Aplicaciones de la tecnología Lidar para reclasificar la cobertura de suelo y evaluar impactos hidrometeorológicos

en infraestructura urbana»

Coloquio de la Red Tamaulipas para el Desarrollo Sustentable ---Cambio Climático 2013---

Fabiola Doracely Yépez Rincón Candidata a Doctor en Ciencias de Ingeniería

Sistemas Ambientales y Energía

Antecedentes

Ciudades Urbanización AMM

Aglomeración demográfica Div. Político-administrativa Según INEGI 2500 hab

Fortaleza económica y social - Oportunidades, servicios, educación -

Monumentalización

52% 73% 1950 2010

Ley General de Asentamientos Humanos

•Ley de Desarrollo urbano del Estado, •Ley de Ordenamiento Territorial de los Asentamientos Humanos y de Desarrollo Urbano, •Ley Orgánica de la Administración Pública para el Estado, y

•Ley Ambiental del Estado

3.9 millones hab 6,700 km2

580 hab/km2 3ª mayor en México

La planeación y administración del desarrollo urbano del AMM recae en los municipios (Gobierno del Estado de Nuevo León, 2008[1]) específicamente se sigue los planes municipales de desarrollo urbano y sus respectivos reglamentos, pues es ahí donde se fijan las estrategias de desarrollo, densidades de vivienda y requisitos constructivos que deberán tener en cuenta los constructores para poder edificar en los límites municipales correspondientes.

[1] Fundación CIDOC, IVNL, APDUNL, CEDEM, EGAP-ITESM, INFONAVIT, UANL, SEDESOL. 2008. Estado actual de la vivienda y el desarrollo urbano en Nuevo León, México. Gobierno del Estado de Nuevo León y Comisión Nacional de Vivienda.

. Plan Maestro de desarrollo urbano

. Reglamentos internos de fraccionamientos

Antecedentes

Ciudades Urbanización AMM

Aglomeración demográfica Div. Político-administrativa Según INEGI 2500 hab

52% 73% 1950 2010

Ley General de Asentamientos Humanos

•Ley de Desarrollo urbano del Estado, •Ley de Ordenamiento Territorial de los Asentamientos Humanos y de Desarrollo Urbano, •Ley Orgánica de la Administración Pública para el Estado, y

•Ley Ambiental del Estado

3.9 millones hab 6,700 km2

580 hab/km2 3ª mayor en México

La planeación y administración del desarrollo urbano del AMM recae en los municipios (Gobierno del Estado de Nuevo León, 2008[1]) específicamente se sigue los planes municipales de desarrollo urbano y sus respectivos reglamentos, pues es ahí donde se fijan las estrategias de desarrollo, densidades de vivienda y requisitos constructivos que deberán tener en cuenta los constructores para poder edificar en los límites • municipales correspondientes.

[1] Fundación CIDOC, IVNL, APDUNL, CEDEM, EGAP-ITESM, INFONAVIT, UANL, SEDESOL. 2008. Estado actual de la vivienda y el desarrollo urbano en Nuevo León, México. Gobierno del Estado de Nuevo León y Comisión Nacional de Vivienda.

Fortaleza económica y social - Oportunidades, servicios, educación -

Monumentalización

. Plan Maestro de desarrollo urbano

. Reglamentos internos de fraccionamientos

Antecedentes

Ciudades Urbanización AMM

Aglomeración demográfica Div. Político-administrativa Según INEGI 2500 hab

Ley General de Asentamientos Humanos

•Ley de Desarrollo urbano del Estado, •Ley de Ordenamiento Territorial de los Asentamientos Humanos y de Desarrollo Urbano, •Ley Orgánica de la Administración Pública para el Estado, y

•Ley Ambiental del Estado

4.036 millones hab 6,700 km2

604.25 hab/km2 3ª mayor en México

Fortaleza económica y social - Oportunidades, servicios, educación -

Monumentalización

52% 73% 1950 2010

1) el uso indiscriminado del suelo lo cual genera pérdida de cobertura, margina la infiltración natural del agua, disminuye la capacidad de retención natural del suelo y crea material de arrastre;

2) el crecimiento desordenado de la ciudad disminuye las capacidades de flujo de escorrentías naturales y hace vulnerable a la población.

3) y falta de geoinformación (completar o mejorar la existente).

Problemática

1) el uso indiscriminado del suelo lo cual genera pérdida de cobertura, margina la infiltración natural del agua, disminuye la capacidad de retención natural del suelo y crea material de arrastre;

2) el crecimiento desordenado de la ciudad disminuye las capacidades de flujo de escorrentías naturales y hace vulnerable a la población.

3) y falta de geoinformación (completar o mejorar la existente).

