INGENIERIA CIVIL DE MINAS – MIN233 (GEOMATICA APLICADA)
Informe 1: Geomática aplicada Un acercamiento a las geo-tecnologías y al manejo de datos georreferenciados en SIG. José Pablo Espinoza – Catali Catalina na Zúñiga Miércoles Miércol es 7 de Juni o, 2017 2017
RESUMEN En el presente informe se presentan algunos de los aspectos más relevantes de la geomática aplicada junto con sus áreas de estudio, tecnologías y metodologías ocupadas para la captura de datos georreferenciados y su posterior manejo en software para obtener un modelo digital de terreno (desde ahora MDT) con alto grado de precisión precisión y exactitud al representar representar el espacio geográfico real. Además, se verá la aplicabilidad de la geomática a la minería a través de 4 paper, mostrando las principales necesidades y los problemas que se pueden evitar o resolver en los proyectos de ingeniería con el uso de una correcta representación digital del espacio geográfico.
Contenido 1. PARADIGMA GEOTECNOLÓGICO, GEOTECNOLÓGICO, GEOGRAFÍA GLOBAL Y CIBERGEOGRAFÍA, LA GRAN GRAN EXPLOSIÓN DE UN UNIVERSO DIGITAL EN EXPANSIÓN ........................................................................................................ 3 2.
EVALUACIÓN BASADA EN GIS DEL RIESGO DEBIDO DEBIDO A ALS ACTIVIDADES ACTIVIDADES MINERAS MINERAS DE SAL EN TUZLA 5
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MAPEO DE ESPACIOS ESPACIOS EN DISPUTAS AMBIENTALES: SIG, MINERÍA, MINERÍA, Y VIGILANCIA VIGILANCIA EN EL AMAZONAS. 7
4. APLICACIÓN DE LA FOTOGRAMETRÍA FOTOGRAMETRÍA UAV PARA LA ESTIMACIÓN ESTIMACIÓN MULTI-TEMPORAL DE LA EXTENSIÓN SUPERFICIAL Y EXCAVACIÓN VOLUMÉTRICA EN LA MINA A CIELO ABIERTO SA PIGADA BIANCA, CERDEÑA, ITALIA ............................................................................................................................ 9 5. RESUMEN TÉCNICO DE TECNOLOGÍAS TECNOLOGÍAS DE CAPTURA CAPTURA Y MODELAMIENTO DE DATOS DATOS E IMPORTANCIA DE LA MATERIALIZACIÓN DE UN BUEN MDT .............................................................................................. 11 6.
REFLEXIONES REFLEX IONES Y CONCLUSIONES CONCLUS IONES ................................... .................. ................................... ................................... ................................... ................................... ................... 14
7.
BIBLIOGRAFÍA BIBLIO GRAFÍA .................................. ................. .................................. ................................... ................................... .................................. ................................... ............................... ............. 15
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ANEXOS .................................. ................. ................................... ................................... ................................... ................................... ................................... ................................... ..................... .... 15
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1. PARADIGMA GEOTECNOLÓGI GEOTECNOLÓGICO, CO, GEOG GEOGRAFÍA RAFÍA GLOBAL Y CIBERGEOGRAFÍA, CIBERGEOGRAFÍA, LA GRAN EXPLOSIÓN DE UN UNIVERSO DIGITAL EN EXPANSIÓN Desde hace varios siglos que es una necesidad humana la delimitación del terreno o las áreas de construcción a fin de tener un buen dimensionamiento de alguna zona de interés. Para lograrlo se utiliza la geografía regional la cual ha desarrollado gran cantidad de metodologías y tecnologías de información geográfica (desde ahora TIG) que permiten llegar a la automatización de la mayoría de los procedimientos de análisis espacial. En un principio hubo posturas que se opusieron al estudio y desarrollo de una Geografía cuantitativa y racional, las denominados posturas radicales: la Geografía humanista y la Geografía Crítica. La primera de éstas se centraba en la percepción personal y sensorial del territorio que crea cada sujeto y la segunda se enfocaba en que la geografía era el reflejo de las relaciones económicas que se desarrollan a macro-escala. Pero, el deseo de los científicos de disminuir errores y medir lo que se puede observar culminó con la creación del primer sistema de información geográfica (SGIS Canadá, 1964). Desde este momento la visión más humanista o estética del terreno se deja de lado y se avanzó en el método científico con el objetivo almacenar, organizar, analizar y modelar grandes cantidades de datos reales de terreno. Es así como se produjo una revolución científica en torno al paradigma o las visiones que se tenían de la geografía y la cartografía. Thomas Kuhn en 1993 definió paradigma como “realizaciones científicas universalmente reconocidas que, durante cierto tiempo, proporcionan modelos de problemas y soluciones a una comunidad científica”. Desde ese entonces, solo se considerarían como datos provechosos y aceptados, aquellos datos que se obtienen a través de la metodología científica y aportan información a algún área del saber humano. Con el fin de realizar un buen modelo de superposición cartográfica y “fragmentar” los distintos elementos del terreno se comenzaron a estudiar metodologías basadas en pautas geométricas de localización digitalizadas como los buffers (almacenamiento temporal de información digital, mientras espera ser procesada) y los polígonos de Voronoi (áreas o superficies cerradas) a partir de puntos georreferenciados, alcanzando incluso análisis multivariable de fenómenos presentes en el terreno de estudio, utilizando unidades espaciales y geoestadística. Cabe destacar que la matriz de datos geográficos de Berry (1964) ayudó en gran medida a estandarizar y proponer una metodología para estos análisis espaciales. Durante la segunda mitad del siglo XX, la globalización, las mejoras en las comunicaciones, la confiabilidad en el método científico y el desarrollo de nuevas TIG permitieron crear una base de datos de difusión mundial para facilitar estudios de eficiencia, impacto ambiental, económico y social de los proyectos de desarrollo humano. De este modo se crea la “CiberGeografía” que relaciona el mundo real con el ciberespacio, una especie de matriz electrónica de interconexión entre bancos de datos digitales que, a través de los sistemas computacionales, escalan el terreno a la pantalla de un computador. Por último, cabe destacar que el progreso humano está creciendo a un ritmo exponencial por lo que se requieren y son de suma importancia las herramientas de Geografía Global de libre acceso para que todas las personas tengan la oportunidad de desarrollar proyectos eficientes en cuanto al uso de los recursos y puedan optar a la automatización de procesos geográficos que antiguamente no se realizaban y provocaban grandes problemas tanto en la puesta en marcha como en las l as operaciones de un proyecto. No se puede dejar de pensar que estamos frente a una época digital y el progreso de la humanidad depende de una correcta relación entre los mundos modelados y el mundo real.
