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Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial

Nuevas Tecnologías para la Información y Representación del Territorio. Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial UNIVERSIDAD DE ALMERÍA. INGENIERÍA GEOMÁTICA. APLICACIONES ORIENTADAS AL SEGUIMIENTO Y MODELADO DE LA EVOLUCIÓN DE ÁREAS COSTERAS

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  1. Nuevas Tecnologías para la Información y Representación del Territorio Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial UNIVERSIDAD DE ALMERÍA INGENIERÍA GEOMÁTICA. APLICACIONES ORIENTADAS AL SEGUIMIENTO Y MODELADO DE LA EVOLUCIÓN 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 http://www.ual.es/GruposInv/ProyectoCostas/index.htm

  2. Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial 1. Antecedentes 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). En Almería más del 70% de la población reside en zonas costeras (211 hab/km2 frente al interior, 28 hab/km2) ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO • Incremento zonas urbanizadas (sellado del suelo) • Falta de planificación • Extracción de arenas para invernaderos (más de 18 millones de m3 desde entre los 60 y finales de los 80) CONCLUSIONES Presión antrópica Rotura del equilibrio ¿Es sostenible esta situación a medio-largo plazo? 1

  3. Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial 1. Antecedentes 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. ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES + 1 m SLR + 4 m SLR 2

  4. Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial 1. Antecedentes El Plan Andaluz de Medio Ambiente 2004-2010 dedica un área estratégica a la GESTIÓN AMBIENTAL INTEGRADA DEL LITORAL ANTECEDENTES OBJETIVOS • Obtención de datos georreferenciados (*) • Extracción de información • Generación de conocimiento • Generación de modelos • Toma de decisiones ÁREA TRABAJO DESARROLLO 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. 3

  5. Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial 2. 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. ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 4

  6. Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial 3. Área de trabajo ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 5

  7. Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial 3. Área de trabajo ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 6

  8. Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial 3. Área de trabajo ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 6

  9. Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial 3. Área de trabajo ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES 6

  10. Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial 3. Área de trabajo ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES 6

  11. Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial 3. Área de trabajo ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES 6

  12. Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial 3. Área de trabajo ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES 6

  13. Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial 3. Área de trabajo ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO Objetivo 1 Objetivo 2 CONCLUSIONES 6

  14. Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial 4. Desarrollo ANTECEDENTES Información General Altura de vuelo sobre el terreno 1000 m Número de pasadas 4 Número de fotografías 86 Parametrización de la cámara digital DMC (Digital Mapping Camera) Intergraph GSD (cm) 10 RGB+Nir (12 bits) Recubrimiento longitudinal (%) 65 Recubrimiento transversal (%) 60 Parametrización del sensor LiDAR ALS60 LEICA FOV (º) 35 Max. laser pulse Rate (Hz) 96100 Max. point spacing across track(m) 1,33 Max. point spacing along track (m) 1,46 Average point density (ptos/m2) 1,61 Average point space (m) 0,79 Average point area (m2) 0,62 Estimated height accuracy (m) 0,08 OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 7

  15. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Imágenes multitemporales ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES • Vuelos fotogramétricos históricos: • 1956-57 (vuelo americano). Escala 1:33000. • 1977 (vuelo de Agricultura). Escala 1:18000. • 1989 (vuelo del litoral andaluz). Escala 1:10000. Color. • 2001 (vuelo servicio de costas). Escala 1:5000. Color. • 2009 (vuelo digital proyecto excelencia). RGB+NIr. GSD = 10 cm, 12 bits. 8

  16. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Obtención de Modelos Digitales de Elevaciones ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO ESTEREOMATCHING DESARROLLO CONCLUSIONES Modelo analógico basado en curvas de nivel Z = f(x,y) Modelo Digital de Elevaciones 9

  17. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Trabajo DGPS de campo. ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 10

  18. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Datos LiDAR. Calidad altimétrica ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES Average dz +0.029 Minimum dz -0.284 Maximum dz +0.180 Std deviation 0.089 N = 62 11

  19. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Datos LiDAR. Calidad, precisión y rapidez ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 12-1

  20. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Datos LiDAR. Calidad, precisión y rapidez ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 12-2

  21. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Datos LiDAR. Complemento de la información espectral ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 12-3

  22. Vegetación Suelo desnudo Urbanizado ¿Clase? 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Datos LiDAR. Complemento de la información espectral ANTECEDENTES OBJETIVOS Imagen multiespectral Imagen Clasificada ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES Signatura espectral del píxel que va a ser clasificado 12-4

  23. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Datos LiDAR. Complemento de la información espectral ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO Obtención del modelo de alturas de objetos h = (MDS-MDT) DESARROLLO CONCLUSIONES h MDT MDS 12-5

  24. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Importancia del datum de referencia ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO MDE DESARROLLO CONCLUSIONES ez elc MSL Ground truth tgα 13

