Cuantificación del consumo de combustible en incendios de brezales con LiDAR UAV
Desafío
El equipo de investigación de la Universidad PXL de Ciencias Aplicadas y Artes llevó a cabo este proyecto como parte de un esfuerzo más amplio por desarrollar métodos cuantitativos para estimar los tipos y cargas de combustible en general y el consumo de combustible en las quemas prescritas en particular. Las evaluaciones tradicionales sobre el terreno llevaban mucho tiempo y a menudo eran imprecisas, por lo que resultaba difícil evaluar el consumo de combustible en diversas estructuras de vegetación.
El objetivo era explorar cómo el LiDAR montado en UAV podía servir como herramienta de alta resolución y espacialmente explícita para cuantificar los volúmenes de combustible quemado durante los incendios prescritos. El equipo pretendía comparar la estructura de la vegetación antes y después del incendio y diferenciar el consumo de combustible por tipo de vegetación: brezo, hierba y árboles.
Para conseguirlo, necesitaban un método que fuera rápido, preciso y repetible. El flujo de trabajo debía
- Capta la estructura de la vegetación antes y después de la quema,
- Medir la pérdida de altura y volumen como indicador del consumo de combustible, y
- Clasifica automáticamente los tipos de vegetación utilizando datos LiDAR y RGB.
Identificación de la vegetación basada en superpíxeles. Esta figura muestra el brezo dominante (de color morado) extendido por la zona de estudio, seguido de la hierba (amarillo) y los árboles (marrón) que sólo aparecen localmente.
Ortofoto tras la quema prescrita.
Solución
Para cumplir estos requisitos, los investigadores utilizaron el sistema YellowScan Surveyor Ultra V2, montado en un UAV DJI Matrice 300 RTK. El sistema Surveyor Ultra proporcionó nubes de puntos 3D de alta densidad capaces de captar detalles tanto del dosel como de debajo del dosel.
La planificación de la misión duró un día, seguido de medio día de adquisición de datos y medio día de procesamiento inicial en YellowScan CloudStation. El postprocesamiento se completó en el software R, donde la clasificación Superpixel permitió la segmentación automatizada del tipo de vegetación y el cálculo preciso de los índices de consumo de combustible. El flujo de trabajo completo, incluido el análisis estadístico, se completó en dos semanas.
Se realizaron dos vuelos, uno antes y otro después de la quema prescrita, cada uno a una altitud de 70 metros AGL y una velocidad de 5 m/s, cubriendo un brezal de 1,3 hectáreas. La perfecta compatibilidad del Surveyor Ultra con el software YellowScan CloudStation y R garantizó una transición coherente y eficaz de la recogida de datos al análisis cuantitativo.
Corte que representa la estructura de la vegetación antes (morado) y después (verde) de la quema prescrita. La diferencia vertical puede utilizarse como indicador del consumo de combustible.
Parámetros de la misión
- Tamaño de la encuesta: sistema de brezales de 1,3 ha
- Duración: Planificación 1 día, adquisición 0,5 días, procesamiento 0,5 días (procesamiento completo, incluida la clasificación de superpíxeles y el cálculo de los índices de consumo de combustible en el software R: 2 semanas).
- Vuelos: 2 (antes y después del incendio)
- Altitud y velocidad de vuelo: 70 m AGL a 5 m/s
- Equipamiento: Sistema LiDAR YellowScan Surveyor Ultra V2, DJI Matrice 300 RTK, YellowScan CloudStation, postprocesado en software R
Corte que representa la estructura de la vegetación antes (morado) y después (verde) de la quema prescrita. La diferencia vertical puede utilizarse como indicador del consumo de combustible. Puede verse que el arbolado y la vegetación del sotobosque no ardieron.
Resultados
El YellowScan Surveyor Ultra permitió una medición precisa y rápida de la estructura de la vegetación antes y después de la quema prescrita, lo que permitió al equipo cuantificar el consumo de combustible con gran precisión espacial. Mediante la segmentación Superpixel, se clasificaron tres tipos de vegetación (pastizales, brezos y árboles con vegetación de sotobosque) con una precisión del 97,8%.
El análisis del consumo de combustible reveló claras diferencias entre los tipos de vegetación. El brezo mostró la mayor reducción media de altura (0,165 ± 0,102 m), mientras que la hierba (0,089 ± 0,088 m) y la vegetación arbórea del sotobosque (0,091 ± 0,068 m) mostraron un consumo menor. El análisis estadístico confirmó que todas las diferencias entre tipos de vegetación eran significativas (p < 0,001).
Esta metodología proporciona pruebas cuantitativas para desarrollar protocolos de quema prescrita específicos para la vegetación y destaca la importancia de recopilar datos de teledetección antes y después del incendio para que las estrategias de gestión de incendios forestales sean eficaces.
El YellowScan Surveyor Ultra permitió medir con precisión y rapidez la estructura de la vegetación antes y después de la quema prescrita, lo que nos permitió cuantificar el consumo de combustible con una precisión espacial ultraelevada.
