Aplicación de las imágenes y los datos que provee la red de satélites del programa COPERNICUS a la preservación, monitorización y gestión del Patrimonio Cultural

UNIVERSIDAD DE VALLADOLID ESCUELA DE INGENIERIAS INDUSTRIALES Grado en Ingeniería en Electrónica Industrial y Automática Aplicación de las imágenes y los datos que provee la red de satélites del programa COPERNICUS a la preservación, monitorización y gestión del Patrimonio Cultural Autor: Bujedo Esteban, Ignacio Tutores: Gómez García-Bermejo, Jaime Ingeniería de Sistemas y Automática Martín Lerones, Pedro Fundación CARTIF Valladolid, junio de 2021 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 2 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 3 Resumen El Patrimonio Cultural hace referencia al legado cultural del pasado de una comunidad, conservado hasta la actualidad. Más concretamente, el arte rupestre al aire libre es un marcador territorial de primer orden, ofrece a los territorios una vía de subsistencia singular y diferenciada por medio de turismo cultural sostenible, que sólo puede asegurarse si se llevan a cabo acciones basadas en tecnologías y metodologías digitales. El TFG se ha desarrollado dentro de la línea de investigación en imágenes multiescala aplicadas a paisajes culturales del Área de Patrimonio Cultural y Natural de CARTIF. Por una parte, se investiga sobre el programa COPERNICUS en relación con el Patrimonio Cultural. Por otra, el desarrollo se centra en el uso de técnicas de visión artificial que permitan conservar eficazmente la Zona Arqueológica de Siega Verde, un yacimiento de arte rupestre al aire libre en Salamanca, declarado BIC en 1998 y Patrimonio Mundial en 2010. PALABRAS CLAVE COPERNICUS, Patrimonio Cultural, Siega Verde, inundaciones e incendios. Abstract Cultural Heritage refers to the cultural legacy of a community's past, preserved up to the present. More specifically, open-air rock-art is a territorial marker of first order, offering territories a unique and differentiated livelihood of subsistence through sustainable cultural tourism, which can only be ensured if actions based on digital technologies and methodologies are carried out. The TFG has been developed within the research line on multi-scale images applied to cultural landscapes of the Cultural and Natural Heritage Area of CARTIF. On the one hand, research is carried out on the COPERNICUS programme in relation to Cultural Heritage. On the other hand, the development focuses on the use of computer vision techniques to effectively conserve the Archaeological Zone of Siega Verde, an open-air rock-art site in Salamanca, declared BIC in 1998 and World Heritage in 2010. KEYWORDS COPERNICUS, Cultural Heritage, Siega Verde, floods and wildfires. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 4 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 5 Agradecimientos En primer lugar, a mis padres por todo el cariño que me dan y por educarme de la mejor manera posible. En segundo lugar, a mi hermana por ayudarme ante cualquier problema y por todos sus consejos a lo largo de mi vida. En tercer lugar, a mis compañeros de la universidad que, poco a poco, se fueron convirtiendo hasta verdaderos amigos y seguirán siéndolo una vez termine mi etapa universitaria. Seguidamente, a mis compañeros Aitor, Saúl, Rodri y David de las prácticas en CARTIF, por ayudarme en cualquier situación y por hacer mi estancia en la empresa mucho más amena, entretenida y enriquecedora. Después, a mi grupo de amigos por mostrar siempre su apoyo y compartir tan buenos momentos juntos. A continuación, a todos los profesores que me han formado a lo largo de mi etapa en el colegio, instituto y universidad. Luego, a Jaime y a Pedro por ayudarme en todo momento en el desarrollo del TFG y por darme consejos tanto para la realización de proyectos, como para la vida estudiantil y laboral. Por último, a Paula por acompañarme desde que empecé el Grado. Por todos los buenos momentos que hemos pasado juntos, por hacer mi vida mucho más feliz, por quererme como ella lo hace y, en definitiva, por estar siempre ahí. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 6 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 7 Índice Capítulo 1 Introducción y objetivos ................................................. 25 1.1 Marco del proyecto .................................................................................... 25 1.2. Justificación .............................................................................................. 26 1.3. Objetivos ................................................................................................... 27 1.4. Análisis del mercado del Patrimonio Cultural en relación con el programa COPERNICUS ................................................................................... 28 1.5. Resumen de los capítulos ........................................................................ 30 Capítulo 2 Observación de la Tierra ................................................ 33 2.1. Observación de la Tierra .......................................................................... 33 2.2. Familias de satélites de la red COPERNICUS ......................................... 38 2.2.1. Sentinel-1 .......................................................................................... 39 2.2.2. Sentinel-2 .......................................................................................... 40 2.2.3. Sentinel-3 .......................................................................................... 42 2.2.4. Sentinel-4 .......................................................................................... 42 2.2.5. Sentinel-5 .......................................................................................... 43 2.2.6. Sentinel-6 .......................................................................................... 44 Capítulo 3 COPERNICUS en relación con el Patrimonio Cultural ... 45 3.1. Conceptos generales del Patrimonio Cultural ........................................ 45 3.2. Cadena de valor de COPERNICUS en relación con el Patrimonio Cultural ........................................................................................................................... 47 3.2.1. Impacto en el mercado de usuarios intermedios ........................... 47 3.2.2. Impacto de la observación de la Tierra y aplicaciones para usuarios finales ........................................................................................................... 47 3.2.3. Potencial contribución de COPERNICUS .......................................... 48 3.3. Resumen de proyectos realizados .......................................................... 49 3.3.1. Space2Place ...................................................................................... 49 3.3.2. NEREUS.............................................................................................. 49 3.3.3. HERACLES .......................................................................................... 50 3.3.4. PROTHEGO ......................................................................................... 50 3.3.5. HERCULES ......................................................................................... 51 3.4. Análisis de otros proyectos realizados .................................................... 51 3.4.1. “Gestión del Patrimonio en riesgo con Sentinel-2” ........................ 51 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 8 3.4.2. “Protección del Patrimonio Cultural europeo frente a peligros geológicos” ................................................................................................... 55 3.4.3. “Análisis de los efectos de los incendios forestales con los Sentinels” ..................................................................................................... 58 Capítulo 4 Análisis del portal EO Browser y comparación con otros portales web ..................................................................................... 63 4.1. EO Browser ................................................................................................ 63 4.1.1. Funcionalidades generales .............................................................. 63 4.1.2. Obtención de imágenes .................................................................... 64 4.1.3 Resultados y visualización ................................................................. 66 4.2. COPERNICUS Open Access Hub .............................................................. 73 4.3. DIAS ........................................................................................................... 74 4.3.1. CREODIAS .......................................................................................... 75 4.3.2. MUNDI Web Services ........................................................................ 76 4.3.3. ONDA .................................................................................................. 77 4.3.4. SOBLOO ............................................................................................. 78 4.3.5. WEkEO ............................................................................................... 79 4.4. Elección de portal web de COPERNICUS ................................................ 80 Capítulo 5 La Zona Arqueológica de Siega Verde y sus riesgos .... 81 5.1. Zona arqueológica de Siega Verde ......................................................... 81 5.1.1. Paleolítico Superior ........................................................................... 82 5.1.2. Antes del descubrimiento ................................................................. 82 5.1.3. Descubrimiento ................................................................................. 82 5.1.4. Actualidad .......................................................................................... 84 5.2. Riesgos en la zona ................................................................................... 85 5.2.1. Inundaciones ..................................................................................... 85 5.2.2. Incendios ........................................................................................... 88 Capítulo 6 Desarrollo de una aplicación para gestionar la Zona Arqueológica de Siega Verde frente a las inundaciones ................ 89 6.1. Descarga de imágenes ............................................................................ 91 6.2. Imagen de archivo .................................................................................... 97 6.2.1. Lectura de la imagen de archivo ...................................................... 97 6.2.2 Recorte de la zona de interés ........................................................... 98 6.2.3. Análisis de los histogramas .............................................................. 99 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 9 6.3. Imagen actual ........................................................................................ 100 6.3.1. Lectura de la imagen actual .......................................................... 101 6.3.2. Recorte de la zona de interés ....................................................... 102 6.3.3. Análisis de los histogramas ........................................................... 103 6.4. Enmascaramiento de las imágenes ..................................................... 104 6.4.1. Creación de una máscara ............................................................. 105 6.4.2. Enmascaramiento de la imagen de archivo y de la actual ......... 107 6.5. Comparación de las imágenes de archivo y actual ............................. 109 6.5.1. Enfatización de las masas de agua permanentes ....................... 110 6.5.2. Resta de imágenes binarizadas .................................................... 112 6.5.3. Enfatización de las zonas con cauce mayor ................................ 113 6.5.4. Enfatización en la misma imagen de las masas de agua permanentes y las zonas con cauce mayor ............................................ 115 6.6. Primer análisis del riesgo ...................................................................... 117 6.6.1. Recuento de píxeles ....................................................................... 117 6.6.2. Primera indicación del riesgo ........................................................ 119 6.7. Indicación de zonas de riesgo en Siega Verde .................................... 121 6.7.1. Imagen Base (Google Maps) ......................................................... 121 6.7.2. Adecuación de la imagen resultante anterior .............................. 123 6.7.3. Creación de una máscara en la zona del río a la altura de Siega Verde .......................................................................................................... 129 6.7.4. Detección de zonas de riesgo en Siega Verde ............................. 130 6.8. Resumen de resultados ........................................................................ 135 6.9. Otros ejemplos de funcionamiento ...................................................... 136 6.9.1. Imagen con riesgo inicial alto y sin riesgo final en Siega Verde . 137 6.9.2 Imagen con riesgo inicial medio .................................................... 142 6.9.3. Imagen con riesgo inicial bajo ....................................................... 147 6.10. Discusión de resultados ..................................................................... 151 Capítulo 7 Desarrollo de una aplicación para preservar la Zona Arqueológica de Siega Verde frente a los incendios .................... 153 7.1. Descarga de imágenes ......................................................................... 155 7.2. Lectura de imágenes ............................................................................. 159 7.2.1. Lectura de la imagen NBR ............................................................. 159 7.2.2. Lectura de la imagen de Incendios Forestales (con nubes) ....... 162 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 16 Figura 105: Distancias a los extremos sobre la imagen base de Google Maps ............................................................................................................................ 125 Figura 106: Recorte de la imagen en la zona de Siega Verde y visualización por pantalla ....................................................................................................... 127 Figura 107: Imagen recortada en la zona de Siega Verde ............................. 127 Figura 108: Reescalado de la zona de Siega Verde y visualización por pantalla ............................................................................................................................ 128 Figura 109: Imagen reescalada en la zona de Siega Verde .......................... 128 Figura 110: Creación de la máscara del río en la zona de Siega Verde y visualización por pantalla ................................................................................. 130 Figura 111: Máscara del río en la zona de Siega Verde ................................ 130 Figura 112: Cálculo de zonas en las que ha habido crecidas a la altura de Siega Verde ........................................................................................................ 