DISEÑO METODOLÓGICO PARA LA IDENTIFICACIÓN Y MONITOREO DE ZONAS MINERAS EN COLOMBIA A PARTIR DE SENSORES REMOTOS.

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1 DISEÑO METODOLÓGICO PARA LA IDENTIFICACIÓN Y MONITOREO DE ZONAS MINERAS EN COLOMBIA A PARTIR DE SENSORES REMOTOS. Versión 3.0 GIT Percepción Remota y Aplicaciones Geográficas 1

2 INFORME FINAL GIT Percepción Remota y Aplicaciones Geográficas Henry Omar Augusto Castellanos Quiroz Andrés Felipe Espejo 2

3 CONTENIDO Contenido 0. METADATO DEL DOCUMENTO INTRODUCCIÓN OBJETIVOS JUSTIFICACIÓN MARCO TEÓRICO MINERÍA EN COLOMBIA Censo minero colombiano Producción minera zona de estudio COMPONENTE TEMÁTICO Minería a cielo abierto Fundamentos de percepción remota COMPONENTE TÉCNICO Propiedades pictoricomorfológicas Índices espectrales Fusión de imágenes Análisis de imágenes orientada a objetos Validación temática Unidad de muestreo, tipo de muestreo y tamaño de muestra Matriz de confusión Índice kappa ESTADO DEL ARTE DISEÑO METODOLÓGICO PLANEACIÓN Definición zona de estudio Requerimientos tecnológicos e información Adquisición de imágenes e información DETECCIÓN ZONAS MINERAS A CIELO ABIERTO Pre-procesamiento digital de imágenes Propiedades pictoricomorfológicas

4 Interpretación visual de zonas mineras Aplicación de índices espectrales y fusión de imágenes Análisis de sensibilidad Análisis de imágenes orientada a objetos Definición de criterios y parámetros de clasificación Diseño y desarrollo de algoritmo para clasificación mediante OBIA Clasificación definitiva de zonas mineras a cielo abierto MONITOREO DESARROLLO Y PRUEBAS DETECCIÓN ZONAS MINERAS A CIELO ABIERTO Pre-procesamiento digital de imágenes Propiedades pictoricomorfológicas Interpretación visual de zonas mineras Aplicación de índices espectrales y fusión de imágenes Análisis de sensibilidad Análisis de imágenes orientada a objetos OBIA Definición de criterios y parámetros de clasificación Diseño y desarrollo de algoritmo para clasificación mediante OBIA Clasificación definitiva de zonas mineras a cielo abierto ANÁLISIS DE RESULTADOS Y VALIDACIÓN TEMÁTICA ANÁLISIS DE RESULTADOS Propiedades pictoricomorfológicas Interpretación visual de zonas mineras Aplicación de índices espectrales y fusión de imágenes Análisis de sensibilidad Selección y aplicación del índice espectral o técnica de fusión de imágenes Análisis de imágenes orientada a objetos OBIA Definición de criterios y parámetros de clasificación Diseño y desarrollo del algoritmo para clasificación mediante OBIA Clasificación definitiva de zonas mineras a cielo abierto Monitoreo VALIDACIÓN TEMÁTICA

5 Metodología Resultados Análisis de resultados CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES RECOMENDACIONES DIFUSIÓN, GESTIÓN Y PROMOCIÓN DE APLICACIONES Y SERVICIOS DIFUSIÓN Y GESTIÓN INTERNA DIFUSIÓN Y GESTIÓN EXTERNA ELABORACIÓN DE ARTÍCULO CIENTÍFICO REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS INDICE DE FIGURAS Figura : Legalidad de las unidades de producción minera en Colombia Figura : Materiales explotados en las unidades de producción minera en Colombia Figura : Producción histórica de oro en Colombia Figura : Proceso de principio a fin de explotación de oro a cielo abierto Figura : Componentes de un sistema de teledetección Figura : Espectro electromagnético Figura : Valores de reflectancia para distintos tipos de cobertura Figura : Organización jerárquica de los criterios de interpretación visual Figura : Algoritmos de segmentación: a) Tablero de ajedrez, b) en árbol y c) multiresolución Figura : Tipos de muestreo aplicados a la verificación Figura : Ejemplo Matriz de Confusión Figura 5-1: Diagrama del proceso de investigación, desarrollo e innovación (I+D+I) Figura 5-2: Diagrama del diseño metodológico Figura : Localización del área de estudio, sector nor-oriental departamento de Antioquia Figura : Cubrimiento de imágenes de sensores remotos utilizadas A: Landsat , B: UltraCam-D 2010, C: RapidEye Figura : Módulo ATCOR programa PCI Geomatica Figura : Distribución de muestras de zonas mineras (rojo) y no mineras (amarillo) para análisis de sensibilidad Figura : Interface software ecognition