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Comentarios Comentarios s obre contri bucion es a la minería y métodos utili zados. zados. La aplicación de la geomática a la minería es altísima ya que la minería, al trabajar con grandes extensiones territoriales, necesita de un buen MDT preciso y exacto, el que se logra obtener gracias a los avances de las TIG. Lo anterior permite por ejemplo: modelar los fenómenos de vientos, hidrología y emplazamiento óptimo de sus instalaciones para un uso eficiente de la energía, los recursos naturales y el terreno. Cabe destacar que la minería consume principalmente 3 recursos en gran cantidad: suelos, agua y energía. Antiguamente no se tenía conciencia del impacto que genera la actividad minera frente a la disponibilidad de estos recursos pero en los últimos años se ha ido forjando esta visión de d e proyectos más sustentables que produzcan utilizando eficientemente cada uno de los recursos. Esto quiere decir que desde ahora en adelante, el lugar y las dimensiones donde se emplacen las estructuras mineras no dan igual ya que debe existir una suerte de simbiosis entre el medioambiente y el proyecto. Por ejemplo, el chancador primario no puede estar expuesto a vientos que puedan trasladar la gran cantidad de finos y polvos generados hacia alguna ciudad o reserva biológica ya que dañaría considerablemente las vías respiratorias de los seres vivos en sus cercanías. Otro ejemplo de interés es la ubicación del tranque de relaves: es sabido que no es posible recuperar el 100% del agua de los desechos mineros que suelen tener reactivos ácidos altamente contaminantes. Si el tranque está ubicado sobre una napa de aguas subterráneas que alimenta a la agricultura del sector, todos los cultivos estarán contaminados dejando a la comunidad sin otra fuente de ingresos que la minería. De esta forma, y para planificar de una manera más eficiente, segura y sustentable, el primer paso para la evaluación de oportunidades de un proyecto debería identificar la etapa de ingeniería en la que está el proyecto para así saber la precisión y exactitud requerida para el análisis de fenómenos mediante el modelo digital de terreno. Luego de obtener el modelo m odelo se debe proceder a modelar fenómenos presentes en la zona (vientos, aguas, suelos, entre otros de interés local) y finalmente replantear toda la obra en busca de la(s) solución(es) óptima para la empresa y la sociedad en general. Conclusiones A modo de conclusión cabe señalar que, en general, el paper apunta a que el ser humano adapta su entorno a él creando un paradigma geotecnológico que está en una constante búsqueda de modelar e intentar controlar los fenómenos del mundo real con exactitud y precisión. Lo anterior no es una tarea fácil pero se han desarrollado tecnologías y metodologías globales que son capaces de estandarizar con alta confiabilidad la obtención de un modelo. En este sentido, las TIG pasan de ser herramientas de aplicación a elementos de transmisión cultural y científica aportando esta nueva visión de mundo postmoderno al resto de las vastas ciencias. Además, el paradigma geotecnológico contribuye en gran medida a la sociedad, entregando herramientas de análisis de fenómenos que permiten dejar de lado esa visión de prueba y error que muchas veces tuvo serias implicancias para la sociedad. En el siglo XXI el ser humano es capaz de modelar virtualmente comportamientos del terreno, de aguas y de vientos con el fin de evitar problemas ambientales, sociales, culturales y de seguridad para el desarrollo de un proyecto consciente y cuidadoso con su impacto generado en el terreno y en las personas.
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2. EVALUACIÓN BASAD A EN GIS DEL RIESGO RIESGO DEBIDO A ALS ACTIVIDADES ACTIVIDADES MINERAS MINERAS DE DE SAL EN TUZLA Este artículo presenta un nuevo caso relacionado con la subsidencia inducida por la extracción por el hombre de un depósito de sal situado justo debajo de la Ciudad de Tuzla en Bosnia y Herzegovina e ilustra la posibilidades ofrecidas por las técnicas geomáticas para la definición de riesgos y capacidades de SIG en la evaluación de riesgos mediante análisis decisión multicriterio. La operación minera modificó las condiciones hidrogeológicas del flujo descendente de agua dulce causando la disolución adicional de la sal. En el artículo se demuestra que la subsidencia genera varios factores de riesgo tales como las graves deformaciones del suelo, el surgimiento de fracturas profundas y superficiales y el rápido aumento de la capa freática, relacionado con la extracción de la salmuera, que ahora afecta gravemente a varios distritos. Los anteriores factores de riesgos han sido medidos mediante el uso de metodologías geomáticos, incluidos estudios en terreno y el análisis de datos geográficos. El procesamiento de toda la serie histórica (recogida durante el período 1956-2003) revela una subsidencia acumulativa de hasta 12 m, lo cual produce daños a los edificios, alcantarillado y líneas de tráfico, lo cual resulta extremadamente relevante. Las tasas de hundimiento modernas han sido monitoreadas con GPS estático mientras que la presencia de fracturas superficiales monitorizadas con GPS cinemático. Por otra parte los factores relacionados con la presencia de fracturas profundas y subida del nivel freático se han evaluado mediante técnicas de análisis de curvatura y piezométricas, piezom étricas, respectivamente. En consecuencia, mediante la identificación de los factores de riesgo, se ha realizado un mapa de riesgos utilizando el GIS (Geographical Information System) y un simple análisis de decisiones multicriterios (MDA). Para ello, se ha obtenido un mapa de vulnerabilidad basado en la información reportada sobre imágenes de satélite de alta resolución recientemente detectadas. El riesgo final, surgido de la combinación de factores de riesgo únicos y el mapa de vulnerabilidad, destaca escenarios críticos y amenazas insospechadas que están siendo consideradas por los responsables locales y los planificadores urbanos. En particular, como se destaca en el mapa de riesgos, el principal riesgo es el aumento de la capa freática actual, desencadenada por la disminución del bombeo de salmuera, la cual está poniendo en riesgo parte de la ciudad debido a las deformaciones del suelo.
