Diapositiva 1

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Jornadas sobre cartografía y geomática técnicas
eficientes para la gestión eficiente del
territorio
Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y
Tecnologías de la Información Espacial
INTEGRACIÓN Y ANÁLISIS EXPLORATORIO DE DATOS
GEOESPACIALES MULTIFUENTE PARA EL SEGUIMIENTO Y
MODELADO DE LA EVOLUCIÓN Y VULNERABILIDAD DE
ÁREAS COSTERAS Proyecto de Excelencia
P08-RNM-03575 (2009-2012)
Dr. Fernando J. Aguilar Torres Profesor Titular
de la Universidad de Almería Departamento de
Ingeniería Rural
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Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y
Tecnologías de la Información Espacial
1. Antecedentes
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
Más de la mitad de la población del planeta vive
a menos de 60 Km de la línea de costa. En España,
algo más del 44 de la población vive en
municipios costeros (que constituyen a penas un
7 del territorio total).
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2

• Incremento zonas urbanizadas (sellado del suelo)
• Falta de planificación
• Extracción de arenas para invernaderos

CONCLUSIONES
Presión antrópica
Rotura del equilibrio
Es sostenible esta situación a medio-largo
plazo?
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Tecnologías de la Información Espacial
1. Antecedentes
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
El IPCC (Intergovernmental Panel of Climate
Change) señala a la región del Mediterráneo
(sobre todo zonas áridas y semiáridas) como las
que más intensamente sufrirán las consecuencias
de las variaciones del clima.
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
1 m SLR
4 m SLR
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Tecnologías de la Información Espacial
1. Antecedentes
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
El Plan Andaluz de Medio Ambiente 2004-2010
dedica un área estratégica a la GESTIÓN AMBIENTAL
INTEGRADA DEL LITORAL
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO

• Obtención de datos georreferenciados ()
• Extracción de información
• Generación de conocimiento
• Generación de modelos
• Toma de decisiones

Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
MONITORING

• Cómo podemos abordar una metodología eficiente,
  precisa e integrada para el monitoreo de nuestras
  costas y urbanizaciones litorales?
• Cuáles podrían ser las aplicaciones inmediatas
  de dicha metodología?

() Shupeng, C. and J. van Gendereng, 2008.
Digital Earth in support of global change
research. International Journal of Digital Earth,
1(1), 43-65.
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Tecnologías de la Información Espacial
2. Objetivos
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
1) Aplicación, integración y desarrollo de
técnicas geomáticas para el estudio de la
evolución de la línea de costa y la franja
litoral a partir de MDEs y MDSs obtenidos a
partir de vuelos fotogramétricos multitemporales
y Láser Escáner Aerotransportado. 2) Desarrollo
y evaluación de técnicas basadas en la
integración-fusión de datos georreferenciados y
segmentación de objetos para la detección
automática y eficiente de zonas impermeables,
edificios e infraestructuras en entornos
costeros. 3) Introducción del análisis
exploratorio de datos para el modelado de la
influencia del crecimiento urbano litoral en los
procesos de erosión y/o acreción costera.
Aplicación de técnicas geoestadísticas y de
regresión y autocorrelación espacial. 4)
Aplicación de la información recopilada a lo
largo de la consecución de los objetivos
anteriores en la delineación del área inundada de
una zona costera ante diferentes escenarios de
riesgo como pueden ser incremento del nivel del
mar como consecuencia del cambio climático,
episodios de fuertes tormentas durante marea alta
(storm surge), escorrentía y desbordamiento de
ramblas y ríos, escorrentía urbana, etc.
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
4
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3. Área de trabajo
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
5
7
4. Desarrollo
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ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 1 Aplicación, integración y desarrollo
  de técnicas geomáticas para el estudio de la
  evolución de la línea de costa y franja litoral

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2

• Vuelos fotogramétricos históricos desde 1956-57
  (vuelo americano) a distintas escalas y con/sin
  certificado de calibración de cámara
  (self-calibration).
• Vuelos fotogramétricos de nueva ejecución con
  cámara digital DMC Intergraph RGBIr (tamaño
  pixel terreno 0,15 m) y ALS (LiDAR ALS50-II
  Leica) con densidad de puntos 1,32 puntos/m2 y
  alta precisión vertical (0,15 m).

