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Nuevas tecnologías y metodologías para los inventarios forestales nacionales

C. Kleinn

Christoph Kleinn es profesor
de teledetección e inventarios
forestales en la Universidad de
Gotinga, Gotinga, Alemania.

Los adelantos tecnológicos pueden aumentar la eficacia de las evaluaciones forestales, produciendo ahorros de costos o mejorando la exactitud y precisión, aunque no cabe esperar cambios revolucionarios.

Los inventarios forestales nacionales (IFN) facilitan información para la adopción de decisiones, la formulación de políticas y el seguimiento del sector forestal y sectores afines en el ámbito nacional, así como para la planificación forestal en unidades geográficas o políticas más reducidas de carácter subnacional. Dado que los resultados constituyen una aportación positiva para las evaluaciones forestales mundiales, existe también un interés regional y mundial en la información forestal nacional de gran calidad. En este artículo se examinan avances tecnológicos y metodologías que pueden facilitar la realización de IFN y proporcionar mejor información, contribuyendo a mejorar la gestión y la formulación de políticas mediante la adopción de decisiones más fundamentadas a todos los niveles.

Las nuevas tecnologías y metodologías pueden influir en los IFN en todas las fases (planificación y realización, análisis y notificación del inventario). Para evaluar en qué medida pueden incidir positivamente en la realización de los IFN se pueden aplicar los siguientes criterios.

¿Contribuyen a atender mejor las necesidades de información al facilitar información nueva, mejor o más cuantiosa (mayor precisión de las estimaciones y mediciones más exactas)?

¿Reducen el costo al simplificar el proceso de los IFN en las distintas fases? El trabajo de campo con sus numerosos costos (transporte, dietas, ayudantes, herramientas y mecanismos de medición) es un factor importante del costo en la mayoría de los IFN [por ejemplo, en el Programa de inventario y análisis forestal del Servicio Forestal de los Estados Unidos, dos tercios de los costos del programa corresponden al trabajo de campo en las parcelas (Gulding, 2000)], pero es una fuente básica e indispensable de información respecto de numerosas variables forestales; en consecuencia, es lógico tratar de buscar formas de reducir los costos, particularmente en el trabajo de campo.

¿Mejoran la visibilidad o la importancia política de los IFN, por ejemplo al proporcionar una información más adecuada y más asequible, reforzar la credibilidad general de los resultados o integrar nuevos elementos que aumentan el interés de la información para un grupo más amplio de usuarios?

La estructura, diseño y ejecución de los distintos IFN son tan variables como el entorno político y biofísico en el que se llevan a cabo. La función y los efectos de las nuevas tecnologías y metodologías dependerán de las condiciones biofísicas, organizativas y políticas generales de cada país, así como de la historia y los antecedentes nacionales de los IFN.

En los inventarios forestales, el trabajo de campo es una fuente indispensable de información sobre muchas variables forestales. Los adelantos tecnológicos que contribuyen a facilitar el trabajo de campo y a reducir sus costos son siempre bienvenidos

- M. GARCÍA

TELEDETECCIÓN

En un principio, los IFN se basaban totalmente en observaciones sobre el terreno. En los decenios de 1960 y 1970, cuando la FAO apoyó y ejecutó numerosos proyectos de cooperación técnica realizando IFN en países en desarrollo, las observaciones sobre el terreno seguían siendo la fuente más importante de información. En algunos casos se utilizaban fotografías aéreas y a finales de los años setenta se realizaron los primeros ensayos con el nuevo analizador multiespectral Landsat. A partir de entonces los datos e imágenes por satélite comenzaron a ser utilizados rápidamente en los IFN, particularmente en los países tropicales, y el esfuerzo principal se desplazó de las observaciones sobre el terreno a la interpretación de las imágenes. En algunos casos, a la mera elaboración de mapas de la cubierta forestal a partir de imágenes tomadas por satélite se le denominaba «inventario forestal». Desde ese momento, los mapas elaborados a partir de la interpretación de imágenes tomadas por satélite han constituido el producto principal de los inventarios forestales en muchos países tropicales. Los estudios cartográficos son menos costosos que el trabajo de campo (cuando se dispone de los equipos y programas informáticos necesarios); exigen menos planificación, equipos más reducidos y un menor número de expertos; no están condicionados por la meteorología; y su producto principal son los mapas, que generalmente son más fácilmente aceptados y «comercializados» que las estadísticas y los cuadros con especificaciones de errores. Sin embargo, la verificación sobre el terreno es esencial para la interpretación de las imágenes obtenidas por teledetección.

