Recursos Tecnológicos para o Monitoramento Ecológico

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RECURSOS TECNOLÓGICOS PARA EL MONITOREO
ECOLÓGICO
OSCAR ALEXANDER ARIZA VELASCO
Monografía presentada como requisito parcial para obtener el título de
INGENIERO
INGENIERÍA MECATRÓNICA
Director:
OSCAR DUARTE, PH. D.
Profesor Titular
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
BOGOTÁ D. C.
2011
RESUMEN
RECURSOS TECNOLÓGICOS PARA EL MONITOREO ECOLÓGICO
por
OSCAR ALEXANDER ARIZA VELASCO
Ingeniero en Ingeniería Mecatrónica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
Director: Oscar Duarte, Ph. D.
El estudio y la comprensión del mundo como un Todo es imprescindible en una época en la
que se sienten con gran impacto las consecuencias de un “desarrollo” sin control. La base para
analizar y actuar adecuadamente sobre esta problemática es la información que se puede obtener
y el valor que se le adicione para ejecutar acciones efectivas que lleven a la sustentabilidad. El
monitoreo ecológico (ME) se perfila como una de las tareas relevantes, ya que involucra el estudio
de los sistemas vivos y no vivos con una mirada sistémica, haciendo que el enfoque analítico sea
más cercano a la realidad entre las relaciones de los componentes del planeta.
En base a una búsqueda de proyectos de ME en publicaciones físicas y virtuales (en su mayoría
de los últimos 10 años), se agrupan las tecnologías usadas en dos categorías principales: tecnologías
in-situ y de percepción remota, presentando su aplicación en las diferentes actividades del ME: mo-
nitoreo de factores ambientales; rastreo, censo, distribución y características de seres vivos; mapeo
de ecosistemas; medidas integrales de ecosistema; y, manejo y toma de decisiones. Se contextualiza
el ME en Colombia mediante la descripción del Sistema Nacional Ambiental (SINA) y el estudio
de dos proyectos de alcance nacional, con los que a su vez se verifica la utilidad de la agrupación
propuesta para la síntesis tecnológica y de información.
RECONOCIMIENTOS
A cada colombiano que con su diario esfuerzo nos permite
el acceso a la mejor educación superior del país. . .
A todas las personas con las que he compartido experiencias
y me han ayudado a formar como persona. . .
. . . Muchas gracias
iii
Contenido
Contenido iv
Lista de Tablas v
Lista de Figuras v
Introducción 1
1 Marco conceptual 3
1.1 Sistemas ecológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Monitoreo ecológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Monitoreo in-situ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 Percepción remota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5 Síntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2 Aplicaciones 13
2.1 Variables en el monitoreo ecológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 Factores ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 Rastreo, censo, distribución y características . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4 Mapeo de ecosistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.5 Medidas integrales de ecosistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.6 Manejo y toma de decisiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.7 Síntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3 Panorama en Colombia 23
3.1 Marco normativo y organizacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.2 Proyectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3 Síntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4 Conclusiones y discusión 31
iv
Bibliografía 33
Lista de Tablas
1.1 Clasificación de PR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 Espectro electromagnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3 Clasificación de PR-AC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4 Fuentes de infrasonido y ultrasonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 Variables biológicas en el monitoreo ecológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2 Aplicaciones en factores ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3 Aplicaciones en rastreo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4 Aplicaciones en censo y distribución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.5 Aplicaciones en mapeo de ecosistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.6 Indicadores de biodiversidad y servicios del ecosistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.7 Aplicaciones en medidas integrales de ecosistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.1 Número de especies por grupo taxonómico de los 5 países más biodiversos. Datos hasta
2002. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.2 Sistemas de información del SIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.3 Datos para la generación del mapa de ECCM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.4 Variables de monitoreo - SIMAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Lista de Figuras
0.1 Interpretaciones gráficas de los 3 sistemas en el desarrollo sustentable . . . . . . . . . 2
1.1 Monitoreo in-situ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Esquema de una red de sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 Componentes de un sistema de percepción remota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4 Formas de percepción remota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5 División del espectro electromagnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.6 Curvas espectrales típicas en espectro óptico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.7 Síntesis esquemática. Capítulo 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 Niveles de información en el monitoreo ecológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 Factores que controlan la reflectancia en las hojas de la vegetación . . . . . . . . . . . 18
v
2.3 Síntesis esquemática. Capítulo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.1 Estructura del SIAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2 Sistemas de información del SIAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.3 Variables en mapa de ECCM de Colombia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.4 Síntesis esquemática. Capítulo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
vi
Introducción
El impacto de la humanidad sobre la Tierra es creciente y cada día más evidente. Tan solo en
las últimas 6 décadas la población mundial ha pasado de 2,5 billones de habitantes en 1950 a 6,9
billones en 2010 [1], un crecimiento repentino que junto a otros factores interrelacionados como
el rápido desarrollo industrial y el sistema económico basado en gran producción y consumo,
han generado varios problemas ambientales como la acelerada degradación de algunos ecosistemas
naturales, cambios bruscos en patrones climáticos, especies en peligro de extinción, entre otros.
Esta serie de consecuencias han puesto en riesgo no solo la vida de hombres sino la de otras formas
de vida con las que la humanidad comparte el planeta.
Aunque esta situación es realmente preocupante, el avance en conocimiento y tecnología ha
permitido, entre otras cosas, que la información que se posee de la Tierra presente una tendencia
creciente en cantidad y calidad, además que su difusión global es más rápida y eficiente. Dicha
información, tanto la disponible como la potencialmente asequible,es la base para tratar de moni-
torear, entender y actuar sobre estos impactos. Su análisis ha generado responsabilidad en varios
entes y, a partir de ella, se han llegado a reuniones de alcance mundial en las que se ha discutido
la situación y se han definido acciones para hacer frente a la problemática.
Bajo este orden de ideas, se ha trazado el reto del desarrollo sustentable basado en el equilibrio
de los tres grandes sistemas (pilares) que no parecen funcionar de manera benificiosa para la
mayoría: el sistema ecológico, el sistema económico y el sistema social. El desarrollo sustentable
fue oficializado desde 1987 en el informe Our common future de la Comisión mundial de ambiente
y desarrollo de las Naciones Unidas, y quedó definido como
el desarrollo que busca asegurar el cumplimiento de la necesidades presentes sin comprometer la
capacidad de futuras generaciones de cumplir sus propias necesidades[2].
Desde esa época las reuniones a escala global se han hecho más frecuentes. Cabe nombrar
que entre los hitos más importantes en esta historia del desarrollo sostenible se destacan [4, 5]:
1992, Convención sobre Cambio Climático (http://unfccc.int/); 1992, Convenio de diversi-
dad biológica (http://www.cbd.int/); 1992, Conferencia de las Naciones Unidas en ambiente
y desarrollo; 1994, Conferencia en población y desarrollo; 1997, Creación del Protocolo de Kyoto
(http://www.kyotoprotocol.com/); 2000, Metas del desarrollo del milenio (http://www.un.org/
milleniumgoals); 2002, Cumbre mundial en desarrollo sostenible (http://www.un.org/events/
wssd/); 2005, entra en vigencia el Protocolo de Kyoto. Estas reuniones se han desarrollado prin-
cipalmente bajo un marco político, para llegar a la implementación de decisiones a nivel de cada
país, bajo un ámbito de responsabilidad global.
Con esta aparente voluntad de cambio a nivel mundial, se han realizado varios estudios desde
diferentes enfoques sobre la búsqueda del desarrollo sustentable. El sistema ecológico, base funda-
mental de relación del ser humano con el entorno, es clave en esta búsqueda y de su comprensión
depende que muchos objetivos propuestos en las reuniones globales se puedan cumplir. Es por
esto que el monitoreo de los sistemas ecológicos es una labor fundamental que requiere atención y
esfuerzo, es un punto importante a trabajar e investigar y es y seguirá siendo guía para el estudio
1
http://unfccc.int/
http://www.cbd.int/
http://www.kyotoprotocol.com/
http://www.un.org/milleniumgoals
http://www.un.org/milleniumgoals
http://www.un.org/events/wssd/
http://www.un.org/events/wssd/
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Desarrollo sustentable
(a) Pilares
Economía
Ambiente
Sociedad
(b) Concéntrico
Economía
AmbienteSociedad
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Viabilidad
H
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b
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a
d
(c) Círculos interrelacionados
Figura 0.1: Interpretaciones gráficas de los 3 sistemas en el desarrollo sustentable
Fuente: [3]
y la implementación de acciones que lleven a un desarrollo próspero bajo una relación armónica
entre el hombre y el medio ambiente.
