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REVISTA JOURNALSOCIEDAD LATINOAMERICANA DE PERCEPCION REMOTA Y SISTEMAS DE
INFORMACION ESPACIAL • SOCIEDADE LATINO-AMERICANA EM SENSORIAMENTOREMOTO E SISTEMAS DE INFORMA~AO ESPACIAI • LATINAMERICAN SOCIETY ON
REMOTE SENSING AND SPACE INFORMATION SYSTEM SELPERVOL. 20 N° 1 ISSN 0717-2915JUNia 2004
_tOTO PORTADA
Macizo de San Rafael
Subescena ASTER RGB:321 de 15 m deresolucion espacial. Se observa un sectordel Macizo de San Rafael ubicado a unos40 km al oeste de la ciudad de San Rafael,Provincia de Mendoza, caracterizado pordepositos del Proterozoico Superior yPaleozoico. AI suroeste se encuentra laestructura concentrice del portiro de cobrey molibdeno conocido como Ellnfiernillo. AInorte se puede apreciar el dique LosReyunos (340 36' 8.18"Latitud Sur y 680 38'31.27" Longitud Oeste) que embalsa lasaguas del Rio Diamante.
EJEMPLAR DE DISTRIBUCION GRATUITA. PROHIBIDA SU VENTA
2 VOL. 20 N' IJUNIO 2004 DIRECCIONES DE CONTACTO
REVISTASELPER
VICE-PRESIDENTECarlos Valenzuela
Bolivia
SECRETA RIO GENERALRodolfo Ayala
Bolivia
COMITE DE RELACIONESINTERNACIONALES
Paulo Roberto Martini (Brasil)Presidente
Miguel Sanchez Pefia (Argentina)Carlos Pattillo (Chile)Alfredo Cuello (Argentina)Ramiro Salcedo (Venezuela)Sophie Moreau (Bolivia)Lissette Correa (Bolivia)Fabiola Padilla (Bolivia)
DIRECTORIO SELPER, SEDE BOLIVIA, 2002 - 2004Asociaci6n Boliviana de Teledetecci6n y Medio Ambiente
Reyes Ortiz No 41 - Pi so 13, Casilla: 14248, La Paz, BoliviaTel.: 591-2-521-259/521-113. Fax: 591 - 2 - 315220
E-mail: [email protected]
PRESIDENTEJose Luis Lizeca
Bolivia
VICE-PRESIDENTEMarfa Cristina Serafini
Argentina
VICE-PRESIDENTECarlos Pattillo
Chile
RESPONSABLE DE DIVULGACJ6N ELECTR6NICAWalter F. Sione
Argentina
TESOREROJenny Romero
Bolivia
COMITE EDITORIALMaria Cristina Serafini (Argentina)
PresidenteMyriam Ardila Torres (Colombia)Francisca C. Gonzalez (Argentina)Leila Maria Fonseca (Brasil)Marcelo Campi (Argentina)Miriam Esther Antes (Argentina)Tatiana Zhel (Bolivia)
COMITE DOCENCIA E INVESTIGACI6NTania Maria Sausen (Brasil)
PresidenteValentino Sorani (Mexico)Ricardo Alvarez Portal (Cuba)Ricardo Cabezas (Chile)Graciela Marin (Argentina)Antonio 1. Michel (Bolivia)Rodolfo Miranda (Bolivia)
CAPiTULOS CONSTITUIDOS
ARGENTINAFrancisca Celia GonzalezUniversidad Nacicnn! de! SurDepartamento de GeologiaSan Juan 670 (8000)Bnhfa Blanca, ArgentinaTel: 54 - 291 - 459 5102 - int. 4360Fax: 54 - 291 - 459 5127E-mail: [email protected]
BOLIVIAJose Luis LizecaABTEMAReyes Ortiz No41 - Piso 13 Cesilla: 14248La Paz, BoliviaTel.: 591-2-521-2591521-113Fax: 591-2-315220E-mail: [email protected]
BRASILLeila Marfa Garda FonsecaINPEAv. Dos Asrronautos 1758, Sao Jose dos CamposSan Pablo, BrasilTel: 55 - 12-39456000E-mail: [email protected]
CHILECarlos PattilloCPR&SIGAv. II de septiembre 2155 - A Of. 902(6904411) Santiago. ChileTel/Fax: 562 - 5532900E-mail: [email protected]
COLOMBIAMyriamArdilaPROSIS S.A.Calle 94 A n" II A·70Santa Fe de Bogota. ColombiaTel: 57-1-6357272Fax: 57-1-6357190E-mail: [email protected]
CUBAEloy Perez Gardaucr GEOCUBA ICCalle 4 No. 304, e/3ra y 3ra AMiramar. Playa, La Habana. Cuba CP II [email protected]
ECUADORJose R. Aguiar V.CLIRSENEdif Institute Oeogranco Militar, Piso 4Seniergues sin y Paz y MinoApartado Postal 17-08-8216Quito, EcuadorTel.: 593- 2- 254-3193Fax: 593- 2- 255-5454E-mail: [email protected]
GUATEMALACarlos Alberto DuarteIngenieria VirtualRuta 4, 6-49 Zona 4, Oficina 14Ciudad de Guatemala (01004), GuatemalaTel: 502 - 334-1039/4038Fax: 502 - 331-9390E-mail: [email protected]
MEXICODjumel ToudcrtUniversidad Autonoma de Baja CaliforniaEd. Posgrado e InvestigacionesBlvd. Benito JuarezMcxicali, Baja California, MexicoTel/Fax: 52- 686 - 566 - 29 - 85 ext: 131E-mail: toudentsuabc.mx
URUGUAYFernando CurbeloServicio de Sensores Remotos Aeroespacialcs(F.A.U.) Brigade Acree No. IRuta lOl sin km. 19500·Carrasco, UruguayTel.: 598 -2 6014083Fax: 598 -2 6014090Ecrnail: ssrafuurdiadinct.com.uy
VENEZUELAGustavo RuizOficina Central de Bstadrstica c InformaticaA v, Boyaca. MaripcrezCaracas, VenezuelaTel/fax: 58 - 2 - 7932 - 356E-mail:[email protected]
CAPiTULOS EN FORMACI6N
PARAGUAYSergio M. Burgos SosaIPPADr. Cesar Sanchez 431San Lorenzo, ParaguayTelfFax: 595- 2!-574909Email: [email protected]
PERORicardo Coloma de las CasasJRC Technology SACAv. Republica de Panama 6600Barrancos. Lima, PeruTe!: 51 ·4459541E-mail: rcolom~@conida:gob.pe
lillll)~ ~ ... "~~~J
CAPiTULOS ESPECIALES
ALEMANIAKlaus ReinigerDLR0·8031 OberpfaffenchfenAlemaniaTel: 49- 8153- 281.189Fax: 49- 8153- 281.443
CANADA.Fritz P. Dubois25 NidlandCrs Nepean Ontario Kh2-Sn2Ontario, CanadaTel: 613- 596-4164Fax: 613-723-9626
ESPANAJose L LabranderoConsejo Superior de Investigaciones Ctenuncas (CSIC)Pinar 25- Madrid 28006, EspanaTel: 34- 411.10.98Fax: 34- 562.55.67
FRANCIAJcan-Luc DcvynckCNESChef Opt. Cooperation et Developement2, Place Maurice Quentin. 75039 Paris Cedes 01ParIS, FranciaTel: 33-1- 447.67500Fax: 33-1-447.67849E-mail: Jean-Luc.Devynckrscncs.fr
HOLANDACarlos ValenzuelaITC350 Boulevard 1945, P.OX 6. 7500 AAEnschede, HolandaTel.: 31 53 874·444Fax: 31 53874-400
ITALIAMaurizioFeaESAIESRINVia Galilee Galllei, 00044Frascati. ItaliaCasi!la Posta! 64Tel: 39-694180940Fax: 39 - 694180942E-mail: [email protected]
USAPatricia M. RaveloSPOTEstados UnidosTel: 1-8oo-ask-spol ext. 137Fax: 703-648.1813
REVISTASELPER INDICE TEMATICO Y COMITE EDITORIALVOL. 20 N" 1
JUNIO 2004 3
COMITE EDITORIAL INDICE TEMATICO
Maria Cristina Serafini (Argentina)PRODITELUniversidad Nacional de LujanCruce rutas 5 y ex 7(6700) Lujan, Buenos Aires, ArgentinaTel: 54-2323-423171 int248Fax: 54-2323-425795Evmail: [email protected]
Myriam Ardila Torres (Colombia)PROSIS SACalle 94 A n° 11 A-70Santa Fe de Bogota, ColombiaTel: 57-1-6357272Fax: 57-1-6357190E-mail: [email protected]
Franclsca Celia Gonzalez (Argentina)Universidad Nacional del SurDepartamento de GeologiaSan Juan 670 (8000)Bahia Blanca, ArgentinaTel: 54 - 291 - 459 5102 - int. 4360Fax: 54 - 291 - 459 5127E-mail: [email protected]
Leila Maria Fonseca (Brasil)INPEAv. Dos Astronautas 1758, Sao Josedos Campos, Sao Paulo, BrasilTel: 55 - 12-39456000E-mail: [email protected]
Marcelo Campi (Argentina)SVDSAMontevideo 451 2° 24Capital Federal - ArgentinaTel: 54 - 11 4371 - 8441/9547E-mail: [email protected]
Miriam Esther Antes (Argentina)PRODITELUniversidad Nacional de LujanCruce rutas 5 y ex 7(6700) Lujan, Buenos Aires, ArgentinaTel: 54-2323-423171 int248Fax: 54-2323-425795E-mail: [email protected]
TatianaZhel (Bolivia)ABTEMAReyes Ortiz No 41 - Piso 13 Casilla 14248La Paz, BoliviaTel:591-2-521259/113Fa~591-2-315220E-mail: [email protected]
COMITE DE EVALUADORES
Paulo Roberto Martini(INPE - Brasil)Hermann Johann Heinrich Kux(INPE - Brasil)Leila Fonseca(INPE - Brasil)Hector del Valle(CENPAT - Argentina)Alfredo Gomez Garzon(IMTA - Mexico)Djamel Toudert(Univ. Aut. Baja California - Mexico)Valentino Sorani(UAEM - Mexico)
I
• COMPARATIVO DE FUSION DE DATOS PARA LA
ELABORACION DE CARTOGRAFiA PREDIAL
URBANAJudith Ley Garcia 5
•
ESTIMACION DE LA DIFERENCIA ENTRE DATOS DETEMPERATURA SUPERFICIAL DEL MAR DEIMAGENES AVHRR Y MEDICIONES IN SITU, EN LABAHiA DE CAMPECHEAlma Rosa Padilla-Pilotze
Valentino Sorani
Jorge Gavifio 11
•
CUANTIFICACION DE VARIACIONES TEMPORALESDE COBERTURAS HiDRICAS CON DATOSSATELITALES Y SU APLICACION EN LACALIBRACION DE UN MODELO HIDROLOGICOAlvaro Soldano
Gabriel Barria
Nathalie Horlent
Dora Goniadzki
Jorge Collinsi 21
• EVALUACION DE LA PRECISION EN LAORTORECTIFICACION DE IMAGENES DEL SATE LITEIKONOS EN EL AREA URBANA DE CARACAS.Victor Guevara
Aimara Reyes
Ramiro Salcedo
Alejandro Ruiz
William Torres 32
IEditado por: SELPER Internacional
Universidad Nacional de LujanRutas 5 y ex 7, (6700) Lujan - Bs. As. - ARGENTINA
Impreso par ESA-ESRIN - Frascati, Italia
EJEMPLAR DE DISTRIBUCION GRATUITA PROHIBIDA SU VENTA
4 VOL. 20 N° IJUNIO 2004 PRESENTACION DEL PRESIDENTE DE SELPER
REVISTASELPER
PLAN EDITORIAL SELPER 2002 - 2004
PLAN EDITORIAL SELPER
A partir de las decisiones adoptadas en el marco del X Simpo-sio Latinoamericano de Percepcion Remota y Sistemas de Infor-macion Espacial, organizado por nuestra Sociedad; Ilevado acabo en Cochabamba, Bolivia, en noviembre de 2002, el CorniteEditorial ha tomado el compromiso de regularizar las publicacio-nes de la Revista Tecnica Cientifica.
En este sentido es necesario destacar el invalorable apoyoobtenido de la Agencia Espacial Europea (ESA), quien ha toma-do bajo su responsabilidad la impresion de los volurnenes 16,17, 18 Y 19 correspondientes a los afios 2000, 2001 Y 2002respectivamente, los cuales se encuentran disponibles para losmiembros de nuestra Sociedad.
En esta oportunidad hacemos Ilegar la publicacion del volumen20 nurnero 1, donde se incluyen trabajos que han sido enviadospor especialistas en el area de Teledeteccion y Sistemas de Infor-macion Geoqrafica que desarrollan sus actividades en diferentesinstituciones de America Latina, los cuales han sido remitidos aexpertos evaluadores para su revision y aprobacion. Nos tocaagradecer muy especial mente la labor de estos expertos queposibilitan un mejoramiento en la calidad de los artlculos que enella se presentan.
Nos toea agradecer muy especial mente la labor lIevada a cabopor el grupo de evaluadores que ha participado en la revision delosmismos.
NORMAS PARA LOS AUTORES
Los articulos recibidos seran enviados a tres (3)expertos en la ternatica para su revision. Los tra-bajos aprobados seran publicados en estrictoorden, de acuerdo alas fechas de Ilegada de lascontribuciones.
Los idiomas oficiales SELPER son: Espafiol,Portuques e Ingles.
Los trabajos deberan estructurarse contem-plando las siguientes secciones:
a) Titulo del trabajo. Nombre de los autores ydirecciones completas
b) Resumen (no mas de 150 palabras) indican-do al finallas palabras claves. Debera incluirse enEspariol 0 Portuques, adernas de Ingles
c) lntroducciond) Objetivose) Metodologfa empleada y materiales
f) Resultados obtenidosg) Conclusionesh) Bibliograffa: solo se incluira la citada en el tex-
to. Se indicaran los autores, por orden alfabetico,ario, titulo, r=vista 0 medio donde fue publicado,incluyendo volumen y paqinas, cuando corre-sponda.
Los tltulos y subtitulos de cada seccion deberanestar claramente indicados (ya sea con numeraci-on 0 tarnario de letras). Las tablas, fotos y figurasdeberan ser suficientemente nitidas, lIevar un titu-lo y estar numeradas en forma consecutiva.
