En esta entrada hablaré de otra aplicación de la tecnología de LiDAR para la estimación de existencias madereras de una superficie forestal, situándome en un caso extremo (la cubicación de parcelas de eucalipto) al que muchos profesionales del sector hemos tenido que enfrentarnos en alguna ocasión.
INTRODUCCIÓN
La tecnología LiDAR terrestre, también conocida como escaneo láser terrestre móvil o personal, está ganando popularidad. Se trata de un enfoque alternativo a los métodos tradicionales de inventario forestal, que mide las distancias a múltiples puntos en las superficies de objetos circundantes. El LiDAR obtiene nubes de puntos en tres dimensiones y permite una representación espacial rápida de la masa arbórea, capturando los perfiles de cada árbol individual. Sin embargo, estos dispositivos tienen un alto coste, que suele superar fácilmente los 30.000 euros, lo que los convierte en inaccesibles para muchos usuarios potenciales. Su peso representa otro desafío, dificultando la movilidad en ciertas áreas y aumentando los costes de transporte. La necesidad de emplear programas informáticos especializados limita también la base de usuarios de LiDAR terrestre, creando la necesidad de formación específica y aumentando el coste. Para lograr una aceptación más amplia como alternativa válida a los métodos de inventario convencionales, urge encontrar soluciones de hardware y software asequibles, sencillas y eficientes.
Desde el año 2020, Apple Inc. incorpora un sensor LiDAR en algunos modelos de iPhone y de iPad. Si los comparamos con otros dispositivos laser scanner del mercado, los Apple equipados con LiDAR están disponibles a precios significativamente más asequibles (desde 729 €) y son más ligeros (187–684 g). Estos teléfonos móviles han demostrado ser adecuados para la captura de nubes de puntos 3D en entornos forestales. No obstante, partiendo de las nubes de puntos obtenidas para extraer información sobre los árboles (por ejemplo, variables como el diámetro del fuste), se necesita un análisis posterior en un dispositivo externo mediante distintos programas, debido a la falta actual de aplicaciones específicas de Apple.
Aquí es donde entra en juego ForestScanner, aplicación gratuita de la empresa japonesa MAPRY Co., que permite inventarios forestales basados en LiDAR mediante iPhones o iPads. ForestCanner estima los diámetros de los troncos y las coordenadas espaciales de cada pie en tiempo real, a la vez que los usuarios escanean los árboles pudiendo ver, verificar y compartir los resultados en campo. Estas características facilitan inventarios forestales rápidos y mejoran la accesibilidad a las tecnologías LiDAR para personas sin experiencia previa.
MATERIAL Y MÉTODOS
La aplicación ForestScanner está disponible de forma gratuita en la App Store, aunque no para el mercado español. Es necesario dar algunos rodeos para poderla descargar e instalar; sirva como ejemplo el método explicado aquí.
La aplicación funciona en iPhones o iPads con sensor LiDAR. Esta experiencia en concreto, se ha probado en un iPhone 15 PRO. A fecha de publicación de esta entrada, no existe ningún dispositivo Android que cuente con tecnología LiDAR incorporada.
El lugar elegido para probar la aplicación y el dispositivo ha sido uno de los más duros, para este tipo de mediciones, que se puede encontrar en mi entorno: una repoblación de Eucalyptus globulus. Dado el acusado minifundismo de Galicia, estas parcelas suelen ser de pequeño tamaño (de alrededor de 1.500 m2 en este caso) y esto hace que la imprecisión del dispositivo de localización del propio teléfono móvil pueda dar lugar a errores importantes. El clima benigno y la copa clara del eucalipto favorecen la proliferación de sotobosque, reduciendo la movilidad y operatividad en campo. Su pequeño tamaño, además, desaconseja llevar a cabo un muestreo estadístico, obligando a realizar un inventario pie a pie. En la Figura 1 se muestra una foto panorámica de la parcela de estudio.
El modo de operar es como sigue: con una distancia máxima de escaneo del sensor de 5 metros, a medida que el usuario mueve el dispositivo con ForestScanner por la masa obtiene una nube de puntos 3D de las superficies circundantes al objetivo del teléfono. Mientras se utiliza, la nube de puntos y las mallas de triángulos 3D aparecen en la pantalla en tiempo real, lo que permite a los usuarios reconocer visualmente las superficies que están siendo escaneadas (Figura 2; Vídeo 1). La nube de puntos se colorea con información RGB recopilada por la propia cámara del dispositivo.
