detección de incendios forestales con cámaras termográficas en Soria

COMUNICACIÓNTÉCNICADetección de incendiosforestales con cámarastermográficas en SoriaEn este trabajo se estudia la posibilidad de instalar en el monte sistemasde alta tecnología basados en la detección temprana de focosde incendios forestales mediante cámaras térmográficas como mediocomplementario a la red de vigilancia convencional existente en laprovincia de Soria. En concreto, el estudio se refiere a las comarcas deAlmazán, Bayubas de Abajo y Burgo de Osma.Elena Soria AbadIngeniera Técnico ForestalEste artículo es resumen deltrabajo fin de carrera"Proyecto de detección deincendios forestales concámaras termográficas enlas comarcas de Almazán,Bayubas de Abajo y Burgo deOsma (Soria)". E.U.I.A. SoriaTutor: Gonzalo Gonzalo PérezEste trabajo recibióun accesit en elPremio Ramón de Zubiaurde 2009INTRODUCCIÓNLa provincia de Soria es una de las zonasde España con menor índice de incendiosforestales. Esto se debe en gran partea la concienciación de sus habitantes, yaque su mayoría viven en el medio rural ytienen un gran interés por “sus montes”,como ellos proclaman. Nada extraño si setiene en cuenta que los aprovechamientosmadereros son el principal sustento de laeconomía local.El total de la superficie de la provinciaasciende a 1.028.700 ha, de las cuales lasuperficie forestal es 597.402 ha, lo querepresenta más del 58% de aquélla.El abandono de unos pueblos o la menguade la población de otros suponen unproblema para esos municipios, puesto queen muchos casos se producen una serie desituaciones que repercuten en el entorno. Elprincipal es el abandono de los montes, enlos que dejan de aprovecharse las leñas. SiSección Territorial IIa esto le añadimos la utilización de materiasprimas procedentes del petróleo, la situaciónse agrava.Otro aspecto a tener en cuenta es elabandono de la ganadería. En el pasado,las cabras limpiaban el monte y ayudabana la regeneración de ciertas especies; en40 n. o 49

la actualidad, pocos son los montesque siguen manteniendo estos usos.Por todo lo expuesto, se produce unagran acumulación de combustibles queelevan el riesgo de incendios.La detección de los incendios forestaleses fundamental a la hora desu extinción. En la provincia de Soria,la detección de los incendios se veníarealizando mediante una red fija devigilancia que consta de 33 torretas opuestos de vigilancia fijos, desde dondese vigilan las áreas forestales másimportantes de la provincia. El sistemade comunicaciones permite que cualquierhumo pueda ser comunicado alCentro Provincial de forma instantánea.Con estos antecedentes, tenemosque desarrollar nuevas técnicas, complementariasa las ya existentes, en lalucha contra los incendios forestales.En este trabajo se ha estudiado la viabilidadde la aplicación de sistemas dedetección de incendios forestales dealto nivel compuestos por cámaras termográficasy cámaras de CCTV (circuitocerrado de televisión) de altas prestaciones,sistema de georreferenciación,equipos de comunicaciones y equiposde control informático, para que con eldesarrollo de un programa informáticoespecífico se consiga una deteccióntemprana de los focos de incendiosy pueda efectuarse su seguimiento,valiosa herramienta a la hora de laextinción.La provincia de Soria está divididaforestalmente en cuatro secciones territoriales,y cada una de ellas a su vezestá compuesta por diversas comarcasforestales, doce en total. La secciónque se ha estudiado ha sido la II, compuestapor tres comarcas forestales:Almazán, Bayubas de Abajo y Burgo deOsma, lo que supone la zona más meridionalde la provincia, y comprende unasuperficie de 511.866,72 ha.DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA• INTRODUCCIÓNHasta hace poco habría sido impensablesuponer que se podrían instalarcámaras en el bosque. Más aún si aeso se le añade que se trata de unsistema de cámaras de infrarrojos queson capaces de detectar los incendiosforestales de forma automática, proporcionandoel lugar exacto mediantelas coordenadas UTM y mostrando lascondiciones atmosféricas en el