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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7439| Título : | Geología desde los ojos de un Dron: una poderosa herramienta educativa para los actuales ingenieros de la Tierra |
| Autor : | HERNANDEZ ESPRIU, JOSE ANTONIO MANCERA ALEJANDREZ, JAVIER |
| Fecha de publicación : | 2020 |
| Resumen : | La fotogrametría digital usando la técnica Structure-from-Motion a partir de vehículos aéreos no tripulados (drones) ha permeado prácticamente en todas las áreas de las geociencias, sustituyendo rápidamente las técnicas de la fotogrametría clásica en papel. No obstante, la incorporación de la fotogrametría digital en la formación de ingenieros geólogos, geofísicos y de minas (al menos en la Facultad de Ingeniería (FI) de la UNAM) es virtualmente inexistente. La problemática es clara. El ingeniero de la Tierra requiere de técnicas cuantitativas para resolver problemas complejos durante su ejercicio profesional. Sin embargo, el modelo geoeducativo actual de la FI solo contempla la enseñanza de la fotogrametría clásica, que por definición es una técnica sujeta a errores e incertidumbre. El eje de este proyecto radica en explorar las aplicaciones docentes de la fotogrametría digital y la adquisición/procesamiento/postprocesamiento de nubes de puntos (y otros productos como ortofotos y modelos digitales del terreno) capturados con dron y Smart phones,como una nueva herramienta educativa centrada en los ingenieros de la Tierra que formamos en la FI. Nuestra metodología se basa en: (1) una revisión del estado del arte, (2) el desarrollo de un catálogo digital de nubes de puntos (con trabajo de campo incluido), (3) el estudio del modelo de inserción educativa y material docente a desarrollar (unidades teóricas del conocimiento, prácticas de laboratorio, videotutoriales, visitas geológicas virtuales, videos demostrativos y modelos de visualización 3D) y (4) implementación y puesta en marcha de un portal Web educativo. Finalmente, aunque la población estudiantil-objetivo del proyecto está centrada en las carreras de Ciencias de la Tierra de la FIUNAM, los mecanismos educativos que se desarrollarán podrán ser aplicables a prácticamente cualquier programa universitario de habla hispana relacionado con la geomática y las geociencias, a nivel nacional e internacional. |
| URI : | https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7439 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | HERNANDEZ ESPRIU, JOSE ANTONIO |
| metadata.dcterms.callforproject: | 2020 |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2020-2022 |
| metadata.dcterms.educationLevel: | nivel superior |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura |
| metadata.dc.description.objective: | Objetivo general: Incorporar la fotogrametría digital-SfM aplicada a la evaluación geocientífica y el análisis de nubes de puntos (3D) capturadas a partir de vehículos aéreos no tripulados, cámaras personales y smart phones, en el modelo educativo de los actuales ingenieros de la Tierra de la FI-UNAM. No obstante, los mecanismos educativos que se desarrollarán podrán ser aplicables a prácticamente cualquier programa universitario de habla hispana relacionado con la geomática y las geociencias a nivel nacional e internacional. Objetivos específicos: "A. Revisar a profundidad el estado arte con respecto a la fotogrametría digital y el procesamiento/análisis de nubes de puntos (NP) con aplicaciones geocientíficas. Esto servirá como punto de partida para determinar con exactitud que metodologías se incluirán en la enseñanza de la fotogrametría-SfM y NP al estudiante de Ciencias de la Tierra, con particular interés en los programas de Ing. Geológica, Geofísica y de Minas y Metalurgia que se imparten en la FI-UNAM. B. Elaborar un catálogo digital de NP disponible en la Web para su libre descarga. Esto supondrá el principal insumo de trabajo para estudiante. Este catálogo contendrá de 15-20 NP considerando una razonable variabilidad de superficies de roca y afloramientos geológicos de diferentes características, extensión y litologías. C. Desarrollar material docente de vanguardia con relación a los siguientes elementos: (i) Unidades teóricas del conocimiento, (ii) actividades aplicadas y prácticas computacionales a desarrollar por parte del alumno, (iii) videotutoriales para la enseñanza autónoma de procesos, (iv) visitas geológicas virtuales, (v) videos básicos/demostrativos y (vi) modelos de visualización 3D de núcleos y muestras de rocas, en especial, las de interés económico/práctico en