En comparación con los estudios de GPR realizados mediante helicóptero, el sistema permite la adquisición de conjuntos de datos de alta densidad que pueden utilizarse para evaluar y monitorear la dinámica y la hidrología interna de los glaciares.
El GPR se ha utilizado sobre glaciares durante varias décadas, pero la adquisición de datos suele realizarse directamente sobre la superficie del glaciar o mediante helicóptero a varias decenas de metros sobre el hielo. Los estudios realizados sobre el glaciar permiten obtener datos GPR 3D de alta densidad, pero requieren mucha mano de obra y, a veces, resultan peligrosos debido a las grietas y otros riesgos. Por otro lado, los estudios realizados con helicóptero son seguros y eficientes, pero extremadamente costosos y no permiten obtener mediciones de tan alta densidad. Un sistema de GPR basado en drones, diseñado específicamente por el equipo de investigación del ISTE para el trabajo en glaciares, combina las ventajas de ambos tipos de estudios.
El sistema está compuesto en parte por un dron Matrice 600 de DJI, un GPR y una antena ligeros hechos a medida, UgCS Skyhub y un altímetro de radar de SPH Engineering, además de un GPS independiente. Con esta configuración, es posible registrar datos GPR 4D de alta densidad repitiendo la misma adquisición de datos a lo largo del tiempo. Estos datos GPR 4D podrían ofrecer información interesante sobre la dinámica y la hidrología interna de los glaciares, que es el objetivo general del trabajo del grupo de investigación.
«Para registrar datos de alta calidad, debemos mantenernos lo más cerca posible de la superficie del hielo, pero al mismo tiempo evitar obstáculos y mantener una trayectoria de vuelo fluida. Esto significa ajustar la altitud del dron durante el vuelo para seguir aproximadamente la superficie del glaciar a una altura predeterminada. Gracias al algoritmo True Terrain Following (TTF) de SPH Engineering, el GPR también permanece cerca del hielo, lo que permite una excelente calidad de datos. Las pruebas han demostrado que nuestro sistema de GPR basado en drones es capaz de registrar datos al menos cuatro veces más rápido que los estudios anteriores realizados a pie, con una mejora general en la calidad de los datos», explica Bastien Ruols, estudiante de doctorado en Geofísica Aplicada en el ISTE. «Tras algunas pruebas, el verano pasado decidimos volar nuestro GPR a una altura de 5 m y a una velocidad de 3 m/s. Con estos parámetros, pudimos registrar más de 3 km lineales de datos GPR con un solo juego de baterías para el dron, lo que duró aproximadamente 20 minutos. El algoritmo TTF cumple perfectamente con todos nuestros requisitos».
«Además, UgCS es un software excelente que ofrece toda la funcionalidad necesaria para llevar a cabo nuestros estudios en entornos montañosos desafiantes. El modo de simulación es importante, ya que nos permite realizar vuelos de práctica antes de volar con costosos instrumentos geofísicos. Podemos crear fácilmente trayectorias de todo tipo y el software funciona bien sin conexión a la red», añade Bastien. «Dado que es complicado acceder a todos los datos de vuelo directamente desde el dron DJI, el hecho de que toda la información se registre directamente en el registrador de datos UgCS Skyhub es muy valioso».
En 2018, el equipo de investigación de la Universidad de Lausana registró, a pie, un conjunto de datos GPR 3D de alta densidad sobre el glaciar Otemma en Suiza, que se utilizó para localizar canales de drenaje subglaciales cerca del frente del glaciar. En el verano de 2021, registraron datos sobre la misma zona utilizando su sistema basado en drones. Los resultados iniciales sugieren que los datos obtenidos por el dron son de una calidad aún mayor que los registrados a pie, a pesar de la necesidad de un procesamiento adicional para corregir el ruido de la antena y la altura del GPR sobre la superficie.
En los campos de la geofísica y la glaciología, la recopilación de datos mediante vehículos aéreos no tripulados (UAV) se ha vuelto cada vez más popular en los últimos años. Sin embargo, el desarrollo de un sistema de GPR basado en drones para el estudio 3D y 4D de glaciares es, sin duda, innovador. A día de hoy, se sabe que el equipo de investigación del ISTE es el único grupo que ha desarrollado un sistema específicamente para este propósito.
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