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Misiones SENTINEL, teledetección en estado puro (y al alcance de todos)

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Durante los últimos años, la ESA (Agencia Espacial Europea) está llevando a cabo una serie de misiones de observación de la Tierra, cada una de ellas pretende dar respuesta a ámbitos diferentes del medio natural; atmósfera, océanos, agua y usos del suelo son algunas de las aplicaciones principales. Estas misiones se engloban dentro del programa Copernicus y se conocen con el nombre de misiones SENTINEL.

Las misiones Sentinel, materializadas cada una por uno o varios satélites, proveen de información única y valiosísima, desde imágenes radáricas nocturnas y diurnas hasta imágenes ópticas adaptadas al monitoreo de océanos, atmósfera, usos del suelo o seguridad.

Familia Sentinel, fuente ESA

Familia Sentinel, fuente ESA

En relación a otros programas anteriores desarrollados en Europa creemos necesario resaltar el gran esfuerzo que se ha realizado en la puesta a punto de sistemas que permiten una rápida distribución de las imágenes, por cierto, de libre descarga, APIs, herramientas de análisis y visores cartográficos de excelente calidad.

Muchas son las aplicaciones con las que trabajamos día a día en Argongra relacionados con el seguimiento ambiental de aguas, usos del suelo y cambios urbanos. A continuación, os mostramos algunos ejemplos.

Como podéis ver hay, un mundo de posibilidades para nuevos proyectos, sólo es necesario conocer los principios de la teledetección y manejo de información geográfica. En los siguientes links podéis profundizar mucho más.

Copernicus Erope’s eyes on Earth

SENTINEL ONLINE

Jose Mª Cornejo colabora con el ISM como profesor de cursos online en el área de Sistemas de Información Geográfica y Teledetección

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Medio Ambiente, Big Data e Inteligencia Artificial

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Estaremos de acuerdo que temas como Big Data, Inteligencia Artificial (AI) y Medio Ambiente están de moda. Estos tres temas están muy presentes en Argongra y nos preguntamos por qué no se relacionan entre sí. Parece una buena idea que usemos la inteligencia artificial en un tema tan importante como el medio ambiente, donde la especie humana parece haber perdido su cordura.

Realmente no creemos que la humanidad haya perdido su cordura, solo que tenemos que enfrentar problemas nuevos, complejos y variados y, por lo tanto, necesitamos nuevas herramientas para enfrentarlos.

La ciencia está basada en hechos, de la misma manera que una casa está hecha de ladrillos: pero una acumulación de hechos no es ciencia, de la misma manera que una pila de ladrillos no es una casa. (Henri Poincaré).

big data y medio ambiente 1

El punto de partida

Hoy existe un gran temor de que la inteligencia artificial tenga una influencia catastrófica en el empleo, reduciendo de forma drástica la cantidad de trabajo disponible. Predecir el futuro es imposible. Es más fácil mirar al pasado y obtener ideas que iluminen nuestro análisis sobre el futuro.

La especie humana ha sido una especie exitosa, y en poco más de un millón de años ha logrado pasar de ser un ser indefenso a pensar en colonizar otros planetas. Esto se debe a una realidad simple: el ser humano ha sabido cómo hacer herramientas. Las herramientas nos han permitido romper nuestras limitaciones. Lo logramos la primera vez que arrojamos una piedra para matar a un animal o a un enemigo. Lo logramos cuando controlamos el fuego y aprendimos que este nos calentaba, que nos protegía contra las bestias o que cocinaba nuestros alimentos. Lo hicimos con la rueda y aprendimos que era más fácil mover las cosas.

Las piedras, el fuego, la rueda no han sido “inventos” virtuosos completos; todos y cada uno de ellos tienen su propio lado oscuro. Lado oscuro que los humanos han tenido que aprender a controlar. Con la IA también, tendremos que hacerlo.

En este punto, tenemos que hacernos una pregunta: ¿Está el ser humano limitado por su inteligencia? ¿Necesitamos una herramienta como la IA?.

