Las mediciones telefónicas brindan información rápida y precisa sobre la salud de los bosques

Los investigadores, de la Universidad de Cambridge, desarrollaron el algoritmo, que brinda una medida precisa del diámetro del árbol, una medida importante utilizada por los científicos para monitorear la salud del bosque y los niveles de secuestro de carbono.

El algoritmo utiliza sensores LiDAR de baja resolución y bajo costo que se incorporan en muchos teléfonos móviles y proporciona resultados que son tan precisos, pero mucho más rápidos que las técnicas de medición manual. Los resultados se publican en la revista Sensores remotos.

La principal medida manual utilizada en ecología forestal es el diámetro del árbol a la altura del pecho. Estas medidas se utilizan para determinar la salud de los árboles y el ecosistema forestal más amplio, así como la cantidad de carbono que se secuestra.

Si bien este método es confiable, dado que las mediciones se toman desde el suelo, árbol por árbol, el método requiere mucho tiempo. Además, el error humano puede dar lugar a variaciones en las mediciones.

“Cuando intentas averiguar cuánto carbono secuestra un bosque, estas mediciones en el suelo son enormemente valiosas, pero también consumen mucho tiempo”, dijo la primera autora Amelia Holcomb del Departamento de Ciencia y Tecnología Informática de Cambridge. “Queríamos saber si podíamos automatizar este proceso”.

Algunos aspectos de la medición forestal se pueden llevar a cabo utilizando sensores LiDAR especiales y costosos, pero Holcomb y sus colegas querían determinar si estas mediciones se podían realizar con sensores más baratos y de menor resolución, del tipo que se usa en algunos teléfonos móviles para Aplicaciones de realidad aumentada.

Otros investigadores han llevado a cabo algunos estudios de medición forestal utilizando este tipo de sensor, sin embargo, esto se ha centrado en bosques muy gestionados donde los árboles son rectos, espaciados uniformemente y la maleza se limpia regularmente. Holcomb y sus colegas querían probar si estos sensores podían arrojar resultados precisos para bosques no gestionados de forma rápida, automática y en una sola imagen.

“Queríamos desarrollar un algoritmo que pudiera usarse en bosques más naturales y que pudiera lidiar con cosas como ramas bajas o árboles con irregularidades naturales”, dijo Holcomb.

Los investigadores diseñaron un algoritmo que utiliza un sensor LiDAR de teléfono inteligente para estimar el diámetro del tronco automáticamente a partir de una sola imagen en condiciones de campo realistas. El algoritmo se incorporó a una aplicación personalizada para un teléfono inteligente Android y puede devolver resultados casi en tiempo real.

Para desarrollar el algoritmo, los investigadores primero recopilaron su propio conjunto de datos midiendo árboles manualmente y tomando fotografías. Usando técnicas de procesamiento de imágenes y visión por computadora, pudieron entrenar el algoritmo para diferenciar troncos de ramas grandes, determinar en qué dirección se inclinaban los árboles y otra información que podría ayudar a refinar la información sobre los bosques.

Los investigadores probaron la aplicación en tres bosques diferentes, uno en el Reino Unido, EE. UU. y Canadá, en primavera, verano y otoño. La aplicación pudo detectar el 100 % de los troncos de los árboles y tuvo una tasa de error media del 8 %, que es comparable a la tasa de error cuando se mide a mano. Sin embargo, la aplicación aceleró significativamente el proceso y fue unas cuatro veces y media más rápida que medir árboles manualmente.

“Me sorprendió que la aplicación funcione tan bien como lo hace”, dijo Holcomb. “A veces me gusta desafiarlo con un trozo de bosque particularmente abarrotado, o un árbol de forma particularmente extraña, y creo que no hay forma de que lo haga bien, pero lo hace”.

Dado que su herramienta de medición no requiere capacitación especializada y utiliza sensores que ya están incorporados en un número cada vez mayor de teléfonos, los investigadores dicen que podría ser una herramienta precisa y de bajo costo para la medición forestal, incluso en condiciones forestales complejas.

Los investigadores planean hacer que su aplicación esté disponible públicamente para teléfonos Android a finales de esta primavera.

La investigación fue financiada en parte por la beca de posgrado David Cheriton, el Consejo Nacional de Investigación de Canadá y la beca de posgrado distinguida de Harding.

Referencia:
Amelia Holcomb, Linzhe Tong y Srinivasan Keshav. ‘Estimación robusta del diámetro del árbol de una sola imagen con teléfonos móviles’. Teledetección (2023). DOI: 10.3390/rs15030772