Uso de imágenes de muy alta resolución en la gestión forestal. La teledetección aplicada a la detección temprana de plagas y enfermedades mediante UAV s/drones Aurelio García Grupo Tecopy 19 de Junio de 2014 1
INDICE Principios de Teledetección Componentes del sistema Aplicabilidad al sector forestal 2
Principios de Teledetección La teledetección es la ciencia y arte de obtener información de la superficie terrestre sin entrar en contacto con ella. Esto se realiza detectando y grabando la energía emitida por la superficie terrestre (sistema pasivo). La información es capturada por las plataformas que en un momento determinado sobrevuelan la superficie terrestre. Tipos de plataformas: Satélites Plataformas aéreas tripuladas. Plataformas aéreas no tripuladas (UAV o Drones) 3
Principios de Teledetección Los usos dados a la información y la explotación hecha de la misma depende principalmente de los sensores (no tanto de la plataforma de adquisición) Los sensores o cámaras que lleven instalados permitirán tomar una u otra información, y de la información tomada dependerán las posibles aplicaciones que le podamos dar: Sensores ópticos (RGB) Sensores multiespectrales (diversas bandas) Hiperespectrales Térmicos 4
Principios de Teledetección Las imágenes más comunes y más empleadas en la actualidad en materia de gestión forestal son las imágenes multibanda. Estas imágenes se caracterizan por poseer distintas bandas, cada una de ellas representando una porción del espectro electromagnético. Realizar combinaciones de bandas ayudará a detectar aspectos de la vegetación que de otro modo pasarían desapercibidos. 5
Componentes del sistema Como input básico destacan la información adquirida (generalmente en forma de imágenes). Podemos distinguir entre: Imágenes de baja resolución. Imágenes de alta resolución. Imágenes de muy alta resolución (VHR). Para aplicaciones de gestión forestal y detección de plagas o problemas fitosanitarios se recomienda emplear imágenes VHR. 6
Componentes del sistema Satélites Los satélites que permiten adquirir imágenes VHR no son muchos, en la actualidad se dispone de WV-1, WV- 2, QuickBird, Geoeye, Ikonos Entre ellos destaca, por su resolución espacial y espectral WV-2. 7
Componentes del sistema Plataformas aéreas Las imágenes aéreas podrán ser tomadas desde vehículos aéreos tripulados o no tripulados (UAV/Drones). Estos últimos, presentan una enorme ventaja competitiva con respecto a otras técnicas de adquisición pasivas, y es que la versatilidad en la altura de vuelo de la toma permite alcanzar resoluciones de 3cm/pixel 8
Componentes del sistema Sensores Los UAV s pueden ir equipados con diferentes sensores, cada uno de los cuales permitirá obtener unas soluciones y productos diferentes. Tipos de sensores: térmicos, multiespectrales, hiperespectrales, ópticos Sensor Multiespectral e Hiperespectral: Toma imágenes que abarcan un número definido o ilimitado de información en el rango espectral. Estos sensores están indicados para: estudios de vegetación, determinación de tipologías geológicas Sensores Ópticos: Permite la toma de imágenes y video en color natural (RGB) para realizar video vigilancias o generar ortoimágenes aéreas. 9
Componentes del sistema Sensores Sensores Térmicos: El uso de un sensor térmico miniaturizado instalado en un UAV permite identificar puntos de calor lo que es de gran utilidad a la hora de detectar plagas o problemas fitosanitarios. En muchos casos la respuesta de la vegetación ante una agresión externa como un enfermedad o ante situaciones de estrés hídrico es incrementar su temperatura. 10
Componentes del sistema Parámetros que condicionan la elección de un sensor: Resolución espacial: Hace referencia a la dimensión de la parcela más pequeña que el sensor es capaz de captar de la superficie de la Tierra. Los UAV s o drones son los que ofrecen una mejor resolución. Resolución espectral: Se refiere al número de bandas de que está dotado el sensor. El espectro electromagnético aporta información sobre diversas características de la superficie terrestre en función del rango de longitudes de onda que se considere. 11
