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Tesis de Maestría Presentada para el Programa UNIGIS MSc en Departamento de Geomática – Z_GIS Universidad de Salzburgo

VANT´s aplicados a estudios de dinámica costera en la barra de Sontecomapan, México.

UAV´S applied on costal dynamic studies at barra de Sontecomapan, Mexico.

Por

Jonatan Omar González Moreno 01633745 A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements of the degree of Master of Science (Geographical Information Science & Systems) – MSc (GIS) Supervisor: PhD. Carlos Mena

Querétaro - México, Diciembre 2020

Compromiso de Ciencia

Por medio del presente documento, incluyendo mi firma personal, certifico y aseguro que mi tesis es completamente el resultado de mi propio trabajo. He citado todas las fuentes que he usado en mi tesis y en todos los casos he indicado su origen.

Querétaro, México. Diciembre 2020.

Jonatan Omar González Moreno

AGRADECIMIENTOS

Por el apoyo y soporte brindado a todo el equipo de UNIGIS América Latina, en específico a Rafael Beltrán Ramallo, por compartir su conocimiento y guía para la elaboración de esta tesis. De la misma manera, a Gabriela Ramón por su paciencia y puntual orientación en las actividades a realizar para la conclusión de este programa.

En especial agradecimiento a Richard Resl por su consideración y compromiso para con un servidor, ayudando a que esta maestría en Geographical Information Science & Systems – MSc (GIS) tenga presencia y valor curricular en México, América Latina y en el mundo.

Finalmente, un agradecimiento al Instituto Mexicano del Transporte, organismo de investigación y brazo tecnológico de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, del Gobierno Federal. Específicamente a la Coordinación de Ingeniería Portuaria y Sistemas Geoespaciales, por las facilidades prestadas y el apoyo brindado en cuanto a infraestructura, recursos e información referente para el desarrollo de esta investigación.

4

RESUMEN

El propósito de esta investigación consiste en emplear tecnologías de frontera y aplicación de equipos de ultima generación como son los Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT’s) comúnmente conocidos como “Drones”, aplicados a estudios de ingeniería de costas, y generar mediante fotogrametría, información de la superficie terrestre a partir de las imágenes aéreas obtenidas. Dicho método se apoya con Puntos de Control Terrestre (PCT) medidos en campo con equipos GPS de alta precisión, con sistema RTK (Real Time Kinematic).

Con base en lo anterior, se realizó el estudio multitemporal (2014-2016), con imágenes de satélite del sensor francés, Satélite Para la Observación de la Tierra (SPOT) 6 y 7 en la barra de Sontecomapan, en el estado Mexicano de Veracruz, para analizar morfológicamente la línea de playa, a partir de la construcción de una escollera (inconclusa actualmente), lo cual, permitió observar su comportamiento (avance – retroceso) a través del tiempo. Para mayor detalle, se empleó un VANT en 2 períodos de tiempo, Marzo y Julio del 2017.

La realización de esta tesis, contribuyó a ampliar el desarrollo y la literatura en estos temas; a través del uso y aplicación de imágenes de satélite enriquecidas con imágenes aéreas obtenidas a través de VANT´s. La aplicación de esta tecnología, ayudó a reducir en un 90% los tiempos y en un 30% los costos, la obtención de información de campo con respecto a los métodos tradicionalmente empleados. De esta manera, se logra aumentar el número y la calidad de los estudios de investigación, realizados al interior del Instituto Mexicano del Transporte.

El Instituto Mexicano del Transporte apoya el desarrollo de este tipo de estudios, los cuales, aportan conocimiento y promueven el desarrollo de nuevas prácticas, aplicadas al ámbito geoespacial, geomático e imágenes satelitales; que beneficien de alguna manera al desarrollo del país, a través de su aplicación a estudios de infraestructura portuaria y dinámica de costas, que forman parte de las líneas de investigación de la Coordinación de Ingeniería Portuaria y Sistemas Geoespaciales del Instituto.

Palabras claves: VANT´s, imágenes de satélite, fotogrametría, línea de playa, escollera.

5

ABSTRACT

The purpose of this research is to apply advanced technology and modern equipment, including Unmanned Aerial Vehicles (UAV, or simply “Drones”), to coastal engineering research. We generate land surface information using photogrammetry on the images taken by the UAV. This method is supported by Ground Control Points (GCP) measured on the field using high-precision GPS equipment, with Real-Time Kinematic (RTK) system.

Using the method above, we performed a multitemporal study (2014-2016) with images satellites from the French sensor, Satellite Probatoire de l’Observation de la Terre (SPOT) 6 and 7 over the Sontecomapan bar in the Mexican state of Veracruz. This study allowed us to perform a morphological analysis of the shoreline, from the construction of a breakwater (which remains unfinished to date). Through this analysis, we observed the shoreline's morphological behaviour (advance-retreat) over time. For greater detail, we used a UAV in 2 periods of time, March and July 2017.

Our research contributes to expand the literature on the use and applications of satellite imagery enriched with aerial images from UAV. By applying this technology, we reduce 90% of time requirements and 30% costs compared with the time and cost required by traditional methods. This method has allowed us to increase our quality and quantity research studies at the Mexican Institute of Transportation.

The Mexican Institute of Transportation supports the development of this type of studies which develops and promotes geospatial, geomatic and satellite imagery techniques while benefiting Mexico through its application on port infrastructure y coast dynamics studies. The Port Engineering and Geospatial Systems Group of the Institute works on these topics.

Keywords: UAV´s, satellite imagery, photogrammetry, shoreline, breakwater

TABLA DE CONTENIDO ACRÓNIMOS................................................................................................................. 7 LISTA DE FIGURAS......................................................................................................... 8 LISTA DE TABLAS ........................................................................................................ 11 1

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 12 1.1.

1.2.

1.3.

1.4.

1.5.

1.6.

1.7.

2.

REVISIÓN DE LITERATURA .................................................................................... 20 2.1.

2.2.

2.3.

3.

ANTECEDENTES ..................................................................................................... 12 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................... 14 OBJETIVOS ESPECÍFICOS........................................................................................ 14 PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN ........................................................................... 15 HIPÓTESIS .............................................................................................................. 15 JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................... 16 ALCANCE ............................................................................................................... 18 MARCO TEÓRICO................................................................................................... 20 MARCO HISTÓRICO ............................................................................................... 23 MARCO METODOLÓGICO ..................................................................................... 25

METODOLOGÍA.................................................................................................... 32 3.1. ÁREA DE ESTUDIO ................................................................................................. 32 3.2 FLUJOGRAMA ........................................................................................................ 34 3.3 DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA ..................................................................... 36 3.3.1 ADQUISICIÓN DE IMÁGENES DE SATÉLITE ................................................... 37 3.3.1.1 ERMEXS NG (Nueva Generación) ................................................................. 38 3.3.2 ADQUISICIÓN DE IMÁGENES DE VANTS ....................................................... 40 3.3.2.1 SUBPRODUCTOS DERIVADOS DE LAS IMÁGENES DE VANTS ....................... 43 3.3.3 TRABAJO DE CAMPO ..................................................................................... 44 3.3.3.1 ESTABLECIMIENTO DE LOS PLANES DE VUELO ............................................ 50 3.3.3.2 COLOCACIÓN Y MEDICIÓN DE PUNTOS DE CONTROL TERRESTRE (PCT) ..... 55 3.4 JUSTIFICACIÓN DE LA METODOLOGÍA................................................................... 59

4.

RESULTADOS Y ANÁLISIS...................................................................................... 61 4.1.

4.2.

5.

RESULTADOS ......................................................................................................... 61 ANÁLISIS DE RESULTADOS ..................................................................................... 71

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 76 5.1.

5.2

CONCLUSIÓN ......................................................................................................... 76 RECOMENDACIONES ............................................................................................. 80

6.

BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 81

7.

ANEXOS ............................................................................................................... 87

7

ACRÓNIMOS CUDA

Compute Unified Device Architecture (Arquitectura Unificada para Dispositivos de Cómputo).

DRON RPAS.

Vehículo Aéreo No Tripulado, también concido como VANT ó

ERMEX NG

Estación de Recepción México, Nueva Generación.

GNSS

Global Navigation Satellite System.

GPS

Global Position System.

GPU

Unidad de Procesamiento de Gráficos.

INEGI

Instituto Nacional de Estadística y Geografía, Gobierno Mexicano.

IMT

Instituto Mexicano del Transporte. Gobierno Federal.

IS

Imagen de Satélite.

MDS

Modelo Digital de Superficie.

MDT

Modelo Digital de Terreno.

RPAS

Remotely Piloted Aircraft System.

SAGARPA

Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación.

SEDENA

Secretaría de la Defensa Nacional.

SCT

Secretaría de Comunicaciones y Transportes, Gobierno Federal, México.

SIG

Sistema de Información Geográfica.

SIAP

Sistema de Información Agropecuaria y Pesquera

SPOT

Satélite Para la Observación de la Tierra.

PR

Percepción Remota, también llamada Teledetección.

Pix4D

Software gestor de imágenes aéreas georreferenciadas, para hacer fotogrametría.

Pixel

Es la unidad mínima y homogénea de una imágen digital.

USIG

Unidad de Sistemas de Información Geoespacial, del IMT.

VANT RPAS.

Vehículo Aéreo No Tripulado, también conocido como Dron o

WMS

Web Map Servicies.

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LISTA DE FIGURAS

FIGURA 2.1. IMAGEN QUE ILUSTRA LA LÍNEA DE LA PLAYA DE LA BARRA DE SONTECOMAPAN. .. 21 FIGURA 2.2. CRONOLOGÍA DE LOS NOMBRES APLICADOS AL DRON, VANT, UAV O RPAS. .......... 25 FIGURA 2.3. VANT´S TIPO ROTOR, MODELOS PHANTOM 4 E INSPIRE 2 DE LA COMPAÑÍA DJI. .... 27 FIGURA 2.4. VANT DE ALA FIJA......................................................................................... 28 FIGURA 3.1. LOCALIZACIÓN DEL MUNICIPIO DE CATEMACO, VERACRUZ, MÉXICO. ................... 32 FIGURA 3.2. UBICACIÓN DE LA LAGUNA DE SONTECOMAPAN, VERACRUZ, MÉXICO. ................ 33 FIGURA 3.3. IMAGEN QUE ILUSTRA LA BOCANA DE LA LAGUNA DE SONTECOMAPAN. .............. 33 FIGURA 3.4. IMAGEN QUE ILUSTRA EL FLUJOGRAMA LA METODOLOGÍA EMPLEADA. ............... 34 FIGURA 3.5. IMAGEN QUE ILUSTRA LOS PROCESOS A EJECUTAR PARA EL DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA EMPLEADA. ............................................................................................ 35 FIGURA 3.6. IMAGEN QUE ILUSTRA EL PROGRAMA SPOT A LO LARGO DE SU HISTORIA. ........... 38 FIGURA 3.7. ANTENA DE ESTACIÓN RECEPCIÓN MÉXICO, NUEVA GENERACIÓN ...................... 38 FIGURA 3.8. IMAGEN QUE ILUSTRA EL USO Y APLICACIÓN DE LAS IS Y DEL SERVICIO WMS DEL PROGRAMA SPOT, A TRAVÉS DE UN SIG PARA EL DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN. ............ 40 FIGURA 3.9. IMAGEN QUE ILUSTRA EL VANT INSPIRE2 DE DJI. .............................................. 41 FIGURA 3.10. IMAGEN QUE ILUSTRA LAS APP´S UTILIZADAS PARA EL MANEJO Y ADMINISTRACIÓN DEL VANT. .......................................................................................... 42 FIGURA 3.11. ORTOMOSAICO DE LAS INSTALACIONES DEL IMT, DERIVADO DEL VANT, FORMADO A PARTIR DE 1,200 FOTOS. .............................................................................. 42 FIGURA 3.12. IMÁGENES DE PRODUCTOS DERIVADOS, A PARTIR DEL PROCESAMIENTO DE LOS DATOS OBTENIDOS DEL VANT. ........................................................................................ 43 FIGURA 3.13. FOTOGRAFÍA DEL SITIO DONDE SE CONSTRUYEN LOS BLOQUES DE CEMENTO, PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA ESCOLLERA....................................................................... 44 FIGURA 3.14. FOTOGRAFÍA QUE ILUSTRA LA ESCOLLERA LADO OESTE, EN EL ÁREA DE ESTUDIO. 45 FIGURA 3.15. FOTOGRAFÍA QUE ILUSTRA LA ESCOLLERA LADO ESTE, EN EL ÁREA DE ESTUDIO. .. 45 FIGURA 3.16. VISTA TERRESTRE DE LA BARRA DE SONTECOMAPAN, VERACRUZ, MÉXICO. ........ 46 FIGURA 3.17. FOTOGRAFÍA AÉREA QUE ILUSTRA EL ÁREA DE ESTUDIO, BARRA DE SONTECOMAPAN DEL MUNICIPIO DE CATEMACO, VERACRUZ, MÉXICO. ................................ 46 FIGURA 3.18. VIDEO TOMADO POR EL VANT, ILUSTRA LA ESCOLLERA EN EL ÁREA DE ESTUDIO. . 47

