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El uso de Sistemas Optrónicos para la detección de incendios forestales en la

provincia de Soria

LUCAS SANTOLAYA, J.A.1, BARRIO MARTÍN, R.1, CABRERIZO SORIA, V.F.1 y DÍEZ RÁBANOS, F.J.1

1 Servicio Territorial de Medio Ambiente de Soria.

Resumen En la provincia de Soria desde el año 2006 se está desarrollando un sistema de vigilancia, detección y seguimiento de incendios forestales, complementario al tradicional, formado por una red de vigilancia automatizada de alta tecnología compuesta por sistemas optrónicos que combinan dos cámaras, una visible y otra térmica. Este novedoso sistema permite la localización de focos de incendio de manera automática en entornos aislados y alejados de zonas habitadas y en condiciones ambientales de escasa visibilidad. Palabras clave Incendios, detección, prevención, vigilancia, GIS, visibilidad, cámara, termografía, sistema optrónico.

1. Introducción La superficie total de la provincia de Soria asciende a 1.028.700 ha, de las cuales la

superficie forestal es 597.402 ha, lo que representa más del 58%. Y la superficie forestal arbolada es de 428.000 ha., lo que supone cerca del 43% de la superficie provincial. Esta gran proporción de superficie forestal arbolada hace que la detección temprana de incendios forestales sea fundamental a la hora de su protección. La provincia de Soria siempre ha sido pionera en estos asuntos, así hay constancia de que ya en 1881 se instó al Jefe de Distrito Forestal de Soria entre otras provincias, a crear una red de telégrafos para dar aviso de los incendios forestales. Actualmente en la provincia de Soria, hay una media de unos 80 incendios forestales anuales, la detección de estos incendios se ha venido realizando mediante una red fija de vigilancia formada por 33 torretas o puestos de vigilancia fijos, desde donde se vigilan las áreas forestales más importantes de la provincia. El sistema de comunicaciones por radio convencional permite que cualquier avistamiento de humo pueda ser comunicado al Centro Provincial de Mando (C.P.M.) de forma instantánea.

La evolución de la tecnología ha permitido desarrollar sistemas automatizados de

detección de incendios forestales basados en cámaras de vigilancia y teledetección por satélite. La teledetección por satélite sigue muy condicionada por la frecuencia de obtención de las imágenes y su baja resolución por lo que tanto sistemas ópticos como térmicos o la combinación de ambos para la detección de incendios se van abriendo paso complementando los sistemas tradicionales de detección.

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Desde 1999 países como Sudafrica (Firehawk™), Tailandia (AlarmEYE®), Australia (EYEfi SPARC), México (INVAP, 2009) entre otros han testado sistemas de detección con resultados dispares. Actualmente se consideran relevantes dos sistemas para su empleo real en las condiciones de la mayoría de los países europeos: FireWatch (termografía) y Forestwatch (detección de humos). Ambos sistemas están siendo probados y utilizados comercialmente en muchos países alrededor del mundo.

En España también se han desarrollado proyectos de detección de incendios con

cámaras como el caso del SISTEMA BOSQUE 99” implantado en la Comunidad Autónoma de Andalucía, o el SISTEMA DISTER de la Comunidad Valenciana.

El sistema elegido en Soria es una combinación de cámara térmica y visible en continuo

desarrollo que constituye ya una importante infraestructura tanto para la detección de incendios y su posterior seguimiento, como para suministro de comunicaciones de banda ancha en zonas remotas. Este sistema ha sido presentado en dos proyectos Interreg IVC causando gran interés y aceptación entre numerosos socios europeos.

2. Objetivos

El Objetivo es desarrollar un nuevo sistema de detección de incendios, complementario al existente, que pueda hacer replantear el modelo de operativo actual de detección, formado por una red de vigilancia automatizada de alta tecnología mediante la implementación de sistemas optrónicos, es decir mediante la combinación de dos cámaras, una visible y otra térmica. Este novedoso sistema permite la localización de focos de incendio en tiempos óptimos bajo dos circunstancias:

Entornos aislados y alejados de zonas habitadas en las que difícilmente se puede detectar un conato de incendio en un tiempo breve mediante la simple inspección visual.