6 Figura : Algoritmos disponibles en el software ecognition Figura : Imagen Landsat 8 LDCM en valores de reflectancia, a) multiespectral y b) pancromática Figura : Secuencia de revisión y foto-lectura al 100% del área de estudio Figura : Clasificación de zonas mineras a cielo abierto mediante interpretación visual Figura : Ejecución de índices espectrales en el software Erdas Imagen Figura : Ejecución de técnicas de fusión de imágenes en el software Erdas Imagine Figura : Muestras de pixeles de suelo desnudo dentro de la clasificación supervisada para la clase minería Figura : Muestras de pixeles con valores de NDVI entre 0,1 y -1 para la clase no minería Figura : Distribución de histogramas y estadísticas para el índice espectral Iron_Oxide Figura : Algunos parámetros disponibles para la clasificación basada en objetos Figura : Visualización del color de zonas mineras en imágenes Landsat Figura : Visualización del color de zonas mineras en imágenes RapidEye y Ultra Cam Figura : Textura de zonas mineras en imágenes Landsat8 y RapidEye Figura : Zonas mineras en formas redondeadas, ovaladas y continuas de grandes tamaños, (etapas avanzadas) Figura : Zonas mineras en formas alargadas y continuas, (etapas intermedias) Figura : Zonas mineras en forma de pequeños surcos discontinuos (etapas tempranas) Figura : Redes viarias y senderos contextualizados a zonas mineras Figura : Infraestructura contextualizada a zonas mineras Figura : Ríos, drenajes y cuerpos de agua contextualizados en zonas mineras Figura : Características del patrón espacial de zonas mineras a cielo abierto en imágenes Ultra Cam-D Figura : Características del patrón espacial de zonas mineras a cielo abierto en imágenes Landsat Figura : Clasificación de zonas mineras a cielo abierto en el área de estudio Figura : Visualización de los índices espectrales aplicados Figura Visualización de las técnicas de fusión de imágenes aplicadas Figura : Comparación de histogramas de índices espectrales para las clases minería y no minería Figura : Comparación de histogramas de técnicas de fusión de imágenes para las clases de minería y no minería Figura Curvas probabilísticas empírica y de la distribución normal para las muestras de los datos de minería a cielo abierto Figura Curvas probabilísticas empírica y de la distribución normal para las muestras de los datos de no minería Figura Histograma de frecuencias para los pixeles del grupo de minería

7 Figura Histograma de frecuencias para los pixeles del grupo de no minería Figura Clasificación de zonas mineras a cielo abierto usando la técnica de fusión de imágenes transformada de Brovey en su banda Figura : Cuerpos de agua asociados a zonas mineras a cielo abierto Figura : Algoritmo para clasificar zonas mineras a cielo abierto en el software ecognition Figura : Muestras de la clasificación definitiva de zonas mineras a cielo abierto. Amarillo: interpretado, Negro: clasificado producto del algoritmo Figura : Diagrama metodológico preliminar para el monitoreo de zonas mineras Figura : Diagrama del diseño metodológico para validación temática Figura : Distribución de puntos del muestreo aleatorio estratificado uniforme para las clases de minería y no minería Figura : Porcentaje de Acuerdos y desacuerdos, fiabilidad global

8 1. INTRODUCCIÓN En el presente documento se encuentran reportados los avances del proyecto titulado Diseño Metodológico Para la Identificación y Monitoreo de Zonas Mineras en Colombia a Partir de Sensores Remotos, el cual está conformado por componentes temáticos, técnicos y metodológicos, donde se abordan temas sobre cifras y estadísticas de unidades de producción, cantidad de producción y exportaciones mineras en Colombia, además de aspectos teóricos sobre fundamentos de percepción remota, características pictoricomorfológicas, técnicas de procesamiento digital de imágenes en aplicaciones mineras, entre otros. El contexto nacional en el cual se enmarca la justificación para el desarrollo de la presente investigación, se encuentra en el sector minero energético del país, que dentro del Plan Nacional de Desarrollo (PND) contempla a dicho sector y todas sus actividades, como parte fundamental de su estructura financiera y tributaria. Sin embargo cerca del 63% de las unidades de producción minera censadas en el país ( UPM) para el 2011, no posee títulos mineros (MME 2012), por lo tanto es considerada minería ilegal (MME 2003) vulnerando todo tipo normatividad y controles. Debido a esta situación, las autoridades ambientales y de control, han expresado interés y preocupación por no disponer en la actualidad de un mecanismo eficiente que permita identificar y monitorear zonas de actividad minera, que facilite el control y seguimiento para su regulación tanto en aspectos ambientales, sociales como legales y tributarios. Motivados por estas consideraciones, el grupo de percepción remota y aplicaciones geográficas del CIAF, desarrolló una metodología basada en el uso de imágenes de sensores remotos y su procesamiento digital, que permita identificar y monitorear zonas de actividad minera a cielo abierto en Colombia entre escalas 1: y 1: la cual fue aplicada en un sector del nororiente del departamento de Antioquia, reconocida por la explotación minera y sus incrementos en producción los últimos años, principalmente de oro a cielo abierto; dicha metodología se estructura de forma secuencial en 6 fases, enmarcadas en el proceso de investigación, desarrollo e innovación del grupo de percepción remota y aplicaciones geográficas del CIAF (CIAF 2014), las cuales corresponden a: i) planteamiento y formulación, ii) planeación y análisis de requerimientos, iii) diseño metodológico preliminar, iv) desarrollo de pruebas y v) análisis, validación y presentación de resultados y vi) difusión, gestión y promoción de aplicaciones y servicios, 9