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FIGURA 3.19. IMAGEN TERRESTRE QUE ILUSTRA, LA PÉRDIDA DE PLAYA EN LA ZONA DE ESTUDIO, EN LA SEGUNDA VISITA. ................................................................................... 48 FIGURA 3.20. IMAGEN AÉREA TOMADA DEL VANT QUE ILUSTRA, LA PÉRDIDA DE PLAYA EN LA ZONA DE ESTUDIO, EN LA SEGUNDA VISITA. ...................................................................... 48 FIGURA 3.21. IMAGEN AÉREA TOMADA DEL VANT, QUE ILUSTRA LA PÉRDIDA DE PLAYA EN LA PARTE “ESTE” DE LA ZONA DE ESTUDIO, (SEGUNDA VISITA). ................................................ 49 FIGURA 3.22. IMAGEN AÉREA TOMADA DEL VANT, QUE ILUSTRA LA GANANCIA DE PLAYA EN LA PARTE “OESTE” DE LA ZONA DE ESTUDIO, (SEGUNDA VISITA). .............................................. 50 FIGURA 3.23. IMAGEN QUE ILUSTRA LA RELACIÓN EXISTENTE, PARA EL ESTABLECIMIENTO DE UN PLAN DE VUELO DE UN VANT. .................................................................................... 51 FIGURA 3.24. IMAGEN QUE ILUSTRA LAS APP´S UTILIZADAS, PARA EL ESTABLECIMIENTO DEL PLAN DE VUELO DEL VANT. ............................................................................................. 52 FIGURA 3.25. IMAGEN QUE ILUSTRA EL TIPO DE VUELO, DEL APLICATIVO PIX4D, PARA EL LEVANTAMIENTO DE DATOS DEL VANT. ............................................................................ 52 FIGURA 3.26. IMAGEN QUE ILUSTRA LOS PARAMETROS DEL VUELO, DEL APLICATIVO PIX4D, PARA EL LEVANTAMIENTO DE DATOS DEL VANT. ................................................................ 53 FIGURA 3.27. IMAGEN QUE ILUSTRA EL NÚMERO DE MISIONES GUARDADAS, EN EL PLAN DE VUELO ESTABLECIDO, EN EL APLICATIVO PIX4D, PARA EL LEVANTAMIENTO DE DATOS DEL VANT.53 FIGURA 3.28. IMAGEN QUE ILUSTRA EL PLAN DE VUELO ESTABLECIDO, EN EL APLICATIVO PIX4D, PARA INICIAR EL LEVANTAMIENTO DE DATOS DEL VANT...................................................... 54 FIGURA 3.29. IMAGEN QUE ILUSTRA LA ESTACIÓN DE TRABAJO RTK Y SU TRABAJO DE CAMPO.. 56 FIGURA 3.30. IMAGEN QUE ILUSTRA, EL FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA RTK Y SU APLICACIÓN EN EL TRABAJO DE CAMPO. ............................................................................................ 57 FIGURA 3.31. FOTOGRAFÍA QUE ILUSTRA, LA PLACA DE IDENTIFICACIÓN INEGI, BN-161 QUE SE UTILIZÓ COMO BASE PARA LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO EN EL TRABAJO DE CAMPO, CON EL SISTEMA RTK. ............................................................................................................... 57 FIGURA 3.32. IMAGEN QUE ILUSTRA, LA FICHA TÉCNICA DE LA PLACA BN 161, DE LA RGNA DEL INEGI. .......................................................................................................................... 58 FIGURA 4.1. IMAGEN DE SATÉLITE DEL SENSOR SPOT 6 EN PANCROMÁTICO, TOMADA EN MARZO DEL 2016, DE LA BARRA SONTECOMAPAN, CON LA LÍNEA DE COSTA DE MARZO DE 2014 (COLOR VERDE). ............................................................................................................ 61 FIGURA 4.2. IMAGEN DE SATÉLITE DEL SENSOR SPOT 6 EN PANCROMÁTICO, TOMADA EN MARZO DEL 2016, DE LA BARRA SONTECOMAPAN, CON LA LÍNEA DE COSTA DE MARZO DE 2014 (VERDE) Y MARZO DE 2015 (AMARILLO). ........................................................................... 62 FIGURA 4.3. IMAGEN DE SATÉLITE DEL SENSOR SPOT 6 EN PANCROMÁTICO, TOMADA EN MARZO DEL 2016, DE LA BARRA SONTECOMAPAN, CON LA LÍNEA DE COSTA DE MARZO 2014 (VERDE), 2015 (AMARILLO) Y 2016 (MORADO). .................................................................. 63

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FIGURA 4.4. IMAGEN DE SATÉLITE DEL SENSOR SPOT 6 EN PANCROMÁTICO, TOMADA EN MARZO DEL 2016, DE LA BARRA SONTECOMAPAN, CON LÍNEAS DE COSTA DE DIFERENTES AÑOS.64 FIGURA 4.5. IMAGEN DE SATÉLITE DE LA COMPAÑÍA DIGITAL GLOBE, DE LA BARRA SONTECOMAPAN, CON LA LÍNEA DE COSTA EN DIFERENTES AÑOS. ....................................... 64 FIGURA 4.6. MOSAICO DE LA BARRA DE SONTECOMPAN, FORMADO POR 2,094 FOTOS AÉREAS, TOMADAS EN MARZO DEL 2017. ..................................................................................... 65 FIGURA 4.7. MDE DE LA BARRA DE SONTECOMPAN, FORMADO POR 2,094 FOTOS AÉREAS, TOMADAS EN MARZO DEL 2017. ..................................................................................... 66 FIGURA 4.8. ORTOMOSAICO DE LA BARRA DE SONTECOMPAN, FORMADO POR 2,354 FOTOS AÉREAS, TOMADAS EN JULIO DEL 2017. ............................................................................ 67 FIGURA 4.9. MDE DE LA BARRA DE SONTECOMPAN, FORMADO POR 2,354 FOTOS AÉREAS, TOMADAS EN JULIO DEL 2017. ........................................................................................ 67 FIGURA 4.10. IMAGEN QUE ILUSTRA LA COMPARATIVA ENTRE DOS ORTOMOSAICOS, ELABORADOS EN 2 DISTINTOS PERÍODOS DE TIEMPO (MARZO Y JULIO DEL 2017), DE LA MISMA ZONA DE ESTUDIO. ........................................................................................................ 68 FIGURA 4.11. IMAGEN QUE ILUSTRA LA DINÁMICA DEL SITIO SOBRE UN ORTOMOSAICO, COMPARANDO 2 DISTINTOS PERÍODOS DE TIEMPO (MARZO Y JULIO DEL 2017) DE LA MISMA ZONA DE ESTUDIO. ........................................................................................................ 69 FIGURA 4.12. IMAGEN QUE ILUSTRA LA DINÁMICA DEL SITIO SOBRE UN MDE, COMPARANDO 2 DISTINTOS PERÍODOS DE TIEMPO (MARZO Y JULIO DEL 2017), DE LA MISMA ZONA DE ESTUDIO.70 FIGURA 5.1. IMAGEN QUE ILUSTRA, SÍNTESIS DEL TRABAJO REALIZADO EN ESTA INVESTIGACIÓN.79

11

LISTA DE TABLAS TABLA 3.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS SENSORES SPOT QUE RECIBE LA ANTENA ERMEX NG. ..... 39 TABLA 4.1. COMPARATIVA DE TIEMPOS Y COSTOS EN LA GENERACIÓN DE INFORMACIÓN DE CAMPO, EMPLEANDO DRONES E IS VS MÉTODOS TRADICIONALES. ....................................... 71 TABLA 4.2. COMPARATIVA DE REDUCCIÓN DE TIEMPOS Y COSTOS EN LA GENERACIÓN DE INFORMACIÓN DE CAMPO, DRONES E IS VS MÉTODOS TRADICIONALES. ................................ 72 TABLA 5.1. COMPARATIVA ACERCA DEL USO DE VANT’S ..................................................... 78

1

INTRODUCCIÓN

1.1.

ANTECEDENTES

La constante y continua necesidad de reconocimiento, monitoreo, filmación, vigilancia y análisis espacial de las costas, a través de los más de 11 mil km de litoral con que cuenta México, para la determinación de la línea de playa, como principal insumo para estudios de Dinámica Costera, es fundamental para el quehacer de la Coordinación de Ingeniería Portuaria y Sistemas GeoEspaciales del Instituto Mexicano del Transporte (IMT) 1.

Los métodos basados en Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT’s) 2, suelen ser preferidos a los métodos tradicionales para este tipo de misiones que son: demasiado "riesgosas, tardías o peligrosas”. Reduce en tiempo y costos la obtención de información, la cual sirve de apoyo al empleo de las imágenes de satélite (IS) 3.

El uso de los VANT´s ayuda a: • • •

Reducir riesgos, tiempos, costos y personal, para la obtención de información en campo, respecto a los métodos tradicionalmente empleados.

Mayor cobertura superficial en menor tiempo.

Contar con información precisa y constante deacuerdo a los requerimientos del estudio.

1

Brazo tecnológico de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Gobierno Federal, realiza trabajos de investigación, de innovación tecnológica, formulación de normas técnicas, así como formación y actualización post profesional para contribuir a mejorar la seguridad, sustentabilidad y competitividad del transporte en México. https://www.gob.mx/imt 2 VANT, por sus siglas en español, también conocidos como Dron, su nombre se deriva del inglés drone, que en español significa “zángano o abeja macho”. Los Drones, son vehículos aéreos que vuela sin tripulación y se manejan con control remoto a través de aplicaciones para teléfono inteligente o tabletas. Actualmente hay diferentes apps desarrolladas para iOS, Android y hasta Linux para pilotear un dron y sacar fotos o filmar. https://conceptodefinicion.de/dron/ 3 Lillesand y Kiefer (1994), definen una imagen de satélite como: un sensor electrónico que registra una señal eléctrica que corresponde a las variaciones de la energía, - en un rango del espectro electromagnético- en la escena original (territorio). Esta señal se detecta y se graba, quedando plasmada en pixeles y subsecuentemente será convertida a una imágen. Dicho sensor electrónico está montado en una plataforma (satélite) que orbita en el espacio exterior de la Tierra.

12

13

•

Reducir el gasto, por la adquisición de imágenes satelitales de alta resolución.

La aplicación de esta tecnología, abarca aquellas áreas cuya información requerida no es posible resolver vía IS (resolución espacial y temporal), como pudieran ser el instante de la necesidad de la información, escala, condiciones atmosféricas y lugares de difícil acceso que obstaculizan la obtención de datos, según lo menciona Jorge Lira (1995) en su libro: La percepción remota: nuestros ojos desde el espacio.

La zona denominada Barra de Sontecomapan, ubicada a 20 km. de la cabecera municipal de Catemaco, Veracruz, en el litoral del Golfo de México, durante los últimos años ha presentado acreción y regresión en su línea de costa, generando riesgos a las edificaciones asentadas en la misma, y el azolvamiento de la bocana, afectando la operación de las embarcaciones de pesca rivereña y actividades turísticas. Las edificaciones en cuestión son casas o unidades de negocio, restaurantes operados por lugareños, que para evitar daños a su patrimonio, han construido protecciones marginales tipo muro o revestimiento para proteger del oleaje y mitigar o disminuir la pérdida de terreno, que en temporadas de Nortes se incrementan. Sin embargo, la regresión de la línea de costa en la barra ha sido tal, que ha provocado daños importantes a dichas protecciones, poniendo en riesgo la integridad y el soporte económico de las familias.

El Gobierno del Estado de Veracruz, con base en el plan maestro se dispuso a realizar un estudio y el proyecto ejecutivo de las obras necesarias que permitieran rehabilitar la barra, para abrir la bocana de la laguna de Sontecomapan, estos trabajos de construcción iniciaron en el año 2015. Sin embargo, la construcción está suspendida, la escollera 4 (inconclusa) cuenta con una longitud de 200 m, que podría estar produciendo un efecto significativo en la incidencia del oleaje y la hidrodinámica del sistema.

4

Conjunto de bloques de cemento que se depositan en el fondo del mar para proteger un dique o espigón de la acción del oleaje o como fundamento para la construcción de un muelle.

14

El contar con dispositivos de captura de información en formato digital y de alta resolución espacial, que permitan fortalecer y ampliar la investigación que se realiza al interior del IMT, incrementando con ello, la cantidad y calidad de sus estudios, hacen que el uso y aplicación de VANT´s que apoyen el empleo de las imágenes de satélite, para poder determinar con éxito la dinámica costera en cualquier momento, es sin duda alguna un gran reto.

1.2.

OBJETIVO GENERAL

Evaluar y demostrar que la aplicación de Vehículos Aéreos No Tripulados para la obtención de información de campo, en estudios de dinámica costera, en la barra de Sontecomapan, México; Reducen en un 90 % los tiempos y en un 30% los costos, comparados con los métodos tradicionalmente empleados.

1.3.

•

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Identificar los beneficios obtenidos a partir del uso y aplicación de Vehículos Aéreos No Tripulados, como herramienta de apoyo que reduce en promedio un 90 % los tiempos, y en promedio un 30% los costos, la obtención de información de campo, en comparación con los métodos tradicionales.

•

Analizar y determinar las ventajas y desventajas del empleo de VANT´s y las Imágenes de Satélite vs métodos tradicionales para la obtención de información en campo del comportamiento de la línea de playa en la barra de Sontecomapan en el periodo 2014 – 2017.

15

•

Demostrar que, contar con levantamientos sistemáticos (mayor frecuencia y rapidez) de la línea de costa, se fortalece y amplia la investigación que se realiza al interior de la Coordinación de Ingeniería Puertos y Costas del IMT, incrementando con ello la cantidad y calidad de sus estudios.

1.4.

PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN

¿Cuál es el principal aporte y/ó beneficio de la aplicación de tecnología Dron a los estudios de dinámica costera? ¿Cuáles son las ventajas y desventajas en el empleo de los VANT´s y/ó Imágenes de satélite vs métodos tradicionales para la obtención de información de campo en los estudios de hidráulica marítima? ¿Por qué existe tanto desarrollo y aplicación en el mundo actual de esta tecnología? y ¿Por qué las autoridades del IMT, están interesados en su aplicación?

1.5.

HIPÓTESIS

La obtención de información en campo para estudios de dinámica costera, a través del empleo de Vehículos Aéreos No Tripulados e imágenes de satélite, reduce en un 90 % los tiempos y en un 30 % los costos con respecto a los métodos tradicionales, para analizar el comportamiento de la línea de playa (2014-2017) en la barra de Sontecomapan, municipio de Catemaco en el estado de Veracruz, México.

16

1.6.