Problemática del área de estudio:

1) el uso indiscriminado del suelo lo cual genera pérdida de cobertura, margina la infiltración natural del agua, disminuye la capacidad de retención natural del suelo y crea material de arrastre;

2) el crecimiento desordenado de la ciudad disminuye las capacidades de flujo de escorrentías naturales y hace vulnerable a la población.

3) y falta de geoinformación (completar o mejorar la existente).

Problemática del área de estudio:

Todos estos cambios implican modificaciones estructurales en la cobertura del suelo

Bases de datos actualizadas Información de calidad Manejo de un SIG que las integre

Tomadores de decisión Planificación estratégica, políticas públicas

Catastro Prevención y mitigación de riesgos

Tormentas tropicales y Huracanes

Cambio Climático es verdadero y los impactos que puede causar son Inminentes!

La problemática afecta a todos, busquemos soluciones en conjunto!

Es imposible parar el crecimiento urbano?

Detengámonos a pensar!!!

INTELIGENCIA CON DATOS! TOMA DE DECISIONES MÁS CERTERAS!

Reconocimiento de la importancia de mejorar la calidad de la información

Recientemente Snyder (2013) publicó en PE&RS (Photogrametric Engineering and Remote Sensing Jornal) en la edición de Febrero 2013 dedicada al Mapeo del Paisaje Nacional en Tres dimensiones (Three-Dimensional National Landscape Mapping). El autor informa los beneficios de la mejora de la información para los modelos de elevación en Estados Unidos. La publicación destaca claramente que la calidad de la información es esencial para estudios de mitigación, productividad agrícola, desarrollo de infraestructura y energía, conservación de recursos, seguridad nacional y muchas otras aplicaciones. Estas conclusiones fueron obtenidas de la Evaluación Nacional para la Mejora de Elevación, estudio realizado en diciembre del 2011 y patrocinado por el Programa Nacional de Elevación Digital del Departamento de Geología de los Estados Unidos donde participaron 34 agencias federales de 50 estados con una selección de oficinas locales, y organizaciones privadas y no gubernamentales. La actividad concluyó un total de 602 actividades de misión crítica en las que se requiere una mejora en la calidad de los datos de elevación (precisión y resolución) y un potencial de generación económica de $13 billones de dólares anuales en nuevos beneficios nacionales para las organizaciones del sector público y privado y los ciudadanos.

1. Elevation 2. Returns 3. Intensity

Altura

Retornos

Intensidad

Clasificación

Área de estudio y muestras (10 AOIs de 2.5 x 2.5 km)

El levantamiento topográfico fue realizado durante la segunda semana de diciembre del 2010 por la CNA.

Datos

El sensor fue programado para alcanzar resoluciones de 0.70m (xy), en un muestreo de 140 líneas (1000m) de vuelo correspondientes a un total de 2,266 millas de vuelo y para el cual se tomaron 35 puntos de control en tierra (Figura IV7), logrando cubrir un área de aproximadamente 200 mil km2 con una precisión vertical de acuerdo al RMSE de 0.10m (z) como se observa en la Tabla II.4.

Metodología

Metodología

Figura IV.8. Tiles del AMM y los correspondientes por área de interés.

Metodología

Algoritmos

Building

Elevation

Intensity

Plane Analysis

Reclassify

Return

Adjust profile line

Áreas y formas geométricas Áreas y densidad

Metodología

Algoritmos

Building

Elevation

Intensity

Plane Analysis

Reclassify

Return

Adjust profile line

Rangos de intensidad

Metodología

Estrategia para la implementación de un procedimiento que permitiera optimizar el esfuerzo, ahorrar tiempo y recursos computacionales

Los filtros surgieron de las siguientes premisas: • El nivel de resolución o escalas en las que se podrían cartografiar

• El nivel de la densidad urbana que podría distinguirse por sus características

geométricas.

• Elaborar filtros automáticos o semiautomáticos preferentemente y sólo llegar a la etapa manual cuando la escala lo requiriera.

Metodología

Luego de diversas pruebas se determinó dividir el diseño de filtros en tres niveles que dependieron de la escala de manejo de la información: • Nivel 0 (N0) que se refiere a la escala más pequeña que se obtiene con la metodología y

que corresponde al orden de 1:10,000 y en la cual el proceso puede realizarse automáticamente.

• Nivel 1 (N1) es una escala de 1:5,000 y puede ser ejecutado automáticamente, su procesamiento es un poco más lento que su antecesor el No porque tiene una mayor cantidad de algoritmos.

• Nivel 2 (N2) alcanza una escala de 1:1,000 a 1:500 pero es un híbrido pues es un filtro semiautomático que requiere de la aplicación de la herramienta manual (Place Adjustable Profile Line).

