Índice Ecológico con datos LIDAR

En el contexto de una expansión del 6% en superficies no porosas, un proyecto en Belgrado analizó el potencial de aumentar el Índice Ecológico mediante diversos escenarios de vegetación. Se utilizó una combinación de fotografía aérea y tecnologías de escaneo Lidar para recolectar y procesar datos espaciales de alta calidad, que sirvieron como base para generar un gemelo digital 3D completo de la infraestructura urbana y los árboles de la ciudad.

Hoy en día, la urbanización, la expansión rápida de las ciudades, es un fenómeno global que anticipamos y abrazamos como una realidad inevitable. Caracterizada por notables avances en tecnología e infraestructura, mayores oportunidades de empleo y sistemas de transporte y comunicación mejorados, las transformaciones parecen ventajosas e incluso deseables para la población en áreas urbanas. Sin embargo, bajo el glamour de la urbanización, es crucial reconocer sus consecuencias ambientales y cómo afectan a los residentes de estos paisajes urbanos en rápida evolución.

En 2022, cinco expertos en arquitectura paisajística, infraestructura verde, planificación urbana y protección ambiental publicaron un informe de hallazgos y sugerencias definidos en su proyecto titulado «Infraestructura Verde en una Ciudad Compacta – El Índice Ecológico como Instrumento de Resistencia al Cambio Climático». Centrado en la capital de Serbia, Belgrado, la investigación investigó las áreas urbanizadas crecientes en Belgrado durante las dos últimas décadas. El aumento fue del 6%, una cifra que a primera vista parece insignificante. Sin embargo, detrás de esta cifra de un solo dígito se encuentra una expansión notable de territorios no porosos por más de 4,400 hectáreas. Las superficies no porosas como el asfalto, el concreto o el cemento impiden que el agua de lluvia recargue los acuíferos. También retienen calor, haciendo que las áreas urbanas sean más cálidas que sus alrededores. Este aumento de superficies no porosas ha ocurrido principalmente a expensas de tierras agrícolas y ecosistemas naturales. Esto está afectando las áreas verdes públicas dentro de las partes urbanizadas de los municipios de Belgrado, contribuyendo a problemas como las islas de calor urbanas, las inundaciones y la disminución de la biodiversidad.

Indicadores Ecológicos

La metodología del proyecto se centró en el uso del Índice Ecológico (EI) como una herramienta práctica para mejorar la vegetación urbana en parcelas de diferentes usos del suelo. También conocido como indicador ecológico o índice ambiental, el EI sirve como una métrica numérica para evaluar la cantidad y calidad de la vegetación dentro de las parcelas urbanas, evaluando así su importancia ecológica y su contribución a la calidad de vida de los residentes.

Estos índices generalmente se derivan de un conjunto de insumos físicos y ecológicos, como el uso del suelo, las alturas de los edificios, la cobertura de las copas de los árboles y otros parámetros que proporcionan información sobre el estado del medio ambiente, tales como la resiliencia a inundaciones, la biodiversidad, la calidad del agua, la calidad del aire, la integridad del hábitat y otros factores relevantes.

Evaluación de cinco escenarios

El proyecto llevó a cabo un estudio piloto exhaustivo en seis ubicaciones de Belgrado para analizar el potencial de aumentar el Índice Ecológico (EI) a través de diversos escenarios de vegetación. Se evaluaron los siguientes cinco escenarios distintos, que iban desde una plantación mínima a nivel del suelo hasta una vegetación integral en techos y paredes verticales, con el objetivo de maximizar la funcionalidad ecológica y el EI:

• Escenario 1: Consideró todas las formas de vegetación y espacios funcionales ecológicos (EFP) en la parcela, incluyendo el nivel del suelo, superficies verticales de los edificios y techos.
• Escenario 2: Simuló un diseño con plantación adicional mínima a nivel del suelo (mejora del Escenario 1).
• Escenario 3: Añadió muros verdes en superficies verticales adecuadas sin cambios estructurales (mejora del Escenario 2).
• Escenario 4: Simuló la vegetación de los techos de los edificios sin cambios estructurales (mejora del Escenario 3).
• Escenario 5: Simuló una nueva construcción según los documentos de planificación, con cambios estructurales para maximizar los EFP y el EI.

La presentación de la condición existente y los EFP en las parcelas del área piloto, así como la evaluación del EI actual, se basaron en los datos espaciales recolectados. Para realizar la evaluación según los criterios predeterminados, fue necesario vectorizar objetos 3D, árboles y cobertura terrestre utilizando nubes de puntos georreferenciadas y fotografías aéreas.

Clasificación de nubes de puntos

Antes de la vectorización, la nube de puntos se clasificó primero en puntos de terreno, vegetación (baja, media, alta), edificios y otros contenidos. Cada objeto 3D consistía en una base, paredes exteriores y un techo, representados por polígonos cerrados. El nivel de detalle utilizado fue LOD2. Los techos fueron representados por superficies que seguían su construcción, forma y pendiente, las paredes exteriores se representaron como superficies verticales, y las bases como polígonos horizontales cerrados. La geometría de los techos se utilizó para calcular área, orientación y pendiente, los cuales se añadieron como atributos de los techos para su análisis y selección.

