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Aplicaciones forestales de los datos LiDAR-PNOA en ambiente mediterráneo: su filtrado e interpolación y el modelado de parámetros estructurales con apoyo en trabajo de campo

Montealegre Gracia, Antonio Luis
Lamelas Gracia, María Teresa (dir.) ; Riva Fernández, Juan de la (dir.)

Universidad de Zaragoza, 2017
(Geografía y Ordenación del Territorio)


Resumen: Antes de que surgiera la tecnología LiDAR (Light Detection and Ranging) aeroportada comercial de pulsos discretos y huella pequeña −también conocida como ALS (Airborne Laser Scanner)− allá por los años 90 del siglo XX y el uso de los datos fuera accesible para los investigadores en materia forestal, la mayoría de los estudios para derivar parámetros estructurales de la vegetación utilizaban sensores de teledetección ópticos –que solo proporcionan información espectral sobre la cubierta vegetal– y en menor medida sensores SAR (Systhetic Aperture Radar) –que aportan información relacionada con la estructura del dosel– debido a la sensibilidad de las microondas. Sin embargo, con la disponibilidad de datos LiDAR capturados para todo el territorio español en el marco del Plan Nacional de Ortofotografía Área (PNOA) –desde el año 2011 para la Comunidad Autónoma de Aragón– se ha abierto una nueva y fructífera línea de investigación. En esta tesis doctoral se ha hecho uso de dichos datos públicos para estimar parámetros estructurales relacionados con la vegetación, con apoyo en trabajo de campo para la calibración y la validación de los resultados. El tema de trabajo incorpora, además, dos aspectos que le confieren dificultad y complejidad, pero que, al mismo tiempo, le dotan de un interés añadido: en relación con los datos utilizados, la baja densidad de las nubes de puntos; respecto del área de estudio, sus características ambientales típicamente mediterráneas, de topografía accidentada y con formaciones forestales perennifolias, morfológicamente heterogéneas.
La tesis se presenta como un compendio de cuatro artículos científicos que secuencialmente dan respuesta al objetivo principal planteado; a ellos se han añadido dos comunicaciones a congresos que profundizan todavía más en él. En primer lugar, se realizó un análisis comparativo de algoritmos de filtrado implementados en software libre con objeto de seleccionar el más adecuado para el área de estudio. En segundo lugar, se investigó sobre la idoneidad de los métodos de interpolación para generar modelos digitales de elevaciones (MDE), necesarios para la normalización de la altura de la nube de puntos. En tercer lugar, se modelaron parámetros estructurales de la vegetación a partir de métodos de regresión lineal y logística múltiples. Estas técnicas permiten, por una parte, el ajuste de modelos basados en la relación de datos estimados en parcelas de campo y datos derivados de las nubes de puntos LiDAR y, por otra, la cartografía de un conjunto de variables dasométricas (altura media de la masa forestal, diámetro cuadrático medio de los fustes, área basimétrica, volumen, densidad de pies de arbolado, ratio de copa y biomasa) y el impacto del fuego forestal sobre la estructura de la vegetación (severidad post‐fuego). Por último se generó, mediante técnicas de clasificación digital, un mapa de alta resolución espacial de modelos de combustible forestal basado en la combinación de datos LiDAR y de una imagen óptica multiespectral.
Los resultados y conclusiones que se derivan de la investigación indican que la utilización de filtros basados en superficies, especialmente del algoritmo de curvatura multiescala, así como de métodos de interpolación como el “punto‐TIN‐raster” constituyen la mejor opción, frente al resto de metodologías existentes, para tratar nubes de puntos de baja densidad en ambientes mediterráneos, si bien parece que existe una cierta dependencia en relación con las características particulares de la zona de estudio.
La aplicación de modelos de regresión lineal y logística ha revelado la existencia de una elevada relación entre el dato de campo y la capacidad explicativa de las variables derivadas de los retornos LiDAR relacionadas con la estructura de la vegetación, lo que ha permitido estimar diversas variables de inventario forestal a nivel de masa, útiles para los gestores del bosque, así como cartografiar el impacto del fuego sobre la estructura de la vegetación. Por otra parte, a la espera de la madurez en el desarrollo de nuevos sensores LiDAR multiespectrales, la combinación de sensores activos y pasivos es una buena alternativa para la obtención de una cartografía precisa sobre los tipos de combustibles forestales de un ecosistema mediterráneo continental.


Resumen (otro idioma): 

Pal. clave: teledetección ; sistemas de información geográfica ; incendios forestales ; productos forestales

Área de conocimiento: Análisis geográfico regional

Departamento: Geografía y Ordenación del Territorio

Nota: Presentado: 19 05 2017
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, Geografía y Ordenación del Territorio, 2017



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