En este trabajo se recopilan y describen de manera organizada las diferentes tecnologías que se
aplican en el monitoreo de los sistemas ecológicos, basado en la búsqueda de libros, publicaciones
en revistas científicas y páginas de Internet que estan vinculadas al tema. Esta descripción es
de carácter general 1 ya que se pretende enfocar la información en la clasificación, los principios
básicos de uso y ejemplos de aplicación de estas tecnologías en los últimos 10 años.
En el Capítulo 1 se exponen los conceptos básicos de sistemas ecológicos y sus propiedades, para
llegar a una definición de monitoreo ecológico, su clasificación y los principios tecnológicos básicos
para su aplicación. En el Capítulo 2 se exponen recursos técnicos y tecnológicos aplicados (proyectos
desde el año 2000), mediante una clasificación basada en el tipo de información y actividades que se
ejecutan en un proyecto de monitoreo ecológico. Buscando una contextualización a nivel nacional,
en el capítulo 3 se trata el panorama del Sistema Ambiental en Colombia, empezando por el marco
normativo y organizacional para la exposición de proyectos de monitoreo ecológico y tecnologías
usadas durante su ejecución. Finalmente, se presenta el capítulo 4 con las conclusiones y la discusión
del trabajo realizado.
1Entiéndase general como “Común a todos los individuos que constituyen un todo, o a muchos objetos, aunque
sean de naturaleza diferente”. Definición Real Academia Española.
2
Capítulo 1
Marco conceptual
En principio es importante tener claridad sobre la interpretación de conceptos base como lo son
ecología y ecosistema, por lo que se va a presentar una aproximación teórica. Después de la intro-
ducción de conceptos, se define el monitoreo ecológico y se exponen los objetivos que se buscan
cumplir con éste para así llegar a una descripción de las tecnologías que asisten el proceso.
1.1 Sistemas ecológicos
Los ecologistas científicos tienen dos formas de interpretar el concepto de ecología [6]: la primera
de ellas referente a la interacción entre los organismos y su medio ambiente; y la segunda, en la
forma de entender la distribución y abundancia de estos organismos. Integrando cada perspectiva
y su importancia, la ecología se puede adoptar como
“el estudio de la distribución y abundancia de organismos y cómo esta distribución y abundacia
es determinada por las interacciones de los organismos con su ambiente” [6, 7].
Además de tener claro el concepto de ecología, es clave la comprensión en la definición de ecosistema
y lo que este concepto implica, ya que su uso es frecuente y da objetividad a los estudios en ecología.
El término fue articulado por Tansley en 1935 quien lo definió como una comunidad biótica y su
ambiente físico asociado en un sitio determinado, usando la expresión sistema para hacer énfasis
en las relaciones entre sus componentes [8]. Los ecosistemas, por la manera en que se plantean y
desde un punto de vista sistémico, presentan las siguientes características:
Son sistemas abiertos [9, 10]
Tienen límites en los que hay entrada y salida de materia y energía. Por esta razón, todo
ecosistema debe tener una frontera definida y un entorno que entregue energía con baja
entropía y pueda recibir salidas de energía con alta entropía.
Estan formados por elementos bióticos y abióticos [9]
Los componentes bióticos incluyen a todos los seres vivos en el ecosistema. Los componentes
abióticos pueden ser de origen orgánico como el humus y la capa de hojas del suelo, o de
origen inorgánico como minerales, arcillas y agua.
Tienen componentes que interactúan [9, 10]
En los ecosistemas se presentan redes que indican las interacciones entre los componentes
bióticos y abióticos. Los dos subsistemas principales donde se observan estas redes son: el
subsistema primario, cuyas interacciones son generalmente de tipo trófico, en la que fluyen la
materia y la energía; y un subsistema secundario, que regula dichos flujos y cuyas interacciones
forman una red informacional.
3
Las interacciones definen redes tróficas e informacionales [9]
La red principal o primaria, describe una serie de procesos que, como se mencionó, tiene que
ver con la transferencia de energía y materia dentro y en las fronteras del ecosistema. A través
de la red informacional se establecen los mecanismos de retroalimentación que regulan esta
red primaria. Ésto, a través de mensajeros físicos y químicos como sabores, olores, presiones,
entre otros.
Se asocian con una estructura jerárquica [9, 10]
Debido a la complejidad de los ecosistemas se ha usado la teoría jerárquica para brindar
orden y estructura al estudio de estos sistemas. Los procesos ecológicos ocurren a diversas
escalas de espacio y tiempo y estas estructuras jerárquicas permiten establecer las relaciones
que son consecuencia de distintos niveles de análisis.
Son dinámicos 1 [9, 10]
Sus componentes e interacciones cambianen el tiempo, gracias a la propiedad inherente de
cambio en los sistemas vivos y sus relaciones estrechas con el medio que los sustenta. Los cam-
bios que producen estás dinámicas en el sistema se conocen como sucesiones ecológicas. Las
dinámicas terminan por determinar la habilidad del ecosistema de desarrollarse y enfrentar
disturbios.
Poseen propiedades emergentes [9, 10]
Gracias al efecto sinérgico de organización y relaciones, el ecosistema adquiere propiedades
holísticas como un todo que no se manifiestan de manera individual en sus componentes o
subsistemas. Estas propiedades son conocidas como propiedades emergentes. Müller y Nielsen
ofrecen una descripción más detallada de estas propiedades en [10, 12].
“El verdadero viaje de descubrimiento no consiste
en buscar nuevos paisajes sino en tener nuevos
ojos.” Marcel Proust
1.2 Monitoreo ecológico
Definición
El monitoreo es la medición sistemática de variables y procesos en el tiempo, cuya recolección
de datos tiene algún objetivo y se ejecuta de una manera estandarizada [13]. En este caso, las
variables y procesos son de caracter ecológico y los objetivos a cumplir, listados a continuación,
se relacionan con la ecología como estudio (análisis y caracterización) y aplicación (seguimiento y
toma de decisiones) [14].
Objetivos del monitoreo ecológico
- Recolección y análisis cuantitativo
* Proveer un conocimiento ecológico base para la investigación de procesos en los ecosis-
temas [13]
* Evaluar valores y tendencias (espaciales y/o temporales) de indicadores que caractericen
el estado de un sistema ecológico [14, 15]
1Esta interpretación del término dinámico difiere un poco de la perspectiva matemática e ingenieril, en la que
un sistema dinámico se define como aquel en que las variables que lo caracterizan pueden cambiar sin influencia
del entorno y cuyo valor depende de señales aplicadas en un tiempo anterior [11]. Por esta última propiedad se les
llama también sistemas con memoria.
4
- Seguimiento y toma de decisiones
* Determinar si acciones específicas de manejo tienen los efectos deseados [13, 14, 15]
* Detectar de manera temprana los efectos peligrosos en componentes de los ecosistemas
[13]
* Identificar las implicaciones de dañar los ecosistemas [13]
* Determinar si las leyes ambientales han sido implementadas [15]
Formas de monitoreo
A nivel general, se puede clasificar el monitoreo ecológico de acuerdo a la localización del elemento
encargado de recolectar los datos (el sensor) respecto al objeto o fenómento del que se espera captar
información. Con este criterio se habla entonces de monitoreo in-situ, cuando ambos elementos se
encuentran en el mismo sitio; y monitoreo ex-situ o percepción remota (del inglés, remote sensing
- también conocida como teledetección), cuando ambos se encuentran en sitios distintos [16].
1.3 Monitoreo in-situ
Descripción
La recolección de datos in-situ (IS) se realiza de dos formas: en estaciones fijas o por equipos
móviles de observación [17]. En ambas, se hace uso tanto de instrumentos artificiales como de
la experticia sensorial de profesionales que realizan trabajo de campo. Entre la gran cantidad de
instrumentos de monitoreo que se usan en las ciencias del medio ambiente se resaltan las cámaras
digitales, microscopios, espectrómetros, sensores meteorológicos, dispositivos de seguimiento con
GPS y sensores fisiológicos.
Gracias al desarrollo de las tecnologías de comunicación, ha surgido la telemetría como un
campo interesante en las tecnologías IS. En la telemetría se hace uso de sensores transmisores, que
son ubicados en o muy cerca a los organismos o fenómenos; y receptores, en un centro de datos
[18], lo que permite observar y analizar la información captada IS a grandes distancias (de ahí el
prefijo tele). En la figura 1.1 se representa esquemáticamente la telemetría en contraste con una
medición que se podría llamar de campo. Se puede notar que en esta última hay una restricción
espacial entre sensor y observador, restricción que se supera al usar sistemas de transmisión que
permiten que el observador incluso pueda monitorear desde fuera del ecosistema sin sacrificar la
calidad de la información, ya que se conserva la cercanía del sensor al objeto o fenómeno de estudio.