Componentes del sistema Parámetros que condicionan la elección de un sensor: Resolución temporal: Se refiere a la periodicidad con la que los distintos sensores realizan sistemáticamente observaciones de un mismo punto de la Tierra. Las plataformas que presentan mayores limitaciones son los satélites. Resolución radiométrica o rango dinámico: Determina la capacidad que tiene el sensor de captar la energía electromagnética procedente de la Tierra, es decir, su sensibilidad. En materia de gestión forestal, se recomienda tomar imágenes desde vehículos no tripulados, ya que la resolución que ofrecen permite adquirir pixeles puros de vegetación. 12
Componentes del sistema Funcionamiento del sistema PROCESAMIENTO PRODUCTOS 1. Fotografías 2. Nube de puntos 3. Malla texturizada 4.Ortofotomapa 5. DEM 6. Curvas de nivel 7. Sectorización de cultivos PUNTOS DE CONTROL VUELO 1. Materialización 2. Posicionamiento 3. Nivelación 13
Componentes del sistema Funcionamiento del sistema 14
Aplicabilidad al sector forestal Las masas forestales se ven sometidas a una serie de factores de tipo físico, químico y biológico que ponen en peligro su estabilidad y conservación a lo largo del tiempo. Entre los peligros que es necesario caracterizar con el fin de asegurar una gestión forestal sostenible en el tiempo se encuentran: Deforestación Incendios forestales y capacidad de recuperación Estabilidad de laderas Erosión y degradación de suelos Prácticas agrícolas (ej. quemado de rastrojos) y sus efectos sobre los sistemas forestales Variación de la diversidad biológica Estado fitosanitario 15
Aplicabilidad al sector forestal Detección temprana de plagas y enfermedades La aplicación de un método de detección rápido y eficaz es la clave para una detección temprana y evitar un rápido contagio, sobre todo con los problemas fitosanitarios que actúan muy rápidamente y su expansión por el resto de la plantación o la masa forestal puede producirse de un mes a otro. Según la parte de la planta que afecte se podrán emplear unas técnicas de teledetección u otras: Alteración en el proceso fotosintético. Alteraciones fisiológicas. Clorosis o disminución del vigor vegetativo Aparición de signos visuales de plaga o enfermedad. 16
Aplicabilidad al sector forestal Detección temprana de plagas y enfermedades Alteraciones en el proceso fotosintético suelen ir seguidas de un cierre de estomas y aumento de la temperatura de la planta. En ocasiones, la propia aparición de la plaga provoca una reacción fisiológica de rechazo reflejada en un aumento de la temperatura. El uso de sensores térmicos facilita la detección temprana de este tipo de problemáticas, así como su monitoreo Detección de problemas fitosanitarios invisibles al ojo humano y seguimiento de su evolución 17
Aplicabilidad al sector forestal Detección temprana de plagas y enfermedades Los efectos sobre las zonas verdes de las plantas provocan una disminución en la clorofila, el vigor vegetativo, verdor.. que es detectable de forma temprana (cuando aún no es un problema extendido en la plantación) mediante la elaboración de índices de vegetación. Por su parte las afecciones al sistema radicular tienen similares consecuencias y pueden ser detectadas mediante índices de vegetación. Los sensores idóneos son los que generan bandas espectrales (multi o hiperespectral) aunque el térmico puede servir de herramienta de apoyo. Es posible combinar varios sensores sobre una misma plataforma para obtener una información más completa sobre el estado de la vegetación 18
Aplicabilidad al sector forestal Detección temprana de plagas y enfermedades imagen obtenida a partir de un vuelo multiespectral de 6 canales en una zona en la que había una afección de un hongo que terminaba matando a los árboles. Más claro epicentro de la propagación de la enfermedad. 19
Aplicabilidad al sector forestal Detección temprana de plagas y enfermedades Además de visualmente, se puede distinguir el estado fitosanitario por la respuesta espectral de la vegetación. Clasificación automática mapas de dispersión de la enfermedad. Árbol enfermo Árbol sano 20
Aplicabilidad al sector forestal Detección temprana de plagas y enfermedades Un índice de vegetación es un parámetro calculado a partir de los valores de la efectividad a distintas longitudes de onda y que pretende extraer de los mismos la información relacionada con la vegetación minimizando la influencia de perturbaciones como las debidas al suelo y a las condiciones atmosféricas. Estos índices se emplean principalmente para mejorar la discriminación de las cubiertas vegetales y estimar algunas de sus variables biofísicas. 21