Actualmente, se trata de conseguir la integración eficaz de diferentes fuentes de información, incluida la teledetección. El trabajo sobre el terreno es indispensable para una gran diversidad de variables que no pueden ser observadas mediante la tecnología de teledetección con un margen aceptable de precisión o que no pueden serlo en modo alguno. La teledetección, combinada con el control sobre el terreno, es la opción para el trazado de mapas y el análisis del paisaje.

Muchos soportes no tradicionales de cámaras fotográficas y de vídeo aéreas, como los aeromodelos, los globos, los pequeños dirigibles y los aviones ultraligeros, ofrecen buenas posibilidades para la captación de imágenes a escala local, pero exigen disponer de equipo, infraestructura y aptitudes de los que pocas veces se disponen en un IFN. No cabe pensar que la fotografía digital (una forma de teledetección terrestre) abrirá nuevos caminos, pues la documentación fotográfica no ha tenido gran importancia en los IFN.

En los inventarios forestales nacionales, los datos e imágenes obtenidos por teledetección pueden utilizarse para las funciones que se indican a continuación.

Observación directa y estimación de características importantes

La estimación de la superficie forestal (o de la superficie de los distintos tipos de bosque) es una labor que puede hacerse fácilmente con imágenes obtenidas por teledetección. Si se dispone de las imágenes adecuadas y de una definición apropiada de las categorías de cubierta, esta clasificación puede realizarse con gran precisión. Sin embargo, el muestreo sobre el terreno también suele producir resultados suficientemente precisos y permite una clasificación más ajustada. Las clases poco frecuentes se observan mejor mediante imágenes obtenidas por teledetección, en caso de que puedan detectarse con suficiente precisión. La estimación de la superficie por medio de imágenes no sólo proporciona estadísticas resumidas, sino que permite describir y analizar la disposición espacial y la fragmentación de la superficie forestal. Sin embargo, se pueden utilizar sistemas de muestreo para estimar el estado de fragmentación (Kleinn, 2000) cuando no se requiere la cartografía de toda la cubierta forestal.

Sólo algunas características se pueden observar directamente mediante los datos e imágenes obtenidos por teledetección. El tamaño de las copas de los árboles y la cubierta de copas puede establecerse si se tienen imágenes adecuadas. Esas características pueden facilitar la clasificación y ser consideradas como covariables en el análisis y la elaboración de modelos. La altura de los árboles se puede establecer a partir de fotografías aéreas en gran escala y la exploración por láser ofrece posibilidades de generación automática de perfiles de altura en superficies más amplias, aunque no cabe pensar que este instrumento será de gran utilidad para los IFN.

La teledetección permite la observación espacial explícita de los cambios de los tipos de bosque en grandes extensiones. Para esta tarea la teledetección resulta indispensable.

Elaboración de modelos

En la elaboración de modelos pueden utilizarse los datos e imágenes obtenidos por teledetección corroborados y complementados con observaciones sobre el terreno. En tal caso no es necesario abarcar toda la superficie, siendo suficiente tomar imágenes locales limitadas. Se pueden tomar fotografías aéreas o imágenes por satélite de muy alta resolución en torno a la ubicación de las muestras sobre el terreno para potenciar la información general de las muestras sobre el terreno y ampliar la información de campo sobre las parcelas, muy limitada geográficamente, hasta una especie de representación a nivel del paisaje de elementos como la fragmentación y la disposición espacial de las clases de uso de la tierra y de los elementos del paisaje.