CONCLUSIONES
6
8
4. Desarrollo
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ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 1 Aplicación, integración y desarrollo
  de técnicas geomáticas para el estudio de la
  evolución de la línea de costa y franja litoral

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
ESTEREOMATCHING
CONCLUSIONES
Modelo analógico basado en curvas de nivel
Z f(x,y)
Modelo Digital de Elevaciones
7
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4. Desarrollo
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ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 1 Aplicación, integración y desarrollo
  de técnicas geomáticas para el estudio de la
  evolución de la línea de costa y franja litoral

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
Diferencias entre z MDE y z GPS precisión
CONCLUSIONES
Selección de Check points (N)
RMSE y Error Medio
Check Points Error (ZMDEi -ZCPi ei)
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4. Desarrollo
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ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 1 Aplicación, integración y desarrollo
  de técnicas geomáticas para el estudio de la
  evolución de la línea de costa y franja litoral

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
Leptokurtosis ?2gt0
Platokurtosis ?2lt0
Aguilar F.J. et al., 2007. A theoretical approach
to modelling the accuracy assessment of DEMs.
Photogrammetric Engineering Remote Sensing
73(12)
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4. Desarrollo
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ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 1 Aplicación, integración y desarrollo
  de técnicas geomáticas para el estudio de la
  evolución de la línea de costa y franja litoral

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
MDE
ez
elc
MSL
Ground truth
tga
10
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4. Desarrollo
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ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 1 Aplicación, integración y desarrollo
  de técnicas geomáticas para el estudio de la
  evolución de la línea de costa y franja litoral

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Utilización de LiDAR-MDEs (relieve sombreado)
como referencia para la obtención de puntos
terreno (X,Y,Z) y orientación exterior de
fotogramas históricos
Objetivo 2
CONCLUSIONES
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4. Desarrollo
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ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 1 Aplicación, integración y desarrollo
  de técnicas geomáticas para el estudio de la
  evolución de la línea de costa y franja litoral

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Utilización de LiDAR-MDEs como referencia para la
obtención de MDEs procedentes de vuelos
históricos mediante surface-matching
Objetivo 2
CONCLUSIONES
12
14
4. Desarrollo
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ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 1 Aplicación, integración y desarrollo
  de técnicas geomáticas para el estudio de la
  evolución de la línea de costa y franja litoral

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Utilización de LiDAR-MDEs como referencia para la
obtención de MDEs procedentes de vuelos
históricos mediante surface-matching
Objetivo 2
CONCLUSIONES
13
15
4. Desarrollo
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Tecnologías de la Información Espacial
ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 1 Aplicación, integración y desarrollo
  de técnicas geomáticas para el estudio de la
  evolución de la línea de costa y franja litoral

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Utilización de LiDAR-MDEs como referencia para la
obtención de MDEs procedentes de vuelos
históricos mediante surface-matching
Objetivo 2
CONCLUSIONES
Mínimos cuadrados sin peso transformación
Helmert 3D con función objetivo tipo LZD
Refino solución
Estimador robusto Tukeys Biweight
Iterar hasta convergencia
Cálculo del modelo diferencial dZi
Asignación de pesos binarios a cada punto
Aplicación de mínimos cuadrados con peso (Helmert
3D) hasta convergencia
Aplicación de mínimos cuadrados con peso (Helmert
3D)
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4. Desarrollo
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Tecnologías de la Información Espacial
ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 2 Detección automática de zonas
  impermeables, edificios e infraestructuras en
  entornos costeros a partir de datos
  multitemporales y multifuente

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Segmentación de una imagen La variabilidad
espectral de los píxeles de una clase da lugar a
una región, no un solo punto, en un espacio
n-dimensional
Objetivo 2
CONCLUSIONES
Los píxeles pertenecientes a la clase terreno
desnudo ocupan una región diferente a los de la
clase vegetación
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4. Desarrollo
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ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 2 Detección automática de zonas
  impermeables, edificios e infraestructuras en
  entornos costeros a partir de datos
  multitemporales y multifuente

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Clasificación supervisada
Firmas espectrales
Objetivo 2
CONCLUSIONES
Área de vegetación
Área urbanizada
Área de suelo desnudo
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4. Desarrollo
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ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 2 Detección automática de zonas
  impermeables, edificios e infraestructuras en
  entornos costeros a partir de datos
  multitemporales y multifuente

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Imagen multiespectral
Imagen Clasificada
Objetivo 2
CONCLUSIONES
Signatura espectral del píxel que va a ser
clasificado
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4. Desarrollo
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ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 2 Detección automática de zonas
  impermeables, edificios e infraestructuras en
  entornos costeros a partir de datos
  multitemporales y multifuente

