por BRUNO RHODY
BRUNO RHODY, Ingeniero diplomado de montes, forma parte del personal del Instituto de Investigaciones forestales, Birmensdorf, Zurich (Suiza).
El texto fue revisado por E. J. Gärtner.
Con referencia especial al Aviógrafo Wild B8
EN EL CAMPO FORESTAL se suelen emplear los métodos más sencillos para recoger información a partir de fotografías aéreas. El resultado es que se hace más hincapié en la interpretación de fotografías que en la fotogrametría propiamente dicha; la fotointerpretación para las aplicaciones forestales se ha convertido en una rama altamente especializada de la fotogrametría clásica. En las deliberaciones que sobre la introducción de medios técnicos auxiliares mantienen los forestales, se dice a menudo que no deberían emplearse instrumentos y métodos de evaluación complicados. Durante mucho tiempo, por tanto, no se tuvo en cuenta el uso de estereotrazadores para fines forestales.
Debido a la creciente e intensa ordenación forestal y a la introducción de los métodos de muestreo en la inventariación forestal, se concede ahora creciente atención a un conocimiento más preciso del área de las masas y a su clasificación. Asimismo, muchas autoridades piden hoy día que se haga una evaluación a fondo de las superficies forestales siguiendo las mismas normas que en la inventariación catastral. En tales casos, los métodos de medición sencillos, como los empleados en la interpretación de fotografías, resultan insuficientes y se hace necesario el empleo de estereotrazadores. En los países donde haya que levantar inventarios forestales completamente nuevos, o donde hagan falta mapas forestales muy precisos dadas las dificultades del terreno, la ordenación intensiva o las complicadas condiciones silvícolas, el empleo de estos instrumentos es indispensable.
En las confección de mapas topográficos a partir de fotografías aéreas, se trata principalmente de trazar los objetos con contornos definidos. En la interpretación con fines forestales, sin embargo, lo que tiene especial interés es la gradación de los tonos grises y las diferencias en cuanto a estructura y textura de sus múltiples combinaciones e interrelaciones. En tanto el topógrafo debe ver la imagen en forma abstracta, el interés del forestal reside en el aspecto natural del monte tal y como se ve en la fotografía. Otra característica de la fotointerpretación de zonas forestales es que la clasificación de tipos de monte dentro de un rodal es difícil. La estructura estratificada de las masas forestales hace que suela ser difícil determinar la distancia entre la cubierta del vuelo y el suelo. Estos aspectos, tan importantes en el caso de la cartografía forestal, apenas puede evaluarlos correctamente un inventariados o un fotogrametrista.
La experiencia ha demostrado que es constantemente necesario tomar decisiones que exigen capacitación profesional o consultas con los intérpretes durante el proceso del trazado. Estas consideraciones indican que no es casi posible o eficaz separar la interpretación y el trazado, especialmente si en la zona en cuestión las condiciones silvícolas son difíciles. Los organismos forestales harían bien, por tanto, en adquirir sus propios instrumentos de trazado y encomendar los trabajos de fotointerpretación y de cartografía al personal a sus órdenes.
Son muchos los casos en que las oficinas de inventariación, los principales servicios forestales y las estaciones experimentales y de investigación pueden considerar la compra de un instrumento trazador. Cuando hay que hacer una nueva inventariación de vastas extensiones de monte, como sucede fuera de Europa o en las regiones tropicales, la adquisición de un instrumento trazador es particularmente importante. Si el organismo en cuestión no puede hacer pleno uso del equipo, debe poderlo alquilar de vez en cuando a otros organismos que no lo estén utilizando en ese momento.
¿Qué estereotrazadores pueden recomendarse para trabajos forestales? No corresponde a este artículo entrar en detalles sobre los instrumentos de trazado y sólo trataremos de sus aplicaciones forestales. Dadas las condiciones encontradas en Europa central, la posible relación de ampliación entre la escala fotográfica y la de trazado tiene cierta importancia. Los mapas forestales utilizados en dicha región suelen ser de escala relativamente grande: de 1:5.000 y 1:10.000, para presentar con detalle las condiciones del monte.
En cambio, por razones económicas, la escala negativa debe escogerse lo más pequeña posible. Además, los vuelos bajos con fines fotográficos no son posibles en el caso de bosques de montaña, ya que las laderas sobrepasan la línea de los árboles. En el caso de bosques sometidos a una ordenación intensiva, el límite para la interpretación se alcanza ya al 1:20.000; las escalas menores no resultan adecuadas. Estas consideraciones indican que para fines forestales el trazador debe tener una relación de ampliación de 1:4. Los trazadores con soluciones aproximadas, conocidos el nombre de aparatos de trazado de tercer orden, no permiten esta ampliación de la foto al mapa.
Otro factor importante en la interpretación fotográfica para trabajos forestales es la medición de la altura. No sólo es importante disponer de lecturas directas de las alturas en metros o pies, sino que la gama de alturas del aparato debe ser suficientemente amplia, ya que incluso en el caso de terrenos perfectamente llanos las alturas de los árboles pueden variar hasta 40 m debido a diferencias de masa. La determinación de la altura es especialmente importante cuando se trata de bosques de montaña. En el caso de los aparatos de trazado de tercer orden, la línea de vista Z es todo lo más un 25 por ciento de la altura de vuelo. Esto no es suficiente para la interpretación de las zonas de bosque de montaña.
Hasta ahora no se ha prestado gran atención a la cuestión de la adecuación de los aparatos de trazado para la identificación de tipos de bosque. Unicamente el empleo de una buena iluminación y de diapositivas permite interpretar los sutiles contrastes de tono que expresan la composición del bosque. Para distinguir estas tenues diferencias en las masas y determinar los límites de las mismas, se necesitan marcas claras de medición en el aparato de trazado. Estas necesidades se cumplen mediante marcas de medidas bien definidas, las cuales, sin embargo, no deben ser demasiado pequeñas.
Las exigencias de precisión para los aparatos de restitución forestal es un tema muy discutido. En principio, los límites de precisión deben determinarse de acuerdo con el problema que haya que investigar y con los resultados buscados. Para aplicaciones forestales, las especificaciones de precisión no deben ser demasiado rigurosas. Cuando se emplean trazadores de solución aproximada, la mayor fuente de errores es el balanceo.
Lo mejor para satisfacer las exigencias de la interpretación fotográfica es el empleo de estereotrazadores de gran precisión. En cambio, los aparatos de solución aproximada no cumplen los requisitos, especialmente cuando se trata de interpretar fotografías de zonas de bosque de montaña. Hasta hace poco, entre los trazadores simples y los autógrafos no había absolutamente nada y, dado su elevado precio, sólo en casos excepcionales estaba la adquisición de aparatos de restitución estereoscópica al alcance de los organismos forestales. Ahora ya, la Wild Heerbrugg Company ha creado un estereotrazador simple, el Aviógrafo B8, que ha venido a remediar esa deficiencia.
En comparación con los aparatos de restitución de solución aproximada, la principal ventaja fotogramétrica del Aviógrafo B8 consiste en la exacta reconstrucción geométrica en el instrumento de los haces de rayos tal y como en el momento de la exposición de la fotografía. Esto permite convertir exactamente las proyecciones centrales en una proyección ortogonal, lo que nos da un trazado preciso, incluso cuando se trata de zonas montañosas.
Otra ventaja de este aparato es que el levantamiento cartográfico puede realizarse simultáneamente a dos escalas: una a la escala del modelo y la otra en una mesa lateral a la escala de restitución requerida. De este modo, el operador va teniendo directamente ante sí un trazado comprobatorio y puede introducir inmediatamente los símbolos importantes de interpretación. El trazado pantográfico en la mesa lateral queda, por consiguiente, como un mapa «limpio» de la composición usualmente complicada de las zonas del monte. Además, el operador no se distrae de la labor de trazado, cosa especialmente importante cuando se trata de operadores de poca experiencia, que es lo que con frecuencia ocurre cuando los organismos forestales utilizan para este trabajo a personal propio.
Otra de las ventajas del B8 es el movimiento a pulso del índice móvil y de regulación de la altura del bastidor de calcar. Este método resulta más fácil para un principiante que el que se emplea con los autógrafos, que hay que manejarlos con dos ruedas de mano y un disco de pie.
Por último, la brillante iluminación de la imagen, el amplio campo de visión y la gran ampliación del área que se interpreta son otras tantas características que hablan en favor del B8. Otro de los aspectos prometedores del B8 para trabajos forestales es que permite la interpretación y el trazado a parir de fotografías en colores, cosa que no puede hacerse con los instrumentos tipo proyección.
Ya se ha hecho referencia a la relación de ampliación. En el Aviógrafo B8 la relación de escala de imagen a escala del modelo es de 1:2 y la de la escala del modelo a la escala del trazado es de 1:2,5, utilizándose el pantógrafo linear y la mesa auxiliar, proporcionándose, pues, una ampliación de cinco veces de las imágenes al mapa. Los requisitos forestales quedan, por tanto, perfectamente cumplidos.
En la fotogrametría forestal, uno de los más importantes factores para la restitución es registrar los resultados de la fotointerpretación en las fotografías y trasladarlos al mapa.
En la interpretación de fotografías de montes de Europa central hay que distinguir, como resultado de una ordenación intensiva, muchos tipos de bosque y clases de calidad. Pero también en otras partes del mundo los bosques se hallan más o menos diferenciados como consecuencia de las influencias geológicas, topográficas y antropogeográficas.
La fotointerpretación de un modelo espacial se hace delineando con tintas de colores los tipos de bosque, clases de calidad y demás características importantes de la zona. Esta importante labor preparatoria para el trazado puede hacerse bien en papeles impresos, o en diapositivas, o - en casos especiales - incluso en las negativas originales.
Las ventajas y desventajas del empleo de papel de copia, películas o placas deben sopesarse en cada caso. Es indiscutible que la interpretación sobre diapositivas resulta muy superior a la hecha sobre otros materiales, ya que en las zonas de monte muchos detalles quedan ocultos por la sombra y sólo pueden descubrirse e identificarse examinando de diapositivas. Las negativas tienen también la ventaja de que tal vez permiten identificar los detalles, pero las relaciones luz-sombra aparecen invertidas y es por tanto necesaria una conversión mental. Esto es difícil, sobre todo en el caso de masas mistas de coníferas y frondosas y puede dar lugar a errores de interpretación.
Muchos de los proyectos de investigación y experimentales han demostrado que ambas operaciones, la fotointerpretación y la restitución estereoscópica, es muy conveniente que se combinen y pueda hacerlas una sola persona. En muchos trabajos forestales, la separación de la interpretación y de la restitución ocasiona una división del trabajo, ya que en general se hacen estas operaciones en distintos lugares. Es, pues, conveniente que se ordenen las dispositivas cuando se redacten los pliegos de condiciones para contratar el vuelo aereofotográfico. Las diapositivas pueden interpretarse con un estereóscopo sobre una mesa luminosa. Los resultados se anotan con tinta de color transparente o bien directamente sobre las diapositivas o en superponibles claros, y se envían al organismo encargado de la restitución.
En la restitución con fines forestales, el manual de instrucciones del aparato merece especial atención, ya que el instrumento se utiliza aquí con fines no topográficos y, por tanto, los encargados de la restitución no son fotogrametristas profesionales. En dicho manual es, pues, muy importante la explicación de los términos utilizados en fotogrametría.
Para el Wild B8 se ha tratado en lo posible de preparar un manual de instrucciones que no exija un conocimiento previo de la literatura técnica sobre fotogrametría. Otra característica muy útil es que los cálculos matemáticos para la orientación del modelo se presentan en forma gráfica; para el Wild B8 esto se ha resuelto con tablas adecuadas.
Dadas las menores exigencias de exactitud cuando se trata de trabajos forestales, pueden utilizarse los mapas al día que ya existan para la orientación absoluta de las fotografías. Cuando se ha de tomar una nueva fotografía con fines forestales, es importante que los puntos de pasada visibles desde el aire se señalen antes de que tenga lugar el vuelo. Si no existen puntos de referencia en un monte, se recomienda que se establezcan otros nuevos y que se mantengan despejados. Con ello se lograrán puntos de referencia lo suficientemente precisos para que no sea necesario colocar señales especiales.
En muchos territorios fuera de Europa, donde no se hacen levantamientos intensivos, los puntos de pasada deben determinarse mediante triangulación aérea. En tales casos, hacen falta fotografías a gran altitud, utilizándose las fotografías a baja altitud para la interpretación forestal.
Por último, hay que mencionar los requisitos de precisión para las mediciones de altura en la fotointerpretación para trabajos forestales (Cuadro 1).
La exactitud máxima que suele conseguirse cuando se trata de mediciones terrestres de la altura de los árboles es de 10 por ciento para rodales densos y de 2,5 por ciento en el caso de árboles aislados. En consecuencia, la precisión en la medida de la altura en los puntos de pasada debe corresponder a dichos valores. Si los puntos trigonométricos y las curvas de nivel en los mapas cumplen dichas exigencias, pueden utilizarse para la orientación absoluta. Sin embargo, como no siempre existen puntos suficientes de este tipo, será necesario utilizar otros puntos de buenos mapas. Por ejemplo, las especificaciones en cuanto a exactitud de las mediciones de altura en la serie del mapa catastral general suizo al 1:10.000 y en la serie del mapa nacional suizo al 1:50.000 entran en dichas tolerancias. Si comparamos los errores de altura de los puntos de los mapas buenos, hallamos que la tolerancia es de 1,5 m en las hojas catastrales topográficas de los mapas nacionales al 1:10.000, de 1,5 m para los de 1:25.000 y de 2 m para los de 1:50.000. Por tanto, todos los puntos bien definidos en dichos mapas pueden utilizarse como puntos de pasada para la altura en los trabajos de cartografía forestal.
Los requisitos en cuanto a exactitud de la posición en el levantamiento de mapas forestales depende principalmente de las posibilidades de identificar los límites de las unidades de fotointerpretación. Las dificultades en definir los lindes exactos de los rodales provienen del cambio de anchura de la faja entre la proyección de la copa y el pie del árbol, y de la estructura del monte. Esta faja indefinida es de 5 m de ancho, aproximadamente, en el caso más favorable, cuando se trata de masas jóvenes y homogéneas, y aumenta con la edad. Por tanto, en cartografía forestal pueden aceptarse los 5 m como el límite superior de tolerancia para la exactitud de posición. Este valor se cumple por el mapa catastral general con 3 m de tolerancia y por el mapa nacional al 1:25.000 con 5 m de tolerancia. El mapa nacional al 1:50.000, con sus 10 m de tolerancia, sin embargo, supera casi todos los requisitos de precisión para la cartografía forestal. El mapa nacional al 1:25.000 puede, por tanto, utilizarse también como control para la orientación absoluta cuando los mapas se levantan con fines forestales.
El empleo de fotografías tomadas a baja altitud, necesario en casos especiales para la fotointerpretación intensiva, es una característica más de la cartografía forestal estereoscópica.
CUADRO 1. - REQUISITOS DE PRECISIÓN PARA LAS MEDICIONES DE ALTURA DE LOS ÁRBOLES (en relación con la longitud focal (f), la altitud del vuelo (A) y el tamaño mínimo de las unidades de interpretación)
|
Escalas do fotos |
1:5.000 |
1:10.000 |
1:15.000 |
1:20.000 |
|
Unidades forestales interpretables |
Arboles individuales |
Grupos de supervivencia más pequeños |
Grupos de árboles económicos |
Masas |
|
Error como % de la determinación de la altura |
2,5 |
5 |
7,5 |
10 |
|
Altura máxima de los árboles, en metros |
40 |
40 |
40 |
40 |
|
Error de altura, en metros |
1 |
2 |
34 |
|
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Con f = 152 mm = 6 pulgadas | ||||
|
A, en metros |
760 |
1 520 |
2 280 |
3 040 |
|
A, en pies |
2 500 |
5 000 |
7 500 |
10 000 |
|
Error de altura, en ‰ de A |
1,3 |
1,3 |
1,3 |
1,3 |
|
Con f = 210 mm = 8 ¼ pulgadas | ||||
|
A, en metros |
1 050 |
2 100 |
3 150 |
4 200 |
|
A, en pies |
3 500 |
7 000 |
10 500 |
14 000 |
|
Error de altura, en ‰ de A |
0,95 |
0,95 |
0,95 |
0,95 |
|
Con f = 115 mm = 4 ½ pulgadas | ||||
|
A, en metros |
575 |
1 150 |
1 725 |
2 300 |
|
A, en pies |
1 900 |
3 800 |
5 800 |
7 600 |
|
Error de altura, en ‰ de A |
1,75 |
1,75 |
1,75 |
1,75 |
En las zonas montañosas ocurre algunas veces que las diferencias de altitud del terreno en un modelo son tan grandes que exceden la gama de alturas del instrumento trazador. Dichos modelos deben ser restituidos por etapas utilizándose diferentes escalas de modelo. En casos excepcionales, puede ser útil llevar a cabo restituciones a una escala arbitraria, lo que requerirá la conversión de la lectura de las altitudes. Para una labor por etapas, debe disponerse en cada estrato de altura de un número suficiente de puntos de pasada.