JUSTIFICACIÓN

La Coordinación de Ingeniería Portuaria y Sistemas Geoespaciales del IMT, órgano desconcentrado de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Gobierno Federal, ha desarrollado aplicaciones geo-tecnológicas para solucionar problemas de Infraestructura donde esté inmerso el factor transporte, y como consecuencia de su continua evolución está el incluir en sus líneas de trabajo las últimas tendencias en cuanto a tecnología se refiere. Es por ello, que se incursiona en el área de los Vehículos Aéreos No Tripulados con tecnología GPS (RTK), y por la naturaleza de sus estudios, se determinó la necesidad de emplear este tipo de tecnología como insumo básico para ser aplicado en un futuro cercano al sector transporte, en específico, al área marítimo portuaria.

Además, este estudio es consecuente con el desarrollo de la línea de investigación en percepción remota, desarrollada al interior de la Unidad de Sistemas de Información GeoEspacial (USIG) del IMT, como un método de observación a distancia de un sistema físico que ha cobrado gran importancia, principalmente, con el avance de la tecnología espacial, con métodos más eficientes de análisis de imágenes, el diseño y la construcción de arquitecturas computacionales especiales y la fabricación de sensores remotos de alta eficiencia. En la actualidad, la percepción remota ha sido llevada al campo de los VANT´s (anteriormente desarrollada para aviones tripulados y/o satélites en el espacio) y ha permitido al hombre ampliar su capacidad visual y tener elementos propios de análisis enmarcados en el método científico, que le permiten resolver diversos problemas en la investigación experimental.

El valor de la información aérea se hace cada vez más evidente y necesaria. Ofrece una visión global de objetos y detalles de la superficie terrestre, facilitando la comprensión de las relaciones que entre ellos pudiesen no ser claros cuando se observan sobre esta superficie. El carácter "remoto" de la teledetección aumenta también este valor, ya que proporciona una visión más amplia del “espacio” sin tener que estar en contacto físico con el objeto de estudio.

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La teledetección (técnicas utilizadas por la percepción remota), a través de drones podría demostrar ser una fuente rentable para la generación de información en campo, reduciendo costos y tiempos, así como numerosas aplicaciones, entre las que cabe citar la planeación urbana y desarrollo regional, vigilancia del medio ambiente, gestión de cultivos, prospección marítima, exploración minera, estudio de líneas de costas, localización de sensores de ingeniería marina y boyas, entre otras.

Resulta incuestionable la importancia de realizar investigaciones sobre el potencial de las tecnologías de frontera en el campo de la información geoespacial, que permitan aportar soluciones innovadoras a problemas específicos del sector marítimo portuario y de esta manera, crear elementos de conocimiento que orienten una mejor toma de decisiones, y que, además, ayuden a incrementar la cantidad y calidad de estudios de investigación, desarrollados al interior del IMT.

A petición de la Comisión Nacional de Pesca y Acuacultura (CONAPESCA), se solicitó al IMT una visita de reconocimiento por parte de su personal, a la barra de Sontecomapan, observándose que por su orientación y formación natural puede presentar una alteración importante en el transporte de sedimentos, dicho transporte origina cambios en la línea de playa de la barra, lo que podría provocar que la boca se azolve.

Por lo anterior, se requiere determinar el comportamiento de la línea de playa a través del tiempo, para ser comparada con un levantamiento topobatimétrico actual, por lo que el contar cuando menos con 3 posiciones de línea de costa (2015, 2016 y 2017), permitirá realizar un análisis espacio temporal de este parámetro, estableciendo así la dinámica del sitio.

18

1.7.

ALCANCE

Se espera que esta investigación aporte una visión más amplia acerca de las aplicaciones y beneficios que resultan de emplear tecnologías de punta, en este sentido, VANT’s, GPS de alta precisión, imágenes de satélite de alta resolución, software gestor de información geoespacial, aplicados a estudios de ingeniería hidráulica y puertos.

En la barra de Sontecomapan, municipio de Catemaco, en el estado de Veracruz, México.

La superficie a delimitar, es equivalente a 50 metros de la cota cero a tierra, el control terrestre será a través de vértices con elevación de primer orden y ligada a la estación de la Red Geodésica Activa del INEGI; la liga de la estación base se efectuará mediante receptor de doble banda, con tiempos de recepción de 2 horas o más, de acuerdo a la normatividad vigente para un levantamiento de alta precisión. Así mismo, se recomienda todo el proceso de fotogrametría, tales como: Aero triangulación, Restitución Fotogramétrica, Mosaicos Orto-rectificados y Modelos Digitales de Elevación.

Se apoyará con IS del sensor francés, SPOT 6 y 7, para los años 2014 al 2016 en pancromático y multiespectral con resolución de 10 metros por pixel.

Además, se

obtendrán imágenes de alta resolución espacial (resolución de 10 cms por pixel) y temporal en 2 diferentes períodos de tiempo (Marzo y Junio del año 2017), derivadas del empleo del VANT, modelo Inspire 2 de la compañía internacional, “DJI”. Por lo anterior, se desarrollará una metodología suficientemente robusta y replicable que permita de manera sencilla y eficiente la obtención del límite de la línea de costa según los criterios establecidos y se analizará su comportamiento y dinámica del sitio.

Esta investigación será de sumo interés y podrá ser consultada por profesionistas, estudiantes y personas relacionadas en el ámbito de las geo espaciales, ingeniería hidráulica, dinámica costera, mecatrónica, teledetección entre muchas otras más, a través de la consulta y difusión de resultados obtenidos y publicados mediante un trabajo

19

impreso o presentación en foros, conferencias, congresos, seminarios, simposios, asociaciones público privadas, comités de usuarios y expertos de este tipo de estudios.

Además,

los

resultados

de

esta

investigación,

podrán

aportar

información

complementaria sobre las ventajas y beneficios de la aplicación de VANT´s, la reducción de tiempos, costos, y riesgos, con respecto a métodos tradicionales, ayudará al diseño de políticas de transporte, que contribuirán al desarrollo y cumplimiento del Programa Sectorial “Contar con servicios logísticos de transporte oportunos, eficientes y seguros que incrementen la competitividad y la productividad de las actividades económicas”, el cual se alinea con el objetivo 4.9 “Contar con una infraestructura de transporte que se refleje en menores costos para realizar la actividad económica” del PND 5.

Además de enriquecer el conocimiento en cuanto a la aplicación de este tipo de tecnologías, ampliar la literatura del tema en cuestión, aportar aplicaciones distintas de esta tecnología, incrementar el número de estudios de investigación cientifica sobre este tema, así como mostrar los resultados obtenidos a partir de los objetivos propuestos al inicio de esta investigación.

Esta tesis, no pretende ser parte de la política de estado que restrinja o reglamente el uso del espacio aéreo nacional. Es un producto de investigación, aplicado para la resolución de una problemática local. Los temas mencionados o los resultados obtenidos son unicamente con fines académicos de investigación.

5

Plan Nacional de Desarrollo 2013-2018. Programa Sectorial de Comunicaciones y Transportes, México. http://www.sct.gob.mx/fileadmin/banners/Programa_Sectorial_de_Comunicaciones_y_Transportes.pdf

2. REVISIÓN DE LITERATURA 2.1.

MARCO TEÓRICO

La línea de costa constituye un elemento fundamental en los procesos de análisis, gestión y planificación de la zona costera, si bien su levantamiento a escala a detalle y su posterior utilización requiere de una precisa delimitación geométrica y del establecimiento de rigurosos criterios para su definición. Estos últimos, deben ser seleccionados con una clara intencionalidad aplicada de acuerdo a su uso en particular.

En este sentido, el uso de los Sistemas de Información Geográfica, las bases de datos geoespaciales y un adecuado modelo de datos, resultan elementos clave para el levantamiento de líneas de costa, así como, para los análisis posteriores realizados sobre ellas. Ojeda, Díaz, Prieto y Álvarez (2013.)

Numerosos artículos e investigaciones, difieren un poco respecto a su definición, aunque de manera amplia Pardo, Ruíz y Calaf (2008), coinciden en que “es el área de contacto entre la superficie emergida y la oceánica” concluyen, que su delimitación supone un gran reto, debido a la naturaleza de su dinámica, además depende de diversos criterios para su delineación, definidos con base en el objetivo perseguido, la resolución espacial y temporal, la fuente de información utilizada, así como del criterio de digitalización empleado.

El artículo 594 del Código Civil de Chile 6 se define a la línea de playa como: “Aquella que señala el deslinde superior de la playa hasta donde llegan las olas en las más altas mareas y que, por lo tanto, sobrepasa tierra adentro a la línea de la pleamar máxima”.

6

https://www.leychile.cl/Navegar?idNorma=159593&r=1

20

21

Según la enciclopedia web, Wikipedia 7, define a la línea de costa como: “La línea en la superficie de la Tierra que define el límite entre el mar y la tierra firme. Ver figura 2.1.

Figura 2.1. Imagen que ilustra la línea de la playa de la barra de Sontecomapan.

Ibarra y Belmonte (2017), en su libro: Comprendiendo el litoral: Dinámica y procesos, definen ampliamente conceptos de clasificación, escalas, tipos y agentes erosivos de las costas y playas. Se hace mención de sus cambios por origen antrópico y se hace mención de algunas propuestas de mitigación.

En el artículo “La determinación de las líneas de la Playa y de más Baja Marea” de Nancy Escalera, (2014) 8. Se menciona todo un tratado, para medir y determinar la línea de playa, la cual, a grandes rasgos menciona: “medir en la playa, el deslinde superior hasta donde llegan las olas en la pleamar con mayor altura del día, teniendo cuidado de efectuar esta acción en el intervalo de tiempo comprendido entre 30 minutos antes de la pleamar y 30 minutos posteriores a la pleamar”.

7 8

https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADnea_de_costa https://prezi.com/ck3o3ydibbs-/la-determinacion-de-las-lineas-de-la-playa-y-de-mas-baja-ma/

22

De la misma manera Maskrey, Cardona y García (1993) 9, definen a una playa, como depósitos de sedimentos a la orilla del mar constituida por materiales no consolidados que se extiende hacia tierra desde la línea de marea baja hasta un cambio de la topografía, como lo es una línea de dunas de arena, existiendo playas asociadas a un relieve litoral rocoso, generando un arco entre los acantilados rocosos, formando lo que se entiende por una bahía o ensenada. Además, menciona que se reconocen dos categorías principales de costas, que son las costas rocosas escarpadas, que comprenden el 80% de los litorales marinos del mundo y las costas bajas deposicionales que comprenden formas como playas, dunas, lagunas litorales, marismas marítimas, estuarios y deltas, representando el 20 % de las costas a nivel mundial.

Es un hecho que el contorno de las costas sufre modificaciones, en algunos casos esa idea es asociada erróneamente a fenómenos de tipo catastróficos. Estos cambios han hecho desaparecer estrechos y bahías al modificar el aporte de sedimentos. Las olas, las corrientes y las mareas son los pulsos energéticos que modelan las áreas costeras (Codignotto, 1997). El estudiar fenómenos producidos por las olas y corrientes son esenciales para comprender la evolución del paisaje.

Existen sitios donde la erosión puede presentarse como un proceso dominante como consecuencia de la acción realizada por los diversos agentes erosivos en el modelado del terreno. Cuando en un escenario con estas características se introduce la presencia del hombre, dichos fenómenos erosivos dominantes se convierten en procesos de peligro, en tanto pueden generar daños a las personas. Así mismo, la intervención del hombre puede acentuar o acelerar los procesos erosivos naturales; y la principal intervención antrópica que impacta y transforma el ambiente natural, es el proceso de urbanización, del cual el ambiente costero no está exento de experimentar. Ferrari (2015).

9

https://repositorio.gestiondelriesgo.gov.co/bitstream/handle/20.500.11762/19762/LosDesastresNoSonNaturales%28 Maskrey_1993%29.pdf?sequence=1&isAllowed=y

23

En la dinámica costera no solo intervienen procesos naturales, sino también procesos antropogénicos, ambos generadores de condiciones de peligro. Según la peligrosidad o amenaza, es la probabilidad de ocurrencia de un fenómeno natural o derivado del ser humano, que puede presentarse en un sitio específico y en un tiempo determinado, produciendo efectos adversos a la sociedad, bienes o medio ambiente. Maskrey, et al, (1993).

2.2.

MARCO HISTÓRICO

Boreto, Rouzaut, Cioccale, Gordillo y Benítez (2018) en su artículo “Dinámica costera y antropización” 10 menciona que a lo largo de la costa se han establecido y desarrollado urbanizaciones cuyas economías locales están muy ligadas al turismo, por lo que el recurso que ofrece la playa es altamente apreciado. En consideración hay que destacar dos conceptos: Antropización que es la transformación del ambiente ejercida por el hombre, y urbanización, que es la concentración de poblaciones mediante el desarrollo de infraestructura.

En este mismo sentido, Botello, Villanueva, Gutierrez y Rojas (2017) en su libro: “Vulnerabilidad de las zonas costeras de Latinoamérica al cambio climático”. 11 mencionan ampliamente temas como el manejo costero exitoso, la identificación de áreas vulnerables basada en la erosión y tendencias del desarrollo, lo cual, entre otras cosas, puede realizarse a través de un análisis basado en tecnología de punta (SIG, VANT´s, IS, Lidar, GPS RTK, etc) para posteriormente generar índices o parametros de vulnerabilidad.

10

file:///C:/Users/JGonzalez/Downloads/865-Texto%20del%20artículo-3779-1-10-20181127.pdf https://www.redicomar.com/wp-content/uploads/2018/10/Vulnerabilidad-de-las-Zonas-Costeras-deLatinoame%CC%81rica-al-Cambio-Clima%CC%81tico.pdf 11

24

Hoy en día, cualquier estudio centrado en la zona costera, independientemente de cual sea su objetivo, requiere de la existencia de una minuciosa información a detalle. Esta reflexión, a pesar de ser incorporada en numerosos documentos de planificación, se ve confrontada por la ausencia a veces inexplicable de información sobre litoral y medio marino a escalas de detalle (Ojeda et al., 2013). En este sentido, la línea de costa constituye un elemento indispensable para la planificación ambiental y territorial de la zona de estudio, así como para una gestión integrada de éstas, ya que permite constituir indicadores de estado y seguimiento ambiental y, como tal, es frecuente encontrarla actualmente, en los resultados de proyectos y estudios que incluyen el cálculo de indicadores sobre ella.

