Bosques de Quebec: Digital Twin y 115.000 ortofotos

Los cimientos antes que todo lo demás

Quebec publica más de 115.000 tiles de ortofotos de 20 a 30 cm por píxel, varios cientos de gigabytes, y los hemos colocado todos sobre un único terreno 3D continuo. Casi nada de ese trabajo era 3D. Consistía en fusionar tiles que no comparten una proyección, rellenar los huecos entre ellos y hacer coincidir los colores entre sensores y años de captura.

Esa es la parte que nadie muestra, y es la que decide si todo lo que se construya encima funcionará. Mientras los datos subyacentes no sean continuos, la vista 3D, el zoom desde la provincia hasta la parcela y todos los cálculos territoriales se apoyan sobre arena. Esta publicación es un informe de progreso sobre esa fase, aplicada a Quebec.

El pipeline de TerraLab: una escena, todas las fuentes

TerraLab-Twin es un globo virtual planetario. Su función es fusionar fuentes geoespaciales heterogéneas en tiempo real (ortofotos públicas, ortofotos de drones de alta resolución, modelos digitales del terreno, capas vectoriales e imágenes satelitales) sobre un único terreno 3D navegable, desde la escala planetaria hasta el nivel de la parcela.

Tres propiedades definen el estado del arte al que aspiramos:

• Continuidad de escala: desde todo Quebec (10,000 km de diagonal) hasta una parcela de 50 m, sin interrupciones, cambios de CRS ni costuras en los límites administrativos.
• Fusión dinámica de múltiples fuentes: varias fuentes de calidad y resolución variables coexisten sobre el mismo terreno y se seleccionan sobre la marcha según el área, la resolución solicitada y la disponibilidad de los datos.
• Abstracción completa aguas arriba: el usuario final nunca ve un formato de archivo, un código EPSG ni una zona MTM. Simplemente navega.

Todo el trabajo descrito a continuación busca cumplir estas tres propiedades en un caso concreto: el territorio de Quebec.

Tiles del MRNF fusionados por TerraLab WorldMapServer. Terreno continuo, sin costuras visibles entre las hojas originales.

Qué hace únicos a los datos de Quebec

Quebec ofrece uno de los conjuntos de datos públicos más ricos de Norteamérica para este tipo de trabajo. El Ministerio de Recursos Naturales y Bosques de Quebec (MRNF, antes MERN) publica más de 115.000 tiles de ortofotos, varios cientos de gigabytes de datos en total, con una resolución nativa de 20 a 30 cm por píxel. Es aproximadamente treinta veces más fino que las imágenes satelitales de Sentinel-2 utilizadas como complemento.

Ortofoto del MRNF a resolución nativa de 20-30 cm sobre un sector forestal de Quebec.

Esta riqueza conlleva sus propios desafíos: una familia heterogénea de proyecciones cartográficas, múltiples formatos de archivo e imágenes capturadas durante varios años y estaciones. Este es precisamente el tipo de conjunto de datos para el que está diseñado un globo virtual, mientras que una herramienta GIS tradicional pediría al usuario elegir una proyección, una estación y un formato, y asumir las consecuencias.

Y sabemos cómo gestionar esta escala. Los 115.000 tiles, los cientos de gigabytes, los formatos mixtos y los datos de varias épocas: la arquitectura de TerraLab-Twin está diseñada para absorber este volumen de forma nativa, en una estación de trabajo de desarrollo, sin requerir ninguna infraestructura especial.

Tile original del MRNF a 20 cm. Árboles, carreteras y parcelas claramente visibles antes de cualquier procesamiento.

La parte dolorosa: las proyecciones cartográficas

Quiero detenerme en este punto porque, para cualquiera que haya trabajado en geoespacial, esto es una pesadilla operativa.

Los datos públicos de Quebec no llegan en una única proyección. Llegan como una familia de variantes de NAD83: una variante de Quebec Lambert (EPSG:32198), variantes más modernas basadas en CSRS y diez zonas MTM (Modified Transverse Mercator) que dividen el territorio por razones cartográficas históricas. En la práctica, cada tile puede llegar en un sistema de referencia de coordenadas diferente.

Las herramientas son la segunda mitad del problema. Cada datum tiene sus propias particularidades, y cada herramienta de la cadena geoespacial arrastra su propio comportamiento heredado en torno a la biblioteca PROJ. En producción es extremadamente habitual que un pipeline falle silenciosamente porque una instalación obsoleta devuelve transformaciones con errores de diez metros o más.

