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Clasificación multitemporal de usos de la tierra utilizando imágenes landsat en la cuenca del Río Quinindé

Authors:
  • Revista de Investigaciones en Energía, Medio Ambiente y Tecnología (RIEMAT)

Abstract and Figures

Esta investigación tuvo como objetivo realizar una clasificación multitemporal de usos y cobertura de la tierra utilizando imágenes Landsat para la cuenca del Río Quinindé, dada la importancia de contar con datos actualizados del uso de suelo de una determinada área para la gestión del recurso hídrico. Se utilizaron imágenes satelitales LANDSAT de los años 1998, 2015 y 2019, y se aplicaron los métodos de distancia mínima y el método ISODATA haciendo uso del software QGIS, que involucró el análisis mediante la clasificación supervisada y no supervisada. Los resultados revelan que la cobertura de nubes tiene un 15,66%; por lo tanto, el año 2015 tiene el mayor porcentaje de nubes. Los pixeles “sin información” (leyenda color negro) tienen un promedio 4,29%; el cuerpo de agua tiene un porcentaje de 0,15% y la cobertura de agrícola (tierra cultivada) tiene un valor promedio 25,78%; la cobertura de conservación y protección (bosque húmedo poco alterado) tiene un valor promedio 21,24%; la cobertura de conservación y producción (vegetación herbácea mediamente alterado) tiene un valor promedio de 32,65%; y la zona poblada tiene un valor promedio de 0,23%. En conclusión, las actividades humanas cambian el uso del suelo en la cuenca, pudiendo causar efectos nocivos como un aumento en la erosión del suelo mediante la escorrentía superficial, acarreando finalmente arrastre de sedimentos. Se recomienda desarrollar planes integrales de gestión para la cuenca.
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Vol. 9, Núm. 2 (1-10): Julio-Diciembre, 2024 DOI: 10.33936/riemat.v9i2.6793
RIEMAT: Revista de Investigaciones de Energía,
Medio Ambiente y Tecnología
e-ISNN 2588-0721
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RIEMAT
Revista de Investigaciones en Energía,
Medio Ambiente y Tecnología:
Multitemporal lad use classication using Landsat images in
the Quinindé River basin
Clasicación multitemporal de usos de la tierra utilizando
imágenes landsat en la cuenca del Río Quinindé
Citacion sugerida: Bravo-Ferrín, R., Giler-
Ormaza, A., Mogro, Y. & Cusme-Intriago,
R. (2024). Clasificación multitemporal de
usos de la tierra utilizando imágenes landsat
en la cuenca del Río Quinindé. Revista de
investigaciones en energía, medio ambiente
y tecnología. RIEMAT, 9(2), pp. 1–10. https://
doi.org/10.33936/riemat.v9i2.6793
Autores
Recibido:
Aceptado:
Publicado:
04/06/2024
21/06/2024
02/07/2024
1 Universidad Católica del Ecuador Sede
Manabí, Carrera de Ingeniería Hidraúlica.
Portoviejo, Ecuador.
2 Universidad Técnica de Cotopaxi, Carrera
de Ingeniería Hidraúlica. San Jacinto,
Ecuador.
* Autor para correspondencia.
andygiler90@hotmail.com
Resumen
Esta investigación tuvo como objetivo realizar una clasicación multitemporal de
usos y cobertura de la tierra utilizando imágenes Landsat para la cuenca del Río
Quinindé, dada la importancia de contar con datos actualizados del uso de suelo
de una determinada área para la gestión del recurso hídrico. Se utilizaron imágenes
satelitales LANDSAT de los años 1998, 2015 y 2019, y se aplicaron los métodos
de distancia mínima y el método ISODATA haciendo uso del software QGIS, que
involucró el análisis mediante la clasicación supervisada y no supervisada. Los
resultados revelan que la cobertura de nubes tiene un 15,66%; por lo tanto, el año
2015 tiene el mayor porcentaje de nubes. Los pixeles “sin información” (leyenda
color negro) tienen un promedio 4,29%; el cuerpo de agua tiene un porcentaje de
0,15% y la cobertura de agrícola (tierra cultivada) tiene un valor promedio 25,78%;
la cobertura de conservación y protección (bosque húmedo poco alterado) tiene un
valor promedio 21,24%; la cobertura de conservación y producción (vegetación
herbácea mediamente alterado) tiene un valor promedio de 32,65%; y la zona
poblada tiene un valor promedio de 0,23%. En conclusión, las actividades humanas
cambian el uso del suelo en la cuenca, pudiendo causar efectos nocivos como un
aumento en la erosión del suelo mediante la escorrentía supercial, acarreando
nalmente arrastre de sedimentos. Se recomienda desarrollar planes integrales de
gestión para la cuenca.
Palabras clave: Clasicación multitemporal; uso de suelo; cobertura terrestre;
escorrentía; sedimentos.
