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CIENCIA DE LA COMPUTACIÓN

Con la colaboración del cielo

La plataforma Google Earth Engine ‒nacida en Brasil‒ se utiliza en la elaboración de mapas temáticos a partir de imágenes satelitales

Zona agrícola de la ciudad de Bakersfield, en California, Estados Unidos: la máscara roja muestra plantaciones de algodón

Lucas Cavalcante/ USP Zona agrícola de la ciudad de Bakersfield, en California, Estados Unidos: la máscara roja muestra plantaciones de algodónLucas Cavalcante/ USP

En noviembre de 2013, el científico Matthew Hansen, de la Universidad de Maryland, Estados Unidos, publicó en la revista Science el primer mapa digital en alta resolución de la cobertura forestal de todo el planeta y las transformaciones que la misma padeció entre 2000 y 2012. A finales del año pasado, fue el turno de investigadores del Joint Center Research de la Unión Europea, quienes revelaron un mapeo completo de las fuentes de agua de la Tierra elaborado con base en imágenes satelitales en un nivel de detalle nunca visto. Y a partir de 2012, el Instituto del Hombre y Medio Ambiente de la Amazonia (Imazon), una organización ambiental que actúa en la región norte de Brasil, empezó a divulgar alertas mensuales de desmonte y degradación de la Selva Amazónica. Las tres iniciativas se valen de una plataforma tecnológica desarrollada por el gigante estadounidense Google y llamada Earth Engine, cuyo proyecto nació en Brasil y contó con la participación decisiva de científicos nacionales.

“Google Earth Engine es una plataforma tecnológica destinada al análisis de datos ambientales a escala planetaria. Pone a disposición imágenes de satélite producidas durante los últimos 40 años y actualizadas diariamente, y suministra las herramientas necesarias y un masivo poder computacional a científicos y otros interesados en detectar cambios y tendencias en la superficie terrestre, en los océanos y en la atmósfera”, explica la científica de la computación Rebecca Moore, líder del equipo Earth Engine, en la sede de Google en Mountain View, Estados Unidos. “La plataforma es una herramienta que democratiza el acceso a datos de satélites, transformando píxeles en conocimiento. Es justo decir que Earth Engine fue concebido en Brasil y llevado adelante por científicos brasileños, especialmente por los investigadores Carlos Souza Júnior, del Imazon, y Gilberto Câmara, del Inpe [el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales].”

Earth Engine, una versión más sofisticada, avanzada y robusta que el Google Earth –el popular programa computacional que permite la visualización de modelos tridimensionales del globo terrestre–, también permite la elaboración de minuciosos mapas del planeta mediante el agregado de imágenes de satélites; pero va más allá. Una ventaja de esta plataforma consiste en que les permite a los científicos realizar cálculos y el procesamiento de datos en la propia nube de computadoras de Google, lo que facilita la extracción de informaciones de las imágenes. Para hacerse una idea de la facilidad que brinda este sistema, Hansen, de la Universidad de Maryland, dispuso de 10 mil computadoras de Google trabajando en paralelo, lo que totalizó 1 millón de horas de procesamiento. Ese ejército computacional analizó 700 mil imágenes del satélite Landsat, el equivalente 20 billones de píxeles, para producir el mapa global de los bosques del mundo con una resolución de tan sólo 30 metros. “Una tarea cuya conclusión habría tardado más de 15 años en un solo ordenador se finalizó en pocos días con Google Earth Engine”, subraya Moore.

Análisis temporal del desmonte en la Amazonia...

Google Engine Análisis temporal del desmonte en la Amazonia…Google Engine

En la actualidad, más de 3 mil científicos e instituciones del mundo emplean esta plataforma en sus investigaciones. “Con Earth Engine pretendemos encarar desafíos globales en áreas tales como seguridad alimentaria, disponibilidad de agua, salud pública, cambios climáticos y gestión de recursos naturales escasos”, dice Moore. La idea de crear una herramienta con tamaño potencial surgió en 2008, cuando la investigadora de Google estuvo en Brasilia para presentar el proyecto Google Earth Solidario, que pone los sistemas Earth y Maps a disposición de organizaciones sin fines de lucro para que puedan darles visibilidad a sus causas. “Durante el intervalo de una charla sobre cómo usaban las tecnologías Google los indios suruíes para proteger sus tierras, Carlos Souza Júnior se acercó y me dijo que pese a que Earth y Maps eran fantásticos, sentía una carencia de nuevas tecnologías de mapeo que soportasen un monitoreo ambiental a gran escala: un sistema capaz de mapear, medir y monitorear la desforestación en la Amazonia, por ejemplo”, recuerda Moore. El Imazon tenía la capacidad técnica y científica para hacerlo, pero se encontraba limitado debido a la enorme cantidad de imágenes de satélite y recursos computacionales que se requerían: tardaba semanas para concretar el análisis del desmonte en la organización, en una sola computadora. “Fue entonces cuando nos dimos cuenta que ése era un desafío a ‘escala Google’.”

