Tree Crown Map: monitoreo de árboles en áreas urbanas

El proyecto Tree Crown Map: transformando el monitoreo de árboles en áreas urbanas, pionero en Polonia, ha demostrado que la combinación de mapeo aéreo y tecnología Lidar puede ser una herramienta invaluable para mapear con precisión el entorno verde urbano. Este método nuevo y rentable se ha ampliado para abarcar toda la población de árboles del país. Este artículo destaca el innovador proyecto de MGGP Aero, una empresa que ha logrado resultados notables mediante el uso de algoritmos informáticos avanzados para identificar y reconstruir elegantemente numerosas especies de árboles a partir de imágenes hiperespectrales. Además, el uso de Lidar ha permitido varias aplicaciones, incluida la medición y visualización de la altura de la copa y el mapeo de la biomasa.

Los árboles desempeñan un papel crucial en la vida en la Tierra, ya que proporcionan sombra y pueden reducir la temperatura del aire entre 2 y 8°C, lo que los convierte en acondicionadores de aire naturales eficaces en las ciudades. Los árboles maduros pueden absorber hasta 150 kg de dióxido de carbono al año y también eliminan otros gases contaminantes, como el dióxido de nitrógeno, el monóxido de carbono, el dióxido de azufre y el ozono. Además, atrapan partículas del aire en sus hojas y corteza, lo que contribuye a un aire más limpio y saludable en las áreas urbanas.

Para calcular los beneficios sociales potenciales de una población diversa de árboles, que incluyen impactos en la salud, el bienestar, el clima y la biodiversidad, es esencial tener una comprensión clara de todos los datos relacionados con los árboles. Esto incluye el tamaño de cada árbol, ya que los árboles más grandes tienen un mayor efecto, y la distribución de los árboles en una región específica. Entonces, ¿cómo pueden las autoridades gubernamentales obtener estos valiosos «datos ecológicos» de manera efectiva? La respuesta radica en los datos geoespaciales, pero su recopilación plantea desafíos, especialmente cuando la población de árboles alcanza millones.

Necesidad de métodos más eficientes en el seguimiento de árboles

Utilizando enfoques convencionales, como las inspecciones de campo, llevaría aproximadamente 15 minutos recopilar datos sobre un solo árbol. Dado que Varsovia, la capital polaca, cuenta con más de siete millones de árboles en toda la ciudad, las autoridades municipales se dieron cuenta de que la información recopilada y analizada únicamente con estos métodos convencionales se volvería obsoleta rápidamente. Por lo tanto, existía una gran necesidad de métodos que aceleraran el proceso de seguimiento.

Los funcionarios de la ciudad recurrieron a los científicos de MGGP Aero, expertos en tecnologías modernas de teledetección. La empresa propuso realizar estudios de forma remota, utilizando una combinación de datos de teledetección, fotografías aéreas (RGB con una resolución de 10 cm e imágenes hiperespectrales) y Lidar, para compilar una lista completa de todos los árboles no solo en Varsovia, sino en todo el país de Polonia.

Esto llevó a la idea del ‘Mapa de la copa de los árboles’. Comenzó con un piloto de un área de 50 km ² de Varsovia, realizado en diciembre de 2018 por MGGP Aero. El piloto resultó ser un éxito, lo que dio como resultado una estimación realista de que aproximadamente el 25% del área estaba cubierta por copas de árboles, siendo las especies más comunes el pino escocés, el roble y varias especies de tilos. Un análisis más detallado reveló que el tilo se encuentra en las peores condiciones en Varsovia. El proyecto continuó con gran entusiasmo y toda la ciudad de Varsovia, con una superficie de más de 500 km ²– había sido cartografiado desde arriba a finales de 2020. El mapa altamente avanzado resultante de árboles individuales reconoce casi 50 taxones diferentes, incluida información detallada sobre la geometría de sus copas y su estado de salud. Desde 2020, el equipo de MGGP Aero ha realizado inventarios de árboles similares mediante teledetección en otras cuatro ciudades polacas: Sopot, Jasło, Złotów y Rzeszów.

Conjunto de herramientas de datos geoespaciales versátil

El Tree Crown Map se creó utilizando una amplia gama de fuentes de datos que estuvieron disponibles a través de la avanzada plataforma de detección remota aérea multisensor de MGGP Aero, diseñada internamente. Esta plataforma permite la grabación simultánea de datos hiperespectrales y Lidar, junto con imágenes RGB y TIR de alta resolución. La plataforma se expande continuamente para dar cabida a sensores adicionales, lo que permite campañas de vuelo personalizadas para cumplir con los requisitos del proyecto. La fusión de instrumentos se aplica para combinar sinérgicamente tipos de datos complementarios. Este enfoque proporciona varios productos derivados de la plataforma multisensor, junto con un análisis integral facilitado por técnicas de fusión de datos. Para mejorar la precisión de las predicciones del modelo, el proyecto empleó algoritmos de aprendizaje automático basados ​​en los métodos desarrollados por el propio departamento de I+D de MGGP Aero.

Propiedades del árbol de mapeo

Las diversas tecnologías de captura de datos y tipos de datos geoespaciales aportaron cada uno sus propios beneficios al proyecto en términos de mapeo de propiedades específicas de los árboles. Por ejemplo, gracias a las mediciones precisas de la distancia entre el avión y los objetos en tierra, Lidar da como resultado una representación 3D muy detallada del paisaje urbano y permite la identificación y caracterización de árboles individuales. Mientras tanto, la clasificación de especies a partir de nubes de puntos es un método en evolución que tiene una importancia significativa en el inventario forestal basado en escaneo láser, los modelos de ecosistemas y el apoyo a la gestión forestal. Estos datos pueden desempeñar un papel crucial en numerosas tareas de seguimiento de árboles, incluida la estimación de la altura y el diámetro a la altura del pecho de cada árbol.

Además, los sensores hiperespectrales proporcionan información significativamente más completa que los sensores multiespectrales convencionales, que sólo miden entre tres y ocho bandas espectrales. Por el contrario, los sensores hiperespectrales registran la luz reflejada por el objetivo a través de numerosas (a menudo más de 200) bandas espectrales contiguas, que cubren las regiones visible, infrarroja cercana e infrarroja media del espectro electromagnético. El análisis de datos hiperespectrales permite diferenciar varios objetos en función de sus distintas características espectrales, que abarcan el color, la composición química y la estructura. Como los árboles afectados por enfermedades o estrés ambiental tienden a exhibir un verdor disminuido y un follaje reducido, los datos hiperespectrales pueden ser invaluables para evaluar la salud general de los árboles en función del color o la densidad de las hojas.

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