proyecto de investigación realizado sobre firmas espectrales aplicadas a definir fases cartograficas de suelos

1. Definición de firmas espectrales
para delimitar fases cartográficas
de suelos
2013
Cesar Valbuena Calderón
Carlos Enrique Castro Méndez
Subdirección de Agrología.

2. Se han desarrollado nuevas técnicas de monitoreo de la salinidad basadas en la
medición de reflectancia de la superficie terrestre mediante los sensores remotos
y mediciones con espectroradiómetro(Taylor et al., 1996). El análisis de las
firmas espectrales se usa para localizar áreas de concentración de sales y
detectar los cambios que ocurren en el tiempo y el espacio (Metternicht y Zinck,
2003).
A nivel nacional se ha avanzado muy poco en el uso de la espectroradiometría,
por ejemplo los proyectos de investigación adelantados por el CIAF sobre el
desarrollo y diseño del sistema de información espectral en el 2008
(almacenamiento, análisis y publicación de las firmas espectrales). Además,
elaboración de un instructivo para la calibración y operación del
espectroradiómetro - HR4000 (2010).
Existe disponible poca información espacial sobre fases cartográficas de suelos.
Por tal razón, se requiere encontrar un método alternativo para identificar y
mapear fases cartográficas de suelos a nivel detallado. La solución puede ser
encontrada en el uso de la espectroradiometría de campo e información de
sensores remotos.
Introducción

3. La espectroradiometría de campo
La espectroradiometría de campo se define como una ciencia que se
encarga de estudiar cuantitativamente la Tramitancia, Reflectancia y
Radiancia, utilizando diferentes dispositivos portátiles tanto en laboratorio
como en campo.
La reflectancia de características del suelo se puede obtener en laboratorio
o in-situ. La reflectancia de rasgos de los suelos es función de algunas de
sus propiedades o efecto ambiental o de manejo, propiedades como son el
contenido de materia orgánica, humedad, textura, contenido de óxidos de
hierro, conductividad eléctrica, color y rugosidad.

4. Firmas espectrales
La firma espectral es la medida cuantitativa de las propiedades espectrales de
un objeto en una o varias bandas espectrales. La firma espectral hace
referencia a la forma en que una cubierta refleja o emite su energía a distintas
longitudes de onda y este comportamiento sirve para diferenciar unas cubiertas
de otras

5. Objetivo general
Diseñar una metodología para la aplicación de espectroradiometria de
campo en la identificación y potencial mapeo de fases cartográficas de
suelos.
Objetivos Específicos
Definir un protocolo para la captura de firmas espectrales en campo con
énfasis en la caracterización espectral de fases cartográficas de suelos.
Aplicar el protocolo diseñado para la captura de firmas espectrales en
campo en un área piloto.
Generar mapas de fases cartográficas de suelos utilizando como base
información de espectroradiometria de campo y sensores remotos.

6. Espectroradiometría para la identificación y mapeo de fases
cartográficas de suelos
1. Etapa de Pre-campo:
a. Recolección de Información secundaria (estudio detallado de suelos
Puerto Salgar - 2010)
b. Procesamiento y transformación de imágenes de satélite
- Brovery
- Tasseled Cap
c. Diseño de muestreo y ubicación de transectos
d. Elaboración del protocolo para la captura de firmas en campo

7. 2. Etapa de campo:
a. Ubicación de transectos transversales a lo largo de patrones
de distribución de las unidades de las fases cartográficas de
suelos (Unidad mínima de muestreo)
b. Recolección de información de espectroradiometría, toma de
muestras y uso del formato de campo
c. Aplicación del protocolo para la captura de firmas en campo

8. 3. Etapa post-campo
a. Construcción firmas espectrales
b. Elaboración del mapa de fases cartográficas de suelos y su
leyenda
c. Análisis de resultados
d. Proceso de validación

9. Aplicación del protocolo para la captura de firmas espectrales en
levantamiento de suelos en un área piloto
Municipio de Puerto Salgar
Gráfica del balance hídrico climático de la unidad climática
Cálido Húmedo (municipio de Puerto Salgar).

10. Unidades de análisis
Fases Definición Imágenes (Ejemplo -
Puerto Salgar)
Pedregosidad
superficial
Señala la presencia en superficie de
abundantes fragmentos de roca de
diferentes tamaños.
Salinidad
Indicadores de salinidad son la presencia y
formación de costras blancas y
eflorescencias de forma irregular sobre la
superficie de suelos salinos y manchas
oscuras en suelos alcalinos.
Encharcamiento
Encharcamientos se identifican a partir de
la cobertura vegetal asociada a zonas
húmedas o encharcadas. Las especies
vegetales indicadoras de humedad varían
para cada región.
Erosión
Conjunto de procesos en la superficie de la
corteza terrestre, que producen pérdida de
materiales en grado variable, por la acción
natural de agentes morfogénicos, como
agua y el viento que puede acelerarse por
acción del hombre.
Se caracteriza por diferentes rasgos como
sus tonalidades de colores y distribución
espacial irregular.