Se debera enviar una copia del trabajo en for-mato Word y una copia papel. La extension totaldel trabajo no debera superar las 12 paqinas,(DIN-A4).
Los trabajos se enviaran a: [email protected]
REVISTASELPER
VOL 20 N° IJUNIO 2004 5COMPARATIVO DE FUSION DE DATOS
Comparativo de fusion de datos para laelaboracion de cartografia predial urbana
Judith Ley Garcia
Laboratorio de Geomatica, Instituto de Investigaciones Sociales, Universidad Autonoma de BajaCalifornia. Edificio de Investigacion y Posgrado. Blvd. Benito Juarez sin. C.P. 21280. Mexicali. B.C.,
Mexico. Tel:(686)-566-29-85 Ext: 130. Fax Ext: 135. E-mail: [email protected]
RESUMEN
Las tecnicas de fusion de datos, brindan la posi-bilidad de integrar irnaqenes con diferentes carac-terfsticas espaciales y espectrales, para obtenerirnaqenes secundarias de mejor calidad visual quelas originales. EI presente trabajo se centra enexplorar tres tecnicas basicas de fusion de datos(multiplicativa, sustitucion del componente princi-pal, sustitucion del canal de luminosidad) para inte-grar las irnaqenes pancrornatica y multiespectraldel sensor Quickbird; y comparar el potencial delas irnaqenes resultantes para su utilizacion en laelaboracion de cartograffa urbana a escala prediode la ciudad de Mexicali, Baja California, Mexico.
Palabras clave: Fusion de Datos, QUICKBIRD,Percepcion Remota, Cartograffa Urbana, Monito-reo Urbano, Nitidez, Resolucion Espacial.
SUMMARY
The data fusion techniques, give the possibility ofintegrating images with different space and spectralcharacteristics, to obtain secondary images ofbetter visual quality than the original ones. The pres-ent work is centered in exploring three techniquesbasic of data fusion (multiplicativa, substitution ofthe principal component, substitution of the lumi-nosity channel) to integrate the imagespancrornatica and multispectral of the Quickbirdsensor; and to compare the potential of the resultingimages for its use in the elaboration of urban cartog-raphy ofthe city of Mexicali, Baja California, Mexico.
"Keywords: Data Fusion,.QUICKBIRD, RemoteSensing, Urban Cartography, Urban Monitoring,Sharpness, Spatial Resolution"
1. ANTECEDENTES
Ante la necesidad de contar con un sistema deinformacion municipal que sustentara el cobrojusto y oportuno del impuesto predial en la ciudadde Mexicali, surge el proyecto "Actualizacion delRegistro Inmobiliario Municipal" en el marco del
convenio de colaboracion entre el XVI Ayunta-miento y la Universidad Autonorna de Baja Califor-nia (UABC). ~n este convenio, la UABC adquirio laresponsabilidad de disefiar e implementar un sis-tema basado en el predio como unidad espacial deanallsis basico.
EI predio es un limite espacial dinarnico, es decir,en el tiempo, cambia de forma y dimension, seaperfusion 0 subdivision, 0 bien, cambia de conteni-do, sea por dernolicion, arnpliacion 0 nueva cons-truccion. La velocidad de estos cambios, en elcaso de Mexicali, rebasaron la capacidad de la of i-cina de Catastro de mantener actualizada la carto-grafia.
EI predio es tarnbien un limite subjetivo quedemarca una propiedad, y que en muchos casos,como sucede en los asentamientos irregulares 0suburbanos, aun cuando el predio existe ffsica-mente, este no se encuentra documentado oficial-mente, 0 existe discrepancia con 10 registrado.Esto resulta un sobre 0 sub registro de propieda-des y por 10 tanto en la asiqnacion y cobro injustodel impuesto predial.
Por 10 anterior, en materia de cartograffa se persi-guieron tres principales metas: la inteqracion deltotal de predios urbanos de Mexicali (aproximada-mente 200,000) con precision y rapidez; la identifi-cacion de predios con incongruencia entre registrooficial documental registro espacial real, y final-mente, el disefio de un instrumento que permitiera aCatastro lIevar a cabo un proceso de actuaiizacionpermanente de la cartograffa predial integrada porla Universidad.
2. INTRODUCCI6N
En la elaboracion y actualizacion de cartograffaurbana, la imagen de satelite es un instrumento degran utilidad, ello debido alas ventajas que ofrecesu utilizacion con respecto a otras fuentes deinformacion espacial. Algunas ventajas son lassiguientes: la imagen satelital proporciona unavision completa y hornoqenea de la ciudad; al seradquirida en secciones de tiempo relativamentecortos proporciona informacion relevante para elmonitoreo urbano; el manejo inforrnatico de los
6 VOL. 20 N' IJUNIa 2004 COMPARATIVO DE FUSION DE DATOS
REVISTASELPER
datos abre la posibilidad de realizar operacionesrnatematicas y estadfsticas complejas.
Para obtener precision y calidad en la elaboracionde cartograffa predial urbana es necesario utilizarcomo referencia una imagen con la mayor definicionposible, es decir, una imagen donde los limites delos elementos urbanos son detectados con facili-dad. Existen diversos tratamientos y tecnicas quepraporcionan mejoras en la informacion satelital pa-ra facilitar su interpretacion.
Las tecnicas de fusion, pretenden integrar gru-pos de datos con diferentes caracterfsticas espa-ciales y espectrales para obtener productos demejor calidad que los originales. (Vergara, 1997).De esta manera, al involucrar diversas fuentes dedatos, es posible lIevar a la informacion originalmas alia de sus propias limitantestemporales, espaciales yespectrales.
Existen diversas tecnicas de fusion de datos: perademanera general podemos clasificarlas de acuer-do.a la complejidad del procedimiento que utiliza enbasicas y complejas. Las tecnicas basicas, sebasan en procedimientos simples como las sustituti-vas (componente principal y canal de intensidad) ylas aritrneticas como la multiplicativa. Las tecnicascomplejas, se sustentan en combinaciones aritmeti-cas como Braovey Transform, PBIM y SFIM (Liu,2000), 0 como las basad as en la teorfa de Demp-ster-Shafer (Le Heqarat-Mascle et al 2003) y elmodelo de Markov (Ersboll et ai, 1998), algunas sonoriginadas a partir de multiples descomposiciones yreiteraciones como la Wavelet (Zhou et ai, 1998),entre otras mas.
De acuerdo a la revision realizada por Zhang(2002) es cornun que la imagen obtenida por la apli-cacion de las tecnicas presente problemas de dis-torsiones del color y debilidad en los tonos, entreotros, asociados principal mente a la amplitud delrange espectral de la imagen pancrornatica, a lafusion de irnaqenes con resoluciones extremada-mente diferentes y de fechas distintas. Cabe pre-guntarse ~Ia simple aplicacion de las tecnicas nogarantiza la obtencion de una imagen adecuada?,o bien ~irnagenes de un mismo sensor con proxi-midad de resolucion y similar fecha de adquisicionproducen una imagen adecuada independiente-mente de la tecnica aplicada?
Con la intencion de responder a los anteriorescuestionamientos y para seleccionar la tecnica mas
conveniente para la elaboracion de la cartograffapredial de Mexicali, el objetivo del presente trabajoes aplicar y comparar tres tecnicas de fusion dedatos basicas (multiplicativa, sustitucion del com-ponente principal, sustitucion del canal de luminosi-dad) en una porcion significativa de la imagen sate-lital de la ciudad de Mexicali.
Para lograr 10 anterior, se fusionan dos irnaqenesadquiridas por un solo sensor, el QuickBird, en lamisma fecha (Tabla 1) Y de resolucion proxima: a)imagen multiespectral integrada por las bandasazul-verde-raja (BGR) resolucion espacial de 2.40m, y b) imagen pancromatica con resolucion de 0.60m. Del praceso de fusion, se obtienen irnaqenes nue-vas, las cuales se examinan, y se califica la calidadvisual que presentan, es decir, la claridad en el des-pliegue de los elementos urbanos en distintos usosde suelo, en diversos niveles de acercamiento.
EI software utilizado en el procesamiento de ima-genes es Idrisi32, desarrollado por el laboratoriode la Universidad de Clark, en Estados Unidos deNorteamerica.
3. METODOLOGiA
Para cumplir con el objetivo del presente trabajo,se realizaron las siguientes tareas: el procesa-miento preliminar de las imaqenes originales, laaplicacion de las tecnicas de fusion de datos yfinal mente, la calificacion y cornparacion de lasimaqenes resultantes.
3.1. Procesamiento preliminarInicialmente se realizo la homoqenelzacion de
las imaqenes en cuanto a su referencia qeoqrafi-ca, es decir, se registran en la proyeccion WGS84,zona 11 norte. Aunque la ciudad de Mexicali estopograticamente plana, se corriqio la imagentomando como referencia las redes de puntos geo-desicos municipal y estatal existentes.
De la cobertura total de la imagen, se extrajo elarea de experimentacion de aproximadamente1471 has, la cual se caracteriza por contener losusos de suelo de interes. Esta porcion se encuentradelimitada por las siguientes coordenadas:
Superior izquierda: 641051.40, 3616369.80;Inferiorderecha: 644889.60, 3612537.60
La Tabla 2 muestra los nombres asignados a losarchivos.
Tabla 1. Caracteristicas de las irnaqenes originalesImagen Resoluci6n B (nm) G (nm) R (nm) Sensor Fecha de
espacial adquisici6nMultiespectral 2.40 m 450-520 520-600 630-690 Quickbird, 20 de marzo(1,2,3) Diqital Globe del 2003Pancrornatica 0.60 m Quickbird, 20 de marzo
450-900 Diqital Globe del 2003
REVISTA
SELPERVOL. 20N' IJUNIO 2004 7COMPARATIVO DE FUSION DE DATOS
Tabla 2. Archivos de imaqenes originalesIMAGEN ARCHIVOS CONTENIDO
Pancrornatica P Banda 1Multiespectral MS1 Banda 1
MS2 Banda 2MS3 Banda 3
3.2. Aplicaclon de las tecnicasde fusion de datosSe obtuvieron irnaqenes secundarias como pro-
ducto de la aplicacion de las tecnicas de fusion dedatos que a continuacion se describen.
a. Tecnice multiplicativaConsiste en la sobreposicion multiplicativa de
las irnaqenes originales (Esquema 1). Esto signifi-~a que cada nurnero digital (NO) que compone laImagen pancrornatica es multiplicado por elcorrespondiente NO de cada banda de la imagenmultiespectral.
Esquema 1. Tecnlca multiplicativa
MS1MS2MS3
P 'X PMS1/PMS2 kPMS3
De esta manera, se obtienen tres imaqenessecundarias (PMS 1, PMS2 y PMS3) cuyos valoresespectrales se encuentran magnificados, de talforma que el intervalo de valores originales de 0 a255 se arnplifico de 0 a 65025. Las medias aritrne-ticas de los NO, se incrementaron como se mues-tra en la Tabla 3.
Para regresar la imagen a valores aproximadosa los originales, se Ileva a cabo un ajuste de valo-res espectrales, que consiste en dividir los datosentre una constante.
b. Tecnice de sustituci6n del canalde luminosidad (intensidad)Esta tecnica consiste en transformar las band as
originales del espacio de color BGR (azul-verde-rojo), al espacio de color constituido por los cana-les U-;lS (luminosidad-matiz-saturacion). Poste-riorm~~te se sustituye el canal de luminosidad (L)por la:"IIT~agenpancrornatica previamente ajusta-da; y se ejecuta el proceso inverso, es decir, setransforma el espacio LHS a BGR. (Vergara et al1997). '
Esquema 2. Tecnica de sustituci6ndel canal de luminosidad
B (MS1)G (MS2)R (MS3)
B (PHS1);;G (PHS2) kR (PHS3)
Este proceso genera nuevas band as (Esquema 2)cuyos valores resultan mayores a los originales. Lasmedias de las irnaqenes secundarias son lossiguientes B(PHS1 )=132, G(PHS2)=132 YR(PHS)=136; por 10 que es necesario ajustar losvalores, como en la tecnica anterior, para aproximar-los a los originales indicados en la Tabla 3.
c. Tecnice de sustituci6ndel componente principal
EI analisis de componentes principales (ACP) esuna tecnica de transforrnacion lineal. Dada unaserie de band as de imagen, el algoritmo ACPgenera un nuevo grupo de irnaqenes, conocidoscomo componentes, no correlacionados entre sfordenados en terrninos de la cantidad de varianzaque explican del conjunto de irnaqenes originales(Eastman, 1999:41).
EI primer componente contiene la mayor canti-dad de varianza de los valores de reflectancia cap-tados por el sensor, y los componentes posterioresse integran principalmente por ruido 0 por informa-cion no relevante.
EI algoritmo ACP, se aplica a la imagen multies-pectral para obtener tres componentes principa-les: C1, C2 Y C3. La imagen pancrornatica se ajus-ta a los valores espectrales del primer componente(C1) Y se ejecuta el proceso inverso de ACP pararegres~r los datos a su lectura original, sustituyen-do el primer componente por la imagen pancrorna-tica (Chavez, 1991).
Esquema 3. Tecnica de sustituci6ndel componente principal
B (MS1)G (MS2)R (MS3)
B (PC1) ;;G (PC2) kR (PC3)
Una vez aplicado el algoritmo ACP, se obtuvoque el primer componente, como puede
Tabla3. Comparativo entre promedios de valores espectralesBANDA MEDIA BANDA MEDIA
MS1 30 PMS1 17566MS2 53 PMS2 18131MS3 46 PMS3 18887
8 VOL. 20 N" IJUNIa 2004 COMPARATIVO DE FUSION DE DATOS
REVISTASELPER
Tabla 4. Porcentaies de varianza V valores de 105 componentes principalesCOMPONENTE' C 1 C2 C3
% var. 98.27 1.47 0.26eicenval. 1478.11 22.06 3.91
observarse en la Tabla 4, explica el 98% de lavariacion de los datos.
Los valores de las irnaqenes resultantesB(PC1), G(PC2) Y R(PC3), presentan promediosde 77, 138 Y 122 respectivamente, por 10 que esnecesario ajustarlos aproximadamente a los valo-res originales especificados en la Tabla 3.
3.3 Identificaci6n de elementos urbanosCon las irnaqenes secundarias producto de apli-
car las tecnicas anteriores, se crearon composicio-nes en colorverdadero.
