Análisis de imágenes hiperespectrales capturadas por aeronaves remotamente pilotadas para la clasificación y caracterización de la vegetación en un ecosistema de páramo: estudio de caso parque ecológico Matarredonda (noviembre 2018)

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

The study on the analysis of hyperspectral images captured by remotely piloted aircraft in the Matarredonda Ecological Park focused on developing a methodology for the classification and characterization of vegetation in a páramo ecosystem using advanced remote sensing. By acquiring hyperspectral images with a Headwall Nano-Hyperspec sensor mounted on an RPAS, high spectral and spatial resolution data were obtained, allowing for precise identification of the vegetation cover present in the study area. In image processing, dimensionality reduction techniques such as PCA (Principal Component Analysis), MNF (Minimum Noise Fraction), and ICA (Independent Component Analysis) were applied to optimize spectral information and reduce data redundancy. For classification, different algorithms were compared: Maximum Likelihood (ML), Support Vector Machines (SVM), and Random Forest (RF), evaluating their performance in terms of accuracy and reliability. The results showed that Random Forest achieved the highest overall accuracy, providing a detailed classification of vegetation cover with a high Kappa coefficient, while SVM exhibited high precision but with significant computational costs. Dimensionality reduction through MNF optimized classification by preserving key information without compromising accuracy. Species distribution maps were generated, highlighting the effective identification of frailejones and other typical páramo vegetation, validating the applicability of this methodology for monitoring and conserving these ecosystems. Additionally, the study demonstrated that hyperspectral imaging surpasses the limitations of multispectral sensors, enabling a more detailed analysis of vegetation. In conclusion, the combination of RPAS, hyperspectral sensors, and advanced classification algorithms represents an efficient strategy for analyzing fragile ecosystems such as the páramos, providing crucial information for environmental management and biodiversity conservation.

Descripción

El estudio sobre el análisis de imágenes hiperespectrales capturadas por aeronaves remotamente pilotadas en el Parque Ecológico Matarredonda se enfocó en desarrollar una metodología para la clasificación y caracterización de la vegetación en un ecosistema de páramo, utilizando teledetección avanzada. Mediante la adquisición de imágenes hiperespectrales con un sensor Headwall Nano-Hyperspec montado en un RPAS, se obtuvieron datos de alta resolución espectral y espacial, lo que permitió identificar con precisión las coberturas vegetales presentes en la zona de estudio. En el procesamiento de las imágenes, se aplicaron técnicas de reducción de dimensionalidad, como PCA (Análisis de Componentes Principales), MNF (Fracción de Ruido Mínimo) e ICA (Análisis de Componentes Independientes), con el fin de optimizar la información espectral y reducir la redundancia de datos. Para la clasificación, se compararon distintos algoritmos: Máxima Verosimilitud (ML), Máquinas de Soporte Vectorial (SVM) y Random Forest (RF), evaluando su desempeño en términos de precisión y confiabilidad. Los resultados demostraron que Random Forest obtuvo la mayor precisión global, logrando una clasificación detallada de las coberturas vegetales con un alto coeficiente Kappa, mientras que SVM mostró alta precisión, pero con costos computacionales elevados. La reducción de dimensionalidad mediante MNF optimizó la clasificación, preservando información clave sin comprometer la precisión. Se generaron mapas de distribución de especies, destacando la identificación efectiva de frailejones y otras coberturas típicas del páramo, lo que valida la aplicabilidad de esta metodología en el monitoreo y conservación de estos ecosistemas. Además, se evidenció que el uso de imágenes hiperespectrales supera las limitaciones de los sensores multiespectrales y permite un análisis más detallado de la vegetación. Como conclusión, la combinación de RPAS, sensores hiperespectrales y algoritmos avanzados de clasificación representa una estrategia eficiente para el análisis de ecosistemas frágiles como los páramos, proporcionando información clave para la gestión ambiental y la conservación de la biodiversidad.

Palabras clave

Imágenes hiperespectrales, RPAS, Clasificación de imágenes, Reducción de dimensionalidad

Materias

Ingeniería Catastral y Geodesia -- Tesis y disertaciones académicas

Citación