APLICACIÓN AL SECTOR MEDIOAMBIENTAL DE METODOLOGÍAS AVANZADAS CON SENSORES HIPERESPECTRALES (I) Sevilla, enero de 2011

Transcripción

1 APLICACIÓN AL SECTOR MEDIOAMBIENTAL DE METODOLOGÍAS AVANZADAS CON SENSORES HIPERESPECTRALES (I) Sevilla, enero de 2011

2 Objetivos del proyecto: - Desarrollo de nuevos métodos de trabajo en teledetección. - Valoración de los sensores hiperespectrales como herramienta para la generación de información ambiental. - Consolidación de un equipo capaz de dar soporte a proyectos de teledetección basados en nuevas tecnologías. - Contribuir con la política de la Comunidad Económica Europea en el ámbito del medio ambiente (Directiva Marco de Aguas artículo 174 del Tratado) a alcanzar los objetivos de conservación, protección y mejora de la calidad ambiental y la utilización prudente y racional de los recursos naturales. - Apoyar el Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente y el Plan para el Mediterráneo (1996), en el que se encuentran consideradas específicamente las praderas de fanerógamas marinas.

3 FUNDAMENTOS TELEDETECCIÓN: Obtención de imágenes de la superficie terrestre mediante la medición de radiación electromagnética desde el aire o el espacio exterior y su posterior tratamiento en el contexto de una aplicación. El término incluye la teledetección aerotransportada y espacial. SENSORES HIPERESPECTRALES: Sensores que registran la información en un conjunto de imágenes espectralmente continuas (Kruse et al. 1995). Miden la radiación reflejada en una amplia gama de longitudes de onda, pudiendo registrar información en cientos de canales espectrales. Permite observar pequeñas bandas de absorción o pequeñas modificaciones en la energía reflejada Permite el estudio de transiciones

4 OBJETO DE ESTUDIO. LOCALIZACIÓN: Estudio de afección por plagas de Procesionaria del Pino (Thaumetopoea pityocampa). Zona Pinares de Almonte Estudio de procesos de decaimiento forestal en masas de pinares. Zona Sierra de los Filabres Caracterización de fanerógamas marinas. Zona Parque Natural Cabo de Gata-Nijar

5 FANERÓGAMAS MARINAS Cymodocea nodosa y Posidonia oceanica. OBJETIVOS PARTICULARES: Delimitación de las praderas Caracterización de las diferentes especies de fanerógamas Generación de una cartografía específica de detalle

6 FASES 1. FASE DE PLANIFICACIÓN 2. ADQUISICIÓN DE IMÁGENES 3. CAMPAÑA DE CAMPO 5. CORRECCIÓN IMÁGENES 4. PROCESAMIENTO DATOS CAMPO 6. FASE DE ANÁLISIS RESULTADOS: Cartográfico Metodológico VALIDACIÓN Y CONTROL DE CALIDAD

7 FASE Campaña de campo. Propósito Caracterización bentos Absorbancia Caracterización atmósfera Aerosoles Sensor Spectralon 25% Fibra óptica Reflectancia Picos de absorción Irradiancia solar Vapor de Agua Control del ángulo cenital de observación. Θ=40º Control del ángulo azimutal respecto del sol. Caracterización masa de agua Reflectancia de la superficie del agua. Irradiancia ascendente/descendente en la columna del agua Medidas auxiliares Conductividad Temperatura Profundidad Estructura diseñada para la radiometría Caracterización de las fanerógamas marina en laboratorio Medida de Irradiancia de la columna de agua Velocidad y dirección del viento oleaje PAR Transparencia O.D. Fluorescencia Caracterización de la columna de agua con CTD

8 FASE Procesamiento datos campo REFLECTANCIA DE LA SUPERFICIE DEL AGUA. Modelización de la superficie del agua (rugosidad, oleaje) para la obtención de reflectividades de superficie. Velocidad del viento Ángulo cenital solar Cobertura nubosa Radiancia emergente del agua Lw Radiancia del cielo Ls Radiancia del espectralón MODELO NUMÉRICO DE TRANSFERENCIA RADIATIVA REFLECTANCIA DE SUPERFIECIE R FIRMAS PATRÓN. Obtención de los espectros de cada una de las fanerógamas y caracterización del estado. Espectros puros de diferentes estados fenológicos de Posidonia oceanica Espectros puros de diferentes estados fenológicos de Cymodocea nodosa

9 FASE Corrección de imágenes Imágenes adquiridas: - Imágenes satelitales CHRIS PROBA modo 2 (modo agua) de la Agencia Espacial Europea. - Imágenes provenientes de sensor CASI aerotransportado. Modos espacial y espectral del ICC. Los procesos de corrección están dirigidos a la obtención de imágenes en las que se han minimizado las posibles alteraciones de la señal debidas a efectos atmosféricos y defectos del sensor. Así mismo, mediante la corrección geométrica se obtienen imágenes goerreferenciadas y por tanto susceptibles de ser integradas en un SIG. A la izquierda, imagen Chris Proba de 28 de julio de 2008 con las correcciones radiométrica, atmosférica y geométrica aplicadas. A la derecha, máscara obtenida.