Existen dos tipos de telemetría de acuerdo a la forma en que se transmite la información, ya sea
por ondas de radio o por ondas acústicas. La radiotelemetría es la de uso más común, aunque se
usa la telemetría acústica en ambientes de agua salada [19].
Además de la telemetría, con los avances en tecnologías de información y comunicación se ha
posibilitado la formación de redes de sensores que potencian y proveen nuevas oportunidades en el
monitoreo ecológico y ambiental ya que permiten, entre otras cosas, una proximidad al fenómeno
de estudio y una visión más global de los fenómenos a estudiar por la posibilidad de integrar
información de varios sensores en tiempo real [20]. En la figura 1.2 se presenta el esquema genérico
de una red de sensores en los que se representan la propiedades de los dispositivos que hacen parte
de la red de monitoreo.
“Por la forma en que se curva el césped se puede
saber la dirección del viento”. Proverbio chino
5
Observador Sensor
Sistema
Objeto
Fenómeno
(a) In-situ: De campo
Observador
Sensor
transmisor
Objeto
Fenómeno
Sistema
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(b) In-situ: Telemetría
Figura 1.1: Monitoreo in-situ
n1
n2
n3
n4 n5
Estación base Estación base
Servidor
de la red
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Nodos o sensores
Figura 1.2: Esquema de una red de sensores
Fuente: Adaptado de [21]
1.4 Percepción remota
Definición
En un sentido general, la percepción remota (PR) permite obtener información de un objeto o
fenómeno sin estar en contacto directo con él, mediante la detección de cambios que éste imponga
sobre un campo que lo rodee, que puede ser de carácter electromagnético, acústico o potencial [22].
Con base en esto, de los 5 sentidos con los que cuenta el ser humano, se podría decir que 3 de ellos
se basan en percepción remota: la visión, el olfato y la audición; ya que no es necesario el contacto
directo con los objetos para extraer información. Ahora bien, en el ámbito de este trabajo, como
se describió en la sección 1.2, lo que define si el monitoreo es remoto o no, es la ubicación respecto
al sitio que delimita el estudio, por lo que estos 3 sentidos pueden hacer parte de un sistema
de percepción in-situ (p. ej. observaciones de vegetación en campo) o percepción remota (p. ej.
observación aérea de mamíferos acuáticos). Por lo descrito anteriormente y para evitar confusión,
se modifica un poco la definición general:
“La percepción remota (PR) permite obtener información de un objeto o fenómeno sin estar en el
mismo sitio de estudio de éste”
6
Es importante tener en cuenta que la definición presentada es genérica, y que el término usual-
mente se limita a información en forma de ondas electromagnéticas y a grandes distancias entre
objeto y sensor; incluso, en algunas fuentes, se ha especializado en información recibida únicamente
desde satélites.
Descripción
Un sistema de PR cuenta con 4 componentes básicos (figura 1.3): Una fuente de energía [A], un
objeto o fenómeno del que se quiere obtener información [B], un receptor de señales o sensor [C]
y un sistema de recepción e interpretación de información [D]. De acuerdo a la fuente disponible
y al comportamiento del objeto o fenómeno frente a esta fuente, se hace uso de varios tipos de
sensores con características adecuadas que permiten que la información original (en forma de luz o
sonido) sea “traducida” a señales de más fácil manipulación y así, facilitar el proceso de recepción
e interpretación.
A
B
C
D
Figura 1.3: Componentes de un sistema de percepción remota❳
❳
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Tipo
Ubicación
Externo Objeto/Fenómeno Sensor
Electromagnético
Pasivo-reflexión Pasivo-emisión Activo o radar
Nuestra visión Cámaras térmicas Scanner corporal de
Rayos X
Acústico
Pasivo-reflexión Pasivo-emisión Activo
Nuestra audición Sonar de detección de
obstáculos
Tabla 1.1: Clasificación de PR
La organización general de PR se logra mediante dos características de la fuente de energía:
el tipo y su ubicación. En la tabla 1.1 se pueden distinguir las dos formas básicas de PR: pasiva
(en tono oscuro) y activa (en tono claro). En la PR pasiva el sensor recibe la señal proveniente del
objeto o fenómeno, que éste refleja de una fuente externa o emite por si mismo. Cuando se emite
la señal de envío, es decir, cuando la fuente de la señal es controlada desde el sistema de detección,
se habla de PR activa, que en caso de ser de tipo electromagnético se conoce como sistema radar.
En la figura 1.4 se puede observar la representación esquemática haciendo uso de las convenciones
usadas en la figura 1.3.
La PR es una herramienta adecuada y de uso creciente en el monitoreo ecológico, ya que ofrece
5 capacidades [23], que van ligadas directamente con los objetivos (ver p.4) que se buscan cumplir
con el monitoreo ecológico:
7
A
B
C
D
(a) PR pasiva - reflexión
A-B
C
D
(b) PR pasiva - emisión
B
A-C
D
(c) PR activa
Figura 1.4: Formas de percepción remota
Observación
Permite entender el hábitat en un sentido más amplio
Medición y análisis
Permite la captura y el análisis de información de una manera más amplia y rápida
Mapeo y clasificación
Incrementa la precisión en la clasificación y posibilidades de integración de la información
Monitoreo en espacio y tiempo
Además del estudio espacial facilita el análisis temporal para análisis y predicción por el
volumen y precisión de la información que permite obtener
Apoyo a toma de decisiones
Gracias a las capacidades anteriores se vuelve una herramienta poderosa para guiar procesos
de toma de decisión de manera que sean más efectivos
Sistemas electromagnéticos
Los sistemas de percepción remota electromagnéticos (PR-EM) hacen uso de propiedades de las
ondas electromagnéticas captadas de objetos y fenómenos, que intrínsecamente contienen informa-
ción de éstos. Las ondas electromagnéticas se distribuyen y clasifican energéticamente de acuerdo a
su longitud de onda en el espectro electromagnético (figura 1.5), distinguiendo principalmente tres
zonas de acuerdo a la percepción visual: la zona del ultravioleta, del visible y del infrarrojo. De
acuerdo a la aplicación de esta energía electromagnética, el espectro se divide en más subzonas.
En la tabla 1.2 se observa una clasificación típica más detallada de las subzonas y su ubicación en
el espectro.
8
-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 2 3 4 5 610 10 10 10 10 10 10 10 10 1 10 10 10 10 10 10
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
MICROONDAS
INFRARROJO
VISIBLE
RAYOS X ‘SUAVES’
RAYOS X FUERTES
RAYOS
GAMMA
Radio AM
Cavidad RF
Radio FM
Horno
microondas
Radar
Gente
Bombillo Advanced Light Source Máquinas
de rayos X
Elementos
radioactivos
Más altaMás baja
Más larga Más corta
10 10 10 1 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 103 2 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Longitud de onda
(en metros)
Tamaño de la
longitud de onda
Nombre común
de la onda
Fuentes
Frecuencia
(Hertz)
Energía de un fotón
(Electron-voltios)
Campo de
fútbol Casa
Bola de béisbol
Este
punto Célula Bacteria Virus Proteína
Molécula
de agua
ONDAS DE RADIO ULTRAVIOLETA
Figura 1.5: División del espectro electromagnético
Fuente: [24]
Zona Sub-zona Longitud de onda (m) Frequencia (Hz)
Infrarrojo
Radio > 1 × 10−1 < 3 × 109
Microondas 1 × 10−3
− 1 × 10−1 3 × 109
− 3 × 1011
Infrarrojo 7 × 10−7
− 1 × 10−3 3 × 1011
− 4 × 1014
Visible Visible 4 × 10−7
− 7 × 10−7 4 × 1014
− 7,5 × 1014
Ultravioleta
UV 1 × 10−8
− 4 × 10−7 7,5 × 1014
− 3 × 1016
Rayos X 1 × 10−11
− 1 × 10−8 3 × 1016
− 3 × 1019
Rayos Gamma < 1 × 10−11 > 3 × 1019
Tabla 1.2: Espectro electromagnético
Fuente: [25]
La distinción de características se origina gracias a que cada objeto o fenómeno posee una firma
espectral, es decir, propiedades de reflexión o emisión particulares en diferentes longitudes de onda.
En la figura 1.6 se muestran curvas espectrales de reflectividad típicas de diferentes componentes de
ecosistemas en las que se pueden identificar diferencias y tendencias importantes en varias regiones
del espectro electromagnético.