Esto es precisamente lo que abstrae un globo virtual. TerraLab-Twin solo conoce una proyección final: WGS84 sobre el elipsoide planetario. Toda la complejidad de las proyecciones se absorbe aguas arriba, en el pipeline de ingestión. El usuario final nunca ve un código EPSG. Ve un territorio 3D continuo y navegable, desde todo Quebec hasta una única parcela forestal, sin interrupciones en los límites de las zonas.

Una vez resuelto este problema difícil, todo lo demás se vuelve posible: fusión de múltiples fuentes, navegación continua y 3D en tiempo real.

Herramienta interna de teselado: cada fuente se reproyecta a WGS84 y después se compone en la escena 3D.

Por qué WGS84 en un globo virtual y por qué importa

La elección de WGS84 sobre el elipsoide no es arbitraria. Una proyección cartográfica clásica es, por construcción, un compromiso: aplana un objeto 3D, el elipsoide terrestre, sobre un plano 2D, lo que siempre introduce distorsión, en ángulos, áreas, distancias o en las tres. Es aceptable a escalas pequeñas, pero intolerable a escala continental.

Un globo virtual evita el problema manteniendo todo en 3D de principio a fin. El motor trabaja sobre el elipsoide real, no sobre una proyección plana. La consecuencia directa para el usuario es que puede hacer zoom libremente desde todo Quebec hasta una parcela de 50 m, sin cambiar de CRS, sin costuras en los límites de las zonas MTM, sin estiramiento polar y sin artefactos de alineación en los bordes. Esto es lo que hace que la navegación sea continua, algo que ninguna herramienta GIS 2D tradicional puede ofrecer.

Calibración y fusión de color: el desafío visual

Una vez resueltas las proyecciones, el siguiente desafío es visual. Un Digital Twin 3D de Quebec no fusiona una, sino tres fuentes de imágenes complementarias:

1. Ortofoto aérea del MRNF: prioridad 1, 20-30 cm, la capa de detalle
2. Imágenes satelitales de Sentinel-2: prioridad 2, 10 m, rellenan las áreas sin cobertura aérea, normalmente las regiones costeras
3. Mapa base planetario Blue Marble: respaldo final, garantiza que ninguna zona quede en blanco

Cada una de estas tres fuentes tiene su propia firma colorimétrica: sensores diferentes, condiciones de adquisición diferentes, fechas de captura diferentes y procesamiento aguas arriba diferente. El desafío no consiste solo en mostrarlas juntas, sino en garantizar que los límites permanezcan invisibles al ojo y que los tiles vecinos compartan el mismo rango de color.

Algunos tiles del MRNF también están incompletos: en los límites de las campañas de vuelo, la cobertura aérea se detiene en mitad de un tile y deja zonas nodata. Sin procesamiento, estos huecos aparecen como bandas negras en el terreno 3D. Esta es otra razón por la que el pipeline debe fusionar varias fuentes: para rellenar estos huecos con Sentinel-2 allí donde la ortofoto aérea no alcanza.

Tile del MRNF con cobertura parcial. El pipeline rellena automáticamente los huecos con Sentinel-2.

En el lado de Sentinel-2, componemos utilizando una mediana multitemporal sobre un rango fijo de reflectancia: esto elimina los valores atípicos, como nubes, sombras y días atípicos, y garantiza que todos los tiles compartan la misma calibración.

El tinte azul de las campañas de 2015

En Quebec, algunas campañas de vuelo antiguas, especialmente las de 2015, presentan un tinte azul sistemático. El proveedor de los datos no ha documentado el origen exacto del defecto, pero la relación anormalmente alta entre azul y rojo (B/R ~1.30 frente a ~0.88 en las campañas normales) afecta a una gran parte de los tiles de ese año. El pipeline filtra por estación, utilizando adquisiciones de verano para obtener tonos verdes uniformes, pero el problema persiste en las áreas donde solo existen tiles de 2015.

Para estas áreas existen varios enfoques posibles: corrección automática del color, mediante el ajuste de histogramas entre tiles vecinos, o sustitución por imágenes satelitales, con Sentinel-2 como primera opción, gratuito a 10 m, o fuentes comerciales como Airbus Pleiades y Maxar para obtener una resolución más fina, pero con un coste considerable. Ninguna de estas opciones es ideal por sí sola. La combinación más probable consiste en filtrar por año de captura y utilizar Sentinel-2 como respaldo en las áreas sin alternativa.