Metodología

Tres tipos de densidad urbana dependientes de la estructura geométrica de los techos y del nivel de vecindad entre los polígonos: [Densidad urbana media (Tipo A) y Densidad urbana alta Tipo (B)]. • Tipo A Densidad urbana baja / generalmente con

techos de superficies menores a los 20m2, ángulos planos <15° y vecinidad a poligono vecino de 10m

• Tipo B Densidad urbana media / generalmente con techos entre 50 -100m2 ángulos entre 15 a 30° y vecinidades variables de 15 a 30 m entre poligonos

• Tipo C Densidad urbana alta / siempre techos con

superficies mayores de 100 – 500m2 ángulos entre 15 a 30° y vecinidades variables de 15 a 30 m entre poligonos

Metodología

Metodología

Datos

10 - 14 Diciembre 2010

Esfuerzo de muestreo

AOI Km2 Núm. Clases Min sitios

1 6.25 20 200 3 6.25 22 220 7 6.25 15 150 8 6.25 9 90

10 6.25 11 110

TOTAL 31.25 771

Validación y arreglo de la información

Validaron el cien porciento de los sitios (771) en gabinete con Google Earth normal (vista superior) y de éstos más del 50% fueron validados con vista frontal por medio de Street View (Figura VI.8)

AOI 1 – Sitio 87 Street View AOI 3- Sitio 69 Google Earth (normal)

AOI 3 – Sitio 163 Street View AOI 3- Sitio 163 Google Earth (normal)

AOI 7 – Sitio 1 Street View AOI 7- Sitio 1 Google Earth (normal)

Google Earth (2009) Elevación LIDAR (2010)

Resultado de la clasificación Filtro 4 Vista frontal del sitio clasificado

Vista del Street View (2009) Vista de la Validación de campo (2012)

Clasificación World View2

Visita de validación en campo

Clase WV2 Mejora LIDAR Mejora Sinergia

Edificios 90.9 3.4 94.5 6.4 95.4

Vegetación 95.1 2.8 94.9 5.1 96.1

Pavimentos 94.9 4.1 88.5 4.2 95.5

Suelos 88.4 6.9 86.5 6.4 90.3

Sombras 95.8 3.5 98.7 0.3 98.4

Agua 98.4 3.4 96.4 1.4 98.5

Otros 93 5.2 87.6 4.8 96.7

Promedio 93.8 4.2 94.8 6.4 95.84

Parque Fundidora Cross section (100 x 40 m)

21

.77

m

11

.99

m

11

.19

m

Logros

Altura y ancho del dosel se registran muy bien

Geometría de Edificación, se delinea correctamente y en algunas áreas donde el ángulo de vuelo favorece, incluso se obtiene la información 3D completa.

Las calles son identi- ficadas, pero en oca- siones no delineadas correctamente, afec- tada por los sedimen- tos depositados.

Pasto reportado como suelo, afecta el grado de humedad?

Urbanización (reportado en catastro)

Vegetación urbana (riparia) Calles

Cauce arroyo

Cambios de uso de suelo

Logros

Logros

Para la obtención de detalles más finos se requiere filtrado manual

Logros

Alcances futuros - condición de la vegetación y nivel de infitración

Arroyo de Los Elizondo Rio La Silla Avenida E. Garza Sada

Estudios del Impacto del Huracán Alex

Estudios del Impacto del Huracán Alex

Estudios del Impacto del Huracán Alex Lidar terrestre y aéreo: Se uso un sistema de lidar terrestre para hacer un levantamiento de los puentes existentes en el río y lidar aéreo para el resto del área.

Bajo Bravo

Estudios del Impacto del Huracán Alex Lidar terrestre y aéreo: Fusión de datos

Figure 3. General methodology for terrestrial Lidar data production and fusion.

Estudios del Impacto del Huracán Alex

Lidar terrestre estimación de daños

Figure 6. Volume calculations for Bridge 4: (a) scanning process, (b) data management, (c) volume calculations, (d) traffic, and (e) area location rebuilt; and the 300m highway section between the Bridge 4 and Bridge 5: (f) highway section, (g) data management, (h) volume calculations, (i) zoom in on the sampled area triangulation process.

Figure 4. Component parts of the bridge that were evaluated (a) deck, (b) bearing, (c) pier,

(d) footing, (e) abutment, (f) highway and (g) slope, number 1 means left side (Constitucion

Avenue) and number 2 means right side (Morones Prieto Avenue).

Algunas de las problemáticas resueltas y aprendizaje obtenido con la tecnología Lidar

•Clasificar la cobertura de suelo a escalas incluso menores al 1:500

•Generar DEM, DTM, DSM

•Obtención de curvas de nivel

•Determinar volumnenes

•Localizar infraestructura urbana prioritaria

•Calcular la cobertura de dosel de l arbolado urbano

•Estimar la huella erosiva del huracán

•Calcular volumétricamente los impactos

•Insumos para modelacion hidráulica - Cálculo de gastos,

escurrimientos, encharcamientos, etc.

fabiola.yepez@gmail.com