Jueves, 30 Octubre 2014
Imagen en reemplazo de flash
Cartografía planimétrica y temática de las Islas Galápagos – Ecuador PDF Imprimir E-mail

The Nature Conservancy - TNC y el Centro de Levantamientos Integrados de Recursos Naturales por Sensores Remotos - CLIRSEN, con la colaboración de otras instituciones, llevaron adelante el desarrollo del Proyecto Galápagos, cuyos principales resultados han sido la generación de cartografía topográfica escala 1 : 50.000, cartografía temática sobre cobertura vegetal y uso del suelo a la misma escala y cartografía temática sobre especies invasoras, a escala 1 : 25.000, con el cubrimiento total del archipiélago para el caso de los dos primeros productos y sobre cinco islas para el tema de las especies invasoras.

Para la georeferenciación se tomaron puntos de control en campo, usando sistemas GPS. Estos puntos estuvieron distribuidos de manera homogénea dentro de cada una de las islas. Estos puntos se seleccionaron en los sitios y accidentes geográficos donde había un fuerte contraste, como es el caso de las playas, manglares, lavas, etc.

El modelo digital del terreno correspondió a los datos de la Misión Topográfica de Radar adquirida por el Trasbordador Espacial, (SRTM), con el que se generaron las curvas de nivel. A partir de las imágenes georeferenciadas se actualizó el perfil de las islas, el trazado de la red vial, la red de drenaje y la actualización de los centros poblados, con sus respectivas bases de datos. En base a la interpretación digital de imágenes satelitales de los sistemas QUICKBIRD, SPOT, ASTER, EROS, LANDSAT e imágenes multiespectrales aeroportadas del Sistema CLIRSEN, con las mejores características de calidad en cuanto a cubrimiento de nubes, resolución espacial y espectral y actualidad, así como de la toma de datos radiométricos de campo, medidas en campo del índice de área foliar y toma de datos GPS, se generaron los mapas de cobertura vegetal y uso del suelo, así como la caracterización espectral de cuatro especies vegetales invasoras: Guayaba, Mora, Cascarilla y Pomarrosa, distribuidas en cinco de las principales islas del Archipiélago: Santa Cruz, Santa María (Floreana), Isabela, San Cristóbal y Santiago.

1.- Introducción

El mantenimiento del equilibrio “natural” de las Galápagos constituye para el Ecuador una de las obligaciones morales no solo por su contribución al mundo científico, sino por sus propios intereses derivados de la trascendencia universal de este patrimonio. Sin embargo, pese a la gran importancia científica de las islas Galápagos, se ha notado una deficiencia estructural en las principales organizaciones gubernamentales y no gubernamentales que realizan trabajos de investigación y otras actividades, para usar herramientas tecnológicas actuales que ayuden a resolver problemas relacionados con el uso, manejo y conservación de este importante ambiente ecológico. En los últimos tiempos se han realizado varios ensayos de mapeamiento y cartografía temática de las islas Galápagos, estos mapas son bastantes imprecisos y a escala pequeñas, por lo que estas inconsistencias han sido una de las limitantes para visualizar y espacializar la valiosa información generada sobre las islas Galápagos con una mayor precisión y exactitud. En base al acuerdo con The Nature Conservancy - TNC, en junio de 2005, el Centro de Levantamientos Integrados de Recursos Naturales por Sensores Remotos - CLIRSEN, realizó el presente estudio, el mismo que ha sido ejecutado tomando como fuente las imágenes satelitales QUICKBIRD, SPOT, EROS, LANDSAT y ASTER y cumpliendo con las especificaciones técnicas establecidas.

2.- Objetivo General

Elaborar la cartografía planimétrica y temática de las Islas Galápagos.

3.- Objetivos Específicos
  • Elaborar la cartografía básica planimétrica de las Islas Galápagos, con una superficie aproximada de 8.000 kilómetros cuadrados, a escala 1:50.000.

  • Elaborar la cartografía temática de cobertura vegetal de las Islas Galápagos, a escala 1:50.000, de acuerdo a la leyenda coordinada con TNC.
  • Elaborar la cartografía de especies invasoras en las áreas húmedas definidas por el Parque Nacional Galápagos, de las principales islas del Archipiélago de Galápagos (Isabela, Santiago, Santa Cruz, Santa María y San Cristóbal), en una superficie de 25.000 hectáreas, a escala 1:25.000.
  • Obtener la validación del Instituto Geográfico Militar (IGM) de la cartografía elaborada
4.- Área de Estudio

Las Islas Galápagos se encuentran localizadas a casi mil kilómetros de distancia del continente. Con un alto grado de vegetación y fauna endémicas, constituyen uno de los paraísos naturales del planeta. Es uno de los Parques Nacionales más apetecidos del mundo. Esta conformado por trece islas principales y numerosos islotes. Están enmarcadas dentro de las siguientes coordenadas:

Latitud : 1° N a 2° S
Longitud: 89° W a 92°W

5.- Elaboración de Mapas
5.1 Mapa Planimétrico

Para la obtención de este producto, se adquirieron imágenes de diferentes satélites disponibles en el mercado, procurando el cubrimiento total de las islas y seleccionando aquellas con la menor cobertura de nubes, así como buena resolución espacial y espectral.

Las imágenes satelitales seleccionadas fueron las siguientes:

  • SPOT 5, de 5 y 20 m de resolución espacial, con 2 bandas en el visible, 1 en el infrarrojo cercano, 1 en el infrarrojo medio y 1 pancromática.

  • ASTER, de 15 m de resolución espacial con 2 bandas visibles, 1 en infrarrojo cercano y 6 en infrarrojo medio. Estas últimas cos 30 m de resolución espacial.
  • EROS, de 1,8 m de resolución espacial y solamente en banda pancromática.
  • QUICKBIRD, de 2,4 m de resolución espacial, con 3 bandas en el visible y 1 en el infrarrojo cercano.
  • LANDSAT, de 30 m de resolución espacial, con 1 banda visible, 1 infrarroja cercana y 1 infrarroja media.


Mosaico de imágenes Spot (vegetación en rojo)


Mosaico de imágenes Landsat (vegetación en verde)

Las imágenes seleccionadas y adquiridas, fueron georeferenciadas y rectificadas a la proyección Universal Transversa de Mercator, elipsoide WGS84, datum WGS84, zona 15 sur.

Con este fin, se adquirieron puntos GPS en campo, puntos que se encuentran bien distribuidos de manera homogénea dentro del área de estudio y que son identificables en las imágenes, estos puntos se seleccionaron en los contactos donde había un fuerte contraste, como es entre playas, manglares, lavas, etc.

A partir de las imágenes georeferenciadas y la elaboración de mosaicos, se procedió a digitalizar las coberturas que conforman el mapa base ( perfil costero, islas, infraestructura), teniendo en cuenta las especificaciones técnicas para la escala 1:50.000.

Adicionalmente, se generaron curvas de nivel con intervalos de 40 m, tomando como fuente el modelo digital del terreno de la Misión de Radar Topográfico del Transbordador Espacial de la NASA, conocida en inglés como SRTM.
De conformidad con el formato del Instituto Geográfico Militar para la escala 1:50.000, la cartografía planimétrica base, se representó en 54 cartas de 15’ por 10’, con la correspondiente información marginal. En esta actividad colaboraron las siguientes instituciones: Instituto Geográfico Militar, Instituto Oceanográfico de la Armada y Parque Nacional Galápagos.

5.2 Mapa de Cobertura Vegetal y Uso del Suelo, escala 1:50.000.
El mapa sobre cobertura vegetal y uso del suelo para las islas Galápagos, se realizó empleando información satelital cuya representación gráfica final tiene una escala de 1:50.000, realizándose previamente la definición de criterios para la clasificación de la vegetación natural, que permitió establecer una leyenda de carácter temático que se presenta a continuación.

En este proceso participaron instituciones comprometidas con la conservación de los recursos naturales, como el Ministerio del Ambiente a través del Parque Nacional Galápagos, el Ministerio de Agricultura y Ganadería a través de SIGAGRO, la Fundación Charles Darwin, la Fundación ECOCIENCIA, The Nature Conservancy (TNC) y Centro de Levantamientos Integrados de Recursos Naturales por Sensores Remotos (CLIRSEN)

Las imágenes satelitales empleadas corresponden a: SPOT con 5 y 20 m, ASTER con 15 m de resolución espacial; y, para sectores puntuales debido a la presencia de nubes, como en la Isla Isabela, imágenes Landsat reformateado el tamaño del píxel a 20 metros.