El tiempo juega a nuestro favor. El MRNF continúa publicando nuevas campañas aéreas con regularidad, y las ortofotos de 2023 y 2024 ya están disponibles como datos abiertos para determinadas regiones. Es probable que las áreas cubiertas únicamente por tiles defectuosos de 2015 sean sustituidas por adquisiciones más recientes y mejor calibradas.

Arriba: tile del MRNF de 2015 con tinte azul (B/R ~1.30). Abajo: 2016 con color normal (B/R ~0.88).

Tiles de 2015 con tinte azul junto a tiles calibrados normalmente: un mosaico visible que rompe la homogeneidad del terreno.

Donde la ortofoto de Quebec se encuentra con Sentinel-2

En el límite entre ambas fuentes, la transición geométrica es imperceptible. Sin embargo, la transición colorimétrica sigue siendo visible en algunas zonas costeras.

Esta costura de color es una decisión deliberada. La mezcla a nivel de píxel a lo largo de cientos de kilómetros de costa costaría más procesamiento del que justificaría la mejora visual, especialmente en las escalas de navegación habituales del Digital Twin. El pipeline prioriza la cobertura y la continuidad frente a la perfección estética en los márgenes.

Arriba: Sentinel-2 por sí solo. Abajo: composición de Quebec + Sentinel-2. La zona de mezcla es visible a lo largo de la costa.

El pipeline incluye un paso de ajuste de color que suaviza estas transiciones. El ejemplo siguiente, de la zona de Riviere-du-Loup, muestra la diferencia: sin ajuste de color, el límite entre la ortofoto de Quebec y Sentinel-2 es claramente visible. Con el ajuste de color, la transición se vuelve mucho más sutil.

Riviere-du-Loup. Arriba: sin ajuste de color. Abajo: con ajuste de color.

Península de Gaspe, vista amplia. Zona cian, a la izquierda: tiles de 2015 con tinte azul. Tierra firme: ortofoto de Quebec. Océano: Sentinel-2.

Situación actual

A 7 de abril de 2026, avanzamos según lo previsto. La familia NAD83 se absorbe aguas arriba y el pipeline de ingestión procesa progresivamente los ~115.000 tiles del MRNF.

La cobertura del territorio es parcial en esta fase. Las áreas ya procesadas, por ejemplo la península de Gaspe, se pueden recorrer con la ortofoto de Quebec, mientras que otras áreas se rellenan temporalmente con Sentinel-2. La composición de las tres capas se ha validado en la costa de Gaspe, y el volumen de datos funciona cómodamente en una estación de trabajo de desarrollo estándar.

Resolución actual

Actualmente, el motor produce una resolución de 10 m por píxel. Es una elección deliberada para esta primera iteración: trabajar primero a escala global nos permite validar todo el pipeline, incluidas las proyecciones, la fusión, la calibración del color y el volumen de datos, antes de aumentar la resolución zona por zona. Los datos fuente del MRNF a 20-30 cm están disponibles. El refinamiento hasta 30 cm se realizará caso por caso, en función de las necesidades.

Elevación

En cuanto a la elevación, el terreno 3D se basa en un SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), un modelo digital de elevación. No es la fuente más precisa disponible, pero cubre todo el territorio y nos permite validar la cadena completa. Es viable cambiar a modelos digitales del terreno de Quebec más precisos en las áreas prioritarias.

Este es el resultado actual: la ortofoto de Quebec a 10 m proyectada sobre el relieve SRTM, sin vegetación 3D ni datos vectoriales. Es la base de terreno en bruto sobre la que se construirá todo lo demás.

Primeras vistas 3D de Quebec. Ortofoto de 10 m + relieve SRTM. De arriba abajo: dispersión atmosférica, iluminación directa y sin iluminación.

Una conclusión importante: la calidad del renderizado no puede superar la calidad de los datos fuente. Allí donde los datos del MRNF están limpios y correctamente calibrados, como en las campañas posteriores a 2015, el resultado es excelente. Allí donde presentan defectos, como en las campañas de 2015 con tinte azul, el pipeline no puede inventar una calibración de color correcta.

Disponible hoy:

• Ortofoto aérea de Quebec (MRNF) fusionada con Sentinel-2
• Relieve 3D mediante SRTM
• Pipeline completo validado en la costa de Gaspe

Próximamente:

• Resolución de 20-30 cm con zoom cercano
• Datos vectoriales OSM de Quebec
• Árboles 3D en todo el territorio de Quebec