Abstract
This mixed research study aimed to carry out a multi-temporal Landsat image
classication of land cover/use in the Quinindé River Basin, regarding the
importance of having updated data on the use of land in a given area for water
resource management. Hence, this descriptive research study was conducted
from January to November 2022. Some Landsat satellite images from 1998,
2015 and 2019 were used; the minimum distance method was used, as well as
the ISODATA method using QGIS software, which involved an analysis through
supervised and unsupervised classication. The ndings reveal 15.66% cloud
coverage; therefore, the year 2015 has the highest percentage covered by clouds.
Pixels “without information” (black legend) have an average of 4.29%; the body of
water has 0.15% and agricultural land (cultivated land) has an average of 25.78%;
the coverage of conservation and protection (less disturbed humid forest) has an
average of 21.24%; the coverage of conservation and production (moderately
disturbed herbaceous vegetation) has an average of 32.65%; and the populated area
has an average of 0.23%. In conclusion, human activities aect uses of soil in this
basin, and they may cause damage such as an increase in soil erosion due to surface
runo, transporting this way sediment entrainment. Developing comprehensive
water resources planning activities for this basin is recommended.
Keywords: Multi-temporal classication; land use; land cover; runo; sediments.
Richard Xavier Bravo-Ferrín 1
Andy Miguel Giler-Ormaza 2*
Yenson Vinicio Mogro-Cepeda 2
Rudys Cusme-Intriago 2
https://orcid.org/0000-0002-4088-3034
https://orcid.org/0000-0002-6887-392X
https://orcid.org/0000-0002-4688-0467
https://orcid.org/0009-0006-7882-1206
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1. Introducción
Es importante resaltar que desde hace mucho tiempo el hombre viene realizando actividades que producen
cambios signicativos en su entorno. De acuerdo con esto es importante resaltar que los desequilibrios
ambientales son varios y que tienen un impacto dentro del sistema en donde se encuentra radicado (Aguirre,
2018). En este sentido se puede explorar de manera amplia que efectos han venido dándose mediante la
aplicación de métodos y técnicas, que corroboren dichas armaciones y que pueden asegurar su necesidad
de análisis (Prieto, et al.,2018).
Para establecer un proceso que permita jar la función de un análisis sobre las problemáticas generadas es
importante seleccionarlo y aplicarlo para la obtención de resultados que describan su estado situacional. Por
una parte, es necesario determinar qué elementos deben emplearse primeramente para el análisis multitemporal
y que de acuerdo con Cabrera (2019), indica que se debe cumplir cuatro condiciones “corrección geométrica,
corrección radiométrica, eliminación de nubes y que correspondan a la misma época” (p.10). De acuerdo
con esto es importante indicar que solo se aplica como metodología de selección en pleno ejercicio para la
función de una clasicación.
“La clasicación es una forma de aprendizaje, un proceso que acumula y concentra experiencias dentro
de modicaciones internas de un sistema; no razona para deducir un resultado o tomar decisiones. Por lo
tanto, la clasicación se limita a agrupar conjuntos de objetos” (Arango et al., 2005, p. 2613). Dentro de los
estudios multitemporales es necesario realizar un análisis sobre el proceso que se desea establecer, y que
funciones necesitan ser comprendidas (Kantakumar & Neelamsett,2015).
Para instituir estos procesos, es importante determinar qué tipo de clasicaciones existen, las cuales se
dividen en dos tipos de clasicaciones, la clasicación supervisada y la no supervisada, siguiendo esta misma
fundamentación de la autora Aguirre et al. (2018); en la clasicación supervisada, se seleccionan muestras
representativas para cada cobertura. Esta clasicación analiza los cuerpos de agua que están presentes en
el desarrollo y proceso dentro de las zonas, coberturas de bosques, vegetaciones secundarias, mosaicos de
pastos y cultivos.
La clasicación multitemporal del uso de la tierra tiene en cuenta la variación estacional del área de estudio,
así como las diferencias estacionales de vegetación, que es muy útil para comprender el impacto de la
dinámica del uso de la tierra en los recursos naturales (Neelamsetti, 2015). En concordancia con este estudio,
el cual fue diseñado con un enfoque híbrido en combinación de técnica de clasicación supervisada de
máxima verosimilitud bajo un contraste del enfoque de árbol de decisión y método de clasicación no
supervisado para derivar la clasicación multitemporal del uso de la tierra de la cuenca de Río Quinindé para
los años 1998, 2015 y 2019.
Los impactos de los cambios en el uso de la tierra sobre la sostenibilidad de los ecosistemas se están
convirtiendo en un problema, los cuales causan afectaciones a nivel mundial, los cuales están siendo
estudiados mediante procesos investigativos. Las acciones humanas parecen conducir a la mayoría de los
cambios que están latentes en la supercie terrestre, mediante las alteraciones que son generadas en cubierta
supercial, y que dan como resultados cambios en el equilibrio de energía, agua, y los ujos geoquímicos a
nivel local, regional y global (Valdivieso y Bosque, 2010).