El método para determinar la cobertura vegetal y uso del suelo, se basa en una interpretación interdependiente, a partir de una clasificación no supervisada en la que se incluye, a más de las bandas originales de las imágenes satelitales empleadas, un índice de vegetación normalizada, para posteriormente relacionar con un análisis visual de las imágenes satelitales realzadas en varias composiciones de color, e identificar su respectiva codificación en concordancia con la leyenda previamente establecida y el reconocimiento de campo respectivo.

El producto final corresponde a una clasificación sobre Cobertura vegetal y uso del suelo, representado gráficamente en 17 sectores de islas, y 54 hojas a escala 1:50.000 estableciéndose como resultados relevantes, que para la superficie total de las islas Galápagos se tiene que el 76,50% se encuentra dominado por una vegetación natural, el 2,47% por vegetación invasora (compuesto por: guayaba, mora, pomarosa y quinina), el 1,74% es dedicado a la actividad agropecuaria, el 19,13% corresponde a superficies desprovistas de vegetación, el 0,06% a cuerpos de agua, y el 0,10 % se encuentra bajo el uso de manifestaciones físicas del ser humano (rasgos culturales).

Cobertura Vegetal y Uso del Suelo de las Islas Galápagos (En Hectáreas)

Por cada sector correspondiente a cada isla principal, se obtienen resultados a nivel más detallado definiéndose sub tipos de vegetación natural, caracterizados por las especies vegetales dominantes en la unidad y para cada uso se tiene una desagregación por tipo de cobertura.
Un ejemplo de la presentación final de las 54 cartas de cobertura vegetal, se presenta en la página siguiente.


Fuente : Clirsen - 2006

5.2 Mapa de Especies Invasoras, escala 1:25.000.
En los últimos años, en el archipiélago de Galápagos, especialmente en sus islas habitadas, se ha evidenciado una seria amenaza en el ecosistema, debido a la agresiva presencia de especies vegetales invasoras que están poniendo en verdadero peligro el equilibrio ecológico en su biodiversidad. A partir de la introducción de algunas especies vegetales desde el continente, el desarrollo y crecimiento de éstas se ha hecho incontrolable, hasta el punto de considerarse insuficientes los esfuerzos para conseguir su erradicación. Las especies que mayores problemas causan son arbóreas, leñosas, trepadoras y pastos. Muchas de estas especies han invadido el Parque Nacional, pero se comportan igual de agresivas dentro de las zonas agrícolas.

Con estas premisas, CLIRSEN conjuntamente con The Nature Conservancy y con la colaboración de la Universidad de Carolina del Norte de Estados Unidos, Estación Charles Darwin y Parque Nacional Galápagos, ejecutaron este proyecto con la finalidad de que sus resultados contribuyan al control de la amenaza de las especies invasoras vegetales que, por su importancia, se centraron en el estudio de: mora, guayaba, cascarilla y pomarrosa.

El trabajo realizado está fundamentado en el uso de imágenes satelitales y aeroportadas de gran resolución (Quickbird, Sistema CLIRSEN y SPOT), datos espectrales adquiridos con un espectroradiómetro de campo, y procesamientos digitales con fines de clasificación de las especies.

Las áreas críticas para el estudio de las especies vegetales invasoras en las Islas Galápagos, fueron proporcionadas tanto por el Parque Nacional Galápagos, como por la Estación Charles Darwin. A partir de esta información se seleccionaron las áreas de muestreo identificables en las imágenes satelitales, en las cuales se transfirieron los puntos para la adquisición de datos de campo: medidas radiométricas, medidas para el índice de área foliar y puntos GPS. En la página siguiente se presentan los gráficos donde se aprecia la distribución de las áreas seleccionadas en las cinco islas.

Con la finalidad de que las imágenes a utilizarse sean las mas actuales posibles con la mejor resolución espacial y que la cobertura de nubes sea mínima, se seleccionaron imágenes Quickbird de las áreas correspondientes a las islas Santa Cruz, San Cristóbal, Santiago e Isabela (norte), mientras que para Santa María e Isabela (sur), se obtuvieron imágenes SPOT. Las imágenes seleccionadas y adquiridas, fueron tratadas para disminuir la influencia atmosférica en la respuesta espectral. De esta manera, las imágenes originales Quickbird se convirtieron a imágenes de reflectancia, mediante la aplicación de coeficientes de calibración y el método Dark Object Substraction (DOS). El objetivo del método es remover el aporte de la atmósfera y obtener la reflectancia mas aproximada a la real de la superficie terrestre; este procedimiento estuvo a cargo de la Universidad de Carolina del Norte.

En cuanto a las imágenes SPOT, solamente se realizó la corrección de dispersión atmosférica primaria que consiste en trasladar a cero el valor digital mínimo registrado por el sensor para cada banda espectral. Paralelamente, se obtuvieron medidas radiométricas “in situ”, tanto de las especies invasoras como de su entorno para establecer la posibilidad de discriminación. Para el trabajo de campo se contó con un espectroradiómetro proporcionado por la Universidad de Carolina del Norte, de banda corrida, que cubría longitudes de onda desde 325 a 1075 nanómetros, compatible con la resolución espectral de las imágenes utilizadas.

Distribución de las áreas críticas en las islas seleccionadas para estudio de especies invasoras.





En razón de que la presencia de nubes y sus sombras interfieren en las clasificaciones, primeramente se elaboró una máscara que elimine su influencia en las imágenes. Donde los límites de nubes y sombras no están definidos, como en el caso de la neblina, la construcción de la máscara es aproximada, quedando la posibilidad de errores de clasificación por esta causa.

Disponiéndose de las imágenes y de las medidas radiométricas “in situ”, se analizaron las alternativas para la correlación espectral entre las muestras de campo y la reflectancia de las imágenes satelitales.

Luego de realizar pruebas en las que se incluyeron la ubicación de los puntos de campo en las imágenes, clasificaciones supervisadas y clasificaciones no supervisadas, se optó por un método que partiendo de una clasificación no supervisada, con un número de clases que supere las esperadas en cada sector, se busque el mejor ajuste con los patrones obtenidos en campo.

Adicionalmente, se observó que el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI), ayuda a discriminar las zonas de vegetación vigorosa de las que carecen de ella, lo que se evidencia estadísticamente en los histogramas con la formación de picos fácilmente separables, por lo que este índice se agregó como una banda adicional en todo el proceso.


Histograma del Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada de la Isla Santa Cruz.

Los resultados de la caracterización espectral de las 4 especies vegetales invasoras estudiadas y su distribución espacial, se presentaron en 6 hojas en formato “raster” y no en “vector”, en las zonas seleccionadas de las cinco islas, debido a que en la mayoría de los casos no constituyen formaciones puras y consolidadas, por lo que su identificación en las imágenes se lo realiza a nivel de píxel.

La representación espacial de las especies encontradas en el área seleccionada de la Isla San Cristóbal, se presenta como una muestra de los resultados entregados en el proyecto. Se muestran también los gráficos relacionados con las medidas radiométricas obtenidas en el campo y las respuestas de la clasificación de la imagen correspondiente.


Representación espacial de las especies identificadas en la Isla San Cristóbal.

En el gráfico superior se puede observar que en una imagen blanco y negro del área de estudio de la Isla San Cristóbal, se ha superpuesto la cobertura de las especies invasoras identificadas en dicha área con los colores que se indican para cada una.

En los 2 gráficos siguientes se presenta la correspondencia entre las medidas radiométricas tomadas en el campo, con las obtenidas de los histogramas de las clases asignadas a las especies invasoras como resultado de la clasificación de las imágenes.


Curvas de las medidas radiométricas obtenidas en la Isla San Cristóbal.


Patrones de respuesta media en la imagen QUICKBIRD de la Isla San Cristóbal

6.- Conclusiones.
6.1 Del Mapa Planimétrico.

El producto entregado cumple con las especificaciones técnicas exigidas para la escala 1:50.000 y se encuentra en proceso de validación por parte del Instituto Geográfico Militar.

6.2 Del Mapa de Cobertura Vegetal y Uso del Suelo.

La leyenda de cobertura vegetal y uso de suelo fue elaborada en base a consenso principalmente entre representantes del Parque Nacional Galápagos, Estación Científica Charles Darwin, The Nature Conservancy y CLIRSEN como principales actores del proyecto. Sin embargo, se recibieron también sugerencias de otras instituciones como: SIGAGRO, Ecociencia, MAG y MAE. Las variables que se tomaron en cuenta para la caracterización de la cobertura vegetal fueron: fisonómico, ambiental, estratificación, fisiográfico y biótico.