En condiciones ambientales adversas tales como niebla, humo, baja o nula luminosidad, calima, etc.

Facilitar además las posteriores labores de extinción gracias al seguimiento termográfico y a tiempo real de los focos de incendio así como su localización precisa sobre la cartografía disponible de la zona.

3. Metodología 3.1.- Ubicación de puntos de vigilancia.

La red de vigilancia térmica que actualmente dispone la provincia de Soria es el producto de 6 fases o proyectos encadenados en los que se han ido implementando paulatinamente los sistemas optrónicos por la orografía de la provincia hasta llegar a los 19 puntos de detección de los que se dispone actualmente:

2004 - 2006 ejecución de 2 proyectos: 8 sistemas en funcionamiento 2006 - 2009 ejecución de 3 proyectos: 5 sistemas en funcionamiento 2010 - 2012 ejecución de 1 proyecto: 6 sistemas en funcionamiento

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Esta red de detección de incendios está formada por unidades de vigilancia y detección ubicadas físicamente en el monte. En la elección de las primeras ubicaciones de los sistemas fueron condicionantes las localizaciones de los parques eólicos al formar parte su instalación de las medidas compensatorias de impacto ambiental de los mismos.

Posteriormente para la elección de las ubicaciones óptimas de los sistemas de

detección se partió de la realización de un mapa de riesgo de incendio forestal en la provincia de Soria (Figura 1). Para ello se realizó mediante ArcGIS® una ponderación conjunta del riesgo de incendio forestal:

Riesgo=0.75*carga+1*Inflamabilidad+0.25*continuidad+0.25*igniciones+0.25*espacios+1*infraestructura+1*Valor Capa de carga de combustible (basado en el 3º Inventario Forestal Nacional), Capa de inflamabilidad (basado en el 3º Inventario Forestal Nacional), Capa de continuidad forestal (basado en el Mapa Forestal de España), Capa de igniciones históricas por entidad local, Capa de Espacios Naturales Protegidos, Capa de infraestructuras, Capa de Valor Socio-Económico (basado en el Mapa Forestal de España)

Figura 1. Mapa de riesgo de incendio forestal en la provincial de Soria.

Paralelamente se procedió al estudio de un total de 101 posibles ubicaciones, siguiendo criterios de elección supervisados en función de la cartografía, como puntos de cotas elevadas, extremos de cumbres, orientación de valles, etc. Desde cada punto inicial y con la información de un Modelo Digital del Terreno (MDT) se calculó la cuenca visual de cada punto teniendo en cuenta las limitaciones técnicas de las cámaras (Tabla 1).

Tabla 1. Características de las cámaras de detección de incendios mediante infrarrojos

Método de funcionamiento Detección de longitudes de onda del espectro del infrarrojo (8-14µm) Recepción de datos Mediante tecnología inalámbrica al C.P.M. Superficie Minima Detectada Calibrada en función del poder calorífico y la distancia, < 1m2 Distancia de detección 8 Km, si se dispone de buena visibilidad puede ser mayor. Angulo de visualización Cabezal giratorio de 360º (acimut) y ± 90º desde la horizontal Instalación Colocada en el extremo de torres de 30 metros

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Con la información de visibilidad de todos los puntos se trataba de asignar la importancia de cada una de estas ubicaciones para la detección de incendios forestales. Para ello se cruza la capa resultante del cálculo de riesgo de incendio forestal con las visibilidades de cada una de las ubicaciones, se calcula la superficie que se puede observar desde cada punto para cada valoración de riesgo y se obtiene la suma de los productos de valoración por superficie, obteniendo un valor final que permite catalogar las posibles ubicaciones elegidas y dar un orden prioridad.

3.2.- Sistema de vigilancia y análisis de datos.

