Métodos para la cartografía de área quemada con imágenes del sensor ENVISAT-MERIS en la cuenca mediterránea
- Autores: Patricia Oliva Pavón
- Directores de la Tesis: Emilio Chuvieco Salinero (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2010
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Ramón de la Riva Fernández (presid.), M. Pilar Martín Isabel (secret.), Ángela de Santis (voc.), Jose Miguel Cardoso Pereira (voc.), Carmen Quintano Pastor (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: e_Buah
- Resumen
- español
Los incendios forestales son un factor clave en el modelado del paisaje, en especial en los ecosistemas Mediterráneos. Los efectos de los incendios forestales sobre los ecosistemas, las características del suelo, las emisiones de gases a la atmósfera, y la salud humana, entre otros, han sido objeto de estudio y su importancia está ampliamente reconocida. Para gestionar la recuperación de las zonas afectadas por los incendios forestales y conocer las regiones donde se han producido mayores pérdidas, es necesaria la existencia de una cartografía precisa de área quemada. Los gestores demandan una cartografía que pueda estar disponible en el menor tiempo posible y en la que queden reflejados todos los incendios acontecidos en el país o en una región determinada, o incluso, a escala global. Estas dos características sólo pueden ser cubiertas utilizando imágenes de satélite, las cuales ofrecen una cobertura global del planeta y nos permiten detectar las áreas quemadas en un periodo de tiempo relativamente corto con un coste reducido.
El trabajo realizado en esta tesis se engloba dentro de esta necesidad, estableciendo como objetivo principal la definición de una metodología que permita la generación de una cartografía de áreas quemadas precisa a partir de imágenes del sensor MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer) a bordo del satélite ENVISAT. Al tratarse de un sensor cuyo uso estaba muy limitado en el campo de la detección de las áreas quemadas, fue necesario un estudio detallado de las propiedades de las bandas del sensor para la detección de las áreas quemadas.
Existen una gran variedad de técnicas y metodologías que han sido aplicadas en la detección de áreas quemadas sobre imágenes procedentes de diferentes sensores. En esta tesis se ha planteado una metodología bi-fase para la generación de la cartografía final. En la primera fase se emplearon árboles de clasificación, para detectar aquellos píxeles más severamente afectados por el fuego. Estos píxeles, denominado píxeles semilla, fueron introducidos como input en la segunda fase. Así, la siguiente fase utilizaba un algoritmo de crecimiento de regiones, en cual comenzaba los cálculos a partir de los píxeles clasificados como quemado por el árbol de clasificación. En este algoritmo utilizó un criterio fijo sobre una variable explicativa para incluir nuevos píxeles dentro de la categoría de quemado. Este proceso finalizaba cuando no existían píxeles que cumplieran con el criterio establecido.
Finalmente, se realizó la validación de la cartografía generada aplicando diferentes técnicas, con el fin de verificar la exactitud de los resultados. Para ello, se llevaron a cabo sendas validaciones: dependiente e independiente. Estos análisis nos permitieron establecer el grado de generalización y el comportamiento esperado de la metodología al ser aplicada a diferentes zonas de estudio.
Los resultados obtenidos mostraron elevados valores de detección (superior al 80%), aunque se observó una clara tendencia a la infra-estimación en la cartografía final (error de omisión del 40%). Estos datos indicaban que la segunda fase estaba siendo poco eficiente en la delimitación de las áreas quemadas, por lo que las futuras mejoras de la metodología deberán ir orientadas a la modificación del algoritmo de crecimiento.
- English
Forest fires are a key factor in the landscape modeling, specialy in the Mediterranean ecosystem. The effects of forest fires on the ecosystems, soil properties, gaseous emissions to the atmosphere, and human health, are an international concern.
Accurate burned area mapping is needed to assess the restoration of fire affected areas, and to quantify the economical and natural losses. Forest managers demand a near real time mapping that contains the burn scars occurred in a country or a specific region. This can only be achieved using satellite images, which offer a global cover of the Earth and allow to detect burn areas in a short time span and at a low cost.
The main objective of this thesis is the definition of a methodology that allows to obtain an accurate burned area mapping using using MERIS sensor, on board ENVISAT. As this sensor hasn’t been used before to map burn scars, it was necessary to study the properties of the MERIS bands to detect burned areas.
A great variety of techniques and methodologies have been applied in burned area detection using different sensors. In this thesis, the discrimination capability of burned areas of different techniques was tested. Common techniques, such as spectral indexes, were compared with novel techniques, such as spectral angle images. On the other hand, a two-phase methodology was designed to map burned areas. The first phase aimed to detect the most severily affected pixels. The result of this phase is called “seed pixels” and was carried out using classification trees. The second phased aimed to map as accurate as possible the burn scars. A seed region growing algorithm was designed to achieve this objective. The algorithm inputs were the seed pixels and the burned probability computed from the variable with the least variability in the values of the burned pixels. The algorithm used a fix threshold and a connectivity of 8 pixels around the seed pixels.
Finally, the validation of the generated burned area maps allowed to establish the accuracy of the cartography. Two types of validations were performed in order to provide complete information about the product accuracy: i) a dependent validation carried out with the same study areas used in the calibration of the methodology, and ii) an independent validation, where the images were not used in the designing process. These analyses made possible to establish the generalization power and the expected errors of the methodology developed when it was applied in different study areas.
The burned area maps showed high rates of burn scars detected (over 80%), although the extension of the area burned in many cases was under-estimated (omission errors around 40%). These results indicated that the second phase of the methodology was not efficiently mapping the burned areas. Then, in order to improve the map accuracy the region growing algorithm should be modified.
- español