131 Figura 113: Zonas en las que ha habido crecidas a la altura de Siega Verde ............................................................................................................................ 131 Figura 114: Medición de la distancia de riesgo y visualización por pantalla 132 Figura 115: Resultados de la medición de la distancia de riesgo ................ 132 Figura 116: Determinación del nivel de riesgo final por inundaciones a la altura de Siega Verde y visualización por pantalla ......................................... 133 Figura 117: Indicación de riesgo final alto por inundaciones en la zona de Siega Verde ........................................................................................................ 133 Figura 118: Cálculo de zonas en peligro por inundaciones en la zona de Siega Verde .................................................................................................................. 134 Figura 119: Indicación de zonas de peligro por inundaciones en la zona de Siega Verde ........................................................................................................ 134 Figura 120: Clasificación final y visualización por pantalla de los resultados ............................................................................................................................ 135 Figura 121: Indicación final de los resultados ................................................ 136 Figura 122: Imagen actual original (24-12-2019) (Fuente: [16]) ................. 137 Figura 123: Imagen actual recortada (24-12-2019) ...................................... 137 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 17 Figura 124: Imagen actual enmascarada (24-12-2019) ............................... 138 Figura 125: Imagen resultante de la resta de la imagen de archivo y de la imagen actual (24-12-2019) ............................................................................ 138 Figura 126: Zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual recortada (24-12-2019) ..................................................................................................... 139 Figura 127: Masas de agua permanente y zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual recortada (24-12-2019) ................................................. 139 Figura 128: Visualización por pantalla del recuento de píxeles (24-12-2019) ............................................................................................................................ 140 Figura 129: Imagen reescalada de la zona de Siega Verde (24-12-2019) .. 140 Figura 130: Indicación final de resultados (24-12-2019) ............................. 141 Figura 131: Imagen actual original (09-07-2019) (Fuente: [16]) ................. 142 Figura 132: Imagen actual recortada (09-07-2019) ...................................... 142 Figura 133: Imagen actual enmascarada (09-07-2019) ............................... 143 Figura 134: Imagen resultante de la imagen de archivo y de la imagen actual (09-07-2019) ..................................................................................................... 143 Figura 135: Zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual recortada (09-07-2019) ..................................................................................................... 144 Figura 136: Masas de agua permanente y zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual recortada (09-07-2019) ................................................. 145 Figura 137: Visualización por pantalla del recuento de píxeles (09-07-2019) ............................................................................................................................ 145 Figura 138: Indicación de riesgo inicial medio por inundaciones (09-07-2019) ............................................................................................................................ 145 Figura 139: Indicación final de resultados (09-07-2019) ............................. 146 Figura 140: Imagen actual original (20-10-2020) (Fuente: [16]) ................ 147 Figura 141: Imagen actual recortada (20-10-2020) ...................................... 147 Figura 142: Imagen actual enmascarada (20-10-2020) ............................... 148 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 18 Figura 143: Imagen resultante de la resta de la imagen de archivo y de la imagen actual (20-10-2020) ............................................................................ 148 Figura 144: Zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual recortada (20-10-2020) ..................................................................................................... 149 Figura 145: Masas de agua permanente y zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual recortada (20-10-2020) ................................................. 150 Figura 146: Visualización por pantalla del recuento de píxeles (20-10-2020) ............................................................................................................................ 150 Figura 147: Indicación de riesgo inicial bajo por inundaciones (20-10-2020) ............................................................................................................................ 150 Figura 148: Indicación final de resultados (20-10-2020) ............................. 151 Figura 149: Diagrama de flujo de la aplicación de incendios ....................... 154 Figura 150: Librerías utilizadas en la aplicación de incendios ...................... 155 Figura 151: Configuración de parámetros de Sentinel-2 ............................... 156 Figura 152: Selección del intervalo temporal ................................................. 156 Figura 153: Imágenes disponibles en el intervalo temporal seleccionado .. 157 Figura 154: Selección del filtro NBR y visualización previa ........................... 157 Figura 155: Selección del filtro de Incendios forestales y visualización previa ............................................................................................................................ 158 Figura 156: Carga de la imagen con filtro NBR .............................................. 159 Figura 157: Ventana emergente para cargar la imagen con filtro NBR ........ 159 Figura 158: Almacenamiento de la imagen con filtro NBR seleccionada y visualización por pantalla ................................................................................. 160 Figura 159: Imagen con filtro NBR en BGR (18-11-2019) (Fuente: [16]) .... 160 Figura 160: Transformación de BGR a RGB de la imagen con filtro NBR .... 160 Figura 161: Imagen con filtro NBR en RGB (18-11-2019) (Fuente: [16]) .... 161 Figura 162: Dimensiones de la imagen con filtro NBR .................................. 161 Figura 163: Carga de la imagen con filtro de incendios forestales ............... 162 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 19 Figura 164: Almacenamiento de la imagen con filtro de incendios forestales seleccionada y visualización por pantalla ....................................................... 162 Figura 165: Imagen con filtro de incendios forestales en BGR (18-11-2019) (Fuente: [16]) ..................................................................................................... 163 Figura 166: Transformación de BGR a RGB de la imagen con filtro de incendios forestales .......................................................................................... 163 Figura 167: Imagen con filtro de incendios forestales en RGB (18-11-2019) (Fuente: [16]) ..................................................................................................... 163 Figura 168: Creación de la máscara de las zonas nubosas y visualización por pantalla .............................................................................................................. 164 Figura 169: Máscara de las zonas nubosas en la imagen de ejemplo (18-11- 2019) ................................................................................................................. 165 Figura 170: Enmascaramiento de la imagen de archivo y visualización por pantalla .............................................................................................................. 165 Figura 171: Imagen con filtro NBR enmascarada (18-11-2019) .................. 166 Figura 172: Lectura de la escala NBR de EO Browser y visualización por pantalla .............................................................................................................. 166 Figura 173: Escala NBR de EO Browser en BGR ............................................ 167 Figura 174: Transformación de BGR a RGB de la escala NBR de EO Browser ............................................................................................................................ 167 Figura 175: Escala NBR de EO Browser en RGB ............................................ 167 Figura 176: Cálculo de la imagen NBR según la nueva clasificación y visualización por pantalla ................................................................................. 169 Figura 177: Imagen NBR según la nueva clasificación (18-11-2019) .......... 170 Figura 178: Recuento del número de píxeles de cada tipo (18-11-2019) ... 170 Figura 179: Cálculo de la ponderación media de la imagen en escala NBR (18- 11-2019) ........................................................................................................... 171 Figura 180: Ponderación media de cada imagen .......................................... 174 Figura 181: Umbrales de riesgo en función de la ponderación media ......... 174 Figura 182: Determinación del nivel de riesgo inicial por incendios ............ 175 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 20 Figura 183: Indicación de riesgo general bajo por incendios ........................ 175 Figura 184: Imagen base de Siega Verde en RGB (Fuente: [22]) ................. 176 Figura 185: Inicio y final del río en la imagen base de Siega Verde ............. 177 Figura 186: Inicio y final del río en la imagen con filtro NBR según la nueva clasificación ....................................................................................................... 178 Figura 187: Recorte de la imagen en la zona de Siega Verde y visualización por pantalla ....................................................................................................... 178 Figura 188: Imagen recortada en la zona de Siega Verde ............................. 179 Figura 189: Reescalado de la zona de Siega Verde y visualización por pantalla ............................................................................................................................ 179 Figura 190: Imagen reescalada en la zona de Siega Verde .......................... 179 Figura 191: Creación de la máscara del río en la zona de Siega Verde y visualización por pantalla ................................................................................. 180 Figura 192: Máscara del río en la zona de Siega Verde ................................ 180 Figura 193: Cálculo de zonas en las que ha habido crecidas a la altura de Siega Verde ........................................................................................................ 182 Figura 194: Zonas que presentan riesgo por incendios la altura de Siega Verde .................................................................................................................. 182 Figura 195: Recuento de píxeles de cada tipo que hay a la altura de Siega Verde .................................................................................................................. 183 Figura 196: Número de píxeles rojos de cada imagen .................................. 186 Figura 197: Umbrales de riesgo en función del número de píxeles rojos .... 186 Figura 198: Determinación del nivel de riesgo local en Siega Verde ............ 187 Figura 199: Indicación de riesgo local bajo por incendios en Siega Verde .. 187 Figura 200: Clasificación final y visualización por pantalla de los resultados ............................................................................................................................ 188 Figura 201: Indicación final de los resultados ................................................ 189 Figura 202: Imagen con filtro NBR en RGB (20-08-2019) (Fuente: [16]) .... 190 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 21 Figura 203: Imagen con filtro de incendios forestales (20-08-2019) (Fuente: [16]) ................................................................................................................... 191 Figura 204: Imagen con filtro NBR enmascarada (20-08-2019) .................. 191 Figura 205: Imagen NBR según la nueva clasificación (20-08-2019) .......... 192 Figura 206: Recuento del número de píxeles de cada tipo (18-11-2019) ... 192 Figura 207: Indicación de riesgo general alto por incendios ......................... 193 Figura 208: Zonas que presentan riesgo por incendios la altura de Siega Verde .................................................................................................................. 193 Figura 209: Recuento de píxeles de cada tipo que hay a la altura de Siega Verde .................................................................................................................. 194 Figura 210: Indicación de riesgo local alto por incendios en Siega Verde ... 194 Figura 211: Indicación final de resultados (20-08-2019) ............................. 195 Figura 212: Imagen con filtro NBR en RGB (16-11-2016) (Fuente: [16]) ... 196 Figura 213: Imagen con filtro de incendios forestales (16-11-2016) (Fuente: [16]) ................................................................................................................... 196 Figura 214: Imagen NBR según la nueva clasificación (16-11-2016) .......... 197 Figura 215: Recuento del número de píxeles de cada tipo (16-11-2016) ... 197 Figura 216: Indicación de riesgo general medio por incendios ..................... 198 Figura 217: Zonas que presentan riesgo por incendios la altura de Siega Verde .................................................................................................................. 198 Figura 218: Recuento de píxeles de cada tipo que hay a la altura de Siega Verde .................................................................................................................. 199 Figura 219: Indicación de riesgo local bajo por incendios en Siega Verde .. 199 Figura 220: Indicación final de resultados (16-11-2016) ............................. 200 Figura 221: Coste del material utilizado ......................................................... 207 Figura 222: Costes directos totales ................................................................. 209 Figura 223: Costes indirectos totales .............................................................. 210 Figura 224: Costes totales del proyecto .......................................................... 211 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 22 Índice de tablas Tabla 1: Sensores utilizados por los satélites de COPERNICUS ....................... 34 Tabla 2: Resolución de los satélites ................................................................... 35 Tabla 3: Aplicaciones del programa COPERNICUS en relación con el Patrimonio Cultural .............................................................................................. 