PROCESAMIENTO DIGITAL DE IMAGENES PARA EL MAPEO DEL DRENAJE LUIS ALBERTO MORENO VEGA RESUMEN

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1 PROCESAMIENTO DIGITAL DE IMAGENES PARA EL MAPEO DEL DRENAJE LUIS ALBERTO MORENO VEGA Sistema Automatizado de Información Geoestadística SAIG Departamento Administrativo nacional de Estadística DANE, Santafé de Bogotá-COLOMBIA, tel./fax Instituto Geográfico Agustín Codazzi IGAC, Santafé de Bogotá-COLOMBIA, tel./fax Departamento de Física-Universidad Nacional de Colombia, Ciudad Universitaria Santafé de Bogotá-COLOMBIA, tel./fax RESUMEN La zona de estudio se encuentra localizada en el Departamento del Vichada (COLOMBIA), caracterizada por ser una región plana, hidrografía abundante, temperatura de trópico, cobertura vegetal densa, humedad constante y zonas de inundación. Las condiciones climatológicas para la zona fueron; temperatura promedio 28 grados centígrados, ángulo de elevación del sol sobre la escena grados. El análisis se centró principalmente en utilizar imágenes de satélite para identificar drenajes en una superficie con cobertura vegetal, caracterizar el drenaje en la zona de estudio de acuerdo a su categoría, obtener mapas temáticos de acuerdo a su clasificación, determinar una metodología para mapear drenaje, y servir como base para investigaciones relacionadas con el recurso agua. La metodología se basó esencialmente en utilizar un procesamiento digital básico y un procesamiento digital físico (Gónima, 1993a). El primero, con base en el análisis radiométrico y pixel a pixel de las imágenes de reflexión se seleccionó la banda que mejor resaltaba el drenaje. Además utilizando diversos procesos como contrastes, histogramas bidimensionales, filtros que destacaran el drenaje y con los cálculos de correlación se obtuvo la mejor composición a color. El segundo método se basó en un algoritmo desarrollado para las correcciones atmosféricas, con el cual se calcularon imágenes de reflectancia. A partir del análisis radiométrico de las imágenes de reflectancia se calcularon un índice de vegetación normalizado, un índice de suelohumedad y finalmente con los anteriores se calculó el índice de drenajes. La comparación entre ambas metodologías, determinó que este último índice permite caracterizar en mejor manera el drenaje, obtener una cartografía temática más precisa, la definición de un mejor contorno para las superficies de agua y un inventario muy aproximado de los drenajes existentes en la zona. 1. INTRODUCCION Las políticas gubernamentales encaminadas a satisfacer cada una de las necesidades de los habitantes de nuestro país y en general cualquier región tienen que ir acompañadas de soportes técnicos y científicos que representen con precisión suficiente cada problema a resolver. Aunque en nuestro territorio existen áreas definidas por diversas superficies de agua, la cartografía tanto temática como de precisión no representa suficientemente este tipo de superficies. Esto se debe en gran medida a la situación geográfica y orográfica del país que trae como consecuencia humedad y lluvias frecuentes, que en la mayoría de los casos modifican parcialmente las características de este tipo de superficies. Es por ello que, además de aplicar métodos y técnicas desarrolladas anteriormente, se deben profundizar estas aún más con el fin de acercarse a una descripción más real de la naturaleza. El presente estudio, además de la utilización de técnicas de procesamiento digital de imágenes, muestra como resultado final el cálculo e interpretación cartográfica de un índice de drenajes que involucra varias componentes del procesamiento digital para su estimación numérica. Este índice podría utilizarse en estudios ambientales