Dichos cambios inuirán inevitablemente en la sostenibilidad de recursos naturales y actividades
socioeconómicas, con el aumento en el crecimiento de la población, la presión que es una variante ejercida
sobre los recursos naturales, los cuales se encuentran ajustados por las limitaciones dentro de un país y
genera un efecto a los cambios en la cobertura del suelo (Islam et al., 2018).
Los mapas de usos y cobertura de la tierra que se clasican de acuerdo a orden completo, están establecidos
por múltiples fechas temporales únicas, de las cuales a menudo carecen de información de deciencia sobre
el proceso de cambio uso y cobertura de la tierra y sus transformaciones (por ejemplo, su tasa de cambio). Es
Clasificación multitemporal de usos de la tierra utilizando imágenes landsat en la cuenca del Río Quinindé
Bravo-Ferrín, R., Giler-Ormaza, A., Mogro-Cepeda, Y. & Cusme-Intriago, R.
DOI: 10.33936/riemat.v9i2.6793
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necesario resaltar que el mapa de uso y cobertura de la tierra multitemporal puede superar estas deciencias
que son aporte signicativo en las investigaciones. De acuerdo con (Sun & Ongsomwang, 2020), es poco
probable que solo haya un método para usos y cobertura de la tierra que ayuden a comprender de mejor
manera la clasicación multitemporal, y con este referente también el uso de los datos satelitales de series
de tiempo.
De acuerdo con lo que sostiene Gómez et al. (2016), hay dos enfoques para generar información de
clasicación multitemporal usos y cobertura de la tierra, a partir de conjuntos de datos de series de tiempo.
Primeramente, se producen mapas usos y cobertura de la tierra independientes para cada intervalo de tiempo
(es decir, para cada mes o año), en segundo lugar, los mapas usos y cobertura de la tierra multitemporales
se crean utilizando un mapa base como condición de referencia con cambiar información para varias fechas
(Sun & Ongsomwang, 2020).
La integración de las nuevas tecnologías de teledetección integradas en unos sistemas de información
geográcos es de vital importancia a la hora de hacer estimaciones multitemporales de uso de suelo. En
una percepción directa que generan los autores Mendoza et al. (2021), en su evaluación de cambios de uso
y cobertura de la tierra a escala de cuenca hidrográca del río Chone, hace referencia a la importancia de
analizar los impactos en el suelo con respecto a las tasas de forestación y destaca la insostenible urbanización
cerca de una cuenca, por su parte Young y sus colaboradores (2017), mencionan y en concordancia con
(Vuolo et al., 2015), que es eciente analizar este impacto por medio imágenes Landsat, ya que estas son
buenas para estimar uso de suelo.
Las necesidades sobre obtener información sobre estos problemas permiten realizar un análisis sobre su
estado situacional, generando y funcionando a la vez un nivel de integración de datos, análisis y percepciones
sobre los datos obtenidos de todos los software, herramientas y funciones que están establecidas dentro de
una investigación (Khatami,et al.,2016). Por los antecedentes mencionados anteriormente es necesario y se
justica la elaboración de este trabajo investigación.
El objetivo general de esta investigación se realizar una clasicación multitemporal de usos y cobertura de
la tierra utilizando imágenes Landsat para la cuenca del Río Quinindé (Ministerio del Ambiente del Ecuador
[MAE], 2012). Los objetivos especícos fueron a) Evaluar sistemáticamente la disponibilidad de imágenes
Landsat para estimar usos y cobertura de suelo en la cuenca de estudio; b) Seleccionar escenas Landsat en
base a las mínimas coberturas de nubes en el área de estudio; c) Realizar el procesamiento para las escenas
seleccionadas y obtener mapas de cobertura del suelo; y d) Llevar a cabo un análisis multitemporal de los
cambios en el usos y cobertura de suelo y su relación con el potencial de afectar la inltración y la escorrentía.
2. Materiales y Métodos
2.1. Área de Estudio
La cuenca del Río Quinindé se encuentra al norte del Ecuador en la provincia de Esmeraldas y tiene una
supercie es de 3672.45 km2 (Changjiang Institute of Survey, Planning, Design and Research [CISPDR],
2016), por lo cual el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrológica (INAMHI) que la cuenca tiene una
ubicado de la estación hidrológica H0177.
Para obtener la forma de la cuenca se usó el modelo digital de elevación del terreno (DEM) del proyecto
SRTM de la NASA de resolución tiene 12.5 x 12.5 m a través de la satelital ALOS PALSAR (Turner, 2015),
para la desratización espacial se hará uso de un sistema de investigación geográca con una estimación del
uso de la cuenca en estudio (Pérez et al., 2018; Henriquez, 2012). En complemento se usa el programa QGIS
para procesar la información geográca y hacer delimitación hidrográca de nuestro área de estudio con el
tomado con el punto de cierre la estación hidrológica H0177 (Jorquera, 2012).