La principal utilidad analítica en las imágenes tomadas por teledetección en los IFN de zonas reducidas consiste en que complementan la información de las parcelas sobre el terreno o, en términos más generales, en vincular los datos obtenidos por teledetección con otros datos georreferenciados. Los modelos que relacionan elementos de teledetección (en particular los que se han determinado a través de la resolución espacial y espectral cada vez mayor de las imágenes) con características pertinentes para los IFN pueden mejorar las estimaciones. Si se aplican y extrapolan a toda la superficie (si está cubierta de bosques en toda su extensión), esos modelos pueden generar mapas temáticos con información importante para el sector forestal. Desde hace tiempo, en el IFN finlandés se aplica un enfoque de elaboración de modelos (Tomppo, 1990) y se prevé que la investigación en curso sobre geoestadística permitirá conseguir resultados más precisos desde el punto de vista espacial y una mayor exactitud en las estimaciones.

Cartografía

Para la cartografía, el análisis espacial y la información georreferenciada, las técnicas de teledetección constituyen las únicas opciones operacionales posibles. Anteriormente, los IFN contenían más cuadros que mapas, pero cabe pensar que los mapas y la información georreferenciada serán el elemento principal en los futuros IFN. La distancia entre la cartografía de la cubierta forestal en grandes superficies y el inventario del paisaje que abarque otros usos de la tierra (o los inventarios de árboles que abarquen todos los recursos arbóreos) no es grande. Así pues, el alcance de los IFN se amplía fácilmente, aumentando su utilidad para otros sectores. Las opciones que ofrece la tecnología de teledetección en el ámbito de la cartografía contribuyen notablemente a una mayor visibilidad de los resultados de los IFN y a presentarlos de una forma más orientada hacia los usuarios.

SISTEMAS DE NAVEGACIÓN POR SATÉLITE

El desarrollo de los sistemas de navegación por satélite fue un avance de gran importancia en muchos sectores. El Sistema de posicionamiento global de tiempo y distancia por satélite-Sistema de posicionamiento global (NAVSTAR-GPS), que opera el Ministerio de Defensa de los Estados Unidos, fue el primer sistema que se ideó; se desarrolló a finales del decenio de 1970 y entre 1989 y 1994 se lanzaron 24 satélites. Hasta el 1º de mayo de 2000, las señales se degradaban de forma intencionada para reducir la precisión para los usuarios comunes. Además, en los momentos de crisis política sólo puede acceder al sistema un núcleo seleccionado de usuarios (al que no pertenecen quienes elaboran los IFN). Las siglas GPS se utilizan también para designar los sistemas de navegación por satélite en general.

El Gobierno ruso utiliza un sistema de navegación por satélite denominado GLONASS y la Comisión Europea ha puesto en marcha recientemente un programa para desarrollar su propio sistema denominado «Galileo», que se espera que entrará en funcionamiento en 2008. Previsiblemente, la existencia de tres sistemas de navegación por satélite administrados independientemente aumentará notablemente la cobertura en el futuro, pero eso solamente ocurrirá si se desarrollan receptores que puedan procesar señales de los tres sistemas. La cobertura se mejorará particularmente para aplicaciones en las que, como ocurre en los bosques densos, la extensión de cielo visible es limitada. Probablemente, la precisión de la posición aumentará gracias a una mayor probabilidad de encontrar mejores constelaciones de satélites en todas las localizaciones.

La utilización de la tecnología GPS requiere inversiones en equipo y capacitación, pero su costo es relativamente bajo y su utilización no es complicada. Por lo general, los equipos que trabajan sobre el terreno prefieren los receptores GPS a los procedimientos convencionales de determinación de la posición. Los sistemas de navegación por satélite tienen cinco aplicaciones básicas: localización (determinación de una posición básica), navegación (desplazamiento de un lugar a otro), seguimiento (control del desplazamiento de personas y objetos), cartografía global y medición precisa del tiempo (Trimble Navigation Ltd, 2002). Sólo las tres primeras aplicaciones pueden ser de utilidad en los IFN.

