Teledetección Ambiental de Alta Resolución mediante aplicación de Vehículos Aéreos No Tripulados

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1 Teledetección Ambiental de Alta Resolución mediante aplicación de Vehículos Aéreos No Tripulados Autor. Raúl Yuste Martín Otros autores. Juan del Barrio Markaida, Noél Vargas Velasco, Juan Moya Hernández Zumain Ingenieros s.l. igm, ingeniería y gestión medioambiental s.l. Vitoria-Gasteiz, junio de 2013

2 La llegada de los Vehículos Aéreos No Tripulados (UAV) al mundo civil, junto con los avances en el desarrollo de microsensores, posibilita un nuevo concepto de Teledetección de Alta Resolución donde se superan ciertas limitaciones en los tres niveles de resolución (espacial, espectral y temporal), económicamente viables en superficies a escala monte. Satélite Resolución: > 2m FOV: km VANT Resolución: 1-20 cm FOV: m Avión tripulado Resolución: 0,2-2 m FOV: 2-5 km Medios terrestres Resolución: < 1 cm FOV: < 2 m

3 La principal característica de los UAV es que están dotados de autopiloto y sensores de navegación como son el GPS y la unidad de medición inercial (IMU), lo cual permite realizar planes de vuelo que la plataforma ejecuta de manera autónoma con gran precisión, así como obtener los datos necesarios para la corrección geométrica de las imágenes capturadas. Por otro lado, el aspecto más importante lo constituye el sensor de toma de datos que se embarca en el UAV.

4 De manera general, existen dos tipos de plataforma de UAV: de ala fija y de ala rotatoria. En función del objetivo buscado, será necesario el empleo de una plataforma u otra. Cuadricóptero Motor: eléctrico Payload max: 0,2 kg Autonomía: 15 min Helicóptero Motor: combustión Payload max: 3,0 kg Autonomía: 60 min Hexacóptero Motor: eléctrico Payload max: 2,5 kg Autonomía: 25 min Avión Motor: eléctrico Payload max: 1,2 kg Autonomía: 60 min

5 Se dispondrá de un sensor o la combinación de varios en función del objetivo final del estudio. Cámara digital (RGB) Peso: 150 g Resolución: 10 Mp Cámara térmica Peso: 180 g Resolución: 640x480 Rango: -20 ºC 50 ºC Cámara multiespectral Peso: 150 g Espectro: R, G, NIR Cámara hiperespectral Peso: 600 g Espectro: nm

6 Selección de la plataforma Selección de sensores Objetivos del trabajo Resolución necesaria Superficie Características del terreno

7 Ortofotografía de alta resolución para estimación del porcentaje de disminución de superficie de copa en Platanus sp. En el presente ejemplo se trata de cuantificar el modo en el que influyen diferentes tratamientos sobre ejemplares de Platanus sp en la caída de su hoja. El trabajo se realizó sobre cuatro alineaciones experimentales. Ortofotografía con vectorización de copas correspondiente al primer vuelo Para ello, se realizaron dos vuelos, el primero de ellos en el momento de inicio de la caída natural de la hoja y antes de la realización de los tratamientos, y el segundo vuelo un mes más tarde, con objeto de analizar por comparación los dos estados de evolución temporal, y poder obtener una valoración de la disminución de la superficie de copa a nivel de individuo. Ortofotografía con vectorización de copas correspondiente al segundo vuelo

8 Ortofotografía de alta resolución para estimación del porcentaje de disminución de superficie de copa en Platanus sp. La imagen raster tratada se transforma en datos vectorizados que, al estar corregidos geométricamente y georreferenciados, permiten realizar los cálculos necesarios de superficie en las dos fases. Estos datos son tratados tanto a nivel de individuo como a nivel de alineación, para la obtención de las conclusiones necesarias. Sup. Inicial = 31, m 2 Sup. Final = 21,921 m 2 Pérdida sup. = 29,65 % Sup. Inicial = 17,733 m 2 Sup. Final = 15,466 m 2 Pérdida sup. = 12,78 % Estado inicial Estado final

9 Realización de un modelo digital de superficie para cálculo de volumen de un vertedero En el presente ejemplo se trata de calcular el volumen de un vertedero existente en una zona natural protegida para planificar su restauración. Se trata de obtener el modelo digital de superficie actual para su comparación con la información topográfica de antes de su existencia. Esta tecnología permite obtener un modelo de superficie continuo, cuya principal ventaja es la obtención de una nube de datos continua, incluso en aquellos lugares donde los medios topográficos tradicionales son inaccesibles, tales como taludes con grandes pendientes. Ortofotografía de la zona de estudio en Resolución 40 cm/píxel (Google Earth) Ortofotografía realizada mediante UAV en Resolución 2 cm/píxel

10 Realización de un modelo digital de superficie para cálculo de volumen de un vertedero Modelo Digital de Superficie con textura de ortofoto de alta resolución, generado para la cubicación del vertido Modelo Digital de Superficie 40 Puntos de comprobación Error X Error Y Error Z Error cuadrático medio (m) 0, , ,01708

11 Imágenes multiespectrales de alta resolución para el cálculo de índices normalizados de vegetación El caso que se expone, supone una zona de estudio piloto con una superficie aproximada de 0,15 ha. La altura de vuelo fue de 30 m y el solape entre imágenes del 60%-80%. La cámara utilizada ha sido la Tetracam's Miniature Multiple Camera Array (Mini-MCA). Esta cámara dispone de 6 filtros. Una vez obtenidas las imágenes, se generó el mosaico y se corrigieron atmosférica y radiométricamente, tomando como referencia medidas tomadas con radiómetro en campo. El resultado final es una imagen multibanda (6 bandas), georreferenciada y con un tamaño de pixel de 3 cm. BANDA FILTRO DESCRIPCIÓN Master nm Verde Slave nm verde Slave nm verde Slave nm Rojo Slave nm Rojo Slave nm IR cercano Ortofoto generada mediante VANT para la zona de estudio

12 Imágenes multiespectrales de alta resolución para el cálculo de índices normalizados de vegetación NDVI a partir de imagen LANDSAT Resolución: 30 m NDVI a partir de imagen VANT Resolución: 3 cm

13 Aplicación de los sensores hiperespectral y térmico al ámbito forestal Las investigaciones realizadas hasta el momento se centran, en su gran mayoría, en el campo de la agricultura, en aspectos relacionados con la identificación temprana de plagas y enfermedades en la vegetación, así como detección de situaciones de estrés hídrico, planificación de riegos, etc. Con objeto de trasladar su aplicación al ámbito forestal, se ha puesto en marcha el Proyecto de I+D INTELECTA (INgeniería y TELedetección Espectral para la Cuantificación y Tecnificación Ambiental), promovido por Zumain Ingenieros S.L. en colaboración con el IAS-CSIC, bajo el marco de financiación del CDTI (Centro para el Desarrollo Técnico Industrial). Uno de los principales objetivos de este proyecto es materializar el último paso para adaptar la teledetección de Ultra alta resolución al campo forestal, cubriendo con todos los sensores disponibles el amplio abanico de posibilidades que brinda la teledetección. Imagen hiperespectral tomada con UAV y firma espectral de un píxel de vegetación. Resolución 25 cm/píxel

14 Agradecimientos Dr. Pablo Zarco-Tejada. IAS-CSIC Contacto

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