Una vez elegidas las ubicaciones, las unidades de vigilancia son montadas sobre torres de celosía auto-soportadas y de sección cuadrada de 30 metros de altura y 1,45 metros de anchura en base y en punta, de gran resistencia y escaso impacto visual, cada unidad de vigilancia (Figura 2) es el resultado de integrar en un solo sistema la siguiente electrónica, controlada con un software específico que permite la detección temprana de focos de incendio y su posterior seguimiento:

Cámara térmica infrarroja. Cámara CCTV de altas prestaciones. Sistema de geo-referenciación. Equipos de comunicaciones. Equipos de control informático. Estaciones meteorológicas.

Figura 2. Ejemplo de Unidad de Vigilancia en funcionamiento (1), se encuentra las 24 horas en observación continua; las imágenes captadas por las cámaras (2) son enviadas vía radio enlace (3) desde la propia torre

Cada unidad de vigilancia se encuentra en estado de observación continua durante las

24 horas. Únicamente se suspende su funcionamiento durante los meses de invierno aprovechando la ausencia de incendios para hacer labores de mantenimiento. Trabajan mediante la detección de longitudes de ondas del espectro del infrarrojo procedentes del terreno (Figura 3). Los rangos térmicos de detección se han ido calibrando durante los primeros años del proyecto para minimizar las falsas alarmas.

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Figura 3. Simulación de ubicación y rastreo en campo

La vigilancia continua del terreno está basada en el análisis de las imágenes térmicas

que se captan en sectores pre-programados (preset), cada sistema optrónico formado por cámara térmica, cámara visible CCTV y posicionador, (Figura 4) van barriendo continuamente preset a preset y analizando la existencia o no de puntos calientes.

Figura 4. Sistema optrónico de largo alcance dotada de una carcasa de protección ante las inclemencias meteorológicas

En cuanto al suministro eléctrico, el sistema puede ser autosuficiente con paneles solares, un pequeño aerogenerador y baterías de gel o baterías de metanol. Aunque siempre es preferible tener el suministro de energía de una red general para evitar interrupciones. El consumo de las torres con cámaras se estima en un máximo de 150w aunque depende de muchos factores, como el número radioenlaces de la misma.

Tanto las imágenes captadas, como la información de las alertas generadas y los datos

meteorológicos se reciben en el C.P.M. para ello es necesaria una potente infraestructura complementaria de telecomunicaciones por radio-enlace. La forma de transmitir la información es de banda libre, por lo que no necesita licencia. En el C.P.M. se reciben las imágenes en tiempo real donde son supervisadas sobre un video-wall (Figura 6) por un operador a través de un software de manejo sencillo.

En el momento que el sistema detecta un foco de calor, llega la información al centro de

control, el software dispone de herramientas de gestión, información geográfica (GIS), diagnóstico y telecontrol para gestionar la alama. Durante su funcionamiento en modo automático la cámara que detecta el incremento de calor capta desde ese instante una serie de imágenes concretas de la alarma, las transmite y las almacena de forma automática, por si posteriormente han de ser consultadas (Figura 7)

Desde el C.P.M. se pueden gestionar los puntos de observación, pudiendo controlar la

mayoría de parámetros técnicos. Una vez seleccionado el punto de observación es posible ver

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su librería de imágenes tomadas en condiciones de visibilidad óptimas para reconocer el terreno por ejemplo durante la noche o en condiciones de mala visibilidad.

Figura 6. Video-wall de supervisión simultanea de todos los puntos de observación.

Figura 7. Detalle de una alarma real recibida en el C.P.M y captación automática de una serie de imágenes.

La detección de una posible alerta no se realiza mediante análisis radiométrico, es decir

no detecta el humo, por lo que necesita visión directa del foco de calor (Figura 8).

Figura 8. Detalle de la cobertura visual de una de las cámaras

Una vez detectado el foco de calor, éste es localizado sobre el GIS basándose en la intersección de la visual desde la cámara (ángulo horizontal - ángulo vertical del posicionador) con el modelo digital del terreno (MDT) y avisa al operador con una alarma sonora. El entorno GIS que aporta el software (Figura 9) utiliza la base cartográfica que se desee, la aplicación permite insertar capas en formato de ESRI®, calcular distancias, superficies, perfiles longitudinales, visualización 3D del modelo digital del terreno, etc.

