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Urbanismo

Rocinha en 3D

La tecnología de escaneo láser se está utilizando para realizar un mapeo digital de los asentamientos informales de todo Brasil

Una nube de puntos, fruto de la digitalización tridimensional con láser, muestra una calle de la favela de la Rocinha, en Río de Janeiro

Senseable City Lab / MIT

El escaneo tridimensional con láser (3DLS), una tecnología que crea representaciones digitales de la realidad que ya se venía empleando desde hace un tiempo para la preservación del patrimonio histórico y cultural y en la industria del petróleo y gas, ahora se está usando también para elaborar mapas digitales en tres dimensiones (3D) de las favelas brasileñas. El proyecto más ambicioso se centra en Rocinha, la mayor comunidad de favela brasileña, situada en la capital fluminense (Río de Janeiro). Otra favela carioca, Santa Marta, también fue mapeada utilizando una herramienta similar, cuyos resultados son equivalentes a los de la técnica 3DLS. El objetivo principal de ambas iniciativas consiste en generar información para tratar de mejorar las condiciones de vida de la población local.

El mapeo digital de Rocinha, ejecutada por investigadores brasileños y del laboratorio Senseable City, del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, ya ha generado un proyecto piloto concluido, cuyo objetivo fue una zona limitada del barrio, y actualmente se encuentra en la fase de recaudación de fondos para poder extenderlo a toda la favela. La idea es reconstruir digitalmente el caótico conjunto urbano de la misma, compuesto por escaleras, construcciones de mampostería e innumerables callejuelas y pasillos por donde no circulan automóviles ni motocicletas. Si la experiencia tiene éxito, podría replicarse en otros asentamientos informales de todo el mundo.

La urbanización fuera de las normativas vigentes, la precariedad de los servicios públicos esenciales y la ocupación irregular de los terrenos son algunas de las características de estos segmentos del área urbana que el Instituto Brasileño de Geografía y Estadística (IBGE) denomina conglomerados irregulares [aglomerados subnormais, en portugués]. Los términos populares empleados para designar a estos conglomerados son favela, comunidades, palafitos, loteos y mocambos, esto es, chozas o taperas.

Según estimaciones del IBGE, la Rocinha, que está ubicada en la zona sur de la ciudad de Río de Janeiro, tenía 25.742 domicilios en 2019. No se sabe con certeza cuántas personas viven realmente en el lugar. Según la fuente, los cálculos varían entre 69.000 y 220.000 habitantes. La dificultad para conocer la cantidad aproximada se debe a que la urbanización se encuentra totalmente fuera de toda normativa, en un terreno irregular que abarca 95 hectáreas.

“La Rocinha es gigantesca. Cada vez que hemos querido establecer sus límites para estipular su tamaño, descubrimos que tiene una calle más, otro pasillo”, dice el analista de sistemas Carlos Coutinho, director de la oficina tecnológica fluminense BRtech3D. A comienzos de 2020, la empresa llevó a cabo un escaneo con láser de dos pequeñas zonas de la favela a partir de una idea del arquitecto y urbanista Washington Fajardo, secretario de Panificación Urbana del municipio de Río de Janeiro. Esa fue la prueba piloto del proyecto denominado Favelas 4D, puesto en marcha por el MIT para realizar el mapeo digital de toda la comunidad.

“Los asentamientos informales rara vez se mapean. El uso de cámaras convencionales es rechazado por la comunidad, porque invaden la privacidad. En tanto, el escáner de láser conocido con el nombre de Lidar (detección de luz y medición de distancia), es una tecnología no invasiva que permite realizar un mapeo con un elevado nivel de precisión y en tres dimensiones”, explica el arquitecto Fábio Duarte, investigador principal en el Senseable City Lab y docente del Programa de Posgrado en Gestión Urbana en la Pontificia Universidad Católica de Paraná (PUC-PR).

Debora Verniz Modelo 3D de la comunidad carioca Santa Marta, elaborado a partir de imágenes captadas vía satélite del programa Google Maps, modificadas mediante la técnica de fotogrametríaDebora Verniz

Una nube de puntos
Para realizar la digitalización láser tridimensional, se monta el escáner sobre un trípode y este emite pulsos láser sobre la superficie que se desea mapear, por ejemplo, una callejuela, un pasillo o una vivienda. Los haces lumínicos chocan con la superficie y su rebote es captado por un sensor adosado en el dispositivo. El tiempo de retorno y la inclinación de la luz reflejada indican una coordenada espacial determinada (x, y, z). Una nube de puntos capta la forma de la superficie y permite efectuar una medición precisa incluso en el caso de contornos y geografías complejas (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 293).