Por lo anterior, el desafio consistirá en desarrrollar una metodología suficientemente robusta y replicable,

que permita de manera sencilla y eficiente la obtención y

generación de información de campo, para este caso en específico, el límite de la línea de costa, según los criterios establecidos y analizar su comportamiento y dinámica a través del periodo del tiempo 2014-2016. Mejorando en tiempo y calidad lo planteado en su metodología de investigación de López, Márquez y Toledo (2017) 12, Cambio de uso de suelo en la zona litoral entre Ciudad del Carmen y Sabancuy en el estado de Campeche, México. En este sentido, la aplicación de geotecnologías de punta es esencial, para facilitar la posterior gestión de la información georreferenciada, a través de la implementeación de un SIG.

12

https://www.redicomar.com/wp-content/uploads/2018/10/Vulnerabilidad-de-las-Zonas-Costeras-deLatinoame%CC%81rica-al-Cambio-Clima%CC%81tico.pdf

25

2.3.

MARCO METODOLÓGICO

Un VANT ó UAV (por sus siglas en inglés13) es una aeronave que vuela sin tripulación. Esta es una categoría amplia que podría incluir cualquier cosa, desde un avión a control remoto de juguete hasta un avión comercial o de carga sin piloto.

Aunque exsiten VANT´s de uso civil, también son usados en aplicaciones militares (origen de su creación), donde son denominados como: vehículo aéreo de combate no tripulado —UCAV por sus siglas en inglés—. Para distinguir, los VANT´s de los misiles, un VANT se define como: “Vehículo sin tripulación reutilizable, capaz de mantener un nivel de vuelo controlado y sostenido, y propulsado por un motor de explosión o de reacción” 14 (figura 2.2). Por lo tanto, los misiles de crucero no son considerados VANT´s porque, como la mayoría de los misiles, el propio vehículo es un arma que no se puede reutilizar, a pesar de que también, vuela, no es tripulado y en algunos casos guiado remotamente.

Fuente: https://www.madrid.org/bvirtual/BVCM015384.pdf

Figura 2.2. Cronología de los nombres aplicados al Dron, VANT, UAV o RPAS.

UAV (Unmanned Aircraft Vehicle) o Drone https://www.youtube.com/watch?v=i82wD4wIgho Consejería de Economía y Hacienda, Comunidad de Madrid y Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid (2015). Los Drones y sus aplicaciones a la ingeniería civil. Revista]. http://www.madrid.org/bvirtual/BVCM015384.pdf 13

14

26

La Organización de Aviación Civil Internacional (OACI)

15,

junto con la FAA (Federal

Aviation Administration) de los Estados Unidos de Norteamérica; Dictan las políticas y directrices, sobre el uso y reglamentación del espacio aéreo nacional e internacional; motivo por el cual, la Dirección General de Aéronatitca Civil (DGAC) de la SCT, estableció en su norma: NOM-107-SCT3-109 16, oficialmente para México, el nombre de Sistema de Aeronave Piloteada a Distancia ó RPAS, por sus siglas en inglés (Remotely Piloted Aircraft System).

Hay una amplia variedad de formas, tamaños, configuraciones y características en el diseño de los VANT´s en forma de avión o helicóptero (figura 2.3). Históricamente los VANT´s eran simplemente aviones pilotados remotamente pero cada vez más se está empleando el control autónomo de los VANT´s.

En este sentido, Sánchez, Murelo y Saumeth (2013), 17 menciona que se han creado dos variantes: algunos son controlados desde una ubicación remota, y otros vuelan de forma autónoma sobre la base de planes de vuelo pre-programados usando sistemas computacionales complejos de automatización dinámica.

Sánchez et al. (2013), menciona que las aeronaves controladas remotamente en realidad pudieran no calificar para ser llamadas RPAS, ya que los vehículos aéreos pilotados remotamente (o por control remoto) se conocen como Aeronaves Radiocontroladas o Aeronaves R/C; esto debido a que, precisamente, los VANT´s son también sistemas autónomos que pueden operar sin intervención humana alguna durante su funcionamiento en la misión a la que se haya encomendado, es decir, pueden despegar, volar y aterrizar automáticamente.

15

OACI es una agencia de la Organización de las Naciones Unidas creada en 1944 por el Convenio sobre Aviación Civil Internacional para estudiar los problemas de la aviación civil internacional y promover los reglamentos y normas únicos en la aeronáutica mundial.

16 17

http://www.sct.gob.mx/fileadmin/DireccionesGrales/DGAC-archivo/modulo2/nom-107-sct3-2019-201119.pdf

Vehículos aéreos no tripulados en Latinoamérica http://www.infodefensa.com/wpcontent/uploads/Vehiculos_aereos_no_tripulados_en_Latam.pdf

27

Figura 2.3. VANT´s tipo rotor, modelos Phantom 4 e Inspire 2 de la compañía DJI.

Actualmente, los VANT´s realizan misiones tanto de reconocimiento como de filmación del territorio desde la altura y son guiados mediante un programa instalado sobre una tableta o un teléfono inteligente.

Palacio y Peralta (2004), en su capítulo Vídeo-Teledetección y Fotografía Digital del libro Técnicas de Muestreo para Manejadores de Recursos Naturales, podrían considerarse los pioneros de contar con la necesidad de utilizar un nuevo tipo de plataformas (VANT´s) en donde montar sus sensores remotos, para ayudar a la realización de percepción remota (exclusiva de imágenes de satélite en aquel entonces), como tecnologías alternas, analizando sus alcances y limitaciones para el análisis de la superficie terrestre.

Como demuestra Ramos y Montes (2015), 18 en su libro: “Los drones aplicados a la Ingeniería Civil”, en donde diversos investigadores han abordado el tema del análisis de la superficie terrestre a través de VANT´s, mostrando una visión de manera muy somera, sobre las aplicaciones hechas hasta el momento en cualquier ambito de la ingeniería civil, si bien, no es un documento solidamente técnico o de investigación, se rescata la gran cantidad de aplicaciones realizadas por todo el mundo.

18

Los drones y sus aplicaciones a la ingeniería civil. http://www.madrid.org/bvirtual/BVCM015384.pdf

28

Serna (2017), en su tesis de master, Análisis de las aplicaciones y necesidades del uso de los RPAS en las diferentes categorías del patrimonio cultural, menciona todo un tratado de aplicaciones realizadas a estudios de las diferentes categorías que componen el patrimonio cultural; Pasando del video, a la fotografía aérea, a la fotogrametría, a la construcción de modelos 3D, nube de puntos, análisis a través de software especializado, algo similar a lo propuesto a realizar en este trabajo, pero aplicado a la ingeniería de puertos y costas.

Por otro lado, se encuentra la Tesis de Sani (2015), 19 de la Universidad de las Fuerzas Armadas, de la Carrera de Ingeniería Geográfica y del Medio Ambiente del Ecuador, que habla de los Vehículos Aéreos No Tripulados – UAV para la elaboración de cartografía a grandes escalas, en la cual se realiza la aplicación de un VANT de Ala Fija (figura 2.4 ), en el campus de dicha universidad, para la generación de orthomosaicos que sirvan para la elaboración de cartografía a grandes escalas.

Fuente: https://www.sensefly.com/drones/ebee.html

Figura 2.4. VANT de Ala Fija.

Sani menciona que: El avance acelerado de las tecnologías Geoespaciales en la actualidad, permiten desarrollar aplicaciones cada vez más precisas y con un costo menor, que al utilizar metodologías tradicionales. El avance de los UAS (Sistemas Aéreos No Tripulados) equipados con cámaras que poseen sensores más sensibles, capaces de capturar escenas en formato digital de igual calidad que cámaras fotogramétricas, alcanzando precisiones sub métricas de forma más asequible.

19

UAV para la elaboración de cartografía a grandes escalas. https://www.researchgate.net/publication/274385188

29

En este mismo sentido, sirve destacar el trabajo realizado por Pardo et al. (2008) 20 del Departamento de Investigación en Cartografía Geoambiental y Teledetección, y del Departamento de Ingeniería Cartográfica, Geodesia y Fotogrametría, de la Universidad de Valencia, en donde a lo largo del tiempo, han realizado estudios relacionados a los cambios de la línea de costa, determinados por teledetección. Si bien, los primeros resultados son plasmados en los años 90´s, la línea de investigación ha continuado a través del tiempo, y podríamos esperar el empleo de sensores de mayor resolución espacial y espectral, así como un mejor refinamiento en su método.

Como evolución del párrafo anterior, existe la aplicación de un nuevo programa de drones que vigilará el estado del litoral valenciano, para ganar precisión en los estudios topográficos, controlar la cantidad de arena en las playas y mejorar el medio ambiente, según se informa en el artículo del informativo digital La Vanguardia 21.

En un estudio publicado por la revista española, I Descubre 22, se menciona la Integración de un sistema de sensores en un dron para agilizar el análisis de las zonas vulnerables de las costas. Dicha investigación, se realiza como un programa piloto, desarrollado por el Departamento de Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial de la Universidad de Almería, liderado por Fernando José Aguilar, en colaboración con la consultora Automática, Robótica y Mecatrónica. En donde se menciona las ventajas de aplicar Drones para sus estudios, como resultado de agilidad y bajo costo, en comparación con la vía clásica para su desarrollo.

Como se ha mencionado anteriormente, la Consejería de Economía y Hacienda, y la Fundación de la Energía ambas de la Comunidad de Madrid (2015). Los Drones y sus Detección automática de cambios en la línea de costa a partir de imágenes de satélite de resolución media. http://cgat.webs.upv.es/BigFiles/114-Pardo%20Pascual.pdf 21 http://www.lavanguardia.com/local/valencia/20160608/402368656544/un-nuevo-programa-de-drones-vigilara-elestado-del-litoral-valenciano.htm 22 https://idescubre.fundaciondescubre.es/2016/09/16/integramos-un-sistema-de-sensores-en-un-dron-para-agilizarel-analisis-de-las-zonas-vulnerables-de-las-costas/ 20

30

aplicaciones a la ingeniería civil. Hacen referencias a un compendió de investigaciones realizadas por diversos autores a través del mundo. Este documento digital, contiene alrededor de 20 capítulos, y en su apartado 7, consiste en la aplicación de VANTS aplicados específicamente al ambito de la Ingeniería Hidráulica. Pasando por origenes, aspectos reglamentarios, tipos de aeronaves, creación de cartografía, diversas aplicaciones, entre otras cosas más.

Bañón, Ivorra, Aragonés, Borja, Cano, (2014). En su articulo: Empleo de drones (RPAS) para la elaboración de material audiovisual docente en asignaturas de Ingeniería Civil.

Elaborado en el Departamento de Ingeniería Civil, Escuela Politecnica Superior, Universidad de Alicante, España. Habla claramente de las nuevas formas de generar información, en este caso audiovisual (video y fotografía), para los estudiantes de ingenería civil. En su artículo menciona específicamente a la Ingeniería Marítima: Análisis de morfología de costas, inspección de obras marítimas y plataformas “offshore”.

Concluyendo básicamente la nueva forma de generar información, de manera más rápida y a menor costo.

Goldberg, Corcoran, Picard, (2013). En su estudio: Remotely piloted aircraft systems and journalism: opportunities and challenges of drones in news gathering; Mencionan la importancia de los VANTS en el desarrrollo de la vida moderna, desde el punto de vista periodístico como fue su inclusión y como será cada vez más fundamental su presencia en el acontecer de las sociedades modernas informadas. Para obtener imágenes e información que los medios de comunicación y la sociedad requieren.

Ruíz (2013), en su artículo La importancia de Los RPAS/UAS para la Unión Europea habla del rol de importancia que son y serán los VANT´s dentro de la revolución del mercado de servicios y dentro de un sector estratégico de primer orden. Consciente de ello, Europa se prepara para el pleno desarrollo de este sector. A través de medidas normativas (legislación), avances tecnológicos, dimensión social; Mencionando algunas aplicaciones,

31

así como que las medidas que se tomen en los tres próximos tres años, marcarán el rumbo favorable o desfavorable en la UE en la siguiente década.

Ibañez (2008), en su tesis doctoral, Validación de Modelos Digitales del Terreno de precisión a partir de datos Láser Escáner Aerotransportado, habla muy extensamente que son los Modelos Digitales de Terreno, a través de la aplicación de un Láser Escáner Aerotransportado, documentando su precisión y resolución así como sus ventajas sobre métodos de fotogrametría y teledetección. Este trabajo supondría ser una base, para llevar este tipo de sensores remotos,

a otro tipo de plataformas, que no sean

necesariamente satélites en el espacio, aviones o helicópteros (como es el caso de Ibañez), para dar paso a un nuevo tipo de plataforma, que aunque no lo menciona, lo da a entender, que podría ser ser la aplicación de un VANT.

El análisis, recopilación, sintesis y gestión de información revisada, para esta tesis, son muestra clara del trabajo realizado, a través de conceptos, investigaciones reconocidas, documentos académicos, cifras, términos técnicos, artículos, tesis, boletines electrónicos, notas y conferencias. Lo cual se refleja en riqueza de investigación para el lector.

Concientes de la gran cantidad de información existente acerca de la tecnología VANT en el mundo actual, es menester mencionar que todos los artículos de investigación consultados hasta ahora, son esfuerzos que van encaminados al desarrollo que faciliten las actividades del hombre de alguna manera, la lista es larga y continuará, en pro del bien común, sobre el análisis, estudio y gestión del territorio.

3. METODOLOGÍA

3.1.