Algunas personas piensan que la estupidez humana (la falta de inteligencia) es responsable de que nosotros mismos nos pongamos en peligro como especie. Nuestras malas decisiones sobre cuestiones como el cambio climático, la escasez de agua, el uso indebido de energía y un largo etcétera hacen que nuestro futuro no sea muy claro. Parece una idea increíble que usemos la inteligencia artificial en un tema tan importante como el medio ambiente. Donde la especie humana parece haber perdido su cordura.

No creemos que esto sea así. La humanidad no ha perdido su cordura. Hoy nos tenemos que enfrentar a problemas nuevos, complejos y variados y, por lo tanto, necesitamos nuevas herramientas. Pero en el pasado también nos hemos enfrentado a problemas medioambientales, que hemos resuelto.

https://www1.udel.edu/johnmack/frec682/cholera/cholera2.html El mapa de Snow (izq) y una imagen Google (der)

Medio Ambiente

En relación al medio ambiente, debe decirse que cualquier período pasado no fue necesariamente mejor, como a veces se hace creer.

Solo hay que tener en cuenta los estragos ambientales que han generado la quema de madera para cocinar o su uso para la construcción de barcos. Pero también la terrible insalubridad de las ciudades en el siglo XIX., la cual ha mejorado radicalmente. Por ejemplo, según algunas fuentes, las epidemias de cólera en España, en las grandes ciudades, a lo largo del siglo XIX mataron a casi el 10% de la población total del país.

En Argongra nos gusta contar el caso del Dr. John Snow en el año 1845. El Dr. Snow usó, lo que ahora llamaríamos tecnología Big Data + GIS, para determinar dónde estaban los brotes de cólera que azotaban Londres en ese momento. Hizo un descubrimiento excepcional; el origen del cólera eran pozos de agua contaminados por fosas sépticas. Este nuevo conocimiento permitió controlar la causa de la epidemia. El caso del cólera en Londres es un ejemplo del que se puede aprender mucho sobre el tema de esta nota de aplicación. Hasta entonces existían teorías muy diversas que no habían servido para resolver el problema. Si entendemos el problema, resolverlo es más fácil.

Big Data

El Dr. Snow recabó direcciones de cientos de personas afectadas y no afectadas por la enfermedad, así como unos pocos cientos de pozos de suministro de agua y fosas sépticas. Dibujó un mapa con toda esta información. Este mapa mostró un patrón para explicar porque algunas personas se veían afectadas y otras no. Hoy en día, muchos problemas ambientales implican recolectar miles, si no millones, de datos. Usar técnicas de representación y análisis poderosas es obligatorio.

El Big Data se ha desarrollado en los últimos años para procesar estas grandes cantidades de datos. Necesitábamos suficiente tecnología informática, una potencia de cálculo mucho más alta que la que utilizábamos anteriormente y los algoritmos tradicionales se necesitan mejorar. Una mente humana no tiene la capacidad de procesar esta cantidad de datos. Una mente humana es limitada, por ejemplo, para trabajar en espacios de 10 dimensiones.

Para el profano es muy difícil ser consciente de la cantidad de datos ambientales que se toman cada día. ¿Para qué se usa tanto dato?

Las imágenes de satélite son una herramienta fundamental para valorar el medio ambiente. Tan solo la constelación europea de satélites Copernicus genera todos los días 4 Terabytes de datos. El archivo de imágenes de satélite en el mundo es del orden de exabytes (1018 bytes). ¿Cuánta información útil hay? ¿Cómo vamos a procesar esta increíble cantidad de datos? Desde un punto de vista técnico, nuestro problema hoy es: Tenemos demasiados datos y necesitamos aumentar mucho nuestras capacidades para procesarlos. La única solución: Tener nuevas herramientas.

big data y medio ambiente

Inteligencia Artificial

La inteligencia artificial siempre ha sido un sueño en las ciencias de la computación, desde el comienzo de las computadoras. Hoy comienza a ser una realidad, pero no solo en el laboratorio sino también en nuestros bolsillos. Las aplicaciones de inteligencia artificial son muy variadas y hacen que nuestro teléfono móvil pueda enviar un mensaje escrito que le hemos dictado, pero también traducirlo al idioma que queramos. La IA puede decirnos, cuándo tomamos una foto, si todo el mundo sonríe, o estimamos la edad de las personas fotografiadas.