11. Aplicación de la técnica del Algoritmo de la transformada de
Brovery en una imagen Landsat para realzar los contrastes
de color. En colores claros se representa la erosión,
pedregosidad, salinización y la vegetación se observa de
color rojo y verde
Diseño de muestreo: Red flexible de acuerdo a la variación de las distintas
unidades cartográficas sobre los transectos.

12. Procedimiento para realizar la captura de firmas espectrales de
fases cartográficas de suelos en campo.
1. Preparación del espectroradiómetro
2. Calibración del espectroradiómetro
Radiómetro SPOT CIMEL CE 310
Panel de
calibración
(blanco de
referencia)

13. 3. Captura de información espectral mediante radiometría de
campo
Figura 1. Procedimiento utilizado con el radiómetro SPOT CIMEL CE 310 con un campo de visión constante de
12.5 grados y altura del lente de medición sobre el suelo de 50cm (Izquierda) y 3 m (derecha).
4. Registro de información en el formato de campo.

14. Medición con el conductímetro para
suelos salinos.
5. Toma de muestras de fases cartográficas de suelos.
Figura 1. Procedimiento para la toma superficial de muestras de suelo erosionado.

15. Datos obtenidos en campo
cateo V R IR V R IR V R IR V(PROMEDIO) R(PROMEDIO) IR(PROMEDIO) Altura LATITUD LONGITUD HORA FASECARTOGRAFICA TIPODERELIEVE
FE1 A 173 196 266 168 194 269 175 203 283 172,00 197,67 272,67 3 5°44´7,53834 74°36´28,1300 08:26 PEDREGOSIDAD(CANTOSRODADOS)LADERASDETERRAZAANTIGUA-LOMERIOS
B 238 269 396 267 322 426 257 312 413 254,00 301,00 411,67 0,5
FE2 A 136 181 250 137 182 252 134 179 251 135,67 180,67 251,00 3 5°44´3,82290 74°36´31,53066 09:15 PEDREGOSIDAD(CANTOSRODADOS)LADERASDETERRAZAANTIGUA-LOMERIOS
B 148 179 235 151 184 252 152 212 264 150,33 191,67 250,33 0,5
FE3 A 154 173 227 153 172 226 152 173 227 153,00 172,67 226,67 3 5°43´58,11898 74°37´2,50434 09:40 PEDREGOSIDAD(CANTOSRODADOS)LADERASDETERRAZAANTIGUA-LOMERIOS
B 162 198 244 165 198 241 170 197 244 165,67 197,67 243,00 0,5
FE4 A 166 174 223 166 174 222 165 173 221 165,67 173,67 222,00 3 5°45´11,1607 74°34´26,704 11:26 SALINIDAD (SELENIO) PLANODEINUNDACION-VEGARIONEGRO
B 168 177 234 168 175 235 170 176 233 168,67 176,00 234,00 0,5
FE5 A 52 54 68 54 53 67 53 51 67 53,00 52,67 67,33 3 5°45´12,0602 74°34´26,17902 11:40 SALINIDAD (SELENIO) PLANODEINUNDACION-VEGARIONEGRO
B 56 57 76 56 57 77 56 57 76 56,00 57,00 76,33 0,5
FE6 A 149 93 108 102 95 109 106 99 108 119,00 95,67 108,33 3 5°45´10,04016 74°34´29,2914 11:50 SALINIDAD (SELENIO) PLANODEINUNDACION-VEGARIONEGRO
B 103 102 111 103 103 112 102 102 111 102,67 102,33 111,33 0,5
FE7 A 142 132 162 147 150 167 155 153 186 148,00 145,00 171,67 3 5°44´7,53834 74°36´28,1300 11:53 SALINIDAD (SELENIO) PLANODEINUNDACION-VEGARIONEGRO
B 86 87 111 85 87 111 84 87 111 85,00 87,00 111,00 0,5
FE8 A 174 186 217 190 186 243 195 195 234 186,33 189,00 231,33 3 5°45´9,21996 74°34´32,71992 12:32 SALINIDAD (SELENIO) PLANODEINUNDACION-VEGARIONEGRO
B 168 168 208 165 169 208 163 167 206 165,33 168,00 207,33 0,5
FE9 A 72 76 88 73 77 87 76 78 94 73,67 77,00 89,67 3 5°45´9,302204 74°34´36,02982 12:42 SALINIDAD(SELENIO) PLANODEINUNDACION-VEGARIONEGRO
B 84 85 95 86 87 100 87 89 103 85,67 87,00 99,33 0,5
FE10 A 83 65 413 90 73 448 90 72 449 87,67 70,00 436,67 3 5°41´58,38330 74°36´17,32932 15:22 ENCHARCAMIENTO(PASTOMACIEGA)PARTEDISTALDELGLACISDEACUMULACION
B 95 68 387 122 81 487 122 88 567 113,00 79,00 480,33 0,5
FE11 A 0,7 63 345 62 53 314 59 50 302 40,57 55,33 320,33 3 5°41´59,52024 74°36´18,12504 15:55 ENCHARCAMIENTO(PASTOMACIEGA)PARTEDISTALDELGLACISDEACUMULACION
B 0,3 31 113 28 30 100 24 27 93 17,43 29,33 102,00 0,5
FE12 A 0,84 64 392 41 29 179 42 28 187 27,95 40,33 252,67 3 5°42´0,59814 74°36´18,85572 15:44 ENCHARCAMIENTO(PASTOMACIEGA)PARTEDISTALDELGLACISDEACUMULACION
B 0,77 72 346 78 66 319 57 45 227 45,26 61,00 297,33 0,5
FE13 A 113 113 159 121 121 163 122 123 167 118,67 119,00 163,00 3 5°31´58,42926 74°37´48,35316 07:52 EROSIÓN(ARENAS) TERRAZADISECTADAANTIGUA-LOMERIO
B 206 197 241 216 213 258 216 222 262 212,67 210,67 253,67 0,5
FE14 A 204 221 250 205 221 251 205 222 251 204,67 221,33 250,67 3 5°31´24,78096 74°38´9,02592 08:05 EROSIÓN(ARENAS) TERRAZADISECTADAANTIGUA-LOMERIO
B 165 172 199 164 170 198 161 165 193 163,33 169,00 196,67 0,5
FE15 A 159 166 197 163 169 200 162 168 199 161,33 167,67 198,67 3 5°31´25,91586 74°38´9,57486 09:26 EROSIÓN(ARENAS) TERRAZADISECTADAANTIGUA-LOMERIO
B 198 206 231 194 207 232 192 205 231 194,67 206,00 231,33 0,5

