Dando forma a la educación sobre cartografía oceánica del futuro
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- Published on Friday, 09 August 2024 03:40
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HYDRO INTERNATIONAL
Artículo
Programa canadiense de pasantías de verano capacita a los hidrógrafos del futuro
Por Kevin P. Corbley • 18 de junio de 2024
Tres organizaciones marinas se unieron en el verano de 2023 para preparar a los estudiantes canadienses de cartografía oceánica para que se conviertan en los "hidrógrafos del futuro". El primer programa de pasantías de este tipo se centró en dotar a los estudiantes de las habilidades y conocimientos técnicos que se requieren cada vez más en la profesión de hidrografía, pero que aún no se enseñan en muchos programas universitarios porque son muy nuevos y evolucionan a un ritmo muy rápido. "El hidrógrafo del futuro todavía debe comprender las prácticas tradicionales de las ciencias marinas y los estudios oceánicos, pero además necesitará formación en sistemas automatizados de sensores marinos y aéreos, plataformas de observación de la Tierra basadas en satélites y aplicaciones de inteligencia artificial", dijo Kyle Goodrich, presidente de TCarta Marine, la empresa de Colorado que encabezó el programa.
Seis estudiantes de grado y dos de posgrado participaron en la pasantía remunerada de verano copatrocinada por el Instituto Marino (MI) de la Universidad Memorial en St. John's, Terranova. Los ocho estudiantes estaban inscritos en el programa de cartografía oceánica del MI. La movilización del programa fue compartida entre TCarta, la Universidad Memorial y el Proyecto Seabed 2030 de The Nippon Foundation-GEBCO, que busca inspirar la cartografía completa del fondo marino para 2030. “El trabajo de campo seguirá siendo una parte clave de la hidrografía, pero los hidrógrafos también tendrán que ser científicos de datos”, dijo Paul Elliott, director académico e instructor del programa de Maestría en Tecnología Oceánica Aplicada del MI. “Se recopilan muchos datos de muchas tecnologías diferentes, y los hidrógrafos deben saber qué hacer con ellos”.
Otro objetivo de la pasantía fue hacer que la hidrografía sea más atractiva como actividad académica y como profesión en un momento en que la necesidad de cartógrafos oceánicos capacitados está aumentando. Esta demanda está siendo impulsada por el aumento de la exploración de hidrocarburos en alta mar, la ubicación de energías renovables y el desarrollo costero, todos los cuales requieren un mapeo detallado del fondo marino.
Las reacciones de los estudiantes al finalizar el curso práctico fueron abrumadoramente positivas. Cada uno tuvo una experiencia ligeramente diferente, pero las conclusiones más comunes fueron el entusiasmo por adquirir habilidades laborales adicionales, la sorpresa por descubrir nuevas facetas de la profesión de hidrografía y el entusiasmo por participar en la iniciativa Seabed 2030. "Definitivamente aprendí habilidades que de otra manera no habría aprendido en el aula", dijo Kaitlin Power, estudiante de tercer año de Mapeo Oceánico de MI.
La pasantía les permitió vivir estas experiencias en un entorno de trabajo real. Pasaron ocho horas diarias en el laboratorio de computación de MI y recibieron instrucción tradicional del personal de TCarta, seguida de un trabajo colaborativo intensivo en proyectos de mapeo del fondo marino. Algunos conjuntos de datos se entregaron a los clientes de TCarta como productos comerciales, mientras que otros se proporcionaron a Seabed 2030 para su inclusión en la red global de GEBCO .
Instrucción en tecnologías integradas
El plan de estudios de 2023 se centró en capacitar a los estudiantes en la aplicación de la batimetría derivada por satélite (SDB), una técnica que deriva la profundidad del fondo marino en aguas poco profundas, generalmente en zonas costeras, a través del análisis de imágenes satelitales multiespectrales. SDB sirvió como una herramienta de instrucción ideal porque integra múltiples tecnologías de vanguardia, muchas de ellas nuevas en hidrografía. "SDB llena el vacío en la recopilación de datos de aguas poco profundas donde es demasiado riesgoso operar la tecnología de levantamiento batimétrico tradicional", dijo Elliott.
El SDB, que data de la época de la misión estadounidense Landsat en la década de 1970, es un método menos costoso y más seguro para medir la batimetría en el entorno cercano a la costa que las técnicas tradicionales a bordo de barcos o incluso de aviones. El SDB alcanzó el estatus de tecnología general en 2020 cuando la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de EE. UU. (NOAA) y la Oficina Hidrográfica del Reino Unido (UKHO) adoptaron la tecnología como método oficial de estudio hidrográfico. Numerosas agencias internacionales de cartografía oceánica siguieron su ejemplo. En 2021, Seabed 2030 solicitó específicamente datos SDB como una técnica rentable para la cartografía cercana a la costa.