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Figura 9. Detalle del entorno GIS del software con información meteorológica

Otro aspecto a destacar es que exporta sobre la base cartográfica los datos meteorológicos que toma en cada momento su estación meteorológica. Se actualizan cada 30 segundos y se pueden transmitir al C.P.M. con la frecuencia que se desee. Se reciben datos de Temperatura, Humedad, Presión, Precipitación, Velocidad y Dirección del viento. Además los datos quedan guardados en una base de datos para posteriores consultas. También se visualiza un haz desde cada cámara que indica la dirección en la que está mirando en cada momento.

En cualquier momento se puede tomar el control manual del software y controlar

individualmente cualquier sistema optrónico (Figura 10), el software permite: Hacer “zoom”. Localizar la incidencia y enfocar la imagen en tiempo real. Cambiar los rangos térmicos, para mejorar la visión de la cámara térmica. Guardar fotogramas. Superponer imagen térmica y real Consultar la biblioteca de imágenes

Figura 10. Detalle del control manual de un sistema optrónico

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Por otro lado este proyecto lleva asociado una importante red de comunicaciones, esta red además de permitir enviar las imágenes de las cámaras en tiempo real hasta el Centro Provincial de Mando permite disponer de WIFI de banda ancha en zonas remotas, para ello la provincia de Soria dispone de 23 puntos de comunicaciones y varios radio enlaces punto a punto que permitirán disponer de un sistema propio de comunicaciones en zonas remotas sin necesidad de depender de proveedores de satélite e Internet.

Complementando esta red de comunicaciones y enmarcado en el mismo proyecto se ha

dotado a 8 vehículos del Servicio Territorial de antenas de comunicaciones que permitirá tener conexión en entornos aislados. Cada vehículo se conecta con la torre más cercana sirviendo de enlace para poder utilizar cualquier dispositivo inalámbrico u ordenador portátil en campo. Es posible su uso mediante un cable de red para entrar en el sistema, o bien de forma inalámbrica ya que el propio vehículo repite la señal WIFI en un entorno próximo.

El presupuesto de ejecución aproximado para una sistema completo de torre de

vigilancia y comunicaciones es de 92.800 €.

4. Resultados

Durante los primeros años de su puesta en marcha el objetivo principal era la puesta a punto del sistema y seguir con la investigación y desarrollo de posibles mejoras para comprobar la validez de los sistemas, sin expectativas de obtener resultados relevantes. Así en los años 2006, 2007 y 2008 el trabajo se centró en la solución de fallos técnicos y corrección de problemas del software de gestión del sistema de alarmas y localización.

Pese a estos fallos, durante los primeros tres años de pruebas se lograron resultados

interesantes: En 2006 se hizo el seguimiento de tres incendios forestales de los cuales no se

obtuvo alarma por estar fuera del radio de detección de la cámara térmica. En 2007 se detectó un incendio y se hizo el seguimiento de otros dos que se

encontraban fuera del radio de detección. En 2008 se detectó un incendio del que se hizo su seguimiento completo.

Además de estos incendios detectados el sistema fue muy útil para hacer un

seguimiento exhaustivo de:

Quemas controladas dentro del radio de alcance de las cámaras. Detección y seguimiento integro.

Descarte de falsas alarmas de humo (Figura 11) recibidas desde los puestos de vigilancia tradicionales como pueden ser polvo de maquinaria agrícola trabajando, canteras, chimeneas…

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Figura 11. Detalle de una falsa alarma, en la visión real (izquierda) se observa lo que parece una columna de humo, en la

imagen térmica (derecha) no se observa foco de calor por lo que se deduce que es polvo, en concreto de una cantera

Gracias al trabajo de los Técnicos del Servicio Territorial de Medio Ambiente se han ido proponiendo sugerencias que han ido corrigiendo algunas de las deficiencias. Con las mejoras realizadas se han reducido drásticamente el número de falsas alarmas así como ciertos problemas de suministro eléctrico que también se han ido enmendando.