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1

• Problemas métodos clásicos
• Distribución normal multivariante para cada
  clase (estadística paramétrica)
• Clasificación píxel a píxel (pérdida de la
  información de vecindad y disminución de la
  eficiencia)
• Falta de información en zonas radiométricamente
  variables que genera malas clasificaciones

Objetivo 2
CONCLUSIONES
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20
4. Desarrollo
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ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 2 Detección automática de zonas
  impermeables, edificios e infraestructuras en
  entornos costeros a partir de datos
  multitemporales y multifuente

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
Se necesitan nuevas estrategias basadas en la
fusión de datos y en la clasificación de objetos,
más que píxeles, para trabajar con imágenes de
muy alta resolución geométrica
CONCLUSIONES

• Cuatro estrategias básicas están siendo abordas
  en el contexto de este proyecto dentro del vector
  de atributos
• Integración de la textura e información espacial
  (vecindad) para la mejora de la clasificación por
  píxeles
• Segmentación y clasificación de objetos, más que
  de píxeles (region-merging techniques)
• heterogeneidad wcolor?hcolor
  wforma?hforma
• Fusión de datos integrando información
  morfológica 3D (datos LiDAR)
• Aplicación de clasificadores no paramétricos
  basados en Machine Learning (reglas de decisión
  generadas automáticamente a partir de áreas de
  entrenamiento mediante métodos inductivos)

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4. Desarrollo
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ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 2 Detección automática de zonas
  impermeables, edificios e infraestructuras en
  entornos costeros a partir de datos
  multitemporales y multifuente

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Incorporación de datos altimétricos LiDAR
Objetivo 2
CONCLUSIONES
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4. Desarrollo
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Tecnologías de la Información Espacial
ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 2 Detección automática de zonas
  impermeables, edificios e infraestructuras en
  entornos costeros a partir de datos
  multitemporales y multifuente

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Filtrado y Modelo Digital de Superficie
Objetivo 2
CONCLUSIONES
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4. Desarrollo
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Tecnologías de la Información Espacial
ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 2 Detección automática de zonas
  impermeables, edificios e infraestructuras en
  entornos costeros a partir de datos
  multitemporales y multifuente

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
Obtención del modelo de alturas de objetos h
(MDS-MDT)
h
MDT MDS
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4. Desarrollo
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ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 2 Detección automática de zonas
  impermeables, edificios e infraestructuras en
  entornos costeros a partir de datos
  multitemporales y multifuente

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
MULTILAYER COORDINATED CLUSTERS Integración de
color y textura en un mismo vector de
características
CONCLUSIONES
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4. Desarrollo
Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y
Tecnologías de la Información Espacial
ANTECEDENTES
OBJETIVOS

• Objetivo 2 Detección automática de zonas
  impermeables, edificios e infraestructuras en
  entornos costeros a partir de datos
  multitemporales y multifuente

ÁREA TRABAJO
DESARROLLO
Objetivo 1
Generación de reglas de decisión difusas
basadas en árboles de decisión (Machine Learning)
y los atributos evaluados para cada objeto o píxel
Objetivo 2
HIPÓTESIS
REGLAS
CONDICIONES
CONCLUSIONES
23
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5. Conclusiones
Grupo RNM-021 Gestión Integrada del Territorio y
Tecnologías de la Información Espacial
ANTECEDENTES
OBJETIVOS
ÁREA TRABAJO
La consecución de los objetivos planteados en
este proyecto de investigación permitirá obtener
información relevante y desarrollar herramientas
útiles para la toma de decisiones en relación a
la gestión de nuestras costas. A lo largo de la
exposición desarrollada se ha puesto de relieve
la preocupante situación medioambiental que
amenaza el futuro de nuestro litoral, agravada,
si cabe, por el incipiente proceso de cambio
climático al que nos vemos abocados. Aunque es
responsabilidad de las instituciones públicas
competentes el tomar decisiones y medidas de
prevención al respecto, no es menos cierto que
los científicos debemos proveer los modelos y
herramientas de simulación apropiadas para
garantizar, conociendo y aportando la
incertidumbre de los datos que manejamos, que
esas decisiones sean lo más acertadas posibles.
DESARROLLO
Objetivo 1
Objetivo 2
CONCLUSIONES
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
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