lugardel incendio tan solo en pocos minutos.Lo que se pretende es instalar unsistema de detección de incendiosforestales mediante cámaras térmicasy cámaras CCTV. Las cámaras (2 y 3)se encuentran instaladas en una torremetálica (1), sobre una plataforma(2), mediante una pieza que soporta aambas (4).Acompañando a este sistema devigilancia tendríamos también un sistemade georreferenciación y los equiposnecesarios para la transmisión de lainformación por control informático.Para ello es necesaria la instalaciónde un programa específico con lafunción de detectar de forma tempranade la detección temprana de focos deincendio y su posterior seguimiento.Estas torres están dotadas de uncámara dual (visión térmica y visiónnormal), la cual se encuentra en estadode observación de forma continua y enlabores de rastreo perimetral de 360 o .Asociación y Colegio Oficial de Ingenieros Técnicos Forestales 41

El sistema permite la rápida detecciónde incendios en entornos remotosque difícilmente pueden ser localizadosen tiempos razonables mediantela simple visualización. Y puede hacerloincluso cuando las condicionesmeteorológicas son adversas. Así, ensituaciones de niebla densa, humo uoscuridad, el sistema continúa operativo,ya que las cámaras infrarrojas noven mermadas su capacidad de trabajoen tales situaciones.Otro aspecto a destacar es que exportasobre la base cartográfica los datosmeteorológicos que toma en cadamomento su estación meteorológica.Se actualizan cada 30 segundos y sepueden transmitir al Centro de Procesode Datos (CPD) con la frecuencia quese desee.Se trata de un sistema innovador,que funciona de manera automática vigilandoel bosque y captando imágenesdel mismo. Cuando el sistema detectaalguna anomalía, que vendrá dada enforma de un aumento de la temperatura,la cámara que la ha generadocapta desde ese instante imágenesconcretas de la alarma, las transmitey las almacena de forma automática,por si posteriormente han de ser consultadas.Es entonces cuando el responsabledel sistema puede tomar el mando delmismo por control remoto, localizar laimagen, fijarla y ver el posible incendioforestal en tiempo real.Es posible conectarse también conlas cámaras CCTV y térmica para controlarlas.Esto permite observar la ubicaciónde una alerta, comprobar elárea de visibilidad de la cámara y losparámetros que mejoren la visión dela cámara térmica en un incendio, asícomo distinguir el foco de inicio y laevolución del mismo.Además, el sistema facilita las laboresde extinción gracias al seguimientotérmico y en directo de las diferentesáreas del incendio, de los puntoscalientes que deja atrás (tocones),así como su georreferenciación cartográfica.También permite efectuar unseguimiento de las cuadrillas y otrosmedios que se encuentran en laboresde extinción, de manera que se puedeorientar el desarrollo de los trabajosa la vez que se convierte en un apoyode gran valor a la hora de velar por laseguridad de las personas que en esemomento se encuentran en el siniestro.• FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA YCOMPONENTES• Puntos de observación estáticos:A. Torres de vigilancia. Se encuentranlas 24 horas del día enobservación continua. Las imágenescaptadas por las cámarasson enviadas vía radio-enlacedesde la propia torre.La ubicación de las cámaras sebasa principalmente en los parámetrossiguientes:• Altura de la torre de vigilancia,donde se encuentran instaladaslas cámaras: 35 m.• Distancia desde la que las cámarasson capaces de detectarun foco de incendio de al menos1m 2 de superficie: 10 km.Cuando las distancias sean inferioresa estos 10 km, las cámaras soncapaces de reconocer un foco de incendiode menor superficie. En algunoscasos, las cámaras son capaces devisualizar distancias mayores, pero conla consiguiente mengua en la eficaciade situar el foco.B. Centro de transformación.