Localización y navegación

La localización y navegación, especialmente la segunda, son las funciones más importantes de los sistemas de navegación por satélite en los IFN. Para establecer nuevas parcelas sobre el terreno o para localizar las ya existentes se definen geográficamente los puntos que se pretenden localizar por sus coordenadas y luego se han de localizar sobre el terreno. El sistema tradicional de navegación consiste en utilizar mapas para identificar los puntos óptimos de partida y medir las distancias y los acimut y luego se siguen esas indicaciones sobre el terreno con mecanismos de medición de ángulos y distancias. Los objetos de referencia y las observaciones se registran en un mapa esquemático con el fin de poder encontrar las parcelas posteriormente durante el siguiente ciclo de mediciones. Los mapas y el conocimiento local seguirán siendo necesarios para determinar la mejor ruta de acceso a las parcelas, pero la navegación mediante el sistema GPS puede hacer innecesarias las mediciones subsiguientes de la distancia y los ángulos. Esta tecnología puede hacer posible navegar con mayor precisión, particularmente en las regiones en las que la infraestructura viaria no es densa y donde no existen muchas referencias que puedan identificarse en los mapas.

El sistema GPS funciona perfectamente en la mayoría de las regiones cuando la navegación se realiza fuera de los estratos que tienen una densa cubierta de copas. Sin embargo, las mediciones en los bosques densos no son todavía eficaces en todas partes. La búsqueda de un claro que permita realizar mediciones adecuadas puede llevar mucho tiempo y el trayecto desde el claro hasta la parcela se puede realizar mediante los métodos tradicionales. ¿Cuáles son las ventajas de la utilización del sistema GPS sobre el terreno? En muchos casos, particularmente cuando se han de atravesar espacios abiertos, la navegación es mucho más rápida y menos costosa con el sistema GPS. El aumento de la precisión no presenta ventajas evidentes respeto de las estadísticas producidas mediante inventarios basados en parcelas sobre el terreno. Sin embargo, es crucial para el registro conjunto de las observaciones realizadas en las parcelas con mapas o imágenes tomadas por satélite a efectos de la elaboración de modelos. La precisión de la localización reduce el «ruido blanco» en el modelo. En consecuencia, la mayor precisión que ofrece el sistema GPS permitirá mejorar el modelo y las extrapolaciones y predicciones correspondientes (Halme y Tomppo, 2001).

Los sistemas de navegación por satélite pueden facilitar la orientación en condiciones topográficas difíciles como éstas

- M. GARCÍA

Seguimiento

Cuando los equipos de campo utilizan el sistema GPS para desplazarse hasta las parcelas se puede registrar automáticamente la ruta que han seguido, de manera que se registra directamente un mapa esquemático de la vía de acceso, que tradicionalmente se traza a mano y a una escala poco precisa. El mapa esquemático así elaborado se puede perfeccionar y complementar mediante descripciones orales o puntos de referencia y puntos de recorrido. El seguimiento puede ser útil también para supervisar el trabajo de campo, con el fin de comprobar si los equipos que trabajan sobre el terreno se han aproximado suficientemente a las parcelas previstas.

MECANISMOS DE MEDICIÓN (MEDICIONES SOBRE EL TERRENO)

Los principales parámetros de los árboles que se miden sobre el terreno son el diámetro y la altura. Además, cuando no se utiliza el sistema GPS es necesario medir distancias y ángulos para navegar, establecer parcelas y registrar las posiciones de los árboles. Los sistemas por ultrasonidos y láser facilitan la medición de la distancia y los ángulos. La medición electrónica de la distancia aumenta notablemente la rapidez de la navegación hasta las parcelas, aunque puede ser sustituida por el sistema GPS. Los medidores electrónicos de la distancia (por ultrasonidos o láser) facilitan la medición de las posiciones de los árboles mediante la distancia y el acimut desde el centro de la parcela. Si el aparato de medición se conecta a un registrador móvil de datos es posible almacenar la información directamente sin necesidad de utilizar formularios impresos. Actualmente se están ensayando nuevos sistemas como la exploración horizontal por láser para registrar los diámetros de los árboles; desde el centro de una parcela se explora por medio del láser la zona circundante y la retrodispersión de los árboles hace posible registrar sus diámetros en diferentes alturas. Sin embargo, esta técnica no tiene todavía importancia práctica.

En el futuro tal vez será posible medir de forma automática algunas variables. Aunque ese sistema permitirá realizar con mayor rapidez las mediciones sobre el terreno no es probable que incremente su precisión de forma significativa.