ÁREA DE ESTUDIO

La Laguna de Sontecomapan se localiza a 20 km de la cabecera municipal Catemaco (color rojo), en el estado de Veracruz (color verde), dicha laguna desemboca en el Golfo de México, y está confinada por las cuestas del volcán San Martín Tuxtla y la Sierra de Santa Martha (ver figura 3.1). La laguna de aproximadamente 900 ha y con una profundidad variable de 0.70 m hasta 2.5 m, tiene conexión con el Golfo de México, a través de una boca natural, la cual, al Este presenta una formación rocosa, y al Oeste una barra de arena, de aproximadamente 900 m de longitud, (ver figura 3.2 y 3.3).

Figura 3.1. Localización del Municipio de Catemaco, Veracruz, México.

32

33

Área de estudio

Figura 3.2. Ubicación de la Laguna de Sontecomapan, Veracruz, México.

Fuente: Google Earth.

Figura 3.3. Imagen que ilustra la bocana de la Laguna de Sontecomapan.

Fuente: Elaboración propia, a partir de la imagen de satélite, cortesía de Digital Globe.

34

3.2 FLUJOGRAMA El propósito de esta investigación, consistió en emplear VANT’s comúnmente conocidos como Drones, para estudios de ingeniería de costas y, generar mediante fotogrametría, información de la superficie terrestre a partir de las imágenes aéreas. Dicho método, se apoyó con puntos de control terrestre (PCT) medidos en campo con equipos GPS de alta precisión, con sistema RTK (Real Time Kinematic). La aplicación de esta tecnología, ayudó a reducir en un 90 % los tiempos y en un 30% los costos, la obtención y generación de información de campo con respecto a los metodos tradicionalmente empleados. Figura 3.4.

Figura 3.4. Imagen que ilustra el flujograma la metodología empleada.

Con base en lo anterior, se realizó un estudio multitemporal (2014-2016), con imágenes de satélite del sensor francés SPOT 6 y 7, para analizar morfológicamente la línea de playa, a partir de la construcción de la ya mencionada escollera (inconclusa actualmente), lo cual, permitió observar su comportamiento (avance – retroceso) a través del tiempo, para mayor detalle, se empleó un VANT en 2 períodos de tiempo, marzo y julio del 2017.

35

Figura 3.5. Imagen que ilustra los procesos a ejecutar para el desarrollo de la metodología empleada.

36

La figura 3.5 muestra de manera esquemática lo propuesto en la metodología empleada en esta investigación; La cuál, como ya se mencionó, consiste en aplicar tecnología, para la generación y obtención de información de campo de manera más rápida y económica, para estudios de dinámica costera, empleando VANT e IS (objeto de estudio).

3.3

DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA

El trabajo de gabinete, consisitió en obtener la certificación como gestor autorizado de IS ante el programa ERMEX NG, para la adquisisción de las imágenes SPOT de manera gratuita como funcionario público de la administración publica federal. Con respecto al VANT, el trabajo de gabinete, consisitió en la elaboración, planificación y establecimiento del plan de vuelo.

El trabajo de campo, consistió en realizar los vuelos del VANT correspondientes (establecidos en los planes de vuelo); Así como la colocación de los PCT, a lo largo de la zona de estudio, empleando GPS de alta precisión. Con la intención de asegurar la correcta ejecución de los planes de vuelo (y no tener que regresar nuevamente), se obtienen de manera rápida y sin detalle los sub productos derivados de las imágenes del VANT.

El procesamiento de información consitió en emplear tecnología CUDA, vía Sistemas de Información Geográfica y software gestor de imágenes aéreas y de satélite, para el procesamiento de los datos obtenidos en el trabajo de campo. Para las IS,

la

digitalización de la línea de costa y un análisis morfológico. Para las imágenes del VANT, consisitió en la adquisición de áreas, volúmenes, nube de puntos (archivos .las) y línea de costa. Los resultados se clasifican, organizan y documentan.

37

En Resultados, se analizan y redactan los princiales hallazgos. Se obtienen las conclusiones correspondientes (beneficios), y se comprueban objetivos e hipotesis correspondientes. Información más económica y de más rápido acceso; lo que se refleja en una reducción en tiempo y costos, si se compara, como antes se hacía, empleando métodos tradicionales.

3.3.1

ADQUISICIÓN DE IMÁGENES DE SATÉLITE

El Instituto Mexicano del Transporte, a través de la Unidad de Sistemas de Información Geoespacial (USIG), cuenta con 2 gestores autorizados para la obtención, gestión y explotación de imágenes de satélite del sensor francés SPOT 6 y 7, para la realización de estudios de investigación.

La constelación de satélites SPOT ofrece una capacidad operacional diaria de adquisición, prácticamente de cualquier punto del globo terráqueo con una resolución de diez metros.

El satélite SPOT 5 transmite imágenes con una resolución espacial de 2.5 metros en una franja muy amplia. Además, el instrumento HRS de SPOT 5 permite la adquisición simultánea de pares estereoscópicos para la generación de maquetas digitales en relieve, para aplicaciones de cartografía tridimensional.

SPOT 6 y SPOT 7 transmiten imágenes con una resolución espacial de 1.5 metros en pancromático y 6 metros para multiespectral, y forman parte de la nueva constelación de satélites de observación de la Tierra diseñada para garantizar la continuidad de la disponibilidad de los datos de alta resolución y campo amplio hasta 2024 (Ver fig. 3.6).

Incorporando innovaciones tecnológicas y operativas con las que cuenta actualmente, la constelación Pleiades (50 cm de resolución) puestos en órbita el 31 de agosto de 2012.

38

Fuente: Internet, cortesia de EADS.

Figura 3.6. Imagen que ilustra el programa SPOT a lo largo de su historia.

3.3.1.1 ERMEXS NG (Nueva Generación) La Estación de Recepción México Nueva Generación (ERMEX NG) es un proyecto conjunto entre el Sistema de Información de Agricultura y Pesca (SIAP)23 de la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA) 24, y la Secretaría de la Defensa Nacional (SEDENA) 25; ambas instituciones del Gobierno Federal de México, que tiene entre otras funciones la de gestionar y proveer imágenes satelitales del territorio nacional. La ERMEX NG (ver fig. 3.7) fue inaugurada el 19 de febrero del 2013, y recibe telemetría de la constelación de Satélites Para la Observación de la Tierra (SPOT 6 y 7).

Fuente: www.gob.mx/siap/acciones-y-programas/ermex-monitoreo-satelital

Figura 3.7. Antena de Estación Recepción México, Nueva Generación

La ERMEX NG recibe diariamente imágenes de los satélites SPOT 6 y 7, con las siguientes características, tabla 3.1:

23

http://www.gob.mx/siap/ http://www.gob.mx/sagarpa 25 http://www.gob.mx/sedena 24

39

Tabla 3.1. Características de los Sensores SPOT que recibe la antena ERMEX NG. Satélite

Modo

Resolución Espacial

Pancromático

2.5 m.

Multiespectral

10 m.

Bandas

Cobertura espacial

Resolución radiométrica

1 (visible) 4 (Verde, Rojo,

SPOT 5

SPOT 6

SPOT 7

NIR y MIR) Fusión Color

2.5

3 (compuesto color)

Pancromático

1.5 m.

1 (visible)

Multiespectral

6 m.

4 (Azul, Verde, Rojo y NIR)

Fusión Color

1.5 m.

4 (Azul, Verde, Rojo y NIR)

Pancromático

1.5 m.

1 (visible)

Multiespectral

6 m.

4 (Azul, Verde, Rojo y NIR)

Fusión Color

1.5 m.

4 (Azul, Verde, Rojo y NIR)

60 x 60 km.

8 bits.

60 x 60 km.

12 bits.

60 x 60 km.

12 bits.

Para el desarrrollo de esta investigación , se solicitaron imágenes de satélite del área de estudio,

las IS comprenden un período de Marzo del 2014 a Marzo del 2016, se

presentan escenas en pancromático y multiespectral.

Las IS obtenidas, fueron gestionadas y visualidas a través de un SIG, en este caso, ArcGIS vr. 10.2.2; (ver figura 3.8) además fueron ordendas por periodicidad y el tipo de sensor empleado, se digitalizaron sus respectivas líneas de playas para las diferentes epocas del año. Además, también se emplearon servicios web map service (WMS) para consultar el área de estudio en diferentes períodos de tiempo. Específicamente para el servicio WMS, se consultaron el IX, X y XI Cubrimiento Nacional que comprenden los períodos del 2013 al 2017.

40

Figura 3.8. Imagen que ilustra el uso y aplicación de las IS y del servicio WMS del programa SPOT, a través de un SIG para el desarrollo de la investigación.

3.3.2 ADQUISICIÓN DE IMÁGENES DE VANTS Derivado de la necesidad de adquirir datos e información aérea en tiempo real de la dinámica costera del área de estudio, así como mantener el monitoreo constante y casi permanente del área, derivó en el empleo de Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT´s).

En enero de 2017, la USIG del IMT adquirió el VANT

Inspire 2 (figura 3.9), cuyo

lanzamiento mundial fue en noviembre del 2016, de la compañía líder en el mundo en la fabricación de rotores de alto rendimiento DJI 26.

26

http://www.dji.com/es/inspire-2

41

Fuente: Internet http://www.dji.com/es/inspire-2

Figura 3.9. Imagen que ilustra el VANT Inspire2 de DJI.

Una vez cargadas eléctricamente y montadas al VANT las baterías, así como tener actualizados los firmware´s, se procedió a la descarga de la aplicación para el manejo, gestión y actualización de la aeronave, dicha App fue:

DJI GO 4 27, (fig. 3.10) la cual, debió ser instalada en el teléfono móvil o en una tableta, dicho dispositivo, es colocado al frente del control remoto de la aeronave, y es conectado a través de un cable USB. De la misma manera sucede con la App Pix4Dcapture 28 (fig.

3.10), la cual ayudará a la gestión, planificación del vuelo, elevación, velocidad, cantidad de disparos, tipo de captura de información, porcentaje de traslape de las fotos, etc.

27 28

https://play.google.com/store/apps/details?id=dji.go.v4 https://play.google.com/store/apps/details?id=com.pix4d.pix4dmapper

42

Fuente: Propias de las App´s

Figura 3.10. Imagen que ilustra las App´s utilizadas para el manejo y administración del VANT.

Un total de 80 hectáreas fueron voladas y procesadas, en las instalaciones del IMT, en Querétaro, como un primer ejercicio de acercamiento al uso y aplicación de tecnología VANT (ver fig. 3.11), rápidamente se pudo apreciar que las imágenes obtenidas a través del VANT, terminaban por completo la difícil misión que no podían ser resueltas del todo a través del empleo unicamente de las IS. Lo anterior, debido al detalle requerido de la información (resolución espacial), así como a la prontitud de la misma (resolución temporal).

Figura 3.11. Ortomosaico de las instalaciones del IMT, derivado del VANT, formado a partir de 1,200 fotos.

43

3.3.2.1 SUBPRODUCTOS DERIVADOS DE LAS IMÁGENES DE VANTS Con apoyo del software gestor de fotografía aérea Pix4D y el software gestor de información georreferenciada (SIG) de ArcGIS, se procedió a obtener una larga lista de productos más (ver fig. 3.12), además de la obtención de fotografías aéreas y videofilmaciones. Estos productos son los siguientes: •

Fotografías aéreas por km2 con 80% de traslape.

•

Video filmación con cámara de 21 megapíxeles, con video resolución 5.2 k.

•

Orto-mosaico georreferenciado para planimetría.

•

Modelo Digital de Superficie con resolución espacial de 5 cm por pixel.

•

Curvas de Nivel centimétricas de toda el área de estudio.

•

Nube de Puntos, (archivos .las). Con coordenadas X, Y, Z.

•

Cálculo de áreas y volúmenes.

•

Cálculo de pérdida o ganancia (en porcentaje) en el área de playa.

•

Comportamiento de la línea de costa a través del tiempo.

•

Generación de perfiles topográficos.

•

Figura 3.12. Imágenes de productos derivados, a partir del procesamiento de los datos obtenidos del VANT.

44

3.3.3 TRABAJO DE CAMPO En marzo del 2017, se autorizó la primera salida de una brigada (integrada por 2 investigadores del IMT) la cual, consistió en visitar y cartografiar el área de estudio, para identificar y analizar la línea de costa, a través del uso y aplicación de VANT´s, como herramienta de apoyo al empleo de las IS para la obtención de información de campo, que viniera a mejorar y beneficiar a los métodos tradicionales, en estudios de dinámica costera, así como poder comparar y determinar el comportamiento de la playa en la zona de estudio a través de 2 diferentes períodos de tiempo (marzo y julio 2017).

Antes de llegar al destino, se identificó el sitio (ver fig. 3.13 ) en donde se producen, los llamados cubos ranurados 29 (material con que se construye actualmente la escollera); utilizando cemento especial y arena sana para su elaboración, logrando conformar la estructura de protección con elementos de pesos y dimesiones establecidos en laboratorio, lo anterior, para crear un conjunto o arreglo de dichos bloques de cemento, de manera adecuada, que permita y favorezca la mitigación del impacto del agua, así como el acarreo y depósito de sedimentos, según la naturaleza de creación de dicha estructura (escollera). Ver fig. 3.14 y 3.15.

Figura 3.13. Fotografía del sitio donde se construyen los bloques de cemento, para la construcción de la escollera.

29

En Ingeniería Civil existen diferentes tipos y arquitecturas de bloques de concreto armado, como pudieran ser: CoreLoc, Bary, X-Block, Cubo Ranurado, Tetrápodo (4 salientes), elaborados con cemento especial y arena sana. http://normas.imt.mx/normativa/N-CTR-PUE-1-02-003-06.pdf

45

Los bloques de 1m3 con un peso aproximado de una tonelada, conforman la escollera, la cual tiene una longitud aproximada de 120 metros de largo por 10 metros de ancho. La cual según el plan de obra, se encuentra inconclusa.

