Jornadas sobre cartografa y geomtica tcnicas eficientes para
Jornadas sobre cartografía y geomática: técnicas eficientes para la gestión eficiente del territorio Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial INTEGRACIÓN Y ANÁLISIS EXPLORATORIO DE DATOS GEOESPACIALES MULTIFUENTE PARA EL SEGUIMIENTO Y MODELADO DE LA EVOLUCIÓN Y VULNERABILIDAD DE ÁREAS COSTERAS Proyecto de Excelencia P 08 -RNM-03575 (2009 -2012) Dr. Fernando J. Aguilar Torres Profesor Titular de la Universidad de Almería Departamento de Ingeniería Rural
ANTECEDENTES 1. Antecedentes Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Objetivo 1 Más de la mitad de la población del planeta vive a menos de 60 Km de la línea de costa. En España, algo más del 44% de la población vive en municipios costeros (que constituyen a penas un 7% del territorio total). Objetivo 2 ]Incremento zonas urbanizadas (sellado del suelo) CONCLUSIONES Presión antrópica ]Falta de planificación ] Extracción de arenas para invernaderos Rotura del equilibrio ¿Es sostenible esta situación a medio-largo plazo? 1
ANTECEDENTES 1. Antecedentes Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Objetivo 1 El IPCC (Intergovernmental Panel of Climate Change) señala a la región del Mediterráneo (sobre todo zonas áridas y semiáridas) como las que más intensamente sufrirán las consecuencias de las variaciones del clima. Objetivo 2 CONCLUSIONES + 1 m SLR + 4 m SLR 2
ANTECEDENTES 1. Antecedentes Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO El Plan Andaluz de Medio Ambiente 2004 -2010 dedica un área estratégica a la GESTIÓN AMBIENTAL INTEGRADA DEL LITORAL DESARROLLO Objetivo 1 • Obtención de datos georreferenciados (*) Objetivo 2 • Extracción de información • Generación de conocimiento CONCLUSIONES • Generación de modelos • Toma de decisiones MONITORING • ¿Cómo podemos abordar una metodología eficiente, precisa e integrada para el monitoreo de nuestras costas y urbanizaciones litorales? • Cuáles podrían ser las aplicaciones inmediatas de dicha metodología? (*) Shupeng, C. and J. van Gendereng, 2008. Digital Earth in support of global change research. International Journal of Digital Earth, 1(1), 43 -65. 3
ANTECEDENTES 2. Objetivos Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES 1) Aplicación, integración y desarrollo de técnicas geomáticas para el estudio de la evolución de la línea de costa y la franja litoral a partir de MDEs y MDSs obtenidos a partir de vuelos fotogramétricos multitemporales y Láser Escáner Aerotransportado. 2) Desarrollo y evaluación de técnicas basadas en la integración-fusión de datos georreferenciados y segmentación de objetos para la detección automática y eficiente de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros. 3) Introducción del análisis exploratorio de datos para el modelado de la influencia del crecimiento urbano litoral en los procesos de erosión y/o acreción costera. Aplicación de técnicas geoestadísticas y de regresión y autocorrelación espacial. 4) Aplicación de la información recopilada a lo largo de la consecución de los objetivos anteriores en la delineación del área inundada de una zona costera ante diferentes escenarios de riesgo como pueden ser: incremento del nivel del mar como consecuencia del cambio climático, episodios de fuertes tormentas durante marea alta (storm surge), escorrentía y desbordamiento de ramblas y ríos, escorrentía urbana, etc. 4
ANTECEDENTES 3. Área de trabajo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES 5
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 1: Aplicación, integración y desarrollo de técnicas geomáticas para el estudio de la evolución de la línea de costa y franja litoral Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES • Vuelos fotogramétricos históricos desde 1956 -57 (vuelo americano) a distintas escalas y con/sin certificado de calibración de cámara (self-calibration). • Vuelos fotogramétricos de nueva ejecución con cámara digital DMC Intergraph RGB+Ir (tamaño pixel terreno = 0, 15 m) y ALS (Li. DAR ALS 50 -II Leica) con densidad de puntos 1, 32 puntos/m 2 y alta precisión vertical (0, 15 m). 6
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 1: Aplicación, integración y desarrollo de técnicas geomáticas para el estudio de la evolución de la línea de costa y franja litoral Objetivo 1 Objetivo 2 ESTEREOMATCHING CONCLUSIONES Modelo analógico basado en curvas de nivel Z = f(x, y) Modelo Digital de Elevaciones 7
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 1: Aplicación, integración y desarrollo de técnicas geomáticas para el estudio de la evolución de la línea de costa y franja litoral Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES Selección de Check points (N) RMSE y Error Medio Diferencias entre z MDE y z GPS precisión Check Points Error (ZMDEi -ZCPi = ei) 8
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 1: Aplicación, integración y desarrollo de técnicas geomáticas para el estudio de la evolución de la línea de costa y franja litoral Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES Platokurtosis 2<0 Aguilar F. J. et al. , 2007. A theoretical approach to modelling the accuracy assessment of DEMs. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing 73(12) Leptokurtosis 2>0 9
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 1: Aplicación, integración y desarrollo de técnicas geomáticas para el estudio de la evolución de la línea de costa y franja litoral Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES MDE ez Ground truth elc MSL tgα 10
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 1: Aplicación, integración y desarrollo de técnicas geomáticas para el estudio de la evolución de la línea de costa y franja litoral Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES Utilización de Li. DAR-MDEs (relieve sombreado) como referencia para la obtención de puntos terreno (X, Y, Z) y orientación exterior de fotogramas históricos 11
