Identificación de zonas inundables en Bogotá mediante análisis de imágenes satelitales sentinel y técnicas de clasificación basadas en inteligencia artificial
| dc.contributor.advisor | Ladino Moreno, Edgar Orlando | |
| dc.contributor.author | Villamizar Martín, Daniela Fernanda | |
| dc.contributor.author | Soño Cañarete, Andrés Felipe | |
| dc.contributor.orcid | Ladino Moreno, Edgar Orlando [0000-0002-7770-452X] | |
| dc.creator.email | dvillamizarmartin@gmail.com | |
| dc.creator.email | felipesotocmba@gmail.com | |
| dc.creator.id | 20222579059 | |
| dc.creator.id | 20222579040 | |
| dc.date.accessioned | 2026-10-01T20:26:41Z | |
| dc.date.available | 2026-10-01T20:26:41Z | |
| dc.date.created | 2026-09-24 | |
| dc.description | Las inundaciones constituyen una de las amenazas naturales más recurrentes en Colombia, con impactos significativos en la infraestructura, el medio ambiente y la calidad de vida de la población. Según el Estudio Nacional del Agua (2018) del Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), aproximadamente 190.935 km² del territorio nacional presentan condiciones propicias para la inundación, lo que equivale al 17 % del área continental del país. (IDIGER, 2021) Al centrarnos en la ciudad en la cual se evaluará en este trabajo, la identificación de zonas inundables es un componente clave para la planificación urbana y la gestión del riesgo. La variación climática, el crecimiento urbano acelerado y la deficiencia en los sistemas de drenaje han contribuido a que se presenten de manera frecuente inundaciones en las diferentes localidades de la ciudad. Para abordar este problema, este proyecto propone el uso de imágenes satelitales Sentinel-1 y Sentinel-2, Sentinel-1 para detección de datos de observación terrestre en cualquier condición metodológica y Sentinel-2 para validación con imágenes ópticas, estos satélites entregan imágenes de radar para numerosas aplicaciones, las imágenes tipo SAR son la mejor forma para monitorear subsidencias o hundimientos de tierra y también daños estructurales. La habilidad que poseen estos satélites para entregar información en todas las condiciones meteorológicas, y en condiciones de día o noche, los hace ideales para monitoreos marítimos y árticos. Según el sitio oficial del programa Copernicus, Sentinel-1 está diseñado específicamente para proveer imágenes para tener una respuesta rápida ante desastres naturales como inundaciones o terremotos. Alrededor del 75% de los desastres naturales tienen que ver con inundaciones, los satélites SAR tienen una capacidad inherente para observar imágenes sin que las nubes interfieran en el proceso, además, Sentinel realiza monitoreos frecuentes, haciendo que estos satélites sean ideales para monitorear inundaciones, estos monitoreos pueden ser usados para estimar la extensión de áreas inundadas, de esta manera se evalúa el impacto de pérdidas humanas, económicas y ambientales. Los modelos de elevación digitales de alta resolución (DEMs), mediante técnicas interferométricas (InSAR) aplicadas a pares de imágenes Sentinel-1, pueden ser usados para llevar a cabo análisis de escorrentía e inundaciones en zonas donde hay insuficiencia de datos. (Copernicus, s.f.) Las imágenes Sentinel se pueden obtener de manera gratuita a través de Copernicus Open Access Hub, y pueden ser procesadas manualmente al usar software como Qgis o Google Earth Engine, donde se busca implementar algoritmos de aprendizaje automático para automatizar la detección de áreas inundadas, al comparar su precisión con métodos basados en índices espectrales (NDWI) tradicionales, de esta manera se espera demostrar que la clasificación por inteligencia artificial optimice las gestión del riesgo de inundaciones respecto a los métodos tradicionales donde se requieren procesos manuales y más lentos. (EOS, s.f.) Al haber procesado las imágenes en Google Earth Engine, se presenta el análisis multitemporal de los eventos de lluvias intensas y sequía en los espejos de agua de la ciudad de Bogotá, posteriormente, se alimenta un modelo de inteligencia artificial U-Net, cuyos datos de entrada son 46,376 parches de 256 x 256 píxeles georreferenciados, finalmente se evalúa el