A continuación, se presenta en la gura 1 una imagen geográca de la zona de estudio:
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Figura 1
Área de estudio del Río Quinindé.
Fuente: Los autores
Teledectección
Para comenzar, se obtuvieron los datos necesarios (imágenes satelitales) del “EARTH EXPLORER” de
la NASA para los años 1998, 2015 y 2019. Después, se descomprimieron las bandas y se cargaron en el
software ENVI. Durante el preprocesamiento de las imágenes, se realizaron tres correcciones: radiométrica,
atmosférica y topográca, tal como se presenta en la tabla 1.
Tabla 1
Nomenclatura de las imágenes satelitales LANDSAT.
Satélite Año de obtención
de la información ID de la imagen
LANDSAT 5 TM 1998 LT05_L1TP_011060_19980907_20161222_01_T1
LANDSAT 8 OLI 2015 LC08_L1TP_011060_20150330_20170411_01_T1
LANDSAT 8 OLI 2019 LC08_L1TP_011060_20190715_20190721_01_T1
Fuenta: Elaboración propia
La corrección radiométrica convirtió los números digitales tomados por el satélite en unidades de radiancia,
mientras que la corrección atmosférica eliminó las distorsiones atmosféricas. La corrección topográca se
realizó en QGIS con la herramienta de corrección topográca de SAGA, que utilizó el método MINNAERT
para mitigar el ángulo del sol en diferentes estaciones del año.
La corrección radiométrica convierte los números digitales (DN) que logra registrar las imágenes satélites,
sin embargo, se emplean las herramientas de RADIOMETRIC CORRECTION se encuentra en el software
ENVI, ya que la conguración de este método FLAASH tiene un valor de SCALE FACTOR es de 0,10 es
para la calibración de la radiancia (Aguilar et al., 2014).
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La corrección atmosférica permite realizar unas imágenes adquiridas por los diferentes sensores o las
distintas fechas (Young et al., 2017). Por lo tanto, el método de la corrección FLAASH es para eliminación
algunos de los efectos atmosféricos causado por la dispersión molecular en la atmosférica.
Para obtener una reectancia de la supercie:
(1)
Donde:
LTOA: resplandor espectral al satélite.
ρSUP: reectancia de la supercial del píxel.
ρe: reectancia de la supercie promedio del píxel de la región circundante.
S: esférico albedo de la atmósfera.
La A y B son los coecientes que dependen de la atmósfera y las condiciones geométricas (Prieto-Amparan
et al., 2018).
En este caso el método que se encuentra en un módulo de ENVI Software. Por otro lado, el preprocesamiento
de las imágenes LANDSAT, a través del PLUGIN SCP que se encuentra en el Software QGIS, por lo que la
corrección atmosférica se realiza mediante a un algoritmo de DOS1 (DarkObjectSubstract 1), en el caso de
la técnica de los objetos sombríos que se detectan automáticamente cuando el valor de reexión de pixeles
es menor o igual a 1.0% (Prieto-Amparan et al., 2018).
La corrección topográca es la que tiene un ángulo de incidencia del aspecto solar; es decir, que es diferente
entre las estaciones del año, esto se produce mediante las regiones oscuras o la mayor iluminación que se
pueden observar de manera más precisa; por lo tanto, la corrección topográca se hace por el método de
MINNAERT. En la siguiente la ecuación es explica cómo se emplea en este caso:
(2)
Donde:
LH: reectancia de la supercie horizontal.
LT: reectancia de la supercie inclinada.
COS z: ángulo cenital solar.
COS i: ángulo de incidencia solar local.
k: constante de MINNAERT.
En este caso método los complementos de SAGA que se encuentra dentro del Software QGIS (Fureder,
2010).
Mapas de usos de la tierra de las imágenes LANDSAT
La clasicación se realizó a través del método de los complementos SCP (SemiAutomatic Classication)
dentro de Software QGIS, sin embargo, la clasicación semi-supervisada, utilizó unos 17 ROI (Region of
Interést) para 7 MacroClass, por lo que se tomaron diferentes combinaciones de bandas que se encuentra
en la tabla 2. Estos muestreos se juntaron con la implementación del algoritmo de Distancia Mínima para
obtener los resultados deseados. Para discriminar la cubierta vegetal resultó útil la combinación de bandas
infrarrojo (Argañaraz & Entraigas, 2011).
Combinaciones de las bandas para las imágenes satelitales que se presentan en la tabla 2.
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Tabla 2
Combinaciones de las bandas para las imágenes satelitales.
Satélite Tipo de combinación Combinación de bandas
LANDSAT 5 TM Color Natural B3 (Red) – B2 (Green) - B1 (Blue)
Uso de Agrícola B5 (SWIR 1) – B4 (NIR) – B1(Blue)
Color Falso Infrarrojo B4 (NIR) - B3 (Red) – B2 (Green)
LANDSAT 8 OL Color Natural B4 (Red) – B3 (Green) - B2 (Blue)
Uso de Agrícola B6 (SWIR 1) – B5 (NIR) – B2(Blue)
Color Falso Infrarrojo B5 (NIR) – B4 (Red) – B3 (Green)
Fuente: Satélite LANDST 5TM-LANDST 8 OL.
