Diseño e implementación de un geoportal en GEE para monitorizar el cultivo de arroz mediante el análisis de series temporales Sentinel-2 en el valle Chancay-Lambayeque (Perú)

Abstract

[ES] La falta de acceso a la tecnología agrícola, la importancia del arroz en la economía peruana y la preocupación por la seguridad alimentaria ha planteado un nuevo desafío en la gestión y monitoreo de los cultivos de arroz en el norte del Perú. El objetivo del presente trabajo es implementar un geoportal que permita a los agricultores monitorizar el estado del cultivo de arroz mediante el análisis de los índices NDVI y NDMI. Además, brindará a los gestores locales y gubernamentales la capacidad de conocer de manera remota y anticipada las áreas de cultivo de arroz mediante la clasificación supervisada, así como estimar la producción de las cosechas a nivel de la cuenca. En la implementación del geoportal,se ha integrado tanto la parte del backend como la solución frontend. El backend, almacena información generada en el geoportal a través de una Geodatabase, que cuenta con reglas topológicas para la validación interna de datos. Esta base de datos, almacena información vectorial como capas de infraestructura de riego, muestras de entrenamiento y capa de estimación del rendimiento por parcela agrícola. Además, de su función de almacenamiento, también desarrolla una metodología de procesamiento dividida en tres etapas. En la primera etapa, lleva a cabo el preprocesamiento, que incluye el enmascaramiento de elementos no deseados y el agrupamiento de datos de imágenes Sentintel-2. La segunda etapa, implica el procesamiento de los datos quincenales de imágenes satelitales, la aplicación del modelo de clasificación supervisada y la utilización del filtro morfológico. En la tercera y última etapa, realiza el post procesamiento para la evaluación de los resultados y la visualización de los mapas agrupados por campañas agrícolas en el geoportal. En cuanto al frontend, presenta una interface basada en paneles interactivos, que permite a los agricultores seleccionar y visualizar sus parcelas mediante el ingreso del número de Documento Nacional de Identidad (DNI) y del Código Único Catastral (CUC). Además, permite observar las capas y gráficas generados a partir de cada consulta. Las gráficas proporcionan información del vigor de la vegetación mediante el índice NDVI y el nivel de humedad de la vegetación a través del índice NDMI. También incorpora en un panel donde se visualiza los resultados de la clasificación del cultivo del arroz, por zona de interés y campaña agrícola. Por último, cuenta con un panel donde se muestra el rendimiento del cultivo de arroz para la campaña agrícola 2022, que abarca todas las parcelas de la cuenca Chancay – Lambayeque. En términos generales el geoportal le brinda al agricultor y a las autoridades responsables información actualizada acerca de: (i) la evolución fenológica de los cultivos de arroz; (ii) la extensión de arroz plantada por campaña agrícola, y (iii) el rendimiento en tn/ha de los campos de arroz. Con el geoportal se pretende contribuir a la gestión sostenible y eficiente del cultivo del arroz, optimizando los recursos hídricos, mejorando las técnicas agrícolas en arrozales y fortaleciendo tecnológicamente el desarrollo socioeconómico del sector agrario en el Perú. Este trabajo se elaboró en el marco del proyecto RiceMon de la Agencia Española de Cooperación Internacional (AECID).

