Sábado, julio 21

Una mirada científica para la toma de decisiones

21/05/2015. El equipo de Teledetección Cuantitativa del IAFE describe de qué manera los satélites de observación de la tierra pueden otorgarnos información clave para el monitoreo de diferentes actividades productivas y fenómenos naturales. Desde el contenido de clorofila del mar hasta su productividad primaria, desde la humedad del suelo hasta la predicción de una sequía a escala regional: la diferencia entre lo que se mide (radiación electromagnética) y lo que se necesita obtener para la toma de decisiones (mapas de producción primaria o sequías).

En House M.D. (2004-2012), una de las series pioneras de la nueva televisión, el personaje principal encabeza un equipo de médicos, que tiene como tarea principal brindar diagnósticos en casos problemáticos. En el episodio 3 de la sexta temporada, Vince, un joven que dirige una empresa programadora de videojuegos, llega al hospital con un cuadro poco convencional y es derivado al Departamento del Dr. House. La tensión del capítulo está puesta en el desafío permanente del paciente, quien coteja on line cada uno de los pasos del tratamiento que se le propone. El punto más álgido del relato se da cuando Vince publica sus síntomas en internet y ofrece una recompensa de 25 mil dólares para quien acierte cuál es su enfermedad. Cuando las respuestas de médicos con diferentes posibles diagnósticos saturaron la casilla de correo, Vince decide que se realicen pruebas en torno a la enfermedad más elegida. Pese a la opinión mayoritaria y al tratamiento para amiloidosis, quien finalmente dio el diagnóstico correcto fue (obviamente) el Dr. House, al determinar que Vince tenía la enfermedad de Fabry.

¿De qué nos habla esta historia? De un problema típico de inferencia, donde se desea dar un diagnóstico (determinar qué enfermedad tiene el paciente) pero sólo se dispone de indicadores indirectos: los síntomas del paciente y los estudios médicos. Este tipo de problemas está, en general, mal condicionado. Es decir, el problema presenta muchas aristas y la cantidad de evidencia disponible nunca permite determinar unívocamente la enfermedad (o por lo menos, hasta el final del capítulo). ¿Cómo se resuelven estos casos?, bueno, la respuesta es razonando: de manera inductiva incorporada internamente (como en el caso de Dr. House) o mediante algoritmos de inferencia matemáticos…

En el grupo de Teledetección Cuantitativa del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE) no se realizan diagnósticos médicos. Investigan en aplicaciones a partir de la generación de conocimiento fundamental (el estudio de la radiación electromagnética y su interacción con el medio terrestre), con el fin de conectar los desarrollos en tecnología espacial con necesidades y problemas que se dan en el planeta Tierra, y más concretamente en Argentina.

La teledetección resulta de la combinación de varias disciplinas básicas como la física, la biología, la ingeniería y las matemáticas entre otras. El prefijo tele procede del griego y significa “lejos, a distancia”. ¿Qué es detección a distancia? Según el especialista Paul M. Mather, profesor emérito en Ciencias de Información Geográfica de la Universidad de Nottingham, “la teledetección aplicada para la observación de la Tierra es la interpretación y comprensión de mediciones realizadas por instrumentos remotos de la radiación electromagnética reflejada desde, emitida o retrodispersada por objetos de la superficie terrestre”.

¿En otras palabras?

“Extraemos información a partir de imágenes satelitales para generar una aplicación” clarifica la Dra. Haydee Karszenbaum, directora del equipo de trabajo de Teledetección del IAFE, dependiente del CONICET y la UBA. Del laboratorio también forman parte Francisco Grings, doctor en Física en el tema teledetección en microondas y Ana Dogliotti, doctora en Biología, quien trabaja en teledetección para aplicaciones marinas.

La conexión con el capítulo de House se encuentra tanto en la posibilidad de acceso de la información, como en el rol de los especialistas de un área o campo. En teledetección se trabaja a partir de imágenes satelitales, muchas de las cuales están al alcance de quien las requiera. A modo de ejemplo, en 2008 el Servicio satélites Landsat. Más concretas son las imágenes de Google. El gigante de internet promociona Geológico de Estados Unidos publicó para el acceso público 3,6 millones de imágenes obtenidas por los a Google Earth como “La información geográfica del mundo en tu mano”.

