Evaluación de las capacidades polarimétricas-interferométricas de SAOCOM-1 para el mapeo de altura en rodales forestales de Argentina
Fil: Seppi, Santiago Ariel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.
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| Published: |
2024
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| author | Seppi, Santiago Ariel |
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| collection | Repositorio Digital Universitario |
| description | Fil: Seppi, Santiago Ariel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina. |
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| institution | Universidad Nacional de Cordoba |
| language | spa |
| publishDate | 2024 |
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| spelling | rdu-unc.5546302024-12-19T06:42:14Z Evaluación de las capacidades polarimétricas-interferométricas de SAOCOM-1 para el mapeo de altura en rodales forestales de Argentina Seppi, Santiago Ariel López Martínez, Carlos https://orcid.org/0000-0002-9571-0931 Joseau, Marisa Jacqueline Altura en rodales forestales Polarimetría Interferométrica SAOCOM-1 Fil: Seppi, Santiago Ariel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina. Fil: Seppi, Santiago Ariel. Comisión Nacional de Actividades Espaciales. Instituto de Altos Estudios Espaciales Mario Gulich; Argentina. En sistemas forestales, la altura de los árboles, o la altura dominante de cada rodal o parcela productiva, es una variable de suma importancia para entender el estado de la masa forestal, para calcular su productividad, determinar si es necesaria una intervención e incluso para estimar la biomasa y el stock de carbono, entre varias aplicaciones. Tanto en el contexto de la industria maderera, como en el ámbito de los organismos de promoción y regulación de la actividad forestal, conocer la altura de los árboles y su distribución espacial resulta un parámetro clave para los inventarios que tradicionalmente se realizan in situ. Esta tesis busca contribuir al conocimiento existente sobre el uso de técnicas de Polarimetría Interferométrica o Pol-InSAR para la estimación de altura de bosques en zonas forestales a partir del uso de datos de la constelación argentina Satélite Argentino de Observación con Microondas (SAOCOM-1). Para esto se trabaja con una serie de imágenes de dicha misión adquiridas durante los años 2021 y 2022 sobre el nordeste de la provincia de Corrientes, Argentina, y se estima la altura para rodales de Pinus taeda L presentes en campos forestales para los cuales se cuenta con inventarios locales. La novedad de esta investigación se basa en la explotación de datos en banda L orbitales para desarrollar aplicaciones Pol-InSAR, con separaciones temporales de 8 y 16 días que pueden considerarse cortas respecto a lo anteriormente disponible para este tipo de sistemas. Como se demuestra a lo largo de la tesis, gran parte de los estudios y contribuciones en este área vienen de la mano de misiones aerotransportadas, cuya capacidad de escalar este tipo de soluciones a regiones más amplias es limitada. Por otro lado, se plantea también en este trabajo el uso de datos de la misión satelital LiDAR Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) como fuente alternativa de calibración para los resultados obtenidos con Pol-InSAR, y se evalúa su sinergia con los datos SAOCOM-1 para elaborar mapas de altura entrenando sobre sitios donde no hay datos de inventario forestal. Además de ello, con el uso combinado de ambos instrumentos se busca caracterizar espacialmente la decorrelación temporal, una variable de suma importancia para misiones que trabajarán con línea de base espacial cuasi-cero como NISAR y Rose-L. A partir de los resultados obtenidos, se concluye que es factible emplear datos de la constelación argentina para el mapeo de altura de árboles empleando técnicas Pol-InSAR logrando métricas de error más que aceptables, con valores de RMSE y R2 en torno a los 2,35 m. y 0,72 en sitios de validación. Estas cifras se logran gracias a la combinación de múltiples pares interferométricos, aprovechando la variabilidad de líneas de base espaciales que tiene SAOCOM. Asimismo, se destaca que con el uso combinado de SAOCOM y GEDI es posible pensar en soluciones operativas extrapolables a regiones forestales más amplias, y que se puede mapear no solo la altura, sino también la decorrelación temporal con un alto grado de concordancia con la edad y madurez de los rodales. Abstract: In the context of forest management canopy height is a very relevant parameter for understanding the forest structure, production potential, biomass content and carbon storage, among many examples. This is valid both for conservation and forest production purposes, since knowing how tall trees are and the spatial pattern of their height is important both for forest owners and government agencies or organizations in charge of monitoring forests at local and regional scales. This thesis seeks to contribute to the existing knowledge on Polarimetric SAR Interferometry, namely Pol-InSAR, techniques on forest height estimation, with a focus on L-band orbital data from the Argentinean constellation SAOCOM-1. The study is carried out by exploiting a temporal series of SAOCOM-1 images comprising the years 2021 and 2022, acquired over the northeast of Corrientes province in Argentina. Employing Pol-InSAR, canopy height is mapped from these images in Pinus taeda L forest fields, which is one of the main planted species in Argentina, and for which forest owners have provided with field data. This work presents, for the first time, canopy height maps of 8 and 16-day temporal baselines, L-band, orbital interferometric pairs. As shown in the manuscript, most of the research on L-band Pol-InSAR applications has been carried out with airborne data, whose ability to map canopy height at a larger scale and in a systematic way is limited. Furthermore, the synergy between SAOCOM-1 and LiDAR spaceborne mission GEDI is also assessed to get accurate height estimations in the absence of field data. Moreover, the combination of both instruments is exploited to get a pixel-wise characterization of the temporal decorrelation, a key parameter for future missions that will acquire with zero spatial baseline, such as NISAR and Rose-L. The obtained results confirm the feasibility of using data from the Argentinean constellation to map canopy height utilizing Pol-InSAR, with error metrics for validation sites that yielded RMSE and R2 values of around 2,35 m. y 0,72 respectively. This is achieved by exploiting the varied range of spatial baselines offered by SAOCOM, which allows the combination of multiple interferometric pairs and the selection of the optimum one using a supervised learning algorithm. In addition to this, the study highlights the combined use of GEDI and SAOCOM, which can allow the implementation of an operative solution and extrapolate the results to wider regions, and map not only canopy height but also temporal decorrelation at a pixel scale, showing a good agreement with forest stands age and maturity. Fil: Seppi, Santiago Ariel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina. Fil: Seppi, Santiago Ariel. Comisión Nacional de Actividades Espaciales. Instituto de Altos Estudios Espaciales Mario Gulich; Argentina. 2024-12-18T14:22:29Z 2024-12-18T14:22:29Z 2024-12-10 doctoralThesis http://hdl.handle.net/11086/554630 spa Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ |
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