propuesta metodolÓgica para la validaciÓn y estimaciÓn de

PROPUESTA METODOLÓGICA PARA LA VALIDACIÓN Y

ESTIMACIÓN DE LA PRECISIÓN DE PRODUCTOS

CARTOGRÁFICOS CORRESPONDIENTES A LA COBERTURA Y

USO DE LA TIERRA GENERADOS A PARTIR DE IMÁGENES DE

SATÉLITE.

PARA PAÍSES CON TRABAJOS EN EL AREA TEMÁTICA EN EL MARCO DE LA EMSA

(BELICE, COLOMBIA, COSTA RICA, EL SALVADOR, GUATEMALA, HONDURAS, MÉXICO,

NICARAGUA Y PANAMÁ)

Preparado por:

Sud-Austral Consulting

Para:

Programa Reducción de Emisiones de la Deforestación y Degradación de Bosques en Centroamérica y

República Dominicana (REDD–CCAD/GIZ). COMPONENTE DE MONITOREO FORESTAL PARA

CENTROAMÉRICA Y REPÚBLICA DOMINICANA.

Octubre 2015

METODOLOGIA VALIDACIÓN MAPAS 2

CONTENIDO

I. PRESENTACIÓN........................................................................................................................................................................... 3

II. OBJETIVOS .................................................................................................................................................................................... 4

Objetivo General .......................................................................................................................................................................... 4

Objetivos Específicos ................................................................................................................................................................. 4

III. METODOLOGÍA .......................................................................................................................................................................... 5

3.1 Generación de malla de puntos de control .......................................................................................................... 5

3.2 Análisis e interpretación de la malla de puntos en base a las imágenes satelitales ................... 7

3.3 Criterios y elementos de interpretación ............................................................................................................... 8

3.4 Levantamiento de puntos de control en el terreno ..................................................................................... 10

IV. FUENTES DE DATOS DISPONIBLES ................................................................................................................................... 13

V. COSTOS ASOCIADOS A LOS DATOS DISPONIBLES...................................................................................................... 15


I. PRESENTACIÓN

En las últimas cinco décadas, y especialmente desde el lanzamiento del primer satélite del programa

Landsat, se han desarrollado múltiples opciones de productos provenientes de sensores remotos

aplicados a la observación de la tierra y en particular al monitoreo de las áreas boscosas. Dichas

opciones van desde fotografías aéreas hasta imágenes de satélite de baja, moderada y alta

resolución espectral, constituyéndose en un insumo que juega un importante rol en el monitoreo y

generación de información sobre la cobertura boscosa a diferentes niveles.

Basados en el marco de referencia anterior, los países que conforman la Estrategia Mesoamericana

de Sustentabilidad Ambiental (en adelante EMSA) han diseñado una línea de acción encaminada a

fortalecer sus capacidades técnicas en el monitoreo de los recursos forestales, producto de esta

línea de acción se ha desarrollado un plan de trabajo a mediano plazo, en dicho plan de trabajo, los

países han expresado su interés y necesidad de conocer procesos metodológicos relacionados con

la validación de cartografía temática (bosques) generada por medio de técnicas de percepción

remota.

A través de la presente nota técnica, el Programa Regional REDD/CCAD-GIZ pone a disposición de

los países que integran la EMSA una propuesta metodológica que permitirá validar y estimar la

precisión de la cartografía temática relacionada con la cobertura boscosa que ha sido generada a

través de procesos de interpretación y clasificación de imágenes satelitales, dicha metodología se

ha implementado en países como Honduras, Guatemala, Costa Rica, Panamá y República

Dominicana en el marco del proceso de asesoría técnica brindada por el Programa REDD/CCAD-GIZ

a la región en materia de monitoreo forestal.


II. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Generar un instrumento técnico que apoye las estimaciones de precisión de los datos cartográficos

generados en el marco de los Sistemas Nacionales de Monitoreo de Bosques (SNMB) de los países

que integran la EMSA.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

a. Proponer una guía metodológica que permita estimar la precisión y validar la cartografía

generada mediante la interpretación y clasificación de imágenes satelitales.

b. Brindar información referente la disponibilidad de información y costos asociados a los

procesos de validación de datos cartográficos.


