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Timestamp: 2017-08-19 05:26:39+00:00

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LOS ÍNDICES DE VEGETACIÓN COMO INDICADORES DEL RIESGO DE INCENDIO CON IMÁGENES DEL SENSOR TERRA-MODIS (Vegetation indices as fire risk indicators using TERRA-MODIS images) - M. Bisquert - Autres
LOS ÍNDICES DE VEGETACIÓN COMO INDICADORES DEL RIESGO DE INCENDIO CON IMÁGENES DEL SENSOR TERRA-MODIS (Vegetation indices as fire risk indicators using TERRA-MODIS images)
De M. Bisquert
Los incendios forestales son una catástrofe para la naturaleza. En zonas como Galicia los incendios forestales son muy frecuentes y devastadores, por lo que son muy importantes las tareas de prevención y los modelos de predicción de riesgo de incendio.
Los índices de vegetación y de humedad se pueden utilizar para caracterizar el estado de la vegetación, sin embargo, cada tipo de vegetación responde mejor a un índice en particular. En este trabajo recurrimos a ocho índices diferentes, para analizar cuál es más apropiado en la región de Galicia. También se extiende el estudio a la región colindante de Asturias. Se ha empleado una serie de 6 años de imágenes de los productos MOD09 A1 y MOD13 Q1 del sensor MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), así como información de los incendios registrados durante el mismo periodo en base a una cuadrícula de 10×10 Km. El porcentaje de casos afectados con incendio se ajusta bastante bien a la variación que experimentan algunos de los índices estudiados, tanto para Galicia como para Asturias, siguiendo una distribución lineal. El Enhanced Vegetation Index (EVI) se muestra como el más favorable de todos ellos, con un error de estimación de probabilidad de que se produzca incendio variando entre el 11% para Galicia y el 18% para Asturias. En base a dicha probabilidad se establece una clasificación de las cuadrículas que permite identificar tres niveles diferentes de peligrosidad. Este trabajo supone un paso más en nuestra labor de contribuir a aumentar la eficiencia de los sistemas de prevención de incendios que se utilizan actualmente, mediante el uso de las técnicas de teledetección.
Forest fires are a catastrophe for nature. In areas such as Galicia, forest fires are frequent and devastating. For these reasons, prevention tasks and the development of fire risk models become very important.
Vegetation and moisture indices can be used to monitor the vegetation status
however the different indices do not work the same in different vegetation species. In this paper, we have selected eight different spectral indices in order to analyze which is the most appropriate in Galicia. This study is extended to the adjacent region of Asturias. Six years of images from the MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) products MOD09 A1 and MOD13 Q1, together with fire data in a 10x10 km grid basis were used. The percentage of fire events fits the variations suffered by some of the spectral indices, following a linear distribution in both, Galicia and Asturias. The Enhanced Vegetation Index (EVI) seems to be the most appropriate, with an estimation error of the fire probability ranging between 11% in Galicia and 18% in Asturias. Based on these results we establish a three level risk classification. This work is a step forward in the labour of contributing to improve the efficiency of the fire prevention systems currently in use, by the application of remote sensing techniques.
Source : Revista de Teledetección 1988-8740 (2010) Num. 33
Revista de Teledetección. ISSN: 1988-8740. 2010. 33: 80-91
Los índices de vegetación como indicadores del
riesgo de incendio con imágenes del sensor
Vegetation indices as fire risk indicators using
TERRA-MODIS images
1 2 1 3 4M. Bisquert , J. M. Sánchez , V. Caselles , M. I. Paz Andrade y J. L. Legido
Maria.Mar.Bisquert@uv.es
1 Dpto. Física de la Tierra y Termodinámica, Universitat de València, Burjassot, 46100
2 Dpto. Física Aplicada, Universidad de Castilla-La Mancha, Albacete, 02071
3 Dpto. Física Aplicada, Universidad de Santiago de Compostela, Santiago de Compostela, 15782
4 Dpto. Física Aplicada, Universidad de Vigo, Vigo, 36200
Recibido el 31 de julio de 2009, aceptado el 10 de diciembre de 2009
Forest fires are a catastrophe for nature. In areasLos incendios forestales son una catástrofe para
such as Galicia, forest fires are frequent and de-la naturaleza. En zonas como Galicia los
incenvastating. For these reasons, prevention tasksdios forestales son muy frecuentes y
devastadores, por lo que son muy importantes las tareas de and the development of fire risk models become
prevención y los modelos de predicción de very important.
riesgo de incendio. Vegetation and moisture indices can be used to
Los índices de vegetación y de humedad se monitor the vegetation status; however the
diffepueden utilizar para caracterizar el estado de la rent indices do not work the same in different
vevegetación, sin embargo, cada tipo de vegetación getation species. In this paper, we have selected
responde mejor a un índice en particular. En este eight different spectral indices in order to analyze
trabajo recurrimos a ocho índices diferentes, which is the most appropriate in Galicia. This
para analizar cuál es más apropiado en la región study is extended to the adjacent region of
Astude Galicia. También se extiende el estudio a la rias. Six years of images from the MODIS
(Moregión colindante de Asturias. Se ha empleado derate Resolution Imaging Spectroradiometer)
una serie de 6 años de imágenes de los produc- products MOD09 A1 and MOD13 Q1, together
tos MOD09 A1 y MOD13 Q1 del sensor with fire data in a 10x10 km grid basis were used.
