La teledetección como alternativa fiable a la inspección de edificios in situ
Investigadores de la Escuela, junto con un equipo de expertos internacionales, han conseguido demostrar la viabilidad técnica y económica de la teledetección para la evaluación de la vulnerabilidad sísmica.
10.10.23
La observación remota del entorno urbano mediante satélite, avión o dron proporciona imágenes y puntos 3D de alta precisión, cuyo análisis permite crear modelos tridimensionales de las ciudades sin necesidad de tomar datos en campo, ahorrando tiempo y dinero. Estas son las conclusiones de un estudio liderado por investigadores del grupo "Geomática, Amenazas Naturales y Riesgos (TERRA)" de la Escuela, en el que estiman que el uso de técnicas de teledetección permite ahorrar hasta un 75% del coste y un 85% del tiempo en los estudios para la exposición y la evaluación de la vulnerabilidad sísmica. Los resultados del trabajo han sido publicados en la revista GIScience & Remote Sensing, en el que han colaborado científicos del Cambridge Architectural Research Ltd, NORSAR-Norway, GFZ-Potsdam y DLR-Germany, entre otras instituciones de prestigio nacional e internacional.
Daños causados por el terremoto de Haití en 2010 (Autora: Yolanda Torres)
Un terremoto grande causa destrucción y muerte allí donde ocurre, especialmente en ciudades donde la edificación es poco resistente. Lo hemos visto en los últimos años con el terremoto de Haití en 2010 o este mismo año con los de Turquía y Marruecos. En España, el último terremoto que causó víctimas fue el de Lorca, en 2011. Para luchar contra este riesgo sísmico, las autoridades locales elaboran planes de emergencia en los que se evalúa qué sismos pueden afectar a una ciudad (peligrosidad) y cómo de resistentes son los edificios (exposición y vulnerabilidad). Con ello, se estiman los daños que esos sismos causarían en la edificación y las pérdidas humanas y económicas asociadas (riesgo). Y finalmente, con el objetivo de evitar ese escenario de daños y pérdidas, se diseñan medidas de prevención y mitigación, aumentando la resiliencia de las estructuras y de la sociedad.
Los planes de emergencia se realizan en la fase pre-evento, es decir, antes de que ocurra ningún sismo, para estar preparados. La parte más costosa, en términos de tiempo y recursos, suele ser la evaluación de la exposición y la vulnerabilidad. Tradicionalmente, esta tarea es abordada por un numeroso equipo de ingenieros y arquitectos que recorren una ciudad entera durante semanas o meses, inspeccionando los edificios uno a uno para recoger información sobre su vulnerabilidad sísmica. Hay países, como el nuestro, que proporcionan parte de esa información en bases de datos catastrales −por ejemplo, el área, la altura o el año de construcción− pero sigue siendo necesario ir a campo a recoger otros datos muy relevantes, como los materiales de construcción, el sistema constructivo, la posición relativa de los edificios con sus vecinos, etc. Es más, la mayoría de los países, especialmente los más expuestos a desastres naturales, no tienen esta información disponible, por lo que la campaña de recogida de datos en campo es imprescindible.
Investigadores del grupo TERRA de la UPM llevan años trabajando en una línea de experimentación en la que aplican técnicas de observación remota para extraer esos atributos de los edificios eliminando o minimizando la necesidad de inspeccionarlos in-situ. En concreto, utilizan imágenes aéreas o satelitales de alta resolución y nubes de puntos LiDAR para generar modelos virtuales tridimensionales de las ciudades. Esos modelos representan la geometría 3D de todos los edificios y, además, sus atributos más relevantes. Esto conforma la base de datos de exposición y vulnerabilidad que se necesita para elaborar los planes de emergencia ante el riesgo, ya sea sísmico o de otra índole, puesto que tienen un enfoque multi-riesgo, como demanda hoy día la comunidad científica.
Los investigadores han aplicado estos métodos en varias ciudades como Lorca, Puerto Príncipe (Haití) o Nejapa (El Salvador) y han demostrado que sus resultados ofrecen una fiabilidad por encima del 85%, que es la misma −según los expertos− que inspeccionando los edificios in situ. Además, con técnicas de teledetección se puede ahorrar hasta el 75% del coste y el 85% del tiempo. Esto permitiría a las autoridades realizar con celeridad y precisión los estudios de riesgo sísmico a nivel local que, según la Directriz Básica de Planificación de Protección Civil, deben hacer más de 700 municipios en España.
Comparación del trabajo necesario para realizar una base de datos de exposición y vulnerabilidad sísmica
mediante teledetección y mediante inspección de edificios in-situ. Autora: Yolanda Torres
Esta cuantificación de la viabilidad técnica y económica de la teledetección aplicada a la ingeniería sísmica no se había hecho hasta ahora y por eso estas técnicas han tenido siempre detractores. Pero ahora, gracias al trabajo del grupo TERRA, se ha podido arrojar luz y dar argumentos sólidos a la comunidad científica para apoyar su utilización.
Como señala Yolanda Torres, profesora de la Escuela e investigadora de la UPM que ha coordinado esta investigación, “el objetivo final de nuestro trabajo es ayudar a las ciudades a aumentar su resiliencia frente a los desastres. A la luz de los resultados que hemos obtenido, parece posible concluir que la creación de bases de datos de exposición sísmica y vulnerabilidad utilizando la teleobservación es factible y rentable tanto en los países desarrollados como en los países en desarrollo”, concluye la investigadora.
Yolanda Torres, Sandra Martínez-Cuevas, Sergio Molina-Palacios, José Juan Arranz & Álvaro Arredondo. (2023). Using remote sensing for exposure and seismic vulnerability evaluation: is it reliable?, GIScience & Remote Sensing, 60:1, DOI: 10.1080/15481603.2023.2196162
Yolanda Torres, José Juan Arranz, Jorge M. Gaspar-Escribano, Azadeh Haghi, Sandra Martínez-Cuevas, Belén Benito, Juan Carlos Ojeda. Integration of LiDAR and multispectral images for rapid exposure and earthquake vulnerability estimation. Application in Lorca, Spain. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, Volume 81, 2019, Pages 161-175, ISSN 1569-8432, https://doi.org/10.1016/j.jag.2019.05.015.