La medición de la distancia mediante cinta métrica es una práctica habitual; los medidores electrónicos pueden agilizar esta tarea

- J. FALLAS

TECNOLOGÍA MÓVIL DE INFORMACIÓN Y COMUNICACIÓN

Los registradores móviles de datos se vienen utilizando en los IFN desde finales de los años ochenta. La introducción de los datos se puede hacer mediante un teclado o por cable, o incluso sin cable, a partir de los mecanismos electrónicos de medición. La tecnología no es nueva, pero tal vez no se utiliza todo su potencial. Es conveniente realizar la introducción de los datos lo más cerca posible (en tiempo y espacio) del lugar en que se generan. La utilización de procedimientos para comprobar los datos directamente sobre el terreno permite a los equipos de campo corregir los errores y las incoherencias inmediatamente, lo cual mejora la calidad de los datos. El siguiente paso consiste en conectar directamente los registradores móviles de datos a una base de datos central mediante un sistema móvil de comunicación y a través de Internet. La base de datos central se actualiza permanentemente y se pueden ajustar de manera inmediata y uniforme los procedimientos de comprobación para todos los equipos de campo. Sin embargo, la introducción de datos en línea no supondrá, previsiblemente, una mejora de la calidad tan notable como el almacenamiento digital inmediato de los datos sobre el terreno; la transferencia periódica de los datos (una vez a la semana, aproximadamente) parece ser suficiente.

La cobertura de los teléfonos móviles es escasa en muchas regiones, particularmente en las zonas rurales poco pobladas en las que están situadas muchas de las parcelas de los IFN. En consecuencia, la comunicación directa desde el terreno mediante teléfono móvil (que aumenta la seguridad de los equipos de campo al facilitarles la comunicación en caso de emergencias y que permite introducir los datos en una base de datos central) no es viable técnicamente en todas partes.

Según el tipo de bosque que se deba inventariar, incluso una medición diamétrica puede constituir un problema

- I. RETANA

PROGRAMAS INFORMÁTICOS Y ALGORITMOS

Presentación de los datos y de la información

Los sistemas de información geográfica (SIG) y los sistemas SIG-Web ofrecen grandes posibilidades para presentar los resultados y mejorar los datos y el acceso de los usuarios a la información. La presentación en línea de los resultados de los IFN aumenta su visibilidad y utilidad, particularmente cuando el sistema de información permite la recuperación interactiva de esa información. Estos sistemas están en proceso de desarrollo, por ejemplo, el Sistema europeo de información forestal (Kennedy et al., 2001).

Análisis de los datos y elaboración de modelos

Cabe esperar una gran evolución en la elaboración de modelos, no sólo en el análisis de datos por teledetección al que se ha hecho referencia anteriormente, sino también en aspectos más tradicionales de la elaboración de modelos, relacionados con las funciones volumétricas, que están disponibles en todas partes. Con frecuencia se pone en duda la precisión y la validez local de dichos modelos. La disponibilidad de modelos para estimar la biomasa y sus componentes es mucho menor que la de los modelos utilizados para la estimación del carbono. Además, se ha determinado que la incertidumbre en las estimaciones de la biomasa es uno de los principales factores que provocan la incertidumbre en las estimaciones del carbono. La calidad de los datos, en particular los parámetros relacionados con el volumen, se puede aumentar notablemente mejorando los modelos tradicionales sobre la biomasa.

Además, se registrarán mejoras en los modelos relacionados con parámetros observables en los IFN sobre determinados aspectos de la diversidad biológica.

Los modelos de crecimiento y las predicciones sobre el desarrollo de los bosques y sus funciones en grandes extensiones (elaboración de modelos de escenarios) dependen en parte de los datos de los IFN (Päivinen, Roihuvuo y Siitonen, 1996). Fomentar la utilización de los datos de los IFN en otras esferas, como la política, la economía y la investigación, daría más visibilidad a los IFN. Sin embargo, no en todas partes están claramente reglamentados los derechos sobre la utilización de ese tipo de datos. Una política más abierta sobre el uso de los datos despertaría probablemente el interés de un mayor número de instituciones.

