domingo, 31 de enero de 2021

Nueva adquisición: ASD Fieldspec 4 Standard Resolution

En mayo de 2019, el Laboratorio de Sistemas de Información Geográfica y Teledetección de la Estación Biológica de Doñana iniciamos los trámites para la adquisición de un nuevo espectro radiómetro dentro del proyecto: “Mejora del equipamiento para radiometría de campo y toma de verdad terreno con alta precisión sobre cubiertas naturales” cofinanciado con fondos FEDER, referencia EQC2019-005790-P. Pudiendo iniciar el pliego de compra en junio de 2020 y recibiendo el aparato en enero de 2021.

El nuevo espectro- radiómetro ha sido un ASD FieldSpec 4 Standard Resolution (Figura 1). Tiene un rango espectral que va desde los 350 nm a 2 500 nm. Posee tres detectores uno en el VNIR (1 000 nm), otro en el SWIR 1 (1 001-1 800 nm) y el ultimo en el SWIR 2 (> 1 800 nm). Con un total de 2 151 bandas con una resolución espectral de 3 nm a 700 nm y de 10 nm a 1 400 nm. Posee una fibra óptica de 1.5 m de largo y 25º de apertura (FOV), cubierta de bobina de acero y fibra Kevlon para una mejor protección. Incluye un panel de referencia calibrado de 13 cm y 99% de reflectividad. Un ordenador portátil para el manejo del equipo vía WiFi o conexión Ethernet. Un soporte para la fibra con nivel de burbuja y mira laser.

Figura 1. Detalles y equipo del Espectro-radiómetro. A) vista lateral del radiómetro con la fibra óptica. B) Spectralon blanco 99% reflectancia. C) referencia de la calibración del panel con el equipo. D) ordenador portátil para el manejo del equipo. E) Panel de referencia blanco de 9 cm de diámetro, sin calibrar F) Lámpara halógena de cuarzo‐tungsteno para mediciones en interiores con un haz de luz estable en todo el rango de medida. G) Detalle frontal de soporte para la fibra óptica con visor laser. H) Detalle lateral del soporte para la fibra óptica.

Este radiómetro complementa y actualiza el adquirido en 2004 el espectro-radiómetro de campo ASD Fieldspec Pro JR/A110080 (http://www.aet.org.es/files/I_Jornada_ASD_Ricardo_Diaz.pdf). Durante estos 15 años ha sido utilizado para diferentes proyectos y con diversos objetivos entre otros:

1.  Se utilizó de manera muy especial en el experimento de Radiometría de la vegetación acuática sumergida de Doñana (Figura 2): variación temporal de las firmas espectrales presentado en septiembre de 2011 en el congreso: Teledetección Bosques y cambio climático y en las Actas XIV Congreso Asociación Española de Teledetección

https://www.researchgate.net/publication/236586571_Radiometria_de_la_vegetacion_acuatica_sumergida_de_Donana_variacion_temporal_de_las_firmas_espectrales

Figura 2. Experimento RSAV (Radiometry of Submerged Aquatic Vegetation). A) Detalle de la Tapa con la lámpara y la fibra óptica insertadas. B) Esquema del “Cubo radiométrico” con medidas a varias alturas. C) Fotografía del Cubo radiométrico. D) Muestra de suelo sin cobertura vegetal. E) Muestra de Ruppia drepanensis en las primeras semanas del experimento. F) Muestra de Ruppia drepanensis a la mitad del experimento y 100% de cobertura. G) Firmas espectrales de Ruppia drepanensis para diferentes semanas del experimento. H) Firmas espectrales de los macrófitos estudiados durante la semana 21 del experimento. I) Interior cámara climática con los acuarios y las distintas plantas