III. METODOLOGÍA

Con el propósito de realizar eficazmente la actividad relacionada con la validación de información

cartográfica generada a partir de la interpretación y clasificación de imágenes satelitales, es

necesario adquirir información proveniente de campo, a esta información para efectos de la

presente nota técnica se le denominará “puntos de control en terreno”, en ese sentido se vuelve

necesario conceptualizar los términos a utilizar.

Punto de control: Es la ubicación geográfica especifica registrada mediante el uso de un

Sistema de Posicionamiento Global (en adelante GPS), este es un sistema que registra

mediante coordenadas (x, y z) y registra información relacionada con la cobertura y el uso

de la tierra en un punto en particular. La información capturada mediante puntos de control

en terreno es básica para el proceso de validación de los mapas de cobertura forestal.

Tipo de bosque: hace referencia a las aprecies asociadas que en su conjunto conforman la

masa de bosque como ser: conífera, manglar, caducifolio, entre otros.

3.1 GENERACIÓN DE MALLA DE PUNTOS DE CONTROL

Para la generación de la malla de puntos de control se propone utilizar la herramienta Create Fishnet

que se encuentra en la caja de herramientas de ArcGis ESRI ©. La malla de puntos deberá ser

generada de manera independiente para cada uno de los tile o cuadrantes de las imágenes de

satélite, por ejemplo para una imagen de alta resolución como son las imágenes RapidEye-

Blackbridge el tamaño del producto es de 25 x 25 km, en el caso de las imágenes Landsat 8 el tamaño

de producto es de 185 x 185 km, en ese sentido se debe seleccionar el cuadrante de cada imagen y

a partir de ello se genera la malla de puntos a diferentes espaciamientos.

En la siguiente figura se muestra una secuencia de imágenes en la cual se puede identificar los

principales pasos para la generación de la malla de puntos (ejemplo: Honduras).


Figura 1. Secuencia para la generación de malla de puntos de control

Para la validación de productos cartográficos generados a partir de la clasificación e interpretación

de imágenes de alta resolución, se recomienda utilizar un espaciamiento entre cada punto de la

malla de 2000 metros. Para imágenes de mediana resolución como son las imágenes Landsat se

recomienda un espaciamiento promedio de 5000 mts, y para imágenes de resolución baja como ser

las imágenes MODIS se propone un espaciamiento entre cada punto de la malla de 7500 metros.

Las distancias entre cada punto de la malla propuestos parte de la experiencia adquirida por el

Programa REDD/CCAD-GIZ en procesos de validación de mapas de cobertura forestal en diferentes

países de la región centroamericana. A través de estos procesos se ha comprobado que estos

distanciamientos en los puntos de la malla son los que mejor se ajustan en términos de eficiencia

(horas hombre versus error en la estimación) para la validación de cartografía temática a nivel

nacional generada a partir de diferentes sensores remotos.

Selección de la imágen Selección de la herramienta create fishnet de ArcGis

Definir distanciamiento de los puntos Malla de puntos generada


En la siguiente figura se muestra una secuencia de imágenes en la cual se puede identificar los

diferentes espaciamientos entre cada punto de control perteneciente a la malla (ejemplo:

Nicaragua).

Figura 2. Diferentes distanciamientos de puntos correspondientes a la malla de control

propuesta.

3.2 ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LA MALLA DE PUNTOS EN BASE A LAS

IMÁGENES SATELITALES

Para el análisis e interpretación de cada imagen RapidEye, se debe desplegar la capa de la malla de

puntos y la capa de la imagen a ser interpretada, en ese sentido se debe focalizar el análisis y la

interpretación a cada punto de la malla identificando patrones de cobertura y uso de la tierra

predominante en cada punto. Una vez definido el tipo de cobertura se procede a la respectiva

tabulación y registro en la tabla de atributos del shapefile de la malla de puntos. Este procedimiento

de asignación de la categoría de cobertura y uso de la tierra se repite para cada uno de los puntos

de la malla hasta completar la totalidad de los puntos. En áreas en la cual la visualización de la

cobertura de la tierra no es posible por problema relacionado con nubes y sombras se utilizan

métodos alternativos de visualización como ser imágenes del visor de Google Earth, Bing Map, visor

de imágenes de ArcGis entre otros.


Figura 3. Despliegue y sobre posición de la malla de puntos y la imagen satelital previa a la

interpretación.

3.3 CRITERIOS Y ELEMENTOS DE INTERPRETACIÓN

Una vez obtenida la información base (imagen más malla de puntos) se procede a la definición de

las características esenciales de análisis e interpretación de las tendencias de cobertura y uso de la

tierra, en ese sentido se debe contar con una segmentación de la imagen que permite definir y

diferenciar diferentes patrones o estratos de cobertura de la tierra, dichos patrones y estratos se

diferencian por las características espectrales de cada pixel, los cuales son agrupados de acuerdo a

criterios de similitud generando un polígono denominado segmento. Será mediante la integración

de técnicas de interpretación visual tomando muy en cuenta elementos como la forma, la textura,

el tono, el color y el entorno espacial de los elementos representados en las imágenes los que se

considerarán para categorizar una determinada categoría de cobertura en un punto vinculado a un

segmento. Un ejemplo gráfico respecto a esta operación se muestra en la siguiente figura:


Figura 4. Evaluación del punto de control de la malla asociado al segmento de la imagen satelital.

Una vez finalizado el proceso de clasificación y registro de la cobertura de la tierra predominante en

cada punto de la malla, se procede a intersectar las categorías correspondientes al mapa de

cobertura forestal versus las categorías de cobertura forestal asociadas a la malla de puntos. El

análisis de acierto o desacierto de la malla de puntos versus el mapa forestal se realizar en una hoja

electrónica de MS Excel que se diseña y programa para calcular los porcentajes de precisión de cada

imagen.

En la figura 5 se muestra el proceso relativo a la estimación de la precisión de la cobertura forestal

mediante la malla de puntos.

Figura 5. Proceso de registro y definición de la precisión utilizando la malla de puntos y el

mapa de cobertura forestal.


Una vez conocido el resultado de la precisión se procede a valorar si la misma es aceptable. Para

efectos de los mapas de cobertura forestal generados en los países de Guatemala, Costa Rica,

Honduras, Nicaragua, República Dominicana y la Cuenca Hidrográfica del Canal de Panamá se

consideró como precisión mínima por escena o imagen de un 85%. Cuando se finaliza la evaluación

de la imagen y se identifica que la precisión no corresponde al requerimiento mínimo previamente

establecido, la imagen debe ser rechazada para iniciar un nuevo proceso de interpretación y

clasificación.

Como recomendación general a este proceso, se sugiere que el proceso de clasificación de las

imágenes satelitales que generan los respectivos mapas de cobertura forestal se realicen de manera

independiente al proceso de validación, con este tipo de técnicas se genera mayor trasparencia en

los reportes que el país realiza.

3.4 LEVANTAMIENTO DE PUNTOS DE CONTROL EN EL TERRENO

Una vez finalizado el proceso de análisis e interpretación de las imágenes y la clasificación de la

malla de puntos, se debe proceder a una campaña en terreno con el objetivo de validar los puntos

de la malla. Para la campaña en terreno se recomienda que se visiten al menos el 10% de los puntos

de la malla, para el levantamiento de información en dichos puntos se deberá tomar las siguientes

consideraciones previas:

Lugar indicado: Se prefiere tomar puntos de control en áreas representativas, es decir áreas

grandes de bosque o áreas grandes de cultivos en un radio mínimo de 100 mts. Esta técnica

permite disminuir el error de precisión del GPS

Material y Equipo: Tablero, formularios, lápiz, GPS y brújula, cámara fotográfica.

Configuración del GPS: El receptor debe estar configurado de acuerdo al sistema de

proyección de coordenadas y datum oficial de cada país. Este paso es muy importante ya

que, si no se percata de ello antes de hacerlo, puede generar un error grave al momento de

analizar la información proveniente del terreno versus la imagen satelital

Datos a completar del formulario:

a. Fecha, responsable, departamento, municipio, número de imagen, número del punto

de control, Fisiografía del terreno.


b. Ubicación del centro de la parcela en coordenadas X (6 dígitos), Y (7 dígitos), Z.

c. Croquis del área. Muestra un cuadro que representa un área con un radio de 100 metros

en el que se debe dibujar la cobertura predominante del punto visitado (asociado al

segmento)

d. Cuadro de observaciones. En este deben describirse características importantes del

sitio, según el tipo de bosque existente, ej. Pino y Latifoliado, áreas amenazadas,

procesos erosivos, etc. y describir el tipo de cobertura existente en el punto de control.

e. Fotografías: tomar cuatro fotografías de alta resolución; se tomarán en las siguientes

direcciones No. 1 al Norte, No. 2 al Este, No. 3 al Sur y No. 4 al Oeste, en sentido a las

manecillas del Reloj, considerando siempre el centro de la parcela de interés o punto de

control

A continuación, se presenta una propuesta de ficha que considera los elementos mínimos para ser

registrados en las campañas de terreno (ejemplo: Honduras).


Figura 6. Ejemplo de formulario para la captura de información en campañas de terreno:

validación de mapas de cobertura forestal.


IV. FUENTES DE DATOS DISPONIBLES

La información descrita en la presente sección fue extraída del documento denominado “Satélites

de Teledetección para la Gestión del Territorio”, escrito por Mauricio Labrador García, Juan Antonio

Évora Brondo, Manuel Arbelo Pérez y publicado por el proyecto SATEMAC. En base a la información

de dicha publicación, en la presente nota técnica se describe un catálogo esquemático y práctico de

los satélites de teledetección de alta y media resolución más utilizados y disponibles en el mercado.

Los criterios para seleccionar los satélites que se describen fueron:

a. Que se encontraran operativos en la fecha de elaboración de esta publicación.

b. Que poseyeran una resolución espacial igual o superior a los 30 metros/píxel

aproximadamente.

c. Que sus productos estuvieran disponibles por alguna vía de comercialización relativamente

sencilla.

Se dejaron fuera de este catálogo los sensores de microondas tipo RADAR. Si bien estos presentan

la ventaja de poder operar en casi cualquier situación meteorológica (nubosidad, lluvia ligera, etc.),

el procesamiento e interpretación de sus imágenes requiere de metodologías muy diferentes a las

que actualmente se utilizan en los países que integran la EMSA.

Consideraciones previas del catálogo que se presenta a continuación:

a. El primer campo de la tabla indica el nombre del sensor, que en el caso de muchos satélites,

al ser sólo uno, se ha optado por indicar el nombre del propio satélite.

b. El segundo campo indica la resolución espacial que proporciona el sensor. Esta puede variar

dependiendo del ángulo de visión del satélite, por lo que se muestra la máxima posible en

la vertical de paso de la órbita (nadir).

c. El tercer campo indica el número de bandas espectrales que proporciona el sensor.

d. El cuarto Indica la resolución temporal del sensor. Este dato es relativamente ambiguo, ya

que esta característica varía dependiendo de la latitud y del ángulo con que se “fuerce” al

satélite a adquirir la imagen. Por lo tanto, el dato que aparece es orientativo y tiene como

finalidad que el lector se haga una idea de la periodicidad potencial del satélite para cubrir

una misma zona.

e. Y el último campo refleja el precio mínimo por kilómetro cuadrado de una imagen por

encargo en la fecha de elaboración de este catálogo. Se ha optado por incluir esta

información para que el lector se haga una idea aproximada de lo que costaría adquirir una

imagen de una zona concreta. El precio final depende de multitud de factores (tamaño del

pedido, prioridad, porcentaje de nubes mínimo, grado de procesamiento de la imagen,

posibles descuentos, etc.) por lo que siempre será necesario contactar con la empresa

suministradora y determinar exactamente el tipo de producto que se requiere para conocer

el precio exacto.