De las composiciones resultantes se tomaronsecciones muestra de los usos de suelo de inte-res (agricola, equipamiento y servicios, industrial,habitacional densidad baja y media), sobre lascuales se realizaron despliegues a diferentes nive-les de acercamiento (zoom). En cada nivel se cali-fica la definicion de cada elemento urbano (viali-dades, manzanas, veqetacion, predios y cons-trucciones ).
En la Figura 1 se muestra un acercamiento de lazona de uso habitacional densidad baja, en lacornposicion en color verdadero elaborada a par-tir de las bandas originales. En este nivel de acer-camiento, los llmites de los elementos son difu-sos.
1. Composicion con bandas originales
En la Figura 2 se muestra la cornposicion elabo-rada a partir de las bandas producto de la tecnicamultiplicativa, con similar nivel de acercamiento
que la Figura 1. Se observa una imagen mas oscu-ra que la original, y es posible percibir una mejordefinicion de los elementos urbanos.
Figura 2. Composlclon tecnlca multiplicativa
La Figura 3 muestra la cornposicion elaborada apartir de las band as producto de la tecnica de sus-titucion del canal de luminosidad. Es posible apre-ciar leves deficiencias en la definicion de la vegeta-cion, sin embargo, la resolucion espacial se incre-mento considerablemente con respecto a la tecni-ca multiplicativa.
Figura 3. Composiclon tecnica sustituclondel canal de luminosidad
REVISTA
SELPER COMPARATIVO DE FUSION DE DATOSVOL. 20N" 1JUNIa 2004 9
En la Figura 4 se muestra la composicion pro-ducto de la sustitucion del componente principalpor la imagen pancrornatica. Esta imagen presen-to, al igual que la anterior, un incremento significa-tivo en la resolucion espacial. Los elementos urba-nos se definen con claridad y no presenta proble-mas en las tonalidades de los objetos.
Figura 4. Composlclon tecnlca sustituclondel componente principal
4. RESULTADOSt~,
La visualizacion de los elementos urbanos en losdistintos usos de suelo, perrnitio valorar la calidadde la imagen resultante. Aun cuando las tecnicastuvieron como resultado un enriquecimiento de lasimaqenes originales, este se manifesto en gradosdistintos.
Se observe una rnejorla leve como resultado dela tecnica multiplicativa. En cambio, las tecnicasde sustitucion (componente principal y luminosi-dad) aumentaron considerablemente la calidadvisual de las irnaqenes originales, ello se percibeaun en niveles altos de acercamiento, donde seobservan con claridad los Ifmites de los elemen-tos.
Entre las tecnicas sustitutivas, la de luminosi-dad, presento deficiencias en la definicion deveqetacion y vialidades no pavimentadas, estaimagen puede sin embargo, ser enriquecida conprocesamientos posteriores para mejorar su des-pliegue.
Con la tecnlca de sustitucion del componenteprincipal se obtuvo la mejor calidad visual de lainformacion. Las irnaqenes, producto de la aplica-cion de esta tecnica, presentaron gran enriqueci-miento espacial de los datos, sin distorsionar los
valores, ni las tonalidades de los objetos, por ello,para su utilizacion en la elaboracion de cartograffa,aun cuando se genera a partir de una tecnica basi-ca, no es necesario realizar posteriores procesa-mientos.
La tecnica de sustitucion del componente princi-pal, se aplico a la cobertura total de la imagen,(area urbana de Mexicali) y a partir de ella, se ela-bora cartograffa predial urbana en formato digital.En la Figura 5 se observa el trazo de la cartograffade predios y construcciones sobre una porcion dela imagen.
Figura 5. Cartografia predial urbana sobrepuestaa la imagen satelital
5. CONCLUSIONES
Aunque la fusion de datos permitio lIevar lainformacion original mas alia de sus limitantesespaciales y espectrales, las tecnicas aplicadaspresentaron diferencias en la definicion de ele-mentos urbanos, por 10 que, algunas de ellasrequieren de procesarnientos previos 0 posterio-res.
De esta forma, es posible comprobar que lahomogeneidad del sensor y el manejo de image-nes de resoluciones y fechas proxirnas, en el pre-sente caso, no influyeron de manera significativaen evitar la distorsion en el color y la perdida de niti-dez, en la imagen resultante. Por esta razon consi-deramos que el resultado obtenido se relacionaprincipalmente con la tecnica aplicada.
Las tecnicas basicas son relativamente sencillasde aplicar, y aun cuando se trata de irnaqenes conrange espectral amplio, como es el caso de las ima-genes QuickBird, producen excelentes imaqenessecundarias, e incluso en men or tiempo que lastecnicas complejas.
10 VOL. 20 N° IJUNIO 2004 COMPARATIVO DE FUSION DE DATOS
REVISTASELPER
Para procesar las irnaqenes del proyecto deregistro inmobiliario, se seleccion6 la tecnica desustituci6n del componente principal, la cual per-miti6 obtener la imagen de Mexicali con resoluci6nde 0.60 m en color verdadero, como un excelenteinsumo en la elaboraci6n de cartografia predialurbana y el monitoreo urbano.
Finalmente, en la oficina de Catastro, se instaur6un proceso de actualizacion permanente y norma-lizado de cartografia predial para alimentar al sis-tema, sustentado en la incorporacion de imaqenessatelitales fusionadas adquiridas en period osespecificos y en la verificaci6n del crecimientourbano como rutina de trabajo, para garantizar enel tiempo, un cobro mas justo del impuesto predial.
1 Predio, de acuerdo al Reglamento del Catastro Inmobiliariopara el Municipio de Mexicali, B.C. (Periodico Oficial No.3, defecha 17 de enero de 1997 Tomo CIV), "Es una porclon de terre-no, con 0 sin construccion, limitada por un peri metro, compren-dida dentro del Municipio, que constituya una sola propiedad,copropiedad, posesion 0 usufructo". Por 10 que la cartografiapredial intenta registrar espacialmente cada uno de los prediosurbanos y suburbanos, asi como las construcciones existentesen el Centro de Poblacion.
2 Mas informacion acerca del proyecto y de la metodologiaaplicada en el dlaqnostico y elaboracion de cartografia predial,en Ley Garcia y Ranfla, 2001 La Correccion Cartogratica en LaConforrnacion del Sistema de Informacion Catastral con la Utili-zacion de Imagen Satelital en Mexicali, B. C, en la Memoria delXI Reunion Nacional SELPER Mexico.
3 Zhang (2002) muestra la diferencia en el rango espectralde irnaqenes pancrornaticas captadas por diferentes sensores,donde Ikonos, QuickBird y Landsat 7 presentan una mayoramplitud, invadiendo el infrarrojo cercano y por 10 tanto, deacuerdo al autor, los algoritmos convencionales no funcionanen ellas, 0 bien, la fusion entre irnaqenes de distinta amplitud, yportanto, distinto sensor, genera distorsiones.
4 Utilizamos Idrisi32 par ser el programa disponible en elmomento, con licencia actualizada en la lnstituclon acadernica(UABC), aunque actualmente disponemos de software diversopara el procesamiento de imaqenes.
5 En Mexicali la Secreta ria de Asentamientos Humanos yObras Publicas del Estado (SAHOPE) y la Com is ion Estatal deServicios Publicos de Mexicali (CESPM), cuentan cada unacon su red de puntos geodesicos posicionados. Para la correc-cion de las irnaqenes se utilize el total de puntos de ambasredes, considerando la coordenada del punta fisicamente posi-cionado contra la coordenada del punta visualizado en la ima-gen.
, En Idrisi32, a diferencia de otros programas (software), esindispensable realizar el ajuste de datos al rango 0 255 paraelaborar composiciones en color.
6. REFERENCIAS
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REVISTA
SELPER ESTIMACION DE LA DIFERENCIA ENTRE DATOSVOL. 20W 1JUNIO 2004 11
Estimaci6n de la diferencia entre datos de temperaturasuperficial del mar de imagenes AVHRR y mediciones in situ,
en la Bahia de CampechePadilla-Pilotze .A.R. I, Sorani v: y Gavifio J. H.3
'Institute de Ciencias del Mar y Limnologia Universidad Nacional Aut6noma de Mexico Tel:56225828 e-mail: [email protected]
2Centro de Educacion Ambiental e Investigacion Sierra de Huautla Universidad Autonoma delEstado de Morelos Tel: 3297019 ext. 6122 e-mail: [email protected]
3Centro Universitario de Investigaciones Oceanologicas Universidad de ColimaTel: 3311209 e-mail: [email protected]
RESUMENEI objetivo fue examinar datos de temperatura
superficial del mar en la Bahfa de Campeche, obte-nidos de dos fuentes: i) datos medidos in situ,durante un crucero oceanoqrafico del 8 al 15 defebrero de 1996, con base en una red de 27 esta-ciones ubicadas geograticamente, cubriendo unaarea aproximada de 34,000 km2; ii) irnaqenes delAdvance Very High Resolution Radiometer delsatelite National Oceanic and Atmospheric Admi-nistration cercanas al periodo del crucero. Lascorrelaciones entre las mediciones in situ y la infor-macion generada con las irnaqenes no fueronmayores que 0.75. Sin embargo, los patronesresultantes de distribucion de temperatura superfi-cial del mar de las dos fuentes fueron similares cua-litativamente. Los cortes verticales refuerzan elcomportamiento superficial de temperatura enambos casos. Se detectan algunos errores imputa-bles al efecto atrnosferico. Los resultados reafir-man que las irnaqenes son una manera practicapara estimar el campo de distribucion de tempera-tura superficial del mar, semejante al que se obtie-ne con mediciones in situ.
Palabras Clave: AVHRR, Bahfa de Campeche,in situ, Isotermas
ABSTRACTThe objective was to examine sea surface tem-
perature data in the Campeche Bay obtained fromtwo sources: i) data measured in situ during aresearch cruise carry out from February 8th to 15th
,
1996; the track was based on a grid of 27 stationslocated geographically and covering an approxi-mate area of34, 000 km"; ii) images oftheAdvanceVery High Resolution Radiometer on NationalOceanic and Atmospheric Administration satellite
near to the period of the research cruise. Thecorrelations between the measurements in situand the information generated with the imageswere not greater than 0.75. However, the patters ofsea surface temperature distribution from the twosources were qualitatively similar. Vertical sectionssupport the behavior of surface temperature inboth cases. Some errors are detected attributableto the atmospheric effect. The results reaffirm thatimages are a practical way to estimate the field ofdistribution of sea surface temperatures similar tothe estimate obtained by measurements in situ.
Keywords: AVHRR, Bahfa de Campeches, insitu, Isotherms
1. INTRODUCCIONLas investigaciones oceanoqraficas en Mexico se
incrementaron a partir de 1981 con la adquisicionde los buques oceanoqraficos "Justo Sierra" y "EIPuma" por parte de la Universidad Nacional Auto-noma de Mexico (UNAM). La facilidad de contarcon otra herramienta complementaria desde elaspecto de la oceanograffa ffsica, surqio con la ins-talacion en 1994 en el Instituto de Geograffa de laUNAM de una antena receptora de irnaqenes,Advance Very High Resolution Radiometer(AVHRR) del satelite National Oceanic andAtmospheric Administration (NOAA), 10 cual hizoposible comparar los patrones de distrlbucion detemperatura superficial del mar (TSM), de unamisma area qeoqraflca derivados de dos fuentes.
Cornunrnente las mediciones de la TSM in situ serealizan con base en una red de estaciones, con unalimitante, las mediciones no corresponden a unrnismo punto en el tiempo, entre mas grande es lared mayor es la diferencia en el tiempo. Las image-nes no tienen este inconveniente pero la exactituddel valor de TSM es menor, este problema
12 VOL. 20N" IJUNI~ 2004 ESTIMACION DE LA DIFERENCIA ENTRE DATOS
REVISTA
SELPER
ha side largamente discutido desde los arios 1970 's(Li et aI., 2001). No obstante las imagenesAVHRRson una herramienta de gran utilidad, par medio deelias se logra observar la estructura de TSM conextenso alcance espacial, donde se pueden detectarfenornenos flsicos tales como plumas termicas (Tanget aI., 2003), remolinos y giros (Gonzalez-Silvera,2004). Las irnaqenes han permitido identificar sur-gencias (Askari, 2001), estimaciones derivadas delas irnaqenes son utilizadas para crear las condicio-nes de frontera para modelos de circulacion hidrodi-narnica regional (Gibbs y Shaw, 2002), su restricciones que en rigor solo son representativas de la tempe-ratura en una capa extremadamente delgada, sinembargo, permiten apreciar la distribucion en lacolumna de agua de otros parametres relacionadoscon la temperatura, siempre y cuando se verifiqueuna buena correlacion entre los valores de tempera-tura estimados a partir de los sensores remotos y losvalores obtenidos in situ (Perez-Marrero et aI., 1999) ..
En este trabajo se aplicaron diferentes criteriospara obtener compuestos de TSM a partir de unconjunto de irnaqenes, se catculo la correlacionentre los datos de temperatura derivados de estoscompuestos y los datos medidos in situ para esti-mar cual criterio proporciona mayor exactitud. Sehicieron cortes horizontales de TSM con los datosmedidos in situ utilizando diferentes rnetodos deinterpotacion, Los compuestos y los cortes hori-zontales se compararon cualitativamente paradeterminar cuales coincidfan mas. Se cotejaron losvalores de temperatura satelitales y los medidos insitu con mayor correspondencia en tiempo, con lafinalidad de analizar su exactitud. Se graficaron cor-tes verticales para observar su relacion con lospatrones de distribucion de TSM.
--~. "= ,...........•'..~' ....•
2. MATERIALES Y METODOS
Mediciones in situEI area de estudio esta situada al sur de la Bahfa
de Campeche, la cual es una de las regiones maspreciada del mar patrimonial mexicano por el valoreconornico de sus pesquerfas y la existenciade mayor importancia de depositos de hidrocarbu-ros, recursos estrateqicos en la economfa nacio-nal y mundial. Por estas razones en la Bahfa deCampeche se han desarrollado numerosos pro-yectos de investiqacion con caracter multidiscipli-nario, entre ellos proyectos de oceanograffa ffsi-ca, en especiallos relacionados con la hidrodina-mica debido a sus implicaciones sobre las pes-querfas, la distribucion de desperdicios industria-les y la construccion de plataformas petroleras.Dentro de este marco se realize el proyecto "Moni-toreo de prerreciutas de especies estuarinodependientes, comunidades benticas y mareasinternas del sur del Golfo de Mexico" (MOPEED).En el ambito de este proyecto se efectuo el cruce-ro oceanoqrafico MOPEED 17, durante el cual sehicieron 27 estaciones oceanoqraficas distribui-das en 5 transectos perpendiculares a la costa (Fi-gura 1). Los transectos se numeran del uno alcinco (de oeste a este). EI area de estudio se loca-liza entre 180 20' Y 190 50' de latitud norte y 91030' Y 940 30' de longitud oeste, con una superficieaproximada de 34,000 km2.
La ubicacion espacio temporal de las estacionesse realize con el sistema de satelites Global Posi-tioning System (GPS), mediante el navegador desatelite TRANSIT/GPS, con una precision de 1segundo en el tiempo y 37 m en el espacio (Mag-navox, 1987). Se hicieron observaciones en
OM -95 -94 -93 -92 -91e rl--~--------rl------------rl------------Ir-----------4.1
I
I.I
L
T16"
114
9
22r'I 2321
20 26
II 2611
121314
16
Figura 1. Area de estudio y localizaci6n de estaciones.
REVISTASELPER VOL. 20 N" IJUNIO 2004 13ESTIMACION DE LA DIFERENCIA ENTRE DATOS
las 27 estaciones de la red con una sonda que mideconductividad, temperatura y presion (CTD) conexactitud de 0.001 mS/cm, 0.001 °C y 0.05% FS res-pectivamente (www.generaloceanic.com. 2003).Las mediciones se iniciaron unos segundos antesde sumergir el CTD en el agua con el proposito deobtener el dato de TSM. EI intervalo de muestreofue de un decirno de metro en la columna de agua.Mediante el paquete computacional (paquete) delCTD (General Oceanics, 1990) se calculo salinidady profundidad.
Pianos horizontales de temperaturade datos in situLas isotermas de los cortes horizontales superfi-
ciales se trazaron mediante tres rnetodos de inter-polacion. A continuacion se describen los proce-dimientos.
(i) Trazo manual combinado con los paquetesARC/Info (1992) y GRASS (1989). Se localizaronlas estaciones sobre un plano de la zona, con losvalores correspondientes de TSM para cada esta-cion se calcularon valores interpolados linealmen-te y se trazaron manualmente las isotermas, a par-tir de esta qrafica con los paquetes ARC/Info yGRASS se obtuvo la distribucion horizontal deTSM que se muestra en la Figura 2(a).
(ii) Procesamiento utilizando los paquetesARC/Info y GRASS. Con los datos de posicion geo-qrafica, TSM y el paquete ARC/Info se graficaronlas estaciones y se trazaron las isolineas, estepaquete interpolo con el rnetodo inverso del cua-drado de la distancia. Finalmente con GRASS seelaboro la qrafica que se muestra en la Figura 2(b).
(iii) Procesamiento con el sistema SIGO (padi-Iia-Pilotze, 2002). Con este sistema que
(a)
1.5 22.8 22. 3.0
(b)
Figura 2. Distribuci6n de TSM, datos del CTD, procesamiento (a) manual combinado con 105 paquetesARCllnfo y GRASS y (b) con paquetes ARC/Info y GRASS.
14 VOL. 20W 1JUNIa 2004 ESTIMACION DE LA DIFERENCIA ENTRE DATOS
REVISTASELPER
utilize el rnetodo de interpolacion bilineal se obtuvola distribucion horizontal y vertical de temperatura.La Figura 3(a, b) corresponde a la distribucion hori-zontal de TSM y temperatura a 10m de profundi-dad. La Figura 4(a, b) presenta la distribucion verti-cal de temperatura en los transectos I y II.
ImagenesAVHRREIAVHRR esta montado en los sate lites de orbita
polar NOM y tiene una resolucion de 1.1 km2sobre el nadir. Los datos de radiancia y brillantez deTSM derivan de los 5 canales con los que cuenta,dos en el visible (0.58 - 0.68 m y 0.72 -1.10 m) ytres en el infrarrojo (3.55 - 3.93 m, 10.3 - 11.3 m y11.5 -12.5 m). Para los canales del infrarrojo el ruidoaproximado es de 0.12 °C (SeaSpace, 1995).
Las imagenesAVHRR se capturaron por mediode la antena receptora instalada en el Instituto de
. Geograffa de la UNAM. Estas tienen una alta reso-lucien radiornetrica dentro de un intervalo de 0a 1023(10bits=210).
Los datos crudos que se obtienen de las image-nes se procesaron con las funciones indicadas en
el manual del 'sistema TeraScan (SeaSpace,1995), realizando el siguiente procedimiento: seextrajeron los datos AVHRR de los datos HighResolution Picture Transmission (HRTP), se call-braron los datos y se convirtieron a temperaturaradiornetrica, en grados Celsius, se corrigieron losdatos erroneos y se lIenaron los huecos por inter-polacion, se redujo el ruido y se calculo la TSM conel algoritmo MCSST (McClain et aI., 1885). Poste-riormente, con el sistema GRASS (1989), las irna-genes se corrigieron geometricamente y seremuestrearon con celdas de a 1 x 1 Km.
Selecci6n de imaqenesDe las 12 imagenesAVHRR existentes cercanas
en el tiempo al periodo durante el cual se realiza-ron las estaciones oceanoqraficas, se selecciona-ron ocho que tenian menor cobertura de nubes.La localizacion en el tiempo tanto de las estacio-nes (lineas verticales) como de las irnaqenesAVHRR (circulos) se ve en la Figura 5.
La Figura 6 muestra un contador de la frecuenciade datos (de 0 a 8) por pixel de las ocho irnaqenes.
20
LON .-95 -94 -93 -92 -91I~-----+I------~I------~I------~I
19
L
A
T
18
20
LON.-95 -94 -93 -92 -91I~------~I-------+I-------rl------~I
(a)
19
L
A
T
18
(b)Figura 3. Distribuci6n horizontal de temperatura, datos del CTD procesados con el SIGO.
(a) superficial y (b) a 10 m de profundidad.
REVISTASELPER ESTIMACION DE LA DIFERENCIA ENTRE DATOS
0 5 10 M.N.I I I
EST. 1 2 3 4 50
P
20 R
40 0
F
"i"80
100
(a)
0 5 10 M.NI I I
EST. 10 9 8 7 60
P
10 R
20 a
F
30m.
40
50
(b)
VOL. 20 N' IJUNIO 2004 15
Figura 4. Oistribuci6n vertical de temperatura, datos del ero procesados con el SIGO.(a) en el transecto I y (b) en el transecto II.
24 48 12072 144 HORAS
8 9 10 11 12 13 14 DIAS
11./f£D/l996
IMGEtt •
Figura 5. lmaqenes y estaciones ubicadas en el tiempo.
TlEnpO
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REVISTA
SELPER
o 2 ~ 5 6 7 83
Figura 6. Datos de TSM por pixel.
CompuestosA partir del juego de las ocho irnaqenes con dife-
rente cobertura de nubes, don de cada pixel puedetener de 0 a 8 datos, se decidi6 hacer tres com-puestos utilizando uno de los tres criterios siguien-tes para cada uno de ellos.(i) Compuesto de TSM maximo (CM). En cada
pixel se seleccion6 el maximo valorde TSM.(ii) Compuesto de TSM promedio (CP). Se calcul6el promedio de los valores de TSM en cada pixel.(Iii) Compuesto de TSM tiempo (CT). Se tom6 unaimagen base por fecha y se fueron lIenando loshuecos correspondientes a la presencias denubes con datos de las otras irnaqenes dando prio-ridad alas irnaqenes mas cercanas en tiempo alasfechas y horas en que se realizaron las estacionesoceanoqraficas.
En la Figura 7(a, b, c) se presentan los compues-tos correspondientes.
3. RESULTADOS Y DISCUSION
Si se compara los patrones de distribuci6n deTSM de los tres compuestos y los tres productosderivados de las mediciones in situ observamosque:
La qrafica procesada con los paquetesARCllnfo y GRASS (Figura 2(b)) muestranucleos de agua fria y de agua caliente, que no sedetectan en los otros patrones de distribuci6n deTSM.
EI CP (Figura 7(b)) expone una mayor distribu-ci6n de agua de men or temperatura (a la izquierda
de la laguna de Terrninos) hacia mar adentro, queno se observa en los otros patrones de distribuci6ndeTSM.
Se puede notar que cualitativamente los patro-nes de distribuci6n de TSM que tienen mas seme-janza entre sl son: el que se obtuvo con el procesa-miento manual- combinado con los paquetesGRASS y ARClinfo (Figura 2(a)), el elaborado conel SIGO (Figuras 3(a)), el CM (Figura 7(a)) y el CT(Figura 7(c)).
Si se analiza los cortes verticales de los transec-tos I y II Figura 4(a, b) donde se localizan los gra-dientes mas fuertes de temperatura, se observaque estes tam bien son visibles en los cortes hori-zontales. AI comparan la Figura 3(a) y 4(a, b) senota que la estructura de TSM se refleja hasta los5 m de profundidad, 10 que esta de acuerdo con losresultados presentados por Perez et al. (1999). Alos 10m Figura 3 (b) la estructura se manifiestadiferente.
Correlaci6nCon el fin de calcular la correlaci6n (Spiegel et
aI., 2001) entre los valores de TSM medidos in situy los generados de las irnaqenes correspondientesalas estaciones oceanoqraficas, se hicieron cuatroseries de valores a partir de las mediciones con elCTD y los derivados de los compuestos maximo,promedio y tiempo. En los compuestos no seencontraron valores para las estaciones 21,22,23Y 24 por 10 que estas no se consideraron en lasseries (Tabla 1). En la Figura 8 se exponen las qra-ficas de las series.
REVISTASELPER ESTIMACION DE LA DIFERENCIA ENTRE DATOS
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(a)
1.5 22.8-22'9 .0
(b)
1.5 22.8 22.9~
(c)Figura 7. Compuesto de TSM. (a) maximo, (b) promedio, (c) tiempo.
18 VOL. 20 N° IJUNIa 2004 ESTIMACION DE LA DIFERENCIA ENTRE DATOS
REVISTASELPER
Tabla 1. Series de valores de TSM generadas con el CTD y los compuestos:maximo, promedio y tiempo.
Estaci6nCTO CM CP CT Estaci6n CTO CM CP CTDC DC DC DC DC DC DC DC
1 21.8 22.0 21.5 21.9 13 23.4 23.6 23.4 23.62 21.6 22.5 21.6 22.5 14 22.9 23.9 23.3 23.23 22.0 22.9 22.1 22.9 15 22.9 23.5 22.6 23.54 22.6 23.1 22.9 23.1 16 22.6 23.5 22.8 22.75 23.0 23.3 23.0 23.3 17 22.8 23.4 23.0 23.46 23.3 24.3 23.6 24.3 18 23.0 23.4 23.3 23.47 23.3 24.4 23.5 23.7 19 23.3 23.5 22.8 23.18 23.1 23.7 23.2 23.7 20 23.6 24.2 23.6 23.09 23.4 23.0 22.2 23.0 25 23.3 23.8 23.6 23.810 23.3 24.1 22.6 23.2 26 23.0 23.4 21.6 23.4
11 23.3 24.0 23.4 23.3 27 22.8 24.3 23.3 24.312 23.4 23.7 23.5 23.6
T 25e "C
_ CTD
~+- ~~ __~~-. ~ ~e~__\ / "~ .
~/rr------\ -- "7 -,: 13 e-----Z C-<::;;T---~:tn - -1'-1 -
r 21 .I~~'--~i--~I--~i--~i--~'---'~~i--~'--~i~~'II .1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 25 27
m
p
e
u
_eM
CPCT
NUmsro de estaci6n
Figura 8. Series de valores de TSM procedentes del CTD y de los compuestos:maximo, promedio y tiempo.
Los resultados de los calculos de la correlaci6nentre la serie del CTO y cada una de las series de loscompuestos se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2. Correlaci6nentre series de valores
de TSM in situy satelitales.
Series RCTD - CM 0.75CTD - CP 0.70CTD -' CT 0.61
La correlaci6n mas baja fue CTO CT, 10 quesugiere que nuestro experimento se realiz6 anteun fen6meno ffsico en el que el tiempo (en un lapsode dlas ) no fue significativo. En algunos
fen6menos ffsicos el tiempo es importante debidoa la dinarnica de los procesos, sin embargo, si laestructura es estacionaria el tiempo no esrelevante. Hay que resaltar que de los trescompuestos, cualitativamente el CP mostr6 ser elmenos simil con respecto a los patrones dedistribuci6n de TSM derivados de las medicionescon el CTO, no obstante, su correlaci6n fue mayora la del CT. Para hacer el CP se calcul6 elpromedio de los valores de TSM en cada pixel, apesar de que en cada pixel los valores nocorrespond en al mismo punto en el tiempo ni elnumero de datos es el mismo. Ninguna de las trescorrelaciones fue mayor que 0.75. Los resultadosde las correlaciones en este trabajo se consideranaceptables. Algunos errores definitivamente sedeben a efecto atmosferico (Ruttenberg, 1981),estos errores han sido ampliamente discutidos
REVISTASELPER ESTIMACION DE LA DIFERENCIA ENTRE DATOS
VOL. 20W IJUNIa 2004 19
Kumar et al. (2003) sefi al an diferentesinvestigaciones sobre este tema (Hagan 1989;Wick et al. 1992; Walton et al. 1998).
Pasos de sateliteSe analizaron las coincidencias que pudiera
haber entre las horas de los pasos de satelite delas irnaqenes y las horas en que fueron realizadaslas estaciones oceanoqraficas, con el fin de com-parar los valores de TSM. Se en contra que la esta-cion 20 fue la mas cercana al paso del satelite. Lasestaciones 19, 25, 26 Y 27 se aproximaron al pasodel satelite (Tabla 3). De 27 valores de TSM corres-pondientes alas estaciones unicarnente se pudie-ron comparar 5 contra los valores de las irnaqenesdebido a que la sincronfa entre la hora del paso desate lite y la hora en que se realize cada estacionoceanogratica es una condicion deseable pero diff-cil de lograr. Por otro lade aunque se pudiera con-seguir esta sincronfa, la cobertura de nubes en lasimaqenes es un fenomeno sobre el cual no setiene control alguno. La diferencia mas grandeentre los valores de TSM se encuentra en la mayorcoincidencia en tiempo entre la horaque se realizela estacion 20 y el paso del satelite (Tabla 3). Sedescarta que esta diferencia sea resultado de unarnedicion erronea del CTD, considerando que losvalores de TSM de sus estaciones vecinas nodifieren de mas de 0.3 DC.Adernas los valores detemperatura por debajo de la superficie de la esta-cion 20 refuerzan el valor superficial (Tabla 4).
Un analisis de la relacion entre mediciones insitu de TSM y la derivada de imagenesAVHRR indi-can qu-e'es posible obtener una exactitud de 0.5DC 0 me'jor (Wellington et a., 2001; Wooster et aI.,2001). Lo que concuerda con las diferencias (Ta-bla 3) excepto en la estacion 20 cuya diferenciaexcede 0.1 DC al 0.5 DCsefialado.
Li et al. (2001) encontraron que la diferenciaentre mediciones in situ de TSM y la derivada deimagenesAVHRR fue 0.4 DCdurante el dla y 0.2 DCdurante la noche. Lo que se ajusta con las diferen-cias (Tabla 3), si se considera que las estaciones25 y 26 fueron nocturnas (3.35 hrs., 5.33 hrs.) y las
Tabla 3. Diferencia de TSM.
estaciones 19, 20 Y 27 fueron diurnas (12.56 hrs.,14.08 hrs. y 7.2 hrs.), las menores diferencias seobservan en las estaciones nocturnas. La diferen-cia en la estacion 20 excede con 0.2 al 0.4 DCindi-cado.
4. CONCLUSIONES
Si bien la correia cion entre los valores de TSMgenerados a partir de las mediciones in situ y los deri-vados de las irnaqenes no fue mayor que 0.75, lospatrones de distribucion de TSM emanados de lasirnaqenes resultaron similares cualitativamente, a losque se obtuvieron de las mediciones in situ. La corre-lacion del CP fue mayor a la del CT. La tecnica utiliza-da en el CP, empleada en otros campos para proce-sar irnaqenes, es una buena opcion para estimar laTSM, aunque hay que considerar que fue el com-puesto que presento agua de menor temperaturaque no se observe en los otros patrones de distribu-cion de TSM. EI criterio que se aplico para elaborarelCM serfa el mas recomendado debido a que sucorrelacion fue la mas alta, a reserva de comprobareste resultado en futuros ensayos.
Se identifico un fuerte gradiente de temperaturaentre los transectos I y II que se manifesto en todaslas estructuras de TSM presentadas en este trabajo.
EI patron de distribucion de la TSM se reflejahasta los 5 m de profundidad.
Los pianos horizontales de TSM que tienenmayor similitud con los compuestos fueron los quese obtuvieron con el SIGO y con el proceso manualcombinado con los paquetesARC/lnfo y GRASS.
De las cinco diferencia de la TSM cercanas alpaso de satelite y las tomadas in situ cuatro estu-vieron dentro del range 0 OC 0.2 DC.
Las irnaqenes no pueden sustituir las medicio-nes de TSM que se realizan en un crucero oceano-qrafico desde un punto de vista cuantitativo y estanlimitadas a proporcionar solo valores de TSM perotampoco el barco puede remplazar alas irnaqenesAVHRR debido a su alcance espacial para detec-tar fenornenos ffsicos de gran escala. Las image-nes y los cruceros oceanograticos son
Tabla 4. Estaci6n 20.
Estaci6n Hora de Hora del paso Diferencia TSM °C TSMoC Diferencia deEstaci6n del satelite De hora CTD Imagen TSMoC
19 66.27 68.07 l.80 23.3 23.1 0.220 68.21 68.07 0.14 23.6 23.0 0.625 8l.47 80.50 0.97 23.3 23.3 0.026 83.47 85.55 2.08 23.0 22.9 0.127 85.31 85.55 0.24 22.8 22.7 0.1
Profundidad TemperaturaM °c0 23.651 23.662 23.663 23.654 23.665 23.63
20 VOL. 20W IJUNIO 2004 ESTIMACION DE LA DIFERENCIA ENTRE DATOS
REVISTA
SELPER
herramientas complementarias.Un factor aleatorio es la nubosidad que se con-
vierte en una limitante para obtener informacionpuntual.
5. AGRADECIMIENTOS
Los autores expresan su gratitud al Dr. RomanAlvarez por autorizar la utilizacion de las irnaqenesAHVRR, al Dr. Cesar Flores por la invitacion a par-ticipar en el crucero MOPE ED 17 Y a la M. en C.Gabriela Gomez por su colaboracion en el proce-samiento de las imaqenes,
6. REFERENCIAS
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REVISTASELPER
VOL. 20 N° IJUNIa 2004 21CUANTIFICACION DE VARIACIONES TEMPORALES
Cuantificacion de variaciones temporales de coberturashidricas con datos satelitales y su aplicaci6n en la calibraci6n
de un modelo hidro16gicoAlvaro Soldano', Gabriel Bania', Nathalie Horlent', Dora Goniadzki', Jorge Collins'
(1,2,3,4) Sistemas de Informacion y Alerta Hidrologico, Instituto Nacional del Agua.AU Ezeiza-Cafiuelas tramo 1. Newbery Km 1620 (1804) Ezeiza, Bs. As., Argentina.
(5) Centro Regional Litoral, Instituto Nacional del Agua. Patricio Cullen 6161, S3004IYC-Santa Fe,Argentina. (1) [email protected], (2) [email protected], (3) [email protected],ar,
(4) [email protected],(5) [email protected]
RESUMENLa region de la laguna La Picasa, al surde la pro-
vincia Santa Fe, ha sufrido recurrentes inundacio-nes en los ultimos arios que provocaron unaumento espectacular de la superficie de estecuerpo de agua. Este fenorneno impacto negati-vamente sobre la poblacion, el sistema productivoy las vias de cornunicacion. La alternativa de miti-qacion propuesta es la construccion del denomi-nado "Canal Norte", cuya finalidad es evacuarexcedentes hldricos hacia el rlo Parana. Los obje-tivos de este trabajo fueron: cuantificar las varia-ciones temporales de las coberturas hidricas en lacuenca propia, e integrar la informacion analizadaen un sistema de informacion geogratica a fin deaportar datos para la calibracion del modelo hidro-loqico utilizado para estimar aportes al canal. Paraellogro de estos objetivos se utilizaron irnaqenessatelitales Landsat 5TM, datos del SIG 250 (IGM)Y curvas de nivel (Direccion de Geodesia Provin-cial).
Palabras clave: rnitiqacion de inundaciones, irna-genes satelitales, sistemas de informacion geo-qrafica.
ABSTRACTIn the last years, the region of La Picasa pond, in
the south of Santa Fe Province, undergone recu-rrent floods that caused a very significant increasein the pond surface level.
This produced a negative impact on the popula-tion, on the productive system and on both the rou-tes and railroads; this impact has not still beentotally overcome.
The construction of the denominated NorthChannel was proposed as an alternative of miti-gation with the purpose of conveying waterexcesses from La Picasa towards the Parana
River, thus depleting the pond. The objectives ofthis study were to assess the temporal variationof the water coverage of the different waterbodies in the pond catchment, to observe therunoff of precipitated water and to integrate theanalyzed information in a geographical informa-tion system in order to supply data for the calibra-tion of a hydrological model used to estimate late-ral inflows to the channel.
For the study, it was used Landsat 5TM SatelliteImages, data of GIS 250 and maps of the area withelevation contours (source: Direccion de GeodesiaProvincial).
Keywords: flood mitigation, geographical infor-mation systems.
1.INTRODUCCIONLa laguna La Picasa esta ubicada al sur de la pro-
vincia de Santa Fe, en el llrnite con la provincia deBuenos Aires, abarcando parcialmente los distri-tos de Aaron Castellanos y Diego de Alvear (Bac-caglio et al 2003). La laguna forma parte de unaextensa cuenca que Ileva su nombre, que involu-cra las provincias de Santa Fe, Cordoba y BuenosAires con una superficie total de 550.000 ha (Mi-nisterio de Obras, Servicios Publicos y Viviendadel Gobierno de Santa Fe, 2001).
A partir de septiembre de 1997 se registraronen la zona lIuvias extraordinarias que practica-mente duplicaron los valores medios anuales deprecipitacion, pasando de 900 mm a 1700 mmaproximadamente. Como consecuencia de estola laguna sufrio un incremento en su superficie de7.841 ha (ano 1994) a 31.500 ha (en 2003) (Bac-caglio et aI., 2003), mientras que los correspon-dientes niveles que alcanzo la laguna aumenta-ron de 98.7 m hasta superar los 105 m en laactualidad (Ministerio de Obras, Servicios Publi-cos y Vivienda del Gobierno de Santa Fe,
22 VOL. 20 ·1JUNIa 2004 CUANTIFICACION DE VARIACIONES TEMPORALES
REVlSTASELPER
2001, Baccaglio et aI., 2003).EI fen6meno de la expansi6n de la laguna La
Picasa se de be a varios factores. EI incremento enlas lIuvias es el principal de ellos pero tarnbien sereconocen otros factores importantes. Uno deellos es el cambio hist6rico en el clima de la zonaque pas6 de ser ternplado subhurnedo hastasemiarido a marcadamente templado hUmedo apartir de la decada del '70. Esto produjo que en lasultlmas decades los excesos de agua sean supe-riores alas salidas por evapotranspiraci6n y dre-naje superficial, y que la capa freatica ascienda yaflore en las zonas mas deprimidas del paisa-je.(Tchilinguirian et aI., 2003).
Otro factor importante es que las condicionesnaturales del sistema ffsico de la cuenca influyenen la persistencia del anegamiento, ya que es unacuenca endorreica sin red de drenaje jerarquiza-da, en la cualla salida del agua es lenta porque seproduce predominantemente por evapotranspira-ci6n 0 infiltraci6n desde las zonas deprimidas. Porultimo deben mencionarse los factores antr6picosque introducen modificaciones al medio. La cuen-ca de La Picasa sufri6 degradaci6n en sus suelos ydisminuci6n de la capacidad de almacenamientopor el crecimiento de la superficie agricola en detri-mento de la ganadera y por una sobreexplotaci6ndel suelo con practicas intensivas de dobles culti-vos anuales. A esto se agrega el incremento en lainfraestructura de caminos, vfas ferreas, rutas ycanales que alteran el normal escurrimiento de lasaguas (Ministerio de Obras, Servicios Publicos yVivienda del Gobierno de Santa Fe, 2001).
Por ultimo existen en el area canalizaciones 0cuneteos, generalmente precarios y sin proyec-to, realizados para mitigar en forma rapida unasituaci6n de inundaci6n excepcional, adquirien-do el car acter de trasvasamiento semi-permanente. Estos son de escasa eficienciacuando se han construido por los motivosexpuestos anteriormente pero, se han observadoen el campo obras hidraulicas que presentan unperfil mas permanente con obras, de arte de cons-trucci6n adecuada, que merecen "a posteriori" unanalisis particular porque probablemente modifi-quen en forma definitiva la conformaci6n del sis-tema hfdrico actual (Instituto Nacional del Agua,2004).
Entre las consecuencias mas importantes deesta situaci6n de excesos hfdricos se mencionanlas perdidas en el sistema productivo y su impe-riosa necesidad de cambio 0 cambios en el siste-ma productivo, perdida de superficie de pasto-reo, salinizaci6n de suelos, perdida de caminosrurales, salinizaci6n de pozos de agua rurales y
el anegamiento de pozos septicos por ascensoregional de la capa freatica (Tchilinguirian et aI.,2003).
Como alternativa de mitigaci6n la Subsecretariade Recursos Hidricos de la Naci6n (SSRH) propu-so la construcci6n de un canal de descarga deno-minado Canal Norte desde la laguna hasta el rfoParana, que permita evacuar los excedentes deagua. EI proyecto de diseno.de este canal fue enco-mend ado al Instituto Nacional del Agua (INA). Detoda el area que atraviesa el canal se prestaraespecial importancia al conjunto de lagunas inter-conectadas entre sl lIamadas La Barrancosa, LaLarga, Tuerto Venado, La Infinita, Martin Garda yLos Patos, ya que Ie otorgan al sistema hfdrico unagran capacidad de almacenamiento y amortigua-ci6n de los excedentes hidricos. (Subsecretaria deRecursos Hidricos, INA, 2004).
Este trabajo forma parte de las diversas tareasencaradas por ellNA en la etapa de predisefio delproyecto de construcci6n del citado canal de des-carga y para la evaluaci6n de su impacto econ6mi-co en la regi6n.
2.0BJETIVOS
1-Cuantificar y evaluar la variaci6n de la cobertu-ra hfdrica de los siguientes cuerpos de agua entrelas fechas febrero, abril, junio, septiembre ynoviembre del ana 2001:
1.1-Cuerpos de agua de la totalidad de la cuencade la laguna La Picasa.
1.2-Cuerpos de agua de las subcuencas La Pica-sa-Los Patos, Los Patos-Quirno, Quirno-Juncal yLas Encadenadas.
1.3-Cuerpos de agua de las micro cuencas defi-nidas dentro de la subcuenca Los Patos-Quirno.
1.4-Cuerpos de agua de las lagunas La Barran-cosa, La Larga, Tuerto Venado, La Infinita, MartfnGarda y Los Patos.
2-lntegrar la informaci6n generada en un Siste-ma de Informaci6n Geogratica para aportardatos que permitan contrastar y ajustar los resul-tados obtenidos con el Modelo de Simulaci6nHidrol6gica Continuo (HEC-HMS) utilizado poreICRL.
3. MATERIALES Y METODOS
3.1 Area de estudioEI area de estudio fue definida por el Centro
Regional Litoral (CRL) dellNAen base al analisisde curvas de nivel cedidas por la Direcci6n deGeodesia de la provincia de Santa Fe, encon-trandose al este de la laguna La Picasa, al
REVISTASELPER
VOL. 20W IJUNI02004 23CUANTIFICAC/ON DE VARIAC/ONES TEMPORALES
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Figura 1: Ubicaci6n geognlfica de la cuenca de la laguna La Picasa y detalle de sus subcuencas
norte dellfmite con la provincia de BuenosAires, alsur de la localidad de Venado Tuerto y al oeste delas nacientes del arroyo del Medio. Para su anali-sis la cuenca fue subdividida en cuatro subcuen-cas: La Picasa-Los Patos, Los Patos-Quirno, Quir-no-Juncal y Las Encadenadas (Figura 1).
La subcuenca La Picasa-Los Patos fue a suvez dividida en treinta y dos micro cuencas (Figu-ra 2).
3.2 Informacion utilizadaEI estudio se lIev6 a cabo utilizando irnaqenes
satelitales Landsat TM (cedidas gratuitamente,para su uso en emergencias, por la Comisi6nNacional de Actividades Espaciales, CONAE),path 227, row 084 de las fechas 12 de febrero, 10
de abril, 20 de junio, 8 de septiembre y 11 denoviembre de 2001. EI ana 2001 fue elegido porser un ana en el cual se registraron 1412 mm de lIu-via sobre un estado de alta saturaci6n anteceden-te. Las fechas de las imaqenes fueron elegidas enfunci6n de la ausencia de nubes que permiten sucorrecta visualizaci6n y procesamiento.