La PR-EM se suele realizar desde aviones o satélites, en los que son ubicados los sensores. En
este proceso se hacen capturas de imágenes en diferentes rangos del espectro electromagnético,
denominados comunmente bandas espectrales. Los siguientes son los 4 parámetros que caracterizan
los sensores y por tanto las imágenes PR-EM [23, 27]:
Resolución espacial
El área mínima de identificación y cuantificación de radiación
Resolución espectral
Cantidad y tamaño de las bandas espectrales que se captan
Resolución radiométrica
Valores discretos con los que se cuantifican los rangos de radiación en el sensor
Resolución temporal
Tiempo en que el sensor vuelve a pasar por un punto determinado de la Tierra
9
0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5
1.00
0.90
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
Nieve pura
Nubes
Arena de desierto
Suelo
Vegetación
Agua (sin brillo)
Suavizada
R
ef
le
ct
a
n
ci
a
Longitud de onda (µm)
Figura 1.6: Curvas espectrales típicas en espectro óptico
Fuente:[26]
Sistemas acústicos
Las ondas acústicas, a diferencia de las electromagnéticas, necesitan de un medio elástico para
su origen y transmisión. Por este motivo se han desarrollado tres ramas principales de aplicación
de percepción remota acústica (PR-AC) de acuerdo al medio de propagación: acústica estructural
[28, 29], acústica atmosférica/aérea y acústica acuática/subacuática (hidroacústica) [29, 30]. En la
tabla 1.3 se pueden distinguir tecnologías asociadas a las dos últimas ramas especificando la forma
de PR, ya que son las de mayor aplicación en monitoreo ecológico.
P
P
P
P
P
P
PP
Medio
PR
Activa Pasiva
Aire/atmósfera Ecosondas atmosféricas (SODAR);
sensores ultrasónicos
Micrófonos
Agua SONAR - Ecosondas acuáticas SONAR - Hidrófonos
Tabla 1.3: Clasificación de PR-AC
En el estudio y uso de ondas acústicas se distinguen tres franjas principales de acuerdo a la
percepción humana: el infrasonido (< 20Hz), el sonido (20Hz−20kHz) y el ultrasonido (> 20kHz)
[29]; reconociendo que estas zonas son difusas, ya que el rango de la zona audible varía de acuerdo
a la sensibilidad individual influenciada, entre otros factores, por la edad y salud.
Al igual que se puede descomponer la luz blanca en diferentes colores, el sonido se puede
analizar en componentes frecuenciales (tonos), por lo que tratar la frecuencia en una onda acústica
es cuestión de analizar sus componentes frecuenciales [28]. En la tabla 1.4 se pueden distinguir
algunas fuentes de sonido con abundancia de tonos en frecuencias no audibles para tener una idea
de su posible detección y uso.
10
Zona Fuente
Infrasonido
Fenómenos geofísicos: Terremotos y explosiones volcánicas;
meteoroides en la atmósfera; olas oceánicas, avalanchas [29,
31]
Flujo turbulento en la sangre [29]
Algunas especies acuáticas [32]
Armónicos de sonidos de elefantes [29]
Ultrasonido
Murciélagos [29, 33]
Algunas especies de aves [29]
Instrumentación no invasiva∗ [29, 30]
Tabla 1.4: Fuentes de infrasonido y ultrasonido
1.5 Síntesis
En la figura 1.7 se presenta de manera esquemática un resumen de lo que se expuso durante el
capítulo.
Marco 
conceptual
Ecología
Distribución y 
abundancia
Ecosistema
Abierto
In-situ
IS
Propiedades 
emergentes
Monitoreo 
ecológico
Telemetría
IS T
Electromagnética
IS-T-EM
Campo
IS-C -
Acústica
IS-T-AC
Percepción 
remota
PR
Electromagnética
PR-EM
Activa
PR-EM-A
Pasiva
PR-EM-P
Acústica
PR-ACActiva
PR-AC-A
Pasiva
PR-AC-P
Factores
Componentes 
bióticos y 
abióticos
Dinámico
Figura 1.7: Síntesis esquemática. Capítulo 1
11
Capítulo 2
Aplicaciones
Se recopila una serie de aplicaciones del monitoreo ecológico alrededor del mundo con el fin de dar
una aproximación real a los problemas que se pueden apoyar en el monitoreo ecológico y listar con
nombre propio variables, ecosistemas y actividades, para vincularlos con la clasificación tecnológica
propuesta en el capítulo 1.
“Sepa dónde encontrar la información y cómo usar-
la. Ese es el secreto del éxito.” Albert Einstein.
2.1 Variables en el monitoreo ecológico
Gran cantidad de aplicaciones de monitoreo se han desarrollado a partir de las características que
ofrecen las diferentes tecnologías descritas en el capítulo anterior. Cada una de estas aplicaciones
usa diferentes niveles de información que van desde la medición de variables fisico-químicas hasta
el manejo y toma de decisiones. Cada nivel en esta pirámide (figura 2.1) va asociado al nivel de
abstracción y análisis de esta información. A continuación se presenta una descripción de cada
nivel.
MANEJO
INTERACCIONES
VARIABLES BIOLÓGICAS
VARIABLES FISICO-QUÍMICAS
Políticas ambientales, 
modelos de explotación
No. de individuos, distribución espacial de 
especies, clasificación de biotopos, bioindicadores, etc.
Salinidad, temperatura, PH, área, sonidos, intensidad de luz, 
altitud, concentraciones químicas, humedad, etc.
Indicadores de biodiversidad,
salud e integridad de ecosistemas
Creación de zonas de
protección, manejo de
recursos
Calidad de servicios
ambientales
Figura 2.1: Niveles de información en el monitoreo ecológico
13
Variables fisico-químicas
Es el nivel de información más general que se tiene ya que los instrumentos o sensores se
encargan de medir este tipo de variables de manera directa. Dentro de este tipo de variables
se encuentran entre otras: la intensidad y frecuencia lumínica, el nivel de un fluido, la posición
espacial, el tiempo, la concentración de iones, PH, el contenido de humedad y la corriente
eléctrica. Se debe tener en cuenta que algunas de estas medidas son derivadas unas de otras,
por ejemplo, un sensor de PH típico se basa en la combinación de señales recibidas por un
electrodo de medida, un electrodo de referencia y un sensor de temperatura.
Variables biológicas
Para obtener este tipo de información se deben interpretar las variables físico-químicas en
un contexto biológico, es decir, darle un sentido biológico a lo que se percibe. Por ejemplo,
la observación en campo de una comunidad (usando los 5 sentidos) entrega información
fisico-química que el observador interpreta y contextualiza a nivel biológico contando los
individuos, anotando patrones de comportamiento, clasificando hábitat, entre otros. En la
tabla 2.1, tomada del trabajo de Spellberg [13], se muestra el conjunto y clasificación de
variables biológicas utilizadas en el monitoreo ecológico.
Grupo Variables
Biomasa
Área o porcentaje de cobertura
Producción
Cantidad de biomasa muerta
Estructura vegetal
Estudios liquenométricos
Composición
de especies
Riqueza de especies
Diversidad de especie
Frecuencia de especie
Porcentaje de muestras de ocurrencia de especie
Ocurrencia de ‘indicadores de especie’
Ocurrencia de especies raras
Fenología de
especies
seleccionadas
Patrones espaciales de distribución
Densidad de población
Abundancia relativa de depredadores y presa
Posición trófica
Distribución
de edad-clases
Diámetro de árboles
Tasas de nacimiento,supervivencia y mortalidad
Tamaño
Tasa de crecimiento
Estado reproductivo
Número en condición reproductiva
Plantas en florecimiento
Tamaño de la colonia de crías
Contenido químico de materia viva y muerta
Estructura y composición del suelo
Tabla 2.1: Variables biológicas en el monitoreo ecológico
Fuente: [13]
Interacciones
En este nivel de información se tiene en cuenta la información biológica y fisico-química y lo
que pueda resultar de su sinergia. Esta información tiene cierto carácter subjetivo debido a
14
que en la vida real las interacciones entre los seres vivos y su entorno (que incluye otros seres
vivos) son complejas y monitorearlas requiere de abstracción e interpretación.
Manejo
El último nivel de información se basa en la interpretación final para la toma de decisiones
y manejo del sistema. Es la mayor abstracción ya que implica una valoración cualitativa y
cuantitativa de la información (que ya se ha procesado e intregrado) para producir planes de
acción sobre el sistema.
Para brindar más claridad y contexto a la clasificación y estructura del capítulo, se va asociar ca-
da nivel de información a actividades de monitoreo ecológico: parte de la información fisico-química
se va a tratar en la medición de factores ambientales; la información biológica se estructurará en
actividades de rastreo, censo, distribución y caraterísticas; las actividades de mapeo y medición
integral de ecosistemas comprenden el nivel de interacciones y; finalmente, el manejo se asociará
con actividades y proyectos de planeación, seguimiento y manejo de ecosistemas.
