Una combinación de satélites y drones permite detectar y reconstruir con mayor precisión grandes movimientos de laderas inestables en zonas mineras. Un equipo liderado por el Laboratorio InSAR del Instituto Geológico y Minero de España del CSIC (IGME-CSIC) ha desarrollado y validado una metodología que integra ambas tecnologías para mejorar la vigilancia del terreno allí donde las mediciones satelitales pueden perder fiabilidad.
La investigación, publicada en la revista Engineering Geology, se ha probado en la escombrera restaurada de la antigua mina de carbón El Feixolín, en el Valle de Laciana (León). El equipo ha conseguido reconstruir en tres dimensiones un deslizamiento lento de grandes dimensiones y registrar desplazamientos acumulados de hasta 3,16 metros.
La cifra adquiere especial relevancia al compararla con los datos obtenidos únicamente mediante interferometría radar por satélite. En los mismos puntos, InSAR registró un desplazamiento máximo de 1,22 metros en la línea de visión del satélite, mientras que las mediciones tridimensionales obtenidas con la combinación de técnicas alcanzaron los 3,16 metros. La estimación fue además muy próxima a los 3,23 metros medidos directamente mediante GNSS diferencial.
Cuando los satélites pueden perder precisión
La interferometría radar satelital, conocida como InSAR, se utiliza desde hace décadas para monitorizar movimientos del terreno. Los satélites radar permiten observar grandes extensiones y detectar deformaciones con precisión milimétrica, lo que los convierte en una herramienta especialmente útil para vigilar laderas, infraestructuras y zonas mineras.
Sin embargo, esta tecnología tiene una limitación cuando el terreno presenta grandes diferencias de movimiento en distancias muy cortas. Es decir, cuando una parte de una ladera se desplaza mucho y otra próxima lo hace bastante menos.
En estas situaciones aparecen elevados gradientes de deformación que pueden dificultar la interpretación de las mediciones InSAR. Uno de los problemas asociados es el denominado aliasing de fase, que puede impedir determinar de forma inequívoca la magnitud real del desplazamiento.
A ello se suma otra limitación: los satélites registran el movimiento proyectado en la línea de visión del sensor, por lo que una única medición no permite reconstruir directamente el desplazamiento completo en tres dimensiones.
El dron completa lo que el satélite no puede ver
La estrategia desarrollada por el equipo del IGME-CSIC busca precisamente complementar esa información. Para ello, los investigadores utilizaron imágenes tomadas mediante drones y las procesaron mediante técnicas avanzadas de fotogrametría y correlación digital de imágenes.
La metodología combina la técnica de estructura a partir del movimiento con la correlación digital de imágenes. Con ella es posible obtener las dos componentes horizontales del desplazamiento.
Los investigadores combinaron después esta información con los modelos digitales de superficie generados mediante SfM para calcular también la componente vertical y reconstruir el movimiento tridimensional de la ladera.
“Nuestra metodología no sustituye a la interferometría radar satelital, sino que aporta información complementaria precisamente donde los grandes gradientes de deformación pueden limitar la fiabilidad de los resultados obtenidos mediante satélite. La combinación de datos de satélite y dron permite analizar los movimientos con mayor detalle, reconstruirlos en tres dimensiones y evaluar la fiabilidad de las mediciones InSAR”, explica Juan López-Vinielles, investigador del IGME-CSIC.
Un deslizamiento de más de tres metros en una antigua mina de León
La investigación se aplicó a la escombrera restaurada de El Feixolín, una antigua explotación de carbón situada en el Valle de Laciana, donde los investigadores estudiaron un deslizamiento lento registrado entre octubre de 2018 y septiembre de 2020.
Para reconstruir su evolución se analizaron 237 imágenes radar de los satélites europeos Sentinel-1, cuatro campañas de vuelos con dron y mediciones directas mediante GNSS diferencial en 22 puntos distribuidos por la zona de estudio.
Los resultados permitieron comparar las diferentes fuentes de información. En los puntos utilizados para la validación, la reconstrucción tridimensional alcanzó desplazamientos acumulados de hasta 3,16 metros, muy cerca de los 3,23 metros medidos directamente sobre el terreno mediante GNSS diferencial.
Por el contrario, la máxima magnitud registrada mediante InSAR en la línea de visión del satélite fue de 1,22 metros en esos mismos puntos.
La comparación respalda la utilidad de integrar las dos tecnologías para caracterizar grandes desplazamientos, especialmente en zonas donde la deformación cambia rápidamente de un punto a otro.
La combinación que mejor funcionó en el estudio
Los investigadores también estudiaron cuatro maneras diferentes de combinar los desplazamientos obtenidos mediante satélite y dron. En el talud analizado, la integración de los datos InSAR obtenidos mediante observaciones ascendentes con los desplazamientos horizontales calculados mediante SfM-DIC ofreció el mejor equilibrio entre precisión y capacidad para reconstruir grandes movimientos.
El resultado no implica que una tecnología deba sustituir a la otra. Al contrario, el estudio pone el foco en la complementariedad entre ambas. Los satélites proporcionan una cobertura espacial amplia, observaciones frecuentes y una elevada sensibilidad para detectar deformaciones. Los drones, por su parte, permiten obtener información detallada de sectores concretos y reconstruir desplazamientos tridimensionales allí donde los datos InSAR pueden presentar limitaciones.
Una herramienta para vigilar laderas inestables
La principal aportación del trabajo es, por tanto, una estrategia de monitorización capaz de ofrecer información sobre cuánto, hacia dónde y cómo evoluciona el movimiento de una ladera incluso en escenarios donde las técnicas satelitales encuentran dificultades.
Disponer de estos datos puede facilitar la interpretación de procesos de inestabilidad y servir de apoyo a la toma de decisiones en zonas afectadas por movimientos del terreno.
Aunque la investigación se ha desarrollado en un entorno minero, sus autores señalan que la metodología podría aplicarse también a otros procesos naturales o provocados por la actividad humana que presenten características similares y fuertes gradientes de deformación.
La estrategia podría seguir mejorándose. Entre las posibilidades planteadas por los investigadores están aumentar la frecuencia de los vuelos, utilizar drones equipados con sistemas de posicionamiento de alta precisión RTK y optimizar los parámetros empleados en la correlación de imágenes.
Estas mejoras podrían aumentar la resolución temporal, la precisión y la sensibilidad de la metodología y ampliar sus posibilidades para la vigilancia de movimientos del terreno.