3.3 Metodologfa de procesamientoEI procesamiento de las irnaqenes se JnICIO-
transformando los contajes digitales (DN) de cada
Figura 2: Detalle de las microcuencas de lasubcuenca La Picasa-Los Patos.
banda de las irnaqenes TM a radiancia a partir delos coeficientes de calibrado correspondientes,suministrados en cada imagen. La ecuaci6n linealaplicada para obtener la radiancia es:
24 VOL. 20 N' IJUNia 2004 CUANTIFICACION DE VARIACIONES TEMPORALES
REVISTASELPER
LkLW/' 21 [Lk
mciX-Lkll1in) DNK tr :rn Sf,em.F • + millon.;
donde:k: numero de banda (k: 1,2,3,4 a 5)ONma,:valor digital maximo (254)Lk
ma,:radiancia correspondiente a ONk = ONmax,para k: 1...5
Lkm;n:radiancia correspondiente a ONk= 0, para k:1...5
Posteriormente se transformaron los valores deradiancia (LoO,,))en reflectividad (Ra(?A.) a nivel delsensor (reflectividad a tope de atmosfera), Para latransformacion se aplico la siguiente expresion:
IT .d.Loc;..)Ra(A) =-----
EO(A). cos O
donde:L: reflectividad en la longitud de onda considera-
da (adimensional, entre a y 1),d: distancia de la Tierra al Sol, en unidades astro-
nornicas,Eo:irradiancia exoatrnosferica,a :anqulo cenital
En segundo lugar se realize la correccion atmos-ferica aplicando el modelo de correccion del histo-grama por valores minimos (Chavez, 1988). Estealgoritmo propone la estimacion de la influencia dela atmosfera a traves de un calculo que se hacedirectamente sobre la imagen para la determina-cion de la radiancia medida por el sensor sobreareas oscuras. Esas areas oscuras en teorla de be-rlan ser negras (",,0por ciento de reflectancia) peroa causa de la dispersion atrnosferica los corres-pondientes pixeles presentan un nivel digital distin-to de cero. Bajo estas hipotesis solo una dispersionsimple puede ser removida.
Operacionalmente, la seleccion del nivel digitalminima apropiado para la implementaclon de lacorreccion puede ser obtenido por el histogramade frecuencias de la imagen digital (Chavez, 1996).
Este algoritmo apunta principal mente al analisisde las bandas del espectro visible donde usual men-te hay un marcado aumento en el numero de pixe-les con valor distinto de cero, es decir, en escala degrises. La determinacion del valor digital minimapara una banda en particular se basa en la hipote-sis que asume el rnetodo en el hecho de que existe
una alta probabilidad de que por 10 menos algunospixeles dentro de una imagen sean negros. Esassuperficies oscuras pueden corresponder a (1)areas sombreadas por nubes 0 efectos topoqrafi-cos (baja reflectancia en todas las bandas), (2) cuer-pos hurnedos (baja reflectancia en las longitudesde onda roja e infrarrojas), (3) areas con densaveqetacion como bosques de coniferas (muy bajareflectancia en la regiones del azul y rojo del espec-tro electrornaqnetico) y (4) superficies con combi-naciones de algunos de los factores anteriores(Kaufman y Sendra, 1988).
La siguiente ecuacion define el nivel de salida enla posicion i,j para la banda k, ON';,j,kcomo el niveldigital original ON ;,j,kmenos nivel digital minimapara la misma banda k, ON m;n(k)'
DN'j,j,k = DNj,j,k - DNmill(k)
Este rnetodo fue utilizado por la ventaja derequerir solo informacion contenida en la propiaimagen. Se ha optado por este metodo ya que nose dispone de perfiles atmosfericos para la zona.
Finalmente se corriqio qeometricamente laescena, lIevando su georreferencia al sistemaGauss-Kruqer, faja 5 (datum WGS84) medianteel rnetodo del "Vecino mas Proximo", ya que es elque menos modificaciones ocasiona al valor dereflectancia del pixel original. Se diserl6 un mode-10 de procesamiento de imaqenes satelitales (mo-deler) conteniendo dos indices calculados a par-tir de la reflectividad en diferentes bandas: NOVIy un lndice de color/saturacion, mas la bandaazul, arrojando como resultado una imagen detres bandas para su respectiva clasificacion.Para la seleccion de plxeles se utilize un rnetodode clasificacion hibrido 0 mixto (no supervisado Isupervisado). Tal como se indica, este metodo nosupervisado no implica conocimientos previosdel area de estudio, de modo que la intervenciondel investigador se orienta hacia la interpretacionde los resultados; por tanto, en esta estrategia seasume que los ON de la imagen forman una seriede grupos 0 conglomerados (clusters) de relativanitidez sequn sea el caso. Se seleccionaron entre70 y 80 nurneros de clusters para una adecuadarepresentacion de la informacion. Estos clusterso estos grupos de pixeles son equivalentes en ter-minos de su comportamiento espectral mas bienbornoqeneo y, por tanto, definen clases ternati-cas de interes hornoqeneos. Estas forman partede las muestras de entrenamiento del rnetodosupervisado. Se propone el rnetodo mixto /hlbri-do, ya que el rnetodo supervisado puede
REVISTASELPER VOL 20N" IJUNIa 2004 25CUANTIFICACION DE VARIACIONES TEMPORALES
resultar a veces demasiado subjetivo y el no super-visado puede carecer de significado ffsico real(Schowengerdt, 1997). Se efectuo un mapa ternan-co, con dos clases ternaticas, agua superficial yencharcamiento, sobre el cual se realize un proce-so de enmascarar (recode) para seleccionar sola-mente la clase de agua superficial.
Se generaron cinco mapas multitemporalesfusionando los mapas tematicos de clase agua dedos y tres fechas: febrero-abril, junio-septiembre,septiembre-noviembre, febrero-abril-junio, junio-septiembre-noviembre parala cuenca total. Sobrela imagen final de cada fecha se efectuaron 37 cor-tes correspondientes alas subcuencas y microcuencas y se cuantificaron todos los cuerpos deagua presentes en hectareas .
Se digitalizaron y cuantificaron las coberturashfdricas en hectareas de las lagunas La Barranco-sa, La Larga, Tuerto Venado, La Infinita, MartinGarda y Los Patos, ubicadas en la subcuenca LaPicasa-Los Patos. Se elaboro un mapa para cadafecha comparando la superficie de todas las lagu-nas y un mapa por cada laguna comparada a tra-ves de todas las fechas.
Los datos obtenidos fueron integrados en un sis-tema de informacion geogratica para ser usadoscomo informacion para calibrar el Modelo de Simu-lacion Hidroloqica Continuo (HEC-HMS).
Para el procesamiento de las irnaqenes se utili-zo el programa ERDAS (ERDAS) y para la digitali-zacion de las cuencas y cuerpos de agua el pro-grama ARCVIEW (ESRI), ambos en un ambienteWindows PC.
4. RESULTADOS OBTENIDOS
Se elaboraron tres Tablas con los datos de super-ficies obtenidos y un total de 42 mapas para facilitarla visualizacion e interpretacion de los datos.
Se obtuvieron cinco mapas multitemporales dela cuenca total de la clase ternatica agua de dos ytres fechas: febrero-abril, junio-septiembre, sep-tiembre-noviembre, febrero-abril-junio y junio-septiembre-noviembre de 2001 (ver ejemplo enFigura 3).
Se obtuvieron 37 mapas multitemporales delas mismas dos y tres fechas y de la clase ternati-ca agua, de las 4 subcuencas y de las 33 micro-cuencas (ver ejemplo en Figuras 4 y 5).
Se obtuvieron cinco mapas de la clase tematicaagua de las siguientes fechas: febrero, abril, junio,septiembre y noviembre de 2001 con el detalle delas lagunas La Barrancosa, La Larga, Tuerto Vena-do, La Infinita, Martin Garda y Los Patos, ubicadasen la subcuenca La Picasa-Los Patos, as! como 1mapa multitemporal de las 5 fechas juntas paracada laguna, siendo un total de seis (ver ejemploen Figura 6).
Se presentan las Tablas con los resultados de loscalculos de superficies de los cuerpos de agua de lacuenca total y de las cuatro subcuencas (Tabla 1),de las treinta y dos micro cuencas (Tabla 2) y paralas lagunas La Barrancosa, La Larga, Tuerto Vena-do, La I.nfinita, Martin Garda y Los Patos (Tabla 3)para las fechas analizadas (febrero, abril, junio, sep-tiembre y noviembre del 2001 ).
Cuenca de Aporte Total Ic:::J Feblero 2001- 22403 Ha.
_ sepuembre 2001· 29586 Ha
Figura 3: Mapa multitemporal de la cuenca total para febrero y septiembre de 2001.
26 VOL.20W IJUNI02004 CUANTIFICACION DE VARIACIONES TEMPORALES
SubcuencaLa Picasa Los Patos
REVISTASELPER
Figura 4 : Mapa multitemporal de la subcuenca La Picasa-Los Patos para febrero y noviembre de 2001.
c:=J Febrero 200'1- 5209 Ha.
_ Novlsmbre 2001-10977 Ha.
I Mtcrocl!~nca18 I
I.~~ ,
•
_ Febrero 2001
c=:J Junio 2001c=:J Nwiem~ 2001
Figura 5: Mapa multitemporal de la microcuenca 18 para febrero, junio y noviembre de 2001
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REVISTASELPER CUANTIFICACION DE VARIACIONES TEMPORALES
VOL. 20W 1JUNIO 2004
$ubc U.e ncaLa Picasa Los Patos
r::::::I flOril 2001._ Nwiembre 2001
1 La Barrancosa
2 LaLarga
3 Tuerto Venado
4 La Infinite
5 Martin Garcia
6 Los Pstos'0 . 0
Figura 6: Mapa multitemporal de las lagunas seleccionadas para abril y noviembre de 2001.
Tabla 1: Superficie de 105 cuerpos de agua de la cuenca total y las subcuencas medidas en hectareas,"SID": sin dato.
22.403 SID 37.60832.592 29.586
5.973 7.336 SID 8.069 10.976
5.948 7.674 9.1988.252 7.974
1.373 2.358 2.198 2.090 2.570
9.107 14.282 13.644 11.451 14.859
27
28 VOL. 20 N" IJUNIO 2004 CUANTIFICACION DE VARIACIONES TEMPORALES
Tabla 2: Sup. de los cuerpos de agua de las micro cuencas medidas en ha. SID: sin dato.
76 168 387 376 68215 40 94 76 20239 55 68 69 98479 600 691 674 84696 175 243 216 SID128 153 194 198 32135 137 135 127 10043 160 173 137 346442 581 632 575 70696 176 243 216 237l 15 17 5 310 10 9 1 55
102 133 191 146 280604 640 683 683 862161 236 213 180 248204 275 388 405 556463 542 649 611 725252 270 362 373 400305 388 382 389 4522 5 14 10 6268 77 92 78 14772 102 152 151 16945 49 54 49 8116 17 17 20 2165 71 99 95" 163378 408 453 466 527130 184 177 171 225182 193 192 176 23157 70 82 89 13521 24 31 29 103426 462 458 423 543623 790 791 703 1049358 370 383 369 379
Tabla 3: Superficie de los cuerpos de agua de las lagunas La Barrancosa, La Larga,Tuerto Venado, La Infinita, Martin Garcia y Los Patos medidas en hectareas,
SEPTIDIBRE
271,44 304,92
164,07 181,98 304,20 319,59 288,72
489,33 516,51 533,25 518,49 486,99
308,25 353,43 423,72 436,86 615,16
634,05 685,53 685,71 649,98 829,08
204,57 209,16 209,88 202,95 242,55
REVI$TA
SELPER
REVISTA .SELPER
VOL. tON" 1JUNIO 2004 29CUANTIFICACION DE VARIACIONES TEMPORALES
Aplicacion del modelohidrodinamico ISIS Flow
A modo de reproducir el comportamiento hidro-loqico - hidraulico del tramo laguna La Picasa -laguna Los Patos en el ana hidroloqico extrema2001, se implemento el modelo hidrodinarnicoISIS Flow al sistema Laguna La Picasa LagunaLos Patos Laguna EI Chariar; utilizando la informa-cion topoqrafica de perfiles transversales confor-me a obra del canal construido y del camino veci-nal a la salida de la laguna Los Patos, relevados enel ana 1999/2000 par la Direccion Provincial deObras Hidraulicas.
Se simulo el comportamiento hidrcloqico delcanal en el ana 2001 y se compararon los resulta-dos obtenidos can aforos realizados par la Subse-cretaria de Recursos Hidricos de la Nacion, aguasabajo de la seccion de la Laguna de Los Patos. Losresultados estimados de la rnodelacion fueronmenores alas observados. Debe agregarse al cau-dal calculado, el caudal ingresado en el tramo LosPatos Seccion de Aforo.
Tarnbien se utilize para contrastar los resultadosobtenidos del sistema modelado, las areas cubier-tas par inundacion en cada laguna a partir de lainformacion procesada de imaqenes satelitalestomadas los dias 12/02, 01/04, 20/06, 08/09 Y11/11 delan02001 (Tabla4).
Se aplico el modelo hidrodlnamlco a dicho ana
hidroloqico extrema y se determinaron los nivelesalcanzados enlas fechas indicadas en las image-nes. A partir de dichos niveles se calcularon lasareas de cada laguna, asociadas alas niveles yse compararon can los resultados obtenidos delas irnaqenes. Las areas asociadas alas nivelesde las diferentes lagunas fueron calculadas a par-tir de las curvas de nivel de las planchetas IGMque tienen una equidistancia de 2.50 m y de losperfiles medidos de los relevamientos topoqrafi-cas mencionados anteriormente. Estos perfilescorresponden aproximadamente a tres par lagu-na y su ubicacion planirnetrica fue ajustada enforma aproximada, dado que sus coordenadasplanirnetricas planas se encuentran en CampoInchauspe, distinta a la faja a la usada par el pro-yecto.
A partir de esta calibracion aproximada y compa-rando los resultados obtenidos de las irnaqenessatelitales, puede observarse en la Tabla siguienteque se obtiene una aproximacion razonable paralos diferentes niveles de las lagunas y en los perio-dos de estiaje.
