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

Monitorizando invasoras desde el espacio

Eso de invadir suena muy mal, y supongo que alguno de los que llegue por este blog y lea eso de "invasoras" y "espacio", pues empiece a pensar que esto va de ovnis y de hombrecillos verdes. Bueno, este caso hombrecillos no son; pero verdes sí, un poco al menos.

El tema que quiero tratar son aquellas plantas que viniendo de otras zonas del planeta son capaces de aclimatarse a nuevos ecosistemas en los que no estaban previamente. Pero, en el fondo la invasión no deja de ser un fenómeno natural. Todo organismo tiende a reproducirse, expandirse y colonizar nuevos lugares (está en su naturaleza). El problema es cuando alguna de esas especies "invasoras" tienen tal capacidad de colonización que son capaces casi de "monopolizar" el nuevo ecosistema expulsando a las especies autóctonas (los nativos) que vivían allí. Otra parte del problema es que el ser humano es el principal agente de transporte de las especies de plantas invasoras y el comercio y el turismo proporciona una velocidad de propagación que ellas nunca hubieran imaginado (si es que las plantas llegaran a imaginarse algo). Bueno, pero centrando el tema de este post. De donde viene lo del espacio. Pues la cosa es que podemos usar sensores embarcados en aviones o en satélites para mapear la distribución de plantas invasoras (y no invasoras). Chulo ¿verdad?
Todo esto deriva de un proyecto de investigación que denominamos ALIENS en colaboración con las universidades de Huelva y Sevilla, sobre usos de teledetección hiperespectral para el mapeo de plantas invasoras y otro denominado HYDRA sobre uso deteledetección en el estudio de la dinámica temporal de humedales .

En nuestro artículo publicado en la revista Remote Sensing probamos a usar dos sensores hiperespectrales CASI-1500 y AHS para mapear la distribución de una especie de hierba invasora Spartina densiflora en las marismas de Doñana. El artículo se titula "Hyperspectral sensors as a management tool to prevent the invasion of the exotic cordgrass Saprtina densiflora in the Doñana wetlands". 

Spartina densiflora, el malo de la película

 La campaña se realizó en colaboración con el departamento de teledetección del INTA, que son los volaron el avión y operan los sensores. No somos los primeros en demostrar que eso puede hacerse; pero si comprobamos cuál de los dos sensores y cuál de distintos algoritmos de teledetección funciona mejor para esta especie problemática en Doñana Lo más interesante es que demostramos en que es posible conseguir detecciones muy buenas con muy poco tratamiento de las imágenes. "Aquí te pillo aquí te mato". ¿por qué es interesante? porque esto demuestra que es posible utilizar estas técnicas con un coste relativamente bajo ya que no requieren de personal experto para ser aplicadas de manera operativa. Y son mucho más baratas y rápidas que la foto-interpretación por un botánico experto y las prospecciones a pie. Bueno, todavía hay que volar el sensor, que no es tan barato. Pero pronto habrá sensores hiperespectrales a bordo de satélites y eso abaratará aún más el proceso. En cualquier caso, saber donde están es un requisito imprescindible para poder tomar medidas de conservación  ¿no?

Bustamante, J.; Aragonés, D.; Afán, I.; Luque, C.J.; Pérez-Vázquez, A.; Castellanos, E.M.; Díaz-Delgado, R. Hyperspectral Sensors as a Management Tool to Prevent the Invasion of the Exotic Cordgrass Spartina densiflora in the Doñana Wetlands. Remote Sens. 2016, 8, 1001.

Esta publicación es un resultado del proyecto ECOPOTENTIAL una  Research and Innovation Action Nº 641762 dentro de la convocatoria Horizon 2020 de la Comisión Europea