Ciencias de la Tierra. Los productos (i) y (ii) serán archivos digitales en pdf, mientras que el resto serán videos de corta duración, con algún tipo de diseño multimedia. Para el desarrollo de los materiales (ii)-(vi) se pondrá especial énfasis en la enseñanza de herramientas computacionales open-source y de uso libre para una total reproducibilidad por parte del alumno. D. Desarrollo, implementación y puesta en marcha de un portal Web educativo donde se integre toda la información estática y dinámica generada. Incluirá todo el material didáctico del objetivo (C) y el catálogo de NP del objetivo (B). Además, se incluirán las referencias recopiladas en el objetivo (A), algunos otros textos explicativos y links a otras páginas y enlaces de interés. Paralelamente, los materiales digitales a desarrollar también se subirán a la Red Universitaria de Aprendizaje (RUA) de la UNAM." |
| metadata.dc.description.strategies: | Revisión del estado del arte: Se revisará el estado del arte con respecto al eje del proyecto. Esto servirá como punto de partida para determinar que metodologías se incluirán en la enseñanza de la fotogrametría-SfM y nubes de puntos (NP) al estudiante de Ciencias de la Tierra. Se recopilarán artículos científicos y docentes y se integrarán en una base de datos en Mendeley (www.mendeley.com; última visita: agosto/2019). El contenido de esta base de datos será puesto a disposición del estudiante. Catálogo digital de nubes de puntos (NP) y trabajo de campo: Debido a que es inviable proporcionar drones a cada estudiante, desarrollaremos un catálogo de NP que representará el principal insumo de trabajo del alumno. Aprovechando la infraestructura y conocimiento con el que cuenta nuestro grupo, pondremos a disposición las NP que hemos adquirido en los últimos años. Implementaremos un catálogo de ~15-20 NP (el tamaño de cada NP puede exceder ~1Gb) que represente afloramientos y superficies de roca de diferentes extensiones, características y litologías. Actualmente contamos con diversas NP en rocas volcánicas en la CDMX, Zacatecas y Durango, que serán reprocesadas usando varias herramientas computacionales. Para la adquisición de nuevas NP, consideramos dos (2) salidas de campo de ~3 días de duración en localidades comúnmente visitadas por estudiantes durante sus prácticas escolares, en donde se capturarán NP de superficies de roca y además se tomarán datos levantados a mano. Las NP se clasificarán y se pondrán en un catálogo digital dentro de un portal Web. Consideramos realizar las salidas de campo en las localidades de: (a) Peña de Bernal – Zimapán – San Joaquín (Qro, Hgo) y (b) Tehuacán (Pue). Modelo de inserción educativo y material docente a desarrollar: Se estudiará la estrategia más adecuada para insertar los materiales docentes y el catálogo de NP en el modelo educativo de los ingenieros de la Tierra de la FI. La experiencia de nuestro grupo indica que la inserción en temas de asignaturas afines de los programas de Ing. Geológica, Geofísica y Minas, a través de los profesores, otorga muy buenos resultados (Macías-Medrano et al. 2017; Mancera-Alejandrez et al. 2018). Sin embargo, exploraremos otros mecanismos (p.e. autoaprendizaje). Con respecto al material docente, diseñaremos los siguientes elementos: (A) unidades teóricas del conocimiento, (B) actividades aplicadas y prácticas a desarrollar por parte del alumno, (C) videotutoriales para la enseñanza autónoma de procesos, (D) visitas geológicas virtuales, (E) videos demostrativos y (F) modelos de visualización 3D de rocas (en especial, las de interés económico/práctico en Ciencias de la Tierra). Los productos (A) y (B) serán archivos pdf, mientras que el resto serán videos de corta duración, con algún tipo de diseño multimedia. Particularmente (F) será un producto de visualización 3D y se alojará en el visor Sketchfab (sketchfab.com; última visita: agosto/2019) en el que nuestro grupo ya tiene experiencia al respecto (ver, por ejemplo, https://sketchfab.com/sergioenriquemm/models; última visita: agosto/2019). La temática del material docente se entrará en: (1) principios de fotogrametría-SfM, (2) vuelos con dron, (3) captura de afloramientos digitales con cámaras personales y Smart phones, (4) procesamiento/postprocesamiento digital de NP y otros productos cartográficos, (5) aplicaciones geológicas de las NP y (6) análisis científico de datos usando estadísticos y códigos computacionales propios. De manera orientativa (más no limitativa) insertaremos el material educativo (A) – (F) en los tópicos terminales de varias asignaturas de las carreras