  25. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Determinación precisa de la línea de costa. Problemas con la determinación exclusivamente planimétrica ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO MDE DESARROLLO CONCLUSIONES ez elc MSL Ground truth tgα HIGH WATER LINE 14

  26. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Determinación precisa de la línea de costa. Método Cross-Shore Profile o CSP ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES r2 = 0.98 r2 = 0.33 Stockdon, H.F., Sallenger, A.H., List, J.H., Holman, R.A., 2002. Estimation of shoreline position and change using airborne topographic Lidar data. Journal of Coastal Research, 18(3), pp. 502-513. 15

  27. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Objetivo 1: Determinación precisa de la línea de costa Incertidumbre método CSP ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO ESTIMACIÓN POR MÍNIMOS CUADRADOS CONCLUSIONES 16

  28. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Determinación precisa de la línea de costa. Método EGTP (Elevation Gradient Trend Propagation) ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES Aguilar et al., 2010. Preliminaryresultsonhighaccuracyestimation of shorelinechange. Tobepresented as oral presentation in: ISPRS TechnicalCommission VIII Symposium 2010, Kyoto. Japan 17

  29. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Determinación precisa de la línea de costa. Método EGTP (Elevation Gradient Trend Propagation) ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 18

  30. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Determinación precisa de la línea de costa. Método EGTP. Incertidumbre ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 19

  31. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Comparación entre los métodos CSP y EGTP ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 20

  32. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Comparación entre los métodos CSP y EGTP ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 21

  33. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Comparación entre los métodos CSP y EGTP ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES Método HWL: EPR = -0.48 m/año 22

  34. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Evolución de la costa entre 1989 y 2009. Una perspectiva rápida. ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO PLAYA PALOMARES CONCLUSIONES PLAYA VERA 23

  35. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Evolución de la costa entre 1989 y 2009. Una perspectiva rápida. ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES PLAYA PALOMARES 24

  36. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Evolución de la costa entre 1989 y 2009. Una perspectiva rápida. ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO PLAYA PALOMARES CONCLUSIONES PLAYA VERA 23

  37. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Evolución de la costa entre 1989 y 2009. Una perspectiva rápida. ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES PLAYA VERA 25

  38. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Evolución de la costa entre 1989 y 2009. Una perspectiva rápida. ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES PLAYA QUITAPELLEJOS 26

  39. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Evolución de la costa entre 1989 y 2009. Una perspectiva rápida. ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES ORTO 2001 PUNTA DE LOS HORNICOS 26

  40. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Evolución de la costa entre 1989 y 2009. Una perspectiva rápida. ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES ORTO 2009 PUNTA DE LOS HORNICOS 26

  41. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial ANTECEDENTES • Shaded-relief Image Matching OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES Aguilar et al., 2010. Shaded-reliefmatching as anefficienttechniquefor 3D-georeferencing of historical digital elevationmodels. Tobepresented as oral presentation in: ISPRS TechnicalCommission VIII Symposium 2010, Kyoto. Japan 27

  42. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Shaded-relief Image Matching. Ejemplo ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES DSM 1977 DTM 2001 28

  43. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Shaded-relief Image Matching: Modelo pre-orientado mediante orientación relativa automática ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES Error medio = 16.12 m Error máximo = 63.29 m Error mínimo = -35.03 m Sd = 22. 15 m 29

  44. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Shaded-relief Image Matching: Modelo sombreado ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 26 puntos conjugados sobre más de 2000 puntos característicos detectados. Azimut = 135º, elevación = 45º 23 puntos conjugados sobre más de 2000 puntos característicos detectados. Azimut = 240º, elevación = 45º 30

  45. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Shaded-relief Image Matching: Parámetros estimados ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 31

  46. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Shaded-relief Image Matching: Modelo orientado para azimut = 240º y elevación = 45º ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 32

  47. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Shaded-relief Image Matching: Modelo orientado para azimut = 135º y elevación = 45º ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 33

  48. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Shaded-relief Image Matching: Estadísticos globales ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES 34

  49. 4. Desarrollo Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial • Surface Matching (en desarrollo): Algoritmo iterativo que parte de los resultados ofrecidos por el shaded-relief image matching. Ideado para emplear modelos más precisos como referencia (p.ej. Modelos LiDAR) ANTECEDENTES OBJETIVOS ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES Modelo pre-orientado Shaded-relief image matching Refino solución Estimador robusto Tukey’s 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) 35

  50. 5. Conclusiones Grupo RNM-368 Gestión Integrada del Territorio y Tecnologías de la Información Espacial ANTECEDENTES OBJETIVOS La tecnología desarrollada en este proyecto, y la que está en desarrollo, permitirá obtener información relevante 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. ÁREA TRABAJO DESARROLLO CONCLUSIONES GRACIAS POR SU ATENCIÓN 36

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