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TÉCNICAS Y HERRAMIENTAS DE SEGUIMIENTO DEL LITORAL
INNOVACIONES Y MEJORAS
José Francisco Sánchez GonzálezMadrid, 10 de abril de 2014
V Seminario Técnico CEDEX-IAHR
Mejora de la Eficiencia y Calidad de las Medidas Hidráulicas e Hidrológicas y Análisis de Datos
Improving Efficiency and Quality of Hydraulic and Hydrological Measurements and Data Analysis
CONTENIDOS
• INTRODUCCIÓN
• TELEDETECCIÓN POR SATÉLITE– SEGUIMIENTO DE LA LÍNEA DE ORILLA– INDICADORES MEDIOAMBIENTALES
• BATIMETRÍA AÉREA (Airborne Lidar Bathymetry)
• VÍDEO-SEGUIMIENTO
INTRODUCCIÓNSEGUIMIENTO DEL LITORAL
ÓRGANO DE GESTIÓN
• AGE
• CC.AA.
COMPETENCIAS
(NECESIDADES /
APLICACIONES)
• Defensa de costas
• Calidad aguas
• Urbanismo
• Vertidos (Dragados, A.R.U.)
ESPECIFICACIONES
SEGUIMIENTO
• Cobertura espacial
• Profundidad
•Resolución espacial
• Resolución temporal
TÉCNICAS Y
HERRAMIENTAS
• Trabajos de campo
• Seguimiento remoto
SEGUIMIENTO DEL LITORAL APLICACIONES (EJEMPLOS)
Detección y cuantificación
Medidas de control:
- Obras defensa
- Regeneración/aportes
Unidad Fisiográfica
Zona de rotura
< 1 m
año - década
CONTROL DE LA EROSIÓN
Seguimiento obras regeneración
Transporte litoral
Control erosión
Playa
Profundidad de cierre
> 1 m (interpolación)
estacional - anual
MORFODINÁMICA DE PLAYAS
Alteración medio
Regeneraciones y/o aportes
Dragados (zona de dragado/vertido)
Z.vertido (campo lejano)
>> Cierre
>> 1 m
caso por caso
TURBIDEZ Y SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN
SEGUIMIENTO DEL LITORALTÉCNICAS Y HERRAMIENTAS
• TRABAJOS DE CAMPO (IN SITU)– Levantamientos topo-batimétricos– Muestreos puntuales– Fondeos en periodos prolongados (tipo de muestreo)
• SEGUIMIENTO REMOTO– Vídeo-seguimiento– Vuelos
• Fotogramétricos• LiDAR
– Satélites híper- / multi-espectrales
SEGUIMIENTO DEL LITORALTRABAJO DE CAMPO vs. SEGUIMIENTO REMOTO
TRABAJO DE CAMPO
•Superficies muy pequeñas
•Muestreos puntuales
•Riesgos de la navegación
•Poco esfuerzo de calibración
•Procesamiento ad-hoc
•Resolución
•Precisión
•Tipos: – Barco / ROV (novedad)
– Fondeo (transmisión en tiempo
real)
SEGUIMIENTO REMOTO
•Superficies muy amplias
•Imágenes “ráster” (GIS)
•Sin riesgos para la navegación
•Gran esfuerzo de calibración
•Post-proceso automatizado
•Resolución
•Precisión
•Tipos:– Satélite (resolución alta/media)
– Vuelos Fotogramétricos/LiDAR
– Vídeo-seguimiento de playas*
TELEDETECCITELEDETECCIÓÓN POR N POR SATSATÉÉLITELITE
APLICACIONESAPLICACIONES
TELEDETECCIÓN POR SATÉLITE
• Teledetección: Técnica de adquisición de datos de la superficie terrestre desde sensores instalados en plataformas elevadas (satélites/aviones).
• Sensores pasivos y activos • Coberturas y resoluciones espaciales y temporales.• Seguimiento del litoral
– Color oceánico: Espectro visible e infrarrojo cercano
• 1970s Landsat 1 (NASA)
• 1990s – 2000s Misiones comerciales– IKONOS (1999) – Quickbird (2001)– Geo-Eye 1 (2008) – …
• https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions
TELEDETECCIÓN POR SATÉLITESEGUIMIENTO DEL COLOR OCEÁNICO
IKONOS-2 (1999)
• Sensores pasivos híper- / multi-espectrales – Número de bandas del espectro visible + Infrarrojo próximo
• Pre-proceso:– Georreferenciación– Corrección distorsiones geométricas– Mosaicos– Fusión, composición y realce
• Post-proceso (Seguimiento del Litoral):– Fotointerpretación (Ortofotos)– Inversión: La interacción electromagnética entre el terreno y el
sensor genera una serie de datos que permiten obtener información de la Tierra (RADIANCIA ESPECTRAL)
TELEDETECCIÓN POR SATÉLITEPROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN
ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN
• Image-centered (Fotointerpretación)– Personal experto– Aplicaciones cartográficas:
• Identificación de la línea de costa• Seguimiento ocupación sistemas dunares
• Data-centered (Teledetección espectral)– Inversión (calibración): Algoritmos de transformación basados
en radiancia espectral– Aplicaciones ambientales (explotadas/potenciales):
• SST (temperatura)• Eutrofización (clorofilas) • Turbidez• Batimetría, etc.