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Comentarios Comentarios s obre contri bucion es a la minería y métodos métodos u tilizados. El artículo presenta los problemas ocasionados por la despreocupada minería de sal en la ciudad de Tuzla, la cual, sin ninguna supervisión de los riesgos tanto ambientales ni estructurales, ha actuado durante muchos años. La extracción no controlada indujo la salmuera a fluir hacia la extracción perforaciones, cambiando la hidrogeología local e induciendo una disolución adicional. En relación con la minería, el artículo demuestra los daños que puede provocar realizar minería sin considerar los riesgos que existen al extraer minerales (en este caso sal) sin un constante seguimiento a través de los años, para así notar a tiempo los cambios estructurales que está provocando la minería a nuestro alrededor y poder mitigarlos. Lo que se destaca con respecto a la geomática, son las herramientas que nos proporciona los sistemas de información geográficas en el análisis de riesgos de las zonas dañadas, que, como se menciona antes, nos da una idea clara de los daños que se ha provocado a través de los años por la extracción de sal. A partir de 2004, el posicionamiento GPS estático relativo fue seleccionado por el equipo topográfico italiano que operaba en Bosnia y se estableció una red GPS compuesta por 6 estaciones de referencia y 60 puntos de densificación incluidos en el área de subsistencia y estudio, a través del posicionamiento estático y rápido-estático, cuatro veces en las actividades de campo de 2004, 2005, 2006 y 2007. ( Ver Figura 5, Anexos). Anexos). Las actividades de medición realizadas durante las actividades de campo de 2004 y 2005 se utilizaron para enmarcar la red GPS de Tuzla dentro del Marco de Referencia Terrestre Internacional (ITRF, 2000) y verificar la estabilidad de los monumentos utilizados como referencia. Con más detalle, se han conectado a la red de Tuzla las estaciones permanentes de Medicina (MEDI), Matera (MATE), Sofía (SOFI) y Penc (PENC) mediante la combinación de observaciones GPS y un ajuste de mínimos cuadrados (LSA)). Los resultados relacionados con la red de referencia (puntos F1F6) confirmaron su estabilidad dentro de una exactitud de 1,2 cm principalmente debido a la longitud de línea de base implicada. La comparación de las soluciones proporcionadas por el procesamiento de los datos recogidos durante las campañas de GPS de 2004, 2005, 2006 y 2007 pone de relieve las tasas de subsidencia modernas, en donde la precisión vertical se podría considerar mejor que 1 cm/yr (con un nivel de significancia del 95%) y no se enumeran los valores individuales. Conclusiones El documento exploró una serie de oportunidades ofrecidas por las herramientas de la Ingeniería Geomática y Sistemas de Información Geográfica en el análisis de riesgos de una zona amenazada por factores de daños intensos relacionado con la intensa explotación de depósitos de sal bajo la ciudad de Tuzla. Los datos recogidos mediante GPS, registro piezométrico y análisis de curvatura se utilizaron para evaluar los factores que la ciudad donde los fenómenos de hundimiento alcanzaron los 12 m según datos topográficos históricos. Junto con esto, se obtuvo un mapa de riesgos, para detectar los sectores con más daño y pérdidas económicas. El análisis geológico fue hecho con GIS, facilitando la manipulación de datos georeferenciados y producción de mapas y reportes útiles para la policía gubernamental, planes urbanos y gestión de problemas relacionados con posibles riesgos. El mapa de riesgo representa un punto de partida en las labores de mitigación. El aumento del nivel de agua es el principal riesgo y por esto se continúa en el monitoreo de las fracturas, evitando la infiltración de agua dulce y la nueva disolución de sal es imperativo. La reducción de las tasas de subsidencia, detectada a partir de las observaciones GPS, es coherente con la disminución gradual en la extracción de sal. Desafortunadamente, la tendencia en la subida de la capa freática producida por el cese de la explotación intensa de la sal indujo al gobierno local a imponer recientemente un bombeo adicional de salmuera para evitar la inmersión de la zona más derrumbada. 6
3. MAPEO DE ESPACIOS ESPACIOS EN DISPU DISPUTAS TAS AMBIENTAL ES: SIG, MINER MINERÍA, ÍA, Y VIGILANCIA EN EL AMAZONAS AMA ZONAS En el ámbito científico reciente se ha estado reclamando mayor atención sobre cómo los avances en tecnología de los Sistemas de Información Geográfica (SIG, GIS por sus siglas en inglés) pueden ayudar de manera más equitativa a salvar las brechas entre la teoría y la práctica de la protección ambiental y a la resolución de disputas, considerando que las tazas de deforestación a nivel mundial han ido en un alarmante crecimiento, principalmente en bosques tropicales como el Amazonas, los cuales representan el 50% de la biodiversidad de la tierra. Este estudio trae a cuento nueva evidencia sobre debates en auge en el Amazonas, buscando entregar información clave para servir a la industria minera en sus esfuerzos de expandir sus actividades de extracción a largo plazo y examinando cómo la iniciativa de desarrollo de las Naciones Unidas (ONU) emprendió sistemas de mapeo en medio de un clima político cambiante para la gobernanza ambiental, mientras adelantaba campañas sobre cuestiones de manejo ambiental entre los mineros campesinos, los cuales, mediante la explotación del oro, producían un impacto medio ambiental, degradando el Amazonas, en zonas protegidas. Se mapearon dos zonas geográficas en el Amazonas: Crepori River Basin y Tapajos River Basin, con el objeto de asistir a los mineros campesinos del oro y a los legisladores en la mejora de la legislación y la adopción de buenas prácticas hacia el cumplimiento de políticas ambientales en sitios de explotación. Las reformas que se hicieron en 2002 al Código de Bosques Brasileño establecieron reservas naturales de acuerdo con los rasgos geográficos de las cuencas. Las leyes proscriben