Resumen de la misión
| Área de investigación | Fotogrametría con drones para agricultura de precisión |
| Desafío | Mapear vegetación densa y cónica en un huerto con espacio restringido, con alta exactitud y un tiempo de vuelo mínimo |
| Solución | UgCS Circlegrammetry con trayectorias de vuelo circulares superpuestas e imágenes oblicuas orientadas hacia el interior |
| Ubicación | Huerto de abeto balsámico de 2.45 ha, Truro, Nueva Escocia, Canadá |
| Plataforma UAV | DJI Matrice 300 RTK + Zenmuse P1 (45 MP) |
| Equipo | Dalhousie University, Faculty of Agriculture & Atlantic Institute for Digital Agriculture |
| Publicación | ISPRS Open Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, noviembre de 2025 |
Resultados clave
- 64% más rápido en tiempo de vuelo en comparación con las misiones oblicuas estándar
- 83% de reducción en el tiempo de procesamiento (54 min frente a 5 h 21 min)
- 78% menos imágenes requeridas manteniendo la precisión
- 1,38-1,53 cm RMSE (a la par de los métodos tradicionales)
- 50% menos de huella en el terreno fuera de los límites del levantamiento
El desafío: mapeo 3D en espacios agrícolas reducidos
Los huertos de árboles de Navidad (vegetación cónica densa) presentan un caso de prueba singularmente difícil para la fotogrametría con drones. Los abetos balsámicos crecen en formas cónicas densas con un follaje uniforme que crea problemas de oclusión desde ángulos de vuelo estándar. Los árboles están plantados en filas estrechas y el terreno debajo de ellos es irregular, a menudo adaptado de antiguos terrenos forestales.
Los patrones de vuelo tradicionales basados en cuadrículas tienen dificultades en estos entornos. Las misiones oblicuas estándar requieren un exceso de recorrido más allá de los límites del levantamiento, extendiéndose a veces entre 50 y 60 metros a cada lado solo para capturar imágenes adecuadas. Esto resulta poco práctico en áreas de levantamiento restringidas donde las propiedades vecinas, las carreteras u otros obstáculos limitan el espacio de vuelo del dron.
El equipo de investigación de Dalhousie necesitaba mapear un huerto de 2,45 hectáreas que contenía aproximadamente 450 árboles. El terreno medía 93 metros de ancho por 131 metros de largo, con una pendiente del 7% de norte a sur. Querían saber: ¿podría la Circlegrametría ofrecer la misma calidad de reconstrucción que los métodos tradicionales utilizando menos tiempo de vuelo?
Cómo funciona la Circlegrametría de UgCS
La Circlegrametría, introducida por SPH Engineering en la versión 5.5 de UgCS, ofrece una alternativa a las cuadrículas de levantamiento estándar al utilizar patrones de vuelo circulares para cubrir un área. El dron vuela hasta el borde de cada círculo y luego orbita con la cámara inclinada entre 45 y 70 grados hacia el centro. Tras completar un círculo, se desplaza al siguiente círculo adyacente sin detenerse y repite el patrón.
Esto crea lo que los especialistas en fotogrametría llaman "geometría convergente". Los rayos de imagen de los lados opuestos de cada círculo se cruzan en ángulos pronunciados, lo que permite al software de Estructura a partir del Movimiento (Structure from Motion) triangular posiciones 3D con alta precisión. El patrón circular captura cada objeto desde múltiples direcciones de visión sin necesidad de que el dron vuele mucho más allá del área de estudio.
Este método es especialmente adecuado para capturar imágenes oblicuas de estructuras y vegetación compleja. Mientras que las imágenes nadir (directamente hacia abajo) tradicionales tienen dificultades para ver los lados de los árboles o edificios, los ángulos oblicuos hacia el interior de la Circlegrametría capturan estas superficies directamente y logran hacerlo desde más ángulos diferentes en comparación con el enfoque estándar.
El experimento: cinco métodos de vuelo, cara a cara
El equipo de investigación realizó cinco misiones con drones por separado sobre el mismo huerto el 4 de abril de 2025. Tres utilizaron Circlegrametría de UgCS con diferentes configuraciones. Dos utilizaron DJI Pilot 2 para patrones oblicuos estándar e inteligentes. Todos los vuelos utilizaron el mismo hardware: un DJI Matrice 300 RTK con una cámara Zenmuse P1 (45 megapíxeles, sensor de fotograma completo).
Las configuraciones de prueba incluyeron Circlegrametría a 40 m de altitud con un 50% de solapamiento circular, Circlegrametría a 60 m con un 50% de solapamiento, Circlegrametría a 60 m con un 25% de solapamiento, oblicuo estándar a 60 m y DJI Smart Oblique Capture a 60 m. Se midieron ocho puntos de control terrestre con RTK-GNSS para validar la precisión.