desempeño del modelo mediante las métricas Accuracy (Precisión Global), Precisión, Sensibilidad (Recall), F1-Score e Índice Kappa (Jamali et al., 2024; Lan & Wang, 2025). Esta evaluación se lleva a cabo píxel a píxel sobre un conjunto de validación masivo para verificar la capacidad de la red en discriminar con exactitud la tierra firme de las superficies con presencia de agua. A través de la matriz de confusión, se cuantifican los aciertos y errores, falsos positivos y negativos (Jamali et al., 2024), lo que permite validar la hipótesis de que la IA identifica zonas inundables con mayor precisión que los métodos tradicionales. Los resultados finales facilitan el reconocimiento de patrones de recurrencia espacial, fundamentales para generar proyecciones de riesgo hacia el año 2030 y apoyar la toma de decisiones en el ordenamiento territorial de Bogotá (Saleh et al., 2024; Lan & Wang, 2025). | |
| dc.description.abstract | Floods constitute one of the most recurring natural hazards in Colombia, causing significant impacts on infrastructure, the environment, and the population's quality of life. According to the National Water Study (2018) by the Institute of Hydrology, Meteorology and Environmental Studies (IDEAM), approximately 190,935 km² of the national territory exhibit conditions prone to flooding, which corresponds to 17% of the country's continental area (IDIGER, 2021). Focusing on the target city evaluated in this study, the identification of flood-prone areas is a critical component of urban planning and risk management. Climate variability, rapid urban growth, and deficiencies in drainage systems have contributed to frequent flooding across various localities within the city. To address this issue, this project proposes the use of Sentinel-1 and Sentinel-2 satellite imagery: Sentinel-1 for terrestrial observation under any weather condition, and Sentinel-2 for validation using optical imagery. These satellites provide radar imagery for numerous applications; Synthetic Aperture Radar (SAR) images represent the most effective method for monitoring land subsidence and structural damage. The ability of these satellites to deliver information under all weather conditions, both day and night, makes them ideal for maritime and Arctic monitoring. According to the official Copernicus program portal, Sentinel-1 is specifically designed to provide imagery for rapid response to natural disasters such as floods or earthquakes. Approximately 75% of natural disasters are flood-related. SAR satellites possess an inherent capacity to capture images without cloud interference. Furthermore, Sentinel provides frequent monitoring, making these satellites ideal for flood assessment. This monitoring can be used to estimate the extent of flooded areas, thereby evaluating human, economic, and environmental impacts. High-resolution Digital Elevation Models (DEMs), through interferometric techniques (InSAR) applied to Sentinel-1 image pairs, can be used to conduct runoff and flood analyses in data-scarce regions (Copernicus, n.d.). Sentinel imagery is freely available via the Copernicus Open Access Hub and can be processed using software such as QGIS or Google Earth Engine. This project aims to implement machine learning algorithms to automate the detection of flooded areas, comparing their accuracy with traditional spectral index-based methods (NDWI). Through this approach, it is expected to demonstrate that artificial intelligence classification optimizes flood risk management compared to traditional methods that rely on slower, manual processing (EOS, n.d.). Following image processing in Google Earth Engine, a multitemporal analysis of heavy rainfall and drought events in the water bodies of Bogotá is presented. Subsequently, a U-Net artificial intelligence model is trained using 46,376 georeferenced patches of 256 x 256 pixels as input data. Finally, model performance is evaluated using standard metrics: Accuracy, Precision, Recall, F1-Score, and the Kappa Index (Jamali et al., 2024; Lan & Wang, 2025). This evaluation is conducted on a pixel-by-pixel basis over a massive validation set to verify the network's ability to accurately discriminate dry land from water bodies. Through the confusion matrix, correct classifications and errors (false positives and false negatives) are quantified (Jamali et al., 2024), validating the hypothesis that AI identifies flood-prone areas with greater precision than traditional methods. The final results facilitate the recognition of spatial recurrence patterns, which are essential for generating risk projections toward the year 2030 and supporting decision-making processes in the land-use planning of Bogotá (Saleh et al., 2024; Lan & Wang, 2025). | |
