INTEGRACIÓN Y ANÁLISIS EXPLORATORIO DE INTEGRACIÓN Y ANÁLISIS EXPLORATORIO DE DATOS GEOESPACIALES MULTIFUENTE PARA EL DATOS GEOESPACIALES MULTIFUENTE PARA EL
SEGUIMIENTO Y MODELADO DE LA EVOLUCIÓN Y SEGUIMIENTO Y MODELADO DE LA EVOLUCIÓN Y VULNERABILIDAD DE ÁREAS COSTERASVULNERABILIDAD DE ÁREAS COSTERAS
Proyecto de Excelencia P08-RNM-03575 (2009-2012)Proyecto de Excelencia P08-RNM-03575 (2009-2012)
Grupo RNM-368Gestión Integrada del Territorio y
Tecnologías de la Información Espacial
Jornadas sobre cartografía y geomática: técnicas eficientes
para la gestión eficiente del territorio
Dr. Fernando J. Aguilar TorresDr. Fernando J. Aguilar TorresProfesor Titular de la Universidad de AlmeríaProfesor Titular de la Universidad de Almería
Departamento de Ingeniería RuralDepartamento de Ingeniería Rural
1. AntecedentesMás 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).
Incremento zonas urbanizadas (sellado del suelo)Falta de planificación Extracción de arenas para invernaderos
1
Presión antrópica
Grupo RNM-021Gestión Integrada del Territorio y
Tecnologías de la Información Espacial
¿Es sostenible esta situación a medio-largo plazo?
Rotura del equilibrio
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
1. Antecedentes
2
Grupo RNM-021Gestión Integrada del Territorio y
Tecnologías de la Información Espacial
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.
+ 1 m SLR + 4 m SLR
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
3
1. AntecedentesEl Plan Andaluz de Medio Ambiente 2004-2010 dedica un área estratégica a la GESTIÓN AMBIENTAL INTEGRADA DEL LITORAL
• Obtención de datos georreferenciados (*)• Extracción de información• Generación de conocimiento• Generación de modelos• Toma de decisiones
(*) Shupeng, C. and J. van Gendereng, 2008. Digital Earth in support of global change research. International Journal of Digital Earth, 1(1), 43-65.
Grupo RNM-021Gestión Integrada del Territorio y
Tecnologías de la Información Espacial
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?
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
4
2. Objetivos1) 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.
Grupo RNM-021Gestión Integrada del Territorio y
Tecnologías de la Información EspacialANTECEDENTE
SOBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
5
3. Área de trabajoGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
EspacialANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
6
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
Objetivo 1: Aplicación, integración y desarrollo de técnicas geomáticas para el estudio de la evolución de la línea de costa y franja litoral
• 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 (LiDAR ALS50-II Leica) con densidad de puntos 1,32 puntos/m2 y alta precisión vertical (0,15 m).
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
7
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
Objetivo 1: Aplicación, integración y desarrollo de técnicas geomáticas para el estudio de la evolución de la línea de costa y franja litoral
Z = f(x,y)
ESTEREOMATCHING
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
Modelo analógico basado en curvas de nivel
Modelo Digital de Elevaciones
8
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
Objetivo 1: Aplicación, integración y desarrollo de técnicas geomáticas para el estudio de la evolución de la línea de costa y franja litoral
Selección de Check points (N)
Diferencias entre z MDE y z GPS precisión
RMSE y Error Medio Check Points Error
(ZMDEi -ZCPi = ei)
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
9
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
Objetivo 1: Aplicación, integración y desarrollo de técnicas geomáticas para el estudio de la evolución de la línea de costa y franja litoral
Leptokurtosis 2>0Platokurtosis 2<0
N (number of check points)
Kurtosis
Rel
iabi
lity
(%)
0 50 100150200250300350400 010
2030
400
10203040506070
Aguilar F.J. et al., 2007. A theoretical approach to modelling the accuracy assessment of DEMs. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing 73(12)
1443)(2
100(%) 2
21
222
2
nR
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
10
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
Objetivo 1: Aplicación, integración y desarrollo de técnicas geomáticas para el estudio de la evolución de la línea de costa y franja litoral
tgα
ez
Ground truth
MDE
elc MSL
tgee z
lc
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
11
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
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 LiDAR-MDEs (relieve sombreado) como referencia para la obtención de puntos terreno (X,Y,Z) y orientación exterior de fotogramas históricos
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
12
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
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 LiDAR-MDEs como referencia para la obtención de MDEs procedentes de vuelos históricos mediante surface-matching
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
13
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
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 LiDAR-MDEs como referencia para la obtención de MDEs procedentes de vuelos históricos mediante surface-matching
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
14
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
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 LiDAR-MDEs como referencia para la obtención de MDEs procedentes de vuelos históricos mediante surface-matching
Mínimos cuadrados sin peso: transformación Helmert 3D con función objetivo tipo LZD
min2idz
Cálculo del modelo diferencial dZi
Asignación de pesos binarios a cada punto
)(d si 0)(d si 1
;
i
i
DMedDMed
w
zddzd
i
vecindadii
Aplicación de mínimos cuadrados con peso (Helmert 3D)
min2iidzw
Iterar hasta convergencia
Refino solución
Estimador robusto Tukey’s Biweight
i
22
dzu
1u para 01u para )1(
)(
con
uuw i
Aplicación de mínimos cuadrados con peso (Helmert 3D) hasta convergencia
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
15
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuente
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Band 1 Band 2 Band 3 Band 4 Band 5 Band 7
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Band 3
Ban
d 4
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-dimensionalLos píxeles pertenecientes a la
clase terreno desnudo ocupan una región diferente a los de la clase
vegetación
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
16
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuente
Vegetación
Suelo desnudo
Urbanizado
Imagen digital
Área de vegetación
Área urbanizada
Área de suelo desnudo
Firmas espectrales
Clasificación supervisada
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
17
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuente
Signatura espectral del
píxel que va a ser clasificado
Vegetación
Suelo desnudo
Urbanizado
¿Clase?
Imagen multiespectral
Imagen Clasificada
17
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuenteProblemas 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
Band m
Signature 1
Signature 2
Signature 3
Bands m and q
These three signature data ellipses overlap inbands m and q; however,...
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
18
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuenteSe 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
geométricaCuatro estrategias básicas están siendo abordas en
el contexto de este proyecto dentro del vector de atributos:
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 3D
(datos LiDAR) Aplicación de clasificadores no paramétricos basados
en Machine Learning (reglas de decisión generadas automáticamente a partir de áreas de entrenamiento mediante métodos inductivos)
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
19
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuenteIncorporación de datos altimétricos LiDAR
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
20
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuenteFiltrado y Modelo Digital de Superficie
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
21
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuente
Obtención del modelo de alturas de objetos h = (MDS-MDT)
MDTMDS
h
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
22
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuente
MULTILAYER COORDINATED CLUSTERS Integración de color y textura en un mismo vector de características
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
23
4. DesarrolloGrupo RNM-021
Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información
Espacial
Objetivo 2: Detección automática de zonas impermeables, edificios e infraestructuras en entornos costeros a partir de datos multitemporales y multifuenteGeneración de reglas de decisión “difusas” basadas en árboles de decisión (Machine Learning) y los atributos evaluados para cada objeto o píxel HIPÓTESI
SREGLAS CONDICION
ES
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
24
5. ConclusionesANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
Grupo RNM-021Gestión Integrada del Territorio y
Tecnologías de la Información Espacial
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