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El vuelo de drones en entornos urbanos es una realidad cada vez más cercana, cuya aplicación en el ámbito empresarial, así como en el cotidiano, es enorme. El medio ambiente, la agricultura, la industria, fotografía, etc., son solo algunas de las áreas que podrán disfrutar de las ventajas de esta tecnología. Pero, para que este futuro se convierta en realidad son necesarias las comunicaciones entre drones.
Desde Telefónica se está trabajando en la iniciativa, Control de tráfico aéreo de drones en entornos urbanos, dentro del proyecto Telefónica 5G Madrid. Un conjunto de proyectos enmarcados en la segunda convocatoria de Pilotos 5G, de julio del 2020, con el apoyo del Ministerio de Asuntos Económicos y Transformación Digital, a través del organismo Red.es y cofinanciado con los fondos FEDER.
“Se espera que el tráfico aéreo de este tipo de vehículos aumente, sobre todo, en entornos urbanos que, a su vez, evolucionarán hacía el concepto de Smart City”, explican Leticia López Domingo y Ángel Alves González, expertos en 5G y comunicaciones vehiculares de Telefónica y responsables del proyecto, a Blog Think Big. Prosiguen aclarando que, para que esto sea posible es necesario que converjan tres factores para gestionar el tráfico aéreo de manera coordinada y segura: las comunicaciones entre drones para su coordinación en vuelo; las comunicaciones entre drones y la Smart City para el guiado de los vuelos; y el posicionamiento preciso de los propios drones.
Una solución para facilitar servicios en entornos urbanos
Los socios que participan en este proyecto son Correos, como cliente con necesidades reales en el campo de la logística y distribución de paquetes; GRADIANT como partner tecnológico en el desarrollo de la tecnología de comunicaciones C-V2X y la localización precisa; ERICSSON haciendo un estudio y análisis del futuro de la localización 5G; y GENASYS proporcionando la plataforma para obtener la ubicación calculada por la red móvil.
El objetivo perseguido por esta iniciativa -en la que el equipo de Telefónica lleva trabajando desde 2020- es analizar cómo las redes celulares 4G y 5G son capaces de facilitar servicios con drones en entornos urbanos. Esta última generación de red móvil es la clave de este proyecto, ya que, “se posiciona como la comunicación de referencia del futuro en el uso de drones”, comenta el equipo de Telefónica.
El pilotaje de drones requiere de una comunicación de muy baja latencia -la demora o el retraso entre el envío y la recepción de información-, que con el 5G llega a ser de 1 ms. Además, para ser capaces de procesar la información que recoge el dron en tiempo real es necesario contar con un gran ancho de banda que ofrezca la posibilidad de que los datos se procesen de forma casi inmediata en servidores que están localizados cerca de los drones (Edge Computing). A todo esto, se suma la característica de tener redes seguras.
Pero el 5G no es la única tecnología imprescindible para la consecución de esta iniciativa. Por un lado, la tecnología C-V2X-tecnología de comunicación inalámbrica que se integra en el coche conectado– se utiliza para la comunicación directa entre drones y con la Smart City. Por otro lado, la tecnología RTK se integra para obtener la localización exacta del dron. “En un futuro, se tiene previsto que nuestra radio móvil 5G integre esta tecnología permitiéndonos montar una red mallada de servidores RTK”, cuenta el equipo de Telefónica. Pero, hasta que eso ocurra, han implementado una solución RTK externa y mixta utilizando tecnologías de TRIMBLE y UBLOX.
También hay que mencionar el sistema de Telefónica que hace posible la localización vía red móvil. Gracias a esta tecnología es posible saber cuál es la distancia entre el dron y la antena; además de tener un sistema de posicionamiento secundario independiente del GNSS.
Tecnología 5G y C-V2X para las comunicaciones vehiculares entre drones
Esas tecnologías juegan un papel protagonista e imprescindible en el vuelo de drones en entornos urbanos. Como hemos mencionado anteriormente, el objetivo de esta iniciativa es la entrega de paquetes de un dron a un punto de entrega móvil.
