Kawsay Rikuy

Incendios Forestales en América Latina: Un Desafío Ambiental que Devasta Millones de Hectáreas Anualmente

América Latina ha experimentado una preocupante tasa de incendios forestales durante la última década, con un promedio anual de 33 millones de hectáreas afectadas. Esta cifra representa una pérdida significativa de biodiversidad y ecosistemas, superando la extensión territorial de países como Argentina y Chile. Si bien la tendencia no es lineal, años como 2010 evidenciaron la magnitud de estos eventos, con más de 56 millones de hectáreas arrasadas por el fuego. En 2019, los eventos de incendios se distribuyeron más densamente en las afueras de la cuenca amazónica y la región del Chaco (Figura 1)

Fig 1: Mapa de Áreas quemadas en Latinoamérica año 2019 [1]

Bosques en Peligro: Tendencias Alarmante de Deforestación por País

La Figura 2 nos revela un panorama alarmante de la deforestación en América Latina, con países como Chile y Argentina encabezando la lista. La deforestación no solo implica la pérdida de biodiversidad y la degradación del suelo, sino que también contribuye al cambio climático al liberar grandes cantidades de carbono almacenado en los bosques. Es fundamental que los gobiernos de la región implementen políticas más ambiciosas para proteger los bosques y promover prácticas sostenibles, como la agricultura de conservación y el manejo forestal certificado. Además, la cooperación internacional es clave para enfrentar este desafío global y garantizar un futuro más sostenible para nuestro planeta.
Fig 2: Tasas de deforestación para cada país y tipo de bosque en América Latina [2] 

El costo oculto de las especies invasoras

La biodiversidad de América Latina se encuentra bajo una creciente presión debido a diversas amenazas, entre las cuales destacan las especies invasoras. Como lo revela el gráfico de barras, países como Brasil, México, Colombia y Ecuador presentan un número significativamente elevado de especies amenazadas. Estas especies nativas se enfrentan a una competencia desleal por recursos y hábitats, lo que pone en riesgo su supervivencia. La introducción de especies exóticas, muchas veces con fines comerciales u ornamentales, ha alterado los equilibrios ecológicos y ha desencadenado una cascada de efectos negativos en los ecosistemas de la región.

Fig 3: Número de especies amenazadas por región [3]

La Figura 4 muestra que las especies invasoras representan una grave amenaza para la biodiversidad en América Latina. El gráfico de barras compara el número de especies invasoras identificadas en diferentes países de la región. Se observa que países como México y Brasil presentan las mayores cantidades de especies invasoras, lo que indica que estos ecosistemas están siendo particularmente afectados por la introducción de especies exóticas. Esto pone de manifiesto la necesidad de tomar medidas urgentes para controlar y erradicar estas especies y proteger la biodiversidad nativa.

Fig 4: Número de especies invasoras por país, año 2016 [3]

Dado este contexto de amenazas a los ecosistemas en América Latina, surge la necesidad de un sistema integrado que permita monitorear de manera continua los incendios forestales, la deforestación y la expansión de especies invasoras. Para responder a estas problemáticas, el proyecto propone una plataforma basada en tecnologías de teledetección, combinando datos de satélites y análisis de campo. A través de esta plataforma, será posible detectar cambios en la cobertura forestal, evaluar la salud de los bosques y monitorear la presencia de especies no nativas, facilitando la toma de decisiones para la conservación y gestión sostenible de los recursos naturales de la región. A continuación, se detalla el funcionamiento del sistema y su enfoque para abordar cada problemática de manera eficaz.

Flujo de trabajo para el monitoreo y análisis de ecosistemas mediante imágenes satelitalesFig 5: Diagrama de flujo del procesamiento de datos

El diagrama de flujo presentado ofrece una visión clara y concisa del proceso integral para el monitoreo y análisis de ecosistemas mediante imágenes satelitales. Este flujo de trabajo se divide en las siguientes etapas clave:

1. 1. Adquisición de Datos:

Los satélites Sentinel-1 y Sentinel-2 capturan imágenes de áreas específicas de interés. Estas imágenes son fundamentales para calcular índices como el NDVI (Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada) y para detectar variaciones en la vegetación y el agua.

1. 2. Almacenamiento de Datos:

Las imágenes obtenidas se almacenan inicialmente en una base de datos local y, posteriormente, se suben a la nube para un procesamiento más avanzado y seguro.