• Centro de observación. Se ubicaen el lugar donde se encuentranlas torres de vigilancia. Las cámarasinstaladas son inclusocapaces de trabajar en condicionesatmosféricas totalmenteadversas (oscuridad, niebla, humo,etc.) gracias a su óptica,dotada de capacidad de visióntérmica y convencional de formasimultánea. Estas torres estándotadas de un cámara dual (visióntérmica y visión normal), lacual se encuentra en estado deobservación de forma continua yen labores de rastreo perimetralde 360 o . En el momento en quelas cámaras térmicas detectanuna alarma (foco de incendio),con su sistema de comunicacionesvía terrestre o -en su defecto-vía satélite se produce elenvío de la alarma al Centro deProceso de Datos (CPD). Con elenvío de la alerta, se transmitenlas imágenes que han generadola alarma para su posterior evaluación.De la misma forma, setransmiten datos atmosféricos:temperatura, humedad, presión,dirección y velocidad del viento,precipitación, etc.No existe físicamente un centrode comunicaciones. Las instalacionesdisponen de un sistema de comunicacionesdotado de antenas para llegarhasta el CPD. La comunicación serealiza por radio-enlace, lo que permitedisponer de un sistema de comunicacionespropio, más seguro en cuantoa la confidencialidad de la información.La transmisión de la información decada cámara se realiza mediante unared de que facilita la comunicación deforma ordenada de cada cámara con elCPD, localizado en la ciudad de Soria.La información fluye desde las cámarasque más alejadas hasta unacámara central, que es la que actuarcomo enlace transmisor con el CPD.Como el flujo mayoritario de informaciónserá desde los nodos de tomade datos hacia el CPD, el ancho de bandarequerido será, en su mayor parte,de “bajada”.Se va a crear una red de banda anchaentre los equipos ubicados en cada42 n. o 49

nodo y el centro de proceso de datos.El tráfico será en sentido nodo → centrode proceso de datos para descargade información, envío de alertas y vídeoen directo. Y en sentido centro de procesode datos → nodo para telecontroly diagnóstico.Todos los equipos se gestionaránde tal forma que permita ver el estadode todos los equipos en tiempo real,proporcionando además acceso a lagestión y el diagnóstico de forma remota,para así analizar el tráfico de la reden momentos puntuales.Para que la comunicación sea posiblese hace necesario que existacontacto visual entre cada nodo, paralo que se precisa que la electrónicade red y las antenas se encuentren acierta distancia del punto de recogidade datos. Para ello se emplea una tecnologíaWiFi sencilla.En un principio se escogieron lasque se consideraron las mejores ubicaciones,con un total de diez cámaras.Pero tras el estudio de diversas variablesque más adelante se detallan sedecidió que el proyecto constara deocho cámaras de vigilancia y un CPDprincipal en Soria.• Centro de Proceso de Datos oCentro de Control (CPD). Es dondese reciben las imágenes captadaspor las torres de observación. Es elpunto neurálgico del sistema, dondeconfluye toda la información procedentede las torres de vigilancia ydonde se tiene el control de todoslos elementos del mismo.El Centro de Proceso Datos (CPD)estará ubicado en el Centro Provincialde Mando (CPM) de Soria, es decir, enla Delegación de Medio Ambiente de laJunta de Castilla y León.En el CPM se reciben las alarmasgeneradas por los distintos centros deobservación, y allí se dispondrá de lasherramientas de gestión, de informacióngeográfica (GIS), de diagnósticosy de telecontrol para poder analizarlas.Desde el CPD se pueden gestionarlos centros de observación para georreferenciarlosy controlar los parámetrostécnicos relacionados con el sistemade comunicaciones.Una vez seleccionado el punto deobservación, es decir, una cámara,es posible ver su librería de imágenestomada en condiciones de visibilidadóptimas para reconocer el terreno. Tambiénse puede seleccionar la cartografíacompuesta por ortofotos. Es posiblea su vez insertar capas GIS como vías(carreteras), núcleos urbanos, términosmunicipales, cámaras... De esta manerase facilita el trabajo de la localizacióndel incendio, ayudando a disponer de laAsociación y Colegio Oficial de Ingenieros Técnicos Forestales 43