SEGUIMIENTO DE LA LÍNEA DE ORILLA
TECNOLOGÍAS DE ALTA RESOLUCIÓN
Detección orilla:•Fotointerpretación (experta)•Automática (clasificada)
Procesado de la imagen (para fotointerpretación):•Ortorrectificación•Fusión (pan-sharpening)•Composición y realce del color
SENSORES DEL SATÉLITE QUICKBIRD
FUSIÓN
COMPARACIÓN LÍNEA MANUAL vs. AUTOMÁTICA
TELEDETECCIÓNSEGUIMIENTO DE LA LÍNEA DE ORILLA
TELEDETECCIÓN ESPECTRALSEGUIMIENTO DE INDICADORES AMBIENTALES
• Firmas espectrales– Suelo– Vegetación– Agua
• Balance de radiación– Emitida– Transmitida– Dispersada– Absorbida– Reflejada
Bandas TMLongitud de onda (μm)
Reflec
tivida
d (%
)
Vegetación sanaAgua clara
Suelo desnudo
Absorción del agua
Clorofila
Pigmentosde la hoja
Estructurade la hoja
Contenido de aguaen la hoja
Fuente NASA
BALANCE DE RADIACIÓN
INDICADORES MEDIOAMBIENTALES
• Indicadores medioambientales– Eutrofización (clorofilas)– Turbidez y Calidad aguas– Estado de la vegetación litoral– Costa desnaturalizada / urbanizada
• Grado de ocupación del litoral• Evolución
• Inconvenientes TD Espectral:– Algoritmos de inversión– Resolución vs. Cobertura– Sólo tendencias largo plazo
RESULTADOS
3
RESULTADOS
BATIMETRBATIMETRÍÍAS LiDARAS LiDAR(AIRBORNE LiDAR BATHYMETRY)(AIRBORNE LiDAR BATHYMETRY)
AIRBORNE LiDAR BATHYMETRY
• Empleo en Hidrografía:– Cálculo de la profundidad:
• Profundidad = Luz verde – Luz roja– Aplicaciones costeras: no necesaria luz roja
• Historia:– 1980s: Primeros láseres en hidrografía
• Tamaño/ peso • Personal operación - postproceso
– 2007 7 sistemas ALB– 2012 >15 sistemas ALB
• Características principales– Altitud vuelo ≈ 400 m– Barrido ≈ 100 m– Resolución ≈ 2 m x 2 m– Tasa de adquisición ≈ 1 - 50 km2/h– Alcance ≈ 2 x prof. disco Secchi
HawkEye III (AHAB, Leyca Geosystems)
BATIMETRÍAS LiDARFACTORES QUE AFECTAN AL RENDIMIENTO
• Factores ambientales (afectan energía reflejada)– Atmosféricos (poca influencia con cielo despejado)– Superficie (interfaz atmósfera – océano)– Columna de agua (water clarity)
• Materia orgánica disuelta• Partículas en suspensión
– Bentónicos (Fondo)
• Factores meteorológicos(afectan al vuelo)
– Nubes– Viento– Lluvia
BATIMETRÍAS LiDAR
• Ventajas– Evita zonas de riesgo para
la navegación– Elevada resolución y
precisión– Elevado ritmo de trabajo
• Inconvenientes– Escaso mercado
(gobiernos/defensa)– Coste muy elevado
• Eficiente sólo para grandes superficies
VVÍÍDEO DEO –– SEGUIMIENTO SEGUIMIENTO DE PLAYASDE PLAYAS
MORFODINÁMICA DE PLAYASVÍDEO-SEGUIMIENTO
• Tecnología:– Técnica Argus de seguimiento de playas– Fotogrametría - Ortorrectificación– Imágenes Time-exposure (TIMEX)– Fotointerpretación
• Automática (orilla – perfil intermareal)• Experta (dinámica rompientes)
snap
timex
VÍDEO-SEGUIMIENTO DE PLAYAS
• Historia:– ARGUS (1990s)– ESPAÑA (2000s – 2010s)
• Aplicaciones al seguimiento del litoral:– Seguimiento de la línea de
orilla a largo plazo– Cambios morfológicos en
playas• Zona de rotura• Barras
– Alcance del oleaje– Densidad de usuarios
• Ventajas– Seguimiento continuo– Coste en estudios
detallados de playas
• Inconvenientes– Baja resolución para
grandes distancias entre cámaras y playa
– Ineficiente en zonas muy amplias
CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA ELEMENTOS
• Cámaras:– 1,3 MPx
• Uds.Control:– Calibración– Adquisición– Procesado imágenes
• Transmisión:
CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA DISEÑO Y EXPLOTACIÓN
• Diseño:– Enfoque– Distancia focal– Resolución transversal– Resolución longitudinal
• Calibración:– Intrínseca– Extrínseca
• Ortorrectificación y fundido– GPCs
• Explotación:– TIMEX 600 s / 1 s
Ortorrectificación y fundido
RESULTADOS
Zonas de rotura en la playa el 03/07/2011 a las 10:40 GMT. Poniente, HS ≈ 2,0 m.
Zonas de rotura en la playa el 24/01/2013 a las 10:40 GMT. Poniente, HS ≈ 2,0 m.
• Línea de orilla:
• Zona de rotura:
PONIENTES
LEVANTES
Jun-
11
Jul-1
1
Aug
-11
Sep
-11
Oct
-11
Nov
-11
Dec
-11
Jan-
12
Feb-
12
Mar
-12
Apr-1
2
May
-12
Jun-
12
Jul-1
2
Aug-
12
Sep-
12
Oct
-12
Nov
-12
Dec
-12
Jan-
13
Feb-
13
Mar
-13
0
5
10
15
Fluj
om
ensu
al(1
0-3W
/m)
0
60
120
180
240
300
360
Dire
cció
n(º
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Flujo Medio EnergíaDireccion Media
Abr – Dic 2012