Durante el escaneo, ForestScanner realiza un seguimiento de las coordenadas relativas del dispositivo desde el punto de inicio del inventario, basándose en la unidad de medida inercial (IMU, por sus siglas en inglés, Incertial Measurement Unit) del teléfono móvil. La ubicación absoluta (es decir, las coordenadas geográficas) del punto de inicio se determina mediante el receptor GNSS incorporado en el iPhone. Esto puede llevar a errores importantes, como se verá más adelante.
Para cada árbol, llevamos el símbolo de punto de mira (en la Figura 3, pequeña cruz de color magenta) a la altura donde se desee medir el diámetro (por ejemplo, diámetro a la altura del pecho). A continuación, tocamos el icono del árbol para registrar el tronco, con su correspondiente diámetro. El valor numérico del diámetro se mostrará en la pantalla de manera aumentada (Figura 3). El umbral inferior recomendado para los diámetros a medir es de 5 a 10 cm, considerando las limitaciones del sensor LiDAR del iPhone en la detección de objetos de unos pocos centímetros de tamaño.
El usuario puede registrar así varios árboles en una única pasada, moviéndose de un árbol a otro mientras escanea. Alternativamente, el usuario puede tocar el botón de «Pausa», ir al siguiente árbol y luego tocar el botón de «Play» para registrarlo y continuar con el inventario. Durante la pausa, el sensor LiDAR deja de escanear mientras la IMU continúa rastreando la ubicación del dispositivo. Utilizar la función de pausa ayuda a reducir el tamaño del archivo de la nube de puntos.
El programa permite también registrar la especie a la que pertenece cada árbol, de forma manual tocando el botón «Tree species» y anotándola. Se puede registrar usando el teclado en pantalla o el micrófono del iPhone/iPad. Una vez presionado el icono de «Stop» se finaliza el inventario y ya no es posible volver a introducir datos dentro de la misma base. La nube de puntos adquirida se mostrará en la pantalla (Figuras 4a y 4b).
RESULTADOS
Lo primero que debe destacarse es la manejabilidad de todo el proceso, porque siempre será más cómodo caminar por una masa forestal sosteniendo únicamente un teléfono móvil que cargar con forcípula, libreta, marcador (tiza o spray), etc. Dicho esto, el inventario mediante ForestScanner no está exento de problemas. Paso a enumerar los que, a mi juicio, son más relevantes.
Lo primero es la peligrosa manía que tiene el programa de colgarse. Y digo peligrosa porque, una vez que la aplicación se bloquea y deja de funcionar, se pierden todos los datos registrados hasta ese momento, desde el principio de la grabación. Sucedió en varias ocasiones y, si bien es cierto que el programa es bastante estable, las pocas veces en las que me ocurrió fue frustrante tener que comenzar de nuevo.
Otro de los problemas radica en la cantidad de datos que el programa es capaz de gestionar. No se trata del número de árboles, sino del tamaño de la base de datos que se va generando. Tras introducir casi medio centenar de pies, apareció un aviso en pantalla: la nube de puntos era demasiado grande. Por tanto, el programa iba a dejar de registrar datos. Aunque, evidentemente, se puede abrir otra tanda de mediciones para, ya en oficina, reunirlas todas en un único fichero, hacerlo así resulta un incordio y, además, puede dar lugar a problemas y errores de registro.
En relación con el párrafo anterior, se presenta el problema de cálculo del diámetro de un fuste. Mediante una única pasada o enfoque al tronco del árbol, el programa calcula el diámetro en función de lo que registra desde esa perspectiva. Sin embargo, no es poco habitual en eucalipto, al igual que en otras especies, que la sección del fuste sea de todo menos circular, y que desde un punto registremos 25 cm de sección, por poner un ejemplo, y girando a 90º desde la posición anterior nos encontremos con un diámetro de 30 cm. Es por ello que, midiendo con forcípula, nos vemos obligados a registrar la media de los dos diámetros medidos perpendicularmente, o diámetros en cruz. Este problema, empleando ForestScanner, se solventa grabando a lo largo del perímetro del fuste, sin necesidad de rodearlo completamente. Una vez se opera de esta forma los resultados no son muy distintos a los obtenidos con forcípula, como puede verse en la Tabla 1.