48 Tabla 4: Satélites accesibles desde EO Browser ............................................... 64 Tabla 5: Características de la Zona Arqueológica de Siega Verde................... 84 Tabla 6: Cauce del Río Águeda (1/2) .............................................................. 105 Tabla 7: Cauce del Río Águeda (2/2) .............................................................. 106 Tabla 8: Recuento de píxeles de las imágenes utilizadas ............................. 118 Tabla 9: Cauce del Río Águeda en Google Maps ............................................ 129 Tabla 10: Clasificación del nivel de riesgo por incendios según EO Browser ............................................................................................................................ 168 Tabla 11: Nueva clasificación del nivel de riesgo por incendios ................... 169 Tabla 12: Recuento de píxeles y ponderación de las imágenes NBR (1/2) 172 Tabla 13: Recuento de píxeles y ponderación de las imágenes NBR (2/2) 173 Tabla 14: Recuento de píxeles en la zona de Siega Verde (1/2) .................. 184 Tabla 15: Recuento de píxeles en la zona de Siega Verde (2/2) .................. 185 Tabla 16: Coste anual del personal ................................................................. 204 Tabla 17: Días efectivos por año ..................................................................... 205 Tabla 18: Distribución temporal de trabajo .................................................... 206 Tabla 19: Amortización del material................................................................ 207 Tabla 20: Costes derivados de otros materiales ............................................ 208 Tabla 21: Costes directos totales .................................................................... 208 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 23 Tabla 22: Costes indirectos totales ................................................................. 209 Tabla 23: Costes totales del proyecto ............................................................. 210 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 24 Índice de ecuaciones Ecuación 1: Diferencia entre punto inicial y final del río en el eje X en la zona de interés de la imagen actual en la aplicación de inundaciones ................ 124 Ecuación 2: Diferencia entre punto inicial y final del río en el eje Y en la zona de interés de la imagen de Google Maps en la aplicación de inundaciones 124 Ecuación 3: Cálculo del coeficiente de reescalado en la aplicación de inundaciones ..................................................................................................... 124 Ecuación 4: Distancia al extremo izquierdo desde el punto final del río en la imagen actual en la aplicación de inundaciones............................................ 125 Ecuación 5: Valor en el eje X desde el que se va a recortar la imagen actual ............................................................................................................................ 125 Ecuación 6: Distancia al extremo derecho desde el punto final del río en la imagen actual en la aplicación de inundaciones............................................ 126 Ecuación 7: Valor en el eje X hasta el que se va a recortar la imagen actual ............................................................................................................................ 126 Ecuación 8: Comprobación de la distancia al extremo izquierdo desde el punto final del río en la imagen actual en la aplicación de inundaciones .............. 126 Ecuación 9: Comprobación del cálculo del coeficiente de reescalado en la aplicación de inundaciones .............................................................................. 127 Ecuación 10: Suma del valor de los píxeles .................................................... 171 Ecuación 11: Cálculo de la ponderación media ............................................. 171 Ecuación 12: Horas efectivas de trabajo ........................................................ 205 Ecuación 13: Coste por hora de un ingeniero ................................................ 205 Ecuación 14: Coste personal directo .............................................................. 206 Ecuación 15: Coste final del material por hora .............................................. 207 Ecuación 16: Coste de amortización del material .......................................... 208 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 25 Capítulo 1 Introducción y objetivos Este primer capítulo va a servir como introducción del Trabajo Fin de Grado (TFG), así como para justificar su realización y marcar los objetivos del mismo. Finalmente, se va a realizar un breve resumen de lo que se va a desarrollar en cada capítulo. El TFG se ha desarrollado dentro de la línea de investigación en imágenes multiescala aplicadas a paisajes culturales del Área de Patrimonio Cultural y Natural de CARTIF. 1.1 Marco del proyecto El Patrimonio Cultural hace referencia al legado cultural del pasado de una comunidad, que se ha mantenido hasta la actualidad y se ha transmitido de generación en generación. Más concretamente, el arte rupestre al aire libre es un marcador territorial de primer orden, que se manifiesta fundamentalmente en grabados situados en alturas dominantes, o junto a los ríos en vados transitables. Proporciona una idea de expresión comunicativa pública que no ofrecen las cavernas (donde el arte rupestre se manifiesta fundamentalmente en pinturas). Se configura así un paisaje cultural que sigue vigente en nuestros días, vertebra territorios a los que ofrece una vía de subsistencia singular y diferenciada por medio de turismo cultural sostenible, no invasivo y de mayor valor añadido, que sólo puede asegurarse si se llevan a cabo acciones basadas en tecnologías y metodologías digitales a desplegar en dos aspectos: 1. Gestionar eficazmente estos paisajes culturales con datos e imágenes de la Observación Terrestre (Earth Observation, EO) provenientes de COPERNICUS mediante una correcta diagnosis y seguimiento de la evolución del sistema territorial en que se enmarcan los grabados. 2. Garantizar la conservación y resiliencia de esos grabados y del conjunto de Siega Verde. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 32 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 33 Capítulo 2 Observación de la Tierra En este segundo capítulo se va a explicar qué es la Observación de la Tierra, así como sus principales características. Por último, se van a explicar los satélites que componen la red de satélites del programa COPERNICUS y se van a indicar los que tienen mayor importancia del ámbito del Patrimonio Cultural. 2.1. Observación de la Tierra El término EO se refiere al uso de tecnologías de teleobservación o teledetección con el objetivo de monitorizar el terreno, zonas acuáticas (mares, ríos y lagos) y la atmósfera. Esta herramienta se basa en el uso de las utilidades que proporcionan los satélites para obtener datos de imágenes sobre las características de la Tierra. Estas imágenes son posteriormente procesadas y analizadas, con el objetivo de extraer diferentes tipos de información que puedan ser útiles a un gran rango de aplicaciones y a un elevado número de industrias. El primer parámetro esencial que caracteriza a las técnicas de EO es el tipo de sensor que se utiliza. Los principales sensores utilizados se recogen en la Tabla 1. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 34 SENSORES Sensores pasivos Sensores pasivos Ópticos o térmicos Radar Lidar Se utilizan para monitorizar la energía recibida de la Tierra debido a la reflexión y a la reemisión de la energía solar, bien por la superficie de la Tierra o bien de la atmósfera. Este tipo de sensores funcionan entre el espectro electromagnético visible y el correspondiente a las ondas infrarrojas. Funcionan en la parte inferior del espectro electromagnético. La mayoría de estos sensores envían energía a la Tierra y controlan la energía que reciben de vuelta por el reflejo de ésta en la superficie terrestre o en la atmósfera. Permiten una monitorización continua a lo largo del día y de la noche y ante cualquier condición meteorológica. Es análogo al sensor radar. Funciona con tecnología láser. Se utiliza para topografía de precisión. Tabla 1: Sensores utilizados por los satélites de COPERNICUS El segundo parámetro esencial en EO es la resolución del sensor utilizado. A continuación, en la Tabla 2, se explica este concepto clave. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 35 RESOLUCIÓN Resolución espacial Resolución temporal Resolución espectral Baja y media resolución Alta resolución (High Resolution: HR) Muy alta resolución (Very High Resolution: VHR) Más de 10 metros por píxel. Entre 1 y 10 metros por píxel. Menos de 1 metro por píxel. El uso de imágenes VHR con resolución mayor de 0.3 metros está sujeto a normas de los gobiernos. La frecuencia a la que se adquieren los datos en una determinada área. Las necesidades pueden variar en este aspecto, con aplicaciones que requieren imágenes diarias o incluso en pocas horas (en el caso de operaciones de emergencia), mientras que hay otras que tan solo requieren actualizaciones cada ciertas semanas. Esta característica está definida por el ancho de las bandas del espectro electromagnético que se pueden distinguir. Ciertas aplicaciones requieren la capacidad de analizar unas longitudes de onda específicas. Tabla 2: Resolución de los satélites Los últimos parámetros considerados para las técnicas de EO son la cobertura que ofrecen y la tasa de revisión asociada. Puesto que los satélites IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 36 vuelan en órbitas permiten ofrecer una cobertura global con tan solo una nave espacial, mientras que los sensores aéreos o in situ tienen una cobertura local o, como mucho, de una determinada región. Sin embargo, la geometría orbital limita la frecuencia sobre la que se obtienen datos de una determinada localización (típicamente desde una vez por día hasta una vez por semana) mientras que la monitorización local permite tener una frecuencia mayor, desde la adquisición de datos cada pocas horas hasta, prácticamente, tiempo real. En la Figura 1 se recogen los principios de EO, es decir el proceso que siguen las imágenes de EO. Figura 1: Principios de EO (Fuente: Adaptada de [6]) La cadena de valor de EO consta de 3 etapas principales: suministro de datos e imágenes por satélites, procesamiento de imágenes y creación de servicios de valor añadido y usuarios finales. Esta tecnología estimula la actividad económica y abarca diferentes categorías de compañías: IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 37 • La industria proveedora (the upstream industry): se refiere a la industria espacial encargada de desarrollar y proporcionar la infraestructura. Esta incluye la infraestructura espacial (los satélites) y también el segmento terrestre para las operaciones de los satélites (misiones de control y gestión): El sector proveedor también incluye las operaciones de lanzamiento. • La industria procesadora (the downstream industry): es parte de la cadena de valor de EO e incluye a las compañías cuyas actividades estén relacionadas con el procesamiento de los datos obtenidos y con la creación de servicios de valor añadido basados en estos datos. Estos usuarios han de ser expertos en EO y se consideran de un nivel intermedio. • Los usuarios finales: son aquellos para los que su base de negocio son los productos obtenidos mediante EO, pero cuya actividad no esté centrada en este aspecto. Los usuarios finales no suelen ser expertos en EO y, normalmente, dependen de los usuarios intermedios para tener acceso a información importante y a productos que van a utilizar en su actividad. En la Figura 2 se recoge la cadena de valor de EO. Figura 2: Principios de EO (Fuente: Adaptada de [6]) IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 38 2.2. Familias de satélites de la red COPERNICUS COPERNICUS es un programa conjunto promovido por la Comisión Europea (CE) y la ESA. Este programa busca desarrollar un sistema autónomo que permita observar la Tierra, para conseguirlo se basa en tres elementos claves: • Observación espacial mediante una red propia de satélites. • Observación in-situ mediante estaciones de medida terrestres y medios aerotransportados. • Creación de servicios de información. La Agencia Espacial Europea ha desarrollado una serie de misiones de EO con las tecnologías punteras, en conjunto entre la ESA y el programa COPERNICUS de la UE. El objetivo del programa “Sentinel” es reemplazar las misiones de EO más antiguas que se han ido retirando, tales como las misiones ERS y Envisat, u otras que están llegando ya al final de su vida útil operacional. Este hecho garantiza la continuidad de los datos para que ningún proyecto se quede sin la información que requiere. La red de satélites COPERNICUS está compuesta por 6 familias de satélites, conocidas como “Sentinels”, además de decenas de satélites de origen privado. Además, estos satélites están acompañados por sensores que se encuentran en tierra, mar y aire. Los principales servicios que proporciona Copernicus se muestran en la Figura 3. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 39 Figura 3: Servicios que proporciona COPERNICUS A continuación, se van a explicar las tecnologías que utilizan y las misiones para las que se utilizan cada una de las 6 familias que conforman la red de satélites COPERNICUS. 