En la tabla 3 se encuentran diferentes combinaciones de las bandas para las imágenes LANDSAT, por lo que
se puede discriminar y clasicar las coberturas de la tierra en función de composición espectral.
Combinación de bandas en imágenes LANDSAT
Tabla 3
Combinación de bandas en imágenes LANDSAT
LANDSAT 5 TM en año 1998 LANDSAT 8 OLI en año 2015 LANDSAT 8 OLI en año 2019
COLOR NATURALCOLOR AGRICOLACOLOR INFRARROJO
Fuente: Los autores.
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La clasicación se realizó a través del método de los complementos SCP (SemiAutomatic Classication)
dentro de Software QGIS, sin embargo, la clasicación semi-supervisada, utilizó unos 17 ROI (Region of
Interést) para 7 MacroClass, por lo que se tomaron diferentes combinaciones de bandas que se encuentra
en la tabla 2. Estos muestreos se juntaron con la implementación del algoritmo de Distancia Mínima para
obtener los resultados deseados. Para discriminar la cubierta vegetal resultó útil la combinación de bandas
infrarrojo (Argañaraz & Entraigas, 2011), tal como se presenta en la gura 2.
Figura 2
Diagrama de Clasicación de No Supervisada QGIS.
Fuente: Los autores.
3. Resultados y Discusión
3.1. Análisis del Recurso Hidrológico
La estimación del uso de suelo con base en las imágenes LANDSAT para los años 1998, 2015 y 2019 fueron
los siguientes: la cobertura de nubes tiene un 15,66%; por lo tanto, que el año 2015 tiene el mayor porcentaje
de nubes por la imagen de LANDSAT. La clasicación “sin información” por inspiración que se ha tomado
de la nube (leyenda color negro) tiene un promedio 4,29%; el cuerpo de agua tiene iguales porcentaje 0,15%,
la cobertura de Agrícola (tierra cultivadas) tiene un valor promedio 25,78%; la cobertura de conservación y
protección (bosque húmedo poco alterado) tiene un valor promedio 21,24%; la cobertura de conservación y
producción (vegetación herbácea mediamente alterado) tiene un valor promedio de 32.65%; y la cobertura
de antrópico (zona poblada) tiene un valor promedio de 0.23%, tal como se presenta en la tabla 4.
Tabla 4
Comparación multitemporal de los resultados.
1998 2015 2019
Uso de suelos Área (ha) Porcentaje (%) Área (ha) Porcentaje (%) Área (ha) Porcentaje (%)
Cobertura de nubes 39282,36 10,89% 96125,23 26,66% 19213,26 5,33%
Sin información 310,02 0,09% 31239,18 8,66% 14806,33 4,11%
Cuerpos de agua 543,01 0,15% 543,01 0,15% 543,01 0,15%
Agrícola 103095,11 28,59% 73782,70 20,46% 85539,44 23,72%
Conservación y
protección 76943,90 21,34% 120584,80 33,44% 120485,76 33,42%
Conservación y
producción 139483,26 38,68% 37461,61 10,39% 119272,48 33,08%
Antrópico 908,46 0,25% 829,61 0,23% 705,85 0,20%
Totales 360566,13 100,00% 360566,13 100,00% 360566,13 100,00%
Fuente: Los autores.
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Por ende, la generación de los mapas de cobertura de la tierra con base en las imágenes LANDSAT, la
cobertura de Tierras de Cultivo de Secano disminuyó un 9.99%. La Cubierta Arborea siempre será de color
verde para obtener cerrada para abrir (>15%) se incrementó en 0.37%; la Cubierta de Matorral se incrementó
en 14.75%; las áreas urbanas disminuyeron un 0.16%; áreas desnudas se incrementaron en 1.63%. La
variabilidad de los cuerpos de agua en el año 2019 el 1% ya que en el año 1998 sin cuenta los cuerpos de
agua por lo que la imagen de LANDSAT 5 tuvieron problema con la nubosidad, tiene un valor 16.57%.
Por otra parte, la determinación de los mapas No-Supervisada cobertura de la tierra con la base en las
imágenes LANDSAT: la cobertura de Tierras de Cultivo de Secano disminuyó un 15.24%; la Cubierta
Arbórea siempre será color verde por las hojas anchas para obtener cerrada para abrir (>15%) disminuyó en
0.7%; la Cubierta de Matorral se incrementó en 9.37%; las áreas urbanas que el año 2019 tiene un valor de
3.79% ya que el año 1998 de la LANDSAT 5 hubo problema con la imagen de LANDSAT por la nubosidad;
áreas desnudas disminuyeron en 23.1%, tal como se presenta en la gura 3.
