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Mapeado LiDAR e inteligencia artificial para la automatización del inventario forestal

Innovación, Proyectos

Los bosques nos proporcionan una gran cantidad de servicios ecosistémicos. Conocer de forma detallada el estado actual y los posibles cambios que pueden sufrir es, cada vez más, un interés de vital importancia, tanto para los gestores, como para investigadores o para la administración forestal.

Para ello, en 2020, el Grupo Operativo para la innovación en la gestión forestal sostenible go monte digital, completó satisfactoriamente el proyecto de innovación financiado por el Programa Nacional de Desarrollo Rural, relativo a la ayuda y al desarrollo rural a través del Fondo Europeo Agrícola de Desarrollo Rural (FEADER).

El equipo de Monte Digital tiene origen en la colaboración de tres entidades: Universidad de Castilla-La Mancha (UCLM), Dielmo 3D y Naturtec.

Entendiendo el inventario forestal

¿Qué es el inventario forestal?

El inventario forestal es la herramienta básica y principal que permite describir la estructura de la masa forestal (entendida ésta como el conjunto de árboles del bosque) y cuantificar sus recursos renovables.

Tradicionalmente, el estado forestal de la masa se ha venido realizando mediante inventario por conteo a pie o por muestreo estadístico, utilizando parcelas de un determinado tamaño (inventarías que denominaremos clásicos).

Principales problemas del inventario forestal tradicional

Ya sea por conteo a pie o por muestreo estadístico, estos métodos exigen una gran cantidad de tiempo y recursos humanos para su correcta realización. El excesivo coste de estos inventarios tradicionales, en tiempo y dinero, repercute, en muchos casos, en la imposibilidad de realización de los mismos, suponiendo un freno a la correcta gestión (sostenible) de las masas forestales.

Soluciones tecnológicas

En la última década, se viene asistiendo a una pequeña revolución en las herramientas disponibles para la medición de los recursos forestales, debido al mayor desarrollo tecnológico. Tal es el caso de la tecnología LiDAR (Light Detection and Ranging, o Laser Imaging Detection and Ranging).

Mapeado LiDAR al servicio del inventario forestal

En este escenario, las nuevas tecnologías pueden ayudar a optimizar los inventarios, en tiempo y coste, de masas forestales, cuyo principal objetivo es el aprovechamiento sostenible de los recursos naturales, como es el caso de la producción maderable forestal.

LiDAR aéreo vs LiDAR terrestre

Hasta ahora, sólo el LiDAR AÉREO ha sido utilizado como un intento de mejorar las estimaciones realizadas mediante inventarios clásicos. Sin embargo, los resultados en la cuantificación de los recursos forestales no han sido muy halagüeños.

Por este motivo, nuestro grupo operativo ha utilizado una tecnología láser pero no aplicada desde el aire, sino de forma terrestre (LiDAR TERRESTRE (fijo y móvil).

En el caso de LIDAR AÉREO, con los puntos clasificados como vegetación, se intenta predecir después las variables de la masa forestal en función de estadísticos y variables de la nube (percentiles). Sin embargo, LIDAR AÉREO no satisface muchas exigencias por la incapacidad de observar los troncos.

Aquí entra en juego el LIDAR TERRESTRE, que por sus características, sí que puede observar lo interesante para los técnicos forestales, entre otros, el TRONCO del ÁRBOL.

AID-FOREST

Con el objetivo de identificar automáticamente árboles y obtener los parámetros dendro y dasométricos, hemos desarrollado un software automatizado que ejecuta un proceso secuencial en tres fases:

Para manejar grandes volúmenes de datos como los generados por el LTM es preciso realizar un pre-procesado de los mismos. Los datos de entrada se dividen por bloques con un solape entre ellos para que no existan discrepancias en los cambios de bloque. A continuación, se genera una serie de productos automáticos, como la clasificación de suelo, modelos digitales del terreno y de superficies y normalización de la nube de puntos.
Detección de los árboles mediante inteligencia artificial. Para ello se ha entrenado un modelo de detección de objetos en imágenes que detecta anillos sobre imágenes rasterizadas en la nube de puntos LiDAR a diferentes altura. La combinación de todas las diferentes detecciones a diferentes alturas nos da información tridimensional de la posición de los árboles y nos permite crear capas vectoriales de salida con la posición de estos, así como medir sus propiedades geométricas.
Finalmente, para cada árbol identificado, se generan los diferentes parámetros dendrométricos y por adición, los parámetros dasométricos a nivel de parcela y cantón.

Resultados obtenidos

Los resultados obtenidos, tanto a nivel de parcela como conseguidos en este proyecto han sido los siguientes:

Validar la fiabilidad del inventario mediante lidar terrestre móvil (LTM) a escala parcela de muestreo, utilizando software comercial estándar para procesar la nube de puntos.
Generar algoritmos de cálculo de las variables dendrométricas en base a la nube de puntos, integrados en un software en entorno amigable, que permita ser usado fácilmente para cuantificar dichas variables de forma automatizada (tecnología inteligencia artificial).
Aplicación y validación de los algoritmos a escala superior a la parcela (cantón).

Software LiDAR forestal

Pero el producto final de este proyecto, sin duda, ha sido el desarrollo de una metodología innovadora encaminada a la digitalización del monte, mediante el inventario de las masas forestales de forma precisa, rápida y a bajo coste, que permita la monitorización y la toma de decisiones fiables en la gestión forestal sostenible, utilizando la tecnología Láser Lidar Terrestre Móvil (LTM).

Este producto además ha incluido el desarrollo del software específico AID Forest.

¿Qué beneficios aporta este proyecto a futuras aplicaciones?

Con este proyecto, Dielmo abre las puertas a cualquier empresa que requiera de una aplicación forestal potente y eficaz. Pudiendo llevar a cabo tareas tales como: