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HIDROLOGÍA EN SISTEMAS DE
LLANURA: ESTIMACIÓN DE CONTENIDO
DE HUMEDAD SUPERFICIAL MEDIANTE
TELEDETECCIÓN. EL MÉTODO DEL
TRIÁNGULO
Ing. Eugenia Chiarito
- Septiembre 2013 -
Ciclo de Seminarios Departamento de
Hidráulica y CURIHAM
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CONTENIDO
• OBJETIVOS
• FUNDAMENTOS DE TELEDETECCIÓN
• MÉTODO DEL TRIÁNGULO
• ANÁLISIS DE RESULTADOS
• CONCLUSIONES
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Explorar las posibilidades de la
TELEDETECCIÓN para desarrollar una
herramienta que permita estimar el
contenido de humedad de la capa
superficial de suelo, con adecuada
OBJETIVOS
FRECUENCIA
PRECISION
SIMPLICIDAD
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FUNDAMENTOS DE TELEDETECCIÓN
SISTEMAS IN SITU SISTEMAS REMOTOS
Muestras puntuales (extrapolación de resultados)
Cobertura areal Completa
> Costos
< Frecuencia
< Costos
> Frecuencia
Escalas más reducidas Escala Regional
SISTEMAS COMPLEMENTARIOS
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TELEDETECCIÓN: Disciplina que comprende el conjunto
de conocimientos y técnicas utilizadas para la obtención
de información de objetos o fenómenos por medios
remotos.
FUNDAMENTOS DE TELEDETECCIÓN
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FUNDAMENTOS DE TELEDETECCIÓN
PLATAFORMAS SATELITALES Y SESORES
LANDSAT 5 TM
RESOLUCIÓN Nº BANDAS FRECUENCIA ÓRBITA
30m x 30m
(TIR 120mx120m) 7 16 días 705Km
Ch. 1 Ch. 2 Ch. 3 Ch. 4 Ch. 5 Ch. 6 Ch. 7
Rango espectral
(mm)
0,45
–
0,52
0,52
–
0,60
0,63
–
0,69
0,76
–
0,90
1,55
–
1,75
10,40
–
12,50
2,08
–
2,35
R G B NIR IRM TIR IRM
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FUNDAMENTOS DE TELEDETECCIÓN
PRINCIPIOS (Nicholson, 1989)
• Todas las sustancias naturales varían en sus capacidades relativas de absorción, emisión y transmisión de radiación electromagnética;
• Estas capacidades varían en función de la longitud de onda de radiación incidente, tal que cada sustancia posee una firma espectral única; y
• La cantidad de radiación emitida para cualquier longitud de onda es función de la temperatura de la superficie radiante.
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FUNDAMENTOS DE TELEDETECCIÓN
FIRMA ESPECTRAL
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FUNDAMENTOS FISICOS
PROPIEDADES
TÉRMICAS
• Albedo
• Amplitud térmica
diurna
PROPIEDADES
DIELÉCTRICAS
• Radar
• Microondas
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Dominio del
espectro
Propiedad observada Ventajas Limitaciones
Óptico -Reflectancia del suelo -Alta resolución espacial
-Amplia Cobertura
-Limitada penetración dentro
de la superficie
-Introducción de “ruido” por
cobertura de nubes
IR -Temperatura de superficie -Alta resolución espacial
-Amplia Cobertura
-Claro correlato con el fenómeno
físico
-Limitada penetración dentro
de la superficie
-Introducción de “ruido” por
cobertura de nubes,
condiciones meteorológicas
y cobertura vegetal
Microondas
ACTIVO
PASIVO
-Temperatura de brillo
-Propiedades dieléctricas
-Temperatura de superficie
-Baja interferencia atmosférica
-Moderada penetración en
profundidad del suelo
-Claro correlato con el fenómeno
físico
-Baja resolución espacial
-Sensible a perturbaciones
por rugosidad de superficie y
cobertura vegetal
-Coeficiente de retrodispersión
-Propiedades dieléctricas
-Baja interferencia atmosférica
-Moderada penetración en
profundidad del suelo
-Alta resolución espacial
-Claro correlato con el fenómeno
físico
-Ancho de barrido limitado
-Sensible a perturbaciones
por rugosidad de superficie y
cobertura vegetal
FUNDAMENTOS FISICOS
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
FUNDAMENTOS FÍSICOS
PROPIEDADES TÉRMICAS DEL AGUA
La cantidad de energía que emite una superficie
varía en función de la longitud de onda y de su
temperatura.
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
TÉCNICAS MULTIESPECTRALES
Combinación de información de varias bandas.
