Un sistema que combina drones y algoritmos de inteligencia
artificial (IA) detectó altos niveles de contaminación en la laguna La Herrera
(Mosquera) por la actividad minera (arcilla para construcción), y buena salud
en la de Ubaque. La innovación abre la puerta a monitoreos más ágiles y
precisos que complementan los análisis de laboratorio.
El modelo reconoce en segundos y con una precisión de entre
el 75 y 90 % el estado del agua, gracias a cientos de imágenes tomadas por
el dron —a alturas de 90 a 200 m— que permiten mapear por completo las dos
lagunas. Con ayuda de algoritmos de IA se determinan parámetros como turbidez,
nitratos y fosfatos, factores decisivos para establecer si un cuerpo de agua
está contaminado o no.
Esa lectura desde el aire fue posible gracias a la
investigación de Diego Joaquín Rugeles Martínez, magíster en Geomática de la
Universidad Nacional de Colombia (UNAL), quien diseñó una metodología para
evaluar la calidad del agua en cuerpos lénticos, como se les llama a las
lagunas porque no presentan corrientes rápidas como los ríos.
Su trabajo responde a un problema frecuente en Colombia y en
el mundo: cómo monitorear de manera rápida y económica los lagos y lagunas que
abastecen a comunidades enteras, sostienen la biodiversidad y cumplen funciones
esenciales en el equilibrio ecológico.
Hasta ahora la medición de la calidad del agua dependía de
las muestras tomadas en puntos específicos y analizadas en laboratorio. Aunque
el método es preciso resulta lento, costoso y limitado, pues no siempre refleja
lo que ocurre en toda la laguna. La propuesta del investigador Rugeles supera
esa barrera con drones equipados con cámaras que captan longitudes de onda
invisibles al ojo humano y permiten estimar la concentración de contaminantes.
“Una sola prueba para medir la acidez del agua puede costar
hasta 80.000 pesos; si se multiplica por los puntos de muestreo y se añaden
otros parámetros el valor se dispara. Además los resultados pueden tardar entre
24 horas y 15 días según el lugar, lo que dificulta conocer la calidad real del
agua en el momento de la medición”, explica el experto de la UNAL.
Tres parámetros que revelan la salud del agua
El estudio se enfocó en tres parámetros cruciales para
determinar si el agua está contaminada o no: la turbidez (qué tan clara o
turbia está el agua), los nitratos (asociados con el uso de fertilizantes y
desechos orgánicos) y los fosfatos (nutrientes que, en exceso, disparan la
proliferación de algas).
Además, en las lagunas seleccionadas se
recolectaron 30 muestras de agua que se analizaron en laboratorio, lo que
permitió entrenar y validar los modelos de predicción, es decir, mostrarle los datos a un algoritmo de IA que aprende a identificar lo que
es buena o mala calidad del agua según estos parámetros.Para el procesamiento el investigador aplicó tres algoritmos
de aprendizaje automático diseñados en el lenguaje de programación Python,
todos implementados para encontrar relaciones ocultas entre las imágenes y los
valores químicos. El algoritmo GBR (Gradient Boosting Regressor) fue el que
mostró mejores resultados, con predicciones más estables y precisas.
Las imágenes mostraron que la laguna La Herrera registra
niveles muy altos de turbidez y nutrientes, una evidencia de su deterioro por
la escorrentía de las minas a cielo abierto dedicadas a materiales de
construcción. Estos hallazgos coinciden con reportes previos de la Corporación
Autónoma Regional de Cundinamarca y la Alcaldía de Mosquera. En contraste, la
laguna de Ubaque, sometida a procesos de restauración y bajo protección
ambiental, conserva valores bajos y un estado cercano al natural.
La turbidez permite determinar qué tantas partículas
distintas a las de agua hay en la laguna, para el caso de la Herrera había
cerca de 700 NTU (unidades nefelométricas de turbidez), mientras que en
Ubaque el valor era de solo 3 NTU. Por otro lado los nitratos, que en
valores altos significan un ambiente ideal para bacterias como Eschericia
coli y para otros parásitos y ambientes patógenos, en el caso de La
Herrera llegaba a 70 miligramos por litro de agua (mg/L), mientras que en
Ubaque solo a 6 mg/L.
El dron no “ve” el agua como nosotros, sino que registra la
luz que esta refleja en distintos colores, incluso en rangos invisibles al ojo
humano. Cuando hay turbidez o exceso de nutrientes como nitratos y fosfatos, la
forma en que el agua refleja la luz cambia: se vuelve más brillante en ciertas
longitudes de onda y más opaca en otras. Esas variaciones, imperceptibles para
nosotros, quedan registradas en imágenes multiespectrales que, con ayuda de
algoritmos de IA, se traducen en valores concretos de turbidez y concentración
de nutrientes.
Un diagnóstico ambiental rápido y confiable
El hallazgo más importante no se limita a esas dos lagunas.
La investigación demostró que la calidad del agua se puede “leer” desde el
aire, con una tecnología que ahorra tiempo y dinero frente a los métodos
convencionales, y que además permite generar mapas completos de contaminación,
no solo datos aislados de algunos puntos.
En total se tomaron más de 800 imágenes con el dron en casi
10 vuelos que cubrieron toda la extensión de las lagunas. Esto es innovador,
pues hasta el momento en el país no se había implementado un modelo de este
estilo para medir la calidad del agua.
El investigador Rugeles explica que “la utilidad práctica es
enorme, de hecho ya se está aplicando en tiempo real en el humedal Córdoba, al
noroccidente de Bogotá, en la localidad de Suba, en un proyecto denominado
“Sistema de monitoreo de calidad del agua para humedales de Bogotá a partir de
inteligencia artificial”.
Con este avance, la UNAL les entrega a las entidades
encargadas de proteger estas lagunas la posibilidad de monitorear las aguas de
manera novedosa y precisa, pues el algoritmo tiene un 90 % de precisión,
lo cual lo hace fiable y complementario a las pruebas de laboratorio.
La investigación muestra que el método es crucial para
enfrentar la eutrofización, un fenómeno que afecta a la mayoría de las lagunas
y ríos en Colombia y que ocurre cuando el exceso de nutrientes genera
proliferación de algas, pérdida de oxígeno y muerte de peces y otros
organismos, produciendo un desequilibrio en el ecosistema.
“La contaminación de la laguna de La Herrera restringe el
uso que los habitantes del municipio les podrían darl a sus aguas, las cuales
se podrían utilizar para actividades agrícolas o como agua potable. Por ello
urgen medidas que recuperen este importante afluente, que se ve contaminado por
los sedimentos que llegan desde el río Bojacá”, afirma el magíster.
Los drones, asociados hasta hace poco especialmente con la
fotografía aérea o la agricultura de precisión, ahora se consolidan como
aliados de la salud pública y de la conservación, capaces de convertir un
simple vuelo en un diagnóstico de los ecosistemas acuáticos.
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