Pasada la fase de I+D, se fijo el año 2009 como el primer año en el que había que

obtener resultados reales de la efectividad de este sistema complementario de detección. Para ello se incorporó la figura del Operador de Consola, quien sería la persona encargada de supervisar el sistema y gestionar las alarmas. Durante ese año se detecto un incendio de forma automática y se pudo hacer el seguimiento integro de otros seis. El año 2010 fue un año de poca incidencia de incendios en la provincia de Soria, pese a ello se logró detectar con el sistema 4 incendios en su ámbito de actuación además del seguimiento de otros cuatro incendios que se encontraban fuera del radio de detección. El año 2011 se realizó una mejora cualitativa al convertir la señal de la imagen de analógica a digital lo que implicaba una mayor resolución de las imágenes recibidas, sin embargo esto hizo que el sistema empezara su funcionamiento mas tarde de lo deseado, esto unido a que no hubo apenas incendios en el ámbito de actuación de las cámaras hizo que solo se consiguiera el seguimiento de cuatro incendios (Figura 12), sin que el sistema llegara a detectar ninguno de ellos.

Figura 12. Detalle de un incendio observado el 12 de julio de 2011

Durante el año 2012 con la puesta en marcha de seis nuevos puntos de detección ubicados en zonas eminentemente forestales han arrojado el resultado de 35 incendios observados de los cuales:

Cuatro han sido detecciones automáticas reales de incendio. 31 incendios de los que se ha hecho su seguimiento.

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Durante este año se produjo una importante mejora para corregir el excesivo tiempo de

rotación de alguno de los sistemas. Gracias por un lado a la eliminación de presets que se han considerado innecesarios por no observar masa forestal y sobretodo gracias a la instalación de una nueva electrónica en campo que reduce a un segundo el tiempo de análisis de la imagen, se ha logrado rebajar un 60 % el tiempo de rotación de los sistemas

Respecto a las Falsas Alarmas del sistema se han considerado 3 tipos: 1º TIPO: Las que genera el sistema cuando hay algún tipo de fallo técnico,

estás suelen ocurrir por fallos en la cámara térmica, o durante las tareas de calibración del sistema. Son la gran mayoría de las falsas alarmas que se reciben y su número es muy elevado debido a que hasta que no se corrige el posible fallo o avería se repiten constantemente las mismas alarmas.

2º TIPO: Son las originadas por causas naturales y del propio terreno como pueden ser el orto y el ocaso de sol, o el sobrecalentamiento de alguna piedra del terreno.

3º TIPO: Originados por otro tipo de causas, entre otras por maquinaria, tubos de escapes, aerogeneradores, chimeneas, reflejos…

Analizando los datos de las falsas se extrae que durante los últimos 3 años se está

teniendo una media anual de entre 10 y 49 falsas alarmas por sistema optrónico/año. Sin embargo si obviamos las falsas alarmas generadas por fallos técnicos como puede ser el simple reinicio (apagado-encendido) de una cámara, estas falsas alarmas se reducen mucho, a no más de 14 falsas alarmas anuales por sistema optrónico, lo cual se entiende más que aceptable.

La potente red de comunicaciones que lleva consigo estas infraestructuras aporta una

amplia funcionalidad, actualmente ya se ha dotado de comunicaciones vía WIMAX-WIFI a los centros administrativos, bases aéreas y Casas Parque de la provincia de Soria dependientes de la Junta de Castilla y León. Así mismo ya se puede utilizar esta red, en sus zonas de cobertura, para tener comunicaciones que ayuden a la gestión de emergencias como incendios forestales a través del Puesto de Mando Avanzado (P.M.A.) al poder tener Internet de calidad en el área del incendio o puede ser utilizado para el trabajo diario de los Agentes Medioambientales en el propio medio forestal.