Figura 3.14. Fotografía que ilustra la escollera lado Oeste, en el área de estudio.

Figura 3.15. Fotografía que ilustra la escollera lado Este, en el área de estudio.

46

De manera simple, se puden apreciar las grandes extensiones de playa existentes en la barra, y la tranquilidad que goza la zona de estudio, así como los establecimientos existentes al interior de la línea de playa, según se puede observar en las figuras 3.16 y 3.17.

Figura 3.16. Vista terrestre de la barra de Sontecomapan, Veracruz, México.

Fuente: Compartida por Juana Cruz Valerio, habitante del sitio.

Figura 3.17. Fotografía aérea que ilustra el área de estudio, Barra de Sontecomapan del Municipio de Catemaco, Veracruz, México.

47

En la barra, se realizaron diferentes recorridos e inspecciones, a lo largo de la escollera principalmente, se tomaron muestras de sedimientos en diferentes sitios. Se realizaron 4 vuelos con el dron, se levantaron los PCT, además, se realizó un levantamiento del perfil topográfico a lo largo de la playa en el área de estudio.

También se tomó un video (fig. 3.18) con 10 minutos de duración para el area de estudio.

Figura 3.18. Video tomado por el VANT, ilustra la escollera en el área de estudio.

Una segunda visita a campo, se realizó en julio de 2017, en esta ocasión, la brigada estuvo integrada por 4 investigadores del IMT. Esta segunda visita, sirvió para poder contrastar la dinámica ocurrida en el sitio, así como, observar los cambios morfológicos ocurridos, que a simple vista pudieron ser identificados en la costa en apenas 4 meses.

Se pudo observar claramente, la desaparición de grandes bancos de arena (fig. 3.19), que se apreciaban en la primera visita, la playa en la parte “Este” había desaparecido casi en su totalidad, para mitigar este retroceso, la gente del lugar, exigió a la compañía constructora de la escollera, el establecimiento de un muro de contensión (Fig. 3.20 y 3.21), para evitar (en lo posible), la pérdida de sus establecimientos.

48

Figura 3.19. Imagen terrestre que ilustra, la pérdida de playa en la zona de estudio, en la segunda visita.

Figura 3.20. Imagen aérea tomada del VANT que ilustra, la pérdida de playa en la zona de estudio, en la segunda visita.

En esta segunda visita, las actividades a desarrollar fueron similares a las realizadas en la primera visita. Se llevaron a cabo diferentes recorridos e inspecciones, a lo largo de la

49

escollera principalmente, se tomaron muestras de sedimientos en diferentes sitios. Se realizaron 6 vuelos con el dron, se levantaron los Puntos de Control Terrestre (PCT), además, se realizó un levantamiento del perfil topográfico a lo largo de la playa en el área de estudio.

.

Figura 3.21. Imagen aérea tomada del VANT, que ilustra la pérdida de playa en la parte “Este” de la zona de estudio, (segunda visita).

Todo lo contrario ocurre en el lado “Oeste” de la escollera, la cual presenta acreción de la playa por acumulamiento de sedimentos (ver fig. 3.22), debido a las corrientes y los vientos predominantes del área de estudio, ocurridos a partir de la construcción de la escollera.

50

Figura 3.22. Imagen aérea tomada del VANT, que ilustra la ganancia de playa en la parte “Oeste” de la zona de estudio, (segunda visita).

3.3.3.1 ESTABLECIMIENTO DE LOS PLANES DE VUELO

Es de suma importancia realizar un plan de vuelo, considerando diferentes variables, las cuales deberán de ser tomadas en cuenta, para cumplir con éxito el propósito del mismo.

Por ejemplo:

• • • • •

Tipo del vuelo Área a cubrir Tiempo de vuelo Condiciones atmosféricas Tipo de área a levantar

51

El propósito de establecer un plan de vuelo, además de lograr con éxito la misión y ejecución del mismo, es evitar realizar vuelos innecesarios, tener que regresar al área de estudio, incrementar tiempos y costos, así como, evitar daños al equipo (VANT).

La primera relación existente a considerar, es el tiempo de vuelo del equipo (el cual puede variar según las condiciones atmosféricas del momento) así como, el área que se pretende cubrir, esta relación está condicionada con la calidad de la imágen que se desea obtener (traslape entre fotos), la figura 3.23 muestra esquemáticamente esta relación.

Figura 3.23. Imagen que ilustra la relación existente, para el establecimiento de un plan de vuelo de un VANT.

Considerado lo anterior, se utilizan aplicaciones moviles (App´s 30), figura 3.24, como Pix4D Capture o DJI Go4, según la necesidad de registro que se requiera utilizar:

30

El término App, es una abreviatura de la palabra en inglés Application. Es decir, una App es un programa con características especiales. Se refieren sobre todo a aplicaciones destinadas a tabletas (equipos Android) o a teléfonos inteligentes (Smartphone). https://www.yeeply.com/blog/tipos-de-app-y-para-que-sirven/

51

52

Figura 3.24. Imagen que ilustra las App´s utilizadas, para el establecimiento del plan de vuelo del VANT.

La aplicación Pix4D, brinda al usuario la opción de elegir uno de los cinco tipos de vuelo a realizar. La diferencia entre cada uno de ellos, radica básicamente en la calidad y tipo de información que se desea adquirir. La figura 3.25 ilustra claramente la forma en que trabaja cada uno de ellos.

Figura 3.25. Imagen que ilustra el tipo de vuelo, del aplicativo Pix4D, para el levantamiento de datos del VANT.

53

Después de elegir el tipo de vuelo a realizar, se procede a elegir el área que se desea cubrir; y como se explicó anteriormente, una vez establecidos los parámetros de: altura, velocidad, porcentaje de traslape e inclinación angular de la cámara, etc. (ver fig 3.26) se establecerá el cuadrante del área que se pretenda levantar.

Figura 3.26. Imagen que ilustra los parametros del vuelo, del aplicativo Pix4D, para el levantamiento de datos del VANT.

Ésta se guarda como una misión, según el área total de la zona de estudio que se requiera levantar, será el número de misiones que estén contenidas en un plan de vuelo, ésto queda claramente ilustrado con la figura 3.27.

Figura 3.27. Imagen que ilustra el número de misiones guardadas, en el plan de vuelo establecido, en el aplicativo Pix4D, para el levantamiento de datos del VANT.

54

Con los parámetros establecidos y las misiones puestas en pantalla, se podrán guardar cada una de ellas. Una vez establecidas el número de misiones necesarias para cubrir toda el área de interés, se podrá proceder a la ejecución de las mismas, como se ilustra en la figura 3.28.

Para la primera visita de campo (marzo del 2017), se realizaron 4 vuelos fotogramétricos, a una altura de 40 metros con un traslape del 80% en un área de 2 km2 aproximadamente. En suma, crearon un total de 2,094 fotos y 2 videos.

Figura 3.28. Imagen que ilustra el plan de vuelo establecido, en el aplicativo Pix4D, para iniciar el levantamiento de datos del VANT.

Para la segunda visita de campo (julio del 2017), se realizaron 6 vuelos fotogramétricos, a una altura de 40 metros con un traslape del 80% en un área de 5 km2 aproximadamente.

En suma, crearon un total de 2,354 fotos y 4 videos, los cuales servirán como insumos principales para el procesamiento de la información y la generación de los distintos tipos de productos mencionados en capítulos anteriores.

55

3.3.3.2 COLOCACIÓN Y MEDICIÓN DE PUNTOS DE CONTROL TERRESTRE (PCT)

Como complemento a la aplicación del VANT, para dar control terrestre y certeza en la navegación, se utilizó el sistema LAND-PAK, integrado por dos receptores NAVCOM GNSS modelo SF_3040, con el cual se realizan levantamientos topográficos de alta precisión.

El significado RTK (por sus siglas en inglés) 31, posicionamiento cinemático en tiempo real, utiliza la tecnología de navegación por satélites junto con un módem de radio o un teléfono GSM para obtener correcciones instantáneas. Existen tres tipos de levantamientos de precisión, en un primer caso, (A) se ingresan a la base coordenadas X,Y,Z conocidas a partir de un banco de nivel, en un segundo caso, (B) al no contar con dicho banco de nivel se deja la base en observación un periodo largo de tiempo de hasta 2 horas para determinar con precisión las coordenadas del punto de referencia, y en un tercer caso, (C) se realiza el levantamiento y se ajusta con un postprocesamiento de los datos.

La técnica de posicionamiento RTK se basa en la solución de un receptor portador de las señales transmitidas por el Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS, por sus siglas en inglés) 32, las más usuales son del sistema norteamericano GPS, el ruso GLONASS y el europeo GALILEO, si bien también se emplean regionalmente el chino BEIDOU, el japonés QZSS y el Indio IRNSS. Una estación de referencia provee correcciones instantáneas para una o varias estaciones móviles, lo que hace que la precisión obtenida, se llegue hasta un nivel centimétrico (ver fig. 3.29).

31

El término (RTK) Real Time Kinematic, significa posicionamiento cinemático en tiempo real. https://www.navcomtech.com/navcom_en_US/products/equipment/receivers/receivers.page 32

El término (GNSS) Global Navigation Satellite System, significa Sistema Global de Navegación por Satélite. http://www.hispaviacion.es/sistema-global-de-navegacion-por-satelite/

56

Figura 3.29. Imagen que ilustra la estación de trabajo RTK y su trabajo de campo.

La estación base retransmite la fase del receptor portador que midió, y las unidades móviles comparan sus propias medidas de la fase con la recibida de la estación de referencia. Esto permite que las estaciones móviles calculen sus posiciones relativas con precisión milimétrica, al mismo tiempo en que sus posiciones relativas absolutas son relacionadas con las coordenadas de la estación base.

Esta técnica exige la disponibilidad de por lo menos una estación de referencia, con las coordenadas conocidas y está dotada de un receptor GNSS y un módem radiotransmisor.

La estación genera y transmite las correcciones diferenciales para las estaciones, que usan los datos para determinar precisamente sus posiciones. (ver fig. 3.30).

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Figura 3.30. Imagen que ilustra, el funcionamiento del sistema RTK y su aplicación en el trabajo de campo.

El método Virtual Reference Station (VRS) expande el uso del RTK para toda el área de una red de estaciones base. La capacidad de realización de los levantamientos y las precisiones disponibles dependen de la densidad y capacidad de la red de estaciones de referencia.

Para el caso de México, se cuenta con el apoyo de la Red Geodésica Nacional Activa 33 del INEGI, la cual brinda información constante y gratuita, a través de las miles de placas (fig.

3.31) establecidas a lo largo del territorio nacional. Las nuevas tendencias de los levantamientos precisos, serán la implantación de redes de referencia RTK y estaciones de referencia virtual (VRS).

Figura 3.31. Fotografía que ilustra, la Placa de identificación INEGI, BN-161 que se utilizó como base para levantamiento topográfico en el trabajo de campo, con el sistema RTK.

33

La Red Geodésica Nacional Activa (RGNA) se define como el conjunto de estaciones de monitoreo continuo de datos del GPS, distribuidas estratégicamente en el territorio nacional, que materializan el Sistema Geodésico Nacional en su vertiente horizontal, y proporcionan servicios de posicionamiento geodésico a los usuarios mediante datos en línea y coordenadas en el marco oficial. http://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/geodesia/rgna.aspx?p=22

58

Es preciso aclarar, para el caso de las placas de la Red Geodesica Nacional Activa del INEGI, cada una de ellas (las placas colocadas a lo largo de todo el territorio nacional ), cuenta con su correspondiente ficha técnica, la cual podrá ser consultada y descargada de manera gratuita a través de internet. Para el caso de este estudio, en ambas salidas a campo, se consultaron las placas BN 160 y BN 161, ( figura 3.32). Con objeto de que los integrantes de las brigadas, pudieran alimentar la información (características geodésicas del banco de nivel) en la estación base, para utilizarlo como referencia para realizar el levantamiento topográfico de la barra.

Figura 3.32. Imagen que ilustra, la ficha técnica de la placa BN 161, de la RGNA del INEGI. .

Esta tecnología, evidentemente presenta grandes ventajas para realizar levantamientos costeros, debido a que no siempre se cuenta con un banco de nivel como referencia de inicio, ahorrando con esto bastante tiempo para el traslado de un nivel. Además, la velocidad para el levantamiento de registros en campo (puntos), que podrán servir de apoyo para la georreferenciación de miles de fotografías aéreas obtenidas a partir del empleo de un VANT´s, resulta muy conveniente, para poder dar certeza a grandes extensiones de superficie, con gran precisión.

59

3.4 JUSTIFICACIÓN DE LA METODOLOGÍA Después de un largo período de práctica en el uso y aplicación experimental para el desarrollo de las herramientas necesarias para el manejo y generación de productos fotogramétricos de alta calidad, se establecieron rutinas y ejercicios en gabinete (instalaciones de trabajo), las cuales, fueron supervisadas por especialistas en la materia, además de la consulta e investigación de diversos artículos 34, lo cual, derivó en la elección de una metodología robusta, crítica y altamente confiable, con las siguientes actividades por cumplir: 1. Realizar vuelo fotogramétrico a una altura de 100 metros, en un área menor de 5 km2 en la zona de estudio (Barra de Sontecomapan, en el municipio de Catemaco, en el estado de Veracruz, en México).

2. Posterior a la captura, se procede al procesamiento de los datos, lo cual implica la aplicación de cómputo avanzado, escritorios remotos y aplicación de tecnología CUDA, para el empleo del software ENVI, ArcGIS, y Pix4D para generación de nube de puntos (archivos .LAS).

3. Generación de Modelos Digitales de Terreno (DTM) y Superficie (DSM), con resolución menor de 10 cm por pixel 35, de los cuales se podrán derivar modelos de relieve, pendientes, orientación de laderas entre muchos más. Por ejemplo: Generación de curvas de nivel a cada 5 centímetros de la línea de costa, hasta los 5 metros de altura.

