通过自动正射照片分析和机器学习技术对河流形状和变化的历时表征

María Pilar Rabanaque Yuste, Vanesa Martínez Fernández, Gerardo Benito Ferrández
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La elevada disponibilidad de imágenes remotas con periodos de revisita cada vez más cortos supone una oportunidad para impulsar nuevos avances y aplicaciones de la geomorfología fluvial en el análisis medioambiental y de uso de los indicadores morfo-sedimentarios en la evaluación medioambiental en el ámbito de las escalas de tiempo y espacio requeridos por la normativa europea. Estos indicadores físicos resultan particularmente esenciales para el desarrollo de la Directiva en los ríos efímeros mediterráneos. En este trabajo se ensayan nuevos métodos de análisis de ortofotografías para la identificación y mapeo de unidades fluviales y su análisis espacio-temporal. Estas ortografías de alta resolución (0.25m pixel) presentan además de las bandas RGB otra infrarroja. La clasificación de las formas fluviales se hizo mediante Support Vector Machine y, posteriormente, se realizaron varios análisis de transición entre los años de estudio. El estudio se ha centrado en tres tramos de un río efímero de gravas (Rambla de Cervera) en el periodo 2017-2020. Los resultados permiten caracterizar los cambios anuales en las formas indicadoras de actividad morfogenética y el grado de recuperación morfo-sedimentaria en respuesta a la dinámica del flujo. 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摘要

通过航空摄影分析河流形状和过程的时间演变具有高度的主观解释和高昂的时间成本,使其难以在大型研究领域实施。在实践中,这意味着在执行《水框架指令》所需的“水文形态”表征中,地貌测绘没有得到充分考虑,这使得所应用的环境状况指标主要是生物和生态指标。在更短的审查期内,远程图像的高可用性为促进河流地貌学在环境分析中的新进展和应用以及在欧洲法规要求的时间和空间尺度范围内使用形态沉积指标进行环境评估提供了机会。这些物理指标对于在地中海短暂河流中制定该指令特别重要。本文尝试了新的正射影像分析方法来识别和绘制河流单元及其时空分析。除了RGB波段外,这些高分辨率(0.25M像素)的拼写还显示了另一种红外波段。河流形状的分类是通过支持向量机进行的,随后在研究年份之间进行了几次过渡分析。这项研究的重点是2017-2020年期间短暂的格拉瓦斯河(兰布拉德塞维拉)的三个部分。这些结果可以表征形态发生活动指示形式的年度变化以及形态-沉积恢复程度对水流动力学的响应。受河流走廊几何形状和人类影响历史(如砾石开采)的影响,研究路段的不同反应显而易见。
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Caracterización diacrónica de formas y cambios fluviales mediante análisis automatizado de ortofotografías y técnicas de machine learning
El análisis de la evolución temporal de formas y procesos fluviales mediante fotografía aérea presenta un alto grado de interpretación subjetiva y un elevado coste de tiempo, dificultando su implementación a grandes áreas de estudio. En la práctica ha supuesto que la cartografía geomorfológica no haya sido considerada suficientemente en la caracterización “hidromorfológica” requerida en la implementación de la Directiva Marco del Agua, lo que hace que los indicadores de estado ambiental aplicados sean principalmente biológicos y ecológicos. La elevada disponibilidad de imágenes remotas con periodos de revisita cada vez más cortos supone una oportunidad para impulsar nuevos avances y aplicaciones de la geomorfología fluvial en el análisis medioambiental y de uso de los indicadores morfo-sedimentarios en la evaluación medioambiental en el ámbito de las escalas de tiempo y espacio requeridos por la normativa europea. Estos indicadores físicos resultan particularmente esenciales para el desarrollo de la Directiva en los ríos efímeros mediterráneos. En este trabajo se ensayan nuevos métodos de análisis de ortofotografías para la identificación y mapeo de unidades fluviales y su análisis espacio-temporal. Estas ortografías de alta resolución (0.25m pixel) presentan además de las bandas RGB otra infrarroja. La clasificación de las formas fluviales se hizo mediante Support Vector Machine y, posteriormente, se realizaron varios análisis de transición entre los años de estudio. El estudio se ha centrado en tres tramos de un río efímero de gravas (Rambla de Cervera) en el periodo 2017-2020. Los resultados permiten caracterizar los cambios anuales en las formas indicadoras de actividad morfogenética y el grado de recuperación morfo-sedimentaria en respuesta a la dinámica del flujo. Se pone de manifiesto la diferente respuesta de los tramos estudiados condicionados por la geometría del corredor fluvial y la historia de impactos humanos (e.g. extracción de gravas).
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