10 FASE de Análisis. Clasificación supervisada. En la fase de análisis se utilizó como proceso de clasificación dirigida (supervisada) el árbol de decisión, modelo predictivo utilizado originalmente en el campo de la inteligencia artificial. Un árbol de decisión lleva a cabo un test a medida que éste se recorre para alcanzar así una modelización obtenida a partir de decisiones tomadas gradualmente. Cada hoja representa el valor obtenido en cada decisión y las ramas representan las opciones posibles de acuerdo a la decisión tomada. Para considerar cada paso del proceso, el técnico debe estudiar pormenorizadamente las firmas espectrales obtenidas en campo y registradas por las imágenes, para así obtener diversos indicadores (índices y band ratios) que permitan dirigir el proceso de clasificación. Resultado obtenido una vez implementado el árbol de decisión. Los tonos verdes corresponden con vegetación, los tonos anaranjados con suelo desnudo y los morados a superfices mixtas. Ejemplo de árbol de decisión.

11 RESULTADOS Se observa, como era de esperar, una masa continua y densa de pradera de Posidonia oceanica de extraordinario valor ambiental, que sólo se ve interrumpida, en términos generales, en los puntos de desembocadura de ramblas y torrenteras capaces de dar lugar a abanicos aluviales sumergidos de pequeña dimensión. Estos abanicos desplazan a la pradera al enterrarla por acumulación de depósitos y quizás también por la influencia de la turbidez que ocasiona la carga de sólidos en suspensión de los cauces ocasionales. El césped de Cymodocea nodosa aparece en la zona norte, junto a Agua Amarga y en la Cala de San Pedro donde se presenta también mezclado con Posidonia. Cartografía derivada de la imagen CASI de 4x4 m. de resolución espacial. Zona de estudio completa.

12 RESULTADOS El área de la Cala de San Pedro es la de mayor diversidad de toda la zona de estudio. La continuidad de la pradera de Posidonia se interrumpe, especialmente en la parte más interna y de menor profundidad de la cala, con manchas considerablemente extensas de césped de Cymodocea nodosa. Se aprecia entre ambas zonas otra superficie relativamente amplia de transición entre el césped de Cymodocea y la pradera densa de Posidonia. Esta zona tiene un aspecto característico donde se alternan manchas de entre 10 y 20 m 2 de Posidonia con manchas similares de Cymodocea, apareciendo también manchas aisladas sin vegetación o Cymodocea muy dispersa. A todo el conjunto se ha denominado Pradera mixta en la cartografía.. La zona exterior de la cala es fondeadero libre para embarcaciones de recreo, y si bien los fondeos debieran limitarse a la amplia zona de arenas que divide a la pradera de Posidonia a lo largo de una superficie de contacto especialmente nítida, curiosamente rectilínea y claramente visible desde la superficie, a menudo estos fondeos se realizan sobre la propia pradera. El daño que producen las anclas de fondeo podría ser responsable de la alteración de la pradera (ver zona donde se sitúa el punto de fondeo) quedando ésta invadida por pasillos de arena que poco a poco van agrandándose y dispersando la propia pradera.

13 CONCLUSIONES FINALES CONDICIONANTES 1. Transparencia del agua. 2. Profundidad (30 m). 3. Relación Señal/Ruido. 4. Condiciones meteorológicas y de estado de la mar: estado de la atmósfera + viento + oleaje. 5. Fecha de captura de las imágenes: finales primavera-principios de verano. 6. Diseño de campaña de vuelo. SENSORES A EMPLEAR Deben permitir diferenciar con nitidez la respuesta espectral de los dos tipos de fanerógamas presentes. Espectros continuos en el rango espectral que nos interesa ( nm) Factor precio en la elección del sensor (Chris Proba sin costes). METODOLOGÍAS DESARROLLADAS Mejora de la corrección atmosférica. Eliminación de la columna de agua Procedimiento de clasificación supervisada. BIBLIOTECAS ESPECTRALES Cymodocea nodosa Posidonia oceanica Sustratos