Tutorial de Determinación de Firmas Espectrales de Cultivos con QGIS 3 y SCP 6

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La disponibilidad de herramientas de teledetección hace posible la clasificación de cultivos a partir de firmas espectrales. Sin embargo, el análisis de las huellas espectrales dependen de las propiedades ópticas de las plantas, que también están en función de diversos factores como las condiciones de radiación, la especie vegetal, el grosor de las hojas, la estructura de la superficie foliar, los niveles del contenido de clorofila y la estructura interna de las hojas.

La radiación solar es la fuente primaria de la energía para numerosos procesos biológicos que posee la planta. Gran parte de la radiación solar es absorbida por las plantas y es convertida en calor y usada para mantener su temperatura y procesos de efectos térmicos. Las hojas tienen un primer contacto con la radiación, el valor de la luz que es absorbida o transmitida entre las hojas dependen de su longitud de onda y la selectividad de absorción de los pigmentos de la hoja.

Con la ayuda de herramientas de sistemas de información geográfico como QGIS y SCP se va realizar el análisis de firmas espectrales de cultivos que permitan obtener las características de la radiación electromágnetica con la estructura de la planta. En este tutorial se utilizar las firmas espectrales del cultivos como caña de azúcar y maiz.

 

Determinación de la zona de estudio

Los cultivos de caña de azúcar y maíz son producidos en Argentina, específicamente en las provincias de Tucumán y Cordova respectivamente. La zona de interés se caracteriza ya que la provincia de Tucumán es el principal productor de Caña de Azúcar en Argentina. Con respecto al cultivo de maíz se seleccionó la región de Córdova por ser una de las provincias que más hectáreas de maíz  siembra en especial en la región Sur- Este.

 

Procesamiento de imágenes sátelitales

Los datos de la zona de estudio fueron obtenidos del servidor Sentinel 2, donde se utiliza las bandas 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 8A, 11 y 12. En la siguiente imagen se observa la banda 7 descargada con un fondo del servidor Google Satélite para la zona de estudio del cultivo de maíz y del cultivo de caña de azúcar respectivamente.

bandassentinel2.png

 

Composición de color de bandas

En las siguientes imágenes se observa la composición en falso color (izquierda)  y color natural (derecha)  del área de estudio del maíz. La imagen en color natural involucra las bandas visibles, mientras que la imagen en falso color / infrarrojo, representa mejor la presencia de vegetación tal como se observa en la figura.

En las siguientes imágenes se observa la composición en falso color (izquierda) y color natural (derecha)  del área de estudio de la caña de azúcar.

 

Firmas espectrales de cultivos

Todo cultivo posee una distribución única de radiación electromagnética que puede ser reflejada, transmitida o absorbida. La firma o huella espectral de cada cultivo presenta una reflectancia influenciada por caracteristicas morfologicas, fisiologicas o por efecto del deficit de humedad. En otras palabras, la firma espectral es distinta según las longitudes de onda y propiedades espectrales de las plantas.

Una de las propiedades espectrales de los cultivos es la presencia de clorofila que es el pigmento más importante en la fotosíntesis, en este proceso intervienen otro pigmentos que la complementan, como la clorofila a (azul verdoso) y b (verde amarillenta, los carotenos y xantofilas. En la siguiente tabla se muestra los principales pigmentos y su absorción máxima.

TablaFirmasEspectrales.JPG

Los pigmentos como la clorofila y los carotenos absorben la luz de enegía especifica. Cuando la hoja está enferma la clorofila se degrada más rápido que los carotenos, este efecto genera un incremento en la reflectancia de la longitud de onda roja, debido a la reducción de la absorción de la clorofila, entonces los carotenos y xantofilos serán los dominantes en la hojas, por lo que se mostrarán amarillas debido a que los carotenos y xantofilos absorben la luz azul y reflejan la luz verde y roja.

A continuación se va realizar un análisis  de las huellas espectrales de los cultivos de caña de azúcar y maíz. En la siguientes imágenes se observa la firma espectral del cultivo de maíz y caña de azúcar  presentan mayor reflectancia correspondiente a la zona del infrarrojo cercano.

 Firma espectral del cultivo de maiz

Firma espectral del cultivo de maiz

 Firma espectral del cultivo de caña de azúcar

Firma espectral del cultivo de caña de azúcar

Se observa que en la región del espectro visible tiene una baja reflectancia dada la fuerte absorción por los pigmentos foliares, de igual forma se observa, que existe un cambio al final de la longitud de onda de la zona roja, esta característica es una respuesta espectral de toda vegetación, esto se presenta por la baja reflectancia de la clorofila y la alta reflectancia en el infrarrojo cercano, asociada con la estructura interna de cada cultivo y el contenido del agua.

 

Tutorial

 

Enlaces de interés

Enlace para descargar las imágenes satelitales: https://scihub.copernicus.eu/dhus

 

Datos de Entrada

Puedes descargar los datos de entrenamiento de aquí.

Puedes descarga el proyecto QGIS de aquí.

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Posted on May 24, 2018 and filed under GIS, TutorialQGIS, Tutorial.