9 2. OBJETIVOS Diseñar una propuesta metodológica que permita identificar y monitorear zonas mineras a cielo abierto en Colombia a partir de sensores remotos, aplicada en un área piloto del departamento de Antioquia para una escala entre 1: a 1: Identificar los patrones de zonas mineras a cielo abierto en imágenes de sensores remotos a partir de interpretación visual de sus características pictoricomorfológicas Aplicar índices espectrales, fusión de imágenes y técnicas da análisis de imágenes orientada a objetos, que permitan detectar y clasificar patrones de zonas mineras a cielo abierto. Identificar los requerimientos mínimos para desarrollar procesos de monitoreo de zonas mineras a cielo abierto en Colombia. Incorporar un proceso de validación temática de resultados. 10

10 3. JUSTIFICACIÓN Con interés constante y cierto nivel de preocupación, las autoridades ambientales y de control, han expresado la necesidad de poseer la capacidad técnica de implementar un mecanismo que permita identificar, cuantificar, reportar y monitorear zonas de actividad minera en el país; la anterior consideración, toma mayor relevancia, si se tiene en cuenta los datos arrojados por el último censo minero del 2012, donde en el país existen unidades de producción minera censadas, de la cuales 63% no poseen títulos (MME 2012) y por lo tanto son de carácter ilegal (MME 2003), lo anterior con el agravante que la actividad minera se ha incrementado los últimos años, según Ministerio de Minas y Banco de la República, la producción anual solamente de oro pasó de 18,8 toneladas en 1998 a 55,7 toneladas en el 2013 (MME 2014), siendo el departamento de Antioquia el que aporta cerca del 50% de dicha producción en el país, de las cuales el 87% provendrían de minas sin título minero, la anterior tendencia según análisis y estudios económicos seguirá al alza, solo para el año 2014 su cotización subió 17% y se muestran muy positivos con respecto al precio del oro a mediano y largo plazo. Sabiendo que la cotización mundial de los metales y minerales es la principal fuerza motriz de la actividad minera, todo indica que se seguirá explorando y explotando nuevas áreas con presencia de dichos minerales, lo que significa un impacto directo al medio ambiente y la biodiversidad, traducido principalmente por la pérdida de hábitats debido a la deforestación y las demás actividades asociadas a este fenómeno, como contaminación de fuentes hídricas por sedimentación y vertimiento de residuos químicos en el proceso de extracción, esto sin tener en cuenta el impacto de tipo social, económico, cultural, tributario y de seguridad de las comunidades locales, las cuales se alteran con el ingreso de este tipo de actividades. Es claro que si bien el país dentro del Plan Nacional de Desarrollo impulsado por las locomotoras minero energéticas, promueve y percibe regalías por la producción minera enmarcadas en la legalidad, también es claro que debido al incremento acelerado de la minería, se requiere tener registro, control y monitoreo de dichas actividades, tanto de las explotaciones legales como ilegales. Bajo este contexto y sabiendo de la ausencia de propuestas metodológicas que utilicen tecnologías de sensores remotos para identificar zonas mineras a cielo abierto, el grupo de percepción remota y aplicaciones geográficas del CIAF, basado en el uso de elementos conceptuales, técnicos y tecnológicos como procesamiento digital de imágenes de sensores remotos y sistemas de información geográfica, dispondrá una metodología que permita identificar, cuantificar y monitorear zonas de actividad minera a cielo abierto, permitiendo localizar, calcular y reportar dichas cifras, contribuyendo a las autoridades ambientales y de control en la toma de acciones, oportunas, localizadas y con información actualizada, con el propósito de regular dicha actividad cada vez más creciente en el país. 11