La leyenda de cobertura y uso esta elaborada en base a la vegetación natural, poniendo énfasis en las especies dominantes de cada uno de los estratos y categorías encontradas en las islas e incluidas en la leyenda. La codificación de las diferentes unidades se determinó de acuerdo al nombre del subtipo de la cobertura vegetal natural, utilizando las primeras letras de los nombres y empleando letras mayúsculas y minúsculas para evitar confusiones. Cuando las primeras letras de los nombres se repetían se realizaron los cambios mas adecuados al caso.

La clasificación digital no supervisada, en función a las bandas originales de las imágenes satelitales empleadas, mas la generación de un índice de vegetación normalizada, en combinación con una interpretación visual interdependiente, dio excelentes resultados, en algunos casos, se incorporaron mas detalles que no estaban muy claros en algunas islas. Los manglares, algunas lagunas, humedales y monte salado se interpretaron visualmente ya que por el tamaño de las unidades no fueron detectados por el computador. Las zonas agropecuarias de las islas pobladas se reinterpretaron visualmente a fin de definir mejor la variación existente en las mismas.

Los resultados de cobertura vegetal y uso del suelo se presentan en cuadros que resumen los datos de los cientos de unidades existentes en las islas, esta representación se efectúa del mosaico de cobertura vegetal y uso del suelo de tod el archipiélago; Posteriormente se presenta información de todas las islas principales en las que se incluyen islas pequeñas, islotes y rocas adyacentes a las mismas con los dos cuadros descritos anteriormente, lo que permite tener una visión completa, para análisis y estudios posteriores.

6.3 Del Mapa de Especies Invasoras.

La discriminación espectral de especies vegetales invasoras es aplicable para aquellas que conforman colonias o grupos puros en superficies de terreno mayores a 30 pixeles reconocibles en la imagen y que se encuentren expuestos directamente a la iluminación solar. En la realidad, las diferentes especies no se encuentran puras, lo cual contamina las muestras espectrales y provocan asociaciones confusas en los procesos digitales de clasificación.

Las medidas radiométricas obtenidas en el campo, mediante el espectroradiómetro, al no corresponder a la fecha de toma de las imágenes y a la posición y estado vegetativo de las muestras cuya energía reflejada captan los sensores del satélite, se han considerado como referencia para la selección de las clases resultantes de las clasificaciones. El caso de la mora, esta planta forma arbustos y normalmente está asociada o bajo cubierta de especies arbóreas o mezclada con pastos, motivo por el cual resulta difícil su caracterización espectral, lo que no ha permitido su separabilidad individual en las clasificaciones digitales, presentándose espacialmente como una asociación con pasto.

La presentación de los resultados de la distribución espacial de las cuatro especies seleccionadas, se lo hace en modo “raster” y no “vector”, por cuanto no constituyen formaciones puras y consolidadas y su identificación espectral en las imágenes se lo realiza a nivel de píxel.

Las diferentes características climatológicas dentro del archipiélago, y mas aún dentro de las mismas islas, fue un limitante para que la extrapolación de la firma espectral de una misma especie, se aplique a todo el territorio estudiado.

El presente trabajo investigativo puede considerarse como una línea base para estudios de verificación y actualización, apoyado en un trabajo de campo mucho mas detallado y al uso de productos de otros sensores remotos con mejores resoluciones espaciales y espectrales.

La persistente cobertura de nubes ha impedido disponerse de imágenes actualizadas y de variada procedencia.

7.- Bibliografía.

ESPINOZA, José, Agricultura Por Sitio Especifico En Cultivos Tropicales, Inpofos, Casilla 17 17 – 980, Quito, Ecuador.

Manual de Cultivo y Riego para la caña de azúcar, elaborado por el Gerente de Operaciones y Superintendente de campo para el ISC.

BARTOLUCC L. 1983 Procesamiento digital de datos multiespectrales de percepción remota. LARS Purdue University West Lafayette, Indiana USA.

BARIOU, R.LECAMUS,D´LE HEAFF,F 1988. Réponse Spectrale des végétaux, en Dossiers de Teledetection. Centre Regional de Teledection. Universite de Rennes 2-Haute Bretagne.

Fuente:

Lino Verduga, Edgar Peñaherrera, Augusto González, Roberto Sánchez, Basilio Toro.
Centro de Levantamientos Integrados de Recursos Naturales por Sensores Remotos – CLIRSEN.
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