Autores: Freddy Flores A, Glenis Valencia G, Maritza Silva C. Centro de Procesamiento Digital de Imágenes (CPDI).FIIIDT.
Esta segunda entrega corresponde a lo relacionado con el estudio de la expansión urbana para las ciudad de Barquisimeto, estado Lara, como parte de la investigación realizada para tres ciudades del país, por los profesionales Jofmar Sánchez y Aimara Reyes, activos y adscritos en el 2015 al Centro de Procesamiento Digital de Imágenes de la Fundación Instituto de Ingeniería.
Barquisimeto es la capital del estado Lara, ubicada en el centro occidente del país, considerada una ciudad de contrastes, por su arquitectura colonial y moderna, es la cuarta ciudad en número de habitantes de Venezuela. Su importancia radica en que es el centro de las comunicaciones, industrias y la agricultura del centro-occidente. Figura 1.
Nuevamente se hace necesario rescatar el objetivo de este trabajo original, el cual fue estudiar la expansión urbana en tres ciudades del país, Barquisimeto, Ciudad Bolívar y el eje Barcelona – Puerto La Cruz aplicando herramientas de la Geomática para la detección de cambios temporales.
Es así, como la detección de cambios consiste en identificar diferencias en el estado de una característica o fenómeno, por observaciones que se hacen en diferentes momentos, por esto las imágenes de sensores remotos se convierten en una fuente invaluable de datos para estos estudios. De nuevo, esta investigación se apoyó en metodologías usadas en la Geomática, a través de algoritmos muy específicos de procesamiento digital de imágenes, usando datos multiespectrales y multitemporales de las imágenes de los satélites Landsat y SPOT, para determinar la extensión y categoría de los cambios que se han dado en los espacios urbanos de la ciudad de Barquisimeto, entre la fecha inicial y final de las imágenes, establecida en un rango aproximado de 20 años, por lo se considera un estudio de detección de cambios multi-anual.
Las características que se evaluaron en las imágenes de satélite fueron las de mayor respuesta espectral asociadas a los usos que se dan en las áreas urbanas; las cuales están compuestas por variados materiales, como: concreto, asfalto, metales, arcilla, arenas, etc. Por lo que se tomó la decisión de unificar esta variedad como un todo, concluyendo que las áreas de categorías urbanizadas es un compendio de todos los elementos registrados por el sensor y mencionados.
Metodología
Para completar el estudio para las ciudades indicadas, se utilizaron las siguientes imágenes; tratando en lo posible de seleccionar fechas coincidentes o cercanas al rango establecido, y con la menor cobertura de nubes (Tabla 1).Ademásde los programas para el procesamiento digital e interpretación de las imágenes de satélite, ERDAS 2014 y ENVI 5.1, y los módulos de estos, AutoSync, IAR reflectance, Matemática de bandas, Post clasificación; detección de cambios y DeltaCue.
Tabla 1. Imágenes de los satélites Landsat y SPOT utilizadas.
Los métodos empleados en la detección de cambios de las áreas de expansión urbanas se categorizaron en tres fases, (Canty, 2010) (Gordon, 1980), ver Figura 2.
En la segunda fase se escogió el método de detección de cambio a utilizar, entre Detección de cambios a nivel pixel (PLCD, Pixel Level Change Detection); Detección de cambios a nivel de características (FLCD, Feature level Change Detection) y Detección de cambios a nivel de objeto (OLCD,Object level Change Detection).
Escogiéndose una combinación de estos, es decir, de los primeros métodos basados a nivel de pixel y algunos métodos del segundo con base en las características de transformación espectrales y espaciales, ejecutándose algoritmos y tareas de estos para obtener resultados más precisos. (Figura 3).
Resultados para la ciudad de Barquisimeto
Los resultados obtenidos como indicativos de los cambios de la expansión urbana para las ciudades de Barquisimeto, se indican a continuación:
Como primer paso, se hizo necesario la escogencia de las bandas a utilizar a través del Análisis de las bandas espectrales que reflejan mayor porción de la energía en elementos asociados con las áreas urbanizadas y las que menos reflejan, para construir los Índices Normalizados de Áreas Urbanas (INAU).
Formula: (Bar – Bbr) / (Bar + Bbr);
Donde:
Bar = banda con alta reflectividad en áreas urbanas
Bbr = banda con baja reflectividad en áreas urbanas.
Se realizaron varios perfiles espectrales a las bandas de las imágenes en distintas zonas, asociados a elementos y áreas urbanas para determinar las bandas a ser usadas para cada uno de los sensores. Ver Figura 4.
En base a esto último, se escogieron para la imagen Landsat 4 del sensor MSS las bandas espectrales: 5 (infrarrojo medio) y la banda 3 (rojo). (B5 – B3) / (B5 + B3); y para la imagen Spot 5 se seleccionaron las bandas espectrales: 2 (infrarrojo rojo) y la banda 3 (infrarrojo cercano). (B2 – B3) / (B2 + B3). Así se Obtuvieron los siguientes resultados de imágenes de INAU, Figura 5.
Luego se generaron los NDVI de cada una de las escenas para ser usado como mascaras espaciales e ir extrayendo toda aquella vegetación que está dentro de las grandes áreas urbanizadas y obtener una superficie mas precisa. (Figura 6).
Posteriormente, se aplicó un filtro de post clasificación a los resultados (sieve class) para desechar aquellos elementos aislados que no representan importancia dentro de los índices construidos, para lo cual se utilizó el criterio de la unidad mínima cartográfica para escoger el umbral de pixeles mínimos que deben ser grupos a escala 1:100.000. Luego se enmascaro las áreas que representan nubosidad para ser eliminadas de los productos finales quedando los resultados de la siguiente manera (Ver Figura 7 y Tabla 2).
Tabla 2. Calculo de superficies de áreas urbanas para cada año de estudio en la ciudad de Barquisimeto.
-La fórmula para calcular el área total de superficie Urbanizada es:
Porcentaje (%) total de expansión = Porcentaje (%) de la fecha Final – Porcentaje (%) de la fecha inicial.
PEUCB: Porcentaje de expansión urbana para la ciudad de Barquisimeto.
-Donde un resultado de valor positivo (+) expresa que hubo expansión urbana y si el resultado es un valor negativo (-) expresa que hubo una contracción de las áreas urbanizadas.
PEUCB = 13,371 – 10,143 = 3,228 %
El resultado de expansión urbana para la ciudad de Barquisimeto fue del 3,228 % en un periodo de 20 años.
Referencias
- CANTY, M. (2010). Image Analysis, Classification, and Change Detection in Remote Sensing.
- EXPERIENCIAS PROPIAS. Personal Profesional y Técnico del Centro de Procesamiento Digital de Imágenes-Fundación Instituto de Ingeniería. Caracas.
- GORDON, S.I. (1980). Utilizing Landsat Imagery to monitor ‘and use change study in Ohio. Remote Sensing of Environment, Vol. 9, pp. 189-196.
- SÁNCHEZ J. y REYES A. (2015). Estudio de la Expansión Urbana de las Principales Ciudades de Venezuela utilizando técnicas de Geomática. Memorias del 1er Congreso Nacional de Geomática, Caracas, Venezuela.
Contactos: freddyfloresa@gmail.com; glenisvalencia38@gmail.com; maritcie@gmail.com