Satélite Sensor Resolucion

espacial

(mts)

No. De

bandas

Resolucion

temporal

(dias)

Costo (€) Fuente

EARTH OBSERVING –

1 (EO-1)

Ali MS: 30 m 9 16 --- http://eo1.usgs.gov

EROS-A / EROS-B CCD (EROS A) PAN: 1,8 m 1 4 --------- http://www.imagesatintl.com

FORMOSAT-2 FORMOSAT-2 MS: 8 4 4 6.08 €/Km2 http://www.nspo.org.tw

GEOEYE-1 GEOEYE-1 MS: 2 4 3 25 €/Km2 http://www.geoeye.com

IKONOS IKONOS MS: 4 4 3 - 5 20 €/Km2 http://www.geoeye.com

KOMPSAT-2 KOMPSAT-2 MS: 4 4 3 15 €/Km2 http://www.kari.re.kr/english

LANDSAT-7 ETM+ MS: 30 8 16 --------- http://landsat.usgs.gov

LANDSAT-8 OLI MS: 30 11 16 --------- http://landsat.usgs.gov

QUICKBIRD QUICKBIRD MS: 2,44 4 2 - 4 20 €/Km2 http://www.digitalglobe.com

RAPIDEYE RAPIDEYE 6,5 5 5 0.95 €/Km2 http://www.rapideye.de

RESOURCESAT-2 LISS - IV 5,8 3 5 0.82 €/Km2 http://www.isro.org/satellites/resourcesat-2.aspx

SPOT-5 HRG MS: 10 4 3 – 7 0.75 €/Km2 http://spot5.cnes.fr/gb/index2.htm

TERRA (EOS-AM 1) ASTER 15 - 90 14 16 0.08 €/Km2 http://terra.nasa.gov

WORLDVIEW-2 WORLDVIEW-

2

MS: 2 8 1 - 3 35 €/Km2 http://worldview2.digitalglobe.com

Tabla 1. Imágenes satelitales disponibles de mediana y alta resolución.


V. COSTOS ASOCIADOS A LOS DATOS DISPONIBLES

Satélite Costo (€ por KM2)

Costo de imagen de satélite (€ por KM2)

México Guatemala El Salvador Honduras Nicaragua Costa Rica Panamá República

Dominicana

Colombia Total (€)

EARTH OBSERVING – 1 (EO-1)

--------- 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

EROS-A / EROS-B --------- 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

FORMOSAT-2 6.08

€/Km2

11943,400 662,045 126,111 683,951 787,324 310,688 477,700 293,731 6941,828 22226,778

GEOEYE-1 25 €/Km2 49109,375 2722,225 518,550 2812,300 3237,350 1277,500 1964,225 1207,775 28543,700 91393,000

IKONOS 20 €/Km2 39287,500 2177,780 414,840 2249,840 2589,880 1022,000 1571,380 966,220 22834,960 73114,400

KOMPSAT-2 15 €/Km2 29465,625 1633,335 311,130 1687,380 1942,410 766,500 1178,535 724,665 17126,220 54835,800

LANDSAT-7 --------- 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

LANDSAT-8 --------- 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

QUICKBIRD 20 €/Km2 39287,500 2177,780 414,840 2249,840 2589,880 1022,000 1571,380 966,220 22834,960 73114,400

RAPIDEYE 0.95

€/Km2

1866,156 103,445 19,705 106,867 123,019 48,545 74,641 45,895 1084,661 3472,934

RESOURCESAT-2 0.82

€/Km2

1610,788 89,289 17,008 92,243 106,185 41,902 64,427 39,615 936,233 2997,690

SPOT-5 0.75

€/Km2

1473,281 81,667 15,557 84,369 97,121 38,325 58,927 36,233 856,311 2741,790

TERRA (EOS-AM 1)

0.08

€/Km2

157,150 8,711 1,659 8,999 10,360 4,088 6,286 3,865 91,340 292,458

WORLDVIEW-2 35 €/Km2 68753,125 3811,115 725,970 3937,220 4532,290 1788,500 2749,915 1690,885 39961,180 127950,200

Tabla 2. Costos de las Imágenes satelitales disponibles de mediana y alta resolución asociados a los países de la EMSA.

propuesta metodolÓgica para la validaciÓn y estimaciÓn de

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