el uso comercial de la tierra en las reservas, imponiendo sanciones drásticas donde la minería artesanal es ampliamente practicada como medio de vida. El programa de la ONU utilizó SIG e imágenes remotas del Shuttle Radar para cartografiar las áreas en disputa, siguiendo las definiciones legales, para mostrar como provee nuevas oportunidades de generar puentes entre la política y la geografía, y cómo busca resolver disputas medioambientales, debido a que la explotación del oro produce sedimentos y emisiones de mercurio, impactos que se buscan minimizar. Además, comprometió a los interesados a que discutieran las implicaciones políticas. Nuestro estudio multimetodológico, el cual pone al descubierto la necesidad de adoptar diversos modos de entender zonas ecológicamente sensibles y de empoderar a las comunidades rurales para apropiarse del uso de tecnologías geoespaciales para enfrentar retos ambientales, discutiendo con activistas, investigadores, planificadores ambientales, entre otros, quienes se verán afectados por las decisiones que tomen. Los mapas que se produjeron mediante el uso de los métodos propuestos podrían ser útiles, ya que muestran cómo se hace la delineación de la llanura de inundación, la división de los terrenos por células, y finalmente cómo se mapean las áreas permanentes de preservación, ya sean estas en cimas de colinas, entre divisiones de colinas, en zonas ribereñas, en zonas de pendiente, entre otras. Por contraparte, la manera incondicional como se promueven los SIG como una herramienta de aplicación imprescindible a menudo menoscaba la confianza local, inflaman las tensiones y hacen impracticable la alternativa de la estrategia del “SIG de base”.
Se examinaron los contextos, poderes, limitaciones y riesgos de la intervención técnica de la ONU, concluyendo que el estricto código ambiental no es efectivo debido a la falta de conciencia, educación, y alternativas económicas de quienes las generan. Además, la falta de confianza en los SIG, es una complicación legal que sigue siendo una gran preocupación, que ha hecho que los geógrafos jueguen un rol crítico en la evaluación en que los SIG guíen y supervisen programas que equitativamente se pongan en práctica, fortaleciendo la confianza entre las partes interesadas para disminuir los riesgos de ejercer la minería artesanal insegura. Esta herramienta debería ser vista como una base potencial para generar discusiones incluyendo a la gente de las comunidades, para definir estrategias de protección (sin fomentar la fuerte desigualdad que existe en Brasil), para realizar proyectos que mejoren la vida de los mineros campesinos y apoyen prácticas más m ás seguras de extracción de oro. 7
Comentarios Comentarios s obre contri bucion es a la minería y métodos métodos u tilizados. La principal contribución del artículo a la minería, es relacionada con el respeto que debe existir siempre con el medio ambiente, ya sea a nivel local con las comunidades, como a nivel mundial respecto de las condiciones climáticas de nuestro planeta, permitiendo poner en el tapete el uso de nuevas tecnologías para definir, con mayor fundamento técnico, los limites que tenemos para la explotación de recursos no renovables en nuestra tierra, con mayores condiciones de seguridad, permitiendo que todos los stakeholders (partes interesadas) puedan plasmar sus puntos de vista, pero logrando que la actividad de extracción siempre se pueda realizar en las mejores condiciones posibles para las personas. El enfoque técnico utilizado para definir las áreas protegidas, se realiza siguiendo los siguientes pasos: 1. Identificando la extensión de la llanura de inundación dentro de la red red de análisis, y vectorizando vectorizando el área resultante. 2. Identificando las células que bordean bordean la llanura de inundación y convertirlas en un conjunto de datos. 3. Crear un políg polígono ono de Thiessen con datos para esos puntos. puntos. 4. Acortar las líneas de Thiessen con el polígono, representando el largo de la llanura de inundación. 5. Removiendo las líneas líneas de Thiessen tocando el borde del polígono polígono de la llanura de inundación inundación para después reducir la cantidad de líneas de trabajo. 6. Manualmente, seleccione las líneas centrales y grábelas dentro de un conjunto conjunto de datos separados. 7. Rasterizar los datos de centro de líneas líneas y generar una superficie de distancia Euclideana desde desde estas células. 8. Extraer la distancia de cada borde de estas células a la célula con el centro de línea más cercano y multiplicar los resultados por dos. 9. Reclasificando la red resultante (de anchos de llanuras de inundación) usando los rangos siguientes: <10, 10-50, 50-200, 200-600, >600. 10. Convertir estas células en un conjunto de datos y crear un polígono amortiguador (buffer) para ellos acorde a los respectivos anchos de las zonas ribereñas. 11. Rasterizar el conjunto de datos del polígono amortiguador (buffer) y finalmente unir la red resultante a la llanura de inundación para producir el mapa de áreas permanentes de preservación. Conclusiones Los enfoques balanceados en el mapeo de espacios con GIS pueden ser guiados con rigurosas y específicas evaluaciones sobre estrategias para unir poblaciones rurales marginadas, con implicaciones sobre redefinir como los asuntos locales pueden ser unidos a través del uso de HGIS en la planificación medioambiental y el monitoreo de los procesos de extracción. Los proyectos de mapeo necesitan aplicar formas más innovadoras de unir temas relativos a la equidad antes de realizar el mapeo, durante el mapeo, y después de realizar el mapeo. Los investigadores, legisladores que hacen las leyes, los ingenieros, y las personas de las comunidades, necesitan trabajar en conjunto examinando la creación y el uso de mapas son actos políticos en sí mismos, y definiendo compromisos abiertos para explorar y entender como el mapeo de espacios en disputa puede servir a efectivamente abordar las inequidades más amplias a largo plazo.