El proyecto piloto en la favela Rocinha, que incluyó la digitalización de una calle y un espacio de juegos infantiles, totalizó 480 metros cuadrados y se ejecutó en dos días, poco antes del comienzo de la pandemia del nuevo coronavirus. La digitalización de la favela completa demandará alrededor de cuatro meses. Se utilizaron dos escáneres, que, según Coutinho, le proporcionaron una precisión milimétrica a las mediciones. El dispositivo pesa unos 5 kilogramos y su amplitud de escaneo es de 360 por 315 grados. “Es decir, registra casi todo, lo único que no capta es el espacio situado debajo del aparato, donde se encuentra el trípode. Registramos hasta 1 millón de puntos por segundo”, dice el director de BRtech3D.

Cada área escaneada está compuesta por unas 50 escenas, lo que indica que hubo que situar al equipo en 50 puntos diferentes para captar todos los ángulos del lugar. La idea es que el laboratorio estadounidense desarrolle y perfeccione el algoritmo de análisis matemático de las ocupaciones informales de terrenos para que este método pueda utilizarse en otros lugares del planeta. Según Coutinho, en el marco de otras iniciativas se están desarrollando proyectos similares en África y en la India.

“Con el mapeo con láser en 3D, dispondremos de topografías precisas de la comunidad y así se podrán dimensionar los riesgos asociados al lugar, tales como los deslizamientos del terreno, y además se sabrá exactamente dónde está ubicado cada inmueble”, explica Duarte. “De este modo, podremos ayudar a los residentes de Rocinha a tener direcciones postales, algo fundamental para poder acceder a diversos servicios públicos”.

Con datos más precisos, será viable planificar el drenaje del agua y el alcantarillado en función de las pendientes y la altura de las callejuelas, además de poder organizar el cableado de las redes de energía eléctrica y de telecomunicaciones. A su vez, la recolección de residuos y la limpieza de las calles podrán estructurarse mejor. En síntesis, al proporcionar una mejor comprensión de la lógica arquitectónica del barrio, el proyecto permitirá que los pobladores estén en mejores condiciones de poder reclamar diversos servicios públicos.

“Con este trabajo, pretendemos crear una metodología más innovadora para la implementación de políticas públicas en las favelas, basada en evidencias y datos. Pretendemos generar una especie de big data de las favelas”, dice Fajardo. “El proyecto Favelas 4D permitirá realizar mejoras urbanísticas con mayor eficiencia y celeridad y promoverá la vivienda digna, la creación de una infraestructura inteligente y servicios de salud pública, así como grandes avances en la regularización de las propiedades en estas comunidades”.

Un artículo publicado en abril de este año por los investigadores del Senseable City Lab en la plataforma de preprints (sin revisión por pares) arXiv informaba que, de los 4.000 millones de personas que viven en las ciudades de todo el mundo, casi la cuarta parte residen en asentamientos irregulares. “Aunque generalmente están consolidadas, en gran medida son inaccesibles a las tecnologías de cartografiado tradicionales y, por esto mismo, se tornan invisibles y desprovistas de todo derecho urbano”, se describe en el artículo, cuya autora principal es Arianna Salazar Miranda, nacida en Costa Rica y estudiante de doctorado en el MIT.

En el caso de Rocinha, tan solo el 23 % de la extensión total de sus calles formaba parte de Google Street View, la plataforma que ofrece vistas panorámicas de 360 grados de diversas ciudades del mundo a partir de imágenes captadas por cámaras instaladas en vehículos. Esta escasa cobertura, según explican los autores del estudio, se debe al hecho de que tan solo esa porción de las calles puede captarse correctamente desde vehículos automotores.

Otras técnicas de mapeo urbano también se ven limitadas. La vista desde arriba tomada por satélites y drones no dice demasiado sobre la realidad de la comunidad, puesto que resulta difícil dimensionar qué hay debajo de cada edificación. Los investigadores señalan en el texto que, para medir la morfología de un asentamiento informal, se dispone de cinco magnitudes que están relacionadas con las características de las calles y de las fachadas de las edificaciones: el ancho de las calles, su pendiente, la heterogeneidad de las fachadas, la densidad de estas y los cañadones urbanos.

El escaneo 3D en Río de Janeiro ahora está en la mira del concurso internacional de innovación Global Mayors Challenge 2021, que otorga un premio de 1 millón de dólares a 15 ciudades de todo el mundo para que implementen ideas innovadoras destinadas a afrontar los principales retos urbanos pospandemia. La ciudad ya ha sido aprobada en un primer cribado que seleccionó a 50 ciudades entre 631 candidatas. Esta iniciativa es promovida por la organización sin fines de lucro Bloomberg Philantropies, fundada por el exalcalde de Nueva York, Michael Bloomberg. Si resulta ganador, el proyecto obtendrá recursos que superarán los montos previstos por BRtech3D. Por ahora, la Secretaría de Planificación Urbana está dedicada a obtener recursos para financiar el trabajo.

