Desarrollo de una biblioteca de análisis espacial para estudios eco-hidrológicos

Abstract

[ES] La Eco-hidrología es un campo de investigación multidisciplinar dedicado al estudio de las relaciones de disponibilidad del recurso agua para el desarrollo de la vegetación en los sistemas ecológicos. En el caso particular de los ecosistemas mediterráneos semiáridos, las posibilidades de análisis se amplían gracias a la disponibilidad de imágenes de muy alta resolución espacial procedentes de plataformas aéreas de baja altura de vuelo como los vehículos aéreos no tripulados (UAV). En este contexto el Trabajo Fin de Máster (TFM) plantea la aplicación de las competencias de programación en lenguaje Python adquiridas en el MUIGG, especialmente en su vertiente relacionada con el procesamiento automático de conjuntos de datos de tamaño arbitrario. El desarrollo se centrará en el ámbito del análisis espacial, partiendo de diferentes librerías especializadas, así como de algunas herramientas de geoprocesamiento disponibles en plataformas de Sistemas de Información Geográfica. El desarrollo está focalizado en la automatización e implementación de rutinas para la ejecución de herramientas de análisis basadas en índices morfométricos de propiedades superficiales del suelo que proporcionen información sobre la conectividad hidrológica estructural y que se obtienen a partir del procesamiento conjunto de un Modelo Digital del Elevaciones (MDE) y de la cartografía de cobertura de vegetación. El trabajo se estructura en dos bloques en función de la naturaleza de los datos de entrada: (i) Análisis del terreno a partir del MDE para la obtención de la “dimensión hidrológica” de la zona de estudio. Este primer bloque se centra en la extracción de parámetros de distribución y organización de la red de drenaje superficial (ii) Análisis de patrones de distribución espacial los parches de vegetación basados en índices de métrica de forma. Este segundo bloque se utilizará la cubierta vegetal para una delimitación fina de las distintas sub-cuencas delimitadas por la propia distribución de los parches de vegetación. La combinación de los resultados de estos análisis, basados en datos de alta resolución, proporciona una nueva vía para determinar relaciones entre las características hídricas del terreno y el desarrollo de la vegetación en entornos semiáridos. Los distintos modelos derivados de herramientas de geoprocesamiento y de procesamiento digital de imágenes se aplicarán a datos reales en una zona localizada en Benidorm (Alicante) así como a datos sintéticos. El uso de este segundo grupo de conjuntos de datos sintéticos permitirá obtener parámetros de precisión rigurosos gracias a las configuraciones simplificadas y geométricamente conocidas de dichos datos sintéticos.

[EN] Eco-hydrology is a multidisciplinary research field dedicated to the study of the availability relationships of water resources for the development of vegetation in ecological systems. In the particular case of semi-arid Mediterranean ecosystems, the analysis possibilities are expanded thanks to the availability of very high spatial resolution images from low-flying aerial platforms such as unmanned aerial vehicles (UAV). In this context, the Master's Thesis (TFM) proposes the application of programming skills in the Python language acquired at the MUIGG, especially in its aspect related to the automatic processing of data sets of arbitrary size. The development will focus on the field of spatial analysis, starting from different specialized libraries, as well as some geoprocessing tools available on Geographic Information Systems platforms. The development is focused on the automation and implementation of routines for the execution of analysis tools based on morphometric indices of surface soil properties that provide information on structural hydrological connectivity and that are obtained from the joint processing of a Digital Elevation Model. (MDE) and vegetation cover mapping. The work is structured in two blocks depending on the nature of the input data: (i) Analysis of the terrain from the MDE to obtain the “hydrological dimension” of the study area. This first block focuses on the extraction of distribution and organization parameters of the surface drainage network. (ii) Analysis of spatial distribution patterns of vegetation patches based on shape metric indices. This second block will use the vegetation cover for a fine delimitation of the different sub-basins delimited by the distribution of the vegetation patches. The combination of the results of these analyses, based on high-resolution data, provides a new way to determine relationships between the water characteristics of the terrain and the development of vegetation in semi-arid environments. The different models derived from geoprocessing and digital image processing tools will be applied to real data in an area located in Benidorm (Alicante) as well as to synthetic data. The use of this second group of synthetic data sets will allow obtaining rigorous precision parameters thanks to the simplified and geometrically known configurations of said synthetic data.

[CA] L'Eco-hidrologia és un camp de recerca multidisciplinar dedicat a l'estudi de les relacions de disponibilitat del recurs aigua per al desenvolupament de la vegetació als sistemes ecològics. En el cas particular dels ecosistemes mediterranis semiàrids, les possibilitats d'anàlisi s'amplien gràcies a la disponibilitat d'imatges de resolució espacial molt alta procedents de plataformes aèries de baixa altura de vol com els vehicles aeris no tripulats (UAV). En aquest context el Treball Fi de Màster (TFM) planteja l'aplicació de les competències de programació en llenguatge Python adquirides al MUIGG, especialment en el seu vessant relacionat amb el processament automàtic de conjunts de dades de mida arbitrària. El desenvolupament se centrarà en l'àmbit de l'anàlisi espacial, partint de diferents llibreries especialitzades, així com algunes eines de geoprocessament disponibles en plataformes de sistemes d'informació geogràfica. El desenvolupament està focalitzat en l'automatització i la implementació de rutines per a l'execució d'eines d'anàlisi basades en índexs morfomètrics de propietats superficials del sòl que proporcionin informació sobre la connectivitat hidrològica estructural i que s'obtenen a partir del processament conjunt d'un model digital de l'elevació (MDE) i de la cartografia de cobertura de vegetació. El treball s'estructura en dos blocs en funció de la naturalesa de les dades d'entrada: (i) Anàlisi del terreny a partir del MDE per a l'obtenció de la dimensió hidrològica de la zona d'estudi. Aquest primer bloc se centra en lextracció de paràmetres de distribució i organització de la xarxa de drenatge superficial (ii) Anàlisi de patrons de distribució espacial els pegats de vegetació basats en índexs de mètrica de forma. Aquest segon bloc s'utilitzarà la coberta vegetal per a una delimitació fina de les diferents subconques delimitades per la pròpia distribució dels pegats de vegetació. La combinació dels resultats d'aquestes anàlisis, basades en dades d'alta resolució, proporciona una nova via per determinar relacions entre les característiques hídriques del terreny i el desenvolupament de la vegetació en entorns semiàrids. Els diferents models derivats d'eines de geoprocessament i de processament digital d'imatges s'aplicaran a dades reals a una zona localitzada a Benidorm (Alacant) així com a dades sintètiques. L'ús d'aquest segon grup de conjunts de dades sintètiques permetrà obtenir paràmetres de precisió rigorosos gràcies a les configuracions simplificades i geomètricament conegudes d'aquestes dades sintètiques.