Tanto los drones como las balizas que se han utilizado en tierra van equipadas con las comunicaciones C-V2X, conectividad 5G y tecnología de posicionamiento preciso RTK
Equipo de Telefónica
La idea en un futuro es que, si haces un pedido y este es asignado a Correos, por ejemplo, sea un dron el que lo transporte a un punto de entrega móvil. Concretamente, en ese espacio habilitado para el dron, se colocará una alfombra que hará de punto de entrega, equipándola con una baliza que envíe constantemente su posición con el objetivo de marcar de forma exacta el punto de entrega al dron. Esto es posible gracias a las comunicaciones Dron to Infraestructure (D2I).
Pero, no podemos olvidar que el dron se encuentra volando en el cielo donde puede haber más drones. Para hacer frente a estas posibles casuísticas, el equipo de Telefónica ha integrado en estos drones comunicaciones Dron to Dron (D2D). Esto quiere decir que, si un dron intercepta durante su vuelo a otro dron y hay riesgo de colisión, uno de los drones se para y el otro desvía su trayectoria. Asimismo, si durante el recorrido, el dron detecta que se localiza dentro de una zona de geofencing – una baliza que delimita el perímetro de una zona, como una zona restringida de emergencia-, inmediatamente, saldría de esa zona y la rodearía para continuar su ruta.
Para llevar a cabo el seguimiento de todo lo que está ocurriendo, se ha desarrollado una plataforma de control de tráfico aéreo que permite cargar las misiones de los drones, situando en un mapa georeferenciado en tiempo real, tanto a los drones como el resto de los elementos conectados geolocalizados. Además, muestra la información de todos de los mensajes de comunicación que se intercambian entre ellos.
Como aclaran, el verdadero desafío de este proyecto reside en fusionar todas las tecnologías que hemos ido mencionando a lo largo del reportaje. “Esperamos y deseamos que este proyecto sirva para promover la estandarización de C-V2X como tecnología base para la comunicación entre drones y los drones de su entorno”, afirma el equipo de Telefónica.
La razón de que la integración de la tecnología C-V2X sea un reto, reside en que esta tecnología es la aplicada, de manera estandarizada, en el coche conectado. Con este proyecto han dado un vuelco a lo preestablecido, adaptando los mensajes intercambiados a un nuevo tipo de vehículo: los drones.
Un sistema de geolocalización preciso
Tan importante como tener unas comunicaciones fiables es que los datos transmitidos sean precisos. Uno de los datos más importantes en el vuelo de un dron, y más en entornos con tráfico de drones, es su posicionamiento. La mayoría de los drones profesionales disponen de un sistema GNSS que determina su posicionamiento en tiempo real. La precisión ofrecida por los sistemas GNSS presenta un error de hasta 5 metros. Esta precisión es más que suficiente, en general, para navegación, pero puede resultar insuficiente en entornos muy complejos, donde sea necesario garantizar una separación pequeña respecto a obstáculos. En muchos casos, para poder utilizar los datos recogidos por los sensores de los drones, será necesario conocer con mucha más precisión la posición del dron en cada instante.
Gran parte de esta imprecisión de la señal GNSS viene dada por las desviaciones producidas en la señal transmitida por los satélites al atravesar la atmósfera. Estas desviaciones son locales, esto quiere decir que no son iguales en todas partes y dependen de las condiciones atmosféricas en cada zona para un instante determinado.
La precisión ofrecida por los sistemas GNSS presenta un error de hasta 5 metros
Equipo de Telefónica
Aquí es donde tiene lugar la solución de localización precisa utilizada en este demostrador. Tanto los drones como las balizas van equipadas con antenas GNSS (sistemas globales de navegación por satélite). Estas son antenas que leen la señal de varias constelaciones de satélites como son GPS, GLONASS, Galileo y BeiDou.
Además, se ha utilizado la tecnología RTK (Real Time Kinematic), que consiste en tener una serie de estaciones de referencia perfectamente posicionadas que reciben las señales GNSS y calculan la diferencia entre el posicionamiento recibido por los satélites y el suyo propio de forma que obtengan esta desviación producida por la atmósfera en esta área. Estas desviaciones son transmitidas a los dispositivos GNSS cercanos (drones y balizas) para que corrijan su propio posicionamiento y consigan una precisión mucho mayor. Concretamente, en este proyecto se transmiten esas correcciones a través de la red 5G, de manera que cualquier dispositivo cercano a la estación base puede obtener un posicionamiento preciso.