Los pasantes estudiaron la totalidad de Madagascar y generaron 14.555 kilómetros cuadrados de datos de satélites con una resolución de diez metros a partir de composiciones de múltiples imágenes de Sentinel-2 mediante un método de aprendizaje automático basado en ICESat-2. El conjunto completo de datos de Madagascar se envió a Seabed 2030.
En las últimas décadas, la calidad de la cartografía SDB aumentó a medida que mejoraba la resolución espacial de los satélites, aunque los algoritmos de procesamiento básicos siguieron siendo los mismos. Hubo un amplio consenso en que la tecnología necesitaba una renovación. TCarta solicitó financiación a la NOAA y a la Fundación Nacional de Ciencias para actualizar todo el flujo de trabajo de SDB con capacidades de procesamiento de última generación y ampliar su aplicabilidad a aguas más profundas y turbias, especialmente en las regiones árticas.
A través de la capacitación de SDB, los pasantes conocieron docenas de nuevas tecnologías y habilidades, algunas de las cuales están fuera de los planes de estudio típicos de la mayoría de los estudiantes de hidrografía. Si bien tecnologías como la imagen satelital y la inteligencia artificial pueden ser exclusivas del flujo de trabajo de SDB por ahora, TCarta confía en que pronto se integrarán en otras metodologías de mapeo oceánico.
Capacidades clave
Durante el verano, los estudiantes aprendieron muchas de las principales capacidades. Por ejemplo, se les presentó la variedad de imágenes satelitales disponibles para SDB y se estudiaron las ventajas de cada una de ellas para determinados tipos de proyectos. Por ejemplo, se utilizaron datos satelitales gratuitos de resolución gruesa Sentinel-2 A/B de la ESA para una amplia cobertura geográfica, mientras que se procesaron imágenes de alta resolución de Maxar WorldView para aplicaciones específicas del sitio.
TCarta también enseñó a los pasantes a utilizar una herramienta de preprocesamiento para preparar datos in situ de sonares o lidares como conjuntos de datos de calibración para procesar las imágenes satelitales. Además, aprendieron a aplicar una versión mejorada de un algoritmo de relación de bandas tradicional junto con un algoritmo de bosque aleatorio de aprendizaje automático recientemente diseñado en procesos iterativos para derivar mediciones de profundidad del agua a partir de píxeles de imágenes individuales.
Otra de las capacidades que se enseñaron fue cómo aprovechar el poder de la computación en la nube para aplicar los algoritmos SDB a pilas de imágenes multitemporales de Sentinel adquiridas para la misma ubicación en docenas de momentos diferentes. Los pasantes también utilizaron una herramienta de control de calidad basada en inteligencia artificial para aplicar datos lidar del satélite ICESat-2 de la NASA para evaluar y validar los resultados de SDB. También se empleó el software de nube de puntos 3D FMABE desarrollado por el gobierno de los EE. UU. para editar conjuntos de datos hidrográficos para producir resultados finales.
“Tener estas habilidades nos pone en ventaja sobre otros estudiantes que buscarán trabajo en el futuro”, dijo Maggie Lewis, también estudiante de tercer año de cartografía oceánica.
El programa de pasantías de verano financiado por Seabed 2030 incluyó a seis estudiantes de grado y dos estudiantes de posgrado del programa Ocean Mapping del Instituto de Pesca y Marina de la Universidad Memorial de Terranova. En la foto, de izquierda a derecha: Venkata Yadavalli, David Bautista, Michaela Barnes (exalumna del Instituto Marino y directora general de TCarta), Remy Ouellet, William Edwards, Kaitlyn Power, Maggie Lewis, Jenna Ryan, Kyle Goodrich (presidente y fundador de TCarta) y Amanda Steele.
Creando productos del mundo real
Para Will Edwards, estudiante de cartografía oceánica de MI, parte del atractivo de la pasantía fue trabajar en productos de SDB que se entregarían a usuarios finales reales, especialmente en el proyecto Seabed 2030, que se considera el proyecto de cartografía del fondo marino de mayor perfil del mundo en este momento. “Estoy muy contento de tener la oportunidad de proporcionar datos a Seabed 2030... Había estado esperando unos años para hacerlo”, dijo Edwards. “Me alegra que los datos [que generamos] fueran lo suficientemente precisos para ser utilizados”.