información necesaria para la extincióndel incendio y a conocer a dónde debenacudir los medios de extinción.Dispone de una opción “cartografía”,en la que mediante la utilizaciónde una serie de herramientas se puedenrealizar medidas de distanciasy encontrar perfiles topográficos. Setrata de una opción muy útil a la horade facilitar el acceso de los medios deextinción al incendio.En cualquier momento se puedeentrar en el histórico de alertas para supervisaruna alerta activa o una pasada.Una vez seleccionada la alerta, cabela posibilidad de acceder a las imágenesgeneradas por ésta, además de ampliarla información tan solo pulsando sobrela imagen. En ese momento existe laopción de conocer las condiciones meteorológicasque se produjeron durantela captura de la alarma.Usando la barra de superposiciónse puede observar la imagen térmicasobre la visible para ayudar a localizarun punto dudoso. Con los botones queel sistema ofrece en la parte superiorse podrá ampliar o reducir el zoom, asícomo localizar el incendio en la libreríade imágenes.DESARROLLO DEL TRABAJOAntes de decidir la viabilidad de estenuevo sistema de detección fuenecesario realizar un estudio del mediopara posteriormente poder tener unosparámetros en los que basarse y poderdecidir la mejor ubicación de cada cámara.Para ello se siguieron una seriede pasos:• Partiendo de las hojas del terrenodel 1:50.000, se digitalizó todo elterreno que forma parte de la zonade estudio con un programa de informacióngeográfica.• Después se calcularon los modelosde combustibles más abundantesen la zona. Esta capa se obtiene enformato vectorial (tipo de formatoque se utiliza para guardar la localizacióngeométrica y la informaciónsobre atributos de los elementosgeográficos).Para poder trabajar con esta capay realizar las distintas operacionesque queremos debemos tenerla enformato “Grid”, formato exclusivo deeste tipo de programas de informacióngeográfica que recoge datos de tramaque se utilizan para almacenar informaciónacerca de elementos gráficosque varían en forma continua sobre unasuperficie, como sería en este caso losmodelos de combustibles de la zona.Los datos de trama registran informaciónespacial en una cuadrícula regularo matriz. Cada celda dentro de estacuadrícula contiene un número que representael modelo de combustible. Eltamaño de las celdas en la cuadrículaes fijo; en este caso, de 10 x 10 m.Para ello se procedió a fabricaruna capa nueva con la vegetaciónexistente en la zona de tal maneraque se pudieran conocer los modelosde combustibles correspondientes acada serie de vegetación. Se calculómediante una serie de operaciones conel programa Excel, obteniendo la superficiecorrespondiente a cada modelo decombustible. La finalidad de este pasoera poder posteriormente asignar acada tipo de vegetación un modelo decombustible que se ajustase lo máximoa la realidad.MODELOS DEVALORESCOMBUSTIBLE1 12 24 86 49 10Posteriormente se asignaron unosvalores a los modelos de combustiblesobtenidos en la zona. Para ello se efectuóuna ponderación de lo que parecíasmás conveniente que fuera vigilado porlas cámaras. En este apartado se otorgaronvalores más altos a modelos decombustible que correspondían a lasmasas forestales de más importanciaen la zona. Después se valoró la peligrosidadde los modelos de combustibleen caso de incendios forestales,dando menor valor a los modelos decombustible de pastizales y matorrales:• Se otorga un valor de 10 a losmodelos de combustibles 9, correspondientescon las masas adultasde pinar (Pinus pinaster) de la zona.• El valor 8 corresponde a las zonasdonde el modelo de combustible 4,un modelo muy peligroso en casode verse afectado por incendiosforestales, monte de de Quercusfaginea, Quercus ilex, Quercus pyrenaicay Pinus nigra.• El valor 4 le corresponde al modelo6, caracterizado por zonas de matorralalto y denso; en nuestra zonase le ha asignado el modelo 6 a lasmasas de Juniperus thurifera.• El valor 2 le corresponde al modelode combustible 2, las masas deJuniperus communis existentes enla zona.• Por último, con la valoración de 1estaría el modelo de combustible 1,que se corresponde con zonas depastizal-matorral y con las repoblacionesde Pinus halepensis que selocalizan en la zona.El siguiente paso consistió en elestudio de las visuales existentes con44 n. o 49