Acontinuacion se muestra en la Figura 71a varia-cion temporal da las areas inundadas de cada lagu-na (Tuerto Venado, La infinita, Martin Garcia yLos Patos) de acuerdo a los resultados observa-dos y calculados par el modelo, can datos del ana2001.
Tabla 4: Cornparaclon entre datos observados y calculados en el modele hidrcdinamico ISIS Flow.* 0/0: Dato observado en imagen satelltal, D/C: dato calculado en el modelo.
Fecha Fecha Fecha
489.33 488 516.51 500.56533.25 488 518.49 483.5 486.99493.03
308.25355.57353.43544.01423.72 338.4 438.86329.71515.16524.32
634.05614.53685.53682.37685.71614.48649.98614.42 829.08715.83
204.57233.93209.16268.27 209.88231.07202.95208.18 242.55381.55Los Patos
30 VOL. 20 N° 1JUNIa 2004 CUANTIFICACION DE VARIACIONES TEMPORALES
REVISTA
SELPER
TUERTO VENADO600
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REVISTASELPER
VOL. 20 N° 1JUNIa 2004 31CUANTIFICACION DE VARIACIONES TEMPORALES
5. CONCLUSIONES
Los valores de superficie hfdrica para la cuencatotal aumentaron en el perfodo considerado desde22.403 ha hasta 37.608, (67,87%), reqistrandoseun cambio en la tendencia en el mes de septiem-bre.
En las cuatro subcuencas analizadas tarnbiense registraron aumentos finales, pero las tenden-cias del cambio y los valores porcentuales variaronentre ellas. Para la Picasa-Los Patos el cambio fuede un 83,76% y la tendencia fue siempre enaumento si bien no se conto con informacion parael mes de junio. La subcuenca Los Patos-Quirnopresento aumentos y disminuciones alternativasentre los meses analizados y el porcentaje deaumento final fue del orden del 54.64%. QuirnoJuncal y Las Encadenadas mostraron una tenden-cia similar que reqistro disminuciones en losmeses de junio y septiembre y valores porcentua-les de aumento de 87.18% y 63.16% respectiva-mente.
De las treinta y dos micro cuencas analizadassolo dos (6 Y 7) registraron valores menores a losiniciales, 128 ha a 32 ha y 135 ha a 100 ha, respec-tivamente.
De las treinta y un restantes, diecinueve de ellaspresentaron una disrninucion de su valor de super-ficie en el mes de septiembre. Esto podrfa deberseposiblemente a como se distribuyeron las lIuviasprecipitadas en el area.
Para las seis lagunas analizadas en particulartambien se registraron aumentos en sus valoresfinales excepto para Tuerto Venado que disminu-yo sensiblemente su superficie, pasando a ocuparde 489,33 ha a 486,99 ha. La Barrancosa au men-to su superficie un 23.33%, La Larga un 75.97%,La Infinita un 99.56% y Los Patos un 18.56%,registrando esta ultima una leve disrninucion desuperficie para el mes de junio.
La utlllzacion de estos datos para el ajuste delmodelo hidroloqico utilizado resulto ampliamentesatisfactorio, constituyendo esto un antecedentepara futura aplicaciones.
EI uso de informacion satelital perrnitio recupe-rar informacion que de otro modo no se hubieraobtenido ya que no se contaba con registros decampo de las coberturas hfdricas para las fechasde lnteres. La elaboracion de mapas multitempo-rales permite efectuar comparaciones rapidas y
precisas y hacer un analisis de los cambios regis-trados.
La metodologfa utilizada en el procesamientode la informacion es de uso generalizado, no obs-tante, su inteqracion y aplicaclon a un proyectode disefio de una medida estructural, como 10 esla obra de canalizacion de la descarga de la lagu-na La Picasa hacia el rfo Parana es de granactualidad y reviste pocos antecedentes en elpafs.
6. BIBLIOGRAFiA
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32 VOL. 20W IJUNIa 2004 EVALUACION DE LA PRECISION EN LA ORTORECTIFIC4CION
REV1STASELPER
Evaluaci6n de la precision en la ortorectificaci6n de imagenesdel satelite IKONOS en el area urbana de CaracasVictor Guevara, Aimara Reyes, Ramiro Salcedo, Alejandro Ruiz y Wuilian Torres
[email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected] de Procesamiento Digital de Imagenes (CPDI) Fundacion Instituto de Ingenieria (FH) Minis-
terio de Ciencias y Tecnologia (MCT)Telefono: (58212) 903 46 10; Fax: (58212) 903 47 80; Caracas, Venezuela
RESUMEN
EI presente trabajo plantea una metodologfapara evaluar la precision de la ortorectificacion deirnaqenes IKONOS (GEO, pan sharpened) de unazona urbana de Caracas. Esta metodologfa con-sistira en ortocorregir la imagen original al Datumlocal de la Canoa (PSAD56), usando 50 puntos decontrol obtenidos de mediciones DiferencialesGPS (DGPS) y un OEM obtenido a partir de las cur-vas de nivel de las cartas topoqraflcas a escala1:100.000 del Instituto Geogratico de VenezuelaSimon Bolivar (IGVSB).
SUMMARY
The present paper presents a methodology toassess the ortho-rectification accuracy performedon IKONOS 1 meter pan-sharpened data collectedover the north-western sector of Caracas city. Thismethodology consisted of re-projecting the originalimage to the local datum of La Canoa (PSAD 56),then, to apply a set of 50 ground control points(GCP's) obtained by means of GPS differentialobservations (DGPS), as well as a 20 m OEMobtained from contour lines from existing topo-graphic charts at the scale of 1:100.000, producedby the Instituto Geoqrafico de Venezuela SimonBolivar (IGVSB).
1. INTRODUCCICN
EI objetivo de este trabajo consistio en plantear yevaluar la precision de una metodologia para laortocorreccion de irnaqenes del satelite IKONOSen una zona Urbana de Caracas.
La metodologfa de ortorectiflcacion de irnaqenesIKONOS que se ha utilizado en el Centro de Proce-samiento Digital (CPDI) del Instituto de Ingenierfa(FII) se basa en la elaboracion de Modelos Digitalesde Elevaciones (OEM) obtenidos de mapas topo-qraficos a escala 1:1.000 y 1:5.000, complementa-dos con puntos de control. Esto plantea serias res-tricciones para la ortorectificacion de irnaqenesIKONOS en aquellas zonas donde no se disponga
de cartografia a estas escalas.Por esto se considero 131 estudio de otra metodo-
logfa para ortocarregir imaqenes de satelites dealta resolucion espacial (1 my 4 m).
La metodologfa usada en el presente trabajo eva-luo la precision de la ortorectificacion de irnaqenesIKONOS de 1m (GEO, pan sharpened) de unazona urbana de Caracas. Esta consistio en repro-yectar la imagen original al datum local de laCanoa (PSAD56), usando 50 puntos de controlobtenidos de mediciones Diferenciales GPS(DGPS) y un OEM obtenido a partir de las curvasde nivel de las cartas topograticas a escala1:100.000 deIIGVSB.
Se proceso la imagen IKONOS usando el softwareOrthoEngine version 7.0, este utiliza el modelo desa-rrollado por el Dr. Thierry Toutin del Canadian Centrefar Remote Sensing (CCRS), Natural ResourcesCanada (Toutin and Cheng, 2000).
Para evaluar las precisiones de la tecnica utili-zada, se desarrollo el estudio en una subescenade la imagen que comprende la zona Norte-Oestey Norte-Centro de Caracas con un area de 1.170Hectareas y con alturas entre 890 y 1.200 msnmm(Figura 5). Tarnbien se evaluo la influencia de lacercanfa de areas rnontariosas, cuando se usa elmodele de ortocorreccion.
Los resultados se evaluaron correlacionandoloscon los puntos de chequeo GPS, con los ortofoma-pas del Proyecto Cartocentro deIIGVSB, as! comocon el producto ortocorregido con los mapas1:1.000 y 1:5.000 en el CPO I (Ruiz,2.000).
2. ANTECEDENTES
Atkinson y Smith (2.001) demostraron que lospuntos de control terrestres (GCPs) originados dela carnparia DGPS tienden a una mejor precisionen la rectificacion de irnaqenes SPOT y TM queaquellos derivados de mapas topoqraficos (medi-dos par el RMS), concluyendo que la precision dela rectificacion depende de la precision de los pun-tos de control GCPs.
Gerlach (2.001) plantea que la elevacion del soly la inclinacion del sate lite sobre las diferentes
REVISTASELPER VOL. 20W IJUNIO 2004 33EVALUACION DE LA PRECISION EN LA ORTORECTIFICACION
zonas de la escena tienden a crear variaciones enel contraste de la imagen cuando se trata de esce-nas pancrornaticas sobre ciudades, porque se real-zan las sombras producidas por el sol y las zonasno vistas por el sensor, las cuales tienden a hacerque se pierdan detalles sobre el terreno.
Main (2000) recomienda que la escogencia delos GCPs con alta calidad de reconocimiento en laimagen es de vital importancia para ubicar estoscon alta precision. Se sugiere la toma de puntospor ejemplo sobre la superficie asfaltica pintada,intersecciones de caminerfas 0 en la "T" de unacancha de tenis. Tarnbien se recomienda paraobtener productos a escala 1:4.800 un RMS de 1,9pfxeles. Adernas define un alto nivel de medicio-nes para la carnparia GPS, en la cual, se debenobtener precisiones de 0,7 m en planimetrfa y 1,5men altimetrfa. Tarnbien recomienda que por cada10 Km de area se deben usarcomo mfnimo 10 pun-tos de control GPS.
Ganas, et al (2.001) realize un trabajo en los sub-urbios de Atenas-Grecia que consistio en ortoco-rregir irnaqenes IKONOS GEO pancrornaticas enun area plana, con variaciones entre los 70 y 250m, donde se usaron 17 puntos de control obteni-dos de una carnparia GPS diferencial y un OEM a20 m obtenidos de los mapas topoqraficos de Gre-cia a escala 1:50.000, generando un error cuadra-tico medio (RMS) de 0,6 pfxeles y el mismo errorpara los puntos de verificacion desde 15,97 pfxe-les a 0,9 pfxeles.
Oial (2.000) concluye con la experiencia de losmapas hechos desde fotografias aereas que exis-te una constante en la resolucion de la imagen, y laescala y precision de los mapas. Se sugiere unaprecision horizontal para ciertas escalas: Paramapas a escala 1:2.400 el radio de error en el 90%de la escena no debe ser mayor a 2,0 m (CE90 de2,0 m) y a escala 1:4.80,0 el CE90 deberfa ser de4,1 m. Para la primera, Corbley (2.000) sugiereuna precision de 3 m en altimetria para los puntosde control terrestre.
IKONOSEI satelite IKONOS puesto en orbita el 24 de sep-
tiembre de 1.999 por la empresa Space Imaging Inc.Es el primer satelite comercial que ofrece irnaqenesde alta resolucion espacial de 1 m en modo pancro-matico y 4 m en el multiespectral, con vista fuera delnadir de hasta 50 hacia cualquier direcclon del azi-mut, permitiendo observar una misma area cada 2 03 dfas. IKONOS orbita la tierra cada 98 minutos auna altitud aproximada de 400 millas. Con IKONOSse obtienen irnaqenes a 11 bits (2048 niveles de gri-ses) 10 cual genera un range de informacion muydetallado. Space Imaging comercializa productos
con range de precision de 4, 10, 12, 25 y 50 m(CE90) del area de las irnaqenes no incluyendo asflos efectos topoqraticos,
PCIOrthoEngineEste software comercial usa el modele desarro-
Ilado par el Or. Thierry Toutin del Canadian Centerfor Remote Sensing (CCRS), el cual fue probadousando otros dos rnetodos adicionales que son elrnetodo polinomial y racional polinomial. EI prime-ro solo corrige distorsiones planirnetricas basicasy el segundo involucra la altura de los puntos decontrol para rectificar la imagen. Estos ultirnos norequieren informacion del sensor ni del satelite, Encambio, el rnetodo que involucra el modele a utili-zarse refleja la realidad ffsica desde el punto devista qeornetrico y corrige las deformaciones pro-ducidas por la plataforma, el sensor, la Tierra yalgunas deformaciones producidas por la proyec-cion cartoqrafica. 0 sea, este ultimo rnetodo consi-dera la informacion del satelite y del sensor paraortorectificacion.
La funcionalidad del software fue comprobada enuna localidad de Toronto, Canada con elevacionescomprendidasentre los 180 y 240 m. Allf fueroncolectados 30 puntos de control distribuidos unifor-memente sobre la imagen obtenidos de ortofotoscon 20 cm de precision y un OEM a 2 m. Obtenien-do de la ortorectificacion un RMS de 1,3 m y unerror maximo de 3,0 m. (Toutin,2.000).
3. LA METODOLOGiA
Imagen IKONOSLas irnaqenes IKONOS (GEO, pan sharpened) uti-
lizadas en este proyecto fueron adquiridas por elCPOI en el marco de un proyecto contratado por elConsejo Nacional de la Vivienda (CONAVI), para laevaluacion de darios producidos como consecuen-cia de las lIuvias excepcionales ocurridas en Oiciem-bre de 1999. La escena cubre desde el sector Gra-moyen al oeste, hasta el Country Club al este de laciudad de Caracas, y desde el23 de enero por el sur,hasta Galipan al Norte (vease Figura 1). La topogra-fia en el valle de Caracas varfa desde los 890 mhasta los 1.200 m y en la zona rnontariosa sobrepa-sa los 2.000 msnm. EI tipo de uso en la zona urbanacomprende desde zonas residenciales unifamiliaresde baja densidad hasta multifamiliares de alta densi-dad alternando con zonas comerciales y administra-tivas.
La imagen IKONOS fue adquirida el18 de febre-ro de 2.000. EI producto ha sido adquirido en for-mato GEO (pan sharpened) en proyecclon UTM19, datum WGS84 con una precision nominal de50 m (CE90). Para la ortorectificacion de la imagen
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REVISTASELPER
se usaron 50 puntos de control obtenidos por la tee-nica Diferencial GPS, un DEM con un tarnario delpixel de 20 myel software PCI OrthoEngine.
Se evaluo la precision de la ortorectificacion dela imagen IKONOS sobre un area urbana seleccio-nandose una subescena en la cual se muestra ladistribucion de los puntos de control (vease Figura5) que comprende desde las inmediaciones delParque del Oeste en Catia hasta el Colegio LaSalle al Este de la imagen IKONOS, para un totalde 28 puntos de control y 5 puntos de chequeosobre el area de estudio.