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 1: Aplicación, integración y desarrollo de técnicas geomáticas para el estudio de la evolución de la línea de costa y franja litoral Objetivo 1 Objetivo 2 Utilización de Li. DAR-MDEs como referencia para la obtención de MDEs procedentes de vuelos históricos mediante surface-matching CONCLUSIONES 12
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 1: Aplicación, integración y desarrollo de técnicas geomáticas para el estudio de la evolución de la línea de costa y franja litoral Objetivo 1 Objetivo 2 Utilización de Li. DAR-MDEs como referencia para la obtención de MDEs procedentes de vuelos históricos mediante surface-matching CONCLUSIONES 13
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Objetivo 1 Objetivo 2 Ø Objetivo 1: Aplicación, integración y desarrollo de técnicas geomáticas para el estudio de la evolución de la línea de costa y franja litoral Utilización de Li. DAR-MDEs como referencia para la obtención de MDEs procedentes de vuelos históricos mediante surface-matching CONCLUSIONES Mínimos cuadrados sin peso: transformación Helmert 3 D con función objetivo tipo LZD Cálculo del modelo diferencial d. Zi Asignación de pesos binarios a cada punto Refino solución Iterar hasta convergencia Estimador robusto Tukey’s Biweight Aplicación de mínimos cuadrados con peso (Helmert 3 D) hasta convergencia Aplicación de mínimos cuadrados con peso (Helmert 3 D) 14
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuente Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES Segmentación de una imagen: La variabilidad espectral de los píxeles de una clase da lugar a una región, no un solo punto, en un espacio n-dimensional Los píxeles pertenecientes a la clase terreno desnudo ocupan una región diferente a los de la clase vegetación 15
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuente Objetivo 1 Objetivo 2 Clasificación supervisada CONCLUSIONES Firmas espectrales Vegetación Área de vegetación Urbanizado Área urbanizada Suelo desnudo Área de suelo desnudo Imagen digital 16
4. Desarrollo ANTECEDENTES Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuente Objetivo 1 Imagen multiespectral Imagen Clasificada Objetivo 2 Vegetación CONCLUSIONES Suelo desnudo Urbanizado ¿Clase? Signatura espectral del píxel que va a ser clasificado 17
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuente Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES Problemas métodos clásicos: • Distribución normal multivariante para cada clase (estadística paramétrica) • Clasificación píxel a píxel (pérdida de la información de vecindad y disminución de la eficiencia) • Falta de información en zonas radiométricamente variables que genera malas clasificaciones 17
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuente Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES Se necesitan nuevas estrategias basadas en la fusión de datos y en la clasificación de objetos, más que píxeles, para trabajar con imágenes de muy alta resolución geométrica Cuatro estrategias básicas están siendo abordas en el contexto de este proyecto dentro del vector de atributos: q q Integración de la textura e información espacial (vecindad) para la mejora de la clasificación por píxeles Segmentación y clasificación de objetos, más que de píxeles (region-merging techniques) heterogeneidad = wcolorΔhcolor + wformaΔhforma Fusión de datos integrando información morfológica 3 D (datos Li. DAR) Aplicación de clasificadores no paramétricos basados en Machine Learning (reglas de decisión generadas automáticamente a partir de áreas de entrenamiento mediante métodos inductivos) 18
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuente Objetivo 1 Objetivo 2 Incorporación de datos altimétricos Li. DAR CONCLUSIONES 19
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuente Objetivo 1 Objetivo 2 Filtrado y Modelo Digital de Superficie CONCLUSIONES 20
ANTECEDENTES Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial 4. Desarrollo OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuente Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES Obtención del modelo de alturas de objetos h = (MDS-MDT) h MDT MDS 21
ANTECEDENTES 4. Desarrollo Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuente Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES MULTILAYER COORDINATED CLUSTERS Integración de color y textura en un mismo vector de características 22
ANTECEDENTES Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial 4. Desarrollo OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Ø Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuente Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES Generación de reglas de decisión “difusas” basadas en árboles de decisión (Machine Learning) y los atributos evaluados para cada objeto o píxel HIPÓTESIS REGLAS CONDICIONES 23
ANTECEDENTES 5. Conclusiones Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES La consecución de los objetivos planteados en este proyecto de investigación permitirá obtener información relevante y desarrollar herramientas útiles para la toma de decisiones en relación a la gestión de nuestras costas. A lo largo de la exposición desarrollada se ha puesto de relieve la preocupante situación medioambiental que amenaza el futuro de nuestro litoral, agravada, si cabe, por el incipiente proceso de cambio climático al que nos vemos abocados. Aunque es responsabilidad de las instituciones públicas competentes el tomar decisiones y medidas de prevención al respecto, no es menos cierto que los científicos debemos proveer los modelos y herramientas de simulación apropiadas para garantizar, conociendo y aportando la incertidumbre de los datos que manejamos, que esas decisiones sean lo más acertadas posibles. GRACIAS POR SU ATENCIÓN 24
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