CANTDAD DE LOS VALORES DE CADA VISUAL1 2 4 8 10 TOTALCÁMARA 1 1.401.126 261.758 1.662.884CÁMARA 2 1.052.107 242.848 1.294.955CÁMARA 3 124.384 4.091 246.097 93.583 468.155CÁMARA 4 47.867 8.823 225.528 20.950 303.168CÁMARA 5 721.748 172.835 894.583CÁMARA 6 408.180 7.034 35.682 208.073 17.155 676.124CÁMARA 7 775.655 14.877 200.386 349.384 10.070 1.350.372CÁMARA 8 602.396 815 115.381 198.314 916.906CÁMARA 9 116.175 6.558 73.492 196.225CÁMARA 10 385.290 81.334 466.624Total visualde lascámaras8.229.996Visual delas torresde vigilanciaconvencional9.357.584 13.969 1.136.057 2465427 3.386.501 16.359.538las torres de vigilancia de incendiosconvencionales, para lo cual es necesariotener en cuenta la valoración decada modelo de combustible existente.Para utilizar un método fiable ycon una base concreta se creó unarelación entre la capa de la valoraciónde los modelos de combustibles y lacuenca visual que actualmente tienenlas torres de vigilancia convencional.El resultado de este producto ascendíaa 16.359.538 celdas. En la tablasiguiente se observan las cifras quecorresponden a cada valor del modelode combustible de la visual de las torresde vigilancia.A partir de esta cantidad, hay queprocurar aumentar dicha cifra medianteel estudio de las posibilidades de cadacámara de vigilancia.Después de conocer la superficieque quedaba vigilada con el sistemade detección convencional, hay queampliar la superficie vigilada, lo que selogra instalando las cámaras termográficasde vigilancia. En este apartadocabe tener muy presente la valoraciónprevia de los diferentes modelos decombustible.El siguiente paso consiste en estudiarlos puntos con vigilancia másprecaria de la zona para ver el punto delocalización de cada cámara, intentandomaximizar la zona de visibilidad delas mismas.Las cámaras se localizaron en lugarescon cierta altitud, donde se estabaestudiando la posible instalación deparques eólicos o en los ya existentes.Tras conocer la ubicación de lascámaras instaladas se efectuó unavaloración de la superficie de la secciónque ahora se encontraba vigiladatanto por las cámaras térmográficascomo por las torres de vigilancia convencionales.Pudo comprobarse que lasuperficie había aumentado considerablemente.Analizando las visuales de todaslas cámaras -individualmente y en conjunto-se llegó a la conclusión de que laalternativa más viable era aquella queestaría formada por un total de ochocámaras. Sería la visual formada porlas cuencas de las cámaras 1, 2, 3, 5,6, 7, 8 y 10. La visual de estas ochocámaras aumenta hasta las 7.730.603celdas. Y el conjunto de la visual de lascámaras junto con el de las torres devigilancia asciende a las 24.090.141celdas.CONCLUSIONESCon estas ocho cámaras se pasade cubrir 16.359.538 de celdas conlas torres de vigilancia convencionalesa 24.090.141 celdas. Como elancho de cada celda se correspondecon 0,01 ha, se puede afirmar que lasuperficie ahora vigilada asciende a240.901,4 ha.Se ha conseguido aumentar lavisual de zonas en las cuales con elsistema convencional era muy difícilla vigilancia debido a la poca accesibilidad.La nueva superficie vigilada correspondeal terreno que se puedevisualizar desde cada cámara paradetectar focos de incendio y suponeel 47% del total de la zona de estudiovigilada. Con la red convencional detorres de vigilancia la cifra era del31%, por lo que se ha incrementadonotablemente la superficie vigilada.Puede parecer que este 47% resultainsuficiente, pero hay que considerarque existe una gran superficieen la que la detección del humo deun incendio es rápida, con diferenciade escasos segundos con respectoa la rapidez del 47% indicado. Así,podremos decir que la zona de estudioquedaría prácticamente vigilada alcompleto.Existe la posibilidad de observarzonas de las provincias limítrofes deSegovia y Guadalajara, ya que dosde las cámaras instaladas tienen aterrenos de ambas provincias en sucuenca visual.Asociación y Colegio Oficial de Ingenieros Técnicos Forestales 45