4. Integrar y organizar una base de datos geoespacial con la información topográfica, demográfica, batimétrica, corrientes marinas, dirección del viento y demás información geoespacial determinante en la organización territorial de la zona de estudio.

34

La Vanguardia (2016) Un nuevo programa de drones vigilará el estado del litoral valenciano. Informativo [En Línea] Fecha de consulta: 28-01-2018. https://www.lavanguardia.com/local/valencia/20160608/402368656544/unnuevo-programa-de-drones-vigilara-el-estado-del-litoral-valenciano.html

35

Angás J., Uribe P. (2017). RPAS o drones aplicados al patrimonio cultural: de la documentación geométrica a las imágenes multiespectrales. La Ciencia y el Arte VI, Ciencias experimentales y conservación del patrimonio. pp.

68-81, ISBN: 978-84-697-8851-6. Ministerio de Eduación, Cultura y Deporte. España. https://www.academia.edu/35945052/RPAS_o_drones_aplicados_al_patrimonio_cultural_de_la_documentaci %C3%B3n_geom%C3%A9trica_a_las_im%C3%A1genes_multiespectrales

60

5. Elaboración de un Ortomosaico de la bahía (archivos .tif) geo-referenciado y procesado para su visualización en 3D. 4 6. Digitalizar de manera manual o automática las imágenes de satélite del sensor SPOT 6 y 7 ó Digital Globe de diferentes años y ver cómo evoluciona la línea de costa a través del tiempo; Esta información se complementará con la posición de la línea de costa obtenida con el Dron, por lo que se contará con más de 3 posiciones de línea de costa, que permitirán realizar un análisis espacio temporal de este parámetro, estableciendo así la dinámica del sitio.

7. Realizar una comparativa de tiempos y costos, deésta nueva metodología propuesta en comparación a los métodos tradicionales empleados. Por ejemplo: “¿Cuánto cuesta mandar una brigada topográfica?, o ¿Cuánto cuesta la contratación de un vuelo aéreo?”. Elaborar una tabla comparativa, que muestre los tiempos y costos empleados para la adquisición de la información en campo. Con lo adquirido con el Dron y las IS, en relación con los métodos empleados anteriormente.

8. Evidenciar las debilidades del empleo de las imágenes de satélite, (costos, condiciones atmosféricas, resolución espacial y espectral, fechas de toma, tiempos de adquisición, etc.) las cuales son resueltas a través de la aplicación del VANT.

9. Enumerar cada una de las ventajas y beneficios adquiridos, en cuanto al empleo de esta tecnología. Para poder comprobar la hipótesis planteada al inicio de esta investigación. Por ejemplo: Reducción de costos, tiempos, elaboración de un mayor número de estudios de mejor calidad, obtención de información de campo de manera más rápida y de fácil interoperabilidad.

Los resultados mostrados en las pruebas de gabinete y su aplicación real en trabajo de campo, fueron elementos determinantes para establecer que la metodología propuesta para este trabajo de investigación, resultaba ser eficaz y eficiente, en todos los sentidos, ya que respondián a cabalidad los objetivos planteados a inicio de esta investigación.

Además de responder a las a las interrogantes planteadas por parte de los interesados de su aplicación, a este estudio.

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS 4.1.

RESULTADOS

Con la información obtenida, producto de un largo proceso de investigación y consulta, así como los datos generados en los trabajos de campo realizados, se procedió a trabajar en gabinete el procesamiento del gran volumen de datos. Lo cual, implicó la aplicación de cómputo avanzado, escritorios remotos y arquitecturas de computo especiales , para el empleo del software ENVI, ArcGIS, y Pix4D.

Inicialmente, se trabajó con las IS recabadas. De manera paciente y detallada, se digitalizaron en pantalla las líneas de costa, para cada una de las escenas con las que se contaba, iniciando con la correspondiente al mes de marzo del 2014. En la figura 4.1, se puede apreciar claramente en color verde el comportamiento en ese período de tiempo.

Figura 4.1. Imagen de satélite del sensor SPOT 6 en Pancromático, tomada en marzo del 2016, de la barra Sontecomapan, con la línea de costa de marzo de 2014 (color verde).

61

62

De forma similar, fueron digitalizadas en pantalla, las líneas de costa a través de un SIG, para los siguientes 2 años, en escenas de marzo del 2015 y 2016, con los colores amarillo y morado respectivamente. Las figuras 4.2 y 4.3 ilustran claramente lo anteriormente expuesto y dan una mejor idea de lo que se pretende demostrar, que básicamente es el comportamiento de la línea de playa a través de un período de tiempo; de manera más rápida (en tiempo), así como la disminución en el costo, al no tener necesidad de mandar a brigadas de topógrafos a realizar dicho levantamiento.

Figura 4.2. Imagen de satélite del sensor SPOT 6 en Pancromático, tomada en marzo del 2016, de la barra Sontecomapan, con la línea de costa de marzo de 2014 (verde) y marzo de 2015 (amarillo).

Cabe resaltar que en el año 2013, se inicio la construcción de la escollera, pero por más de un año estuvo detenida la construcción de la misma 36, reactivando actividades a principios del 2015. La IS más reciente que se pudo obtener fue la de marzo del 2016 (fig 4.3), la cual en color morado, muestra su comportamiento.

36

http://www.lagrilladelsur.com/noticias/detenida-construccin-de-escollera-en-barra-de-sontecomapan 1416446824.html http://www.observatorioenlinea.com/2015/12/21/que-agilicen-trabajos-de-construccion-de-escollera-en-la-barra/

63

Figura 4.3. Imagen de satélite del sensor SPOT 6 en Pancromático, tomada en marzo del 2016, de la barra Sontecomapan, con la línea de costa de marzo 2014 (verde), 2015 (amarillo) y 2016 (morado).

En la figura 4.3 se puede apreciar el comportamiento de los 3 períodos de tiempo anteriormente mencionados, con lo que claramente el usuario puede determinar la dinámica del sitio.

Es importante resaltar que a través del período de tiempo analizado, diversas noticias han aparecido en los periódicos y diferentes medios de comunicación, en relación a los impactos que en la línea de costa ha provocado la construcción de la escollera. 37

Una cuarta y última línea de comportamiento se incorporó y se presenta en color rojo, la cual fue obtenida a través del empleo del VANT, para marzo 2017 ( fig. 4.4).

http://www.observatorioenlinea.com/2017/09/06/la-barra-de-sontecomapan-reclama-a-conapesca-por-escollerainconclusa/

37

64

Figura 4.4. Imagen de satélite del sensor SPOT 6 en Pancromático, tomada en marzo del 2016, de la barra Sontecomapan, con líneas de costa de diferentes años.

De la misma forma, las diferentes líneas de costa a través de los años son presentadas, pero ahora sobre una imagen multiespectral de Digital Globe, cortesía de SAS planet (Figura 4.5) encima de ésta, la ortofoto producida por el VANT.

Figura 4.5. Imagen de satélite de la compañía Digital Globe, de la barra Sontecomapan, con la línea de costa en diferentes años.

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Continuando con la información obtenida del VANT, derivada de los trabajos realizados en campo, con el apoyo de cómputo especializado; Unidad de Procesamiento de Gráficos (GPU 38), con tarjetas gráficas aceleradoras (tecnología CUDA 39), así como, del software Pix4D 40, se comenzó a procesar toda la información.

Las fotos generadas por cada misión establecida en el plan de vuelo, fueron cargadas al software (Pix4D), mismo que se le indicó la creación de productos derivados de este procesamiento. Como se mencionó en capítulos anteriores, consiste en crear diversos tipos de carpetas, las cuales contendrán archivos .LAS 41, conocidos comúnmente como nube de puntos y en otra carpeta, se alojan los llamados Ortomosaicos (fig. 4.6).

Figura 4.6. Mosaico de la barra de Sontecompan, formado por 2,094 fotos aéreas, tomadas en marzo del 2017.

38

GPU o GPGPU, Cómputo de Propósito General en Unidades de Procesamiento de Gráficos, por sus siglas en inglés http://www.amd.com/es-xl/products/graphics/server/gpu-compute http://fisica.cab.cnea.gov.ar/gpgpu/images/bioinfo/01_paralelismo.pdf 39 CUDA, por sus siglas en inglés Compute Unified Device Architecture (Arquitectura Unificada de Dispositivos de Cómputo) que hace referencia a una plataforma de computación en paralelo incluyendo un compilador y un conjunto de herramientas de desarrollo creadas por Nvidia que permiten programación en C para codificar algoritmos en GPU. https://www.pix4d.com/es 40 Pix4D, Software gestor de imágenes aéreas georreferenciadas, para hacer fotogrametría. https://www.pix4d.com/es 41 Un archivo .LAS es un formato binario estándar de la industria para almacenar datos LIDAR aéreos. https://desktop.arcgis.com/es/arcmap/10.3/manage-data/las-dataset/what-is-a-las-dataset-.htm

66

Éste Ortomosaico es visualizado a través de un SIG, de donde podrá derivarse todo el potencial existente de dicha herramienta, entre los cuales caben destacar, áreas, perímetros, volúmenes, distancias, curvas de nivel, sobreposición de otras capas georreferenciadas, evolución del territorio a través de IS, o servicios WMS 42, entre otros.

Otro producto principal, derivado del postproceso de la información capturada por el VANT, es el Modelo Digital de Elevación (MDE) (figura 4.7 ), también conocido por sus siglas en inglés como DEM 43. Este MDE, es visualizado con el potencial funcional descrito antes.

Figura 4.7. MDE de la barra de Sontecompan, formado por 2,094 fotos aéreas, tomadas en marzo del 2017.

Una vez procesados los datos y teniendo los elementos resultantes, como Ortomosaicos, MDE, nube de puntos, curvas de nivel, etc., se elaboraron los mapas para la visualización final de los datos. Las figuras 4.8 y 4.9, ilustran de mejor manera, lo antes mencionado y se aprecian las características geomorfológicas e hidrodinámicas de la zona de estudio.

42

WMS (Web Map Service) por sus siglas en inglés que se traduce como Servicio de Mapas Web, http://www.inegi.org.mx/inegi/contenidos/serviciosweb/infogeografica.aspx 43 DEM (Digital Elevation Model) por sus siglas en inglés, https://learn.arcgis.com/es/related-concepts/digital-elevation-models.htm

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Figura 4.8. Ortomosaico de la barra de Sontecompan, formado por 2,354 fotos aéreas, tomadas en julio del 2017.

Figura 4.9. MDE de la barra de Sontecompan, formado por 2,354 fotos aéreas, tomadas en julio del 2017.

68

Una vez concluido el procesamiento para ambos trabajos de campo (marzo y julio de 2017) se analizaron los resultados obteni-dos, los cuales fueron comparados entre sí, para poder visualizar la dinámica del sitio (Fig. 4.10) en tan sólo 4 meses, los cambios en la línea de costa fueron significativos, a partir del empleo del VANT, esto se puede analizar de manera más precisa, que si se comparara con los métodos tradicionales, éstos son esquemáticos, son estáticos y por lo general solo se muestran en 2D (curvas de nivel básicamente).

Al ser estáticos, su análisis es limitado, al igual que su intercambio en otras plataformas (software), baja interoperabiliad, lo que se refleja en un flujo de trabajo lento.

Marzo 2017

Julio 2017

Figura 4.10. Imagen que ilustra la comparativa entre dos Ortomosaicos, elaborados en 2 distintos períodos de tiempo (marzo y julio del 2017), de la misma zona de estudio.

Con el empleo del SIG, se delimitaron los bancos de arena existentes en la barra para cada uno de los períodos analizados (Fig. 4.11), por una parte, el color amarillo corresponde al mes de marzo, con una extensión aproximada de 12,783 m2 y de color rojo, se delimitaron los polígonos que representaban el banco de arena para el mes de julio (de la misma zona), el cual representó una extensión de 6,617m2 aproximadamente.

69

Lo anterior conduce a entender la dinámica del sitio a través de los años, pero también en un período corto de tiempo como lo fueron 4 meses, en donde se puede afirmar la pérdida de un poco más del 50% de la playa; si las mediciones fueran continuas y permanentes, se podría establecer una tasa en la variación de la playa de la barra. Por el momento, sólo se tiene conocimiento de la dinámica del sitio, así como la cantidad de desplazamiento de sedimentos.

Figura 4.11. Imagen que ilustra la dinámica del sitio sobre un Ortomosaico, comparando 2 distintos períodos de tiempo (marzo y julio del 2017) de la misma zona de estudio.

Con la delimitación de los 2 polígonos de los distintos períodos analizados, (color amarillo para el mes de marzo, y color rojo para el mes de julio), se procedió a calcular el volumen de los bancos de arena existentes en la barra en ese momento (Fig. 4.12). Para el mes de marzo se contaba con un volumen aproximado de 191,783 m3 aproximadamente, Para el

70

mes de julio la pérdida del volumen fue alarmante al reportar 46,319 m3 aproximadamente.

Lo anterior, conduce a entender la dinámica del sitio a través de los años, pero también en un período corto de tiempo como lo fueron 4 meses, en donde se puede afirmar la pérdida de 145,464 m3 de arena. Es decir, una disminución de un 76 % de arena en éste banco de material analizado.

Figura 4.12. Imagen que ilustra la dinámica del sitio sobre un MDE, comparando 2 distintos períodos de tiempo (marzo y julio del 2017), de la misma zona de estudio.

Además, a partir del uso y gestión del MDE derivado del VANT se generó más información como: puntos máximos de altura (34 msnm) curvas de nivel (de hasta 10 cm), mapas de pendientes, mapas de orientación de laderas, mapas de relieve entre otros.

71

4.2.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Derrivado de las enormes ventajas que se cuentan al utilizar tecnologías de frontera, además del hecho de que la sociedad en general ha mostrado interés en su aplicación; se decidió realizar un estudio de mercado en México; para comparar los tiempos y costos empleados para realizar un levantamiento fotogramétrico (Planimetría y Altimetría), comparando el uso y aplicación de Drones e IS versus los métodos tradicionales, (tabla 4.1).