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4. APLICACIÓN DE DE LA FOTOGRAMETRÍA FOTOGRAMETRÍA UAV PARA LA ESTIMACIÓN ESTIMACIÓN MULTI-TEMPORAL DE LA EXTENS EXTENSIÓN IÓN SUPERFICIAL SUPERFICIAL Y EXCAVACIÓN VOLUMÉTRICA EN L A MINA A CIELO ABIERTO AB IERTO SA PIGADA PIGAD A BIANCA B IANCA,, CERDEÑA, ITA LIA Actualmente, la fotogrametría y sus técnicas derivadas aportan herramientas de análisis tridimensional a datos raster obtenidos por distintas tecnologías de captura de datos. Una de las tecnologías de levantamientos de terreno más usada es la teledetección no tripulada UAV’S (también conocidos como drones) que permiten obtener gran cantidad de imágenes de alta resolución y en terrenos que serían inaccesibles para un vuelo LIDAR por ejemplo y con un costo relativamente bajo. La unión de las imágenes obtenidas y la creación del modelo 3D se realiza utilizando la técnica conocida como fotogrametría que reconstruye el terreno a partir de la superposición de imágenes. En 2013 y 2015 en la mina m ina Pigada Bianca, Italia (depósito de Bentonita con alto contenido de arcillas), se utilizó una de las técnicas derivadas de la fotogrametría más precisa: La estructura del movimiento (SFM en inglés) que se basa en una serie de algoritmos que permiten precisar la ubicación relativa de un objeto o superficie al dron con imágenes tomadas de múltiples puntos de vista y que, a diferencia con la fotogrametría, pueden no seguir las líneas de vuelo paralelas y tomar fotos aleatorias, simplificando así la superposición de las imágenes en 3D con alta precisión. Para obtener el modelo digital de terreno (MDT) se realizaron cuatro vuelos subparalelos rectos a una altura relativa de 187.459-110.439 metros (para los estudios de los años 2013 y 2015, respectivamente) en un área de aproximadamente 0.4 kilómetros cuadrados (mina y sectores aledaños) utilizando dos drones SenseFlySwinglet CAM de ala fija con una cámara compacta CanonTM IXUS 125HS junto con un sistema IMU GPS que permite obtener las coordenadas (x, y, z) de cada una de las 285-560 imágenes obtenidas con densidades de puntos de 139.71-241.77 pts/m². Las mediciones se realizaron con la técnica RTK que permite corregir errores en tiempo real utilizando 4-5 puntos de control en tierra (GCPs) georreferenciados en coordenadas globales WGS84. Luego de la toma de datos se corrigieron errores en tres estaciones permanentes GPS, pudiendo así obtener precisiones centimétricas. Posteriormente, se realizó con una superposición nominal y traslape lateral de 80 y 60% respectivamente, utilizando el software AgisoftTMPhotoScan Profesional 1.2.3 y ArcGIS ESRITM con lo que se obtuvo un mapa multi-temporal del rajo con una precisión en la re proyección de 0.396-0.628 píxeles cuya desviación de la raíz cuadrada media (RMSE) alcanzó 0,0250,031 metros en 2013 y 2015 respectivamente. Cabe destacar que para poder comparar las distintas nubes de puntos obtenidas en cada uno de los cuatro levantamientos, se aplicó la metodología del algoritmo M3C2 (Comparación multiescala de nube a nube), contenido en software Cloud Compare que compara nubes de millones de puntos para obtener una nube final del terreno con datos fiables con una incertidumbre en torno al 2,7%. Además, para determinar el volumen de material excavado en el rajo se realizó un análisis de sensibilidad evaluando las variaciones del material en el volumen según el tamaño de la celda, que varía de 10 a 100 cm. La superficie y volumen relacionados con la trama de distancias fueron calculados mediante la extensión de ESRITM ArcGIS, 3D Analyst de se obtuvo que el volumen volumen zona excavada era de 132.208 metros cúbicos en 2015. Los modelos 3D generados entre 2013 y 2015 se pueden superponer para evidencias con claridad las variaciones del terreno producto de la actividad minera para evaluar el impacto en los suelos ( figura 6 de anexos). anexos). De esta manera, la minera decidió realizar mitigaciones y rehabilitar áreas ya explotadas. Para estudiar gráficamente la temporalidad de los MDT y ver los cambios efectuados en cuanto a un desarrollo de minería más amigable con el medio ambiente en Pigada Bianca, se recomienda ver la Figura 7 de Anexos. Anexos.