| dc.format.mimetype | ||
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11349/103972 | |
| dc.language.iso | spa | |
| dc.publisher | Universidad Distrital Francisco José de Caldas | |
| dc.relation.references | Adnan, M. S. G., Abdullah, A. Y. M., Dewan, A., & Hall, J. W. (2020). The effects of changing land use and flood hazard on poverty in coastal Bangladesh. Land Use Policy, 99, 104868. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2020.104868 | |
| dc.relation.references | Comisión Económica para América Latina y el Caribe & Banco Interamericano de Desarrollo. (2012). Valoración de daños y pérdidas: Ola invernal en Colombia 2010-2011 | |
| dc.relation.references | Congalton, R. G. (1991). A review of assessing the accuracy of classifications of remotely sensed data. Remote Sensing of Environment, 37(1), 35-46. https://doi.org/10.1016/0034- 4257(91)90048-B | |
| dc.relation.references | Copernicus. S1 Applications - Emergency Management. Recuperado de https://sentiwiki.copernicus.eu/web/s1-applications | |
| dc.relation.references | Copernicus. (s. f.). S2 mission. https://sentiwiki.copernicus.eu/web/s2-mission | |
| dc.relation.references | El Tiempo. (2021). ¿Por qué Bogotá está sufriendo graves inundaciones? Mapa de los más de 600 puntos críticos en la capital si llueve. https://www.eltiempo.com/bogota/por-quebogota-esta-sufriendo-graves-inundaciones | |
| dc.relation.references | EOS Data Analytics. (s. f.). NDWI Analysis. https://eos.com/es/make-an-analysis/ndwi/ | |
| dc.relation.references | Grandini, M., Bagli, E., & Visani, G. (2020). Metrics for multi-class classification: An overview. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2008.05756 | |
| dc.relation.references | Guo, S., Chen, Y., Zhang, P., Zhang, W., Tang, P., Fang, H., Xia, J., & Du, P. (2024). Estimates and dynamics of surface water extent in the Yangtze Plain from Sentinel-1&2 observations. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 134, 104155. https://doi.org/10.1016/j.jag.2024.104155 | |
| dc.relation.references | Hastie, T., Tibshirani, R., & Friedman, J. (2009). The elements of statistical learning: Data mining, inference, and prediction (2.ª ed.). Springer. https://doi.org/10.1007/978-0-387- 84858-7 | |
| dc.relation.references | Hermitaño Castro, J. A. (2022). Aplicación de machine learning en la gestión de riesgo de crédito financiero: Una revisión sistemática. Interfases, (15), 160–178. https://doi.org/10.26439/interfases2022.n015.5898 | |
| dc.relation.references | Hu, Q., Zhou, Y., Wang, S., & Wang, F. (2020). Machine learning and fractal theory models for landslide susceptibility mapping: Case study from the Jinsha River Basin. Geomorphology, 351, 106975. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2019.106975 | |
| dc.relation.references | Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales. (2023, septiembre). Boletín de predicción climática y recomendación sectorial (Publicación N° 343). http://www.ideam.gov.co/web/tiempo-y-clima/prediccion-climatica | |
| dc.relation.references | Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático. (2018). Plan de contingencias: Segunda temporada de lluvias 2018 en Bogotá. Alcaldía Mayor de Bogotá. | |
| dc.relation.references | Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático. (2019, noviembre). Caracterización climatológica de Bogotá. Subdirección de Análisis de Riesgos y Efectos del Cambio Climático. | |
| dc.relation.references | Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático. (2021). Estimación de daño por Inundaciones en Bogotá. Recuperado de https://www.idiger.gov.co/rinundacion | |