Hoy hay software, hardware y servicios que ponen en manos de cualquiera una increíble capacidad de inteligencia artificial. Hace años se decía que la IA tenía que dar un salto cuántico. El salto está dado. Argongra, lo sabe bien, tiene personal con más de 25 años de experiencia en este campo.

La inteligencia artificial ha puesto sobre la mesa nuevas metodologías de trabajo que aprovechan tanto la enorme cantidad de datos disponibles como una increíble capacidad de cálculo.

La implementación de soluciones basadas en inteligencia artificial es posible hoy incluso en pequeñas empresas.

Desarrollos de Argongra

Argongra está trabajando en AI en varias líneas. Uno de los campos de especialización de Argongra es la minería y sus problemas ambientales. Los problemas de contaminación del subsuelo presentan varios retos particulares que creemos la IA puede ser de una gran ayuda, pero también la usamos en problemas de producción.

En Argongra usamos imágenes satelitales de manera intensiva. La imagen de satélite es una fuente de información increíble. Los satélites de imágenes son datos, pero la gestión requiere información. Para tener información, las imágenes deben ser interpretadas y la AI está desarrollando herramientas muy interesantes para ello

Conclusiones

En realidad, la inteligencia artificial no es una opción, es una necesidad si queremos resolver los problemas ambientales que enfrentamos. La inteligencia artificial es la única manera de poder utilizar todo el potencial que los datos que las tecnologías como la observación de la Tierra, el Internet de las cosas o las comunicaciones ponen en nuestras manos

Tenemos que usar Inteligencia Artificial si queremos seguir disfrutando de nuestra Inteligencia Natural.

Jose María Cornejo Director de Geomática de Argongra colabora como docente en las áreas de SIG y Teledetección del Instituto Superior del Medio Ambiente.

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Geología y Medioambiente, su impresión en 3D

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La impresión 3D ha supuesto una verdadera revolución en campos como la mecánica, la generación de prototipos, el mantenimiento industrial, la fabricación de series cortas, el diseño, la arquitectura, las bellas artes, etc. Pero esta tecnología también puede ser utilizada en campos como la Geología o el Medioambiente, campos en los que trabaja cotidianamente Argongra.

En esta nota se muestra la experiencia de Argongra utilizando esta tecnología en los campos mencionados.

¿Qué es la impresión 3D?

La impresión 3D consiste en la generación de un objeto material tridimensional a partir de un modelo digital 3D contenido en el ordenador. Técnicas de impresión en 3D hay numerosas pero las más accesibles son las que obtienen el objeto mediante la aplicación de un material en capas, y de forma secuencial.

Es decir, que en principio podemos imprimir en 3D cualquier objeto que tengamos modelizado en el ordenador. Los Sistemas de Información Geográfica son por tanto un terreno natural para la impresión 3D. Esta impresión 3D rompe las limitaciones que implica la utilización de un plotter o una pantalla convencional.

¿Por qué es necesaria la impresión 3D en Geología o Medioambiente?

Recientemente Diego (9 años) pudo descubrir y entender conceptos tan sencillos como la corteza, manto y núcleo de La Tierra, incluso colorearlos mientras comprobaba dimensiones relativas, materiales y por qué no decirlo, jugaba.

La respuesta es fácil, porque tanto la geología como el Medioambiente son realidades que ocurren en un espacio tridimensional y cuando hacemos una representación en un mapa lo que estamos haciendo es perder parte de la información. (ver nota de aplicación “Nuevas Proyecciones”).

Pero hay otra razón muy importante y es que, aunque los mapas geológicos contienen una enorme cantidad de información para que no se pierda la tridimensionalidad, es muy habitual encontrar gente, incluso geólogos, que no son capaces de extraer toda esta información de una forma intuitiva. Siendo esto es una experiencia cotidiana

El problema se agrava si la información geológica la debe entender alguien sin el conocimiento de obtener esta información 3D desde un documento 2D.

El propósito de la impresión 3D, por lo menos para Argongra, no es sólo la de apoyar la educación de nuestros hijos, queremos ir más allá, tenemos la necesidad de mostrar a clientes, autoridades o ciudadanos las conclusiones de nuestro trabajo. Se necesita la explicación para poder realizar la operación, recibir la autorización o tranquilizar sobre los riesgos que puede tener un determinado proyecto.

