SIMBAD: análisis y seguimiento de la humedad del suelo a partir de datos radar y ópticos de los satélites Sentinel 1 y 2

Parque Científico de Madrid

La empresa Quasar está incubada en el programa ESA-BIC Comunidad de Madrid y alojada en la FPCM

En la actualidad el 38 % de la superficie total de la Tierra se dedica a la agricultura (“Land use in agriculture by the numbers”, FAO 2020). A medida que la población mundial y el consumo de alimentos per cápita aumenta se incrementa la demanda de alimentos, y por lo tanto la demanda de una agricultura más eficiente e intensiva, tanto en productividad como en recursos, insumos, agua y tratamiento de residuos.

La intensificación y las mejoras tecnológicas ha producido no sólo un aumento de la producción, sino cambios profundos del medio natural, como el abandono de tierras marginales, transformaciones a regadío, deforestaciones, concentraciones parcelarias, y destrucción de la biodiversidad.

La tecnología puede ayudar a resolver las demandas de una “agricultura inteligente”, ayudando en la gestión de los recursos y residuos, aumentando la productividad y, por lo tanto, la renta disponible por la población rural, a la vez que eliminando la necesidad de transformación y destrucción de espacios naturales para conseguir esos objetivos de productividad.

El seguimiento de las zonas agrícolas en tiempo real o casi real y de forma continua permite detectar déficit o exceso de nutrientes, estrés biótico y abiótico en los cultivos y plagas. Además, se puede detectar estrés hídrico en los cultivos y la humedad del suelo, lo que proporciona las herramientas para una gestión eficiente de los recursos hídricos en los cultivos, ayudando a conocer el comportamiento de los diferentes cultivos y suelos en situaciones de humedad cambiantes.

Por otro lado, las series temporales de datos permiten realizar análisis fenológicos y obtener patrones dinámicos de ciclos, tendencias y estacionalidad, facilitando la modelización de los ciclos y por lo tanto la predicción. Y son los programas satelitales una fuente excepcional de datos por su globalidad, resolución, continuidad y accesibilidad a archivos históricos.

El programa Copernicus de la Agencia Espacial Europea (ESA) provee grandes cantidades de datos de acceso libre en media y alta resolución espacial, que facilitan el desarrollo de herramientas y aplicaciones en una gama de servicios de información diseñados para beneficiar a los ciudadanos, empresas y Administraciones. Sin embargo, en la mayoría de los casos las herramientas y aplicaciones de los datos satelitales están pensadas para un usuario especializado, siendo difíciles de manejar para su uso directo en aplicaciones cotidianas.

Quasar Science Resources (Quasar, https://quasarsr.com) da servicio tanto a empresas privadas como a instituciones públicas, incluyendo la ESA, proporcionando servicios de Ingeniería de Software y de Sistemas adaptados a proyectos científicos y de innovación, así como asesoría científica y gestión. Quasar fue incubada en 2018 por el Centro de Incubación de Empresas de la ESA BIC de la Comunidad de Madrid con el proyecto SIMBAD, de las siglas en inglés Sentinel Imagery MultiBand Analysis and Dissemination, y cuenta con oficinas en el Parque Científico de la Comunidad de Madrid.

El propósito de SIMBAD es crear productos y servicios de información de EO que permitan y faciliten a todo usuario el acceso a dichos productos y que satisfagan las necesidades actuales y futuras de los usuarios. Uno de los últimos productos desarrollados es un prototipo para el análisis y seguimiento de la humedad del suelo a partir de datos radar y ópticos de los satélites Sentinel 1 y 2. Si eliminamos los efectos de la vegetación, mediante índices de vegetación como SAVI (Soil Adjusted Vegetation Index) calculados con datos ópticos de Sentinel 2, sobre la señal recibida por el radar, la diferencia de las señales recibidas por el radar para dos fechas distintas con una misma estructura y cubierta vegetal es debida a variaciones de humedad del suelo.

Nuestro prototipo produce mapas de humedad del suelo con resolución de 10m cada 6 días, lo cual permite a los gestores de las explotaciones agrarias conocer la evolución de la humedad de forma continua y, por lo tanto, gestionar de manera eficiente los riegos, así como planificar los cultivos a partir de los datos históricos de humedad de suelo en las parcelas.

En el último año, Quasar ha seleccionado cuatro áreas de desarrollo de soluciones innovadoras y en fase de investigación:

1. Seguimiento de la calidad de aguas en zonas costeras, incluyendo vertidos de aguas residuales y floraciones de algas nocivas, así como evaluación del impacto de dichos contaminantes tanto a nivel medioambiental como humano.

2. Detección de embarcaciones y vertidos de barcos en aguas oceánicas empleando imágenes radar y ópticas.

3. Desarrollo de cartografía y seguimiento de ecosistemas marinos. En particular, las praderas de Posidonia oceanica del Mar Mediterráneo (https://simbad.quasasr.com).

4. Seguimiento, evolución, y predicción de producción de cultivos y el uso eficiente de los recursos hídricos e insumos agrícolas, para mejorar la calidad de las cosechas y contribuir a una agricultura sostenible e inteligente. Quasar desarrolla, junto con la Universidad Politécnica de Madrid, un proyecto de investigación dentro del programa de Doctorados Industriales de la Comunidad de Madrid para la “Evaluación de sistemas agrarios mediante series de tiempo de teledetección y modelos dinámicos de predicción”.