[EN] The lack of access to agricultural technology, the importance of rice in the Peruvian economy and the concern for food security has posed a new challenge in the management and monitoring of rice crops in northern Peru. The objective of the present work is to implement a geoportal that will allow farmers to monitor the status of the rice crop by analyzing NDVI and NDMI indices. In addition, it will provide local and governmental managers with the ability to remotely and in advance know the rice crop areas through supervised classification, as well as to estimate crop production at the watershed level. In the implementation of the geoportal, both the backend and the frontend solution have been integrated. The backend stores information generated in the geoportal through a Geodatabase, which has topological rules for internal data validation. This database stores vector information such as irrigation infrastructure layers, training samples and yield estimation layer per agricultural parcel. In addition to its storage function, it also develops a processing methodology divided into three stages. In the first stage, it performs preprocessing, which includes masking of unwanted elements and Sentintel-2 image data grouping. The second stage involves the processing of biweekly satellite image data, the application of the supervised classification model and the use of the morphological filter. In the third and last stage, the post-processing is carried out for the evaluation of the results and the visualization of the maps grouped by agricultural campaigns in the geoportal. As for the frontend, it presents an interface based on interactive panels, which allows farmers to select and visualize their parcels by entering their National Identity Card (DNI) number and the Unique Cadastral Code (CUC). In addition, it allows them to view the layers and graphs generated from each query. The graphs provide information on vegetation vigor through the NDVI index and vegetation moisture level through the NDMI index. It also incorporates a panel where the results of the classification of the rice crop are displayed, by area of interest and crop year. Finally, it has a panel showing the rice crop yield for the 2022 crop year, covering all the plots in the Chancay-Lambayeque basin. In general terms, the geoportal provides farmers and responsible authorities with updated information on: (i) the phenological evolution of rice crops; (ii) the extent of rice planted per crop year; and (iii) the yield in tn/ha of rice fields. The geoportal aims to contribute to the sustainable and efficient management of rice cultivation, optimizing water resources, improving agricultural techniques in rice fields and technologically strengthening the socioeconomic development of the agricultural sector in Peru. This work was developed within the framework of the RiceMon project of the Spanish Agency for International Cooperation (AECID).

[CA] La falta d'accés a la tecnologia agrícola, la importància de l'arròs en l'economia peruana i la preocupació per la seguretat alimentària ha plantejat un nou desafiament en la gestió i monitoratge dels cultius d'arròs en el nord del Perú. L'objectiu del present treball és implementar un *geoportal que permeta als agricultors monitorar l'estat del cultiu d'arròs mitjançant l'anàlisi dels índexs *NDVI i *NDMI. A més, brindarà als gestors locals i governamentals la capacitat de conéixer de manera remota i anticipada les àrees de cultiu d'arròs mitjançant la classificació supervisada, així com estimar la producció de les collites a nivell de la conca. En la implementació del *geoportal, s'ha integrat tant la part del *backend com la solució *frontend. El *backend, emmagatzema informació generada en el *geoportal a través d'una *Geodatabase, que compta amb regles topològiques per a la validació interna de dades. Aquesta base de dades, emmagatzema informació vectorial com a capes d'infraestructura de reg, mostres d'entrenament i capa d'estimació del rendiment per parcel·la agrícola. A més, de la seua funció d'emmagatzematge, també desenvolupa una metodologia de processament dividida en tres etapes. En la primera etapa, duu a terme el preprocessament, que inclou l'emmascarament d'elements no desitjats i l'agrupament de dades d'imatges *Sentintel-2. La segona etapa, implica el processament de les dades quinzenals d'imatges satel·litàries, l'aplicació del model de classificació supervisada i la utilització del filtre morfològic. En la tercera i última etapa, realitza el post processament per a l'avaluació dels resultats i la visualització dels mapes agrupats per campanyes agrícoles en el *geoportal. Quant al *frontend, presenta una *interface basada en panells interactius, que permet als agricultors seleccionar i visualitzar les seues parcel·les mitjançant l'ingrés del número de Document Nacional d'Identitat (DNI) i del Codi Únic Cadastral (*CUC). A més, permet observar les capes i gràfiques generats a partir de cada consulta. Les gràfiques proporcionen informació del vigor de la vegetació mitjançant l'índex *NDVI i el nivell d'humitat de la vegetació a través de l'índex *NDMI. També incorpora en un panell on es visualitza els resultats de la classificació del cultiu de l'arròs, per zona d'interés i campanya agrícola. Finalment, compta amb un panell on es mostra el rendiment del cultiu d'arròs per a la campanya agrícola 2022, que abasta totes les parcel·les de la conca *Chancay – *Lambayeque. En termes generals el *geoportal li brinda a l'agricultor i a les autoritats responsables informació actualitzada sobre: (i) l'evolució fenològica dels cultius d'arròs; (*ii) l'extensió d'arròs plantada per campanya agrícola, i (*iii) el rendiment en *tn/ha dels camps d'arròs. Amb el *geoportal es pretén contribuir a la gestió sostenible i eficient del cultiu de l'arròs, optimitzant els recursos hídrics, millorant les tècniques agrícoles en arrossars i enfortint tecnològicament el desenvolupament socioeconòmic del sector agrari al Perú. Aquest treball es va elaborar en el marc del projecte *RiceMon de l'Agència Espanyola de Cooperació Internacional (*AECID).