Este caso de estudio se basa en el artículo científico Ruols et al. (2023), del grupo CRAG de la Universidad de Lausana.
Contexto
El glaciar Otemma, en los Alpes suizos, es un glaciar de valle templado de aproximadamente 7 kilómetros de longitud, con un retroceso anual promedio de 32 metros observado entre 1973 y 2010. Su zona de ablación, situada por debajo de la línea de equilibrio, es especialmente vulnerable al aumento de las temperaturas del aire, lo que acelera el deshielo superficial y afecta a la estructura del hielo. Los estudios de GPR realizados anteriormente en la región se llevaron a cabo a pie y tuvieron un alcance limitado debido a las peligrosas condiciones de la superficie, como grietas y morrenas inestables. Un estudio de GPR terrestre realizado en 2017 cerca del frente del glaciar identificó importantes canales subglaciales, pero su alcance se vio limitado por motivos de seguridad y la baja velocidad de adquisición de datos. Un gran colapso en 2018 puso de manifiesto la urgencia de comprender las condiciones internas del glaciar.
Para aumentar la cobertura espacial manteniendo la seguridad, los investigadores del grupo CRAG de la Universidad de Lausana colaboraron con Utsi Electronics Ltd. y SPH Engineering para desarrollar un sistema de GPR basado en drones adaptado específicamente a los entornos de los glaciares alpinos.
Desafíos
El estudio del glaciar Otemma implicó las siguientes limitaciones:
- Terreno peligroso. Las morrenas empinadas, las grietas ocultas y las superficies de hielo variables aumentaban el riesgo de la recolección de datos a pie.
- Eficiencia del estudio. Los métodos tradicionales solo permitían una cobertura terrestre limitada, sin lograr captar toda la extensión de las características subglaciales.
- Limitaciones ambientales. El rápido deshielo y la inestabilidad de la superficie restringieron la duración de los estudios, lo que complicó las labores de monitoreo temporal (4D).
- Equilibrio entre costo y resolución. Los estudios realizados con helicóptero cubrían más terreno, pero carecían de la precisión necesaria para identificar canales subglaciales más pequeños y las interfaces entre el hielo y el lecho.
Ante estas limitaciones, el equipo de investigación recurrió al GPR basado en drones para cartografiar la estructura interna del glaciar.
Solución
El sistema GPR basado en drones fue diseñado para resolver estos problemas mediante el diseño del sistema y el control de vuelo automatizado:
- Diseño compacto y ligero. Una carga útil de 2,2 kg, compatible con el dron DJI M300 RTK, permitió ampliar la duración de los vuelos y minimizar las limitaciones logísticas.
- Capacidades de penetración mejoradas. Equipado con una antena personalizada de 80 MHz, el sistema puede penetrar el hielo del glaciar a profundidades superiores a los 100 metros.
- Adquisición de datos de alta densidad. El sistema es capaz de registrar 14 trazas por segundo con una resolución de 24 bits.
- Seguimiento real del terreno (TTF). Integrado con el sistema TTF de SPH Engineering, el dron mantiene una altitud constante sobre superficies glaciares variables. Esto fue fundamental en el estudio de Otemma, donde el terreno irregular podría comprometer la calidad de los datos y la estabilidad del dron.
- Seguimiento GPS de precisión. El GPS diferencial garantiza una precisión subcentimétrica a lo largo de las líneas de estudio.
Resultados
Utilizando el sistema GPR basado en drones, el equipo cartografió 462 perfiles paralelos con un espaciado de 1 m a lo largo de un total de 112 km de línea en solo cuatro días. Un cubo de datos 3D generado a partir de este conjunto de datos visualizó la estructura interna del glaciar con claridad, destacando características glaciares y subglaciares clave. Los datos 3D resultantes revelaron canales subglaciares, formaciones internas y interfaces de lecho rocoso claramente definidas.
La plataforma UAV eliminó la necesidad de personal sobre superficies glaciares inestables, reduciendo los riesgos de seguridad. El sistema de seguimiento real del terreno (TTF) permitió al dron mantener una altura constante incluso sobre grietas y formaciones escarpadas, preservando la consistencia de los datos en toda la extensión de la cuadrícula de estudio. La alta resolución espacial y la precisa reproducibilidad de vuelo permitieron realizar estudios repetidos, facilitando el análisis temporal (4D) de los cambios en el glaciar.
Conclusión
El sistema de georradar (GPR) basado en drones proporcionó conjuntos de datos 3D y 4D de alta resolución en el glaciar Otemma, minimizando el tiempo de trabajo de campo y eliminando la exposición de los operadores. Al combinar la movilidad de los UAV, el radar de penetración profunda y el seguimiento real del terreno, el sistema ofreció una alternativa más segura y productiva a los estudios glaciares tradicionales. Las futuras mejoras ampliarán su papel en el monitoreo glaciológico.
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Referencia: Ruols B, Baron L, Irving J. Development of a drone-based ground-penetrating radar system for efficient and safe 3D and 4D surveying of alpine glaciers. Journal of Glaciology. 2023;69(278):2087-2098. doi:10.1017/jog.2023.83. Lee el informe completo.