Plataforma de Observación de Florecimientos de Algas en Regiones Costeras Utilizando Imágenes Hiperespectrales e Inteligencia Artificial

Desarrollar una plataforma tecnológica de monitoreo remoto que, utilizando una cámara hiperespectral a bordo de un vehículo aéreo no tripulado y procesamiento de imágenes basado en inteligencia artificial, sea capaz de identificar florecimientos de algas en ecosistemas costeros de la República de Panamá.

Los florecimientos de algas (algal blooms) son fenómenos naturales donde, por una variedad de causas, el fitoplancton se reproduce a tasas explosivas en cuerpos de agua, a tal extensión que provoca una serie de desbalances ambientales en los ecosistemas donde se dan. Estos eventos resultan en cantidades de algas que forman recubrimientos opacos sobre la superficie de los cuerpos de agua, bloqueando la luz del sol, limitando la difusión de oxígeno atmosférico en el agua e incrementando la concentración de toxinas en el agua.
Los florecimientos de algas frecuentes y prolongados producto de estos factores tienen profundos efectos en los ecosistemas costeros, y se considera un riesgo biológico tanto a las comunidades humanas que dependen de estos ecosistemas, como a sus actividades económicas. Esto afecta principalmente a los sectores ambiental, salud pública, seguridad alimentaria, turismo y economía de las regiones costeras. Los florecimientos de algas han sido considerados como uno de los mayores problemas de calidad de agua que afronta la humanidad a nivel mundial.
En los Estados Unidos se ha cuantificado que estos eventos causan daños económicos de alrededor de $2 billones al año. Este problema ha sido reconocido por el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) en un reporte donde por primera vez en el 2019 establecieron una relación directa entre los florecimientos de algas como co-estresores del cambio climático.
El incremento de estos fenómenos tiene orígenes en efectos de de la actividad humana, entre los cuales se identifican la eutrofización de las aguas, el incremento de las temperaturas marinas por de los efectos del cambio climático y la introducción de nuevas especies a los ecosistemas a través de las aguas de lastre en buques marítimos. La eutrofización de un cuerpo de agua se refiere a su progresivo enriquecimiento en nutrientes y minerales disueltos, producto de una variedad de actividades que desaguan en estos cuerpos de agua tales como la acuicultura, agricultura, ganadería, tratamiento de aguas negras y la erosión de los suelos, que introduce nutrientes adheridos a los sedimentos depositados en los cuerpos de agua.
Los compuestos tóxicos que se liberan al entorno en un florecimiento pueden causar efectos nocivos y hasta la muerte. En adición, no es necesaria la presencia de florecimientos de algas visibles para que el agua contenga altas concentraciones de compuestos nocivos y se afecten de manera negativa los ecosistemas marinos y costeros que dependen de los recursos acuáticos, lo que representa un riesgo significativo y permanente a la salud de las comunidades que se alimentan de productos del mar. Para caracterizar y monitorear los florecimientos de algas en cuerpos de agua, se han desarrollado una serie de estudios basados en análisis de imágenes hiperespectrales que contienen información acerca de la reflectancia de sus sujetos en cientos de longitudes de onda fuera del espectro visible. Al corroborar el comportamiento espectral previamente caracterizado acerca del objeto de interés, el procesamiento de estas imágenes permite la identificación rápida de la presencia de una variedad de condiciones en los cuerpos de agua observados. Esta propuesta busca desarrollar tecnológica integrada de monitoreo remoto que, utilizando una cámara hiperespectral a bordo de un vehículo aéreo no tripulado e inteligencia artificial, identifique florecimientos de algas en ecosistemas costeros de la República de Panamá. La metodología se enfoca particularmente en modelar el comportamiento espectral de algas comunes en florecimientos de regiones costeras, la construcción de un prototipo móvil para la adquisición de imágenes hiperespectrales en regiones costeras, el desarrollo de algoritmos de inteligencia artificial para la clasificación de las especies de algas estudiadas en ecosistemas costeros de la república, y la realización de pruebas de campo para validar el algoritmo desarrollado.
Esta plataforma constituiría una herramienta fundamental para futuros esfuerzos en gestión de políticas públicas con objetivo de monitorear y minimizar el impacto que puedan tener los florecimientos de algas el medio ambiente, salud y economía panameña. Adicionalmente, se espera que la plataforma proporcione una fuente de información adicional para el monitoreo de los efectos del cambio climático de manera rápida, concisa y repetible.

• http://gitts.utp.ac.pa/en/research/