2.     Para la corrección radiométrica de los vuelos hiperespectrales (Figura 3) realizados sobre Doñana en:

2008 http://last-ebd.blogspot.com/2008/12/vuelo-del-ahs-abril-de-2008.html

2010 http://last-ebd.blogspot.com/2010/05/campana-ahs-donana-2010-6.html

2011 http://last-ebd.blogspot.com/2011/05/campana-ahs-donana-2011-3.html

2013 http://last-ebd.blogspot.com/2013/05/campana-ahs-donana-2013-9-resultados.html

2015 http://last-ebd.blogspot.com/2015/05/campana-ahs-donana-2015-5-la-ejecucion.html

Figura 3. Medidas de campo para la corrección radiométrica de imágenes hiperespectrales. A) Esquema de toma de medidas en zigzag sobre la zona de muestreo. B) Fotografía tomada en la intercalibración de nuestro radiómetro con el del INTA sobre una malla negra agrícola. C) Imagen extraída de Google earth donde se pueden apreciar las mallas agrícolas colocadas para el momento del vuelo 15 de mayo de 2015. D) Firmas espectrales de malla negra, malla blanca y duna. E) Fotografía de la muestra de duna. F) Fotografía de la muestra de Helechos. G) Fotografía de la muestra de Pastizal. H) Zona cubierta por el sensor AHS. I) Zona cubierta por el sensor CASI.

 3.    Para la generación de la librería de firmas espectrales (Figura 4) del matorral de la RBD de la Tesis doctoral de Marcos Jiménez Michavilla 2011 dirigida por Dr. Ricardo Díaz-Delgado

Figura 4. Detalles de la Tesis de Marcos Jiménez Millavilla. A) Toma de medida sobre Erica scoparia. B) Firma espectral de Erica scoparia durante la época húmeda. C) Firma espectral de Haliminum halimifolium durante la época húmeda. D) Firma espectral de Erica scoparia durante la época seca y fotografía. E) Firma espectral de Haliminum halimifolium durante la época seca y fotografía. F) Composición en falso color infrarrojo mejorado con el sensor AHS sobre la Reserva Biológica de Doñana. G) Mapa con el porcentaje de ocurrencia de Erica scoparia. H) Mapa con el porcentaje de ocurrencia de Halimium halimifolium

4.  Para su uso como valores radiométricos de referencia en diferentes procedimientos de corrección radiométrica de imágenes satelitales Landsat 7 ETM+, Landsat 8 OLI y sentinel 2 MSI publicado en Remote Sensing (https://www.mdpi.com/2072-4292/9/12/1319) y formando parte de la Tesis doctoral de Joan C. Padró

5.    Para la corrección radiométrica de vuelo hiperespectrales (Figura 5), en el proyecto “Characterization of the epikarst: application to the karst massif of the Sierra de las Nieves”de Víctor Rodríguez-Galiano de la Universidad de Sevilla y para la comparación de muestras de suelo entre variables radiométricas y químicas.

Figura 5. Fotos trabajo campo y laboratorio: A) malla agrícola blanca, B) cantera de grava, C) centro de balsa de la explotación minera, D) muestra radiométrica de suelo en laboratorio.

6.     Para la validación de imágenes hiperespectrales con dron de diferentes especies vegetales (Figura 6)

Figura 6. Fotos trabajo de laboratorio: A) toma de medidas, B) hojas de lentisco, C) hojas secas de castaño, D) hojas verdes de castaño con frutos, E) frutos de lentisco

viernes, 14 de julio de 2017

Más sobre el fuego de Doñana

Quería añadir algunas cosas más sobre el incendio sucedido a finales de junio en Doñana, ahora que han pasado unos días y hay algo más de tiempo para reflexionar.

Por una parte,  en el LAST-EBD, Ricardo Díaz-Delgado ha elaborado un mapa de severidad del incendio utilizando imágenes de satélite de Landsat 8 (anterior y posterior al incendio) y usando un algoritmo reconocido y evaluado para estimar severidad de incendio con imágenes de satélite

Se ha utilizado una imagen Landsat del día 3 de julio y se ha comparado con la fecha anterior disponible. Esta cartografía muestra 4 severidades basada en un procedimiento muy reconocido: la diferencia entre los índices Normalized Burn Ratio (NBR) de la imagen anterior (del 17 de junio) menos el NBR posterior al incendio.

