Usando imágenes de drones e inteligencia artificial (IA), los científicos del Centro Leibniz para la Investigación Marina Tropical (ZMT) en Bremen han desarrollado un método que delinea cada árbol en un bosque, junto con una estimación de su altura y diámetro.
por Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)
Esta capacidad puede ayudar a crear inventarios biológicos de bosques como los manglares y también a determinar sus existencias de carbono almacenado. Su estudio apareció como un artículo destacado en la revista Remote Sensing .
Los bosques de manglares pueden almacenar grandes cantidades de CO 2 y otros gases climáticos como material orgánico en su biomasa y suelos sedimentarios. Por ello, se consideran uno de los ecosistemas que merecen especial atención en la lucha contra el cambio climático. Los expertos estiman que entre cuatro y 20 mil millones de toneladas de carbono orgánico se almacenan en estos bosques de marea en todo el mundo. Sin embargo, la cantidad de carbono varía mucho entre regiones y manglares.
Apenas han existido estimaciones precisas de las reservas de carbono en las diversas áreas de manglares de los trópicos hasta la fecha. Por lo general, las mediciones de la altura y el diámetro de un árbol se toman en el sitio en unas pocas parcelas pequeñas y, en función de la densidad de la madera y la composición de las especies de árboles, se estima la cantidad de biomasa aérea.
La naturaleza de los manglares hace que esta tarea sea muy difícil. Suelen ser muy remotas y de difícil acceso. Puedes hundirte hasta el ombligo en sedimentos fangosos y tener que vadear o nadar a través de las mareas, atormentado por enjambres de mosquitos. Con todo ese esfuerzo, las estimaciones siguen siendo imprecisas debido a la variabilidad natural.
¿Cómo se pueden registrar con mayor precisión y facilidad las reservas de carbono en grandes áreas de bosques de manglares remotos? Esa fue la tarea a la que se enfrentó un equipo de científicos del grupo de Ciencia y Tecnología de Datos del Centro Leibniz de Investigaciones Marinas Tropicales (ZMT). «Estábamos buscando nuevas técnicas para cubrir toda el área forestal y permitir un seguimiento regular», explica el candidato a doctorado Daniel Schürholz, autor principal del estudio. «Cuanto más detallada sea la información sobre los árboles en un bosque, más preciso será el cálculo del carbono almacenado».
El equipo investigó la posibilidad de mapear con precisión grandes bosques de manglares con copas densas. Un inventario de árboles individuales, incluida su altura, ubicación y tamaño del área del dosel, permite un cálculo más preciso de la cantidad de carbono almacenado, así como el seguimiento de la condición y la salud del bosque. «Dados los avances actuales en inteligencia artificial, decidimos probar técnicas de vanguardia para detectar automáticamente árboles individuales en el bosque», dijo Schürholz.
El Parque Nacional Utría está ubicado en la costa pacífica de Colombia. Se compone en gran parte de bosques de manglares impenetrables. Con el apoyo de guardaparques e investigadores de la Universidad del Valle de Colombia, se utilizaron drones aéreos para fotografiar el dosel del bosque desde arriba.
De vuelta en Bremen, utilizando herramientas fotogramétricas, los científicos del ZMT crearon mosaicos a gran escala del bosque que superaban los detalles de las imágenes satelitales. Luego desarrollaron un flujo de trabajo de IA que podría clasificar los grandes mosaicos en diferentes categorías de hábitat, y para las especies de árboles de manglares nativos, cada árbol podría delinearse y estimar la altura y el diámetro de su copa. Conociendo la especie, la altura y el diámetro de un árbol, se puede estimar la biomasa aérea.
«Usando nuestro flujo de trabajo de IA, calculamos, por ejemplo, que hay 19 717 árboles de la especie endémica de manglares Pelliciera rhizophorae en el área estudiada. Esta es una estimación que sería muy difícil de lograr por medios convencionales», dice Arjun Chennu, un experto en mapeo de hábitats de la ZMT y coautor del estudio.
«El uso de imágenes de drones de bajo costo con herramientas de inteligencia artificial podría aplicarse a una variedad de otras características más allá de determinar las reservas de carbono azul, como la tala ilegal, la detección de especies invasoras o el cambio en la comunidad de animales y plantas», dice.
Con su trabajo, los investigadores esperan ayudar a proteger los valiosos bosques de manglares al proporcionar a los tomadores de decisiones datos más confiables para argumentar a favor de la conservación o restauración de los bosques de manglares . «La exageración actual en torno a los algoritmos de inteligencia artificial de vanguardia también debe aplicarse a los problemas ambientales para mejorar nuestra comprensión del mundo natural», estipula Schürholz. «Con la velocidad del progreso de la IA, podremos revelar más y más detalles sobre los procesos en la naturaleza y comprender mejor cómo protegerlos y gestionarlos de forma sostenible«.
Se podrían usar algoritmos similares para mapear otros ecosistemas, como arrecifes de coral o bosques templados, así como para identificar animales y rastrear sus movimientos. Los bosques de Alemania también podrían beneficiarse del método. El requisito previo, dijo Schürholz, es adaptar el algoritmo de IA a las especies que se encuentran en estos bosques. «Estamos proporcionando un buen modelo para un sistema que se puede utilizar en todo el mundo», añade.
Más información: Daniel Schürholz et al, Viendo el bosque por los árboles: mapeo de la cobertura y conteo de árboles a partir de imágenes aéreas de un bosque de manglares usando inteligencia artificial, teledetección (2023). DOI: 10.3390/rs15133334