La necesidad de un sistema de posicionamiento secundario
La red celular también dispone de un sistema de posicionamiento propio basado en las medidas e identificación que reporta el terminal de la señal recibida desde la estación base a la que está conectado y de las cercanas. La necesidad de una fuente de posicionamiento secundaria, aun cuando sea menos precisa que el GNSS será fundamental para la operación de drones en entornos complejos.
Por un lado, permitirá contrastar la posición calculada con GNSS y detectar posibles errores grandes no detectados, garantizando la integridad del posicionamiento y actuando, así como agente corroborador del posicionamiento dado por un dron. Este aspecto se sitúa como una necesidad, principalmente, porque permite a los profesionales contrastar la posición calculada con GNSS, permitiéndoles detectar posibles errores y asegurar la integridad del posicionamiento.
Otra de las ventajas de implementar un sistema de posicionamiento secundario sería el siguiente. Imagina que el dron sufre un fallo de cobertura GNSS debido a una señal que altera la recepción de la otra -en inglés conocido como jamming-. Esta segunda red para conocer la localización del dron garantizaría una separación mínima de obstáculos y aeronaves en esta situación de emergencia.
Un futuro cercano de aeronaves en entornos urbanos
Como con cualquier tipo de aeronave, es obligatorio tal y como recoge el Reglamento delegado 2019/945, que incluyan un sistema de identificación a distancia directa. Esto es una norma obligatoria para aquellos drones que pesen más de 250 gr, es decir, los que pertenecen a la clase C1. De esta manera, el tráfico aéreo estará controlado, ya que, durante todo el vuelo del dron, el sistema enviará información periódica sobre el número de registro del operador, el número de serie del dispositivo, la posición geográfica, la altura, la trayectoria y su velocidad. Todo esto en tiempo real y aplicando un protocolo de transmisión abierto y documentado.
La tecnología C-V2X es la encargada de realizar la identificación de cada dron y, gracias a la hoja de ruta de evolución que ofrece, donde los móviles serán C-V2X, “en un futuro, cualquier persona con un smartphone podrá identificar los drones que están volando en el área geográfica donde se localice esa persona”, explica el equipo de Telefónica.
Aunque para poder llegar a ese momento de entrega de paquetería con drones, aún queda mucho trabajo por delante. Sobre todo, debido a las existentes restricciones al vuelo de drones, desde el punto de vista legislativo. Por ejemplo, hoy en día, no se permiten los vuelos de drones más allá de la vista de la persona que lo pilota dentro de entorno urbano, y el dron no puede pesar más de 10 kg. Estos dos aspectos se sitúan como un gran hándicap para este tipo de iniciativas, ya que el tener que pilotar de manera visual el dron, lo máximo que puede desplazarse es 100 metros. Siendo este aspecto poco operativo.
Si a esto se le suma, la necesidad de solicitar permisos con diez días de antelación, como mínimo, dificulta y hace imposible el envío de paquetes de manera rápida, porque se tendría que conocer la ruta de origen y el destino en esos días. Solo existe un caso de envío de productos en entornos urbanos, y es el transporte de mercancía de un punto a otro ya preestablecido. Esto puede darse en compañías que intercambian piezas, hospitales, etc. Aquí, se puede pedir un permiso permanente para realizar este tipo de operaciones y, en cuanto a la restricción de 100 metros, se puede ampliar incluyendo observadores en comunicación con el piloto.
La gente ya habla de aerotaxis o del traslado de material en situaciones de emergencia, gracias al uso de drones. Desde Europa han lanzado la iniciativa, U-Space. Un conjunto de nuevos servicios y procedimientos, altamente digitalizados y automatizados, diseñados para respaldar la seguridad, eficiencia y acceso seguro al espacio aéreo para drones.
Por lo que, es cuestión de tiempo que podamos ver drones sobrevolando nuestras casas o enviándonos productos. El equipo de Telefónica que ha desarrollado este proyecto sostiene que, “no sabemos si será en 10 o 15 años, pero lo que tenemos claro es que la logística con drones será una realidad en zonas pobladas”.
Meses después de la presentación del proyecto, la iniciativa ha recibido el Premio Innovación Tecnológica para la mejora de la Productividad. Un galardón que reconoce la innovación disruptiva del proyecto impulsado por Telefónica y Correos.
Creatividades por Fernando García y producción del vídeo por Estudio 24 (Telefónica).