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Comentarios Comentarios s obre contri bucion es a la minería y métodos métodos u tilizados. En una mina a cielo abierto es de gran importancia realizar un monitoreo temporal del rajo ya que, al realizar grandes movimientos de mineral, las estructuras geológicas suelen desplazarse cambiando la morfología del terreno por lo que será necesario cuantificar el volumen excavado para planificar de una manera más segura y para generar el desarrollo de un proyecto sustentable con control del impacto ambiental y la modificación del territorio generada por la minería. En este sentido, los movimientos de grandes masas de tierra provocan un alto impacto en la calidad el aire (debido a la generación de polvos que son llevados por las corrientes de viento), agua (debido a su alto consumo y en algunos casos la contaminación de napas subterráneas y flujos superficiales) y suelos aledaños (la zona del rajo es altamente impactada por la remoción de tierra y la zona del tranque o de deposición de mineral pierde su vegetación, entre otros). Los efectos causados por la minería en suelos, aire y agua pueden ser modelados digitalmente a través de las tecnologías que aporta la geomática para así tomar decisiones acertadas sobre la ubicación de las instalaciones, producción sustentable y amigable con el medio ambiente. Cabe destacar que en los levantamientos de SA Pigada Bianca, se utilizó tecnología de punta con múltiples correcciones respecto a sus versiones originales. Las tecnologías más relevantes descritas en este paper son UAV-SFM que mejora la georreferenciación del vuelo con precisiónes en torno a los 3-5 centímetros y por ende las imágenes capturadas, y la otra tecnología de gran importancia es IMU GPS con mediciones en tiempo real (RTK) que permiten corregir errores mediante puntos de control georreferenciados con alta precisión. Además las metodologías ocupadas cumplen con los parámetros requeridos para una ingeniería de detalle como la metodología de comparación nube a nube M3C2 que se adaptó muy bien al terreno consiguiendo una baja incertidumbre en torno al 2,7% y una alta exactitud ya que el estudio se amarró al sistema de coordenadas global WGS84 que ubica el centro de masa de la tierra a ±0.002 metros. Por otro lado, utilizando la tecnología LIDAR se podrían obtener modelos más precisos con nubes de puntos más densas pero ésta tecnología posee un costo muy elevado respecto a los vuelos no tripulados que requieren una mayor experticia y cuidado con el clima durante la obtención de datos (entre otros factores que pueden influir en la medición). Además, como se trabajó en un rajo, no es un problema la vegetación ni otras estructuras y además se podía realizar con vuelos a baja altura ya que la superficie de interés estaba bajo el nivel altimétrico del terreno local. Eso sí, para tener un monitoreo constante de los cambios geomorgológicos del terreno se recomienda utilizar cámaras fotogramétricas con tecnología LIDAR que permiten entregar nubes de puntos 3D de alta densidad. Éstos monitoreos son aplicables a seguridad de taludes (que son peligrosos en Pigada Bianca ya que posee un alto contenido de arcillas), al cumplimiento de las metas de producción y al impacto ambiental en menores periodos de tiempo respecto al expuesto en este paper (de monitoreo cada dos años se puede pasar a monitoreo en tiempo real). Conclusiones Para concluir, la tecnología UAV-SFM tiene una alta aplicabilidad en minería ya que se obtienen proyecciones precisas y exactas del terreno con mediciones laser multidirigidas y bien referenciadas gracias al IMU-GPS, lo que realizado cada cierto período de tiempo, permite monitorear el proyecto durante distintas etapas y llevar una estimación del volumen de mineral removido para evaluar, reparar y mitigar impactos además de obtener informes y cumplimiento de metas de producción. Además, el estudio de mapas temporales da a la minería la oportunidad de disminuir los costos y duración del plan de cierre ya que, como en SA Pigada Bianca, se puede avanzar en la reparación de algunas zonas ya explotadas durante la operación de la mina.
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5. RESUMEN TÉCNICO DE TECNOLOGÍA TECNOLOGÍAS S DE CAPTUR CAPTURA A Y MODELA MODELAMIENTO MIENTO DE DATOS E IMPORTANCIA IMPOR TANCIA DE L A MATERIALIZACIÓN MA TERIALIZACIÓN DE UN BUEN MDT Como se vio en los puntos anteriores, existen distintos tipos de metodologías y tecnologías para la obtención de datos raster o vectoriales los que tendrán distinta precisión. Esta última será determinada por el niveles de ingeniería en que está el proyecto, teniendo que una ingeniería de perfil requiere la menor precisión de todas y la ingeniería de detalle y construcción requieren el más alto grado de confiabilidad para evitar errores de cálculo y desarrollar un proyecto que utilice eficientemente los recursos que se le confían. Es importante que todos los datos estén amarrados al mismo datum, en la actualidad se ocupa WGS84 que es geocéntrico y espacial, entregando una exactitud de ±0.002m. A continuación se presentan algunas de las tecnologías disponibles para realizar estos estudios:
SRTM: Traducida al español es la misión topográfica de radar a bordo de un transbordador espacial. Esta tecnología fue desarrollada en conjunto por las organizaciones espaciales de Estados Unidos (NASA), Alemana (DLR) e italiana (ASI), realizando a través de satélites el mapeo tridimensional más extenso y preciso que existía hasta febrero del año 2000. Se cubrió el área comprendida entre los 56°S y 60°N (UTM), obteniendo de este modo una base cartográfica gratuita y de libre acceso a través de internet. En la figura 1 se 1 se observa un satélite durante la captura de la elevación topográfica del territorio. Figura 1: metodología de toma de datos espacial SRTM.
Además en la imagen se muestran dos reflectores de radar separados por un mástil de 60 metros, permitiendo la interferometría radar desde el espacio que utiliza el principio de superposición de las distintas ondas de luz para obtener una imagen con alta resolución. Para Estados Unidos se capturaron datos raster con resolución de 1 arco de segundo (30 metros de resolución por pixel) y para el resto de las zonas mapeadas fue de 3 arcos de segundo (90 metros de resolución por pixel). Además, la precisión espacial promedio vertical es de 7 metros y la horizontal es de 10 metros. Cabe destacar que con esta tecnología hay zonas que no pueden ser mapeadas debido a la complejidad del terreno: pendientes, cuerpos de agua, orientación y forma (regiones montañosas y desérticas). Para corregir dichos errores se utiliza la técnica de interpolación descartando los valores muy altos o muy bajos utilizando comúnmente el software ArcGRID. La última versión (SRTM 4) incluye Modelo Digital de Elevación (MDE) de Australiay pequeñas islas en los océanos Pacífico, índico y Atlántico. Además de utilizar MDE auxiliares y SRTM30 con el fin de interpolar grandes espacios vacíos. La aplicación de esta esta tecnología en minería es altísima en la etapa de prospección prospección de un proyecto (Ingeniería de perfil, conceptual y básica) debido a que permiten obtener un MDT, con el fin de realizar análisisestructurales, hidrológicos y uso eficiente de suelos.
