IMÁGENES SATELITALES, LA IMPORTANCIA DE UNA NUEVA LECTURA

Noviembre de 2022
Un satélite ubicado a 786 kilómetros de distancia de la tierra, equipado para recolectar información, va tomando fotos. Cuando esas imágenes llegan al computador, hay una forma particular de observarlas, el campo infrarrojo es una alternativa para interpretarlas y aplicar la información a varios sectores, temas y/o desarrollos. Conoce cómo investigadores uniandinos trabajan en esta técnica con muy buenos resultados. 

Su paso y experiencia de vida por el departamento de Amazonas, al sur de Colombia, cuando realizó la maestría en Estudios Amazónicos, le llevó a pensar en el turismo de una manera diferente. Más adelante, esta motivación transformada encaminaría a Iván Carroll, investigador postdoctoral de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Los Andes, a trabajar con imágenes satelitales desde una nueva perspectiva y desmitificar la idea de que estas tienen que ser visibles y de gran resolución para que puedan ser utilizadas. 

El diseño del algoritmo de inteligencia artificial para trabajar con imágenes satelitales, desde el campo no visible, le ha permitido aplicar un conjunto de instrucciones que se ejecutan de forma ordenada y que están orientadas a resolver un problema o realizar una actividad. En este caso, ha sido posible, entrenar al computador para que identifique varios tipos de elementos como techos de casas, árboles o ríos, en territorios de gran extensión en Colombia. 

“Generalmente cuando alguien se refiere a una imagen satelital, quiere poder verla con los ojos. Mi investigación no es esa. Yo no trabajo con la manera como ven los ojos, trabajo en el campo infrarrojo cercano y el infrarrojo lejano. En el campo no visible, es decir, yo aprendo a observar a través de la máquina”, señaló Carroll. En términos comparativos, estas imágenes serían el equivalente a las imágenes diagnósticas del cuerpo, láminas con información que se leen de una forma específica.

El infrarrojo es una onda que el ojo humano ya no alcanza a ver en el espectro electromagnético, pero que existe. Las imágenes gratuitas que descarga Carroll, del Programa Copernicus de la Agencia Espacial Europea , no muestran los colores claros y definidos como el ojo humano suele verlos, pero sí contienen datos que el computador puede entender y procesar. “Cuando se descarga una imagen de estas, no se ve nada, son imágenes supremamente grandes de 110 kilómetros por 110 kilómetros, y cada pixel es de diez metros por diez metros de resolución. Entonces es como si tuvieras un televisor de esos antiguos, con imagen pixelada”, explicó el investigador. 

El proceso consiste en introducir datos a un computador y entrenarlo una y otra vez, se le enseña que algo es un techo, un árbol o un río. Luego el algoritmo hace su trabajo y es capaz de identificar en esa imagen de millones de pixeles, los ítems con los que ha sido adiestrado. De esta manera, las imágenes satelitales pueden entregar información de configuración de lugares remotos del país. Más allá de esta función matemática, el algoritmo ha permitido porponerle a la Agencia Nacional de Tierras una metodología que contribuya en temas de gran envergadura en Colombia, como la formalización de la tierra en el país a partir del Decreto 148 de 2020 que permite el uso de este tipo de tecnologías. A su vez, se convierte en una herramienta para pensar en ciudades y comunidades sostenibles, o por lo menos, con mejores condiciones para vivir. 

Los trabajos que ha permitido el algoritmo

Carroll realizó una estancia postdoctoral en el Centro de Objetivos de Desarrollo Sostenible para América Latina y el Caribe (CODS), y en ese momento notó la necesidad de explorar las metas del ODS 11 de ciudades y comunidades sostenibles por medio de las imágenes satelitales desde otro plano. Desde su formación como antropólogo y economista consigue acercarse a una mirada diferente y escudriñar el tema para desarrollar el algoritmo que respondiera a dicha necesidad. 