2.2.1. Sentinel-1 La primera de las familias de satélites de la red COPERNICUS es el “Sentinel-1” y tiene como objetivos principales la vigilancia terrestre y oceánica. Está integrada por dos satélites de órbita polar que funcionan tanto de día como de noche y toma imágenes radar por lo que, como se explicó previamente, permite adquirir imágenes independientemente de las condiciones meteorológicas. El primer satélite de este grupo se lanzó en abril de 2014. Este conjunto de satélites tiene como objetivo mejorar la frecuencia, cobertura, puntualidad y la fiabilidad de la obtención de datos e imágenes y se puede utilizar en aplicaciones que requieran series cronológicas prolongadas. Cambio climático Gestión de emergencias Seguridad Vigilancia atmosférica Vigilancia marina Vigilancia terrestre IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 40 Por una parte, la misión de Sentinel-1 incluye imágenes de Banda C (un rango del espectro electromagnético) que pueden tener resolución de hasta 5 metros y cobertura de hasta 400km. Además, proporciona tiempos de revisión muy cortos. Por otra parte, incorpora SAR que tiene la ventaja de operar en longitudes de onda que no se ven obstaculizadas por las nubes o la falta de iluminación (opera tanto de día como de noche) y funciona en cualquier situación meteorológica. El instrumento SAR que incorpora y el breve tiempo de revisión van a mejorar en gran manera las capacidades de los usuarios y van a proporcionar datos de una manera rutinaria y sistemática para la monitorización marítima, terrestre, la respuesta de emergencia, el cambio climático y la seguridad. Esta familia está compuesta por dos satélites: Sentinel-1A y Sentinel- 1B que comparten el mismo plano orbital. Se espera que cada satélite de este grupo pueda transmitir datos de EO durante al menos 7 años más ya que tiene combustible a bordo para, aproximadamente, 12 años. En la Figura 4 se muestra el Sentinel—1. Figura 4: Sentinel-1 (Fuente: [7]) 2.2.2. Sentinel-2 Este segundo grupo de satélites busca realizar una monitorización terrestre y la misión está compuesta por dos satélites gemelos (Sentinel-2A y Sentinel-2B) que vuelan en la misma órbita, pero con un desfase de 180º y están diseñados para proporcionar una alta frecuencia de revisión de 5 días en el ecuador. Permiten obtener imágenes ópticas de alta resolución y la IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 41 vegetación, el suelo y las zonas costeras se encuentran entre los objetivos de esta familia de satélites. El primer satélite Sentinel-2 se lanzó en junio de 2015. Sentinel-2 lleva una carga útil de instrumento óptico que muestrea 13 bandas espectrales: cuatro bandas a 10 m, seis bandas a 20 m y tres bandas a 60 m. El ancho de la franja orbital es de 290 km. Los principales objetivos de la familia de satélites Sentinel-2 son: • Adquirir globales sistemáticas de imágenes multiespectrales de alta resolución con una alta frecuencia de revisión. • Continuidad de imágenes multiespectrales proporcionadas por la serie de satélites SPOT y el instrumento mapeador LANDSAT del Servicio Geológico de los Estados Unidos (United States Geological Survey, USGS). • Datos de observación para la próxima generación de productos operativos, tales como: mapas de cobertura terrestre, mapas de detección de cambios de tierras y variables geofísicas. Este conjunto de objetivos de alto nivel va a garantizar que Sentinel-2 realice una contribución significativa a diferentes ámbitos del programa COPERNICUS como el cambio climático, el monitoreo de la tierra, la gestión de emergencias y la seguridad. En la Figura 5 se muestra el Sentinel—2A. Figura 5: Sentinel-2A (Fuente: [8]) IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 48 diferentes colectivos podrían precisar de la gestión y protección de los bienes culturales en los casos que se muestran en la Tabla 3. APLICACIONES DEL PROGRAMA COPERNICUS EN RELACIÓN CON EL PATRIMONIO CULTURAL Protección contra las amenazas del calentamiento global: movimiento del suelo, nivel del mar, inundaciones, lluvias ácidas. Protección contra la contaminación: nivel de ozono, radiación UV, calidad del aire. Protección contra las amenazas humanas: expolio y tráfico ilícito, vertidos incontrolados, conflictos sociales y bélicos. Detección de cambios y análisis térmico: estructuras enterradas, movimientos de tierra, catástrofes naturales. Tabla 3: Aplicaciones del programa COPERNICUS en relación con el Patrimonio Cultural 3.2.3. Potencial contribución de COPERNICUS El programa COPERNICUS podría aportar contribuciones muy interesantes y directas a la preservación del Patrimonio Cultural, puesto que ayuda a cubrir grandes áreas en un espacio de tiempo pequeño y ofrece un conjunto de datos de libre acceso para las entidades públicas y cualquier usuario en general. Además, los usuarios finales podrían beneficiarse del valor añadido de COPERNICUS para un análisis comparativo preciso en el tiempo. Para ello se pueden utilizar fuentes multiespectrales, de radar y ópticas en diferentes resoluciones. Con el programa COPERNICUS, en este ámbito se busca afrontar grandes retos estratégicos para la conservación y la comprensión del Patrimonio Cultural europeo. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 49 3.3. Resumen de proyectos realizados Hoy en día ya existen herramientas que integran los datos de EO en las actividades cotidianas relacionadas con el Patrimonio Cultural. A continuación, se van a comentar brevemente diferentes proyectos que se han realizado en relación con el Patrimonio Cultural a nivel europeo o bien relacionados con la UNESCO, recogidos en Copernicus for Cultural Heritage: satellites to preserve the legacy from our past! [13]. 3.3.1. Space2Place El proyecto “Space2Place” de la Universidad de Heidelberg tiene como principal objetivo proveer a los gestores de sitios de la UNESCO un conjunto de instrumentos y conocimientos adecuados para incorporar los datos del programa COPERNICUS en sus procesos de trabajos diarios. El entorno creado en este proyecto es en línea y cuenta con un software de teleobservación sencillo de utilizar, junto con módulos de aprendizaje específicos. En los ejercicios prácticos en los que se utilizan las herramientas que proporciona este proyecto se desarrollan los conocimientos y las aptitudes necesarios, a la vez que se muestran los flujos de trabajo con el objetivo de poder supervisa de una manera efectiva los procesos ambientales, económicos y sociales. 3.3.2. NEREUS El proyecto “Space2Place” estaba enfocado a los sitios de la UNESCO, en cambio el grupo de observación de la Tierra “NEREUS” proporciona una perspectiva a nivel europeo sobre la información terrestre y datos relacionados con el Patrimonio Cultural y los paisajes. En el año 2000, el Convenio Europeo del Paisaje (Convenio de Florencia) resaltó la necesidad de integrar el paisaje en las diferentes políticas regionales, culturales, medioambientales, sociales y económicas. Las diferentes regiones de la Unión Europea deben garantizar el cumplimiento y la aplicación de las directivas y legislaciones de la Unión Europea relacionadas con los entornos naturales. De este modo, el proyecto NEREUS, al igual que otros programas, centran su trabajo en dos servicios o programas principalmente: IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 50 • Gestión del Patrimonio Cultural durante emergencias, en particular en peligros geológicos tales como terremotos o inundaciones, entre otros. • Mapeo, monitorización y gestión diaria del Patrimonio Cultural. 3.3.3. HERACLES El proyecto de la “Resiliencia del Patrimonio frente a los eventos climáticos in-situ” (Heritage Resilience Against Climate Events on-Site, HERACLES) tiene como objetivo diseñar validar y promover soluciones efectivas para proteger el Patrimonio Cultural contra los efectos del cambio climático. Esto se puede llevar a cabo recopilando e integrando información de múltiples fuentes. En este marco, el programa COPERNICUS permite el seguimiento continuo de los lugares de Patrimonio Cultural que puedan tener un riesgo elevado. Productos específicos y bien desarrollados como el análisis de detección de cambios (imágenes obtenidas con sensores ópticos) o el análisis de deformación (imágenes SAR) han demostrado ser realmente efectivos para la acción preventiva en estos lugares. 3.3.4. PROTHEGO El proyecto de la “Protección del Patrimonio Cultural frente a los peligros geológicos” (PROTection of European Cultural Heritage from GeO- hazards, PROTHEGO) tiene como objetivo colaborar de una manera innovadora al análisis de los riesgos geográficos que puede sufrir el Patrimonio Cultural europeo. Los diferentes sitios del Patrimonio Cultural se ven afectados y amenazados por varios factores internos y externos, tanto de aparición rápida como lenta, entre los que se incluyen peligros naturales tales como deslizamientos de tierra, sumideros, hundimientos o terremotos, entre otros. PROTHEGO aplica una nueva tecnología espacial basada en el Radar Interferométrico de Apertura Sintética (Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR) para monitorizar monumentos y sitios a lo largo de todo Europa que están potencialmente en riesgo debido a diferentes peligros geográficos. La información obtenida por teleobservación sobre la estabilidad y movimiento en tierra se combina con conjuntos de datos sobre peligros IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 51 geográficos disponibles para identificar los lugares más amenazados del continente. 3.3.5. HERCULES Por último, el proyecto “Futuro Sostenible para el Patrimonio Europeo en Paisajes Culturales” (Sustainable Futures for Europe’s Heritage in Cultural Landscapes, HERCULES) se centra en el uso de los datos que proporciona COPERNICUS para apoyar un seguimiento del paisaje sostenible y rentable. El objetivo es ayudar a los agentes públicos y privados para que protejan y gestionen de manera eficiente y viable los paisajes culturales a nivel local, nacional y europeo. El programa COPERNICUS es especialmente útil gracias a sus imágenes multiespectrales de alta resolución (Sentinel-2) y resolución media (Sentinel-3). 3.4. Análisis de otros proyectos realizados En este cuarto apartado se va a analizar en mayor profundidad tres proyectos recogidos en THE EVER GROWING USE OF COPERNICUS ACROSS EUROPE’S REGIONS [15] que se apoyan en el programa COPERNICUS y están relacionados con el Patrimonio Cultural y Natural. 3.4.1. “Gestión del Patrimonio en riesgo con Sentinel-2” Sentinel-2 proporciona regular y objetivamente información que es útil para evaluar el estado del Patrimonio Cultural en Oriente Medio y el Norte de África. Como se dijo anteriormente, el programa COPERNICUS es de gran interés para todas las zonas del planeta y no solo para las pertenecientes al continente europeo. Este proyecto está dirigido por la Agencia Espacial Italiana (ASI), en concreto por Deodato Tapete y Francesca Cigna y se centra en las ubicaciones de Hama (Siria) y Cirenaica (Libia). IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 52 • El desafío: Por una parte, durante los conflictos, los sitios del Patrimonio Cultural son vulnerables a ciertos actos como excavaciones ilegales de saqueadores cuyo objetivo es buscar bienes que puedan venderse en mercados clandestinos de antigüedades. Por otra parte, en épocas estables, las modificaciones antropogénicas (como la urbanización) pueden afectar en gran medida a la conservación del Patrimonio local y al paisaje de los alrededores. En ambas circunstancias, el desafío para los interesados en el Patrimonio, como las oficinas nacionales o regionales de la UNESCO, los organismos gubernamentales y los administradores de sitios de esta índole, es poder realizar un seguimiento periódico del estado de los bienes patrimoniales y poder detectar posibles daños causados en los mismos. Las tareas de gestión del Patrimonio precisan de datos que tengan una resolución espacial adecuada y ofrezcan información objetiva y oportuna. Hay principalmente dos limitaciones para los usuarios interesados: o Los costes de acceso a imágenes de muy alta resolución, puesto que en su mayoría son proporcionadas por empresas privadas. o La necesidad de conocimientos especializados para el procesamiento y análisis de estos datos e imágenes. • La solución: El segundo grupo de la red de satélites del programa COPERNICUS, Sentinel-2, puede abordar este reto, ya que las imágenes se adquieren periódicamente en intervalos cortos de tiempo (5 días en los países mediterráneos) y presentan una resolución adecuada de 10m en las bandas visibles. En la Figura 10 se puede ver un mapeo de nuevos saqueos arqueológicos en Apamea (Siria). IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 53 Figura 10: Mapeo de nuevos saqueos arqueológicos de Apamea (Siria), con la ayuda de Sentinel-2 (Fuente: [15]) Las pruebas de investigación realizadas en este proyecto en el sitio arqueológico de Apamea en Siria (saqueado a gran escala desde 2012) han evidenciado que los datos e imágenes proporcionados por Sentinel-2 pueden representar claramente grupos de agujeros de saqueo, permiten delimitar nuevas zonas de excavación ilegal y estimar las tasas de saqueo. La alta frecuencia temporal de las imágenes que proporciona Sentinel- 2 incrementa la puntualidad en la detección de nuevos incidentes de saqueo, lo que permite mejorar la capacidad en comparación con las evaluaciones basadas en imágenes individuales adquiridas bajo pedido mensual o anualmente a empresas privadas. Además, estos análisis permiten a largo plazo detectar la aparición de nuevas características artificiales debido a la urbanización, tales como carreteras, edificios o lugares de excavación. De este modo, en la ciudad de Shatat (Libia) se ha conseguido controlar el Patrimonio vulnerable e identificar un punto peligroso al sur del Patrimonio Mundial de la UNESCO de Cirene, cerca del Santuario de Deméter y Kore. En la Figura 11 se puede ver un mapeo de las características de los bloques urbanos en Cirene (Libia). IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 54 Figura 11: Mapeo de las características de los bloques urbanos en el sitio del Patrimonio Mundial de la UNESCO en Cirene (Libia), con la ayuda de Sentinel-2 (Fuente: [15]) • Beneficios para los ciudadanos: Las autoridades públicas que se encargan de la conservación y gestión del Patrimonio Cultural deben evaluar y vigilar el estado del Patrimonio en peligro. Algunas organizaciones internacionales, como el Instituto de las Naciones Unidas para Formación Profesional e Investigaciones (The United Nations Institute for Training and Research, UNITAR) y las Iniciativas del Patrimonio Cultural de las Escuelas Americanas de Investigación Oriental (American Schools of Oriental Research, ASOR), ya hacen uso de los datos que proporcionan satélites de muy alta resolución, con el objetivo de realizar tareas de vigilancia y documentación de los daños causados en sitios del patrimonio de Oriente Medio y el Norte de África. De este modo, se consigue proporcionar una prueba del valor que podrían aportar los servicios basados en la vigilancia regular por satélite. Por consiguiente, desde un punto de vista funcional, la evaluación del estado del Patrimonio Cultural basada en los datos que ofrece Sentinel-2 permitiría a los interesados en el patrimonio: o Elaborar informes semanales o mensuales sobre la situación y mapas de daños ocasionados. o Localizar las zonas de mayor riesgo. o Anticipar cuando puedan existir dudas. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 55 Esta solución basada en Sentinel-2 podría aplicarse bien para vigilar lugares históricos de riesgo conocido o bien para examinar regiones más amplias. • Perspectiva para el futuro: Se espera que los programas que incorporen inteligencia artificial sean una herramienta que permita acelerar el desarrollo tecnológico hacia un uso óptimo de las imágenes proporcionadas por la familia de satélites Sentinel-2 para la evaluación y monitorización del estado de las diferentes áreas de estudio. Por consiguiente, esta automatización del proceso permitiría complementar los métodos desarrollados por los analistas que actualmente representan el estudio del tema en este campo y ayudar a reducir los problemas de los trabajos manuales (consumo de tiempo y subjetividad). 3.4.2. “Protección del Patrimonio Cultural europeo frente a peligros geológicos” El presente proyecto se centra en la aplicación de técnicas innovadoras de EO para la evaluación de riesgos geológicos en los molinos del valle de Derwent. Este proyecto está liderado por el Servicio Geológico Británico (British Geological Survey, BGS) y se centra en diferentes ubicaciones de Reino Unido, Italia, Chipre, España, aunque cuyo objetivo principal se centra en el Reino Unido, tal y como se indicó en el párrafo anterior. • El desafío: El patrimonio cultural tangible comprende diversas categorías de monumentos y sitios, tales como: arquitectura individual, paisajes culturales, complejos arqueológicos y centros históricos. Muchos de estos sitios son afectados por diferentes peligros geológicos, entre los que se incluyen deslizamientos de tierra, asentamientos, hundimientos, terremotos o fenómenos meteorológicos extremos, que podrían agravarse por el cambio climático y la interacción humana. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 56 Todavía no se dispone de un panorama completo de los diferentes sitios del Patrimonio Cultural afectados por los riesgos geológicos. Como se comentó anteriormente, el proyecto PROTHEGO ofrece una visión general de las capacidades de teleobservación para monitorizar estas amenazas y está centrado en aquellos lugares que pertenecen a la Lista del Patrimonio Mundial (World Heritage List, WHL) de la UNESCO en Europa. • La solución: El proyecto PROTHEGO utiliza tecnologías espaciales novedosas basadas en InSAR para monitorizar monumentos en Europa que son potencialmente inestables debido a los peligros geológicos. Estas tecnologías pueden desempeñar un papel crucial en el desarrollo de estrategias de gestión del Patrimonio Cultural y del paisaje. Para evaluar los movimientos observados y comprender los procesos geológicos, se ha realizado un análisis de los datos obtenidos por teleobservación, junto con un análisis geológico a escala local. También se han realizado modelos avanzados y estudios de campo. Se ha elegido al menos un emplazamiento por cada país asociado: Italia, Reino Unido, Chipre y España, con el objetivo de validar y calibrar la metodología. A continuación, en la Figura 12 se muestran sitios WHL de la UENESCO en Europa con datos de movimiento terrestre. Figura 12: Sitios WHL de la UNESCO en Europa con datos de movimiento terrestre, obtenidos por InSAR (Fuente: [15]) El Derwent Valley Mills World Heritage Site, gestionado por la Derwent Valley Mills Partnership, es uno de los sitios de estudio seleccionados por PROTHEGO para la monitorización a escala local, la investigación y el IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 57 modelado avanzado. El valle de Derwent, con sus complejos de molinos asociados, viviendas industriales e infraestructura, fue inscrito en la Lista del Patrimonio Mundial de la UNESCO en 2001 en reconocimiento de su importancia como lugar de nacimiento del sistema moderno de fábricas. Con el fin de vigilar el estado actual de la actividad de los peligros geográficos identificados, las imágenes y datos proporcionados por la familia de satélites Sentinel-1 adquiridas entre 2015 y 2017 se procesaron utilizando la técnica, antes mencionada, InSAR. El proyecto llevado a cabo permitió identificar inundaciones fluviales y subterráneas y deslizamientos de tierra como amenazas clave para el Patrimonio Cultural del Valle, por ejemplo, en Belper (Reino Unido), donde los datos obtenidos mediante sensores de radar identificaron daños posiblemente conectados a un evento de inundación. En la Figura 13 se muestran los daños identificados en el East Mill en Bellper (Reino Unido). Figura 13: Daños identificados en el East Mill mediante InSAR con Sentinel-1, conectados al evento de inundaciones del invierno 2016-17 en Belper (Reino Unido) (Fuente: [15]) • Beneficios para los ciudadanos: El principal objetivo del proyecto PROTHEGO es mejorar la gestión del Patrimonio Cultural a nivel europeo, con el propósito de servir como apoyo institucional y a la gobernanza a través del conocimiento y la innovación. El proyecto identifica, evalúa y supervisa los diferentes tipos de riesgos con el fin de fortalecer los posibles casos de desastre de los bienes patrimoniales. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 64 SATÉLITES EN EO BROWSER Públicos Privados • Sentinel–1 • Sentinel–2 • Sentinel–3 • Sentinel–5P • Landsat • Envisat Meris • Modis • DEM • Proba-V • GIBS Tabla 4: Satélites accesibles desde EO Browser EO Browser permite buscar y comparar imágenes de un amplio espectro de resoluciones de entre todas las fuentes mencionadas anteriormente. Bien es cierto, que para poder acceder a determinadas funcionas hay que tener una cuenta (sin coste alguno) en este portal. 4.1.2. Obtención de imágenes Como se puede observar en la Figura 16 y en la Figura 17 se muestra como seleccionar el satélite del que se quiere obtener las imágenes. Cada uno de los satélites dispone de unas características determinadas y tiene como objetivo atender a unas misiones concretas. Anteriormente se analizaron las características y misiones en las que se podían utilizar algunos de los satélites disponibles. A continuación, en la Figura 16 y en la Figura 17 se muestran los parámetros de búsqueda de Sentinel-1 y de Sentinel-2. Figura 16: Parámetros de búsqueda de Sentinel-1 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 65 Figura 17: Parámetros de búsqueda de Sentinel-2 Además, se pueden configurar diferentes tipos de parámetros, como pueden ser la nubosidad máxima presente en las imágenes, el modo de adquisición de las imágenes, la dirección orbital o el intervalo de fechas del que se quieren obtener los datos. Cuando se hayan configurado los criterios de búsqueda, se van a mostrar por pantalla los resultados obtenidos, tal y como se indica en la Figura 18. Figura 18: Ejemplo de resultado de búsqueda en EO Browser Otra gran ventaja que proporciona EO Browser es la facilidad con la que se pueden descargar las imágenes, en formatos tan sencillos como “JPG” o “PNG” y que no suponen tener que descargar imágenes muy pesadas, hecho que provoca que los usuarios puedan adquirir las imágenes sin tener que disponer de un ordenador muy potente. En la Figura 19 se puede observar el método básico de descarga de imágenes, se puede elegir entre los siguientes aspectos: • Mostrar pies de figura (las imágenes exportadas incluyen la fuente de los datos, así como la fecha, el nivel de ampliación y marca de origen). • Añadir capas superpuestas (la imagen incluye las capas superpuestas como etiquetas de lugares, calles y fronteras administrativas). • Mostrar leyenda (la imagen exportada incluye la leyenda). • Añadir una descripción de la imagen (añadir una descripción breve de la imagen exportada). IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 66 • Formato de imagen: JPG o PNG. En la Figura 19 se pueden observar las posibilidades de descarga de imágenes de EO Browser. Figura 19: Posibilidades de descarga de imágenes en EO Browser 4.1.3 Resultados y visualización En este apartado se van a tratar las posibilidades en las que se pueden visualizar los resultados en función del satélite utilizado. Tan solo se va a mencionar Sentinel-1 y Sentinel-2 puesto que son los que se utilizan para gestionar el Patrimonio Cultural. 1. Resultados con Sentinel-1: Mediante Sentinel-1 se puede elegir entre un amplio rango de fuentes de datos, tal y como se muestra en la Figura 20. Figura 20: Fuentes de datos de Sentinel-1 IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 67 Como se puede observar, los servicios de Sentinel-1 están disponibles tanto en la “Nube de la EO” (Earth Observation Cloud, EOCloud) como en los Servicios Web de Amazon (Amazon Web Services, AWS). Además, se puede seleccionar el modo de adquisición de las imágenes de entre los siguientes parámetros: • IW: “Interferometric Wide swath” (ancha franja interferométrica) de 10m x 10m. Puede presentar las siguientes polarizaciones: o VV + VH: suma de VV (transmisión de una señal en polarización vertical (V) y luego recepción en polarización vertical) y VH (transmisión de una señal en polarización vertical y luego recepción en polarización horizontal (H)). o VV: transmisión de una señal en polarización vertical y luego recepción en polarización vertical. • EW: “Extra-Wide Swath” (ancha franja extra) de 40m x 40m. Puede presentar las siguientes polarizaciones: o HH + HV: suma de HH (transmisión de una señal en polarización horizontal y luego recepción en polarización horizontal) y HV (transmisión de una señal en polarización horizontal y luego recepción en polarización vertical). o HH: transmisión de una señal en polarización horizontal y luego recepción en polarización horizontal. Por otro lado, se puede seleccionar si la dirección orbital del satélite es ascendente o descendente. Las posibilidades preestablecidas del modo de adquisición de datos se muestran en la Figura 21 y en la Figura 22. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 68 Figura 21: Posibilidades preestablecidas del modo de adquisición de datos (1/2) Figura 22: Posibilidades preestablecidas del modo de adquisición de datos (2/2) La mayoría de las fuentes de datos dispone de la opción “Script personalizado”, que permite elegir combinaciones personalizadas de bandas espectrales o de índices, o para elaborar un propio script de clasificación para visualizar los datos. Las posibles opciones se muestran en la Figura 23, en la Figura 24 y en la Figura 25. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 69 Figura 23: Posibilidades de selección del modo de adquisición de datos Figura 24: Configuración asistida de índices Figura 25: Creación de script completamente personalizado IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 70 2. Resultados con Sentinel-2 La pestaña "visualizar" permite elegir entre varias combinaciones de bandas espectrales predefinidas o personalizadas para visualizar los datos del resultado seleccionado. El conjunto de opciones posibles se muestra en la Figura 26. Figura 26: Combinaciones preestablecidas de bandas espectrales Las opciones más frecuentes que se utilizan con Sentinel-2 son las siguientes: • Color natural: interpretación visual de la cobertura del suelo. • Color falso: interpretación visual de la vegetación. • NDVI: índice normalizado de vegetación. • NDMI: índice normalizado de humedad. • SWIR: índice infrarrojo de onda corta. • NDWI: índice normalizado de agua. • NDSI: índice normalizado de nieve. No obstante, se puede elegir trabajar en otro modo que no sea “Default”, como por ejemplo “Wildfires” que es muy útil para detectar IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 71 incendios existentes o determinar el riesgo de incendios en una zona. En la Figura 27 se muestra cómo se cambia de modo. Figura 27: Modos de funcionamiento de EO Browser En el caso del modo “Wildfires” con Sentinel-2, presenta otros índices que van a ser de gran utilidad en la parte de desarrollo del proyecto. En la Figura 28 y en la Figura 29 se muestran los índices preestablecidos en este modo. Figura 28: Combinaciones preestablecidas en el modo “Wildfires” (1/2) IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 72 Figura 29: Combinaciones preestablecidas en el modo “Wildfires” (2/2) En este caso, para la detección de incendios, el Índice Normalizado de Quemado (Normalized Burn Ratio, NBR) es el que presenta mayor utilidad. Este índice se utiliza con frecuencia para estimar la gravedad de los incendios. Utiliza las longitudes de onda del NIR y del SWIR. La vegetación sana tiene una alta reflectancia en la parte del infrarrojo cercano del espectro y una baja reflectancia en el infrarrojo de onda corta. Por otro lado, las zonas quemadas tienen una alta reflectancia en el infrarrojo de onda corta pero una baja reflectancia en el infrarrojo cercano Los píxeles más oscuros indican zonas quemadas. Por otra parte, la mayoría de las fuentes de datos dispone de la opción “Script personalizado”, que permite elegir combinaciones personalizadas de bandas espectrales o de índices, o para elaborar un propio script de clasificación para visualizar los datos. Las posibles opciones se muestran en la Figura 30 y en la Figura 31. Figura 30: Posibilidades de composición de las bandas espectrales IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 73 Figura 31: Configuración asistida de índices 4.2. COPERNICUS Open Access Hub COPERNICUS Open Access Hub (anteriormente conocido como “Sentinels Scientific Data Hub”) proporciona acceso completo, libre y abierto a los productos proporcionados por Sentinel-1, Sentinel-2, Sentinel-3 y Sentinel- 5P. Es un repositorio gestionado por la ESA. Los archivos de COPERNICUS anteriores al 10 de septiembre de 2018 se han borrado en esta plataforma. No obstante, se pueden solicitar al archivo de datos antiguos. Las imágenes que se obtienen a partir de este portal web son de muy alta calidad y presentan gran resolución. Su gran problema es que las imágenes van asociadas a un conjunto de datos que hace que su tamaño sea considerable: entre 5GB y 6GB cada imagen que se quiera tomar. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 80 Figura 38: Interfaz de WEkEO 4.4. Elección de portal web de COPERNICUS Una vez analizadas y explicadas las diferentes maneras de las que se pueden obtener los datos e imágenes que proporcionan los satélites que forman parte del programa COPERNICUS, además de otros como Landsat o Envisat, se ha optado por elegir EO Browser como el portal web del que se van a obtener las imágenes puesto que presenta grandes ventajas: • Descarga de imágenes en formato común (PNG o JPG) que pueden tratarse mediante ordenadores convencionales. • Interfaz muy intuitiva y sencilla de utilizar. • Portal web totalmente gratuito. • Posibilidad de adquirir datos e imágenes de una larga lista de satélites y con la posibilidad de implementar diferentes filtros de búsqueda. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 81 Capítulo 5 La Zona Arqueológica de Siega Verde y sus riesgos Este quinto capítulo está centrado en la Zona Arqueológica de Siega Verde. Se va a explicar su historia e importancia y se van a analizar los riesgos existentes en la zona. 5.1. Zona arqueológica de Siega Verde Siega Verde es una singular zona arqueológica declarada Patrimonio Mundial por la UNESCO en 2010 como extensión del Parque Arqueológico del Valle del Côa. Se encuentra en las márgenes del Río Águeda, unos 15 km aguas abajo de la localidad de Ciudad Rodrigo (Salamanca), en torno al puente y viejo molino del mismo nombre, donde el curso del río tiene su último vado antes de encajarse en las Arribes del Duero, y en el que permanecen pozas con agua incluso en los momentos de mayor estiaje. Es un lugar especial elegido por los hombres de la prehistoria por tratarse de una zona de paso y un privilegiado punto de control y observación de los animales que acudirían a este abrevadero permanente. El conjunto de representaciones rupestres que conforman este yacimiento ha llegado íntegro hasta hoy gracias a su tardío conocimiento y difícil visibilidad. Debidamente protegido y señalizado en la actualidad, se ofrece la posibilidad de recorrerlo de forma guiada para aproximarnos a las condiciones de vida de aquellos artistas que nos legaron uno de los más importantes conjuntos de arte paleolítico al aire libre de toda Europa, en igual significación e importancia que el arte rupestre en cuevas. De hecho, se trata del primer yacimiento español que obtuvo el distintivo Patrimonio Rupestre Europeo. No obstante, no todos los grabados son visitables, ni están documentados. De hecho, no se ha realizado ninguna labor de investigación en el yacimiento desde el año 1991. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 82 Siega Verde pertenece también al eje arqueológico del sureste europeo junto a Lascaux, Altamira y Foz Côa. Además, es el único sitio de la UNESCO que engloba dos países (Portugal y España) al estar junto al Parque Arqueológico do Vale do Côa. A continuación, se va a realizar un breve resumen de la historia de esta zona, con el objetivo de poder entender mejor la evolución de Siega Verde. 