Figura 3
Comparación gráca de los resultados.
Fuente: Los autores
Discusión
Los resultados obtenidos en esta investigación tienen cierto grado de similitud con los reportados por
Ramírez (2021), en su estudio “ Caracterización físico-química del agua y su relación con el uso del suelo
en el Río Teaone, cantón Esmeraldas, año 2019”. Ramírez encontró que los principales cambios en la cuenca
eran de suelos forestales a suelo para cultivos agrícolas y pastizales, y concluyó que estos cambios inuyen
en el azolvamiento de los cauces. Además, menciona que los parámetros físico-químicos demuestran que
en los sistemas agroforestales y bosques nativos se mantiene una buena calidad de agua mientras que en
los usos de suelo de ganadería y urbanos su calidad decrece. Esto se asemeja a lo mostrado en nuestra
investigación, donde se puede ver que los cambios en el uso del suelo en la cuenca del embalse favorecen
la escorrentía. Como es sabido, la escorrentía causa la erosión de sedimentos hacia los cuerpos de agua.
Tabuenca (2016), corrobora lo mencionado Ramírez (2021), ya menciona que los suelos desnudos y de uso
agrícola contribuyen con mayor cantidad de sedimento en comparación con los bosques y matorrales.
Clasificación multitemporal de usos de la tierra utilizando imágenes landsat en la cuenca del Río Quinindé
Bravo-Ferrín, R., Giler-Ormaza, A., Mogro-Cepeda, Y. & Cusme-Intriago, R.
DOI: 10.33936/riemat.v9i2.6793
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riemat@utm.edu.ec
En nuestra investigación, utilizamos el método FLAASH para las correcciones radiométricas y atmosféricas,
y el método MINNEART para la corrección topográca. Estos métodos demostraron ser prácticos y efectivos
para el procesamiento y corrección de imágenes espectrales. Estas armaciones son respaldadas por Zepeda
(2012), quien utilizó las correcciones de imágenes satelitales Landsat y Spot y obtuvo excelentes resultados.
4. Conclusiones
El uso de imágenes Landsat para realizar análisis de uso de suelo multitemporales han demostrado ser una
fuente de información de mucho valor, dado que su rápida disponibilidad y abundante literatura, hace posible
realizar estudios como el que se llevó a efecto en la presente investigación.
Los cambios en la cobertura del suelo basados en imágenes de Landsat reejan un posible aumento de
escorrentía a lo largo de la cuenca, destacando estos cambios en los tramos medio y bajo, debido al aumento
de la tierra cultivada, la expansión de las áreas urbanas y áreas donde se talan árboles para cultivos y se
convierten en matorrales.
El análisis de los resultados de las clasicaciones supervisadas y no supervisadas, demuestran que hay
cambios resultantes en la parte alta de la cuenca denotan un aumento de la escorrentía supercial. Haciendo
que la cuenca baja sea susceptible a inundaciones debido al cambio en el uso y cobertura de la tierra.
Conictos de interés
Los autores declaran no tener ningún conicto de interés.
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La diversidad de especies vegetales presentes en Colombia y la falta de inventario sobre ellas hace pensar en un proceso que facilite la labor de los investigadores en estas disciplinas. Los sensores remotos satelitales como el LANDSAT ETM+ y las técnicas de inteligencia artificial no supervisa-das, como los Self-Organizing Maps-SOM, podrían proveer una alternativa viable para avanzar en la obtención rápida de información que corresponda a zonas con diferentes coberturas vegetales presentes en la geografía nacional. La zona propuesta para el caso en estudio fue clasificada de forma supervisada por el método de máxima similitud en otro trabajo de investigación en ciencias forestales y se discriminaron ocho tipos de coberturas vegetales. Esta información sirvió como patrón de medida para evaluar el desempeño de los clasificadores no supervisados ISODATA y SOM. Sin embargo, la información que proveen las imágenes debió ser depurada previamente de acuerdo a los criterios de uso y calidad de los datos de manera que se utilizara la información adecuada para estos métodos no supervisados. Para esto se recurrió a varios conceptos como las estadísticas de las imágenes, el comportamiento espectral de las comunidades vegetales, las características del sensor y la divergencia promedio que permitieron definir las mejores bandas y sus combinaciones. Sobre éstas se aplicó el concepto de análisis de componentes principales que permitió reducir el número de datos conservando un gran porcentaje de la información. Sobre estos datos depurados se aplicaron las técnicas no supervisadas modificando algunos parámetros que pudieran mostrar una mejor convergencia de los métodos. Los resultados obtenidos se compararon con la clasificación supervisada a través de matrices de confusión y se concluye que no hay una buena convergencia de los métodos de clasificación no supervisada con este proceso para el caso de las coberturas vegetales.