1. 3. Procesamiento de Datos:

Se lleva a cabo una serie de procesos diseñados para mejorar la calidad de las imágenes y extraer información relevante. Esto incluye:

Corrección de Imágenes: Se corrigen distorsiones geométricas y radiométricas para garantizar la precisión de los datos.

Cálculo de Índices: Se calculan índices espectrales como NDVI y NDWI (Índice de Agua de Diferencia Normalizada), que permiten evaluar la salud de la vegetación, la disponibilidad de agua y otros parámetros ecológicos.

1. 4. Generación de Informes:

A partir de los datos procesados, se generan informes periódicos que sintetizan el estado de los ecosistemas, destacando las amenazas identificadas y la gravedad de los riesgos. Estos informes son accesibles a través de una plataforma que facilita la toma de decisiones informadas.

1. 5. Visualización de Resultados:

Los datos procesados se representan en mapas interactivos utilizando Sistemas de Información Geográfica (SIG). Estos mapas permiten identificar áreas afectadas por incendios, deforestación, cambios en la cobertura terrestre y la presencia de especies invasoras. Los usuarios pueden explorar estos mapas en detalle para analizar zonas de interés específicas.

1. 6. Detección de Anomalías:

Se emplean algoritmos avanzados para detectar anomalías en las imágenes, tales como puntos calientes asociados a incendios, cambios en la cobertura terrestre a lo largo del tiempo y la presencia de especies invasoras. Estos análisis se sustentan en modelos predictivos y enfoques multitemporales.

Estrategia de implementación 

Corto plazo:

La primera fase se enfocará en la integración de datos satelitales y el desarrollo de los algoritmos iniciales para la clasificación de flora. Este paso permitirá que el sistema pueda operar de manera autónoma.

Mediano plazo:

Se realizarán pruebas piloto en áreas geográficas específicas para validar la precisión de los algoritmos. Se buscará colaboración con aliados locales para la validación de datos de campo, asegurando que los resultados reflejen correctamente la realidad de los ecosistemas monitoreados.

Una vez finalizadas las pruebas, se procederá con el despliegue completo de la plataforma, permitiendo a los usuarios acceder a los mapas interactivos y generando informes automáticos que ayudarán en la toma de decisiones.

Tabla 1: Fases de Levantamiento del Proyecto

⚙Tecnologías espaciales de la UE

La plataforma se basará en datos de Sentinel-1 y Sentinel-2 de Copernicus. Estos satélites ofrecen capacidades complementarias que permitirán un monitoreo detallado y eficiente de los ecosistemas forestales.

Sentinel-2, con su capacidad para capturar la luz reflejada por la vegetación en múltiples bandas del espectro electromagnético, ayudará a evaluar la salud y el vigor de los bosques. Este análisis espectral permitirá identificar variaciones en los pigmentos foliares y nutrientes, fundamentales para diferenciar especies nativas de especies invasoras, lo que facilita su monitoreo a gran escala.

Por su parte, Sentinel-1, mediante tecnología radar, proporcionará información sobre la estructura de la vegetación y la humedad del suelo, permitiendo detectar cambios en la cobertura forestal. Esto incluye la identificación de áreas donde la vegetación ha sido alterada por la presencia de especies invasoras. Su capacidad para detectar cambios estructurales hace posible monitorear la expansión de estas especies a lo largo del tiempo y entender mejor su impacto en el ecosistema.

El uso de imágenes multiestacionales permitirá observar cómo las especies de plantas varían a lo largo del año, aprovechando los cambios fenológicos para distinguirlas con mayor precisión. Esto es especialmente útil para detectar especies de plantas no nativas que, aunque puedan parecer similares a las especies locales en ciertos momentos del año, presentan diferencias significativas en otros periodos.

En conjunto, la combinación de datos ópticos y radar permite superar las limitaciones de cada sensor por separado, ofreciendo una visión más precisa y detallada de la dinámica de los ecosistemas y facilitando la toma de decisiones para la gestión y conservación de los bosques. Esto permitirá no solo detectar la presencia de especies invasoras, sino también anticipar su propagación y diseñar estrategias de intervención más efectivas.

Fig 6: Diagrama de flujo de funcionamiento del sistema

Problemática 

Kawsay Rikuy aborda directamente el desafío #3: Preservar la biodiversidad y los hábitats en peligro. Al proporcionar un monitoreo continuo de los ecosistemas forestales, la plataforma permite detectar de manera temprana signos de degradación, como la deforestación y los incendios forestales, lo que facilita una respuesta rápida y efectiva. Al identificar y mapear áreas vulnerables, se pueden implementar medidas de prevención y mitigación, reduciendo así el riesgo de desastres relacionados con la pérdida de cobertura forestal y la degradación de los suelos, como deslizamientos de tierra e inundaciones.

Modelo de Negocio

Para el modelo de negocios de Kawsay Rikuy, destacamos cómo nuestra plataforma aborda la conservación ambiental con tecnología de vanguardia. A través del uso de imágenes satelitales y algoritmos avanzados de análisis, proporcionamos información en tiempo real sobre el estado de los ecosistemas. Esto permite a organizaciones y gobiernos identificar y mitigar amenazas como incendios forestales, deforestación, y la expansión de especies invasoras, de manera rápida y efectiva. Kawsay Rikuy optimiza los recursos al reducir la necesidad de visitas de campo, ofreciendo datos actualizados de forma remota y a bajo costo, lo que facilita la toma de decisiones informadas para la conservación y gestión de recursos naturales en América Latina.

Fig 7: Estructura del Modelo de Negocios de Kawsay Rikuy

Las estaciones meteorológicas tradicionales y el proyecto Kawsay Rikuy presentan enfoques y capacidades distintas para el monitoreo ambiental. En cuanto a la cobertura geográfica, las estaciones meteorológicas están limitadas a un punto específico, midiendo las variables atmosféricas en un lugar exacto. Esto significa que para cubrir un área extensa, sería necesario instalar múltiples estaciones en distintos puntos. Por otro lado, Kawsay Rikuy tiene una cobertura mucho mayor, ya que utiliza imágenes satelitales de Sentinel-1 y Sentinel-2, lo cual le permite abarcar áreas amplias de bosque y ecosistemas completos sin necesidad de infraestructura adicional.

Fig 8: Estación Meteorológica Tradicional

Las variables medidas también difieren significativamente. Una estación meteorológica se centra en variables climáticas tradicionales como la temperatura, humedad, precipitación, velocidad y dirección del viento, y presión atmosférica. Kawsay Rikuy, en cambio, monitorea indicadores de salud ecológica, incluyendo el índice de vegetación (NDVI), la detección de incendios, el estrés hídrico, la deforestación y la expansión de especies invasoras, variables que ayudan a evaluar y preservar los ecosistemas.

En cuanto a la frecuencia de obtención de datos, una estación meteorológica ofrece información en tiempo real, permitiendo un monitoreo continuo del clima. Kawsay Rikuy obtiene y analiza imágenes satelitales de manera periódica, con frecuencia definida según la disponibilidad de las imágenes, proporcionando así una perspectiva de cambios a escala de paisaje, aunque no tan detallada como la que se obtiene en un punto fijo.

Respecto al costo de implementación y mantenimiento, las estaciones meteorológicas tienen un costo de instalación por cada punto de monitoreo y requieren mantenimiento regular para garantizar su precisión, especialmente en condiciones ambientales adversas. Kawsay Rikuy, al no depender de infraestructura física en el campo, disminuye estos costos de manera considerable. Los principales gastos están asociados al procesamiento y análisis de los datos satelitales, lo cual facilita la cobertura de grandes áreas sin la logística de mantenimiento.

En términos de escalabilidad, Kawsay Rikuy ofrece una ventaja notable. Expandir una red de estaciones meteorológicas implica instalar nuevas estaciones en otros puntos, lo cual no solo es costoso sino que requiere infraestructura física y calibración constante. Kawsay Rikuy, en cambio, se basa en la adquisición de imágenes satelitales; al disponer de acceso a más imágenes, puede cubrir un área mucho mayor sin añadir elementos físicos adicionales.

La resiliencia ante condiciones climáticas extremas también es distinta. Las estaciones meteorológicas, al estar expuestas en el campo, pueden dañarse o perder precisión en condiciones extremas como tormentas, nieve o temperaturas bajas. Kawsay Rikuy, en cambio, depende únicamente de la disponibilidad de imágenes satelitales, y su análisis continúa sin importar las condiciones locales, siendo más confiable en este aspecto.

En cuanto a la predicción y modelización, las estaciones meteorológicas proporcionan datos climáticos que permiten hacer inferencias limitadas mediante ciertos modelos. Sin embargo, su función principal es descriptiva, proporcionando datos actuales del clima. Kawsay Rikuy tiene un enfoque más predictivo, permitiendo modelizar cambios a largo plazo en el ecosistema y anticipar impactos potenciales de factores como el cambio climático sobre el entorno natural, lo que resulta valioso para la planificación de conservación.

Finalmente, en términos de aplicaciones para la conservación, las estaciones meteorológicas permiten entender el microclima local y cómo este afecta el entorno inmediato, siendo especialmente útiles en estudios específicos de clima. Kawsay Rikuy, en cambio, está diseñado para ofrecer herramientas de análisis orientadas a la conservación, facilitando decisiones de gestión de recursos, protección de especies en riesgo, y mitigación de amenazas ambientales, como incendios y especies invasoras, a una escala mucho mayor.

Propuesta inicial para la implementación del proyecto 

1. Propuesta al Gobierno Local

Primero, se va a presentar el proyecto al gobierno local, explicando cómo Kawsay Rikuy puede cubrir áreas extensas de ecosistemas con un costo significativamente menor que las estaciones meteorológicas tradicionales. Se comparará los gastos actuales en estaciones locales con los costos de nuestro proyecto, demostrando un ahorro considerable y resaltando la eficiencia de Kawsay Rikuy para el monitoreo y la conservación ambiental.

2. Demostración de Funcionalidad mediante un Proyecto Piloto

A continuación, se implementará una fase piloto en una zona clave. Durante esta etapa, realizaremos análisis satelitales, como el índice de vegetación (NDVI), para detectar la salud de la vegetación y posibles amenazas como el estrés hídrico. Generaré un informe que comparta los resultados, demostrando la efectividad de Kawsay Rikuy para monitorear ecosistemas y apoyar la toma de decisiones.

3. Desarrollo del Plan de Implementación Local

Basado en las prioridades de monitoreo del gobierno local, definiremos áreas de interés especial, como reservas o fuentes hídricas, donde se enfocará Kawsay Rikuy. Proporcionaré capacitación al personal local para interpretar los datos y aplicarlos en la gestión ambiental, de manera que el uso de esta herramienta sea autosostenible a nivel local.

4. Escalabilidad Regional

Una vez que el proyecto esté funcionando en la zona piloto, lo escalaremos a otras áreas que el gobierno local desee monitorear, ampliando la cobertura de Kawsay Rikuy sin necesidad de añadir nueva infraestructura física. Esta expansión permitirá que se monitoreen áreas adicionales en tiempo real y con bajo costo, lo cual será clave para una conservación más efectiva.

5. Impacto y Expansión Nacional

Con el tiempo, generaré reportes de impacto que demuestren el beneficio de Kawsay Rikuy en la gestión ambiental local, incluyendo la recuperación de vegetación y el control de especies invasoras. Estos reportes mostrarán el ahorro y el impacto positivo, y servirán como base para expandir Kawsay Rikuy a otras regiones del país, potenciando así la conservación y sostenibilidad de nuestros recursos naturales.

Con Kawsay Rikuy, no solo monitoreamos la tierra; la protegemos para las generaciones futuras. A través de la tecnología y la innovación, hacemos de la conservación un compromiso accesible, eficiente y sostenible.

Equipo

José Nivicela Marchán es un estudiante de la Facultad de Ingeniería de Telecomunicaciones apasionado por la tecnología y el procesamiento de imágenes. 

Franklin Gómez López, egresado de Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones, cuenta con experiencia en redes de sensores, segmentación semántica y procesamiento de imágenes. 

Referencias

[1] Issued-based Coalition–Climate Change and Resilience Latin America and the Caribbean, Wildfires in Latin America: A Preliminary Analysis, Messages, and Resources for RC/UNCT, United Nations Regional Collaborative Platform, Aug. 13, 2021.

[2]Armenteras, D., Espelta, J. M., Rodríguez, N., & Retana, J. (2017). Deforestation dynamics and drivers in different forest types in Latin America: Three decades of studies (1980–2010). Global Environmental Change, 46, 139-147.

[3]OECD (2019), "Trends and key pressures on biodiversity and ecosystems", in Biodiversity Conservation and Sustainable Use in Latin America: Evidence from Environmental Performance Reviews, OECD Publishing, Paris, https://doi.org/10.1787/9789264309630-6-en.