Figura 1. Imagen IKONOS no ortocorregida, dondese representa hacia el sur, la zona Urbana de Cara-
cas y al Norte el Parque Nacional EI Avila. LosGCPs estan representados en Rojo y los de Che-
queo en Cyan.
Mediciones GPSEI Sistema de Posicionamiento Global (GPS)
esta basado en la transmlslon de informaciondesde una constelacion de sate lites hasta losreceptores GPS que estan sobre la superficieterrestre. La red del sistema GPS esta dispuestade tal forma que un receptor sobre la superficieterrestre puede captar un minimo de 4 satelites encualquier momento del dla y en cualquier parte dela superficie terrestre. Cad a satelite describe orbi-tas circulares a 20.180 Km. de altura, con un perio-do aproximado de 12 horas. Como la altura de lossatelites equivale a tres veces el radio de la tierra,cada receptor esta en capacidad de recibir la serial,por un periodo aproximado de 6 a 7 horas. EI usode dos receptores grabando simultanearnente ycaptando la serial de casi todos los satelites es unarnanera efectiva de disminuir el error y aumentar laprecision del posicionamiento.
En el presente trabajo fueron colectados 70 pun-tos GPS durante el mes de enero del 2.002. Lascondiciones atmosfericas reinantes variaron entrenubladas y soleadas. Dos receptores GPS de uso
cartoqrafico fueron usados (GeoExplorer 3). Estosreceptores garantizan precisiones de 20 cm cap-tando datos en modo Fase y corrigiendo diferen-cialmente.
Previo a la Campana GPS se definio como esta-cion base ellnstituto de Ingenieria (FII), establecien-do sus Coordenadas Geodesicas a partir del puntoIDEA de la Red GPS Metropolitana de Caracas deOrden C definida por eIIGVSB. Mediante la tecnicade recoleccion de datos en modo fase y el rnetodode rnedicion GPS Diferencial, se obtuvo asl el puntoFII con coordenadas N 1.151.274,30, E 731.444,13Y 1.362,06 m sobre el elipsoide con precisiones de20 cm en planimetria y de 20 cm en altimetria referi-dos a la proyeccion UTM 19 datum La Canoa. Severifico la precision de los puntos de control reali-zando mediciones diferenciales ados puntos delIGVSB: el IDEA a 1,24 Km y AVILA a 15,38 Km delIGVSB obteniendo errores de 0,08 m en planimetriay de 0,03 m en altimetria, y de 0,06 m en planimetriay de 0,23 m en altimetria respectivamente ambos dela Red Metropolitana GPS de Caracas.
Previo alas mediciones GPS se realize la esco-gencia de los puntos de control (GCP) y de verifica-cion con alta calidad de reconocimiento en la ima-gen para que pudieran ser ubicados con la mejorprecision posible. (vease las Figuras 2, 3 Y 4), evi-tando los lugares cubiertos por sombras producidaspor edificaciones, asl como las zonas no "vistas" porel sensor, las cuales impiden observar detalles de laimagen. Otro factor importante a considerar es evi-tar tomar puntos GPS donde se encuentren obs-trucciones verticales, ya que disminuye la capturade la serial desde los satelites.
Figura 2: Punto de Control 304. Se puede Observarla posicion precisa y nitida del punto sobre la ima-
gen, que representa la esquina de una camineria dearcilla (se muestra dentro del circulo amarillo).
REVISTASELPER EVALUACION DE LA PRECISION EN LA ORTORECTIFICACIONVOL. 20W 1JUNIa 2004 35
Para todos los puntos de control se torno lasiguiente informacion: Numero del punto, dfa, des-cripcion del lugar, la hora de la captura, y la respec-tiva minuta de campo.
EI procesamiento de los datos de la carnpanaGPS fue efectuado con el software GPS Pathfin-der Office 2.80 de Trimble. De los 70 puntos ubica-dos sobre la escena, 50 son puntos de controlGCPs y 20 son puntos de verificacion. Se presentala precision estimada por el software en la Tabla 1,la cual es de 1,22 m en planimetrfa y de 2,15 m enaltimetrfa.
Figura 3: Punto de Control 308. Plaza Candelaria.La marca oscura representa la estatua. La ubica-
cion precisa del punto se observa en la esquina deuna jardinera, notando la diferencia entre el jardin
y el concreto.
Figura 4: Punto 307. Colegio La Salle. Punto sobreellindero entre la cancha de Beisbol y la de Futbo-
lito, y la Av. Boyaca,
Tabla 1: Precision de los Puntos GPS. GCP puntosde control. GVP. Puntos de Verificacion.
Todos los puntos medidos.
GCP GVP Todos
H(m) V(m) H(m) V(m) H (m) V(m)
Max 1,77 3,56 1,70 3,29 1,77 3,56
Mill 0,38 0,55 0,35 0,57 0,35 0,55
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Las alturas elipsoidales (h) fueron transforma-das a alturas ortornetricas (H) usando el ModeloGeopotencial Global EGM96, con una precisionnominal de 0,5 m, desarrollado porel Nationallma-ging Mapping Agency (NIMA), el cual, realiza unacorreccion a la Ondulacion Geoidal (N), cuando seIe introduce la altura elipsoidal al programa. (NIMAEGM96 Calculator Ver 1.1).
DEM (Digital Elevation Model)EI DEM utilizado fue producido a partir de las cur-
vas de nivel con intervalos de 40 m de las cartas aescala 1:100.000 editadas por eIIGVSB. EI mode-10 fue construido con un espaciamiento en la cua-drfcula de cada 20 m para eliminar los errores deinterpolacion en la imagen con las curvas de nivel,Las caracterfsticas del DEM son las siguientes:
La precision planirnetrica en el 90% del area esde50m.
La precision altirnetrica es de 20 m en el 90% delos casos.
EI operador digitaliza con un error de 0.1 mm lIe-gando inciertamente a 10m. para escalas1:100.000.
En el proceso de interpolacion para generar elDEM resulto diffcil cuantificar la contribucion delerror, la cual fue estimada como irrelevante.
La topograffa que caracteriza al sector del Vallede Caracas que comprende el area de estudio,esta compuesta por pendientes medias a altashacia el norte y noroeste, donde se localizan las fal-das de la Serranfa del Avila. Esta tiende a ser masplana hacia el este, a medida que aumenta la dis-tancia del pie de monte. Hacia el sur y suroeste, selocalizan las colinas donde se em plaza la urbani-zacion 23 de Enero, 10 cual se traduce en pendien-tes medias a altas. Por otra parte, dentro del paisa-je resaltan algunos quiebres de pendiente de granrelevancia como el Canon de Tacagua y los cau-ces de las Quebradas Manicomio, Lfdice y Catu-che.
4. RESULTADOS
La imagen ortocorregida se puede observar enla Figura 5, y se resume en la Tabla 2. Donde con laorto- rectiflcaclon se obtuvo un error RMS en X de4,90 pfxeles y en Y de 2,53 pfxeles y el de los pun-tos de chequeo en X es de 27,69 pfxeles y en Y de12,06 pfxeles.
Para mejorar la distribucion espacial del error seseleccionaron los puntos de control con mayor pre-cision. Se escoqio como tecnica de replanteo delpfxel el rnetodo bilineal, porque no se observarondistorsiones visibles de Ifneas a alta resolucion. Seutilize como datum la Canoa.
36 VOL. 20 N" \JUNIa 2004 EVALUACION DE LA PRECISION EN LA ORTORECTIFICACION
REV\STASELPER
Para la verificacion de la imagen IKONOS orto-rectificada, se utilizo: puntos de chequeo GPS, lasirnaqenes ortocorregidas en el CPOI (Ruiz, 2.000)Y los ortofomapas (IGVSB).
Los Ortofotomapas del proyecto CartocentrodeIIGVSB, levantado a un pixel de 2,5 m con unaprecision planirnetrica de 10m (excelente correla-cion visual con los puntos GPSs en toda el area)con los que fueron usados como referencia paraobservar la relacion existente con la imagen orto-corregida, donde habia una coincidencia en lamayor parte de la zona de estudio (ver Figura 6),exceptuando al Este del sector Ruperto Lugo quese localiza en la zona Norte de Los Frailes (verFigura 7) y una pequeria variacion en la parte Surde la imagen especfficamente en la zona del 23de Enero.
Figura 5: Imagen Ortocorregida representadasobre un Modelo Digital del Terreno.
Figura 6: Comparaclon entre la imagen Ortocorre-gida (Vista derecha) y los Ortofotomapas (vista
Izquierda).
Figura 7: Cornparacion entre la imagen Ortocorre-gida (Vista superior) y los Ortofotomapas (vista
Inferior).
Cornparacion con la imagen ortocorregida porel CPOI (2.000), con la imagen ortocorregida eneste trabajo. (Ver Figura 8). En general se puedeobservar una buena correlacion entre las dos irna-genes ortocorregidas exceptuando en la zonaNorte de Los Frailes como se rnenciono anterior-mente.
Figura 8: Comparaclon entre la imagenOrtocorregida en este trabajo (vista derecha)y Ortocorregida por el CPDI en el afio 2.000
(vista izquierda).
Los puntos de Chequeo GPS fueron converti-dos a una capa vector para luego ser correlacio- .nados con las posiciones que deberfan lIevar ori-ginalmente, cuando fueron medidos. Mostran-dose errores total mente distintos a los dados porel RMS calculado por OrthoEngine. (vease laTabla 2).
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SELPERVOL. 20 N' IJUNIa 2004 37EVALUACION DE LA PRECISION EN LA ORTORECTIFICACION
Tabla 2: Precision de la Ortorectlflcaclon. Oif es ladiferencia sobre la imagen corregida de 105puntos de Chequeo. Prec OGPS es la precision dela ccrrecclon diferencial. RMS Ortho es el errorRMS de la Orto rectlflcaclon.
Errores (m)
ID Dif Prec. RMSDGPS Ortho
005 2,04 1,42 25,05
013 1,72 1,12 32,01
109 2,16 1,67 21,19
007 16,76 1,lO 11,26
302 17,09 0,38 16,43
La Salle 2,63 1,21 -Hotel 1,98 1,74Avila -
San 2,72 1,17Bernadino -
Analisls de ResultadosPara la ortocorreccion de la imagen del area
urbana de Caracas se presento varias condicionesnegativas, en cuanto a que la imagen no poseeparametres orbitales, tiene un anqulo deincidencia de la imagen de 50° y un OEM de bajaresolucion para esta zona por poseer unatopograffa variada.
Sin embargo, cuando se realize lacornparacion visual de la imagen IKONOS conlos Ortofotomapas del proyecto Cartocentro, enla cual se observe una buena similitud entre loselementos espaciales sobre casi toda la imagen,exceptuando la zona norte el sector lIamado LosFrailes donde existen desplazamientos endireccion Norte y Este del orden de 15 m linealesaproximadamente. Ta rn b i e n existendesplazamientos hacia el sur de la imagen en lazona del Barrio Santa Clara, deaproximadamente 17 m. Si observamos laFigura 9, el OEM de la zona permite definir quehay cambios de pendiente en la topograffa 10quedefinitivamente afecta la ortocorreccion de laimagen.
Cuando se comparan los ortofotomapas y laimagen ortocorregida con la cartografia digital, se
observaron diferencias inferiores a los 2 metrosdebido a que en esta zona la topograffa no presentacambios bruscos de pendiente. Como sucede enlas inmediaciones del Parque del Oeste en Catia,en el Barrio La Linea, Los Flores, Gato Negro,Udice, Manicomio, algunas zonas del 23 de Enero,La Pastora, Altagracia, San Jose, La Candelaria,Mariperez, San Bernardino, Sarria, Guaicaipuro. Amedida que se acerca al pie de monte del ParqueNacional el Avila las diferencias se incrementansobre todo en el area de Puerta de Caracas dondese identifican pequerias deformaciones endireccion Este cuando se observan dos laderas,este fenorneno es muy visible en los barriosMacayapa y Resplandor, encontrandose estossobre el parque nacional el Avila.
Figura 9: OEM de la zona de estudio. Se observan105 cambios de pendiente existentes en las zonasproblema, que se presentan en la parte inferior ysuperior izquierda de la imagen.
En cuanto a los puntos de chequeo el 005 y 013,el primero ubicado en la calle principal de Miradory el segundo en los altos de Udice. Estos poseendiferencias que estan en el orden de los 2 m, el109 ubicado en La Candelaria (centro deCaracas) tiene una diferencia de 2,16 m.Adicionalmente se midieron otros tres puntosubicados a una distancia aproximada de 100 m,donde se hace rnencion al punto del Hotel Avilaque tiene una diferencia por debajo de los 2 m ylos otros dos por estar muy cercano al Avila tieneuna precision de 2,6 y 2,7 m, con esto seevidencia 10 importante de un OEM precisocuando se tiene una superficie topoqrafica muyvariada, tomando como caso especial al colegioLa Salle, que al estar muy cerca al Par,queNacional el Avila y ser el punto de control extremoala escena, tiende a producir deformaciones porla falta de un OEM preciso.
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5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Para la imagen IKONOS (GEO, pan sharpened)realizada en el area urbana de Caracas, NO seobtuvo la exactitud cartoqrafica requerida para laescala 1:5.000, porque el RMS de los puntos decontrol fue de 4,90 m. A pesar de'e'so,'al comparar .las zonas planas con los Puntos de Verificaci6n ycon otros productos ortocorregidos, se concluyeque esta alcanza las precisiones de un producto aescala 1:5.000 para zonas con cambios de pen-dientes inferiores aI8%.
Se recomienda el uso de lrnaqenes Orthokitpara trabajar errareas urbanas.
Se recomienda el uso de DEM's de mayor reso-luci6n para ortocorregir irnaqenes Ikonos dondeexistan cambios evidentes de pendiente. Tarnbiense recomienda evaluar la posibilidad de extraerlosa partir de estereo irnaqenes de sensores como elLlDAR, SPOT e IKONOS.
6. REFERENCIAS
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notes, Vol 15, N°2. (pp. 6-7).Ganas A., Lagios E. Y Tzannetos N. (2.001). An
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Toutin T. y Cheng P. (2.000). Demystification ofIKONOS. Ottawa, Canada: Canadian Center ofRemote Sensing, Natural Resources Canada.
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VOL. 20 N°!JU !O 2004 39
TELEDETECCIONY SISTEMAS DEINFORMACION GEOGAAFICAAPLICADOS AL ESTUDIODEL MEDIO AMBIENTE
2005Objctivo
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