Resultados: tiempo de vuelo y eficiencia
Las ganancias en eficiencia fueron inmediatas y medibles. La Circlegrametría con un 25% de solapamiento completó todo el levantamiento en 4 minutos y 10 segundos, una reducción del 64% en comparación con los métodos estándar. La misión oblicua estándar tardó 11 minutos y 41 segundos en cubrir la misma área.
| Tipo de misión | Tiempo de vuelo | Imágenes | Tiempo de procesamiento | GCP RMSE |
|---|---|---|---|---|
| Circle 25% | 4:10 | 158 | 54 min | 1.4 cm |
| Circle 50% | 8:48 | 360 | 2h 29 min | 1.5 cm |
| Circle 40m (50%) | 8:48 | 358 | 2h 13 min | 1.4 cm |
| Smart Oblique | 10:44 | 409 | 2h 48 min | 1.4 cm |
| Oblicua estándar | 11:41 | 731 | 5h 21 min | 1.3 cm |
La diferencia en la extensión de los límites requerida fue igualmente sorprendente. Las misiones oblicuas estándar se extendieron 58 metros más allá del área de estudio en cada lado. La Circlegrametría con un 50% de solapamiento solo se extendió 28 metros horizontalmente y 24 metros perpendicularmente. Para un campo de solo 93 metros de ancho, esta reducción en el exceso de vuelo representa la diferencia entre operaciones viables e imprácticas en espacios reducidos.
Precisión de la reconstrucción: no se requiere concesiones
La pregunta crítica para cualquier planificación de vuelo automatizada es si las ganancias de velocidad se producen a expensas de la calidad de los datos (RMSE). En este estudio, no fue así.
Los valores RMSE de los puntos de control terrestre oscilaron entre 1,38 y 1,53 centímetros en los cinco métodos. Los investigadores no encontraron diferencias estadísticamente significativas en las mediciones de altura de los árboles (Kruskal-Wallis H = 2,13, p = 0,545) ni en la densidad de la nube de puntos. Las alturas medianas de los árboles oscilaron entre 4,82 y 4,95 metros en todos los enfoques.
La Circlegrametría con un 50% de solapamiento produjo resultados estadísticamente indistinguibles de DJI Smart Oblique Capture. Ambos métodos mostraron un espaciado de puntos casi idéntico en diferentes alturas de dosel. El documento de investigación lo afirma directamente: "Las misiones con un 50% de círculo arrojaron resultados comparables a las misiones Smart Oblique".
Consideraciones prácticas para los operadores
El estudio identificó una concesión que vale la pena señalar. Las misiones de Circlegrametría capturaron menos puntos en la parte inferior del dosel en comparación con los métodos oblicuos tradicionales. Esto sucede porque el ángulo de la cámara hacia el interior ve principalmente las copas de los árboles. Las ramas superiores bloquean la vista de la vegetación inferior.
Para aplicaciones donde el detalle de la parte inferior del dosel es fundamental, los investigadores sugieren combinar la Circlegrammetry con pasadas adicionales de ángulo bajo alrededor del perímetro. Este enfoque híbrido aumentaría ligeramente el tiempo de vuelo, pero podría mejorar la cobertura bajo las copas de los árboles.
El estudio también determinó que un solapamiento circular del 50% ofrece el mejor equilibrio entre eficiencia y calidad de reconstrucción. Con un solapamiento del 25%, los vuelos fueron más rápidos, pero el espaciado de puntos aumentó notablemente en las regiones inferiores del dosel.
Por qué esto es importante para los operadores de drones
La Circlegrammetry resuelve un problema específico que la planificación de vuelos basada en cuadrículas no puede solucionar: las áreas de estudio restringidas. Cuando un campo está limitado por obstáculos, líneas de propiedad o zonas de exclusión aérea, el amplio exceso de recorrido que requieren las misiones oblicuas tradicionales se convierte en un inconveniente.
Las ganancias en eficiencia se acumulan a lo largo de una jornada laboral típica. Vuelos más rápidos significan más sitios inspeccionados por carga de batería. Tiempos de procesamiento más cortos significan resultados entregados antes. Para los operadores comerciales que facturan por proyecto, estas mejoras se traducen directamente en margen de beneficio.
La validación por pares también es importante. Esta investigación fue realizada de forma independiente por la Universidad de Dalhousie y publicada en el ISPRS Open Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, uno de los principales foros académicos del sector. Los hallazgos son reproducibles y la metodología está documentada para su verificación.
De los investigadores
"La Circlegrammetry surge como un método prometedor para aplicaciones de agricultura de precisión al lograr un equilibrio entre la eficiencia del vuelo y el detalle de la reconstrucción. Se demostró que la Circlegrammetry con un solapamiento del 50% es una alternativa comparable al método de adquisición oblicua inteligente".
— Bilodeau et al., ISPRS Open Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2025
Especificaciones técnicas
- Plataforma: DJI Matrice 300 RTK
- Sensor: DJI Zenmuse P1 (45 MP, fotograma completo, lente de 35 mm)
- Planificación de vuelo: UgCS 5.5 (Circlegrammetry), DJI Pilot 2 (misiones oblicuas)
- Procesamiento: Agisoft Metashape v2.2.0
- Radio del círculo: 30 metros
- Inclinación del estabilizador: 45 grados (todas las misiones)
- Velocidad de vuelo: 8,2 m/s
- Área de estudio: 2,45 hectáreas (93 m × 131 m)
Cita
Bilodeau, M.F., Esau, T.J., MacDonald, M.T., y Farooque, A.A. (2025). Circlegrammetry for drone imaging: Evaluating a novel technique for mission planning and 3D mapping. ISPRS Open Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 18, 100111.
DOI: 10.1016/j.ophoto.2025.100111
Este estudio de caso se basa en una investigación de acceso abierto publicada bajo la licencia CC BY-NC-ND 4.0. Se reconoce la autoría de los autores originales y de Elsevier B.V. No se permite ningún uso, distribución o reproducción que no cumpla con estos términos.
PANEL: SOLUCIÓN UTILIZADA, UgCS