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Optimización de la planificación de vuelos para la generación de ortomosaicos utilizando gemelos digitales y simulación SITL

Autores: Oña, Alex; Ortega, Luis; Carrillo, Andrey; Valencia, Esteban

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Optimización de la planificación de vuelos para la generación de ortomosaicos utilizando gemelos digitales y simulación SITL


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Agricultura
Agricultura de precisión
Vehículos aéreos no tripulados
Simulación con software en el circuito
Gemelos digitales
Planificación de vuelos

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La agricultura juega un papel crucial en el desarrollo de los países que luchan por alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). Sin embargo, en las naciones en desarrollo, la baja productividad y la mala calidad de los alimentos a menudo son el resultado de una falta de modernización. En este contexto, la agricultura de precisión (AP) introduce técnicas para mejorar la gestión agrícola y aumentar la producción. Los avances recientes en AP requieren imágenes de mayor resolución. Los vehículos aéreos no tripulados (VANT) han surgido como una herramienta rentable y altamente capaz para el monitoreo de cultivos, ofreciendo datos de alta resolución (3-5 cm). Sin embargo, operar VANT en entornos sensibles o durante fases de prueba implica riesgos, y los errores pueden llevar a costos significativos. Para abordar estos desafíos, la simulación de software en el bucle (SITL), combinada con gemelos digitales (DT), permite estudiar el comportamiento de los VANT y anticipar riesgos potenciales. Además, una planificación de vuelo efectiva es esencial para optimizar el tiempo y los recursos, requiriendo que ciertos parámetros de misión estén configurados adecuadamente para garantizar la generación eficiente de ortomosaicos de calidad. A diferencia de estudios anteriores, este artículo presenta una metodología novedosa que integra el marco SITL con el simulador Gazebo, un modelo digital de un VANT multirrotor, y un modelo digital de terreno de interés, que juntos permiten la creación de un gemelo digital. Este enfoque sirve como una herramienta de bajo costo para analizar parámetros de vuelo en varios escenarios y optimizar la planificación de misiones antes de la ejecución en campo. Específicamente, se programaron múltiples misiones de vuelo basadas en requisitos de alta resolución, diferentes configuraciones de superposición (40-70% y 30-60%), y condiciones de viento variables. Los resultados demuestran que los parámetros propuestos optimizan la planificación de misiones en términos de eficiencia y calidad. A través de evaluaciones tanto cuantitativas como cualitativas, fue evidente que, para vuelos a baja altitud, las configuraciones con la menor superposición producen ortomosaicos de alta resolución mientras reducen significativamente el tiempo operativo.

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