Pero hemos podido comprobar que no solo sirven para esto sino también son una poderosa herramienta para los técnicos, que los utilizan para comprobar sus ideas e interpretaciones.

¿Se necesita imprimir en 3D?

En el mundo de la ingeniería, y de la ciencia en general, es bien conocido que la representación de la información en gráficos, mapas, o cualquier otra forma gráfica de expresión no es solo una necesidad para la comunicación sino también para el análisis de la situación y el diseño de soluciones.

La impresión 3D permite una mejor comunicación, pero también permite un más fácil análisis de algunos conjuntos de datos, así como del diseño de soluciones.

Podríamos decir que, si una imagen vale más que 1000 palabras, un objeto en 3D vale más de 1000 imágenes.

La generación de un objeto 3D nos permite de una forma sencilla, rápida y económica disponer de un objeto con volumen sobre el que explicar, pero también pensar y discutir.

Cada día es más necesario que los proyectos técnicos sean entendibles, al menos en muchos aspectos, por gente no especialista. Para este fin la utilización de modelos impresos en 3D son una herramienta de interés. Pero no se trata de hacer una figura bonita sino de poder exponer de forma entendible el proyecto y para esto se requiere como primera fase que el modelo responda a la realidad.

Geología

La impresión 3D nos permite en Argongra generar, desde las bases de datos de exploración, es decir desde el sistema de información geográfica para la exploración, los volúmenes bien sea de un cuerpo mineralizado bien sea de un nivel o conjunto de niveles

geológicos y estos de forma conjunta o separada pero también todo un bloque donde se incluye mineralización, niveles y estructuras.

En general en el sistema de información se tiene la información suficiente para generar los modelos 3D. Ahora bien, en general no son imprimibles directamente y requieren un procesado para lograr que el modelo cumpla sus objetivos. Los procesos a realizar dependen en gran manera de los objetivos que se pretenden alcanzar, por ejemplo, necesidad de hacer cortes o la necesidad de dividir el modelo por los planos de falla, por ejemplo, si se pretende explicar la sismicidad posible en una falla activa.

La construcción de modelos a partir de campañas de sísmica 3D interpretadas es relativamente directa. La modelización de un cuerpo mineralizado a partir de sondeos requiere emplear las mismas técnicas que la modelización usadas para cálculo de reservas o la representación en 3D en el ordenador.

Medioambiente

Diversas aplicaciones se les han dado a los modelos 3D. Pudiéramos clasificarlos en dos grandes grupos: la primera sería el unido a entender el funcionamiento de los sistemas y el impacto, el segundo al diseño de las soluciones.

La construcción de modelos 3D, por ejemplo, se ha demostrado de utilidad para entender la circulación de las aguas subterráneas, esto está muy ligado a los modelos geológicos. También se han demostrado útiles tanto para estudios de riesgos como de impactos visuales.

En cuanto al diseño la construcción de modelos 3D ayuda, por ejemplo, al diseño de las formas de las áreas de vertido para su adecuada integración en el paisaje, aumentando la versatilidad e interacción que tiene la representación 3D en pantalla de ordenador.

La impresión 3D representa un cambio importante en la actual percepción de la geología ya que permite duplicar y desmontar nuestro mundo natural.

Futuro

La impresión 3D conoce mejoras cada día, así, por ejemplo. Aunque en la actualidad existen técnicas que permiten colorear los modelos ya está anunciada una nueva generación de impresoras en colores. También los materiales utilizados cada vez son más variados con propiedades distintas. La velocidad de impresión también está mejorando de forma significativa. El software de generación de modelos a partir de los datos originales mejora, igualmente, día a día.

Conclusiones

La impresión 3D es una nueva posibilidad para mejorar el trabajo geológico como medioambiental. La facilidad de uso, así como el coste tanto de adquisición como operación hacen que sean un elemento más que debe estar presente en cualquier estudio de geología y Medioambiente.

Jose María Cornejo colabora como docente en las áreas de SIG y Teledetección del Instituto Superior del Medio Ambiente.

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