| dc.relation.references | Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático. (2024a). Plan de acción temporada de menos lluvias con incidencia del fenómeno del Niño – Ier semestre 2024. Alcaldía Mayor de Bogotá. | |
| dc.relation.references | Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático. (2024b). Plan de contingencia por desbordamiento de los cuerpos de agua e infraestructura hidráulica de los humedales de Torca y Guaymaral - Canal de Torca. Alcaldía Mayor de Bogotá. | |
| dc.relation.references | Islam, A. R. M. T., Talukdar, S., Mahato, S., Kundu, S., Eibek, K. U., Pham, Q. B., Kuriqi, A., & Linh, N. T. T. (2021). Flood susceptibility modelling using advanced ensemble machine learning models. Geoscience Frontiers, 12(3), 101075. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2020.09.006 | |
| dc.relation.references | Jamali, A., Roy, S. K., Hashemi Beni, L., Pradhan, B., Li, J., & Ghamisi, P. (2024). Residual wave vision U-Net for flood mapping using dual polarization Sentinel-1 SAR imagery. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 127, 103662. https://doi.org/10.1016/j.jag.2024.103662 | |
| dc.relation.references | La Silla Vacía. (s. f.). Inundaciones en Bogotá, ¿efecto del cambio climático o de la urbanización? https://www.lasillavacia.com/red-de-expertos/red-de-democracia-ytecnologia/aumento-de-las-inundaciones-en-bogota-fenomeno-climatico-o-consecuenciade-la-urbanizacion/ | |
| dc.relation.references | Lan, L., & Wang, X. (2025). Large-scale flood mapping using Sentinel-1 and Sentinel-2 imagery: Spatio-temporal analysis of the 23·7 Haihe basin-wide extreme flood. Journal of Hydrology, 653, 132777. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.132777 | |
| dc.relation.references | Li, G., Liu, J., & Shao, W. (2023). Urban flood risk assessment under rapid urbanization in Zhengzhou City, China. Regional Sustainability, 4(3), 332–348. https://doi.org/10.1016/j.regsus.2023.08.004 | |
| dc.relation.references | Li, J., Li, L., Zhang, T., Xing, H., Shi, Y., Li, Z., Wang, C., & Liu, J. (2024). Flood forecasting based on radar precipitation nowcasting using U-net and its improved models. Journal of Hydrology, 632, 130871. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2024.130871 | |
| dc.relation.references | Li, Z., & Demir, I. (2023). U-net-based semantic classification for flood extent extraction using SAR imagery and GEE platform: A case study for 2019 central US flooding. Science of The Total Environment, 869, 161757. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.161757 | |
| dc.relation.references | Luo, K., Samat, A., Van de voorde, T., Jiang, W., Li, W., & Abuduwaili, J. (2025). An automatic classification method with weak supervision for large-scale wetland mapping in transboundary (Irtysh River) basin using Sentinel-1-2. Journal of Environmental Management, 380, 124969. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2025.124969 | |
| dc.relation.references | Melo, J. Y., y Ruiz, J. F. (2025, marzo). Informe de predicción climática a corto, mediano y largo plazo en Colombia. Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales. http://www.ideam.gov.co | |
| dc.relation.references | Milletari, F., Navab, N., & Ahmadi, S. A. (2016). V-Net: Fully convolutional neural networks for volumetric medical image segmentation. En 2016 Fourth International Conference on 3D Vision (3DV) (pp. 565-571). IEEE. https://doi.org/10.1109/3DV.2016.79 | |
| dc.relation.references | NASA Earthdata. (s. f.). SAR basics. https://www.earthdata.nasa.gov/learn/earthobservation-data-basics/sar | |
| dc.relation.references | NASA Earthdata. (s. f.). Digital Elevation Terrain Model (DEM). https://www.earthdata.nasa.gov/topics/land-surface/digital-elevation-terrain-model-dem | |
| dc.relation.references | Rahman, M., Chen, N., Elbeltagi, A., Islam, M. M., Alam, M., Pourghasemi, H. R., Tao, W., Zhang, J., Shufeng, T., Faiz, H., Baig, M. A., & Dewan, A. (2021). Application of stacking hybrid machine learning algorithms in delineating multi-type flooding in Bangladesh. Journal of Environmental Management, 295, 113086. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113086 | |
