Modelos de superficie y de terreno

Un modelo de elevación es un ráster en el que cada píxel contiene una altura, expresada en metros respecto de un nivel de referencia. Según qué superficie represente, recibe nombres distintos y sirve para fines distintos. La confusión entre ambos tipos es una de las fuentes más comunes de interpretaciones erróneas de un vuelo.

Modelo digital de superficie

El modelo digital de superficie (en inglés digital surface model, DSM) registra la elevación de lo primero que se encuentra al mirar desde arriba: las copas de los árboles y de los cultivos, los techos, la maquinaria y, donde no hay nada encima, el suelo. Es el modelo que se obtiene de manera directa a partir de la nube de puntos fotogramétrica.

Modelo digital de terreno

El modelo digital de terreno (digital terrain model, DTM) representa la superficie del suelo, sin vegetación ni construcciones. Para construirlo se identifican los puntos de la nube que pertenecen al suelo y se interpolan las zonas intermedias. La calidad del resultado depende, por tanto, de que existan puntos de suelo suficientes y bien distribuidos.

La expresión «modelo digital de elevación» (DEM) se usa en ocasiones como término general y en otras como sinónimo de uno de los dos modelos anteriores. Al recibir un archivo conviene verificar cuál de las superficies contiene. Los modelos que se comparan o se restan, además, deben compartir el mismo nivel de referencia vertical.

Altura del dosel

Restar el modelo de terreno al de superficie da, en cada píxel, la altura de lo que se encuentra sobre el suelo. En un cultivo, ese resultado es la altura del dosel, también llamada modelo de altura del dosel.

Altura del dosel = DSM − DTM

El resultado no coincide exactamente con la altura de las plantas. El modelo de superficie suaviza los picos y no reconstruye bien las hojas angostas o los tallos delgados, de modo que tiende a subestimar la altura máxima de cada planta. Para seguir el crecimiento de un cultivo conviene que el método, el tamaño de píxel y el modelo de terreno se mantengan entre fechas, y el valor absoluto se contrasta con mediciones de campo en algunas plantas.

Perfil transversal de un terreno ficticio con un cultivo de dosel, un árbol aislado y una construcción, en cuatro pasos. Primero se traza el terreno; después una línea de puntos sigue las copas y el techo y forma el modelo de superficie; luego se obtiene el modelo de terreno, medido donde se ve el suelo e interpolado bajo los objetos, y la diferencia entre ambos da la altura sobre el suelo; por último, bajo un dosel cerrado casi no se ve suelo y el terreno interpolado se aparta del real. Las alturas son ilustrativas.

Dosel cerrado y fotogrametría

La fotogrametría solo reconstruye lo que las cámaras ven. Cuando las copas se tocan y cubren por completo el suelo, ninguna fotografía registra puntos de terreno bajo ellas. Los únicos puntos de suelo disponibles se encuentran en los caminos, los claros, los canales y los bordes del lote, y el modelo de terreno entre ellos se obtiene por interpolación.

Una interpolación entre puntos distantes supone que el terreno varía de manera suave entre ellos, supuesto que pierde validez cuando existen microrrelieve, camellones, canales o desniveles que no pasan por esos puntos. Además, si el filtro de clasificación confunde parte de la vegetación con suelo, el modelo de terreno se eleva y la altura del dosel resulta subestimada. En una plantación cerrada, por consiguiente, el modelo de terreno derivado del mismo vuelo no puede tomarse como una medida del suelo.

Existen dos formas habituales de resolver la dificultad. La primera consiste en obtener el modelo de terreno en un momento en que el suelo está descubierto, antes de la siembra o tras la renovación del cultivo, y reutilizarlo en vuelos posteriores, siempre que ambos vuelos compartan el nivel de referencia vertical y estén corregistrados, es decir, alineados espacialmente, y mientras el terreno no cambie por movimientos de tierra o hundimientos. La segunda es emplear un láser aerotransportado.

Láser aerotransportado

Un láser aerotransportado (lidar) es un sensor activo que emite pulsos de luz láser y mide el tiempo que tarda cada eco en regresar. Un mismo pulso puede producir varios ecos, uno en la copa y otros más abajo. Parte de los pulsos atraviesa los intersticios entre las hojas y alcanza el suelo, lo que permite obtener puntos de terreno bajo la vegetación.

La penetración es parcial. En un dosel muy denso solo una fracción pequeña de los pulsos llega al suelo, y la densidad de puntos de terreno resulta menor que en un lote abierto.