• Componentes principales
• Tasseled Cap
• NDWI
• Método del Triángulo
• (…)
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
Ts
NDVI
No Evaporación
Max Evaporación
No Transpiración
Max Transpiración
Suelo
Desnudo
Cobertura
Total
Cobertura
Parcial
Dry edge
Wet edge
• Rango de temperatura
decrece conforme aumenta
cobertura Vértice filoso
• Base ancha con gran rango
de temperaturas para suelo
desnudo
• Límite bien definido sobre
cara de temperaturas
mayores: warm edge
• La posición del píxel en el
triángulo define su condición
de humedad
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
OBSERVACIONES
• Relativa insensibilidad a condiciones atmosféricas y
de superficie
• Demanda abarcar gran variabilidad de condiciones
de humedad y cobertura para lograr formar el
triángulo (condiciona escala de análisis)
• Sencilla interpretación física
• Ejecución simple
• Requiere condiciones de cielo despejado.
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PARCELA EXPERIMENTAL
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PROCEDIMIENTO DE CAMPAÑA
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PROCEDIMIENTO DE CAMPAÑA
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
TRABAJO DE LABORATORIO
PESO MUESTRA HÚMEDA
SECADO HORNO 105ºC
PESO MUESTRA SECA
333
sec
3
3
sec
3 //// cmcmHScmgrgrW
cmVolcmgr
grW
grWcmgrHS
amuestra
agua
amuestra
agua
Volumen
caWmuestraSeb
TRABAJO DE GABINETE
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
TRABAJO DE GABINETE
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PROCESAMIENTO IMAGENES SATELITALES
1 GEOREFERENCIACIÓN
2 DETERMINACIÓN NDVI – TEMPERATURA DE BRILLO
3 EXTRACCIÓN DE DATOS DEL ROI (Región de Interés)
3.1 ROI PARA CONFECCIÓN DEL TRIÁNGULO ( > 250000 Píxeles)
3.2 ROI PARA VALIDACIÓN CON MUESTRAS DE CAMPO (Máx. 25 Píxeles)
4 CONFECCIÓN DEL TRIÁNGULO CÁLCULO M0
6 COMPARACIÓN RESULTADOS
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PROCESAMIENTO IMAGENES SATELITALES
1 GEOREFERENCIACIÓN
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DETERMINACIÓN NDVI – TEMPERATURA DE BRILLO
MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PROCESAMIENTO IMAGENES SATELITALES
2
ND BANDA 3
ND BANDA 4
REFLECTANCIA
ND BANDA 6 EMITANCIA
34
34
aa
aaNDVI
1ln 1
2
L
K
KT
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DETERMINACIÓN NDVI – TEMPERATURA DE BRILLO
MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PROCESAMIENTO IMAGENES SATELITALES
2
Vegetación (B4-B3-B2)
22/12/2010
Temperatura Brillo
22/12/2010
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EXTRACCIÓN DE DATOS DEL ROI (Región de Interés)
MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PROCESAMIENTO IMAGENES SATELITALES
3
3.1 ROI PARA CONFECCIÓN DEL TRIÁNGULO ( > 250000 Puntos)
ROI 22/12/2010 (≈290000 Puntos)
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EXTRACCIÓN DE DATOS DEL ROI (Región de Interés)
MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PROCESAMIENTO IMAGENES SATELITALES
3
3.2 ROI PARA VALIDACIÓN CON MUESTRAS DE CAMPO (Máx. 25 Puntos)
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
ECUACIONES LINEALES
)(
)(
vnir
vnir
aa
aaNDVI
TEMPERATURA BRILLO (T)
b
aTDVI TDVIM 10
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PROCESAMIENTO IMAGENES SATELITALES
4 CONFECCIÓN DEL TRIÁNGULO: MÉTODO LINEAL
MINMAX
MINj
jNDVINDVI
NDVINDVINDVI
*
MINMAX
MINj
jTT
TTT
*
+ a
b
TDVI=a/b
M0lineal=1-TDVI
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
ECUACIONES NO LINEALES
2
0
0
NDVINDVI
NDVINDVIFr
S )(
)(*
minmax
min
TT
TTT IR
MODELO SVAT
3
0
3
00 *
i j
jiij FrTaM
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PROCESAMIENTO IMAGENES SATELITALES
4 CONFECCIÓN DEL TRIÁNGULO: MÉTODO CUADRÁTICO
Fr= (NDVI*)2
3
0
3
00 *
i j
jiij FrTaM
0.1* 221 FraFrabT Borde
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PROCESAMIENTO IMAGENES SATELITALES
5 COMPARACIÓN DE RESULTADOS
M0 [adimensional] HS Campaña [cm3/cm3]
M0 . CC [cm3/cm3] HS Campaña [cm3/cm3] COMPARACIÓN
VALIDACIÓN
CC= Máx Maximorum= 0,60cm3/cm3
= 0,33cm3/cm3
= 0,40cm3/cm3
= 0,46cm3/cm3
222)()()()(
):(cov2
estimmedestimmed
estimmed
HumPROMHumPROMHumDESVESTHumDESVEST
HumHumarCCC
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PROCESAMIENTO IMAGENES SATELITALES
5 COMPARACIÓN DE RESULTADOS: MÉTODO LINEAL
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PROCESAMIENTO IMAGENES SATELITALES
5 COMPARACIÓN DE RESULTADOS: MÉTODO CUADRÁTICO
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PROCESAMIENTO IMAGENES SATELITALES
5 COMPARACIÓN DE RESULTADOS
Punto Muestra 4 06/12/2010 (0,15; 0,55)
Punto Muestra 3 13/04/2011 (0,60; 0,18)
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
PROCESAMIENTO IMAGENES SATELITALES
5 COMPARACIÓN DE RESULTADOS
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
CONCLUSIONES: TELEDETECCIÓN
• Quedan ampliamente validadas las técnicas de teledetección
basadas en mediciones dentro del dominio solar.