“Los conjuntos de datos de SDB proporcionados por los estudiantes de la pasantía de verano son fundamentales para respaldar el esfuerzo global en curso para entregar un mapa completo del fondo oceánico para 2030”, dijo el director de Seabed 2030, Jamie McMichael-Phillips. “Estamos encantados de apoyar esta pasantía colaborativa copatrocinada con nuestros socios Memorial University y TCarta, que permite a los estudiantes adquirir conjuntos de habilidades hidroespaciales de vanguardia y los prepara para sus futuras carreras como hidrógrafos modernos”.
En total, los pasantes crearon más de 21.125 kilómetros cuadrados de productos costeros de SDB durante la sesión de 12 semanas. Los conjuntos de datos clave incluyeron:
- toda la costa de Terranova y tres regiones del Ártico para la investigación de MI;
- Isla de Timor en Asia y Isla Nueva Hanover en Papua Nueva Guinea para Seabed 2030;
- toda la costa de Madagascar frente a la costa de África para un cliente de TCarta.
“Los estudiantes aplicaron lo aprendido en el aula a proyectos reales con datos y plazos reales. Aprendieron lo que tienen que hacer para completar un proyecto”, afirmó Elliott. “Por lo tanto, saben qué se espera de ellos cuando se incorporen al mercado laboral”.
El éxito del MI en la formación de estudiantes de hidrografía lo ha situado en la cima de los programas de cartografía oceánica en todo el mundo. El programa de maestría ha sido reconocido por la Organización Hidrográfica Internacional como uno de los pocos que ha recibido el estándar de competencia S-5A.
El éxito y lo que viene a continuación
El programa de prácticas tuvo éxito en muchos aspectos. Uno de los más importantes fue restablecer las expectativas de los estudiantes sobre cómo podría ser una futura carrera en hidrografía. La instructora de hidrografía de MI, Olga Telecka, explicó: “La hidrografía ha sido tradicionalmente una profesión en la que la mayor parte del trabajo de recopilación de datos se realizaba en un barco. Para muchos, la perspectiva de pasar semanas o meses en un barco lejos de casa eliminó la hidrografía como una opción profesional. Pero ahora que se recopilan tantos datos de forma remota y que el análisis de datos se realiza en laboratorios en tierra, la profesión ofrece oportunidades tanto para los entusiastas marítimos como para los amantes de la tierra. Lo que [los estudiantes] aprendieron en la pasantía es que los hidrógrafos no necesariamente necesitan ir a bordo de un barco para tener una carrera en esta industria, lo que para algunos es muy importante. Este programa abre el horizonte”.
Telecka añadió que, para MI, el curso reforzó el valor de la colaboración entre la academia y la industria. Los profesionales en activo pueden exponer a los estudiantes a tecnologías de vanguardia que ya se utilizan en el mundo comercial antes de que aparezcan en los libros de texto. Basándose en la experiencia positiva con TCarta, MI está considerando otras tecnologías para incluirlas en futuras pasantías.
TCarta está trabajando en estrecha colaboración con MI para perfeccionar el programa SDB y patrocinarlo nuevamente el próximo verano. “El programa nos mostró que un grupo de personas que no se distraen y que son nuevas en SDB pueden aprender una nueva tecnología en un corto período de tiempo y producir un trabajo sólido y profesional, como estudiantes”, dijo Goodrich de TCarta. “Los estudiantes se desempeñaron mejor de lo que esperábamos y nos impresionaron con su entusiasmo e interés en mejorar los nuevos procesos que estaban aprendiendo”.
Los organizadores de la pasantía esperan que el formato de la pasantía sirva de modelo para que otros programas académicos y empresas del sector privado presenten a los estudiantes de hidrografía las últimas tecnologías, ayudándolos a comprender toda la amplitud de la profesión y haciéndola más atractiva en el proceso. Si bien la pasantía logró preparar a los estudiantes para convertirse en hidrógrafos del futuro, señaló Goodrich, la industria de la hidrografía aún tiene mucho trabajo por hacer para atraer a más estudiantes a la disciplina. Desafía a los colegas del sector privado y a los académicos a hacer más para promover la hidrografía y la cartografía oceánica entre los jóvenes mucho antes de que lleguen a la universidad.
Para las universidades, la clave es la colaboración. Elliott, del MI, recomendó que las instituciones académicas busquen socios en el mundo comercial con los que asociarse, como hizo él con TCarta, para facilitar la transición de los estudiantes al mundo laboral.
Los pasantes de verano de SDB de TCarta aprendieron e implementaron un conjunto completo de habilidades y flujos de trabajo de SDB, incluida la selección de ICESat-2 para calibración y validación, la producción y evaluación de SDB utilizando múltiples herramientas y recursos como cartas náuticas y edición de nubes de puntos 3D.