiciones meteorológicas.
Siempre disponible, hangar para drones.
El siguiente reto que nos planteamos es: ¿Cómo tener un sistema de vigilancia con drone continua y autónoma? Con esto queremos ir un paso mas allá.
La tecnología actual nos permite que el dron pueda ser controlado en remoto, sin embargo, la autonomía es actualmente una limitación ya que tendríamos que estar cambiando la batería continuamente.
Por ello utilizaríamos la estación de recarga que hemos desarrollado en Edronic. Un hangar diseñado para que los drones puedan aterrizar y recargar sus baterías, sin necesidad de reemplazarlas. Así tan pronto como su autonomía vuelva a estar en niveles altos, el dron automáticamente volverá a realizar una ronda por el perímetro marcado.
Sabiendo que tenemos la posibilidad de disponer de diferentes hangares para drones donde poder manejarlos de manera remota, volvamos a Ceuta y analicemos donde sería interesante situar una o varias unidades.
El equipo de radio control, la transmisión de video en HD y la comunicación RTK tiene un alcance de serie de 5 Kilómetros. Por lo que ha priori no sería necesario ninguna modificación.
En el punto central que hemos marcado en el mapa, se encuentra en una posición elevada donde podemos ver que esta el Mirador y el Fortín de Isabel II. También se aprecian unas instalaciones cerca que de contar con acceso a la red eléctrica para el hangar podría ser una localización interesante para colocar una unidad.
Ahora analicemos los tiempos de vuelo, el tiempo en llegar a un punto en concreto y contrastemos esta primera solución con la autonomía del dron que hemos descrito.
Desde el punto central marcado en el mapa, la distancia más alejada de la frontera se sitúa a unos 3Km. El multirotor tiene una velocidad máxima teórica de 65Km/h, sin embargo debemos contar con el peso extra por el equipamiento y la fuerza del viento por lo que estimaremos que su velocidad máxima se puede situar entorno a los 48Km/h, lo cual significa que el dron podría llegar en unos 4–5 minutos al punto mas alejado.
Esta unidad no es la mas rápida, por ejemplo el DJI Inspire 2, es posible que hiciera el trayecto en no más de 2 minutos. Sin embargo esta plataforma no nos ofrece la capacidad de aumentar su autonomía e incorporar diferentes sensores.
Ahora comparemos los tiempos que nos proporciona Google Maps para un vehículo situado desde la mitad de la frontera para llegar al extremo.
La distancia por carretera es de unos 4,3 kilómetros, por lo que seria 1,3 Km más que el dron en línea recta pese a estar situado más en el interior.
Google Maps estima que ese recorrido en coche es de 10 minutos, ahora bien, si suponemos que un vehículo de los cuerpos de seguridad del estado en una situación de emergencia pueden reducir ese tiempo, es probable que puedan llegar quizás al mismo punto en unos 6–7 minutos. Comparando, vemos que hay una diferencia de tiempo entre 2 y 3 minutos en los que un dron llegaría antes y no se pondría en juego la seguridad de un agente.
Comparado como sería el tiempo de respuesta hacia el punto más lejano, vamos a analizar que tiempo de vuelo podríamos disponer y que distancia podríamos recorrer antes de que el dron se vea obligado a volver a la estación de recarga.
Estimamos que en el trayecto de ir a máxima velocidad hacia el punto más lejano, el dron puede haber hecho uso de un 10% de su autonomía. Con el 90% de batería restante, es probable que si las condiciones meteorológicas no son adversas podamos contar aun con unos 30 minutos de vuelo, de los cuales una parte tiene que ser reservada para volver a la estacion de recarga con seguridad.
Si el drone realizara un vuelo por el perímetro de la frontera, con la misión de analizar y observar, este podría volar a una velocidad de unos 14km/h. Estimamos que le llevaría unos 18 minutos analizar la mitad de la frontera, siendo conveniente que regresara con la autonomía restante al hangar.
Una vez el dron ha aterrizado en la estacion de recarga, este empezará automáticamente a recargar sus baterías sin ningún tipo de intervención humana. El tiempo que estimamos que puede estar realizando la recarga es entre una hora y una hora y media.
Después de este tiempo, podría de manera autónoma volver a realizar una ronda de vigilancia por el resto del perímetro. Sin embargo, si esa espera puede ser crítica, tendríamos que contar con la redundancia de un segundo o tercer dron para que siempre pueda haber uno realizando un vuelo de vigilancia.
Estudiemos esa opción, supongamos que mantenemos el hangar número 1 en una posición centrada como hasta ahora y añadimos dos más, uno en el area proximo a Benzú (hangar de drones 2) y la otra unidad en el otro extremo cercano al paso fronterizo (hangar de drones 3).
En este nuevo esquema con 3 unidades, el tiempo para llegar al punto más alejado de la frontera sería como máximo de 2 minutos, reduciendo a la mitad la primera solución con un único dron. Además el tiempo de vuelo del dron también se vería afectado, ya que al haber recorrido menos distancia, la autonomía que la batería puede proporcionar es aun mayor, permitiendo dos opciones:
- Permanecer un mayor tiempo de vuelo dentro de su radio de acción, ya que al ser mas reducido necesita menos tiempo de desplazamientos y por tanto puede ser invertido en permanecer sobre la frontera.
- Realizar la misión de reconocimiento y volver a la estación de recarga con una mayor autonomía que acortara el tiempo de recarga.
Veamos algunos números, partimos de un escenario diferente con 3 drones 100% cargados y disponibles para volar. Supongamos que el dron en el hangar número 2, situado en la zona de Benzú sale a realizar un vuelo por su extremo de la frontera. En el perímetro marcado, el tiempo que le llevaría realizar el recorrido y volver a la estación de recarga sería de aproximadamente unos 20 minutos, tiempo muy similar para el recorrido de los otros dos drones.
Una vez que el dron número 2 comience su regreso, el dron número 1 situado en un punto intermedio de Ceuta puede retomar la misión. A su vez el dron numero 2 empezaría la recarga de sus baterías, que al no haber bajado del 50%, el tiempo de recarga se reduciría de una hora de duración probablemente a la mitad. Eso significa que prácticamente cuando el drone número 1 termine de hacer su recorrido por la mitad de la frontera, el dron número 2 este disponible nuevamente para volver a volar.
En este punto el dron número 3 comenzaría la vigilancia donde el dron número 1 terminó, y junto con el dron número 2 tendrían cubierta la posibilidad de estar en cualquier parte del perímetro en menos de 2 minutos.
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