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Tesis:

Diseño y desarrollo de una metodología de observación con aviones no tripulados de ala fija (RPAS) en medios extremos y su aplicación para el modelado de glaciares antárticos

  • Autor: BELLO PATRICIO, Ana Belén

  • Título: Diseño y desarrollo de una metodología de observación con aviones no tripulados de ala fija (RPAS) en medios extremos y su aplicación para el modelado de glaciares antárticos

  • Fecha: 2023

  • Materia:

  • Escuela: E.T.S DE INGENIEROS INFORMÁTICOS

  • Departamentos: LENGUAJES Y SISTEMAS INFORMATICOS E INGENIERIA DE SOFTWARE

  • Acceso electrónico: https://oa.upm.es/72725/

  • Director/a 1º: ÁLVAREZ ALONSO, Marina

  • Resumen: Esta tesis plantea una solución para la definición precisa de la superficie de los glaciares a partir de datos generados mediante el procesamiento de imágenes aéreas tomadas por sistemas aéreos pilotados remotamente (RPAS) de ala fija, requerido para el conocimiento de los modelos glaciares de termomecánica. El objetivo de la tesis es el estudio de una metodología de captura masiva de datos en medios climáticos extremos, utilizando aviones pilotados remotamente (RPAS) de ala fija, para generar Modelos Digitales de Superficie (MDS) tridimensionales y precisos de los glaciares. Esos modelos serán la base para el cálculo posterior del balance de masas y del lecho de los glaciares que se utilizarán para otros estudios sobre glaciología que se llevan a cabo en el grupo de investigación de Simulación Numérica en Ciencias e Ingeniería de la Universidad Politécnica de Madrid (GSNCI), del cual forma parte la autora de esta tesis. Esta investigación pretende adaptar la metodología convencional de fotogrametría aérea con drones a entornos de climatología extrema, como es la Antártida, donde el uso de RPAS en el momento del trabajo de campo asociado a esta tesis (Campaña Antártica Española 2014/15) era muy limitado. Como resultado de este proceso se busca la obtención de los MDS precisos de los glaciares y la realización de cartografía digital actualizada de la zona de estudio, inexistente en algunos glaciares. También será resultado de esta tesis la publicación de los resultados obtenidos, con formato WMS (Web Map Service, siglas en inglés), a través de servidores distribuidos de mapas o clientes avanzados SIG, para configurar un prototipo de lo que sería una Infraestructura de Datos Espaciales de la Antártida. La obtención de los objetivos se desglosa en los siguientes pasos: -Diseñar un procedimiento específico de vuelo para la captura de imágenes a través de sensores aerotransportados en UAV en condiciones extremas, debido a la temperatura, el viento, la luminosidad, la reflectividad, etc. -El procesamiento de las imágenes y la obtención de las ortofotografías. -La creación del Modelo Digital Tridimensional a partir de la nube de puntos. -Su posterior análisis y publicación Web. En el desarrollo de la investigación, se utilizarán datos obtenidos de vuelos realizados sobre la zona, proporcionados por organismos oficiales (Instituto Geográfico Nacional (IGN), Centro Geográfico del Ejército de Tierra (CEGET), etc.) y procedentes de otros estudios realizados en el glaciar, para establecer las comparativas que avalen las mejoras que aporta la metodología desarrollada. Esta metodología adaptada se aplicará en el caso real de los glaciares Hurd y Johnsons, situados en la isla Livingston de la Antártida. Los resultados que se obtengan en las distintas fases del trabajo, se irán comparando con otros modelos obtenidos de los mismos glaciares por diferentes técnicas y métodos, lo que servirá para validar la solvencia de la metodología adaptada. Como resultado final de la tesis se quiere diseñar un método automático, rápido y fiable de generación de MDS de glaciares, a través imágenes capturadas por sensores aerotransportados en aviones tripulados remotamente de ala fija (RPAS), cuya precisión permita realizar en base a ellos, diferentes estudios sobre características geoespaciales de los glaciares (balance de masas glaciológico, balance de masas geodésico, superficie global ocupada por el hielo, avance/retroceso de frentes de glaciales, etc.) También se pretende establecer un repositorio accesible y sencillo, siguiendo los estándares de las IDEs para compartir los resultados con la comunidad científica a través de servicios web de cartografía. ABSTRACT This thesis proposes a solution for the precise definition of the surface of the glaciers from data obtained through the processing of aerial images taken by remotely piloted aerial systems (RPAS) of fixed wing, required for the knowledge of glacier thermomechanical models. The purpose of the thesis is the development of a method for massive data capture in extreme climatic environments, using fixed-wing unmanned aircraft technology (RPAS), to obtain precise 3D Surface Models (MDS) of glaciers. These models will be the basis for the subsequent calculation of the mass balance and the bed of glaciers that will be used for other studies on glaciology that are developed in the research group of Numerical Simulation in Sciences and Engineering of the Polytechnic University of Madrid (GSNCI), to which the author of this thesis belongs. This research aims to adapt the conventional methodology of aerial photogrammetry with drones to extreme weather environments, such as Antarctica, where the use of RPAS, at the moment of the fieldwork associated to this Thesis, was very limited. As a result of this process it is sought to obtain the precise MDS of the glaciers and the generation of updated digital cartography of the study area, nonexistent in some glaciers. It will also be the result of this thesis the publication of the results obtained, in WMS format (Web Map Service), through distributed map servers or advanced GIS clients, to configure a prototype of what would be a Data Infrastructure Antarctic space. Obtaining the objectives is broken down into the following steps: -Design a specific flight procedure for capturing images through airborne sensors in UAV in extreme conditions, due to temperature, wind, luminosity, reflectivity, etc. -Image processing and obtaining orthophotographs. -The generation of the Three-Dimensional Digital Model from the point cloud. -Your subsequent analysis and Web publication. In the development of the investigation, data obtained from flights carried out over the area will be used, provided by official organizations (National Geographic Institute (IGN), Geographical Center of the Army of Earth (CGET), etc.) and from other studies carried out in the glacier, to establish the comparatives that support the improvements that the developed methodology brings. This adapted methodology will be applied in the real case of the Hurd and Johnsons glaciers, located on Livingston Island in Antarctica. The results obtained in the different phases of the work will be compared with other models obtained from the same glacier by different techniques and methods, which will serve to validate the solvency of the adapted methodology. As a final result of the thesis, it is intended to design an automatic, fast and reliable methodology for generating glacier surface models, through images captured by airborne sensors in fixed-wing unmanned airplanes (RPAS), the accuracy of which is based on they, different studies on geospatial characteristics of glaciers (geodesic mass balance, glaciological mass balance, glacial fronts advance / backward, global surface occupied by ice, etc.) It is also intended to establish an accessible and simple repository, following the standards of the IDEs to share with the scientific community the obtained results, through web mapping services.