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Based on the data of the 49 meteorological stations of the National Institute of Meteorology and Hydrology existing in Manabí Province for a period of 23 years, this study is carried out with the objective of defining the behavior of rainfall and evapotranspiration of the reference crop for purposes of irrigation. It was found that only 20 stations had consistent series for statistical analysis of rainfall and only in two stations it was possible to analyze evaporation. After applying 10 empirical methods and two statistical methods, it was proved that the average historical behavior of precipitations for the 75% probability of overrun shows a rainy season (January to April) where 83% of the annual precipitation and a dry one are concentrated (May to December) with the remaining 17%. The highest values of evapotranspiration of the reference crop (obtained fro m applying nine methods) were in March and May, while February and September had the lowest values. The results obtained constitute the most accurate climatological basis available so far for irrigation planning and water consumption of crops in Manabí Province.
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A key step in the processing of satellite imagery is the radiometric correction of images to account for reflectance that water vapor, atmospheric dust, and other atmospheric elements add to the images, causing imprecisions in variables of interest estimated at the earth's surface level. That issue is important when performing spatiotemporal analyses to determine ecosystems' productivity. In this study, three correction methods were applied to satellite images for the period 2010-2014. These methods were Atmospheric Correction for Flat Terrain 2 (ATCOR2), Fast Line-of-Sight Atmospheric Analysis of Spectral Hypercubes (FLAASH), and Dark Object Substract 1 (DOS1). The images included 12 sub-scenes from the Landsat Thematic Mapper (TM) and the Operational Land Imager (OLI) sensors. The images corresponded to three Permanent Monitoring Sites (PMS) of grasslands, 'Teseachi', 'Eden', and 'El Sitio', located in the state of Chihuahua, Mexico. After the corrections were applied to the images, they were evaluated in terms of their precision for biomass estimation. For that, biomass production was measured during the study period at the three PMS to calibrate production models developed with simple and multiple linear regression (SLR and MLR) techniques. When the estimations were made with MLR, DOS1 obtained an R2 of 0.97 (p < 0.05) for 2012 and values greater than 0.70 (p < 0.05) during 2013-2014. The rest of the algorithms did not show significant results and DOS1, which is the simplest algorithm, resulted in the best biomass estimator. Thus, in the multitemporal analysis of grassland based on spectral information, it is not necessary to apply complex correction procedures. The maps of biomass production, elaborated from images corrected with DOS1, can be used as a reference point for the assessment of the grassland condition, as well as to determine the grazing capacity and thus the potential animal production in such ecosystems.
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Resumen El mapeo de los tipos de cubierta de suelo es una de las aplicaciones más comunes de la teledetec-ción. A tal efecto, las imágenes Landsat TM resultan de gran utilidad por su adecuada resolución es-pacial, espectral, temporal y accesibilidad. Una de las formas más empleadas para extraer informa-ción temática a partir de imágenes satelitales es la clasificación supervisada y la estrategia para aplicarla puede diferir desde el algoritmo de asignación seleccionado, el número de bandas incluidas y el ta-maño de las áreas de entrenamiento. El objetivo del presente trabajo fue comparar clasificaciones re-alizadas con un algoritmo tradicional paramétrico: el de máxima probabilidad (MLC) y uno no para-métrico de uso relativamente reciente: las máquinas de vectores soporte (SVM), utilizando tres combinaciones de bandas de uso tradicional: 345, 3457, 1-5 y 7 y una combinación de bandas infra-rrojas: 457 y distintos tamaños de áreas de entrenamiento. Con ambos algoritmos, las clasificaciones que incluyeron cuatro y seis bandas (combinaciones 3457 y 1-5 y 7, respectivamente) fueron signifi-cativamente mejores que con tres bandas (345) pero, en general, no presentaron diferencias entre sí. La combinación 457 demostró ser útil para discriminar cubiertas de suelo, con precisiones compara-bles a las combinaciones tradicionales. El aumento del tamaño del área de entrenamiento tuvo un im-pacto diferente en la precisión alcanzada por los clasificadores, dependiendo de la combinación de bandas utilizada y, en todos los casos, se observó la estabilización de la precisión global frente al in-cremento del tamaño del área de entrenamiento. La combinación 3457 resultó ser la más adecuada pa-ra la discriminación de cubiertas de suelo, optimizando la relación entre el número de bandas inclui-do y la precisión global obtenida. En general, las SVM tuvieron mejor desempeño que MLC con la combinación de tres bandas, mientras que con cuatro y seis bandas las diferencias no fueron signifi-cativas. Palabras clave: clasificación supervisada, clasificador de máxima probabilidad, máquinas de vec-tores soporte, tamaño del área de entrenamiento, combinación de bandas, Landsat TM Abstract Land cover mapping is one of the most common applications of remote sensing. For that purpose Landsat TM imagery is of great usefulness due to its appropriate spatial, spectral and temporal resolution and accessibility. One of the most used ways of extracting thematic information from satellite imagery is supervised classification and the strategy to apply it may differ as to the classification algorithm , number of bands included and the size of the training set. The objective of the present article was to compare classifications made with a traditional parametric algorithm: the maximum likelihood classifier (MLC) and a non parametric and of relatively recent application: the support vector machines (SVM), with three traditional band combinations: 345, 3457, 1-5 and 7, and an infrared band combination: 457, testing different training set sizes. Using both classifiers, the classifications obtained with both four and six bands (combinations 3457 and 1-5 and 7, respectively) were significantly * Autor para la correspondencia: argajuan@yahoo.com.ar Recibido: 11-11-10; Aceptado: 06-09-11. Asociación Española de Teledetección Revista de Teledetección 36, 26-39
