Estudio del Crecimiento Urbano a través del Uso Integrado de Imágenes de Satélite, Sig y Gps

El presente trabajo basa su realización en el tratamiento digital de Imágenes de Satélite, específicamente en la aplicación de los modelos: Análisis de Componentes Principales (A.C.P) y Análisis Lineal de Mezclas Espectrales.

Lo que se pretende determinar con la aplicación de estos modelos, en su capacidad para identificar la variación en el tiempo o los cambios en la ocupación del uso de suelo en el período determinado (1961-1998), mediante los algoritmos de clasificación.

El estudio se llevó a cabo en la zona de la ciudad de Valdivia, la que se escogió por los acontecimientos sísmicos que la han afectado a lo largo de su historia y que la han hecho una zona de interés para estudios de este tipo.

Otro de los puntos tocados en este trabajo es la integración con otras tecnologías, como lo son los sistemas de información Geográfica (SIG) y los sistemas de posicionamiento global (GPS), siendo el eje conductor las imágenes de satélite generando así productos cartográficos de mucha utilidad.


Introducción

El origen de la Teledetección esta ligado a los experimentos de Newton (1822), quien constata que un rayo luminoso, al atravesar un prisma, se desdobla en un haz de colores, un espectro de colores.

Desde entonces los estudios se fueron ampliando al respecto de tan fascinante materia. Se verifica que el rayo luminoso era una síntesis de diferentes tipos de luz, una vibración compuesta básicamente, de muchas vibraciones diferentes.

Posteriormente se descubre, que cada color descompuesto en el espectro correspondía a una temperatura diferente y que la luz roja incidiendo sobre un cuerpo, lo calentaba más que la luz violeta. Además del rojo visible, existen radiaciones invisibles para el ojo humano, que pasan a ser hondas, rayos e inclusive radiaciones infrarrojas. Después de una experiencia de Titter reveló otro tipo de radiación: la Ultravioleta.

Siempre avanzando en sus experimentos, se logra probar que la onda de luz era una onda electromagnética, mostrando que la luz visible es sólo una de las diferentes especies de ondas electromagnéticas.

El origen de la Teledetección esta ligado al desarrollo de sensores fotográficos, cuando las fotografías aéreas eran obtenidas desde globos.
Es evidente que la Teledetección es fruto de un esfuerzo multidisciplinario que envolvió y envuelve avances en la Física, Físico – Química, Biociencias y Geociencias, en la Computación, Mecánica, entre otras.

1.6.4. Análisis de Componentes Principales. (ACP).

Frecuentemente se observa que las bandas individuales de una imagen multiespectral son altamente correlacionadas, o sea, las bandas son similares visual y numéricamente.

Esta correlación proviene del efecto de las sombras resultantes de la topografía, de la sobre posición de las ventanas espectrales y del propio comportamiento espectral de los objetos.

El análisis de las bandas espectrales individuales puede ser ineficiente debido a la información redundante presente en cada una de esas bandas.

La transformación por componentes principales es una técnica que reduce o remueve esta redundancia espectral, o sea, genera un nuevo conjunto de imágenes cuyas bandas individuales presentan informaciones no disponibles en otras bandas.

Esta transformación se deriva de la matriz de covarianza entre las bandas y crea un nuevo conjunto de imágenes donde cada píxel es una combinación lineal de los niveles originales. El número de componentes principales es igual al número de bandas espectrales utilizadas y son ordenadas con el decremento de la varianza de nivel de gris. La primera componente principal tiene la mayor variancia (mayor contraste) y la última por consecuencia, la menor variancia.

Capítulo IV: Tratamiento digital de Imágenes: A.C.P. y A.L.M.E.

En este capitulo se dará inicio a las aplicaciones de este estudio, donde se realizará una mejora en la visualización de la imagen aplicando un realce lineal, posteriormente la corrección geométrica de esta, luego la clasificación digital y finalmente la aplicación de los modelos: Análisis de Componentes Principales (ACP) y Análisis Lineal de Mezclas espectrales (ALME).

Estos procesos deben ser realizados en algún programa que sea capaz de llevarlos a cabo, para esto se cuenta con un programa de tratamiento de imágenes digitales llamado Perceptron Computing Incorportaed (PCI); Versión 6.2, desarrollado en Canadá específicamente para Teledetección.

4.2.2.1. Verificación de resultados sobre la clasificación supervisada.

El resultado de una clasificación, es un mapa temático, en donde el territorio de estudio se encuentra dividido en una serie de unidades espaciales, de significado coherente con la leyenda de trabajo. Este documento puede integrarse con otras variables geográficas, para análisis posteriores, o servir como un punto final del proyecto.

Habitualmente se asume que el resultado es totalmente fiable, se considera que lo realizado se ajusta plenamente a la realidad, lo que no siempre es así. Toda clasificación conlleva un cierto grado de error. Por lo que resulta obligado aplicar algún procedimiento de verificación que permita cuantificar ese error y en función de él validar el trabajo final.

La clasificación basa su proceso de verificación definiendo primeramente puntos de control, los que se seleccionan en la imagen de manera arbitraria o aleatoria, asignándolos a las cubiertas que pertenecen realmente, sin que la clasificación realizada anteriormente incida sobre la ubicación de estos.

4.2.3.- Análisis de Componentes Principales.(ACP).

Esta técnica se realizó en el módulo XPACE de PCI V 6.2 con el comando PCA, que basa su aplicación en resumir un amplio grupo de variables en un conjunto más pequeños, sin perder una parte significativa de la información original. Esta capacidad de síntesis ha sido la base de la aplicación del ACP en teledetección.

La aplicación se realizó sobre las bandas del sensor “TM” dejando de lado la banda 6 (Infrarrojo Térmico), los componentes seleccionados para retener en el análisis fueron Suelo urbano, agua, Suelo inundable y bosque nativo;1,3,5 y 6 respectivamente.

Esta aplicación se puede analizar desde dos puntos de vista, uno es de manera visual, ya que esta técnica genera imágenes las que contienen los CP resultantes del proceso (Figura 4.6) y la otra manera es mediante un análisis estadístico por intermedio de los reportes finales.

sen00102
Componente Principal 1

sen00103
Componente Principal 2

sen00104
Componente Principal 3

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Componente Principal 4

Figura 4.6.- Imágenes resultantes del ACP.

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Fuente:

Martin Olivares Altamirano (Universidad de Santiago de Chile)

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