5.1.1. Paleolítico Superior Esta época de la prehistoria se caracterizaba por una sucesión de glaciaciones y muy bajas temperaturas. Sin embargo, la zona de Siega Verde se hallaba en un lugar idóneo, puesto que las altas paredes del valle provocaban que la temperatura fuese más templada y existiera más vegetación que en otras zonas. Además, se disponía de una fuente constante de agua debido a la presencia de profundas pozas en el río que conforman de esta manera un abrevadero para la diversa fauna existente en el Paleolítico Superior. La suma de todo este conjunto de elementos pudo ser la inspiración para que los habitantes de esta época plasmaran su relato sobre las rocas de pizarra. 5.1.2. Antes del descubrimiento Durante milenios, la zona de Siega Verde ha presenciado numerosos cambios socioculturales. Abarca desde épocas de tranquilidad absoluta de la naturaleza hasta épocas en las que se han producido grandes guerras. En la historia más reciente, este lugar se ha caracterizado por ser una zona de pastoreo y de ocio por parte de la población. 5.1.3. Descubrimiento A lo largo del año 1988 se desarrollaban trabajos de investigación en la zona, por parte del Museo Arqueológico de Salamanca. Gracias al testimonio de Ángel Hervalejo (un pastor de la zona) se pudo localizar un grabado de un équido sobre una de las rocas de pizarra que hoy conforma una parte de la Zona Arqueológica de Siega Verde. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 83 Tras este primer hallazgo, se rastreó la zona y se corroboró lo que se pensaba: la zona tenía elevado interés debido a la existencia de representaciones paleolíticas. En la Figura 39 y en la Figura 40 se pueden ver algunos grabados presentes en Siega Verde. Figura 39: Representaciones en Siega Verde (Fuente: [18]) Figura 40: Representaciones remarcadas en Siega Verde (Fuente: [1]) IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 84 Todo este proceso dio lugar a sucesivas investigaciones de la zona para la correcta localización y documentación de un total de 645 figuras que conforman el enclave. En la Tabla 5 se indican las técnicas utilizadas y los diferentes animales representados: CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA ARQUEOLÓGICA DE SIEGA VERDE Técnicas utilizadas Piqueteado de contorno Incisión Abrasión Dibujos representados Équidos Bóvidos Cérvidos Cápridos Signos claviformes Tabla 5: Características de la Zona Arqueológica de Siega Verde Los diferentes estudios cronológicos realizados coincidieron en que la antigüedad de las obras de arte rupestre que abarca desde los 20.000 años hasta los 10.000. A medida que se fueron realizando más investigaciones en el yacimiento, se observó que el número de agresiones sobre los grabados iba incrementando (sobre todo en la década de los 90). De este modo, comenzó una lucha a contrarreloj con el objetivo de proteger y conservar estas manifestaciones de arte rupestre y evitar que puedan ser destruidas. 5.1.4. Actualidad Debido a la gran importancia que posee la Zona Arqueológica de Siega Verde y la fragilidad que presentan las manifestaciones de arte rupestre que IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 85 lo componen, fue declarado BIC en el año 1998 con el objetivo de otorgarle un marco jurídico para su protección. Posteriormente, el 1 de agosto de 2010, fue declarado Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO. Su inscripción en dicha lista se produjo como extensión de la Zona Arqueológica del Valle del Côa (Portugal), que entró en la lista en 1998. Actualmente, se pueden realizar visitas en gran parte de los grabados presentes en Siega Verde y es visitado por personas de todos los rincones del planeta. Además, forma parte de la ruta del Consejo de Europa denominada “Caminos de Arte Rupestre Histórico” que agrupa, prácticamente, todos los grandes lugares turísticos de Europa relacionados con el arte rupestre de la prehistoria. Además, en 2018 recibió el certificado de calidad de “Patrimonio Rupestre Europeo” y se convirtió, de esta manera, en el primer sitio de Europa en conseguirlo. 5.2. Riesgos en la zona En la zona de Siega Verde hay presentes diferentes riesgos y, debido a su especial valor, resulta clave evitar que puedan ocurrir desastres en la zona y, en caso de que ocurra, minimizar sus efectos en los grabados. Los principales peligros a los que está expuesto el yacimiento son inundaciones e incendios. 5.2.1. Inundaciones La Zona Arqueológica de Siega Verde, como se comentó anteriormente, está a orillas del Río Águeda. Por lo tanto, para una correcta preservación y gestión de los grabados rupestres hay que tener especial cuidado con las posibles crecidas del río que puedan provocar inundaciones. El Río Águeda nace en el término municipal de Navasfrías, en la Sierra de Gata, justo en el límite con Cáceres y Portugal. Al principio es un río bravo y estrecho, pero más adelante se ensancha y tranquiliza, hasta pasar Ciudad Rodrigo, momento en el cual el río comienza de nuevo a formar riscos. Finalmente hace frontera con Portugal y desemboca en el Río Duero. A lo largo de la historia se han producido numerosas inundaciones en Ciudad Rodrigo, la más reciente en los meses de marzo y abril de 2014, IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 86 según lo recoge Rojo [17]. Con el objetivo de evitar estas inundaciones se construyó la presa de Águeda, inicialmente, y más tarde la presa de Irueña. De este modo se ha conseguido evitar las inundaciones que se producían a lo largo del curso del Río Águeda. A continuación, en la Figura 41 se puede ver el cauce normal del Río Águeda a la altura de Siega verde y en la Figura 42 se puede apreciar una crecida del mismo. Figura 41: Cauce normal del Río Águeda a la altura de Siega Verde (Fuente: [1]) Figura 42: Inundación en Siega Verde (13-05-2016) (Fuente: [19]) IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 87 No obstante, la zona arqueológica de Siega Verde es especialmente sensible. En este tramo el río presenta un carácter algo agitado, por lo que es posible que puedan producirse inundaciones que conllevarían daños en las obras de arte rupestre de Siega Verde. Hay que prestar especialmente a la orilla izquierda del río (la orilla en la que está la caseta base del yacimiento), puesto que el río crece más en esta dirección debido a la orografía, ya que en la orilla derecha hay una mayor pendiente. Con el objetivo de poder saber cuándo hay riesgo de inundaciones se va a realizar una aplicación en la que se indiquen las zonas correspondientes a masas de agua permanentes (el Río Águeda con un cauce normal) y las zonas que presentan masas de agua inusuales, con el objetivo de identificar los grabados que se puedan encontrar en riesgo por la crecida del Río Águeda. Para poder tener constancia de las épocas en las que ha habido cauces del río más elevados de lo normal se ha realizado un análisis de las precipitaciones caídas desde 2014 en una estación de meteorología cercana, denominada “Saelices el Chico”, en la Figura 43 se muestran los datos de esta estación, obtenidos de la página web de Datosclima [20]. Figura 43: Datos de la estación de meteorología “Saelices el Chico” (Fuente: [20]) En el Anexo III se han añadido las tablas y gráficas obtenidas mediante una hoja de cálculo. En la Figura 44 se muestra una tabla resumen con las precipitaciones recogidas en la estación meteorológica por meses y la suma total de cada año. Figura 44: Resumen de las precipitaciones en “Saelices el Chico” entre 2014 y 2020. ¡Error! N o se encuentra el origen de la referencia. Con la realización de este estudio se ha podido comprender mejor la evolución del caudal del Río Águeda a lo largo de los últimos años y, de esta manera, se van a poder adquirir imágenes de diferentes épocas sabiendo, de IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 88 manera aproximada, qué épocas son las más propensas a experimentar inundaciones en la zona. Nota: para el análisis de la evolución del Río Águeda no se han tenido en cuenta otros factores como puedan ser momentos en los que la nieve se convierte en agua líquida, aperturas de las presas de Águeda e Irueña por alcanzar niveles altos en los correspondientes embalses o bien las precipitaciones caídas en otros tramos del río, entre las que cobran especial importancia aquellas producidas en el inicio de su curso, en Navasfrías. 5.2.2. Incendios El área en la que se ubica la Zona Arqueológica de Siega Verde está rodeada de vegetación susceptible de incendiarse, bien por causas naturales o bien por factores humanos. En julio de 2014 se produjo un incendio intencionado en el término municipal de Castillejo, cercano a Siega Verde, según se recoge en la noticia de El Norte de Castilla [21]. Este incendio se extendió más allá de 3km, pero consiguió extinguirse por la rápida actuación de los servicios de emergencia. Aunque pueda ser un hecho no demasiado frecuente, sí merece tenerse en cuenta y es conveniente identificar posibles focos de incendios en las zonas cercanas, con el objetivo de preservar adecuadamente las pinturas rupestres de la zona. Por este motivo, se va a desarrollar una aplicación que permita evaluar el riesgo de incendio en la zona y, así, poder preservar adecuadamente Siega Verde. Nota: en este caso, para realizar la parte de desarrollo del proyecto, no se ha hecho un estudio de las temperaturas en la zona, ya que para los incendios y el riesgo hay que tener en cuenta tanto las temperaturas como las precipitaciones, además de otros factores como pueden ser el regadío en la zona. Más adelante se va a explicar el proceso realizado para desarrollar esta parte. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 89 Capítulo 6 Desarrollo de una aplicación para gestionar la Zona Arqueológica de Siega Verde frente a las inundaciones En este noveno capítulo se va a mostrar la aplicación desarrollada para tratar las posibles inundaciones que puedan surgir en la Zona Arqueológica de Siega Verde. Al mismo tiempo se van a mostrar los resultados parciales y finales que se obtienen con diferentes imágenes. Se busca que la aplicación que se va a desarrollar sea sencilla y fácil de usar por personas que no tengan conocimientos en visión artificial, entre otros temas. De esta manera, los encargados de gestionar la Zona Arqueológica de Siega Verde van a disponer de una herramienta cómoda e intuitiva de utilizar que les puede servir de gran ayuda para preservar el yacimiento frente a las inundaciones del río Águeda. Con esta aplicación se busca indicar aquellas zonas que pueden presentar riesgo debido a la aparición de inundaciones. Para ello se va a trabajar con una imagen de archivo (de caudal medio) y una imagen denominada actual. Con la resta de ambas imágenes, acompañadas de otras tareas, se va a conseguir indicar el nivel de riesgo en la Zona Arqueológica de Siega Verde y, en caso de que sea alto, se van a indicar aquellas zonas que pueden ser inundables. A continuación, en la Figura 45 se muestra un diagrama del flujo en el que se indican los pasos que se van a seguir para realizar la aplicación. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 96 Por último, ya se puede descargar la imagen, tal y como se indica en la Figura 55 y en la Figura 56. Figura 55: Botón para descargar imágenes Figura 56: Interfaz de descarga de imágenes Como se puede observar en la Figura 56, hay que deseleccionar los pies de figura y las capas superpuestas para que no haya nombres de calles ni lugares en la imagen ni se muestre información que entorpezca el posterior tratamiento de la imagen. De este modo ya se ha terminado la explicación concerniente a la descarga de imágenes de la aplicación sobre inundaciones. A partir de ahora se va a explicar el propio funcionamiento de la aplicación y analizar sus resultados. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 97 6.2. Imagen de archivo En primer lugar, se va a trabajar con una imagen de archivo correspondiente con una imagen en la que el río Águeda presente un caudal medio. La imagen elegida ha sido una del 23 de diciembre de 2018. 6.2.1. Lectura de la imagen de archivo El código que se utiliza para leer la imagen de archivo se muestra en la Figura 57. Figura 57: Lectura de la imagen de archivo A continuación, en la Figura 58 se muestra la imagen con la que se va a trabajar como imagen de archivo (una imagen con caudal medio, como se explicó anteriormente). Figura 58: Imagen de archivo (23-12-2018) (Fuente: [16]) Hay que tener en cuenta que la imagen presenta 3 canales en los cuales el valor de cada píxel es igual en cada canal, por lo que da como resultado una imagen en escala de grises. Además, se guardan las dimensiones que presenta la imagen, puesto que van a ser de utilidad más IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 98 adelante. En la Figura 59 se pueden ver las dimensiones de la imagen de archivo. Figura 59: Dimensiones de la imagen de archivo original Como se puede observar las dimensiones de la imagen son 913 x 1280 y presenta 3 canales, como se indicó anteriormente. 6.2.2 Recorte de la zona de interés Con el objetivo de ahorrar carga computacional y obtener una aplicación que se ejecute de una manera más rápida se puede recortar la imagen a la zona de interés (la cercana al río Águeda), por lo tanto, se busca hacer un recorte de la zona de interés como se indica en la Figura 60. Figura 60: Recorte de la zona de interés Como se puede observar en la Figura 60, se recorta la imagen a lo ancho, con el objetivo de que solo se tengan en cuenta los píxeles comprendidos entre los valores 525 y 800 del eje Y. El alto de la imagen no varía y se mantiene constante en 913. La imagen resultante se muestra en la Figura 61. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 99 Figura 61: Imagen de archivo recortada (23-12-2018) Al igual que con la imagen original, se guardan las dimensiones que presenta la imagen recortada, puesto que va a ser de utilidad más adelante. En la Figura 62 se pueden ver las dimensiones de la imagen de archivo recortada. Figura 62: Dimensiones de la imagen de archivo recortada En este caso se puede observar que las dimensiones de la imagen son 913 x 275, el alto de la imagen original permanece invariable. 6.2.3. Análisis de los histogramas En este subapartado, se analiza el histograma de la imagen original y de la imagen recortada, para poder observar la comparación. En la Figura 63 se calcula el histograma de la imagen de archivo original y recortada y en la Figura 64 se muestran ambos histogramas. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 100 Figura 63: Cálculo de los histogramas de la imagen de archivo original y recortada Figura 64: Histogramas de la imagen de archivo original y recortada Como se puede observar, hay un pico en 0, correspondiente a píxeles de agua y a píxeles de ruido presente en la imagen. En la imagen original el pico es más acentuado debido a que hay más píxeles de ruido. 6.3. Imagen actual En segundo lugar, se va a trabajar con una imagen “actual” a elección del usuario de la aplicación. Hay que tener especial cuidado en que la imagen tiene que estar tomada desde la misma distancia y en la misma zona, tal y como se explicó anteriormente. Nota: se denomina “actual” aunque en la realización de la aplicación se trabaje con imágenes de fechas pasadas. Se llama así puesto que está pensado para trabajar con imágenes del mismo momento y se pueda indicar el riesgo en cada instante. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 101 6.3.1. Lectura de la imagen actual Con el objetivo de que cargar la imagen sea sencillo e intuitivo se utiliza “FileUpload” de “ipywidgets”, solo se aceptan imágenes de tipo “png” (se puede seleccionar en EO Browser), como se indica en la Figura 65. Figura 65: Carga de la imagen actual Con tan solo pinchar en el cuadro de “Upload”, se abre una ventana emergente que permite seleccionar una imagen “png” que se encuentre guardada en el PC, tal y como se muestra en la Figura 66. Figura 66: Ventana emergente para cargar la imagen actual A continuación, en la Figura 67 se muestra el proceso para guardar la imagen y que se muestre por pantalla. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 102 Figura 67: Almacenamiento de la imagen actual seleccionada y visualización por pantalla Como ejemplo se va a trabajar con una imagen del 13 de mayo de 2016, puesto que en esta fecha, según lo recoge Rojo [17], hubo una importante crecida. La imagen con la que se va a trabajar se muestra en la Figura 68. Figura 68: Imagen actual original (13-05-2016) (Fuente: [16]) Al igual que en la imagen de archivo, la imagen presenta 3 canales en los cuales el valor de cada píxel es igual en cada canal, por lo que da como resultado una imagen en escala de grises. 6.3.2. Recorte de la zona de interés Al igual que con la imagen de archivo, se busca ahorrar carga computacional y obtener una aplicación que se ejecute de una manera más rápida se puede recortar la imagen a la zona de interés (la cercana al río IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 103 Águeda), por lo tanto, se busca hacer un recorte de la zona de interés (mismo recorte que en la imagen de archivo), como se muestra en la Figura 69. Figura 69: Recorte de la zona de interés de la imagen actual Al igual que con la imagen de archivo, se realiza un recorte del mismo modo. Se recorta la imagen a lo ancho, con el objetivo de que solo se tengan en cuenta los píxeles comprendidos entre 525 y 800. El alto de la imagen no varía y se mantiene constante en 913. La imagen resultante se muestra en la Figura 70. Figura 70: Imagen actual recortada (13-05-2016) 6.3.3. Análisis de los histogramas Al igual que con la imagen de archivo, se analiza el histograma de la imagen original y de la imagen recortada, para poder observar la comparación. En la Figura 71 se calcula el histograma de la imagen actual original y recortada y en la Figura 72 se muestran ambos histogramas. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 104 Figura 71: Cálculo de los histogramas de la imagen actual original y recortada Figura 72: Histogramas de la imagen actual original y recortada Como se puede observar, hay un pico en 0, correspondiente a píxeles de agua y a píxeles de ruido presente en la imagen. En la imagen original el pico es más acentuado debido a que hay más píxeles de ruido, pero menor que en la Figura 64, debido a que presenta menos píxeles de ruido. 6.4. Enmascaramiento de las imágenes Como se ha podido observar, las imágenes con las que se trabaja presentan un gran número de píxeles de ruido. Podría optarse por aplicar algún filtro para reducir este ruido, pero, puesto que las imágenes se toman siempre exactamente desde el mismo sitio, se ha optado por enmascarar las imágenes para que tan solo se puedan ver (de manera aproximada) los píxeles correspondientes al río Águeda. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 105 6.4.1. Creación de una máscara Para crear correctamente la máscara de la zona del río, previamente hay que realizar un estudio de la ruta que sigue el río. Tras el análisis, los puntos por los que pasa están reflejados en la Tabla 6 y en la Tabla 7. CAUCE RÍO ÁGUEDA Eje X Eje Y 84 0 83 17 75 45 74 48 98 72 93 84 90,5 92 89 96,5 88 99 93 106 98 115,5 99.5 120 101,8 125 106 129 107 137 104 144 95 155 100 162 101 174 97 194 89,5 204 80,5 213 73 222,5 72 233 72,5 238 79 248 87 255 118 268 128 273,5 132,5 278 137,5 299 138 299 Tabla 6: Cauce del Río Águeda (1/2) IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 112 6.5.2. Resta de imágenes binarizadas A continuación, se realiza una resta de imágenes con la imagen de archivo (caudal medio) y la imagen actual, ambas binarizadas previamente, para ello se ejecuta el código de la Figura 83. Figura 83: Resta de imágenes binarizadas y visualización por pantalla En la Figura 84 se muestra la imagen resultante obtenida. Figura 84: Imagen resultante de la resta de la imagen de archivo y de la imagen actual Como se puede observar en la Figura 84, en blanco se pueden observar las zonas en las que el río ha crecido y, por lo tanto, puede existir riesgo de inundación. Exactamente en la Zona Arqueológica de Siega Verde no aparece prácticamente nada, esto es debido a que en esa zona la anchura del río es muy pequeña y no se aprecia con claridad en la imagen, debido a que la resolución del satélite no permite diferenciar esa zona correctamente. No obstante, se puede determinar si el río crece en esa zona o no por lo que sucede aguas arriba y aguas abajo. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 113 6.5.3. Enfatización de las zonas con cauce mayor A continuación, se muestran en color rojo, sobre la imagen actual, las zonas en las que el río ha crecido. Para ello se utiliza la imagen resultante de la resta de la imagen de archivo y de la imagen actual (Figura 84). Se muestra tanto sobre la imagen actual recortada como en la original, para ofrecer una visualización más clara. • Sobre la imagen de archivo recortada: Para conseguir remarcar las zonas en las que el río ha crecido se ejecuta el código de la Figura 85. Figura 85: Cálculo de zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual recortada y visualización por pantalla Hay que tener en cuenta que el canal 0 se corresponde con el color rojo, por lo que si un píxel de la imagen resultante (Figura 84) es blanco, se pone de color rojo y el resto de la imagen se mantiene como la imagen actual recortada de la Figura 70. Las zonas del río en las que el río ha crecido se muestran en la Figura 86. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 114 Figura 86: Zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual recortada • Sobre la imagen actual original: Ahora se van a mostrar las zonas en las que el río ha crecido sobre la imagen actual original (sin recortar), para que se pueda observar con mayor claridad. Para ello se realiza el mismo proceso que con la imagen actual recortada, tal y como se muestra en la Figura 87. Figura 87: Cálculo de zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual original y visualización por pantalla Sobre la imagen actual sin recortar de la Figura 68 se remarcan las zonas en las que el río ha crecido (los píxeles que tienen valor 0 en la Figura 84). Sería el mismo resultado que si se toma la imagen de la Figura 86 y se añaden los píxeles correspondientes de la imagen actual original a ambos lados. Se obtiene el resultado que se muestra Figura 88. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 115 Figura 88: Zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual original 6.5.4. Enfatización en la misma imagen de las masas de agua permanentes y las zonas con cauce mayor A continuación, se muestran las zonas en las que el río ha crecido en rojo sobre y aquellas que representan masas de agua permanente en color azul, ambas sobre la misma imagen, con el objetivo de obtener una imagen que represente más claramente la situación que hay en el momento actual. Se va a representar tanto en la imagen actual recortada como en la original (sin recortar). • Sobre la imagen actual recortada: Para conseguir visualizar tanto las masas de agua permanente como las zonas en las que el río ha crecido se ejecuta el código de la Figura 89. Figura 89: Cálculo de las masas de agua permanente y zonas en las que el río ha crecido sobre la imagen actual recortada y visualización por pantalla IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 116 Tanto las masas de agua permanente como las zonas en las que el río ha crecido se representan sobre la imagen actual recortada de la Figura 70. Tras realizar estas acciones, el resultado se puede observar en la Figura 90. Figura 90: Masas de agua permanente y zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual recortada • Sobre la imagen actual original: Ahora se van a mostrar las masas de agua permanente y las zonas en las que el río ha crecido sobre la imagen actual original (sin recortar), para que se pueda observar con mayor claridad. Para ello se realiza el mismo proceso que con la imagen actual recortada, tal y como se muestra en la Figura 91. Figura 91: Cálculo de las masas de agua permanente y zonas en las que el río ha crecido sobre la imagen actual original y visualización por pantalla IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 117 Sobre la imagen actual sin recortar de la Figura 68 se remarcan las masas de agua permanente en color azul y las zonas en las que el río ha crecido en color rojo. Sería el mismo resultado que si se toma la imagen de la Figura 90 y se añaden los píxeles correspondientes de la imagen actual original a ambos lados. Se obtiene el resultado que se muestra en la Figura 92. Figura 92: Masas de agua permanente y zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual original 6.6. Primer análisis del riesgo En este quinto apartado se va a realizar un primer análisis del riesgo general existente en la zona. Aunque en la zona de Siega Verde apenas se pueda detectar el río, se puede realizar un análisis del riesgo por lo que sucede aguas arriba y aguas abajo. 6.6.1. Recuento de píxeles En este punto se realiza un recuento de los píxeles que hay de cada tipo para, a continuación, llevar a cabo una primera indicación del riesgo existente. De este modo se recuentan los píxeles de la siguiente manera: • Píxeles rojos: zonas en las que el río ha crecido. • Píxeles azules: masas de agua permanente. • Píxeles normales: píxeles que no son azules ni rojos. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 118 En la Figura 93 se muestra el código que hay que ejecutar para realizar el recuento de píxeles. Figura 93: Recuento de píxeles y visualización por pantalla Este proceso se ha realizado con un total de 14 imágenes y se han recogido los datos del recuento para poder, en el siguiente apartado, efectuar una primera indicación del riesgo general. Los valores de los recuentos se muestran en la Tabla 8. RECUENTO DE PÍXELES Imagen Rojos Azules Normales Totales 11/08/15 692 717 249666 251075 04/11/15 407 717 249951 251075 13/05/16 857 717 249501 251075 13/02/17 1140 717 249218 251075 24/09/17 355 717 250003 251075 17/03/18 773 717 249585 251075 26/08/18 593 717 249765 251075 12/11/18 412 717 249946 251075 09/07/19 443 717 249915 251075 12/11/19 295 717 250063 251075 24/12/19 703 717 249655 251075 23/03/20 539 717 249819 251075 10/05/20 416 717 249942 251075 15/08/20 467 717 249891 251075 20/10/20 253 717 250105 251075 Tabla 8: Recuento de píxeles de las imágenes utilizadas IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 119 0 200 400 600 800 1000 1200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Cantidad Imagen Píxeles rojos 679 430 Además, en la Figura 94 se muestra una gráfica en la que se recogen los píxeles rojos existentes en cada imagen. Figura 94: Número de píxeles rojos de cada imagen 6.6.2. Primera indicación del riesgo Ahora, se va a mostrar el nivel de riesgo en la actualidad, en función del estudio previo del recuento de píxeles rojos con las diferentes imágenes utilizadas. En la Figura 95 se pueden observar los umbrales de riesgo determinados. Figura 95: Umbrales de riesgo en función del número de píxeles rojos 0 200 400 600 800 1000 1200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Cantidad Imagen Píxeles rojos IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 120 Para mostrar de una manera gráfica el nivel de riesgo se va a dibujar un semáforo que muestre el peligro existente. • Verde: riesgo bajo (menos de 430 píxeles rojos). • Amarillo: riesgo medio (entre 430 píxeles rojos y 679). • Rojo: riesgo alto (680 píxeles rojos o más). El código que hay que ejecutar para determinar el nivel de riesgo inicial se muestra en la Figura 96. Figura 96: Determinación del nivel de riesgo inicial por inundaciones En el caso de la imagen que se ha tomado como ejemplo (13-05- 2016), el nivel de riesgo es alto puesto que el número de píxeles rojos es 857 (como se observa en la Figura 93) y es un valor mayor que 680 (límite del riesgo alto). De este modo el semáforo de indicación de peligro es el mostrado en la Figura 97. Figura 97: Indicación de riesgo inicial alto por inundaciones IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 121 6.7. Indicación de zonas de riesgo en Siega Verde En este momento se va a efectuar una indicación de las zonas que pueden estar en riesgo en la Zona Arqueológica de Siega Verde. Hay que recordar que la resolución que ofrece Sentinel-1 es de 10 metros, por lo que identificar las crecidas del río en la zona exacta de Siega Verde es complicado, puesto que el ancho del río apenas supera los 10 metros. La aplicación de aquí en adelante solo se ejecuta en el caso de que la indicación de riesgo inicial sea alta (“riesgoInicial = 2”, variable declarada en la Figura 96). En el resto de las situaciones no tiene sentido realizar un estudio puesto que el río Águeda aguas arriba y aguas abajo no presenta importantes crecidas. 