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Landsat data are increasingly used for ecological monitoring and research. These data often require preprocessing prior to analysis to account for sensor, solar, atmospheric, and topographic effects. However, ecologists using these data are faced with a literature containing inconsistent terminology, outdated methods, and a vast number of approaches with contradictory recommendations. These issues can, at best, make determining the correct preprocessing workflow a difficult and time-consuming task and, at worst, lead to erroneous results. We address these problems by providing a concise overview of the Landsat missions and sensors and by clarifying frequently conflated terms and methods. Preprocessing steps commonly applied to Landsat data are differentiated and explained, including georeferencing and co-registration, conversion to radiance, solar correction, atmospheric correction, topographic correction, and relative correction. We then synthesize this information by presenting workflows and a decision tree for determining the appropriate level of imagery preprocessing given an ecological research question, while emphasizing the need to tailor each workflow to the study site and question at hand. We recommend a parsimonious approach to Landsat preprocessing that avoids unnecessary steps and recommend approaches and data products that are well-tested, easily-available, and sufficiently-documented. Our focus is specific to ecological applications of Landsat data, yet many of the concepts and recommendations discussed are also appropriate for other disciplines and remote sensing platforms. This article is protected by copyright. All rights reserved.
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Land use and land cover (LULC) classification of a satellite image is one of the prerequisites and plays an indispensable role in many land use inventories and environmental modeling. Many studies viz., forest inventories, hydrology and biodiversity studies, etc., are in demand to account the dynamics of land use and phenology of vegetation. Multi-temporal land use classification accounts the phenology of vegetation and land use dynamics of the study area. In this study, a hybrid classification scheme was developed to prepare a multi-temporal land use classification data set of Sawantwadi taluka of Maharashtra state in India. Parametric classification methods like maximum likelihood and ISODATA clustering methods are combined with the non-parametric decision tree approach to generate the multi-temporal LULC dataset. The accuracy assessment results have shown very promising results with a 93% overall accuracy with a kappa of 0.92.
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This study contributes to the quality assessment of atmospherically corrected Landsat surface reflectance data that are routinely generated by the Landsat Ecosystem Disturbance Adaptive Processing System (LEDAPS). This dataset, named Landsat Surface Reflectance Climate Data Record (Landsat CDR), is available at global scale and offers unprecedented opportunities to land monitoring and management services that require atmospherically corrected Earth observation (EO) data. Our assessment is based on the comparison of the Landsat CDR data against a set of Landsat and DEIMOS-1 images processed to a high degree of accuracy using an industry-standard atmospheric correction algorithm (ATCOR-2). The software package has been used for many years and its correction procedures can be considered consolidated and well-established. The dataset of Landsat and DEIMOS-1 images was acquired over a semi-arid agricultural area located in Lower Austria and was independently corrected by using a manual fine-tuning of ATCOR-2 parameters to reach the highest possible accuracy. Results show a very good correspondence of the surface reflectance in each of the six reflective spectral channels as well as for the NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). An additional comparison against a NDVI time series from MODIS revealed also a good correspondence. Coefficients of determination (R2) between the two multi-year and multi-seasonal Landsat/DEIMOS datasets range between 0.91 (blue band) and 0.98 (nIR, SWIR-1 and SWIR-2). The results obtained for our semi-arid test site in Austria confirm previous findings and suggest that automatic atmospheric procedures, such as the one implemented by LEDAPS are accurate enough to be used in land monitoring services that require consistent multi-temporal surface reflectance data.
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Satellite remote sensing is an important tool for monitoring the status of biodiversity and associated environmental parameters, including certain elements of habitats. However, satellite data are currently underused within the biodiversity research and conservation communities. Three factors have significant impact on the utility of remote sensing data for tracking and understanding biodiversity change. They are its continuity, affordability, and access. Data continuity relates to the maintenance of long-term satellite data products. Such products promote knowledge of how biodiversity has changed over time and why. Data affordability arises from the cost of the imagery. New data policies promoting free and open access to government satellite imagery are expanding the use of certain imagery but the number of free and open data sets remains too limited. Data access addresses the ability of conservation biologists and biodiversity researchers to discover, retrieve, manipulate, and extract value from satellite imagery as well as link it with other types of information. Tools are rapidly improving access. Still, more cross-community interactions are necessary to strengthen ties between the biodiversity and remote sensing communities. (C) 2014 Published by Elsevier Ltd.