OPCIONES DE MUESTREO

El muestreo se utiliza para evaluar la mayoría de los parámetros que se estudian en los IFN. La evaluación de toda la cubierta forestal mediante imágenes tomadas por satélite sólo es posible técnicamente respeto de algunos parámetros (como la superficie forestal y las variables conexas). Los diseñadores de los inventarios forestales han realizado una labor estadística pionera en la teoría del muestreo. En los primeros IFN el muestreo se basaba en una mezcla de consideraciones estadísticas y prácticas. El amplio conjunto de parámetros que se evalúan en los IFN no permite una optimización sencilla del muestreo y el diseño de las parcelas.

El muestreo sistemático es el que se utiliza más frecuentemente en los IFN, en ocasiones en combinación con la estratificación y otros mecanismos de estimación. En el diseño de las parcelas más frecuente se utilizan grupos de subparcelas; en los bosques templados y boreales suele tratarse de parcelas circulares de una superficie fija o de muestras de puntos (un diseño de parcelas utilizado en el inventario forestal cuando no se define una superficie fija para las parcelas), en tanto que en las regiones tropicales suelen ser parcelas rectangulares alargadas (parcelas en fajas). Sin embargo, en algunos IFN, por ejemplo, en Suiza y anteriormente en China, se utilizan parcelas individuales en lugar de grupos de parcelas.

Constantemente se elaboran, examinan y presentan nuevas técnicas de muestreo en la investigación forestal. Algunas de las técnicas más recientes, como el muestreo adaptativo por conglomerados y el muestreo de importancia permiten mejoras notables de la precisión en determinados aspectos del inventario. Sin embargo, no parece que exista todavía una alternativa clara a la combinación tradicional de muestreo sistemático con grupos de parcelas. Presentan buenas perspectivas los ajustes del diseño de grupos de parcelas para evaluar determinados parámetros (por ejemplo, en la observación de variables de indicadores para la diversidad biológica o para registrar más eficazmente objetos raros). La integración eficiente de los datos de diferentes fuentes, particularmente los datos procedentes de muestras sobre el terreno con imágenes tomadas por teledetección, puede ser muy positiva para los IFN (Schreuder, 2001).

Esferas en las que previsiblemente las nuevas metodologías y tecnologías serán de utilidad para los IFN

Método/tecnología

Fases principales de un inventario forestal nacional

Planificación

Ejecución

Calidad y gestión
de la elaboración de resultados

Análisis
(incluso  Presentación
los datos de modelos)

Reporting

Teledetección

 

 x

 

 x

 x

Sistema de navegación
por satélite

 

 x

 

 x

 

Mecanismos de medición

 

 x

     

Información y
comunicación móviles

 

 x

 x

   

Programas informáticos
y algoritmo

   

 x

 x

 x

Opciones de muestreo

 x

 

 x

   

CONCLUSIONES

Los IFN son proyectos dinámicos que suelen experimentar cambios en su alcance y sus objetivos. Aunque no es previsible que se produzcan cambios revolucionarios en las tecnologías y metodologías, el desarrollo tecnológico seguirá contribuyendo a modificar los IFN en todas las etapas, desde la planificación a la presentación de los resultados (véase el cuadro ).

Los adelantos tecnológicos que se describen en este artículo para estimar los parámetros básicos -la superficie forestal, el volumen, la biomasa y el carbono, la propiedad, la extracción de madera industrial y no industrial, y la diversidad biológica- no contribuirán significativamente a aumentar la precisión y exactitud de la estimación de la situación y variación de los bosques. Las mejoras procederán principalmente de metodologías como los algoritmos y modelos mejorados, particularmente para estimar parámetros derivados como el volumen, la biomasa y el carbono, así como la extracción de madera y la diversidad biológica.

Cualquier nuevo procedimiento debe ser integrado cuidadosamente en el proceso de los IFN; como indica Iles (1995), los grandes adelantos procederán de sistemas equilibrados y con flexibilidad. En muchas regiones, el mayor obstáculo para la realización de IFN es su costo y el desafío consiste en justificar económicamente el costo que comporta la evaluación nacional de los recursos forestales.

Bibliografía


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