Tabla 1. Medición de los mismos pies con forcípula (con media de los dos diámetros en cruz) y con ForestScanner.
| Forcípula (cm) | ForestScanner (cm) | Especie |
| 35,2 | 34,3 | Eucalipto |
| 34,6 | 32,1 | Eucalipto |
| 13,2 | 12,9 | Eucalipto |
| 23,4 | 21,4 | Eucalipto |
| 17,3 | 16,7 | Eucalipto |
| 46,4 | 45,1 | Eucalipto |
| 19,7 | 21,5 | Eucalipto |
| 29,1 | 33,5 | Eucalipto |
| 15,9 | 15,5 | Pino |
| 22,1 | 22,4 | Pino |
| 8,9 | 10,1 | Abedul |
| 11,0 | 12,3 | Roble |
No obstante, este forma de registrar incrementa notablemente el tamaño de la nube de puntos y, aparejado a ello, la inestabilidad del programa.
Otro problema es la asignación de coordenadas geográficas a los árboles, aunque en este asunto poca culpa tiene la aplicación. La precisión de los GNSS internos de los móviles es muy limitada, dado que realizan el cálculo de posición de forma autónoma, sin métodos diferenciales que permitan usar correcciones. La precisión suele estar, en condiciones óptimas (que no se dan bajo cubierta forestal) en torno a los 2 m. Esto puede significar un problema a la hora de determinar qué árboles quedan dentro de nuestro inventario, y cuáles fuera. En mi caso, como se puede apreciar en la Figura 5, los pies del extremo sur de la parcela aparecen un tanto alejados de esta. Me consta que los árboles de ese lado estaban bien localizados porque la parcela lindaba con otra recientemente apeada pero, ¿qué pasa en el caso de parcelas contiguas con árboles de edad similar a la nuestra? La tarea de comprobar si un árbol entra o no en nuestro inventario puede llevar a comprobaciones adicionales que ralentizan y encarecen el trabajo.
En la Figura 5 se aprecia como, en la primera tanda de medición, los pies fueron correctamente encuadrados dentro de los límites de la parcela. La segunda pasada, sin embargo, presenta un desfase que lleva a dudar sobre qué pies cuentan para el inventario. En una pequeña tasación como esta, una indefinición tan grosera puede dar lugar a errores y a resultados muy dispares.
El iPhone no dispone de buenas aplicaciones de geolocalización (que no sean de pago, en todo caso), con lo que no es posible controlar el tránsito por la masa y saber, de primera mano y en directo, si nos estamos alejando de nuestra parcela objetivo y registrando árboles que no se incluyen en nuestro plan de inventario.
Aunque no sea el principal propósito de la aplicación, la nube de puntos que genera no es comparable a la de aparatos laser scanner convencionales. No se registran valores de intensidad de la señal de retorno, y no es posible (hasta donde yo he llegado) determinar alturas, aunque sea indirectamente con el post-procesado de la nube de puntos (Figura 6).
CONCLUSIONES
A pesar de todo lo expuesto hasta ahora, no puedo evitar estar maravillado por esta aplicación. El potencial que encierra es enorme; el ahorro en tiempo y esfuerzo que puede aportar a los inventarios, considerable. Tal vez, en su estado actual, no sea interesante desde una perspectiva profesional para los trabajos más exigentes, pero, si se generaliza la tecnología LiDAR en los teléfonos móviles, cabe esperar mejoras, e incluso la creación de otras aplicaciones, que bien pudieran solventar los problemas mencionados anteriormente.
El contexto en el que ForestScanner ha sido puesto a prueba es uno de los más demandantes en cuanto a esfuerzo físico y tiempo de ejecución. En otros escenarios, como un muestreo estadístico por parcelas o inventarios en masas más transitables, todo parece indicar que el programa podría cumplir perfectamente su cometido. La diferencia de coste de equipamiento, con respecto a otras configuraciones de medición por LiDAR, o incluso métodos de inventario más convencionales, es enorme. Baste indicar que una forcípula electrónica, que cumpliría una función similar, cuesta en torno a 2.000 €.
La evolución de esta tecnología, aplicada a la dasometría, es muy prometedora. Si tienes un iPhone equipado con LiDAR, definitivamente deberías darle una oportunidad.
Como línea de trabajo para publicaciones futuras se plantea la combinación de datos recopilados mediante ForestScanner con las nubes de puntos de LiDAR aéreo del Plan Nacional de Ortofotografía Aérea (PNOA), para determinar el volumen maderable de una superficie determinada.
PARA SABER MÁS
Artículo donde los autores de la aplicación la presentan y analizan: aquí.
AGRADECIMIENTOS
A Carmen A., por sus correcciones.
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