Además de esto, basado en la clasificación tecnológica del monitoreo realizada en el capítulo
1 (ver figura 1.7), se expondrán las formas en que estas tecnologías se aplican en las actividades
propuestas y algunos de los proyectos que se han realizado en épocas actuales.
2.2 Factores ambientales
Los factores ambientales se deben entender, en este caso, como aquellos pertenecientes al ambiente
físico asociado a la comunidad biótica del ecosistema de estudio (ver la definición de ecosistema,
p.3). Estos factores incluyen gran parte de las variables fisico-químicas asociadas a los elementos
no bióticos del ecosistema, por ejemplo: temperatura del aire, humedad del suelo, concentraciones
químicas del agua, entre otros. Su campo tecnológico es bastante extenso y el uso en el moni-
toreo ecológico es bastante importante gracias a las interacciones y asociaciones inherentes de la
comunidad biótica con su ambiente físico.
En el monitoreo ambiental se cuenta con una gran cantidad de sensores y bases de datos, que
van desde escalas institucionales hasta mundiales. Su información es la que más abunda a nivel
general y ésta puede ser utilizada para aproximar y predecir información biológica mediante el uso
de modelos ecológicos.
2.3 Rastreo, censo, distribución y características
El monitoreo de variables biológicas (tabla 2.1), se divide en 4 actividades principales: el rastreo,
el censo, la distribución y las características de los organismos.
- El rastreo tiene que ver con el seguimiento espacial para determinar la ubicación concreta de
un individuo o grupo en un momento determinado del tiempo, por lo que es lógico que se
realice en organismos con gran movilidad.
- La actividad de censo tiene que ver con el conteo de individuos en un área de estudio que
se puede realizar por medio de conteo completo, muestreo y estimación o haciendo uso de
índices [33].
- Ligada al rastreo y al censo, en la distribución se busca establecer un mapeo de organismos
o poblaciones para establecer áreas de ocupación, de crecimiento y otros patrones espaciales
de relevancia ecológica.
- La determinación de características, en este caso, hace referencia a la captura de información
propia del organismo, es decir, características intrínsecas: fisiológicas, de comportamiento o
de estado energético.
15
Tecnología Tipo de variables Ecosistema Fuente
IS-Campo
Medidor multipará-
metro de mano
Temperatura del agua, turbidez,
conductividad, pH, oxígeno di-
suelto, dureza, altitud, precipi-
tación, nitratos, entre otros
Reservorios/ Ecosis-
temas de agua dulce
[34]
Bases de datos:
ICESa MUDABb
Salinidad del agua; temperatu-
ra; concentraciones de silicatos,
fosfatos y nitratos; textura del
sedimento
Lecho marino [35]
Medidor de mano Salinidad Lago estuarino [36]
IS-Telemetría
GPS, Sensores elec-
trónicos, GSM
velocidad del viento, temperatu-
ra, humedad
Zona de cultivo[37]
PR-EM
Radar Satelital Velocidad del viento Océano [38]
Satelital multiespec-
tral
Salinidad Lago estuarino [36]
PR-AC
Sonda acústica Convección térmica Oasis polar [39]
Tabla 2.2: Aplicaciones en factores ambientales
a International Council for the Exploration of the Sea (http://www.ices.dk)
b Marine Environmental Data Base (http://www.bsh.de/en/Marine_data/Environmental_
protection/MUDAB_database/)
Rastreo
En esta actividad se busca la localización espacial y, por tanto, es importante la movilidad, las
características y el medio en el que el organismo, población o fenómeno se desarrolla para la
determinación de las técnicas y tecnologías correctas para su seguimiento.
En el caso de tecnologías IS se usa una rama de la telemetría conocida como telemetría posi-
cional, en la que los organismos (móviles) son rastreados con sensores de posicionamiento que son
llevados por los mismos. Por otro lado, las técnicas PR, tanto PR-EM como PR-AC, también han
sido usadas para el rastreo con la característica principal de no ser invasivas.
Tecnología Tipo de organismo Fuente
IS-Campo
Etiquetas de anclaje T Peces [40]
IS-Telemetría
Acústica
Peces [40, 41]
Medusa [42]
Cangrejo [43]
Electromagnética
Ave [44]
Tiburones [42, 45]
PR-EM
Imagen satelital térmica Tiburones [45]
PR-AC
Hidrófonos Ballenas [46]
Tabla 2.3: Aplicaciones en rastreo
16
http://www.ices.dk
http://www.bsh.de/en/Marine_data/Environmental_protection/MUDAB_database/
http://www.bsh.de/en/Marine_data/Environmental_protection/MUDAB_database/
Censo y distribución
Los datos adquiridos por PR-EM multiespectral o hiperespectral se usan para inferir la distribu-
ción espacio-temporal de la vegetación y para estimar sus propiedades biofísicas y bioquímicas,
parámetros que pueden servir para indicar el estrés o como marcadores para la identificación de
especies [47].
Para la localización, conteo y mapeo de organismos en ambientes acuáticos se han llegado a
4 enfoques: el uso del sonar pasivo, conocimiento previo y muestreo, estadísticas de ecos a altas
frecuencias y coincidencias de modelos con mediciones de baja frecuencia [48].
Tecnología Organismo/comunidad/fenómeno Fuente
IS-Campo
GPS, Fotografía Materia orgánica [49]
Microscopio Fitoplancton [34]
BD Comunidades bentónicas/Bentos, cober-
tura vegetal
[35]
Vídeo Arrecifes de coral [50]
CPR, BD, HPLC Fitoplancton [38]
IS-Telemetría
GPS, sensores in-
frarojos, GSM
Insecto volador [37]
GPS Mamíferos terrestres, cobertura vegetal [51]
PR-EM
Satelital
multiespectral
Comunidades de coral [52]
Materia orgánica [49]
Comunidades de plantas de humedal [53]
Mamíferos terrestres [51]
Satelital
hiperespectral
Comunidades vegetales terrestres [54, 55]
Fitoplancton [38]
Radar aéreo Materia orgánica [49]
Radar satelital Fitoplancton [38]
Fotografía aérea
multiespectral
Materia orgánica [49]
Comunidades de plantas de humedal [53]
PR-AC
Ecosonda
Algas [56]
Arrecifes de coral [50]
Tabla 2.4: Aplicaciones en censo y distribución
Características
El monitoreo de características tiene que ver con la medición de las variables esenciales del orga-
nismo, es decir, aquella información que permite diferenciarlo como un ente único: su fisiología,
comportamiento y estado energético. La biotelemetría es la rama de la telemetría encargada de la
medición de variables fisiológicas, de comportamiento o de estado energético, en las que se usan,
entre otros, sistemas de colección de video y ambiente transportados por animales[57].
El uso de firmas espectrales usando PR-EM además de poder distinguir coberturas se pueden
estimar propiedades de éstas. Un ejemplo de uso típico en ecología es el análisis de características
de coberturas vegetales para estimar contenidos de clorofila, humedad relativa, temperatura o
estructura celular, que se puede inferir mediante modelos que vínculen absorción o emisión en
17
ciertas longitudes de onda a estas propiedades. En la figura 2.2 se observan los factores que afectan
la absorción en diferentes longitudes de onda para una curva típica de cobertura vegetal en el
espectro óptico (400nm - 2500nm).
0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
R
ef
le
ct
an
ci
a 
(%
)
Longitud de onda (µm)
Estructura
celular
Contenido de agua
Absorción de agua
Pigmentos
de la hoja
Absorción de
Clorofila
Visible IR cercano IR de onda corta
Figura 2.2: Factores que controlan la reflectancia en las hojas de la vegetación
Fuente: [58]
2.4 Mapeo de ecosistemas
Las aplicaciones comunes de la PR-EM son el mapeo de cobertura y el uso de la tierra, que son
fundamentales para una clasificación de ecosistemas a escala de paisaje. Este proceso de llevar datos
de sensores PR-EM a mapas de ecosistemas consta de 6 fases principales: la determinación del área
y objetivos del proyecto, la definición de un sistema de clasificación, la selección de imágenes
apropiadas, el preprocesamiento de las imágenes, la escogencia de un método de clasificación y
finalmente, la validación in-situ [23].
Al tener la posibilidad de realizar este proceso de clasificación de una manera repetida y con
buena precisión (ver sección 1.4), el uso de imágenes PR-EM es una buena herramienta para el
análisis temporal de cambios en cuanto a uso y cobertura, información que puede llegar a ser aún
más útil para la toma de decisiones y manejo.