16. Método de espectroradiometría
Construcción de firmas espectrales:
Convertir a formato ASCII y exportar a ENVI para crear la
librería espectral para las fases cartográficas de suelos.
Promedio y se examina las curvas espectrales para detectar
irregularidades.

17. Resultados obtenidos con espectroradiometría
de campo

18. Clasificación Espectral
1. Conversión a reflectancia
Figura. Vista previa de las Imágenes de reflectancia (centro–Landsat y derecha-Rapideye) y la
imagen original - sin correcciones (izquierda).

19. Algoritmo Spectral Angle Mapper (SAM)
clasificación supervisada a escala de pixel, calculada con base en la similitud del espectro de
cada píxel de la imagen y los espectros referencia (endmembers).

20. Mapeo de fases cartográficas de suelos
Fases Landsat RapidEye
Pedregosidad
Salinidad
Encharcamiento
Erosión

22. Conclusiones
 El estudio de caso demuestra un método práctico y técnico para mapear
fases cartográficas de suelos en base a firmas espectrales e información de
sensores remotos.
El método de clasificación de imágenes con el uso de firmas espectrales
que se muestra más adecuado es el Spectral Angle Mapper (SAM).
No es sencillo establecer una relación entre las propiedades de las fases
cartográficas de suelos y sus curvas espectrales, puesto que son muchos los
factores que inciden en la variabilidad espectral y espacial, por lo que resulta
necesario el mantenimiento de líneas de investigación para la evaluación de
los suelos que a partir de estas técnicas no destructivas, aporten resultados
rápidos para el estudio, conservación y mejora de los suelos.

23. Recomendaciones
 llevar a cabo muestreos con diferentes tipos de suelos, con diferentes texturas, contenido
de materia orgánica y diversos niveles de humedad para reconocer las diferencias y la
influencia de estas variables en la respuesta espectral.
Para los estudios de salinidad, el momento adecuado para el trabajo de campo es crucial.
Por lo general, una estación seca es la preferida para llevar a cabo los estudios de salinidad
en el campo. Debido a que en temporada humedad se pueden causar problemas en la
interpretación de los resultados del estudio ya que la ocurrencia de sal en el suelo es
temporal, un evento de lluvia puede disolver la sal de la superficie y hacer que el nivel de
salinidad en la capa superior del suelo disminuya.
Es importante mejorar el rango espectral del espectroradiométro empleado, ya que es una
limitante para conocer otras regiones espectrales de interés de fases cartográficas de
suelos. Además, la capacitación de profesionales en temas como percepción remota en
suelos y el uso de diferentes métodos de análisis de datos será la base para continuar con
el desarrollo y uso práctico de este reciente campo del conocimiento.