• Las imágenes satelitales constituyen una fuente muy importante
de información sobre los recursos naturales y del ambiente
permitiendo una mejor comprensión de la organización espacial,
a un reducido costo por unidad de superficie.
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
CONCLUSIONES: MÉTODO DEL TRIÁNGULO
• La visualización que propone el método del triángulo permite
una identificación clara del estado de humedad de cada píxel
(relativo a su posición en la nube de puntos), lo cual queda
complementado con el apreciable correlato que se percibe entre
los resultados y el fenómeno físico, facilitando su interpretación.
• El método lineal presenta correlaciones mayores que el
cuadrático, posiblemente debido a que las ecuaciones surgen de
la propia configuración de la nube de puntos, y por tanto las
ecuaciones no han sido influenciadas directamente por
parámetros propios del suelo.
• El modelo SVAT utilizado por Carlson (2007) posiblemente no
coincida con el correspondiente a esta región, por lo que
necesariamente debería ser ajustado antes de ser utilizado.
Disponer de estos parámetros excede a los alcances del
presente trabajo.
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
CONCLUSIONES: MÉTODO DEL TRIÁNGULO
• Resta determinar si verdaderamente las correcciones de
lecturas del satélite no son necesarias.
• Contrastando esto con los métodos de aplicación actual en los
modelos hidrológicos, de carácter empírico y surgido de
suposiciones del estado de humedad de la cuenca, su aporte
resulta significativo y valioso.
• Cabe destacar no obstante que la presente es sólo una de las
técnicas de medición de humedad propuestas a partir de
aplicaciones de los sistemas remotos, y que explorar otras
alternativas sería de gran utilidad. Lo que es indudable es la
importancia del aporte de los sistemas remotos a las
investigaciones hidrológicas, y cabe esperar notables avances
en el corto plazo que es menester abordar.
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
CONCLUSIONES: MÉTODO DEL TRIÁNGULO
•Lo que es indudable es la importancia del aporte de
los sistemas remotos a las investigaciones
hidrológicas, y cabe esperar notables avances en el
corto plazo que es menester abordar.
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MÉTODO DEL TRIÁNGULO
MUCHAS GRACIAS!!!
¿PREGUNTAS – DUDAS?
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FUNDAMENTOS DE TELEDETECCIÓN
PLATAFORMAS SATELITALES Y SESORES
LANDSAT 5 TM
CARACTERÍSITCAS
• Resolución Espacial
• Resolución Espectral
• Resolución Radiométrica
• Resolución Temporal
Alcalá de Henares:
Resolución espacial (izq.) 15m
(der.) 30m
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FUNDAMENTOS DE TELEDETECCIÓN
PLATAFORMAS SATELITALES Y SESORES
LANDSAT 5 TM
CARACTERÍSITCAS
• Resolución Espacial
• Resolución Espectral
• Resolución Radiométrica
• Resolución Temporal
0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10
TM1TM2TM3 TM4LANDSAT TM.45 .52 .60 .63 .69 .76 .9
AVHRR1AVHRR/3.58 .68 .725 1.1
AVHRR2
RANGO VISIBLE IR - CERCANO
1.20 1.50 1.60 1.70 1.80
1.58 1.64
1.55 1.75
AVHRR3
TM5
3.50 3.60 3.70 3.80 3.90 4.00
3.55 3.93
AVHRR4
IR - TERMAL
10.3 10.4 10.5 11.0 11.1 11.2 11.3
10.3 11.3
AVHRR5
11.4 11.5 11.6 11.7 12.3 12.4 12.5
11.5 12.5
AVHRR6
10.4 12.5
TM6
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FUNDAMENTOS DE TELEDETECCIÓN
PLATAFORMAS SATELITALES Y SESORES
LANDSAT 5 TM
CARACTERÍSITCAS
• Resolución Espacial
• Resolución Espectral
• Resolución Radiométrica
• Resolución Temporal
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• Resolución Radiométrica
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