Como los límites extremos de altura no son cosa rara en el levantamiento de mapas forestales a partir de fotografías a gran escala, O. Wey y EL. Scholl de Wild Heerbrugg se dedicaron juntamente a llevar a cabo investigaciones acerca de las posibilidades instrumentales del Aviógrafo B8. El caso límite se presenta cuando no es posible lograr orientación relativa de una vez, debido a las diferencias de altura en todo el modelo; podría ocurrir que sólo parte de la zona del modelo se encuentre incluida en la gama Z del trazador. En este caso, la orientación relativa sólo puede conseguirse cambiando la base. Como en el Aviógrafo tenemos lo que se llama una base espacial, la orientación relativa no varía al cambiar de base. Para la corrección de w, por ejemplo, la base puede por tanto ser modificada hasta que el índice móvil pueda ajustarse con el tambor de alturas en partes del modelo que de otra manera se encontrarían fuera de los límites. En este caso, es importante que la inclinación del modelo sea hacia la base o perpendicularmente a ella. Las formas topográficas suelen ser tales que los tramos de monte se extienden a lo largo de ambas laderas de un valle. Para la fotografía del monte, la línea del vuelo debe seguir por tanto la línea central de cada pendiente boscosa paralela al valle. Con esta disposición, un modelo estereoscópico incluye sólo un lado del valle.
El modo más rápido de lograr una orientación relativa es eliminar, ante todo, el balanceo y luego las paralajes j en la parte superior y las paralajes w en la parte inferior del modelo.
Finalmente, puede decirse algo del problema muy debatido de la restitución afín, ya que ésta es importante en la cartografía forestal.
Cuando se utilizan las fotografías originales sin transformación para formar un modelo afín, sólo son posibles aproximaciones, encontrándose éstas dentro de ciertos límites de error. Como las precisiones exigidas para fines forestales no son excesivas, las aproximaciones en la restitución estereoscópica pueden a veces satisfacer los requisitos.
El problema de la restitución afín ha sido tratado repetidas voces en las revistas científicas de los últimos años. Estos trabajos demuestran que el empleo de métodos afines de restitución podría justificarse en ciertas circunstancias. Se menciona aquí particularmente la importante cuestión de la restitución con una menor distancia focal (f), que causa compresión del modelo y puede, por tanto, aportar ciertas ventajas en el levantamiento de terreno montañoso. La utilización de distancias focales mayores en la fotografía forestal es importante, ya que la foteinterpretación intensiva exige una vista tan vertical de la zona como sea posible.
FIGURA 4. - Vista detallada del Aviógrafo B8.
En el caso en cuestión, las investigaciones se llevaron a cabo con fotografías tomadas con el Aviotar f/4 (f = 210 mm). Como esta distancia focal no puede emplearse en el B8, dichas fotografías deben restituirse por afinidad. Al restituir con una distancia focal más corta, la relación entre la escala de elevación y la escala planimétrica cambia en igual proporción que la relación entre la distancia focal de la restitución y la distancia focal de la cámara fotográfica. De acuerdo con las investigaciones de R. Finsterwalder (publicadas en Bildmessung und Luftbildwesen, Karlsruhe, Heft 4, 31, Jahrgang), los errores del modelo aumentan linealmente con el factor (k), obtenido por la relación entre la distancia focal de restitución y la distancia focal de la cámara. Con una distancia focal de restitución de (f) = 152 mm y una distancia focal de la cámara de (f) = 210 mm, con un factor (k) de 0,72, los errores de posición y altura debidos a las deformaciones del modelo, resultantes de las inclinaciones de las fotografías, serían de 0,17 mm en posición, con un ángulo de balanceo de 3° y 0,54 por mil de (A), con una diferencia de altitud de terreno del 20 por ciento de la altura de vuelo.
Los errores de posición debidos a la restitución afín son menos importantes desde el punto de vista forestal y caen dentro de la exactitud exigida, mientras que los errores de altura los superan sólo en casos extremos. La investigación llevada a cabo con el Aviógrafo B8 con fotografías forestales tomadas con una mayor distancia focal han mostrado que no puede existir objeción en cuanto al uso de los métodos afines en trabajos forestales, siempre que los ángulos de balanceo sean inferiores a 5° y que la relación entre ampliación (k) de la distancia focal de restitución y la distancia focal fotográfica no exceda el factor 1,5.
En la restitución afín de modelos con el 25 por ciento de diferencias de altura y más, ocurren paralajes residuales que no pueden eliminarse en la orientación relativa. En condiciones orográficas muy difíciles en el modelo, ha resultado conveniente agrupar las pendientes medias del terreno y orientar y restituir el modelo por etapas. Cuando se utilizan métodos afines para la restitución a partir de fotografías forestales, no puede evitarse en casos extremos el uso de dichos métodos aproximados.
En resumen, puede afirmarse que el Aviógrafo es adecuado para la interpretación intensiva en trabajos forestales y la restitución, tanto en condiciones fotográficas normales dentro de los márgenes técnicos como cuando se utilizan métodos afines.