2 preliminares, manejo de cuencas hidrográficas, inventarios muy aproximados de agua para generación de energía, el equilibrio ecológico del agua y el ecosistema en general, etc.. 2. ANTECEDENTES Los recursos naturales de nuestro país son numerosos e incalculables, por ello la labor de tratar de cuantificar y clasificar es ardua y exige un gran compromiso de todos para llevarla a cabo. Aunque los estudios realizados en este campo hasta el presente son escasos, es necesario continuar desarrollando esta clase de metodologías para así obtener resultados más precisos sobre este tipo de superficies. Al examinar la literatura relacionada con el uso de las imágenes de satélite para estudios del recurso hídrico y el medio ambiente asociado a él, se observa que dicha relación no es analizada de manera suficiente. En algunos artículos (Barrent, 1976 ; Moore, 1983) este tipo de relación está representada por la correspondencia existente entre la superficie terrestre y su representación visual en la imagen. En Van Zuidiam (1976) se presenta una metodología que describe la relación existente entre la geomorfología, los drenajes y diversos productos de sensores remotos. 3. DATOS El trabajo investigativo se basó en utilizar diferentes herramientas para la consecución del resultado final. A continuación se describen brevemente: 3.1 Zona de estudio. Se encuentra ubicada aproximadamente a los 5º15 de latitud norte y los 68º0 de longitud oeste. Se caracteriza por tener abundante vegetación, rastrojo, arbustos y en especial vegetación de galería. El terreno es casi en su totalidad plano, sus suelos están constituídos por rocas cenozóicas y precámbricas. El clima es seco, la temperatura media fluctúa entre los 28 y 30 grados centígrados. Las lluvias son abundantes entre abril y octubre, período en el cual se tomó la imagen, causando grandes inundaciones. La precipitación anual es Σpp 2171 mm. y su humedad relativa promedio anual es 68%. 3.2 Imagen de satélite. La imagen seleccionada corresponde al satélite LANDSAT 5-TM, adquirida el 14/06/94 a las 09:09:01 hora local, con 7 bandas espectrales. Se utilizó una subescena de 4375 km² (Fig.1). 4. METODOLOGIA. El proceso metodológico consistió en utilizar inicialmente técnicas tradicionales del procesamiento digital de imágenes y en segunda instancia el aporte a través de un procesamiento digital físico que dió como resultado principal una imagen calculada de un índice de drenajes (Gónima, 1993a) para la zona de estudio. 4.1 Procesamiento digital básico. Inicialmente se aplicaron mejoramientos para cada una de las bandas espectrales. Para la modificación tanto de los niveles visuales como los valores de contrastes, se ecualizaron los histogramas de las bandas espectrales, mostrando que los valores extremos de los mismos representaban en un alto porcentaje cuerpos de agua y