Cartografía de severidad del incendio de Doñana usando imágenes de Landsat 8


La severidad suele ser el primer criterio a considerar a la hora de planificar cualquier mínima gestión post-incendio. Como veis en este fuego no se han alcanzado severidades extremas (usando la escala del USGS). También hay que decir que la imagen no está corregida atmosféricamente y por ello podría variar un poco con una imagen de reflectividades de superficie. Hemos solicitado dichas imágenes corregidas y estamos a la espera de recibirlas.

Nuestra estima del área quemada son unas 1000 ha más que la estima oficial de 8500 ha.  Nosotros hemos estimado una superficie afectada de 9547,69 ha. También podéis ver que en general la severidad ha sido baja (5400 ha) lo que es una buena noticia pensando en la regeneración post incendio.

Las estimas de severidad difieren drásticamente de las publicadas previamente por Copérnicus, sobre todo en el grado de detalle espacial y en la superfice afectada por cada nivel de severidad.  Copérnicus da una estima de 7800 ha de elevada severidad y sólo 500 ha de severidad moderada. Dado que no sabemos exactamente la metodología empleada ni la escala de referencia no podemos opinar.


Finalmente quería añadir algunas otras imágenes para dar una idea de que tipo de información puede proporcionar la teledetección sobre los incendios.
 Los sensores a bordo de satélites pueden detectar los fuegos de tres maneras. Por el calor que desprenden, y eso genera una anomalía térmica detectable por sensores en el infrarojo térmico. Por ejemplo los sensores MODIS a bordo de los satélites Aqua y Terra (EE.UU) generan un producto diario de anomalías térmicas nocturna y diurna aunos 300 m de resolución. Por la luz que desprenden, y eso es visible en los satélites como el SUOMI NPP que recogen imágenes de luz nocturna. También se genera un producto diario. Y finalmente por el humo, normalmente visible en imágenes de alta resolución; pero también detectable en sensores que generan imágenes de concentración de aerosoles. Algo más abajo podéis encontrar algunos ejemplos para el incendio de Doñana.


Esta es la imagen de luz nocturna recogida por el satélite SUOMI NPP el 25 de junio. Es dificil apreciar donde está el incendio ya que las luz que genera  se confunde con la luz de la ciudad de Huelva. Superpuesta en rojo están las anomalías térmicas detectadas por MODIS
Esta es una imagen de iluminación nocturna media de la zona para el año 2012 en el que se identifican bien los núcleos de población y se aprecia que Huelva no se extiende tanto como parece en la imagen anterior
Esta es la imagen de luz nocturna del 26 de junio y superpuesto en rojo las anomalías térmicas. Aquí se aprecia bien una serie de focos de luz que no coinciden con núcleos habitados y sin embargo coinciden con anomalías térmicas

La resolución temporal de estas imágenes (actualmente una o dos imágenes diarias) no las hace muy útiles para tareas de detección o para las labores de extinción; pero generan productos muy útiles para comparar la incidencia de fuegos a nivel global

Y a colación de esto viene un artículo publicado en Science, en la misma semana del incendio, en la que se analiza la incidencia de fuegos a nivel global en los últimos 18, y como no, usando datos de satélite. Curiosamente, frente a lo que parece ser la impresión subjetiva que uno se hace cada vez que hay un gran incendio cercano, tanto el área quemada como el número de incendios anuales ha disminuido un 25% a nivel global (para todo el planeta) en los últimos 18 años. Curiosamente,  los modelos globales para predecir incidencia de incendios no predicen esta tendencia, que se explica por el incremento en la extensión y la intensificación de la agricultura en las zonas tropicales de África y Sudamérica.

jueves, 29 de junio de 2017

Actualización área quemada y severidad del incendio de Doñana

La Comisión Europea tiene un servicio de gestión de emergencias denominado COPERNICUS que se alimenta de datos de teledetección. De hecho, la constelación de satélites Sentinel (o centinelas) se ha creado precisamente para proporcionar datos de teledetección a este servicio de gestión de emergencias.