Este mapeo, además de lo dicho, es valioso para la predicción de la distribución tanto de especies
individuales como de grupos de especies en áreas que no podrían ser revisadas con los métodos
descritos en la sección 2.3 [59, 51].
2.5 Medidas integrales de ecosistema
Un gran volumen de indicadores de biodiversidad y servicios de los ecosistemas se han desarrollado
en el campo de la ecología. Estos indicadores se pueden caracterizar y clasificar de acuerdo a 5
criterios: propósito de indicación, tipo de indicador, escala espacial, componente de biodiversidad
al que va dirigido y servicios de ecosistema al que va dirigido [67]. En la tabla 2.6, tomada de Feld
y otros [67], se muestran los diferentes criterios con sus respectivos campos, con el objeto de ver la
18
Tecnología Tipo(s) de ecosistema Fuente
IS-Campo
Inspección de campo Ecosistemas de Inglaterra [60]
PR-EM
Satelital
multiespectral
Ecosistemas de parques nacionales de Canadá [61]
Bosques ribereños [62]
Ecosistemas de estuario: Manglar, ecosistema
de duna
[63]
Praderas, cultivos, bosque de coníferas, pan-
tanos, páramo
[64]
Ecosistemas de Inglaterra [60]
Humedal [65]
Fotografía aérea Ecosistemas de Inglaterra [60]
Radar aéreo
Humedal [65]
Arrecifes de coral [66]
PR-AC
Sonar multihaz Arrecifes de coral [66]
Tabla 2.5: Aplicaciones en mapeo de ecosistemas
cantidad de posibilidades de indicadores que hay y su abstracción a partir de intregración de datos
biológicos y fisico-químicos.
Criterio Categorías
Propósito o campo de
aplicación
Evaluación de calidad del hábitat, monitoreo, biodiversidad, evaluación
de calidad de agua, evaluación de estado ecológico, evaluación de res-
tauración/manejo, evaluación de función del ecosistema, evaluación de
respuesta a disturbios naturales, modelamiento predictivo, valoración
económica
Tipo de indicador
Biótico: genéticos, de especie, de comunidad, de función, de estructura,
sensibilidad, rasgos
Abióticos: físicos, químicos, bioquímicos, área del habitat, fragmenta-
ción
Escala espacial Parche (parcela), local, regional, nacional, subglobal
Componente de di-
versidad evaluado
Genético, estructural, funcional
Servicio del ecosiste-
ma evaluado
Suministro de agua/ comida, suministro de energía/ fibra, recursos ge-
néticos/ ornamentales, regulación de aire/ clima/ agua/ erosión, regu-
lación de enfermedades/ pestes/ peligros, polinización, tratamiento de
agua/ autopurificación, producción primaria, formación de suelo, des-
composición, ciclo de nutrientes/ agua
Tabla 2.6: Indicadores de biodiversidad y servicios del ecosistema
Fuente: [67]
Mediante el uso de imágenes PR-EM se puedenobservar medidas intregrales de ecosistema de
una manera más amplia. Por ejemplo, la productividad de la red primaria (NPP - Net Primary
Production), estimada a partir de índices de vegetación en relación con datos metereológicos y de
suelo, usando PR-EM entrega estimaciones simultáneas de la función de ecosistema a una gran
escala espacial [59].
19
Tecnología(s) de mo-
nitoreo
Técnica(s) de análisis Tipo(s) de ecosistema Fuente
Complejidad estructural
PR-EM S ME; PR-
EM S R; IS-C
Modelo estadístico Bosque montano [51]
Calidad ecológica
IS-C Redes neuronales Cuenca de río [68]
Riesgo ecológico/ susceptibilidad/ alteración del estado ecológico
PR-EM S ME; PR-
EM S R; IS-TD
Modelos estadísticos Arrecife de coral [69]
PR-EM S; PR-EM A;
IS-C
Modelo estadístico, ín-
dices
Playa salina, humedal de pantano, cuerpos
de agua dulce, bosques y pasturas, estan-
ques de camarón y yacimientos de sal, cam-
po de arroz, campos agrícolas secos, asen-
tamientos humanos
[70]
IS-C Metodología dinámico-
estocástica, Autómatas
celulares
Reservorios/ Ecosistemas de agua dulce [34]
Tabla 2.7: Aplicaciones en medidas integrales de ecosistema
2.6 Manejo y toma de decisiones
Cuando se cuenta con buena información procesada e integrada se obtiene un conocimiento base
del estado del sistema ecológico, que sirve de soporte para sacar conclusiones, tomar decisiones y
ejecutar acciones sobre éste para tratar llevarlo a un estado deseado o uno cercano. También se
debe tener en cuenta que el proceso se puede hacer de manera inversa y a partir de acciones sobre
el sistema se pueden sacar conclusiones, que se pueden vincular con información integral, biológica
y fisico-química, con el efecto en el tiempo de análisis y la incertidumbre de pasar de lo subjetivo
a lo objetivo.
En los estudios ecológicos confluyen muchas disciplinas científicas. Por esto, es necesario que la
información que se desee valorar para tomar un decisión y ejecutar acciones debe ser tan integral
como lo plantean los objetivos y el mismo sistema. Es decir, en un proceso de toma de decisiones no
solo se debería evaluar la información biológica, fisico-química o integral; también se debe tener en
cuenta el contexto socio-cultural y el económico, que como se plantea en el desarrollo sustentable,
están estrechamente ligados al entorno ambiental.
Para cumplir el reto de la toma de decisiones correctas, los científicos han desarrollado gran
cantidad de herramientas analíticas para modelar, desde varias perspectivas, los sistemas ecológicos
y evaluar las consecuencias de diferentes acciones. Los modelos matemáticos de sistemas complejos
representan los vínculos y relaciones entre los componentes y pronostican consecuencias de ciertas
intervenciones sobre éstos. Las técnicas basadas en economía cuantifican salidas en términos de
costo-beneficio. El análisis de riesgo caracteriza las salidas no deseadas y la incertidumbre que
rodea el sistema y estima sus probabilidades. Todo este conjunto de técnicas hacen parte de un
sistema de decisión y acción que se realiza usualmente con trabajo de expertos o mediante el uso
de software de apoyo con modelos de procesamiento [71].
2.7 Síntesis
En la figura 2.3 se presenta de manera esquemática un resumen de lo que se expuso durante el
capítulo.
20
Aplicaciones
Información
Fisico química
Biológica
Interacciones
Manejo y toma 
de decisiones
Actividades
Factores 
ambientales
Rastreo, censo, 
distribución y 
características
Mapeo de 
ecosistemas
Medidas 
integrales de 
ecosistema
Manejo y toma 
de decisiones
In situ
IS
Campo
Telemetría
Percepción 
remota
PR
Electromagnética
PR-EM
Acústica
PR-AC
-
IS-C
IS-T
-
Figura 2.3: Síntesis esquemática. Capítulo 2
21
Capítulo 3
Panorama en Colombia
Se contextualiza el tema del monitoreo ecológico en Colombia mediante el marco normativo y
organizacional y se realiza una descripción y análisis de dos proyectos de alcance nacional: el mapa
de ecosistemas continentales, costeros y marinos y; el sistema de monitoreo de Arrecifes de Coral,
SIMAC. La investigación de estos dos proyectos se presenta a nivel de metodología y tecnologías
de monitoreo empleadas.
3.1 Marco normativo y organizacional
Colombia es un país diverso en manifestaciones de vida, cultura y clima. Gracias a su posición
geográfica, que la ubica en la zona ecuatorial, Colombia se posiciona como uno de los 12 países
más ricos en biodiversidad a nivel mundial, entre los que se alberga el 70 % de la biodiversidad del
planeta [72]. Aún más, Colombia está posicionada en los 5 países más biodiversos en los grupos
taxonómicos mayores (ver tabla 3.1).
Plantas Anfibios Reptiles Aves Mamíferos
Brasil Colombia Australia Colombia Brasil
53000 733 755 1865 523
Colombia Brasil México Perú Indonesia
41000 517 717 1703 515
Indonesia Ecuador Colombia Brasil México
35000 407 524 1622 502
China México Indonesia Ecuador China
28000 284 511 1559 499
México China Brasil Indonesia Colombia
26000 274 468 1531 471
Tabla 3.1: Número de especies por grupo taxonómico de los 5 países más biodiversos. Datos hasta
2002.
Fuente: [72]
Mediante la ley 99 de 1993 se creó el Ministerio de Medio Ambiente (Actualmente Ministerio de
Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial) y se organizó el Sistema Nacional Ambiental (SINA)
con el objetivo de dar un manejo ambiental al territorio. En la ley se define el SINA como
“el conjunto de orientaciones, normas, actividades, recursos, programas e instituciones que
permiten la puesta en marcha de los principios generales ambientales del país” 1
1Ley 99 de 1993, Título II, artículo 4o. http://www.minambiente.gov.co/documentos/normativa/ley/ley_0099_221293.pdf
23
http://www.minambiente.gov.co/documentos/normativa/ley/ley_0099_221293.pdf
Las principales entidades que componen el SINA son: el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desa-
rrollo Territorial (MAVDT), el Departamento Nacional de Planeación (DNP), las Corporaciones
autónomas regionales (CAR), las Corporaciones de Desarrollo Sostenible (CDS), las Autoridades
Ambientales urbanas (AAU), los institutos de investigación y los entes de control [73].
Las actividades de monitoreo de información ambiental están relacionadas directamente con
las entidades de soporte técnico como los son los institutos de investigación y los centros de apoyo
como las universidades y sus grupos de investigación. Hay 5 institutos de investigación que están
adscritos y vínculados directamente con el MAVDT que brindan el soporte científico a los proyectos
de investigación y monitoreo ambiental.
- Instituto Von Humboldt
- Instituto de Estudios Ambientales y Meteorología - IDEAM
- Instituto de Investigaciones del Pacífico - IIAP
- Instituto de Investigaciones Amazónicas - SINCHI
- Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras - INVEMAR
Con el objetivo de facilitar la generación de conocimiento, la toma de decisiones, la educa-
ción y la participación social se creó el Sistema de Información Ambiental de Colombia (SIAC -
http://www.siac.gov.co), siendo los principales contribuyentes de datos los institutos de investi-
gación nombrados y el MAVDT [74]. En este sistema de información, además de estar involucradas
las entidades del SINA, se incluyen otras como el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC),
otros ministerios, ONG’s, sectores industriales, entre otros [75]. En la figura 3.1 se puede observar
una estructura básica de cómo está organizado temáticamente el SIAC de acuerdo a los tipos de
información que maneja, donde el resultado de la integración es un punto de vista ecosistémico,
simbolizado en la figura con la letra E.
Biodiversidad Ser h
u
m
a
n
o
 Suelo 
Agu
a 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A
ir
e
E
Figura 3.1: Estructura del SIAC
Fuente: [74]
El SIAC se divide en dos grandes subsistemas: El Sistema de Información Ambiental -SIA-, que
comprende actores, políticas, procesos y tecnologías que gestionan información sobre el estado, el
uso y aprovechamiento, la vulnerabilidady la sostenibilidad del ambiente, en los ámbitos continental
24
http://www.siac.gov.co
y marino; y el Sistema de Información para la Planeación y la Gestión Ambiental -SIPGA- que
comprende igualmente actores, políticas, procesos y tecnologías para conocer y evaluar los procesos
de gestión ambiental del país [75]. En la figura 3.2 se pueden ver los sistemas de información con
los que se cuenta actualmente dentro de estos dos grandes sistemas y las áreas temáticas.
Sistema de Información Ambiental de Colombia
SIAC
SIA SIPGA
Sistema de
información Ambiental
Sistema de Información de Planificación
y Gestión Ambiental
OFERTA DE RECURSOS NATURALES
(ESTADO)
USO DE RECURSOS NATURALES
(PRESIÓN)
PLANIFICACIÓN Y GESTIÒN AMBIENTAL
(RESPUESTA)
SISTEMAS DE INFORMACIÓN AMBIENTAL TERRITORIAL
Sistema de información
sobre Biodiversidad
de Colombia
Sistema de Información
del Recurso Hídrico
Sistema de información
Ambiental Marina
Sistema Nacional de
Información forestal
Sistema de Información
Sobre Calidad de Aire
Sistema de Información
Sore Uso de Recursos
Naturales Renovables
Sistema Nacional de
Información de Vivienda
y Desarrollo Territorial
Sistema de Gestión y
Seguimiento a las Metas
del Gobierno
Sistema de Información
de Planeación y Seguimiento
a Metas del Ministerio
Ventanilla Única de
Tramites Ambientales
N
A
C
IO
N
A
L
R
E
G
IO
N
A
L
Sistema de información
Ambiental Territorial
de la Amazonia Colombiana
Sistema de Información
Ambiental Territorial
del Pacífico Colombiano
Sistema de Información
de Planeación y Gestión
Ambiental de las Corporaciones
Autónomas Regionales
Figura 3.2: Sistemas de información del SIAC
Fuente: [75]
Teniendo una idea general de los actores que generan y gestionan la información ambiental
en Colombia (SINA) y del Sistema de información que agrupa los datos (SIAC) se tiene entonces
una base para investigar proyectos que impliquen en sus actividades labores de monitoreo eco-
lógico. La primera revisión se hace desde el SIA que actualmente tiene integrados en el portal
web (http://www.siac.gov.co) tres de los sistemas de información: el Sistema Nacional de In-
formación Forestal (SNIF), el Sistema de Información Ambiental Marina de Colombia (SIAM) y el
sistema de Información sobre Uso de Recursos Naturales Renovables (SIUR). Los demás sistemas
de información aún se encuentran en enlaces externos mostrados en la tabla 3.2.
Sistema de información Sigla Sitio de consulta
Sistema de información sobre Bio-
diversidad de Colombia
SIB http://www.siac.net.co/web/sib/home
Sistema de Información del Recur-
so Hídrico
SIRH http://www.pronosticosyalertas.gov.co,
http://www.ideam.gov.co/
Sistema de Información Sobre Ca-
lidad de Aire
SISAIRE http://www.sisaire.gov.co
Tabla 3.2: Sistemas de información del SIA
25
http://www.siac.gov.co
http://www.siac.net.co/web/sib/home
http://www.pronosticosyalertas.gov.co
http://www.ideam.gov.co/
http://www.sisaire.gov.co
3.2 Proyectos
A partir de la búsqueda en estos sistemas de información se han seleccionado algunos proyectos en
los que se desarrolla monitoreo ecológico y que han recogido la mayoría de sus actividades (factores
ambientales; rastreo, censo, distribución y características; mapeo y medidas integrales; planeación,
seguimiento y manejo), describiendo principalmente la metodología y selección de tecnologías de
acuerdo a los objetivos del proyecto.
Mapa de ecosistemas continentales, costeros y marinos de Colombia
Fuente: [76]
En este proyecto de escala nacional se buscó la caracterización, el monitoreo y el seguimiento
de los ecosistemas de la nación, cuyo producto final es el mapa de Ecosistemas continentales,
costeros y marinos (ECCM) del país a Escala 1:500000. Contó con el trabajo conjunto de los
5 Institutos de investigación ambiental y el IGAC. La metodología para la obtención del mapa
consistió básicamente en la integración de información climática, geomorfológica y de coberturas
y contó con el apoyo de sistemas de información geográfica (SIG). Las fuentes de origen y/o
procesamiento de información para el proyecto se muestran en la tabla 3.3
Datos Tipo de monitoreo Tecnología asociada Fuente
Imágenes satelitales PR-EM-P Imágenes Landsat a IGAC
Modelo digital de terreno PR-EM-A Modelo SRMT b IGAC
Modelo digital de profundidad PR-AC-A , PR-EM-A
Datos IBCCA c
InvemarDatos GEBCO d
Datos ETOPO2 e
Temperatura y precipitación IS-C, IS-T-EM Estaciones meteorológicas IDEAM
Geopedología IS-C Bases de datos, campo IGAC
Imágenes satelitales PR-EM-A Imágenes RadarSat f IGAC
Sustratos oceánicos IS-C Sedimentología CIOH g Invemar
Fisico-químicos del océano n/a Base de datos NOAA h Invemar
Tabla 3.3: Datos para la generación del mapa de ECCM
a Programa Landsat (http://landsat.gsfc.nasa.gov/)
b Shuttle Radar Topography Mission (http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/)
c International Bathymetric Chart of the Caribbean Sea and the Gulf of Mexico (http://www.asc-csa.gc.ca/
eng/satellites/)
d General Bathymetric Chart of the Oceans (http://www.gebco.net/)
e 2-Minute Gridded Global Relief Data (http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/etopo2.html)
f RadarSat (http://www.asc-csa.gc.ca/eng/satellites/)
g Centro de Investigaciones Oceanográficas e Hidrográficas del Caribe. Cartas sedimentológicas (http://www.
cioh.org.co/index.php/cartografia-hidrografia/cartas-nauticas-hidrografia/)
h World Ocean Database (http://www.nodc.noaa.gov/OC5/WOD/pr_wod.html)
Con esta información de diversas fuentes primarias, recolectada a través de un buena variedad
de recursos tecnológicos, se ejecutó el proyecto. Como se puede observar, esta información base
pertenece al grupo de variables de factores ambientales y a partir de ella se realizó análisis y
abstracción basada en la experiencia ecológica que los 4 institutos han acumulado de cada región.
En la figura 3.3 se pueden observar el flujo de información usando como recurso de jerarquización
la clasificación expuesta en la sección 2.1 (ver figura 2.1).
El proceso de generación información de interacciones a partir de información fisico-química
adquirida fue posible gracias a la experiencia que han acumulado los institutos de investigación,
a través de sus miembros y colaboradores, en el manejo de información biológica y su uso en la
26
http://landsat.gsfc.nasa.gov/
http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/
http://www.asc-csa.gc.ca/eng/satellites/
http://www.asc-csa.gc.ca/eng/satellites/
http://www.gebco.net/
http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/etopo2.html
http://www.asc-csa.gc.ca/eng/satellites/
http://www.cioh.org.co/index.php/cartografia-hidrografia/cartas-nauticas-hidrografia/
http://www.cioh.org.co/index.php/cartografia-hidrografia/cartas-nauticas-hidrografia/
http://www.nodc.noaa.gov/OC5/WOD/pr_wod.html
MANEJO
INTERACCIONES
VARIABLES BIOLÓGICAS
VARIABLES
FISICO-QUÍMICAS
Temperatura Precipitación
Zonificación climática
Imágenes
satelitales
Modelo digital
de terreno
Cobertura de la Tierra
Geopedología
Biomas
Ecosistemas
continentales
Experiencia
de los institutos
Modelo digital
de profundidad
Geomorfología
oxígeno disuelto, sigma θ, silicatos, 
nitratos y fosfatos del océano
Clima oceánico
Salinidad, temperatura
Paisajes del fondo
marino
Ecosistemas costeros
y marinos
Sustratos oceánicos
Experiencia
de los institutos
Experiencia
de los institutos
Experiencia
de los institutos
Estado
Gestión
Figura 3.3: Variables en mapa de ECCM de Colombia
sinergía y validación de información. A partir de toda la información acumulada hasta el nivel
de interacciones se genera un conjunto de indicadores cuyo fin es hacer seguimiento al estado
del ambiente, la gestión ambiental y al desarrollo sostenible. El conjunto de 84 indicadores 2 es
reportado por las Corporaciones Autónomas Regionales y de Desarrollo Sostenible y es la base
para una mejor gestión del territorio colombiano en el marco ambiental.
Sistema de Monitoreo de Arrecifes de Coral - SIMAC
Fuente: [77]
Invemar define el SIMAC como un programa a largo plazo cuyo propósito es generar información
acercade la salud y dinámica de los arrecifes coralinos en Colombia. La idea del sistema es dar una
base para entender los factores que han originado su deterioro, generar recomendaciones para el
uso sostenible de sus recursos y conservar su biodiversidad. El SIMAC cuenta con 10 estaciones de
monitoreo en diez zonas del Pacífico y el Caribe en las que se monitorean variables fisico-químicas
y biológicas, listadas en la tabla 3.4 junto a la tecnología usada para la captura de información.
Al igual que el proyecto anterior los resultados de este monitoreo se sintetizan en los informes
anuales sobre el estado de los arrecifes en Colombia. Invemar promulga que este sistema de mo-
nitoreo ha contribuido con el conocimiento de la biodiversidad, a través de la complementación
de listados de especies y realización de nuevos registros. Parte de estos datos se encuentran en
el Sistema de Información y Soporte para el Monitoreo de Arrecifes Coralinos - SISMAC que fue
concebido para “obtener, almacenar y proveer datos e información de forma sistematizada, que
contribuya a describir el estado actual de salud y los cambios a través del tiempo de los arreci-
fes coralinos, y de esta forma, detectar posibles perturbaciones naturales y/o antopogénicas y sus
2Resolución 0643 de 2004. www.minambiente.gov.co/Puerta/destacado/vivienda/gestion_ds_municipal/
RESOLUCIONES/RL064304.doc
27
www.minambiente.gov.co/Puerta/destacado/vivienda/gestion_ds_municipal/RESOLUCIONES/RL064304.doc
www.minambiente.gov.co/Puerta/destacado/vivienda/gestion_ds_municipal/RESOLUCIONES/RL064304.doc
Nivel Variable Tecnología Tipo
F
is
ic
o
-q
u
ím
ic
o
Temperatura del agua de fondo Termómetro electrónico
IS-C
Temperatura ambiental
Termómentro de mercurio
Temperatura del agua superficial
Precipitación pluvial Pluviómetro
Nubosidad
Observación
a
Estado del Mar
Transparencia de la masa de agua
Salinidad Refactrómetro manual +
Tasa de sedimentación y carbonato de cal-
cio en los sedimentos
Trampa de sedimentación y calcí-
metro
Estimación de sólidos en suspensión y con-
tenido de materia orgánica
Equipo de filtración y balanza +
Estimación de la concentración de clorofila
Espectrofotómetro UV-Visible
+
Nutrientes - Determinación de amonio,
Fósforo reactivo, nitritos y Silicatos
B
io
ló
g
ic
o Cobertura de corales y otros organismos
sésiles
Observación (buceo) b IS-CAbundancia de invertebrados de importan-
cia comercial y/o ecológica
Abundancia de gorgonáceos erectos
Prevalencia de enfermedades en las espe-
cies de corales duros
Riqueza y abundancia de peces de impor-
tancia ecológica y/o económica
Tabla 3.4: Variables de monitoreo - SIMAC
Fuente : [78]
+ Análisis a partir de muestras in-situ
a Interpretración visual
b Transecto e intersección continua con estacas y/o interpretación visual (buceo errante)
causas"se diseñó el "Sistema de Información y Soporte para el Monitoreo de Arrecifes Coralinos"3
3.3 Síntesis
En la figura 3.4 se presenta de manera esquemática un resumen de lo que se expuso durante el
capítulo.
3Tomado literalmente de [77]
28
SINA
MAVDT
DNP
Institutos de 
investigación
Instituto von 
Humboldt
IDEAM
IIAP
SINCHI
INVEMAR
CAR
CDS
AAU
SIAC
SIA
SIPGA
IGACIn
fo
rm
a
ci
ó
n
Mapa de 
ecosistemas 
continentales, 
costeros y marinos
Sistema de 
monitoreo de 
arrecifes de Coral
Variables
Tipo de 
monitoreo
Tecnologías
Proyectos
Figura 3.4: Síntesis esquemática. Capítulo 3
29
Capítulo 4
Conclusiones y discusión
El monitoreo ecológico abarca un amplio rango de información y para llegar a presentar un marco
ordenado de exposición fue necesaria la propuesta de una clasificación, ya que pese al gran vo-
lúmen de fuentes, la búsqueda no arrojó una en particular que recopilara los diferentes recursos
tecnológicos de manera global.
Tener los objetivos claros desde el principio en los proyectos de monitoreo ecológico es clave
para escoger adecuadamente las variables y los procesos de abstracción. El flujo de información
desde la puesta de objetivos hasta la toma de decisiones y realimentación es extenso, pero está
vinculado siempre, por lo que la sistematización y tratamiento ordenado de los datos en cada nivel
(monitoreo interno) son actividades que no se deben omitir.
La recopilación general de información, tecnologías y actividades tiene limitantes en cuanto al
nivel de detalle para la selección de alternativas específicas y metodología de uso para un proyecto
particular. Por otro lado, ofrece la posibilidad de explorar y agrupar conocimiento para extraer
conclusiones globales que desde la ejecución de proyectos específicos no son evidentes, en este
trabajo particular las siguientes:
- Las tecnologías de percepción remota han tenido un gran crecimiento en la ecología aplicada
y es un campo que sigue en investigación para el desarrollo de nuevas aplicaciones.
- Al integrar equipos interdisciplinarios, las aplicaciones fruto del análisis e interpretación de
datos ecológicos se enriquecen.
- Existe un campo abierto para el desarrollo de sistemas inteligentes en la toma de decisiones
de Gestión y Manejo Ecológico.
En Colombia se tiene planteado un sistema ordenado para el manejo de datos ambientales, cuya
información se concentra principalmente en investigación de los institutos adscritos al Ministerio
de Medio Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. Con la exploración de las aplicaciones del
monitoreo ecológico en el mundo se observa que el país apenas empieza a hacer uso de tecnologías
prometedoras como la percepción remota y la biotelemetría, que podrían ser claves en la protección
de la biodiversidad y su aprovechamiento adecuado para la generación de valor.
31
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