A partir de entonces se intensificaron los contactos del investigador brasileño y su equipo con Google y se realizaron varias reuniones en Brasil y en California, en Estados Unidos, donde se encuentra la sede de la compañía. En 2009, la empresa estadounidense y el Imazon mostraron un prototipo de Google Earth Engine durante la Convención del Clima de Copenhague, la COP 15. Ese mismo año, el investigador Gilberto Câmara, quien en esa época era responsable de varios productos del Inpe relacionados con el monitoreo de la Selva Amazónica, recibió una invitación para participar en la creación de la plataforma. “Câmara nos orientó sobre una serie de características y configuraciones de datos que Earth Engine debería tener, tal como la capacidad de realizar análisis temporales, por ejemplo. Y recomendó que incentivásemos a los investigadores a hacer análisis de cambios en la cobertura terrestre en el decurso del tiempo”, dice Moore, quien estará en João Pessoa, estado Paraíba, a finales de este mes de abril para participar en el XVII Simposio Brasileño de Monitoreo Remoto. La científica disertará sobre las tecnologías de mapeo Google durante la sesión especial intitulada “Big Data en observación de la Tierra: infraestructuras y análisis espacio-temporales”.

...la ocupación humana entre 1984 y 2012 a lo largo de la carretera BR-364, en el estado de Rondônia

Google Engine …la ocupación humana entre 1984 y 2012 a lo largo de la carretera BR-364, en el estado de RondôniaGoogle Engine

El primer proyecto operativo en el cual se empleó Google Earth Engine fue un sistema de monitoreo forestal creado por el Imazon. En 2012, cuatro años después del contacto inicial con Google, la organización presentó en Río de Janeiro, durante la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Desarrollo Sostenible, la Río+20, su nuevo Sistema de Alerta de Desmonte alimentado por Earth Engine (SAD-EE). “Google hizo las cosas más sencillas. La integración de nuestro Sistema de Alerta de Desmonte, lanzado en 2008, con Google Earth Engine, hizo disminuir drásticamente el tiempo que nuestro equipo dedicaba a la gestión de datos e imágenes de satélite. El SAD-EE representó una revolución en la forma de monitoreo de nuestros bosques. Con este sistema, logramos producir alertas de desmonte a través boletines en forma rápida, lo cual permite concretar un combate más eficaz contra la tala ilegal”, dice Souza Júnior, geólogo e investigador del Imazon, con sede en la ciudad de Belém (Pará).

La primera gran ventaja del SAD-EE, según el investigador, consiste en que los datos y las herramientas de procesamiento de imágenes satelitales, edición de mapas digitales y validación del mapeo quedan disponibles y operativos en las computadoras de Google. De este modo, el tiempo necesario para el procesamiento previo, el análisis, la divulgación de los datos y la generación de alertas disminuye considerablemente. La segunda ventaja consiste en la posibilidad de integrarse con sistemas de comunicación móvil, tales con smartphones y tablets, y con la rede de computadoras de internet. “Esto facilita el acceso a alertas de desmonte y degradación forestal por parte de los usuarios”, subraya Souza Júnior. El investigador destaca a su vez el enorme potencial colaborativo del SAD-EE, que permite que cualquier persona suministre datos e información recolectada en campo y en tiempo real.

064-069_Google Engine_230-02Aparte del Imazon, al menos una docena de científicos e instituciones brasileñas usan Earth Engine. Una de ellas es el Instituto Centro de la Vida (ICV), una organización no gubernamental ambientalista con sede en Cuiabá (Mato Grosso), enfocada en proyectos que concilien la producción agropecuaria y forestal con la conservación y la recuperación del medio ambiente. “Una diferencia de estas tecnologías radica en su agilidad de acceso y en el procesamiento de datos de monitoreo remoto”, comenta el ingeniero forestal Ricardo Abad, coordinador del Núcleo de Geotecnologías del ICV. El instituto realiza diversas actividades en campo, tales como experimentos de restauración de áreas de preservación permanentes (APPs) y cabeceras de ríos, aparte de trabajos de intensificación ganadera. Los datos de esos experimentos se adquieren, se almacenan y se distribuyen mediante herramientas que se basan en las tecnologías Google Geo.