de Ing. Geológica, Geofísica y Minas y Metalurgia de la FI. Implementación de un portal educativo en la Web: El catálogo de NP, los productos docentes (A) – (F) y el material multimedia se integrará en un portal Web educativo, que contemplará, además, referencias y textos explicativos detallados acerca de su contenido. También, los contenidos y productos del proyecto se difundirán en las redes sociales de nuestro grupo. Los materiales docentes también se subirán a la RUA (UNAM). El diseño Web del portal y la asesoría general del desarrollo del material multimedia, correrá a cargo de la empresa Plastik (http://www.plastik.com.mx; última visita: agosto/2019), con objeto de asegurar un diseño profesional de los contenidos en la Web. Finalmente, se diseñarán algunas encuestas en Google Forms para medir el avance en el aprendizaje por parte de los alumnos. |
| metadata.dc.description.goals: | Primer año: Revisión del estado del arte (80%) Se revisará a fondo el estado del arte con relación a la fotogrametría-SfM, procesamiento/postprocesamiento de nubes de puntos 3D y otros productos fotogramétricos (p.e. otrofotomosaicos, modelos digitales del terreno) con fines geocientíficos. Los artículos y fuentes recopiladas se integrarán en Mendeley, un gestor computacional de referencias científicas. Trabajo de campo (50%) y catálogo digital de nubes de puntos (50%) Se completará la primera campaña de campo hacia las localidades Peña de Bernal –Zimapán–San Joaquín (Qro, Hgo), con objeto de capturar nubes de puntos 3D de afloramientos digitales, paredes y superficies de roca capturadas con dron, con la cámara de mano de alta calidad (que pretende adquirirse) y con Smart phones. Se capturarán nubes de puntos de afloramientos y superficies de litologías, extensiones y características diversas y también se levantarán datos geológicos y estructurales a mano. Las nubes de puntos capturadas durante la primera campaña de campo se agregarán con varias más con las que actualmente cuenta nuestro Grupo, para desarrollar un catálogo de nubes de puntos 3D que representará el insumo principal de trabajo del estudiante. Se integrarán durante el primer año, al menos, 7 nubes de puntos de superficies de roca y afloramientos digitales. Modelo de inserción educativo (100%) y material docente a desarrollar (50%) Durante el primer año se diseñará una estrategia para poder insertar de la mejor manera los materiales docentes al modelo educativo actual. Contemplamos, al menos, una inserción directa a través de los colaboradores del proyecto mediante los temas terminales de cada una de las asignaturas que imparten, y una inserción indirecta por medio del autoaprendizaje a través del diseño de material multimedia alojado en un portal Web educativo. También, para el primer año se propone desarrollar aproximadamente la mitad del material docente a desplegar que incluye: (A) unidades teóricas del conocimiento, (B) actividades aplicadas y prácticas a desarrollar por parte del alumno, (C) videotutoriales para la enseñanza autónoma de procesos, (D) visitas geológicas virtuales, (E) videos demostrativos y (F) modelos de visualización 3D de rocas. Implementación de un portal educativo en la Web (30%) Durante el primer año se iniciará el diseño del portal Web educativo donde se integrará toda la información y productos generados durante el proyecto. Se contempla diseñar el layout principal y establecer la arquitectura-base. El diseño Web del portal correrá a cargo de la empresa Plastik (http://www.plastik.com.mx; última visita: agosto/2019), con objeto de asegurar un diseño profesional de los contenidos en la Web. Segundo año: Revisión del estado del arte y compilación de la base de datos en Mendeley (100%) Trabajo de campo (100%) y catálogo digital de nubes de puntos (100%) Modelo de inserción educativo (100%) y material docente a desarrollar (100%) Implementación y puesta en marcha de un portal educativo en la Web (100%) |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | El equipo de trabajo se encuentra sumamente satisfecho con lo realizado durante el proyecto. Tal vez el mayor logro es que, aun con la situación adversa que impuso la pandemia con respecto al trabajo presencial y colaborativo, triplicamos el número de materiales docentes propuestos, ya que inicialmente habíamos comprometido 20 materiales y actualmente hemos alcanzado 66. Una de las razones es que, irónicamente, la propia pandemia forzó a todos los participantes a acelerar el uso tecnológico para producir materiales digitales propios, por lo que pudimos acortar notablemente la curva de aprendizaje relacionada con el diseño y producción de materiales docentes a distancia. En general, nuestra autoevaluación es positiva considerando que hemos podido desarrollar desde cero, un nuevo portal educativo que integra 66 materiales docentes, digitales e interactivos, que, de manera sencilla, práctica y también profunda, acercará al estudiante de Ciencias de la Tierra en temas de gran interés y aplicación actual, no contemplados en el currículo oficial de los programas de Ciencias de la Tierra de la UNAM. Entendemos que la creación del portal educativo es apenas el inicio formal de una iniciativa que requerirá conducirnos con esfuerzo, para concentrarnos de manera permanente en difundir, promover y actualizar el contenido digital del portal https://drones.unam.mx. Finalmente, también queremos hacer notar que duplicamos los productos académicos comprometidos. Inicialmente habíamos considerado el desarrollo de 4 trabajos en foros académicos y en total, logramos la aceptación de 8 trabajos en reuniones nacionales, donde pudimos presentar, difundir e interactuar con especialistas para dar a conocer el nuevo portal en otros ámbitos académicos dentro y fuera de la propia UNAM. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | -Revisión del estado del arte y compilación de la base de datos en Mendeley – Terminado al 100% Como punto de partida realizamos una actualización del estado-del-arte de publicaciones con arbitraje riguroso, reportes y materiales docentes que se han desarrollado por instituciones y asociaciones gremiales a nivel nacional y mundial en el uso de drones, nubes de puntos y fotogrametría digital con aplicaciones geocientíficas. Esto permitió definir los alcances y tipo de productos que era conveniente desarrollar. La bibliografía se integró en Mendeley, un software libre para manejar referencias científicas. -Trabajo de campo y catálogo digital de nubes de puntos – Terminado al 100% Inicialmente tuvimos que interrumpir el trabajo de campo con respecto a la planeación original debido a las complicaciones que impuso la pandemia sanitaria. Por estas razones, durante el primer año, reprocesamos información adquirida que los participantes habíamos obtenido de salidas previas, lo que inicialmente permitió disponer de varias nubes de puntos para poder compartirlas en nuestro portal. Durante el segundo año, pudimos efectuar diversas salidas de campo a lugares cercanos de la CDMX, lo que permitió adquirir nuevos datos que centralmente usamos para completar el catálogo de nubes de puntos y construir la visita geológica virtual. En general, realizamos las siguientes campañas de campo: 1. Varias salidas de un día de duración en fines de semana (viernes, sábado y/o domingo) entre el 26 de agosto y 11 de septiembre de 2021, a la localidad de Parres, sur de la CDMX. 2. Varias salidas de dos días de duración (viernes y sábado o sábado y domingo) entre los días 17-18 y 25-28 de septiembre de 2021, a la localidad de Tlayacapan, Morelos. 3. Una salida de tres días de duración (8, 9 y 10 de octubre de 2021), a la localidad de Tepenene, Puebla. -Modelo de inserción educativo y material docente a desarrollar – Terminado al 100% Realizamos una revisión cuidadosa de los planes de estudio de las cuatro carreras de las ingenierías en Ciencias de la Tierra de la Facultad de Ingeniería de la UNAM y analizamos las áreas de conocimiento, asignaturas, temas y subtemas donde la fotogrametría digital y los levantamientos con drones podrían tener aceptación e interés. A partir de ello, diseñamos y construimos una serie de materiales docentes que se basan y fomentan el aprendizaje autónomo del tópico central del proyecto. Aunque inicialmente habíamos comprometido 20 materiales docentes, a lo largo del proyecto realizamos un total de 66 materiales, divididos en: Unidades teóricas (6); Guías de aprendizaje autónomo (3); Videotutoriales (19); Visitas geológicas virtuales (1); Nubes de puntos (10); Modelos tridimensionales (24) y Códigos computacionales (3). -Implementación y puesta en marcha de un portal educativo en la Web – Terminado al 100% Finalmente, toda la información desarrollada se integró en un solo portal web (https://drones.unam.mx). |
| metadata.dcterms.provenance: | Facultad de Ingeniería |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Ciencias de la tierra |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| metadata.dc.contributor.coresponsible: | MANCERA ALEJANDREZ, JAVIER |
| Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías |
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