El mapeo tridimensional de la favela Santa Marta, situada en el cerro Dona Marta, en la zona sur de la ciudad de Río de Janeiro, habitada por unas 8.000 personas, forma parte del trabajo de doctorado que la arquitecta y urbanista paulista Debora Verniz, realiza en la Universidad Estadual de Pensilvania, en Estados Unidos. “La tarea empezó en 2015. Con los recursos disponibles en ese entonces, era inviable traer un escáner desde Estados Unidos a Brasil. Por eso realizamos un reconocimiento del lugar con una cámara GoPro, programada para la toma de imágenes cada 3 segundos”, explica Verniz. “Luego, recurrimos a un software que emplea la técnica de fotogrametría para generar nubes de puntos del lugar a partir de las imágenes recabadas. El Lidar, que se emplea para la digitalización láser tridimensional, genera el mismo tipo de nubes de puntos, pero cuenta con mayor precisión”.

En total, se tomaron casi 4.000 imágenes de las calles principales del lugar, equivalente a aproximadamente un 30 % de la favela, informa Verniz. Mediante una segunda cámara, que capta imágenes panorámicas en un rango de 360 grados, la investigadora tomó registros de unos 100 puntos estratégicos. Posteriormente, este material se utilizó para generar un ambiente de inmersión en realidad virtual de la comunidad.

“La favela Santa Marta se utilizó como un estudio de caso para el desarrollo de una herramienta de diseño paramétrico con miras a intervenir y proyectar en entornos urbanos complejos”, explica la investigadora. El diseño paramétrico es un tipo de diseño asistido por computadora (CAD), en el cual los parámetros (por ejemplo, las dimensiones) del diseño poseen restricciones y vínculos entre sí. Estos parámetros pueden alterarse en forma automática, facilitando el proceso de elaboración de los proyectos arquitectónicos y urbanísticos.

Reconstrucción de la escena del crimen
La herramienta también se está utilizando como apoyo en las pesquisas policiales

Los escáneres láser tridimensionales forman parte del arsenal tecnológico que utiliza la policía para esclarecer los delitos. La Superintendencia de la Policía Técnico-Científica (SPTC) de São Paulo recurrió a esta herramienta para reconstruir la escena en la que en diciembre de 2019 murieron nueve jóvenes cuando se desarrollaba un encuentro de baile funk en la favela de Paraisópolis, en la capital del estado de São Paulo, como resultado del accionar policial.

“Esta fue la primera vez que se llevó a cabo en São Paulo una reconstrucción virtual de la escena del crimen mediante el uso de imágenes 3D del lugar generadas por escáneres láser”, dice la experta en criminalística Karin Kawakami De Vicente, de la SPTC. Ella dirigió los trabajos de escaneo en el lugar, en los que participaron agentes del Departamento Estadual de Homicidios y Protección de Personas (DHPP) de la Policía Civil. “Procedimos a escanear la calle principal de Paraisópolis y dos callejones donde los jóvenes fueron pisoteados y murieron por asfixia. La reconstrucción digital nos ayudó a entender los desplazamientos, el flujo y la salida de la gente”.

Kawakami De Vicente informa que la reconstrucción 3D del ambiente se realizó a partir de 32 puntos de escaneo. Los peritos también tuvieron acceso a 1.588 imágenes aéreas captadas por drones que posteriormente fueron transformadas en nubes de puntos y se agregaron a las de la digitalización 3DLS. “El escaneo posibilitó una medición milimétrica del lugar, cuyo resultado fue un mapeo muy preciso que permitió estipular cuántas personas podían desplazarse por esos carriles en ese momento”, dice la experta. “Desde octubre de 2020, cuando comenzamos a utilizar esos dispositivos, ya hemos recurrido a ellos en cientos de casos”. En el mes de julio, la Policía Civil imputó por homicidio culposo (sin intención de matar) a nueve policías militarizados por la acción que causó la tragedia de Paraisópolis.

Artículos científicos
MIRANDA, A. S. et al. Favelas 4D: Scalable methods for morphology analysis of informal settlements using terrestrial laser scanning data. arXiv. 23 abr. 2021.
OPREAN, D. et al. Conceptualizing the remote site experience through immersive technology: Unraveling the Santa Marta Favela from students’s perspectives. Landscape Journal. v. 39, p. 31-49. 2021.

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