“Después de recolectar en campo imágenes de alta resolución –ya sea mediante globos, cometas o vants [vehículos aéreos no tripulados]–, las archivamos en Maps Engine, una plataforma destinada al almacenamiento y la distribución de datos geoespaciales. Simultáneamente, usamos celulares inteligentes con sistema Android o acceso a formularios electrónicos para realizar la recolección de informaciones en campo mediante el empleo de Open Data Kit. A su vez, esos datos se almacenan en la nube Google, lo cual permite su acceso desde cualquier lugar del planeta en donde haya internet”, dice Abad. Open Data Kit, o sencillamente ODK, es una aplicación que permite recabar datos y enviarlos a un servidor online con dispositivos móviles Android.

Los técnicos y científicos del ICV también emplean las herramientas Google para la verificación de imágenes de alertas de desmonte emitidos por el Imazon y el Inpe. “La facilidad de acceder a imágenes sumamente recientes dota de gran agilidad a la generación de informes que pueden dar apoyo a acciones de inspección. Utilizamos la plataforma Google Earth Engine para generar clasificaciones multitemporales de uso y cobertura del suelo, para constatar el avance de cultivos, pasturas y reservorios de centrales hidroeléctricas, entre otros, que terminan provocando deforestación”, dice Abad. “Hace poco utilizamos esas imágenes para verificar cómo se llenaba un reservorio de una usina hidroeléctrica recientemente construida sobre el río Teles Pires, que hace de límite natural entre los estados de Pará y Mato Grosso, y constatamos la inundación de extensas áreas de selva.”

El primer mapa digital de las selvas existentes en el planeta elaborado con imágenes de satélite

Google Engine El primer mapa digital de las selvas existentes en el planeta elaborado con imágenes de satéliteGoogle Engine

También el investigador Lucas Schmidt Cavalcante, del Instituto de Ciencias Matemáticas y Computación de la Universidad de São Paulo (ICMC-USP) está utilizando Earth Engine para detectar y monitorear cultivos agrícolas mediante imágenes satelitales. El objetivo final de ese monitoreo consiste en mejorar las estimaciones de la producción. “No soy del área de monitoreo remoto y mi contacto con este campo se concretó recién el año pasado, durante una pasantía de cuatro meses que hice en Google, en California”, explica Cavalcante, graduado en Ciencias de la Computación. “En esa oportunidad me di cuenta de que Earth Engine podría tener una aplicación interesante en los métodos de clasificación que estaba desarrollando en mi maestría, con beca de la FAPESP. La finalidad de los mismos consiste en estudiar tecnologías capaces de detectar diferentes cultivos agrícolas. También planeo estudiar áreas de plantación de caña de azúcar en São Paulo.”

Durante el tiempo de su pasantía en Google, entre mayo y agosto de 2014, Cavalcante trabajó con el equipo responsable del desarrollo de Earth Engine. “Mi objetivo fue expandir la API de Earth Engine para permitir el análisis de series temporales en los datos de satélites. Me encargué de la implementación de un algoritmo que efectúa la detección de alteraciones y tendencias en áreas de vegetación. Por ejemplo: es capaz de detectar áreas de desmonte y determinar por cuánto tiempo se extendió ese proceso”.  API es la sigla en inglés de interfaz de programación de aplicaciones, y consiste en un conjunto de rutinas y estándares de programación para el acceso a una aplicación de software o plataforma con base en la web.

“El cultivo de la cañamiel tiene una gran importancia para Brasil, y el estado de São Paulo responde por alrededor del 60% de la producción nacional. Por ende, la capacidad de estimar y hacer el seguimiento de la producción de caña de azúcar resulta de fundamental importancia”, dice Cavalcante, haciendo hincapié en que la iniciativa de buscar herramientas de monitoreo remoto para mejorar el seguimiento de la producción agrícola en el mundo fue una de las acciones propuestas durante la reunión de ministros de Agricultura de los países que integran el G20 ‒el grupo de naciones más desarrolladas del planeta– realizada en París en junio de 2011.