Los árboles fueron representados por dos capas: tronco (punto 3D) y copa (círculo). Para cada entidad de árbol, se calcularon atributos alfanuméricos a partir de la geometría de la nube de puntos clasificada, incluyendo altura del árbol, elevación de la base, altura superior, área proyectada de la superficie y diámetro, con la copa incluyendo información de superficie, altura y diámetro. La cobertura del suelo se representó por polígonos 3D cerrados para cada tipo, como suelo, arbustos, césped, concreto, asfalto y césped artificial. Estos polígonos facilitaron la aplicación de los criterios de evaluación del EI y simplificaron los cálculos y relaciones de los elementos.

Aprovechamiento de Lidar

La fuente principal de datos para el estudio se recopiló mediante imágenes aéreas y escaneo Lidar, mientras que los métodos de campo se utilizaron como fuentes auxiliares. La tecnología Lidar se está utilizando cada vez más como una herramienta en estudios ecológicos, proporcionando una precisión de datos inigualable para caracterizar las formas, tamaños y colores de los entornos naturales y construidos. Los datos Lidar pueden modelar el suelo de la ciudad, extraer modelos 3D de edificios, calcular pendientes de techos y extraer la altura de los árboles y el tamaño de las copas, todos los cuales se utilizan para calcular el EI.

En el estudio de seis ubicaciones en Belgrado, se aprovechó la tecnología Lidar para construir un EI que sirviera como una medida integral de la salud del ecosistema. Se emplearon diversas metodologías de procesamiento para utilizar la tecnología Lidar y derivar métricas esenciales, formulando posteriormente un índice para la evaluación ecolgica.

Cuantificación y modelado de escenarios

MapSoft, una empresa de geomática con sede en Belgrado, se especializa en ejecutar proyectos relacionados con el desarrollo de software y la recopilación de datos espaciales. La experiencia de la empresa radica en utilizar una combinación de fotografía aérea y tecnologías de escaneo Lidar para recopilar y procesar datos espaciales de alta calidad. Al aplicar estas tecnologías para las necesidades del proyecto, MapSoft pudo generar un gemelo digital tridimensional completo de la infraestructura urbana y los árboles. A través de la cuantificación y modelado de escenarios (por ejemplo, ¿qué pasaría si se plantaran más árboles, con cierta altura, en una ubicación específica?), se podría ayudar a los responsables de la toma de decisiones a desarrollar políticas orientadas a mejorar la calidad de vida urbana y disminuir la contaminación del aire. Ejemplos podrían incluir ordenanzas de planificación urbana que mantuvieran un número mínimo de árboles en desarrollos futuros.

Para proporcionar respuestas, MapSoft utilizó el Teledyne Geospatial Optech Galaxy en un avión de ala fija para mapear toda la ciudad. Esto produjo un mapa de uso del suelo urbano, modelos 3D de edificios y huellas, techos clasificados por pendiente y ubicaciones y copas de árboles. El análisis aprovechó la riqueza de los datos para derivar el EI, describiendo la salud de un área urbana.

MapSoft pudo proporcionar la imagen aérea y la nube de puntos Lidar del área. Las imágenes tenían una resolución espacial de 5 cm, mientras que la densidad de la nube de puntos era de 25 pts/m². Se utilizó software especializado para el procesamiento y manipulación de datos espaciales para la vectorización. Se implementaron métodos de campo para complementar el mapeo aéreo con imágenes esféricas basadas en tierra, así como puntos de control. El producto de datos entregado cumplió con los estándares requeridos.

Dado el área urbana densa con edificios altos, fue necesario recopilar datos detallados dentro de los bloques de edificios, asegurando que se cubrieran todos los puntos ciegos. Por lo tanto, el vuelo se realizó a una altitud más baja, utilizando el escáner Lidar Optech Galaxy para seleccionar el campo de visión y la intensidad de señal óptimos para una mejor penetración a través de la vegetación y aberturas más pequeñas. En consulta con MapSoft, el equipo del proyecto concluyó que los datos espaciales recopilados (distancia de muestreo en el suelo (GSD) de 5 cm/píxel, densidad de la nube de puntos de 25 pts/m²) serían de calidad suficiente para generar elementos geométricos (con todos los atributos asociados) para una evaluación realista del EI existente. Todos los datos recopilados fueron verificados mediante controles en campo.

Conclusión

El trabajo de MapSoft con arquitectos paisajistas ha sido crucial para completar diversos proyectos ambientales, como el mapeo GIS de biotopos urbanos, el seguimiento de contaminantes locales y la documentación de espacios verdes urbanos. Este proyecto fue un esfuerzo pionero en la planificación y gestión urbana local, que requirió la experiencia y el equipo que MapSoft pudo proporcionar, demostrado a través de múltiples iniciativas de escaneo láser aéreo. El estudio de caso destaca el papel de la infraestructura verde y el Índice Ecológico en la mejora de la resiliencia urbana al cambio climático, así como la contribución de la tecnología Lidar a las evaluaciones ecológicas. Al incorporar consideraciones ecológicas en la planificación urbana, los responsables de la toma de decisiones en Belgrado pueden abordar los desafíos ambientales y mejorar la calidad de vida de los residentes de la ciudad.

Más información:

GIM International

‘Green Infrastructure in a Compact City – Ecological Index as an Instrument of Resistance to Climate Change’, por Anica Teofilović, Andreja Tutundžić, Vesna Šabanović, Katarina Čavić-Lakić y Bojana Jovanović.