LIDAR: Una de las tecnologías más revolucionarias de los años 60 es LIDAR, abre viación de “Laser ImagingDetection and Ranging” que calcula distancias mediante radares que calculan el tiempo
que demora un láser en ir y volver desde el sensor a cierta superficie en estudio, integrando tecnología láser para altimetría, GPS para planimetría y de navegación inercial (INS) para saber la ubicación exacta de cada dato, permitiendo así obtener la altimetría del terreno para generar modelos digitales de elevación y de terreno (MDE y MDT) con precisiones altimétrica y 11
planimétrica de 10cm y 1m respectivamente. Eso sí, su aplicación incluye un alto costo comparado con SRTM y UAV’s bordeando los US$1.000 -2.000 por kilómetro cuadrado. Los pulsos laser son reflejados por la primera superficie que encuentran por lo que además se obtiene información de la vegetación y construcciones humanas presentes en la zona lo que es una gran ventaja respecto a las demás tecnologías. Lo anterior se refleja en la siguiente figura:
Figura 2: Toma de datos a través de LIDAR aerotransportado que muestra la trayectoria láser desde y hacia el sensor que puede ser recta o con algún ángulo en superficies que no son planas (vegetación).
Ésta tecnología entrega datos vectoriales y puede ser transportada de manera aérea o terrestre y se clasifican dependiendo de los requerimientos del estudio y la morfología del terreno: Aerot Aer otran ran spor sp or tada: tad a: Topográficos: utilizado en la hidrología, geomorfología, planificación urbana, ecología del paisaje, evaluaciones de relevamiento topográfico y cálculos volumétricos. Batimétricos: utilizado en estudios costeros, elevaciones de la costa, puertos, playas, y niveles de agua del mar, lagos, ríos, etc. Su particularidad es que utilizan dos laser: uno infrarrojo que se refleja en el agua dando como dato el nivel del agua y otro de pulso verde que penetra el agua obteniendo la profundidad.
Terrestre: Móvil: Móvil: el sistema se monta en un vehículo en movimiento que puede ser una camioneta, trenes o barcos. Permite conocer la infraestructura de carreteras y ubicar alambres aerotransportados que se superpongan, postes de luz y rótulos de carretera cerca de carreteras o vías férreas. Estática: El sensor se monta sobre un dispositivo estacionario. En minería se Estática: ocupa para tener un monitoreo constante de estructuras de interés tales como laderas, paredes de banco en rajos y fallas para detectar y prevenir desastres.
GPS: El GPS (acrónimo de Global Positioning System) el sistema conformado por una red geodésica de 24 satélites que orbitan la tierra ( figura 3), 3), pudiendo entregar la posición de un objeto en cualquier punto del planeta mediante la comparación del tiempo que demora en llegar la onda a al menos tres satélites. Este sistema fue desarrollado por el ministerio de defensa de Estados Unidos como una herramienta de navegación para sus flotas pero hoy en día tiene múltiples usos. Además de la red GPS, otros países pusieron sus satélites en órbita bajo los nombres de GLONASS (Rusia), Galileo (Europa) y Beidou (China). Hoy en día el GNSS agrupa todos estos satélites pudiendo lograr precisiones mucho más altas y exactas ya que existe un punto de referencia global WGS84 (para el elipsoide de coordenadas x, y) y un modelo altimétrico global EGM08 (para el geoide que entrega la componente altimétrica).
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Eso sí GPS entrega la altura respecto al nivel medio del mar por lo que para tener mayor precisión se debe nivelar en terreno mediante topografía local y obtener la altura ortométrica. Se han desarrollado distintos tipos de GPS dependiendo de su uso y precisión requerida. Por ejemplo está el GPS cartográfico que es el que viene integrado en los Smartphone, el navegador que sirve para llegar a una coordenada en particular (incluido en algunos autos) y está el DGPS que corrige las mediciones en tiempo real (RTK) utilizando algún punto de referencia cercano que se puede ocupar en diseños de ingeniería en etapas de pre factibilidad con una precisión planimétrica de 3-5m y entrega la altura al nivel medio del mar (NMM).
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Figura 3: rbita de la red satelital GPS.
UAV’S:
Éstos son los conocidos vuelos aéreos no tripulados o drones que son controlados por un operador a distancia y que vienen integrados con cámara de alta resolución y tecnología de posicionamiento para saber la ubicación relativa de cada captura de imagen. Además, pueden estar equipados con tecnología LIDAR. La unión de las imágenes se realiza por triangulación creando de esta manera un ortofoto (mosaico georreferenciado de los datos raster obtenidos) y un MDT. Se suelen realizar vuelos a 100 metros de altura con una precisión planimetría de 3 cm y altimétrica de 5 cm. Ésta tecnología tiene alta aplicabilidad para topografías locales de terrenos de difícil acceso pero como tienen batería no pueden cubrir aéreas extensas en un solo vuelo. En minería suelen ocuparse como mecanismos de control para calcular el volumen de pilas de lixiviación y excavaciones y para realizar inspecciones sin detener la producción, entre otras. Por último, estos equipos se clasifican en dos grupos dependiendo de su aplicación: De ala ala fi ja: que ja: que son capaces de abarcar una vasta extensión territorial a gran altura con la autonomía necesaria. Multirotor , aplicables cuando se busca llegar a lugares de difícil acceso, ya sean estrechos o bien que requieran una mayor maniobralidad.
ESCANER LASER TERRESTRE (TLS): Mediante una luz laser se calculan distancias y ángulos para obtener una nube tridimensional de millones de puntos a gran velocidad. Mediante estas nubes de puntos se pueden elaborar desde superficies conformadas por mallas de triángulos, análisis de deformación de estructuras críticas o estabilidad de taludes, hasta generación de líneas de tierra, entre otros. Además, para abarcar todos los puntos necesarios para un buen MDT utiliza espejos giratorios. El escáner laser de alta precisión (2mm) tiene una aplicabilidad en terrenos de hasta 150m. Además, hay un escáner de largo alcance con precisión de 5mm y abarca hasta 1400m.