6.7.1. Imagen Base (Google Maps) Para poder visualizar con mayor nitidez la zona de Siega Verde se ha tomado una imagen de Google Maps como base. De este modo se va a poder indicar hasta dónde llega el río en caso de que haya crecidas e indicar así las zonas que presentan riesgo. En la Figura 98 se puede observar el código necesario para realizar la lectura y visualización por pantalla de la imagen tomada de Google Maps y en la Figura 99 se muestra la imagen base. Figura 98: Lectura y visualización por pantalla de la imagen obtenida de Google Maps Figura 99: Imagen base de Siega Verde en BGR (Fuente: [22]) IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 128 En este momento hay que reescalar la imagen para que tenga las mismas dimensiones que la imagen base de Google Maps, el código correspondiente a esta tarea se muestra en la Figura 108. La imagen reescalada se muestra Figura 109 Figura 108: Reescalado de la zona de Siega Verde y visualización por pantalla Figura 109: Imagen reescalada en la zona de Siega Verde IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 129 6.7.3. Creación de una máscara en la zona del río a la altura de Siega Verde Como se puede observar en la Figura 109, hay algún punto que sale fuera del río por el tamaño de la máscara aplicada en la Figura 74. Para corregirlo, se opta por aplicar otra máscara más restrictiva. Los puntos que van a constituir la máscara se muestran en la Tabla 9. CAUCE DEL RÍO EN GOOGLE MAPS Eje X Eje Y 727 0 743 22 751,5 49 757 56,5 766,5 86 775 95,5 817 158 822,5 172,5 826,5 215 832 244 830,5 264 839,5 306 842,5 321,5 837 344 837 375 835 402 829,5 417 825 455 821 484,5 814 506 806,5 526,5 794,5 545,5 777 569,5 760 594 743 625 736 653 728,5 684 727 700 745 739 772 776 Tabla 9: Cauce del Río Águeda en Google Maps IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 130 En la Figura 110 se indica el código que hay que ejecutar para crear la máscara. Figura 110: Creación de la máscara del río en la zona de Siega Verde y visualización por pantalla La máscara creada se muestra en la Figura 111. Figura 111: Máscara del río en la zona de Siega Verde 6.7.4. Detección de zonas de riesgo en Siega Verde En este apartado, se van a remarcar las zonas en las que se han detectado crecidas. Para ello, se realicen 3 acciones: • Indicación de zonas en las que el río ha crecido. • Medición de distancia del punto más alejado al centro del río. • Indicación de riesgo final: verde o rojo. o Rojo: indicación de zonas hasta las que puede llegar el río a la altura de Siega Verde (zonas que pueden tener riesgo) o Verde: no se requieren acciones en la zona IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 131 Hay que recordar que la aplicación solo llega hasta aquí si el riesgo inicial determinado en la Figura 96 era alto (color rojo del semáforo de la Figura 97). Llegados a este punto se va a indicar el nivel de riesgo final y, en caso de ser alto, se va a mostrar las zonas que están en peligro. • Indicación de zonas en las que el río ha crecido: En este apartado se va a combinar la máscara, la imagen de base de Google Maps y la imagen resultante previa, con el objetivo de remarcar con píxeles rojos aquellas zonas en las que se han detectado crecidas a la altura de la Zona Arqueológica de Siega Verde, para ello hay que ejecutar el código de la Figura 112. Figura 112: Cálculo de zonas en las que ha habido crecidas a la altura de Siega Verde El resultado obtenido, para la imagen con la que se está trabajando, se muestra en la Figura 113. Figura 113: Zonas en las que ha habido crecidas a la altura de Siega Verde Como se puede observar en la imagen anterior, hay determinados puntos en los que se han detectado crecidas a la altura de Siega Verde. En los IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 132 puntos siguientes se va a determinar el nivel de riesgo e indicar, en caso de que sea necesario, las zonas que pueden estar en peligro. • Medición de distancia de riesgo: Ahora se busca medir la distancia denominada "de riesgo". Esta distancia es la mayor distancia de un píxel rojo a la zona central del río (que coincide con los puntos de la máscara). Para ello hay que ejecutar el código de la Figura 114. Figura 114: Medición de la distancia de riesgo y visualización por pantalla Como se puede observar, se mide la distancia máxima de un píxel rojo al centro del río (los puntos de “lineRio” son indicados en la Tabla 9). Tan solo se tiene en cuenta aquellos casos en los que la distancia es mayor que 13 puesto que es aproximadamente la distancia a partir de la que la crecida del río sobresale del cauce normal del río Águeda. En la Figura 115 se pueden observar los resultados obtenidos en la imagen que se ha tomado como ejemplo. Figura 115: Resultados de la medición de la distancia de riesgo IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 133 • Indicación de riesgo en Siega Verde: En este último punto se indica el nivel final de riesgo en la zona de Siega Verde. Se utiliza una indicación en un semáforo binario (rojo o verde). Se pueden dar dos posibles situaciones: o Rojo: se indican las zonas hasta las que puede llegar el río a la altura de Siega Verde (zonas que pueden tener riesgo). o Verde: no se requieren acciones en la zona. El código correspondiente a esta parte se muestra en la Figura 116. Figura 116: Determinación del nivel de riesgo final por inundaciones a la altura de Siega Verde y visualización por pantalla En la Figura 117 se muestra por pantalla la indicación que se obtiene al trabajar con esta imagen. Figura 117: Indicación de riesgo final alto por inundaciones en la zona de Siega Verde IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 134 Como se ha indicado anteriormente, al haber riesgo final alto, se muestra a continuación las zonas hasta las que puede llegar el río a la altura de Siega Verde (zonas que pueden tener riesgo). Para ello hay que ejecutar el código de la Figura 118. Figura 118: Cálculo de zonas en peligro por inundaciones en la zona de Siega Verde En la Figura 119 se muestran las zonas que presentan riesgo de inundaciones en las zonas próximas a Siega Verde. Figura 119: Indicación de zonas de peligro por inundaciones en la zona de Siega Verde Como se puede observar, se crean dos líneas que delimitan las zonas que pueden tener peligro en la zona de Siega Verde. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 135 6.8. Resumen de resultados En este último apartado se van a mostrar por pantalla los principales resultados obtenidos; que dependen de los siguientes criterios: • Indicación de riesgo inicial verde o amarillo: se muestra la imagen actual con las masas de agua permanentes y la indicación de riesgo inicial y final • Indicación de riesgo inicial rojo: o Indicación de riesgo final verde: se muestra la imagen actual con las masas de agua permanentes y la indicación de riesgo inicial y final. o Indicación de riesgo final rojo: se muestra la imagen actual con las masas de agua permanentes, la indicación de riesgo inicial y final y las zonas de Siega Verde que presentan riesgo. El código en el que se recogen estos aspectos se muestra en la Figura 120. Figura 120: Clasificación final y visualización por pantalla de los resultados IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 136 En la Figura 121 se muestran los resultados finales obtenidos con la imagen de ejemplo con la que se ha trabajado. Figura 121: Indicación final de los resultados Como se puede observar en la Figura 121, se muestran los dos semáforos indicadores de riesgo, además de la imagen general con las masas de agua permanente en color azul y las zonas crecidas del río en color rojo. Además, se muestra la imagen de la Figura 119 para que se pueda ver el resultado en la zona de Siega Verde y se pueda obtener una visualización más clara del conjunto de resultados finales. 6.9. Otros ejemplos de funcionamiento En este noveno apartado se van a mostrar y comentar los resultados obtenidos con otras imágenes. Con el objetivo de no repetir la misma clasificación que en los apartados anteriores se va a trabajar con imágenes que presenten otros niveles de riesgo. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 137 6.9.1. Imagen con riesgo inicial alto y sin riesgo final en Siega Verde En primer lugar, se va a mostrar una imagen que presenta riesgo inicial alto, pero no tiene riesgo en la Zona Arqueológica de Siega Verde. La imagen con la que se va a trabajar es del 24 de diciembre de 2019. A continuación, se van a mostrar los resultados obtenidos: • Imagen actual original y recortada: A continuación, se muestran las imágenes con las que se va a trabajar en este apartado. En la Figura 122 se muestra la imagen original (sin recortar) y en la Figura 123 se muestra la imagen recortada. Figura 122: Imagen actual original (24-12-2019) (Fuente: [16]) Figura 123: Imagen actual recortada (24-12-2019) IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 144 En este caso se observa a simple vista que hay un menor número de píxeles blancos que en la Figura 125, por lo que hay menos zonas con crecidas del río. • Enfatización de zonas con mayor cauce: En este punto se van a remarcar las zonas del río que presentan mayor cauce. Para ello se aplican las acciones de la Figura 85; el resultado obtenido se muestra en la Figura 135. Figura 135: Zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual recortada (09-07-2019) • Enfatización en la misma imagen de las masas de agua permanentes y las zonas con cauce mayor: Ahora se va a mostrar en la misma imagen tanto las masas de agua permanentes como las zonas con mayor cauce; para ello se aplica el código de la Figura 89 y se obtiene la Figura 136. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 145 Figura 136: Masas de agua permanente y zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual recortada (09-07-2019) • Primer análisis de riesgo: En este momento se va a realizar la primera indicación de riesgo, mediante la aplicación del código de la Figura 93, de este modo, el recuento de los píxeles es el indicado en la Figura 137. Figura 137: Visualización por pantalla del recuento de píxeles (09-07-2019) De este modo, como se indicó en la Figura 95, esto indica riesgo inicial medio, por lo que la aplicación ya no sigue adelante, tan solo se van a mostrar los resultados finales. El semáforo de riesgo se puede observar en la Figura 138. Figura 138: Indicación de riesgo inicial medio por inundaciones (09-07-2019) IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 146 • Resumen de resultados: En la Figura 139 se muestra el resumen de resultados tras haber trabajado con la imagen del 09 de julio de 2019 (Figura 131). Figura 139: Indicación final de resultados (09-07-2019) Esta imagen presenta riesgo inicial medio, por lo que no se ha realizado el estudio posterior en la Zona Arqueológica de Siega Verde. No obstante, hay que prestar atención porque esta situación puede cambiar y podrían ocasionarse inundaciones. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 147 6.9.3. Imagen con riesgo inicial bajo Por último, se va a mostrar una imagen que presenta riesgo inicial bajo y, como se indicó anteriormente, en este caso no se evalúan las zonas de riesgo en Siega Verde. La imagen con la que se va a trabajar es del 20 de octubre de 2020. A continuación, se van a mostrar los resultados obtenidos: • Imagen actual original y recortada: A continuación, se muestran las imágenes con las que se va a trabajar en este apartado. En la Figura 140 se muestra la imagen original (sin recortar) y en la Figura 141 se muestra la imagen recortada. Figura 140: Imagen actual original (20-10-2020) (Fuente: [16]) Figura 141: Imagen actual recortada (20-10-2020) IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 148 • Enmascaramiento de la imagen: Ahora con la máscara de la Figura 74 se enmascara la imagen actual de la Figura 141 y se obtiene la Figura 142. Figura 142: Imagen actual enmascarada (20-10-2020) • Resta de imágenes binarizadas: A continuación, se realiza una resta de las imágenes binarizadas según el código de la Figura 83 entre la imagen de archivo binarizada de la Figura 76 y la actual de la Figura 141, de esta manera se obtiene la Figura 143. Figura 143: Imagen resultante de la resta de la imagen de archivo y de la imagen actual (20- 10-2020) IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 149 En este caso, se puede observar que los píxeles que suponen crecidas del río son muchos menos que en los ejemplos anteriores (ver Figura 84, Figura 125 y Figura 134). • Enfatización de zonas con mayor cauce: En este punto se van a remarcar las zonas del río que presentan mayor cauce; para ello se aplican las acciones de la Figura 85 y se obtiene la Figura 144. Figura 144: Zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual recortada (20-10-2020) • Enfatización en la misma imagen de las masas de agua permanentes y las zonas con cauce mayor: Ahora se va a mostrar en la misma imagen tanto las masas de agua permanentes con las zonas con mayor cauce. Se aplica el código de la Figura 89 y se obtiene la Figura 145. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 150 Figura 145: Masas de agua permanente y zonas en las que el río ha crecido en la imagen actual recortada (20-10-2020) • Primer análisis de riesgo: En este momento se va a realizar la primera indicación de riesgo, mediante la aplicación del el código de la Figura 93, de este modo, el recuento de los píxeles es el indicado en la Figura 146. Figura 146: Visualización por pantalla del recuento de píxeles (20-10-2020) De este modo, como se indicó en la Figura 95, esto indica riesgo inicial bajo, por lo que la aplicación ya no sigue adelante, tan solo se van a mostrar los resultados finales. El semáforo de riesgo se puede observar en la Figura 147. Figura 147: Indicación de riesgo inicial bajo por inundaciones (20-10-2020) IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 151 • Resumen de resultados: En la Figura 148 se muestra el resumen de resultados tras haber trabajado con la imagen del 20 de octubre de 2020. Figura 148: Indicación final de resultados (20-10-2020) Esta imagen presenta riesgo inicial bajo, por lo que no se ha realizado el estudio posterior en la Zona Arqueológica de Siega Verde. En este caso no hace falta prestar atención a corto plazo puesto que esta situación no tiene peligro. 6.10. Discusión de resultados Por una parte, como se ha podido comprobar, con la aplicación desarrollada se consiguen unos resultados aceptables para determinar el riesgo de inundaciones tanto en la Zona Arqueológica de Siega Verde como en sus proximidades. Por otra parte, debido a que la resolución que presentan las imágenes no es suficientemente buena, el grado de precisión no es el idóneo. Esto se podría solucionar si se utilizaran, por ejemplo, imágenes de Copernicus Open Access Hub, aunque tiene grandes inconvenientes como son el tamaño del IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 152 conjunto de la imagen y sus datos, así como el gran coste computacional que presentaría la aplicación. Además, el usuario que trabajara con estas imágenes debería tener conocimientos muy específicos en este tema. En resumen, se ha desarrollado una aplicación sencilla que puede ser utilizado por cualquier persona y se han conseguido unos resultados aceptables que pueden ayudar a la correcta preservación y gestión del Patrimonio Cultural, en este caso de la Zona Arqueológica de Siega Verde. La aplicación desarrollada puede servir de base para otros enclaves que lo precisen. Cuanto mayor sea el área de agua a estudiar y mejor sea la resolución de las imágenes, los resultados obtenidos serán superiores. IGNACIO BUJEDO ESTEBAN – Trabajo Fin de Grado 153 Capítulo 7 Desarrollo de una aplicación para preservar la Zona Arqueológica de Siega Verde frente a los incendios En este séptimo capítulo se va a mostrar la aplicación desarrollada para prevenir los posibles efectos que puedan causar incendios en la Zona Arqueológica de Siega Verde. Al mismo tiempo se van a mostrar los resultados parciales y finales que se obtienen con diferentes imágenes. Se busca que la aplicación que se va a desarrollar sea sencilla y fácil de usar por personas que no tengan conocimientos en visión artificial, entre otros temas. De esta manera, los encargados de gestionar la Zona Arqueológica de Siega Verde van a poder disponer de una herramienta cómoda e intuitiva de utilizar que les puede servir de gran ayuda para preservar el yacimiento frente a la aparición de incendios. Con esta aplicación se busca indicar aquellas áreas que pueden presentar peligro debido a los incendios. Para ello se va a trabajar con una imagen del Sentinel-2 en escala NBR puesto que indica la posibilidad que presentan las zonas de quemarse a causa de incendios. De este modo se va a indicar el nivel de riesgo general en la zona y, concretamente, el nivel de peligro existente en Siega Verde. Como las imágenes de Sentinel-2 pueden presentar nubes es necesario eliminarlas. Para conseguirlo se utilizan imágenes con el filtro Incendios Forestales (que podría utilizarse para detectar incendios activos), puesto que en este tipo de imágenes se pueden observar claramente las nubes y permite enmascararlas con facilidad.