Para la Agencia Nacional de Tierras (ANT), se realizó un ejercicio de identificación de techos en un polígono denominado Gran Baldío de 3,160 km2 , ubicado en el límite de los departamentos de Caquetá y Meta. Para tener una idea de su magnitud, es un área tan grande como Luxemburgo, un país en Europa. Como resultado se obtuvieron las coordenadas de más de 7 mil techos, es decir hogares de personas que no tienen escrituradas sus casas. De tal manera que mediante estas tecnologías el Estado puede ahorrar miles de millones de pesos.  

“En la década de los setenta con el Programa Landsat de la NASA las imágenes satelitales eran costosas y de uso exclusivo de los científicos. Sin embargo, los programas actuales tanto de la NASA como de la ESA ofrecen imágenes gratuitas, lo que ha permitido un cambio en la forma de trabajar y desarrollar algoritmos. No entiendo por qué el estado colombiano gasta miles de millones de pesos en imágenes de alta resolución cuando con estas se puede trabajar. Además, estas imágenes de observación de la tierra permiten ver de otra forma, con los ojos de las máquinas”, comentó Carroll.

El trabajo de revisión de las imágenes sostenido en el tiempo, también plantea una metodología que apoya el método declarativo de los campesinos de nuestro país mediante un ejercicio de monitoreo de predios. Con material recopilado entre el 2015 y el 2022, es posible observar si ha habido una intervención sobre el terreno. Otro resultado apoyando la paz en Colombia ha sido la elaboración de 1260 con distintos índices para evaluar en 5 años el impacto del programa Colombia Sostenible, es decir de los Proyectos de Desarrollo con Enfoque Territorial, más conocidos como los municipios PDET. 

En la actualidad se trabaja en un proyecto con la Agencia Alemana para la Cooperación Internacional (GIZ), para identificar tipos de cobertura que permitan calcular el potencial fotovoltaico a partir de la biomasa residual y tiene como objetivo impulsar el desarrollo de municipios PDET y apoyar el proceso de transición energética del país. 

Durante la estancia postdoctoral en el  CODS, se trabajó en un algoritmo para el índice biótico del suelo, un índice de funcionalidad ecológica el cual caracteriza tres tipos de coberturas de suelos: impermeables, semipermeables y permeables. Se determinaron zonas impermeables, o todo lo que es construido, lo que reduce capacidad al suelo de regenerarse; zonas semipermeables, o suelos desnudos en donde se va a iniciar construcción, zonas permeables, como bosques o cuerpos de agua. El ejercicio se aplicó en 50 ciudades de América Latina y el Caribe para apoyar a los tomadores de decisión como alcaldes y secretarías de planeación y generar alertas tempranas debido al crecimiento de las ciudades.

El gran aprendizaje, resultado de todos estos trabajos aplicados a temas en el país, es que se puede pensar en términos de planeación de actividades. La herramienta facilitaría la caracterización de predios, dependiendo de las necesidades. Por otra parte, el algoritmo en su tarea constante de jugar con datos, muestra posibles potencialidades, lo que permite pensar entrenarlo para que siga aprendiendo nuevas categorías que se ajusten al cometido. Todos estos procesamientos consumen tiempo, el algoritmo revisa cada pixel y encuentra si se ajusta o no, si corresponde o no, pero teniendo en cuenta que son imágenes grandes y pesadas, estamos hablando de millones de píxeles, en el caso de la formalización de la tierra estamos hablando de 31 millones de pixeles, mientras que en las ciudades estamos hablando entre 1 y 10 millones de pixeles, es un trabajo que al final lo que entrega es una información importante y significativa.  

“Conozco 50 ciudades de América Latina, 170 municipios de Colombia a través de imágenes satelitales. El algoritmo me ha permitido viajar a través de un satélite que se llama Sentinel 2 del Programa de la Agencia Espacial Europea y he podido nutrirme de toda esa información, no viendo con mis ojos sino a través de los ojos de la máquina en el campo infrarojo”, puntualizó Carroll.