Ya está disponible una cobertura con los límites del área quemada en el incendio forestal de Doñana, así como una estima del grado de severidad. Estos productos se generan para ayudar a Protección Civil en las labores de gestión de una crisis.

Auque COPERNICUS no da demasiados datos de como se ha generado el producto. Los mapas en PDF indican que se ha utlilizado una imagen Spot 7 del 27/06/2017 a las 10:26 UTC y de 1,5 m de pixel (o resolución espacial). La imagen tiene algunas nubes (pocas) así que hay algunas zonas sin datos.

Esta es la imagen de Landsat 7 del domingo 25 de Julio cuando el incendio ardía sin control. Se aprecia más oscura el área quemada y parecen apreciarse los focos activos en los bordes del área quemada.

Sobre la imagen de Landsat 7 he superpuesto el mapa de severidad proporcionado por COPERNICUS para el día 27. Se ve como el fuego siguió progresando el domingo y el lunes debido al fuerte viento del noroeste.

Aquí tenéis la totalidad del área quemada con relación al espacio protegido sobre una imagen de Landsat 8, primavera de 2017, libre de nubes y artefactos. El límite negro es la Reserva de la Biosfera de Doñana y en amarillo los límites del Parque Natural y Parque Nacional

Aquí un podéis ver ampliado el mapa de severidad en relación a los límites del Parque Natural de Doñana

Finalmente, aunque los mapas de severidad os los podéis descargar gratuitamente de COPERNICUS, he preparado un shapefile más sencillo y más fácil de manejar que os podéis descargar aquí. Entre otras cosas, tiene estimadas las superfices afectadas y tiene sistema de referencia (una de las ventajas de hacerlo en Qgis)

miércoles, 28 de junio de 2017

Fire in the pine forests of Doñana

On the night of last saturday, June 24, a dramatic fire broke out in the pine forests of Moguer (Huelva Province, Spain), spreading during all night and day of Sunday 25 with varying winds from West and Northwest to the interior of the Protected Area of Doñana.
On Sunday 25, the EBD Remote Sensing the GIS Lab (LAST-EBD) downloaded the MODIS image (250 m resolution) from the TERRA satellite through the MODIS Rapid Response Service. Using a 7-5-1 band combination (a false color composition using 2 bands in the short wave infrared -SWIR- and a third in red) the zone affected by the fire at the time of capture (12:20 PM) can be very well appreciated , i.e. about 3000 ha. Smoke clouds are also visible north of active focus (orange pixels).


Also on Sunday the Landsat 7 satellite acquired an image.  This well-known satellite continues to orbit our planet and still provides useful images despite its characteristic striped pattern of missing-data due to its sensor (ETM+) damaged since 2003. The 5-4-3 false color combination (Short wave infrared-Near infrared and Red bands) also shows the affected area at the time of capture (about 12:00 PM) and clouds of smoke.


Finally, on Monday 26 the last MODIS image was downloaded from Terra satellite on which the almost definitive perimeter of the affected area can be determined. By that time the fire practically was considered controlled by the firefighting brigades helped by the improvement of meteorological conditions. On the morning of Tuesday 27 the fire has been declared to be under control by the Andalusian fire brigade “INFOCA”.


On this image the limits of the Natural Space of Doñana have been superimposed (including its last extension). The rough red line shows the almost definitive boundary of the area affected by the fire, providing a preliminary estimate of the surface burned of 9500 ha (please note: this is PRELIMINARY, by lack of ground truth data and official confirmation). The affected area forms part of Doñana Natural Park not reaching the National Park (central part of the delimited area). Both constitute the “Doñana Natural Space” within Doñana Biosphere Reserve. In black dots the location of the study plots of the LIFE Adaptamed (LIFE14 ES/CCA/000612) project have been incorporated in which the EBD-CSIC participates through its Monitoring Team on Natural Processes. Three of the nine study plots monitored in the area of “Abalario” since 2016 have presumably been burned.