En la Universidade Estadual Paulista (Unesp) de la localidad de Presidente Prudente, la ingeniera cartógrafa Arlete Meneguette, docente del Departamento de Cartografía, tiene un vasto conocimiento sobre las soluciones Google Geo. Aparte de enseñarles a utilizar estas herramientas a sus alumnos, Meneguette trabaja en la capacitación de cartógrafos, educadores y otros profesionales que utilizan estos sistemas. Con doctorado en fotogrametría por la Universidad de Londres, Inglaterra, la profesora es voluntaria de Google Maps, líder del Grupo de Educadores Google en Presidente Prudente y revisora regional de Google Map Maker, que les permite a los internautas agregar elementos inéditos en Google Maps y en Google Earth.

“Hay una democratización del acceso, pues los usuarios se vuelven productores y consumidores de información georreferenciada”, destaca Meneguette. “Cuando la geoinformación está contextualizada y es significativa, puede transformarse en conocimiento espacial. En ese punto, Google cobra relieve, pues organiza la información del mundo y la torna accesible y útil mundialmente.”

Cacique Almir Suruí he conocido Google Earth...

GoogleCacique Almir Suruí he conocido Google Earth…Google

En sus investigaciones sobre geocolaboración –una estrategia que permite que profesionales del área y voluntarios generen datos georreferenciados mediante la utilización de mapas cognitivos, navegadores GPS, sensores móviles y herramientas de mapeo en la web–, la profesora de la Unesp ha validado plataformas de mapeo colaborativo y participativo de Google. “Mi opción por ellas fue deliberada, pues son las más difundidas y utilizadas, y yo me percataba de la necesidad de contar con una fundamentación teórico-metodológica entre sus adeptos”, dice. “La cartografía colaborativa cobra cada vez más importancia, pues les brinda la oportunidad a los usuarios de contribuir con su conocimiento local en el perfeccionamiento de los mapas que usan millones de personas.”

Los indios suruíes vigilan su propio territorio

Más allá de su relevancia entre los científicos de universidades e institutos de investigación de Brasil, las tecnologías Google Geo también constituyen un instrumento vital para los suruíes, un grupo indígena que vive en los estados de Rondônia y Mato Grosso. El acercamiento entre estos indígenas brasileños y el gigante de la computación empezó en 2007, cuando, al visitar un cibercafé, el cacique Almir Suruí conoció Google Earth y vio su potencial para preservar el patrimonio y las tradiciones de su pueblo.

... y se dio cuenta del potencial de la herramienta para preservar las tierras de su pueblo

Google… y se dio cuenta del potencial de la herramienta para preservar las tierras de su puebloGoogle

Acto seguido, Almir Suruí ‒quien fue declarado “Héroe de la Selva” por las Naciones Unidas en 2013‒ invitó al equipo de Google Earth Solidario, encabezado por Rebecca Moore, a visitar su tribu y a que le enseñara a usar las herramientas de mapeo Google para proteger la selva y la cultura de su pueblo. Los miembros de la tribu aprendieran a crear y publicar videos en YouTube, a marcar la localización de contenidos y a insertarlos en Google Earth, compartiendo su historia y su modo de vida. En 2012, con el apoyo de Google, los indígenas presentaron el Mapa Cultural Suruí, durante el Foro de Sostenibilidad Empresarial de la Río+20, la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Desarrollo Sostenible realizada en Río de Janeiro.

Los suruíes, que sólo tuvieron el primer contacto con el hombre blanco en 1969, también aprendieron a usar móviles inteligentes para vigilar su territorio y registrar casos de tala ilegal de madera. De este modo, los indios actúan en la protección de la reserva forestal donde viven. Con los celulares capturan fotos y videos con la marca de localización vía GPS, los suben inmediatamente a Google Earth y alertan a las autoridades sobre las talas. Y también utilizan Open Data Kit para monitorear las existencias de carbono de su selva y negociarlas en el mercado de crédito de carbono. “Los suruíes fueron el primer pueblo indígena del mundo en vender créditos de carbono con certificación internacional”, afirma Moore.

En enero de este año, el equipo de Google Earth Solidario participó en un encuentro con más de una decena de líderes de pueblos originarios en Cacoal (Rondônia), interesados en replicar en sus territorios la exitosa experiencia de los suruíes en el manejo de las tecnologías de mapeo Google. La capacitación de indios de esas tribus de los estados de Rondônia, Pará y Amazonas se concretará este mismo año, de acuerdo con Google.

 

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