Figura 4: Metodología de captura de datos con TLS.
Tiene muchas aplicaciones tanto en minería subterránea (modelos de múltiples perfiles de excavación, para monitorear los avances de una explotación segura, de acuerdo con la planificación) y también en minería a cielo abierto (se ubican varios escáneres láser en ubicaciones estratégicas, obteniendo millones de puntos en forma rápida, siendo útil para el cálculo de volúmenes de material extraído, monitoreo de zonas críticas y evaluación de conciliación minera). 13
6. REFLEXIONES Y CONCLUSIONES Durante el desarrollo de este informe ha quedado en evidencia que el obtener una buena representación digital del terreno real trae mejoras en la eficiencia y sustentabilidad del proyecto ya que se pueden modelar en software una gran cantidad de fenómenos e impactos provocados por la industria minera. Además, un buen MDT, MDE, y MDS permite construir obras de ingeniería con un bajo nivel de incertidumbre ya que se conocerá a cabalidad cuanto es el material necesario para construir un concentraducto por ejemplo y además se podrá escoger la ruta óptima evitando riesgos de contaminación y seguridad, disminuyendo a su vez los costos de construcción, mantención y reparación (en casos de desastres ambientales). Un punto relevante es saber qué tecnología se debe ocupar para cada etapa de un proyecto o nivel de ingeniería ya que cada nivel requiere precisiones distintas, siendo la ingeniería de detalle y construcción la que necesita un grado de precisión altísimo para no aumentar el CAPEX por lo que se tendería a utilizar LIDAR, UAV’s o DGPS con el fin de replantear las obras eligiendo las alternativas óptimas para el
negocio, impacto ambiental, seguridad y para la sociedad en general. En cambio, las ingenierías de perfil, conceptual y básica identifican oportunidades, generan alternativas y desarrollan alguna de éstas pero en estudios de prefactibilidad que muchas veces no cuentan con un presupuesto elevado por lo que el uso de SRTM se puede ajustar bien ya que entrega una visión general del terreno pudiendo modelar algunos fenómenos mediante software y además adem ás es de acceso gratuito. Es de vital importancia que se vea estas tecnologías y sub-ciencias integradas como herramientas para facilitarnos el trabajo y crear una minería más amigable con su entorno. Es por esto que se recomienda que al inicio de cada proyecto Greenfield se genere un MDT para realizar una planificación integrada de todos los componentes del proyecto minero y no mirarlos por separado ya la ubicación de cada instalación de la mina influye directamente en los costos construcción, de operación y de cierre. Por ejemplo, una minería bien planificada ubicará su tranque de relaves lejos de cuencas de la red hidrográfica local (la que se puede obtener mediante MDT y ArcGis) para no contaminar las aguas del sector. Otro ejemplo es que la ubicación de la planta concentradora debe ser aguas abajo ya que la tendencia es a utilizar agua de mar ante la sequía del sector minero en Chile, disminuyendo de este modo el costo de las bombas de impulsión para subir el agua a la planta. Hechos como éstos aumentan considerablemente la vida útil de un proyecto ya que disminuyen los riesgos de pérdidas humanas, de desastres ambientales y disminuyen los costos de operación. Por otro lado, el uso de éstas tecnologías también contribuye a mejoras de procesos de un proyecto Brownfield ya que entrega otros puntos de vista del cómo hacer las cosas y se puede aumentar la capacidad operacional, mejorar el uso de sus instalaciones y disminuir costos unitarios llenando los vacíos de información existentes respecto al territorio que es impactado por la industria. En cuanto a la seguridad del proyecto, esta se puede ver beneficiada con el uso de las tecnologías descritas mediante el monitoreo de las estructuras geológicas (tales como fallas, diaclasas, taludes, entre otros) permitiendo prevenir la pérdida de vidas humanas y de equipos. Por último, la georreferenciación de las obras y estructuras abre las puertas a la globalización de un proyecto, permitiendo buscar inversionistas en todo el mundo que verán una materialización del proyecto tal como será en realidad utilizando coordenadas y datum conocidos en todo el mundo como WGS84.
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7. BIBLIOGRAFÍA
Buzai, G. D. (2001): “Paradigma Geotecnológico, Geografía Global y CiberGeografía, la gran explosión de un universo digital en expansión”, GeoFocus (Artículos), nº 1, p. 24-48. Mancini F., Stecchi F.,Gabbianelli F. (2009): “GIS-based assessment of risk due to salt mining activities at Tuzla (Bosnia and Herzegovina)”, p170-182. Annals of the Association of American Geographers, 102(2) 2012, pp. 320 –349
Giuseppe Esposito-Giovanni Mastrorocco-RiccardoSalvini-Matilde Oliveti-Paolo Starita. (25/01/2017): Application of UAV photogrammetry for the multi-temporal estimation of surface extent and volumetric excavation in the Sa Pigada Bianca open-pit mine, Sardinia, Italy. Environ Earth Sci, DOI 10.1007/s12665-017-6409-z, p. 76-103. World Geodetic System 1984 (WGS84). (2006). (2006). World Geodetic Geodetic System 1984 (WGS84). (WGS84). 05/31/2017, de Confluence Sitio web: https://confluence.qps.nl/pages/viewpage.action?pageId=42315395
8. ANEXOS
Figura 5: Distribución de las estaciones GPS de referencia y densificación alrededor del área de subsidencia de Tuzla
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Figura 6: Mapa de cambios en los suelos e ntre los años 2013-2015, perteneciente al proyecto SA pigada bianca (rajo a cielo abierto).
Figura 7: Mapa de la síntesis de las variaciones multi-temporales en las minas a cielo abierto SA Pigada bianca resultante del análisis de detección de cambios.
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