The image of Sentinel 3 (300 m spatial resolution) on the same day confirms the extent of the affected area. A second estimate using a this image gives a burned area of 9673 ha (6308 within the Doñana Natural Park).

From this moment on, LAST-EBD is prepared to elaborate detailed cartographies of the affected area using remote sensing images taken from satellites, airborne campaigns, or drones (UAS). The Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) is planning an airborne remote sensing campaign to evaluate the damage to its facilities in “El Arenosillo”. We will coordinate with them to provide ground-truth measurements. It will also be essential to monitor the natural regeneration process and restoration activities in the affected area in the following years. The ”Doñana storyline” of the H2020 EcoPotential project is centered in the marshes of the National Park, and has not been affected by the fire. Nevertheless the essence of EcoPotential project, i.e. “best use of existing and incoming Earth Observation and field monitoring data, complemented by appropriate interpretation tools, data services and ecosystem models able to use these data” is fully applicable to learn from this unfortunate event.





martes, 27 de junio de 2017

Incendio en los pinares de Moguer, Asperillo y Abalario (Entorno Natural de Doñana)

El pasado día 24 por la noche se inició un dramático incendio de copas en los Pinares de Moguer, propagándose durante la noche y todo el domingo 25 con vientos cambiantes de poniente y posteriormente Noreste hacia el interior del Espacio Natural de Doñana.

El LAST-EBD descargó el domingo la imagen MODIS del satélite TERRA a través del servicio MODIS Rapid Response de 250 m de tamaño de pixel. En la combinación de bandas 7-5-1 (falso color con 2 bandas en Infrarrojo de onda corta -SWIR- y una tercera en rojo) se aprecia muy bien la zona afectada hasta la hora de captación (12:20h) aproximadamente unas 3000 ha. También se observan las nubes de humo al norte de los focos activos (píxeles naranjas).

 
También el domingo hubo adquisición de imagen por el Landsat 7, un viejo conocido que sigue orbitando nuestro planeta y proporcionando imágenes interesantes a pesar del bandeado característico de su sensor dañado en 2003, el ETM+. Una combinación de color 5-4-3 (SWIR-Infrarrojo cercano-Rojo) evidencia también la zona afectada a la hora de captación (~12:00 PM) y las nubes de humo. La estima de superficie a esa hora es similar.

Finalmente, el día 26 pudo descargarse la última imagen MODIS Terra en la que se define el perímetro casi definitivo pues los medios de extinción y las condiciones meteorológicas controlaron el incendio durante la noche y hoy día 27 se ha dado por controlado por el INFOCA
Sobre la imagen se han superpuesto los acutales límites del Espacio Natural de Doñana (con la última ampliación). Además en negro se ha incorporado la localización de las parcelas del proyecto LIFE Adaptamed en el que participa la Estación Biológica de Doñana a través de su Equipo de Seguimiento de Procesos Naturales. Tres de las nueve parcelas ubicadas en la zona del Abalario en 2016 han ardido presumiblemente. Una línea roja delimita de forma grosera el perímetro casi definitivo, proporcionando una superficie preliminar quemada de 9500 ha (insistimos: PRELIMINAR, a falta de confirmación oficial).

La imagen del Sentinel 3 (300 m de resolución espacial) del mismo día confirma la zona afectada.

Desde este momento el LAST-EBD se encuentra a disposición para poder elaborar cartografías detalladas de la zona afectada mediante imágenes captadas desde satélite o bien desde dron o con sensores aeroportados. Asimismo es crucial llevar a cabo un seguimiento del proceso de regeneración y de las actividades de restauración de la zona afectada.
Seguiremos informando.