Predicción de inundaciones en el municipio de Guasca Cundinamarca, mediante inteligencia artificial e imágenes satelitales

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

This document develops a proposal for flood prediction in the municipality of Guasca, Cundinamarca, using multispectral satellite imagery and supervised learning computational models. The model involves downloading and preprocessing Sentinel-2 images, calculating spectral indices such as NDVI and NDWI, constructing a georeferenced training database, and implementing classification algorithms. The purpose of this entire process is to enable the system to learn spectral patterns and identify the presence of water in a land cover. Using a time series, the model can project this behavior into future scenarios. The methodology used is based on supervised learning, employing algorithms such as Support Vector Classifier, Random Forest, and Gradient Boosting. These models were trained with a previously labeled dataset, validated using performance metrics, and applied to satellite imagery to generate predicted water cover maps. The combination of data preprocessing, variable normalization, and hyperparameter tuning ensures the model's robustness and generalization capabilities. In conclusion, it is demonstrated that computational prediction models applied to Sentinel-2 imagery are an effective tool for anticipating the spatial variation of water bodies in the municipality of Guasca. Future studies recommend expanding the training base and exploring advanced techniques, such as the inclusion of precipitation data, to strengthen flood prediction as a key input in territorial planning and risk management at the local level.

Descripción

El presente documento desarrolla una propuesta orientada a la predicción de inundaciones en el municipio de Guasca, Cundinamarca, mediante el uso de imágenes satelitales multiespectrales y modelos computacionales de aprendizaje supervisado. En su desarrollo se realiza la descarga y preprocesamiento de imágenes Sentinel-2, el cálculo de índices espectrales como NDVI y NDWI, la construcción de una base de datos de entrenamiento georreferenciada y la implementación de algoritmos de clasificación. Todo este proceso tiene como finalidad que el sistema pueda aprender patrones espectrales e identificar en una cobertura la presencia de agua y a partir de una serie temporal, proyectar este comportamiento en escenarios futuros. La metodología utilizada se fundamenta en el aprendizaje supervisado, empleando algoritmos como Support Vector Classifier, Random Forest y Gradient Boosting. Estos modelos fueron entrenados con un conjunto de datos previamente etiquetado, validado mediante métricas de desempeño y aplicado sobre imágenes satelitales para generar mapas predichos de cobertura hídrica. La combinación de preprocesamiento de datos, normalización de variables y ajuste de hiperparámetros asegura la solidez del modelo y su capacidad de generalización. Como conclusión general, se demuestra que los modelos computacionales de predicción aplicados a imágenes Sentinel-2 constituyen una herramienta eficaz para anticipar la variación espacial de los cuerpos de agua en el municipio de Guasca. Se recomienda para futuros estudios continuar ampliando la base de entrenamiento y explorar técnicas avanzadas, como la inclusión de datos de precipitación, de manera que la predicción de inundaciones se fortalezca como un insumo clave en la planificación territorial y la gestión del riesgo a nivel local.

Palabras clave

Predicción hidrológica, Teledetección satelital, Aprendizaje supervisado, Clasificación espectral

Materias

Ingeniería Catastral y Geodesia -- Tesis y disertaciones académicas

Citación