Esta misma conectividad puede ser usada para dotar a núcleos de población aislados, de

difícil accesibilidad física o de escasa rentabilidad económica de acceso a banda ancha. Incluso permite, con la adición de un pequeño módulo, dotar de televisión vía satélite. Así como disponer de cobertura de comunicación en muchas de las masas forestales más importantes y de más riesgo de incendios de la provincia. 5. Discusión

Trabajando desde grandes distancias las imágenes de los sistemas convencionales de observación y detección no nos aportan ninguna información, sin embargo, las imágenes térmicas nos permiten detectar y ver con detalle, incluso en condiciones meteorológicas desfavorables tales como niebla, humo, polución, baja o nula luminosidad, etc. cualquier

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fuente de calor por pequeña que sea, pudiendo identificarse con fiabilidad a individuos, vehículos, fogatas y un sinfín de objetos que funcionen con cualquier fuente de energía.

Sus prestaciones nos permiten multitud de funciones:

Detección temprana de incendios. Seguimiento y monitorización de incendios. Seguimiento de quemas controladas. Información meteorológica en tiempo real. Visualización de los medios de extinción en el incendio. Seguimiento de vehículos / personas. Efecto disuasorio. Discernir falsas alarmas como polvo o chimeneas de incendios reales. Seguimiento de incendios incluso a larga distancia cuando se encuentran fuera

del rango de detección. Inventariación de fauna. Estudio de anomalías en masas vegetales ( Plagas o enfermedades)

Pese al escaso número de incendios en la provincia de Soria para testar los sistemas, los resultados a día de hoy obtenidos tanto en detección y seguimiento de incendios como su escaso número de falsas alarmas nos hacen ser optimistas en cuanto a su funcionamiento, si bien el sistema necesita mejorar en cuanto a los falsos negativos (no detectar incendios) sobre todo en el inicio de incendios bajo arbolado para lo que se continuara trabajando en la calibración de los sistemas para hacerlos mas efectivos.

En sendos proyectos Interreg IVC (EFFMIS y EUFOFINET) en los que la Junta de

Castilla y León ha trabajado con más de 8 países europeos se ha valorado este sistema y se ha comparado con otros sistemas de video-vigilancia mediante cámaras de detección de humos (ForestWatch). Este último sistema se ha instalado en países como Eslovenia o Lituania y la experiencia sobre el mismo nos indica que genera muchas falsas alarmas reconociendo ellos mismos que tienen que mejorar mucho el sistema. 6. Conclusiones

Los sistemas optrónicos de vigilancia contra incendios forestales desarrollado en Soria ha demostrado su correcto funcionamiento y también ha puesto otra herramienta más al servicio de las administraciones para la detección temprana de focos de incendios forestales, cumpliendo además otras funciones complementarias importantes (disuasoria, seguimiento de incidencias y medios, información meteorológica, inventariación de fauna, mejora de las comunicaciones y de la transmisión de información de voz, imágenes y sonidos, etc.).

Este sistema complementario de detección de incendios forestales es un proyecto en

constante evolución de manera que se continúan proponiendo y efectuando mejoras conforme siguen los avances técnicos.

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7. Agradecimientos

Hay que agradecer el trabajo de los técnicos del Servicio Territorial de Medio Ambiente de Soria, en especial a la Sección de Protección de la Naturaleza, directamente involucrada en la lucha contra los incendios forestales.

Agradecer a la Fundación de Patrimonio Natural de Castilla y León el trabajo llevado a

cabo para el proyecto de ejecución denominado “Suministro de Sistema de Vigilancia de Incendios Forestales en la Provincia de Soria” cuyo contrato fue licitado por la esta Fundación por el procedimiento abierto. Así como a la empresa GESMACOM, que ha desarrollado la tecnología de acuerdo con los requerimientos que le han sido solicitados desde el Servicio Territorial de Medio Ambiente de la Junta de Castilla y León en Soria

8. Bibliografía http://www.fire.uni-freiburg.de/iffn/tech/tech.htm

http://www.juntadeandalucia.es/medioambiente/web/Bloques_Tematicos/Patrimonio_Natural._Uso_Y_Gestion/Montes/Incendios_Forestales/plan_infoca/Cap11_sistemas_vigilancia_deteccion.pdf INTERREG IVC: http://www.effmis.eu/ y http://eufofinet.eu/ National Forest Centre, Zvolen. (Slovak Republic); 2012; DETECTION – synthesis of good practices. EUFOFINET project.