3 vegetación de galería a la cual estaban asociados los diferentes tipos de drenajes existentes en la imagen. Posteriormente la aplicación de filtros digitales 3x3, permitió una mejor clasificación del contorno de las diferentes superficies. Luego de la aplicación y comprobación de diferentes tipos de filtros, la mejor adaptación para la imagen la dió el filtro Laplaciano, ya que delimitaba contornos muy aproximados para los drenajes, inclusive dentro de la vegetación de galería. Dentro de las 35 combinaciones utilizadas de las diferentes bandas espectrales para el cálculo de composiciones a color, se escogieron las combinaciones de las bandas 5,4,3 y 4,3,2. El resultado final de la interpretación de todas las imágenes calculadas (alrededor de 20) se presenta en un mapa temático (Fig. 2). 4.2 Procesamiento digital físico El procesamiento digital físico se fundamenta en la aplicación de un algoritmo para el cálculo de imágenes de reflectancia con correcciones atmosféricas. Aplicando el mencionado algoritmo (Gónima, 1993b), se calcularon imágenes de reflectancia para cada banda espectral. Estas se analizaron visual y radiométricamente encontrándose una relativa similitud con las curvas espectrales existentes en la literatura especializada (CNES, 1986). Con base en las imágenes calculadas de reflectancia de las bandas 4 y 5 (se escogieron estas imágenes porque mostraba, la mayor cantidad de contrastes asociados a las superficies existentes en la zona), se calcularon el índice de vegetación normalizado y el índice de suelo-humedad (Gónima 1993a). Analizando detalladamente estas dos imágenes se pudo identificar más claramente la relación existente entre el drenaje y la vegetación de la zona de estudio. Combinando estas dos imágenes calculadas se obtuvo una nueva imagen denominada índice de drenajes (Gónima,1994), correspondiente a la diferencia algebraica entre el índice de vegetación normalizado y el índice de suelo-humedad. Así, luego de la digitalización sobre la imagen índice de drenajes, se obtuvo un mapa digital de drenajes de la zona seleccionada (Fig.3). 4.3 Análisis de resultados Un hecho importante a destacar es el que las imágenes tratadas sin ningún tipo de corrección (procesamiento digital básico), introducen errores de interpretación representados por la poca cantidad de información obtenida de cada una de ellas. Esto motivó la necesidad de calcular más de 20 imágenes diferentes para su posterior análisis y aún así se presentaban zonas en las cuales la interpretación todavía era bastante ambigua. Las correcciones atmosféricas aplicadas a las bandas espectrales de reflexión para el cálculo de las diferentes reflectancias permiten obtener una mejor discriminación tanto radiométrica como visual de las superficies. Involucrar efectos atmosféricos en el procesamiento digital mejora la discriminación de los diferentes tipos de superficies existentes en la zona de estudio, lo cual se verifica con las imágenes calculadas del índice de vegetación normalizado y del índice de suelo-humedad. A pesar de que la cantidad de información de los drenajes existentes en la zona de estudio obtenida con base en el procesamiento digital básico (Fig.2), es 90% mayor que la misma información presentada en la cartografía base

4 del Instituto Geográfico Agustín Codazzi IGAC (COLOMBIA) el procesamiento digital físico (Fig. 3), cuyo resultado fue el cálculo del índice de drenajes permitió obtener un 40% de mayor información (mayor cantidad), sobre los drenajes que el procesamiento digital básico. Además por medio del procesamiento digital físico, con una sola imagen (el índice de drenajes), es suficiente para obtener la información relativa a dicho parámetro morfológico. 5. CONCLUSIONES De acuerdo a los resultados obtenidos por el presente estudio el procesamiento digital físico permite obtener resultados que podrían interpretarse como más precisos que el procesamiento digital básico, para mapificación y evaluación de los drenajes. En regiones geográficas tropicales es conveniente, para obtener mejores resultados en la interpretación de imágenes de satélite, incluír la corrección de los efectos atmosféricos (humedad del aire principalmente) en el cálculo de imágenes de reflectancia y posteriormente de imágenes de índices. Desde el punto de vista operativo, una sola imagen procesada (índice de drenajes) es mucho más eficiente, aparte de que se logra una mejor precisión, que el utilizar varias imágenes producto de la aplicación del procesamiento digital básico. 6. REFERENCIAS Barrent, E., (1976), Enviromental remote sensing, Academic Press, New York, CNES, and SPOT Image, (1986), Guide des Utilisateurs de Données SPOT, vol 1, Caps 1-5. Gónima, L., (1993a), Aporte de los métodos fisicos al procesamiento digital de imagenes, Memorias, VI Simposio Latinoamericano de Percepción Remota SELPER, Cartagena (COLOMBIA), Gónima, L., (1993b), Simple Algorithm for the atmospheric correction of reflectance images, Int, J. Remote Sensing, 14(6), Gónima, L., (1994), Comunicación personal. Moore, K., Gerald, (1983), Objective procedures for lineament enhancement and extraction, Eros Data Center, US Geological Survay, 49(5), Zuidiam, Van, (1976), Aerial photo interpretation in terrain analysis and geomorphologic mapping, Smiths Publishers,

5 Fig. 1: Zona de estudio seleccionada banda 4 (LANDSAT5-TM)