Tabla 4.1. Comparativa de tiempos y costos en la generación de información de campo, empleando Drones e IS vs métodos tradicionales.

Área a Levantar

Brigada topográfica

km2

tiempo

costo miles

tiempo

costo miles

tiempo

costo miles

2 horas 3 días 2 semanas 4 semanas 2 meses 4 meses 6 meses xxxx xxxx

0.25 0.75 2.5 5 17.5 30 50 xxxx xxxx

1 hora 1 hora 5 horas 2 días 3 días 5 días 2 semanas 3 semanas xxxx

0.25 0.75 2 3.5 10.5 15 25 35 xxxx

xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 3 días 4 días 1 semana

xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 12 25 40

0.01 0.1 0.5 1 5 10 25 250 500

ha 1 10 50 100 500 1000 2 500 25 000 50 000

VANT

Imágen de Satélite

Nota: Los precios están expresados en dólares americanos, a diciembre de 2019.

Nota: 1. Brigada Topográfica: Con estación total y una brigada de 3 personas.

Nota: 2. Brigada VANT: Con rotor o ala fija y una brigada de 2 personas, el operador y una de apoyo.

Nota: 3. Brigada Imagen de Satélite: para hacer la solicitud, compra y procesamiento de la IS, se requiere una sola persona.

La Tabla 4.1 muestra claramente, que la aplicación de Vehículos Aéreos No Tripulados (color verde) reduce drásticamente los tiempos y costos para la generación de información en campo, si lo comparamos con los métodos tradicionales de topografía (color rojo). Con respecto a las IS (color amarillo), podemos mencionar que éstas no compiten contra los VANT´s, básicamente se complementan y estarán en función del objetivo, tipo de aplicación, calidad, precisión, tiempo disponible, presupuesto y recursos, la decisión entre cuál elegir.

72

El tamaño del área de estudio es otra variable crítica. Entre más extensa sea ésta, la balanza se inclinará hacia el uso y aplicación de las IS; aunque habrá que recordar que “Hacer topografía con imágenes satelitales no es un objetivo de dicha tecnología”. Es un plus que solo algunos sensores proporcionan.

En este mismo sentido, cabe mencionar que comparar áreas de levantamiento entre brigadas topográficas vs VANT o IS, es exponencial. Es decir, el beneficio o las ventajas de aplicar tecnología para levantamientos topográficos, es más evidente, en función a que el área a levantar sea más extensa. Lo mismo sucede con respecto a los costos, los cuales, son muy competitivos para pequeñas extensiones, las diferencias considerables, se establecen a partir del incremento de las extensiones del área a levantar (tabla 4.2).

Tabla 4.2. Comparativa de reducción de tiempos y costos en la generación de información de campo, Drones e IS vs métodos tradicionales.

Área a Levantar

Brigada topográfica

km2

ha

tiempo

costo miles

0.01 0.1 0.5 1 5 10 25 250 500

1 10 50 100 500 1000 2 500 25 000 50 000

2 horas 3 días 2 semanas 4 semanas 2 meses 4 meses 6 meses xxxx xxxx

0.25 0.75 2.5 5 17.5 30 50 xxxx xxxx

VANT

Imágen de Satélite

% reducción % reducción % reducción % reducción tiempo costo tiempo costo 50 96 93.75 90 92.5 93.75 91.7 3 semanas xxxx

0 0 20 30 40 50 50 35 mil dlls xxxx

xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 97.5 73.4 xxxx

xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx 76 29 xxxx

Según el análisis hecho (tablas 4.1 y 4.2), para un levantamiento topográfico de 100 hectáreas, la reducción en tiempo es de 90 % con respecto al empleo de un VANT vs una brigada topográfica. Una sencilla regla de tres, comprueba esta hipótesis. Con respecto a los costos, (tablas 4.1 y 4.2), para el mismo levantamiento de 100 hectáreas, la reducción es del 30 % con respecto al empleo del VANT (empleando 2 personas) vs una brigada topográfica (empleando 3 personas).

73

El renglón en color beige (tabla 4.2) muestra que 25 km2 o 2 500 ha, pueden ser comparadas en las tres opciones para generar información de campo (brigada, VANT o IS); Con respecto a la brigada topográfica, ésta haría el registro de los 25 km2 en 6 meses a un costo de 50 mil dólares, pero si esa misma área se hiciera el levantamiento topográfico utilizando un Dron, el tiempo se reduciría en un 91.7 % y tendría una disminución del 50% en el costo, es decir, a mitad de precio. En este mismo sentido, si el levantamiento de las 2 500 ha, se hiciera con IS, la disminución en el tiempo empleado sería de un 97.5% y de un 76% en el costo, si se comparara con los métodos tradicionales para el levantamiento topográfico.

Para el renglón de los 250 km2 o 25 000 ha, (tabla 4.2), por ya no ser considerada la Brigada Topográfica por la gran extensión del territorio, el porcentaje de reducción (en tiempo y costo) es aplicado a la IS versus el VANT. Y como resultado, vemos una reducción del 73.4% y 29 % respectivamente. De manera general, se establece que 50 dólares en promedio, es el costo mínimo por registro o levantamiento de una hectárea en campo, empleando tecnología VANT, contemplando viáticos (gastos de traslado alojamiento y alimentación). Estos costos, podrán disminuir, en función a que el área a levantar, vaya aumentando.

Por tal motivo, en un mundo tan dinámico y globalizado, ha sido constante el interés de la aplicación de nuevas técnicas para aumentar cualquier margen de beneficio (tiempo y costos), que se refleje en trabajos de mayor calidad y cantidad, ha despertado el interés de los investigadores y la sociedad en general, para acceder a este nuevo mundo de los llamados drones.

Por lo anterior, se puede afirmar, que los objetivos planteados al inicio de esta investigación, fueron cubiertos a cabalidad, a partir de la metodología propuesta, es decir: OBJETIVO GENERAL: Evaluar y demostrar que la aplicación de Vehículos Aéreos No Tripulados para la obtención de información de campo, en estudios de dinámica costera,

74

en la barra de Sontecomapan, México; Reducen en un 90 % los tiempos y en un 30% los costos, comparados con los métodos tradicionalmente empleados.

Esto fue comprobado en la tabla 4.2, renglon de 1 km2 o 100 ha, en donde los porcentajes de reducción en tiempo y costos, son los establecidos en el objetivo general.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: • Identificar los beneficios obtenidos a partir del uso y aplicación de Vehículos Aéreos No Tripulados, como herramienta de apoyo que reduce en promedio un 90 % los tiempos, y en promedio un 30% los costos, la obtención de información de campo, en comparación con los métodos tradicionales.

De la misma manera que en el objetivo general, este objetivo específico fue comprobado en la tabla 4.2, renglon de 1 km2 o 100 ha, en donde los porcentajes de reducción en tiempo y costos, son del 90% y 30 % respectivamente.

• Analizar y determinar las ventajas y desventajas del empleo de VANT´s y las Imágenes de Satélite vs métodos tradicionales para la obtención de información en campo del comportamiento de la línea de playa en la barra de Sontecomapan en el periodo 2014 – 2017.

De la misma manera que los objetivos anteriores, este objetivo específico fue comprobado. El subcapitulo 4.1 Resultados se habla ampliamente de la rapidez de emplear las IS, para la obtención de la línea de costa, a lo largo del periodo del estudio propuesto; quedando establecido que la metodología empleada, ayudó a demostar la realización de este objetivo, además de la tabla y figura 5.1.

• Demostrar que, contar con levantamientos sistemáticos (mayor frecuencia y rapidez) de la línea de costa, se fortalece y amplia la investigación que se realiza al interior de la Coordinación de Ingeniería Puertos y Costas del IMT, incrementando con ello la cantidad y calidad de sus estudios.

75

En el subcapítulo 4.1 de este trabajo de investigación, en la página 62, párrafo 2, se mencionó que: dan una mejor idea de lo que se pretende demostrar, que básicamente es el comportamiento de la línea de playa a través de un período de tiempo; de manera más rápida (en tiempo), así como la disminución en el costo, al no tener necesidad de mandar a brigadas de topógrafos a realizar dicho levantamiento. Además, que la respuesta al objetivo, queda respondida, a lo largo todo el capítulo 3 y 4 .

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1.

CONCLUSIÓN

Contar con dispositivos de registro y generación de información en campo en formato digital y de alta resolución espacial, fortalece y amplía la investigación que se realiza al interior de cualquier centro de investigación, incrementando con ello la cantidad y calidad de sus estudios. El uso y aplicación de VANT´s para poder determinar con éxito la línea de playa en cualquier momento, propició la disminución en tiempo (un 90% en promedio) y costo (un 30% en promedio) con respecto a los métodos tradicionalmente empleados.

Los VANT’s son una herramienta útil, con gran potencial a desarrollar para futuros estudios de Dinámica Costera. Los productos pueden ser utilizados para identificar, con mayor detalle, procesos de fenómenos que afectan a la costa en general, así como procesos en cambios morfológicos, los cuales, se pueden integrar con otros datos espacialmente georreferenciados y/o diferentes programas gestores de información geoespacial, para una mejor interpretación y resultados de mejor calidad.

Por lo anterior, se puede mencionar que la hipótesis plantada al inicio de esta investigación es comprobada de manera afirmativa: HIPÓTESIS: La obtención de información en campo para estudios de dinámica costera, a través del empleo de Vehículos Aéreos No Tripulados e imágenes de satélite, reduce en un 90 % los tiempos y en un 30 % los costos con respecto a los métodos tradicionales, para analizar el comportamiento de la línea de playa (2014-2017) en la barra de Sontecomapan, municipio de Catemaco en el estado de Veracruz, México.

76

77

Además, de la misma manera, las preguntas de investigación fueron respondidas

 ¿Cuál es el principal aporte y/ó beneficio de la aplicación de tecnología Dron a los estudios de dinámica costera?

De manera general, se obtienen las siguientes conclusiones: 

Los VANT’s son una herramienta útil para estudios de Dinámica Costera.



Los productos desarrollados pueden ser utilizados para identificar a mayor detalle, procesos en la línea de costa y procesos morfo-tectónicos.



La información generada puede ser acompañada o relacionada con otros datos georreferenciados a través de una plataforma SIG.



Se valida la hipótesis (de manera afirmativa), planteada al inicio de esta investigación.

 ¿Por qué existe tanto desarrollo y aplicación en el mundo actual de esta tecnología?

Concluida la investigación y analizados los beneficios obtenidos por el uso de esta tecnología, se identificaron otros posibles campos de aplicación dentro del ámbito marítimo-costero como pudiesen ser:  Deforestación del manglar: conservación ecológica.  Estudio de dunas: conservación ecológica y certificación de playas para uso recreativo y de conservación.  Monitoreo de fauna costera: censos biológicos.  Monitoreo de erosión costera: ingeniería de costas para la protección de la línea de playa.  Estudio de capacidad de carga de playas: ordenación de playas.  Seguimiento y cuantificación de daños por fenómenos meteorológicos de alto impacto.  Estimación de daños por dispersión de contaminantes.

78



¿Cuáles son las ventajas y desventajas en el empleo de los VANT´s y/ó

Imágenes de satélite vs métodos tradicionales para la obtención de información de campo en los estudios de hidráulica marítima?

Derivado del análisis y conocimiento adquirido en el desarrollo de esta investigación, se elaboró una tabla comparativa (ver tabla 5.1) sobre las ventajas y desventajas en el empleo de los VANT’s.

Tabla 5.1. Comparativa acerca del uso de VANT’s Ventajas

Disponibilidad inmediata de información.

Imágenes de alta resolución, inmediatamente disponibles.

Desventajas Limitaciones legales y espacios aéreos restringidos.

Restricciones, por condiciones meteorológicas (según el rango de operación de cada equipo).

Lluvia, viento, temperatura, etc.

Eficiente y práctico: solo requiere un mínimo El tiempo de vuelo es un factor limitante de personas para operar (ligero y fácil de (duración de las baterías). transportar).

Costo-Eficiencia:Utilizándolo regularmente es más económico que otros equipos y métodos.

Otros aspectos que ponen en riesgo el vuelo del aeronave como: aves rapaces, cables, arboles, antenas con alta frecuencia, etc.

79

Figura 5.1.

Imagen que ilustra, síntesis del trabajo realizado en esta investigación.

80

5.2

RECOMENDACIONES

Al término de esta investigación, después de adquirir conocimiento y experiencias en la aplicación de este tipo de tecnologías, se pueden emitir las siguientes recomendaciones:



Elegir un VANT de acuerdo a las necesidades del usuario y el proyecto a

desarrollar. 

Antes de usar un VANT, someter al personal a un proceso de capacitación riguroso

y permanente. 

Se requiere conocer las partes que integran el VANT y el alcance del mismo.



Es importante realizar, en lo posible, una revisión previa del sitio o área de estudio

a volar, con el fin de determinar la altura del vuelo, así como, probables sitios de despegue y aterrizaje, condiciones climáticas favorables y la presencia de obstáculos como: torres, cables, árboles, etc. 

Se recomienda operar el equipo (volar) con al menos 2 personas: Piloto y Copiloto.



La principal medida de seguridad, es la seguridad de quien opera el VANT.



Se requiere un proceso paulatino de aprendizaje, mediante la práctica continua.



Tener en cuenta los tiempos máximos de vuelo, contar con baterías extras, así

como, el hecho de que las App’s puedan llegar a tener ciertas inconsistencias. 

Tener en cuenta que los aplicativos (App´s) pueden llegar a presentar

inconsistencias, motivo por el cual, se crea un gran campo de oportunidad para el desarrollo y programación de las mismas. 

En levantamientos fotogramétricos con VANT’s, las imágenes captadas en la zona

intermareal pueden ser afectadas por la presencia y movimiento constante del agua. Por lo cual, se requiere el apoyo de equipo batimétrico para complementar esta información.

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