Aplicabilidad al sector forestal Detección temprana de plagas y enfermedades Los índices de vegetación usados comúnmente en la detección de problemas fitosanitarios son: NDVI es usado para estimar la cantidad, calidad y desarrollo de la vegetación. LAI (Leaf Area Index) es una variable relacionada con la parte superior de las plantas y árboles con ramaje. Define la zona de vegetación que interactúa con la radiación solar, y representa el tamaño de la interfaz para el intercambio de energía entre el ramaje y la atmósfera. CWSI Índices de estrés hídrico 22
Aplicabilidad al sector forestal Detección temprana de plagas y enfermedades Un ejemplo claro es la detección de la plaga de Goniptero sobre los eucaliptos, cuya incidencia y virulencia ha llegado á generar notas en prensa. 23
Aplicabilidad al sector forestal Detección temprana de plagas y enfermedades Para un sector en el que el Eucalipto es el segundo material forestal más importante La afección de esta plaga genera pérdidas por valor de 60 M de, sólo en Galicia. Con un seguimiento de la evolución de los índices de vegetación en las plantaciones se podrían cartografiar las zonas afectadas y dar una estimación más adecuada del grado de ataque, que la que ofrecen métodos actuales. 24
Aplicabilidad al sector forestal Detección temprana de plagas y enfermedades Los principales efectos son: Defoliación de los brotes jóvenes durante la fase larvaria. Durante fase adulta se alimenta de hojas y tallos. La metodología de detección de esta plaga se base en la localización de esas zonas de perdida de verdor o de cobertura foliar, para localizar los focos de la enfermedad y atajarlos de forma temprana. 25
Aplicabilidad al sector forestal Detección temprana de plagas y enfermedades En ocasiones, el efecto más destacable sobre la vegetación, es la aparición de signos visuales reveladores de la existencia de una plaga. En estos casos, como complemento a otros métodos, o cuando no existen mejores técnicas, las imágenes VHR (4cm/px) permiten identificar visualmente pies afectados. 26
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Aplicabilidad al sector forestal Estrés hídrico Mosaico de imágenes térmicas: - Zonas claras: mayor temperatura - Zonas oscuras: menor temperatura Sensibilidad de 0,05ºC Estrés hídrico: Rojo: zonas de mayor estrés hídrico. Azul: zonas con menor estrés hídrico. 28
Aplicabilidad al sector forestal Estrés hídrico Según el nivel de procesamiento es posible ofrecer tres productos: Mapas térmicos Mapas de índices normalizados Mapas de dosis de riego. Este producto permite monitorizar el estrés hídrico y su evolución. Permite identificar las zonas más estresadas y las menos estresadas, lo cual sirve de apoyo en las labores de gestión El control puede complementarse con el uso de sensores distribuidos dentro de la parcela. 29
Aplicabilidad al sector forestal Otras aplicaciones: Las imágenes de muy alta resolución junto con las técnicas de teledetección, clasificación automática de imágenes y fotointerpretación permiten: Cartografía de vegetación. Valoración de la calidad forestal. Cuantificación y cartografiado de daños por incendios, plagas Monitorización de la producción y el estado vegetativo de las plantaciones 30
Experiencias destacables Monitorización de cultivos con imágenes VHR Grupo Tecopy posee experiencia en la adquisición, corrección y manipulación de imágenes de alta resolución. Algunos de los proyectos destacables en materia de Teledetección se centran en el estudio de diversas parcelas de viñedo. El objetivo del proyecto es el de estudio de las variables fisiológicas y fenológicas de las plantas a través de técnicas de Teledetección. Lo que permite generar productos finales de alto valor y que sirvan de apoyo en los procesos de toma de decisiones. 31
Principios de Teledetección Mediante la adquisición y procesado de imágenes de satélite multiespectrales, Grupo Tecopy es capaz de elaborar productos con un alto valor añadido e innumerables aplicaciones en materia de medioambiente, biodiversidad, conservación de los recursos naturales Algunos de los productos generados son: Valoración de la calidad de agua mediante teledetección. Estudio de índices de vegetación. Valoración de parámetros ambientales 32
Muchas gracias por su atención Aurelio García Rochera Grupo Tecopy aureliogarcia@grupotecopy.es 33