| dc.relation.references | Rahman, M. R., & Thakur, P. K. (2018). Detecting, mapping and analysing of flood water propagation using synthetic aperture radar (SAR) satellite data and GIS: A case study from the Kendrapara District of Orissa State of India. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 21, S37–S41. https://doi.org/10.1016/j.ejrs.2017.10.002 | |
| dc.relation.references | Ready.gov. (s. f.). Inundaciones. https://www.ready.gov/es/inundaciones | |
| dc.relation.references | Said, S. E., & Dickey, D. A. (1984). Testing for unit roots in autoregressive-moving average models of unknown order. Biometrika, 71(3), 599–607. https://doi.org/10.1093/biomet/71.3.599 | |
| dc.relation.references | Saleh, T., Weng, X., Holail, S., Hao, C., & Xia, G. S. (2024). DAM-Net: Flood detection from SAR imagery using differential attention metric-based vision transformers. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 212, 440–453. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2024.05.018 | |
| dc.relation.references | Sánchez Calderón, F. V. (2019). Las múltiples temporalidades de los desastres. Permanencias, cambios y singularidad histórica en las inundaciones del río Tunjuelo (Bogotá, Colombia) en octubre de 1969. Historia y Espacio, 15(52). https://doi.org/10.25100/hye.v15i52.8141 | |
| dc.relation.references | United Nations Office for Disaster Risk Reduction. (s. f.). Understanding disaster risk terminology. https://www.undrr.org/understanding-disaster-risk/terminology | |
| dc.relation.references | U.S. Geological Survey. (s. f.). InSAR: Satellite-based technique captures overall deformation picture. https://www.usgs.gov/programs/VHP/insar-satellite-based-techniquecaptures-overall-deformation-picture | |
| dc.relation.references | Viasus Wilches, J. D. (2025). Monitoreo de la variación de los espejos de agua de los humedales Ramsar de Bogotá D.C. utilizando inteligencia artificial a partir de imágenes satelitales [Tesis de maestría, Universidad Distrital Francisco José de Caldas] | |
| dc.relation.references | Yin, Z., Lu, H., Wu, Y., Liu, D., Yin, Z., Sun, Y., & Li, R. (2024). Super-resolution water body mapping with a feature collaborative CNN model by fusing Sentinel-1 and Sentinel-2 images. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 134, 104176. https://doi.org/10.1016/j.jag.2024.104176 | |
| dc.relation.references | Zandsalimi, Z., Barbosa, S. A., Alemazkoor, N., Goodall, J. L., & Shafiee-Jood, M. (2025). Deep learning-based downscaling of global digital elevation models for enhanced urban flood modeling. Journal of Hydrology, 653, 132687. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.132687 | |
| dc.rights.acceso | Abierto (Texto Completo) | |
| dc.rights.accessrights | OpenAccess | |
| dc.subject | Inundación | |
| dc.subject | Sentinel-1 (SAR) | |
| dc.subject | Sentinel-2 (Óptico) | |
| dc.subject | U-Net | |
| dc.subject | Inteligencia artificial (IA) | |
| dc.subject | Espejos de Agua | |
| dc.subject.keyword | Flooding | |
| dc.subject.keyword | Sentinel-1 (SAR) | |
| dc.subject.keyword | Sentinel-2 (Optical) | |
| dc.subject.keyword | U-Net | |
| dc.subject.keyword | Artificial intelligence (AI) | |
| dc.subject.keyword | Water Bodies | |
| dc.subject.lemb | Ingeniería Civil -- Tesis y disertaciones académicas | |
| dc.subject.lemb | nundaciones — Bogotá | |
| dc.subject.lemb | Zonas inundables — Identificación | |
| dc.subject.lemb | Imágenes de satélite — Aplicaciones ambientales | |
| dc.title | Identificación de zonas inundables en Bogotá mediante análisis de imágenes satelitales sentinel y técnicas de clasificación basadas en inteligencia artificial | |
| dc.title.titleenglish | Identification of flood-prone areas in Bogotá using Sentinel satellite imagery analysis and artificial intelligence-based classification techniques | |
| dc.type | bachelorThesis | |
| dc.type.coar | http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f | |
| dc.type.degree | Monografía | |
| dc.type.driver | info:eu-repo/semantics/bachelorThesis |
Archivos
Bloque de licencias
1 - 1 de 1
Cargando...
- Nombre:
- license.txt
- Tamaño:
- 7 KB
- Formato:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Descripción:
