Mediante algoritmos, machine learning e inteligencia artificial

Cell2Fire: Investigadores U. de Chile crean sistema para prevenir y contener propagación de incendios forestales

Incontrolables y difíciles de anticipar, los incendios son una preocupación y un peligro que en solo minutos pueden reducir todo a cenizas. Es esta preocupación la que motivó a Andrés Weintraub, investigador del Instituto de Sistemas Complejos de Ingeniería (ISCI), Premio Nacional de Ciencias y académico del Departamento de Ingeniería Industrial de la Universidad de Chile, a llevar a cabo una investigación para desarrollar modelos de prevención de incendios.

El objetivo central del trabajo impulsado por el profesor Weintraub es orientar el manejo de bosques, praderas y pastizales, de modo que cuando se produzca un incendio, que no sabemos cuándo ni dónde ocurrirá, se produzca el menor daño posible, lo que se logra principalmente a través de la creación de áreas de cortafuego. En esta línea, se desarrolló una herramienta que integra probabilidades de ignición de incendios, mediante machine learning, y que identifica cómo se propaga el fuego a través de un sistema de simulación de incendios forestales. La innovación está siendo implementada en Chile y en bosques de Cataluña, donde ya ha sido integrada a modelos de toma de decisiones frente a estas catástrofes.

Cell2Fire es el nombre del simulador, tecnología que considera casi todos los aspectos más relevantes del paisaje, tales como su topografía, vegetación y climaJaime Carrasco, Doctor en Sistemas de Ingeniería de la U. de Chile integrante del equipo de investigación e investigador del ISCI, precisa que ya existían simuladores de alta calidad, pero más bien orientados a determinar la propagación de un incendio una vez iniciado, una información que resulta vital para planificar el combate de un incendio. Sin embargo, estos simuladores no contaban con la flexibilidad necesaria para integrar modelos de decisión asociados al diseño de paisajes resistentes a estos eventos. Esa fue la principal razón que llevó al equipo a desarrollar Cell2Fire, herramienta que no solo cumple con ello, sino que también se integra bien con los modelos de decisión para contener los incendios.

Tras varios años de desarrollo de una tecnología que pudiera tomar decisiones de gestión del paisaje, de modo que pudieran producir uno más resistente y resiliente a incendios forestales, Cell2Fire viene a cumplir un rol preventivo, un enfoque que, a diferencia del combate de incendios, podría mitigar la ocurrencia de este tipo de siniestros. Para ello, proporciona información fundamental para la gestión eficiente del paisaje, por ejemplo, a través de cortafuegos y raleos en los lugares de mayor riesgo. “Queremos que la gestión sea eficiente, en el sentido que los incendios que se produzcan en el futuro cercano (aleatorios), intercepten estas acciones, y de esta forma, disminuyan los daños que puedan provocar a los ecosistemas y a nuestras comunidades humanas”, explica Jaime Carrasco.

El desarrollo de Cell2Fire se ha nutrido también de la experiencia internacional en el combate de incendios. Actualmente, el equipo liderado por Andrés Weintraub trabaja en colaboración con una red de expertos de diferentes países, pertenecientes a la Universidad de Toronto, la Universidad de California Davis, la Universidad de California Berkeley y el Centro Tecnológico Forestal de Cataluña. Todos ellos cuentan con una vasta trayectoria en esta materia, y han aportado importantes datos para el desarrollo de modelos de planificación de gestión forestal preventiva y de su impacto en la extinción de incendios. Este trabajo también se ha replicado en bosques de Valparaíso y Concepción, desde donde se proyecta como una importante herramienta para toda Latinoamérica.

El equipo continúa ideando nuevos modelos y técnicas para fortalecer aún más este sistema. Una de estas líneas de trabajo es la evaluación de modelos de igniciones y medir el riesgo de incendio en un sitio a través del uso de Machine y Deep Learning en imágenes satelitales. “Nuestro objetivo de largo plazo es proteger nuestros ecosistemas y nuestras poblaciones humanas, objetivo que ha tomado mayor urgencia debido al cambio climático”, destaca Carrasco. En Chile existe una enorme biodiversidad de flora y fauna a lo largo de todo su territorio, y propuestas como esta buscan su protección contra eventos tan destructivos como los incendios forestales. "Llevamos un tiempo desarrollando algoritmos para determinar la distribución potencial de las especies faunísticas de nuestro país, así podremos evaluar e incluir estos valores ecológicos en nuestros modelos matemáticos y tomar mejores decisiones", agrega el investigador del ISCI.

Esta labor encabezada por el profesor Andrés Weintraub ha permitido la adjudicación del proyecto FONDEF “Diseño de paisajes resistentes a incendios forestales integrando modelos de simulación, optimización e IA”. Por su parte, Jaime Carrasco obtuvo el proyecto Fondecyt “Reinforcement Learning System to Design Fire Resistant Landscapes”, el cual también va en la misma dirección del trabajo que realizan en conjunto.

Por otra parte, la importancia y efectividad de aplicar la optimización matemática en la prevención y -por ende- en la disminución de incendios también ha sido valorada en países que cuentan con una gran industria forestal y que poseen experiencia en este tipo de fenómenos. Fue así como en el marco del desarrollo de esta innovadora herramienta, el equipo del profesor Weintraub ganó un proyecto, en conjunto con el Centre Tecnologic Forestal de Catalunya (CTFC) y otras instituciones de Europa, llamado FIRE-RES. Esta iniciativa, financiada por la Unión Europea a través del programa Horizon 2020 (H2020), ha permitido a los investigadores desarrollar un sistema que puede simular incendios en España bajo diferentes escenarios meteorológicos. De esta manera, el trabajo de los investigadores del ISCI proyecta un importante impacto en la prevención de incendios tanto en Chile como en otros países.

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