Si bien es cierto que las imágenes satelitales están al alcance de la mano, detrás de esa simplicidad de acceso se esconde un universo de herramientas y posibles aplicaciones cuantitativas con utilidad social, productiva y ambiental al que pueden acceder los expertos.

¿Qué ejemplo concreto de teledetección cuantitativa podrían mencionar?

FG: En una ocasión desde ARBA (la Agencia de Recaudación de la Provincia de Buenos Aires reconocida por el uso de las imágenes satelitales) nos contactaron para colaborar con ellos en la identificación del área cultivada de papa, ya que al no poder identificarla vía satélite realizaban un monitoreo presencial. Es decir, con camionetas recorrían los campos de la provincia, pero esto no solo era insuficiente sino que les generaba un gran costo. En este caso, nuestro trabajo fue generar un algoritmo para inferir el área cultivada de papa a partir de imágenes de radares satelitales.

¿Y qué se puede medir en el océano?

AD: Para la industria pesquera y la actividad marítima donde un barco en campaña puede costar  10 mil dólares por día, poder saber previamente la concentración de clorofila de una zona es información central, ya que es un indicador de productividad orgánica primaria (alimento para peces). Ello se puede identificar mediante la teledetección al igual que la turbidez del agua o la salinidad del mar. También se puede identificar a distancia grandes derrames de aceites y petróleo.

¿Trabajan a pedido o tienen servicios estandarizados?

FG: Podemos hacer desde un mapa binario que indique si hay o no sequía; indicar, con determinado margen de error, la humedad del suelo, hasta generar y aplicar un algoritmo a una serie de imágenes para poder predecir un fenómeno natural. Todo depende de las necesidades.

¿Cuál es la diferencia entre mirar una imagen y hacer teledetección?

AD: Un producto no es sólo una imagen a la que se le aplica una ecuación, sino que hay en última instancia un fundamento físico que explica y da cuenta de la validez de lo que se está estimando.

HK: Una imagen es simplemente un insumo. Sin aplicación de algoritmos, sin una casuística y conocimiento previo del objeto de estudio no hay producto, no hay aplicación. Por ejemplo: mediante el trabajo con imágenes la Secretaría de Medio Ambiente podía identificar la deforestación de bosques, pero la determinación de la degradación de un área boscosa requiere de una combinación de mediciones satelitales de distintos sensores, del desarrollo de un algoritmo que permita decidir el estado del bosque, el análisis de consistencia entre los efectos de la degradación y el bosque identificado como degradado.

Extraer información lleva a pensar en minería de datos (data mining) ¿Qué lugar tiene Big Data en la Teledetección cuantitativa?

HK: En la actualidad la clave es Big Data. Con la posibilidad de acceso a tanta información, el procesamiento e indexación de la misma, permite poner el foco en análisis de series temporales y poder de esta manera comprender los fenómenos como procesos. No se analiza una foto, o varias fotos, sino que es posible hacer seguimiento de procesos y sus cambios temporales y espaciales.

Como toda información satelital requiere de su validación, el equipo de teledetección cuantitativa del IAFE ha puesto esfuerzos en el desarrollo de instrumentos de campo. Han desarrollado un dispositivo (parecido a una jabalina) que tiene un sensor de humedad que se clava en el suelo y envía la información vía bluetooth a un teléfono móvil que almacena el nivel de humedad del terreno. La  información en el terreno se cruza con la obtenida de las imágenes satelitales y de esa manera se validan los productos y se establecen los márgenes de error en el trabajo de teledetección.

El acceso a la información, promotor de una saludable cultura del hacer -que en muchos casos es pilar de gloriosas historias- encuentra sus límites a la hora de profundizar, de traspasar la superficie de lo que se nos presenta, de ver más allá de los síntomas, de la foto o  de los datos. Extraer información socialmente útil a partir de cientos de imágenes de múltiples sistemas es el desafío de la teledetección.

Por Gonzalo Soloaga


 

GRUPO DE TELEDETECCIÓN CUANTITATIVA (IAFE)
Ciudad Universitaria, Edificio IAFE

Teléfono: 4783-2642, interno 225/226/232

Dirección: Haydeé Karszenbaum y Francisco Grings (División Terrestre); Ana I. Dogliotti (División Marina).
Integrantes: Mercedes Salvia, Matías Barber, Mariano Franco, Pablo Perna.

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