MODIS (Moderate Resolution Imaging Spec- The percentage of fire events fits the variations
troradiometer), así como información de los in- suffered by some of the spectral indices,
follocendios registrados durante el mismo periodo en wing a linear distribution in both, Galicia and
Asbase a una cuadrícula de 10×10 Km. El porcen- turias. The Enhanced Vegetation Index (EVI)
taje de casos afectados con incendio se ajusta seems to be the most appropriate, with an
estibastante bien a la variación que experimentan al- mation error of the fire probability ranging
betgunos de los índices estudiados, tanto para Ga- ween 11% in Galicia and 18% in Asturias. Based
licia como para Asturias, siguiendo una on these results we establish a three level risk
distribución lineal. El Enhanced Vegetation classification. This work is a step forward in the
Index (EVI) se muestra como el más favorable labour of contributing to improve the efficiency
de todos ellos, con un error de estimación of the fire prevention systems currently in use,
de probabilidad de que se produzca incendio by the application of remote sensing techniques.
Revista de Teledetección. ISSN: 1988-8740. 2010. 33: 80-9180Los índices de vegetación como indicadores del riesgo de incendio con imágenes del sensor TERRA-MODIS
variando entre el 11% para Galicia y el 18% para
Asturias. En base a dicha probabilidad se
establece una clasificación de las cuadrículas que
permite identificar tres niveles diferentes de
peligrosidad. Este trabajo supone un paso más en
nuestra labor de contribuir a aumentar la
eficiencia de los sistemas de prevención de incendios
que se utilizan actualmente, mediante el uso de
las técnicas de teledetección.
PALABRAS CLAVE: índices de vegetación, KEYWORDS: vegetation indices,
MODIS/Terra, riesgo de incendio, Galicia, Asturias. MODIS/Terra, fire risk, Galicia, Asturias.
Aguado et al., 2007). Sin embargo en ocasiones esINTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
necesaria la recogida de información sobre el
propio terreno, resultando muy costoso en términos eco-Los incendios forestales son un fenómeno
altanómicos, de tiempo y de recursos humanos. El usomente destructivo para la naturaleza. Los efectos de
de la teledetección facilita en gran medida estas ta-los incendios no se limitan únicamente a la
vegetareas, por lo que se ha aplicado ya en muchos estu-ción, afectan también, y de manera muy importante,
dios para obtener parámetros que se incluyen ena los suelos, provocando su degradación y erosión
modelos de peligro de incendio (Sebastián-López et(Martín et al., 2009), a la diversidad de las especies
al., 2002; Chuvieco et al., 2004; Maki et al., 2004;(Lozano et al., 2007) e incluso a vidas humanas.
Lozano et al., 2008).Además son una importante fuente de emisión de
En diversos estudios se ha demostrado la existen-CO2 así como de otros gases de efecto invernadero
cia de una relación entre los incendios y el estado de(Palacios-Orueta et al., 2005).
la vegetación (Schneider et al., 2008; Lozano et al.,En España, de acuerdo con las estadísticas del
Mi2007 y 2008), en concreto el estado hídrico de la ve-nisterio de Medio Ambiente, entre los años
1996getación es un factor decisivo en la generación y2005 se produjeron una media anual de 20.887
propagación de los incendios (Maki et al., 2004). Elincendios, de los cuales, aproximadamente el 60%
1 parámetro más usado para la caracterización de lafueron intencionados . En este período, la superficie
humedad de las plantas es el FMC (Fuel Moistureforestal media quemada cada año alcanza las
Content), sin embargo, la medida de este parámetro123.459 ha. En concreto la Comunidad de Galicia
requiere de muestreos en superficie, por lo que sues una zona especialmente afectada por los
incenaplicación directa a la predicción de incendios se vedios forestales, en ella tienen lugar entorno al 50%
muy limitada. La teledetección se muestra comode los incendios de España, mientras que en una
reuna buena alternativa a las medidas de campo. Lagión tan próxima como Asturias ocurren sólo el 8%.
vegetación presenta una curva espectral caracterís-En cuanto a la superficie forestal afectada, en
Galitica cuando está sana, sin embargo esta curva cam-cia supone el 25% de toda la superficie forestal
quebia con diferentes factores, como pueden ser lamada en España, y en Asturias el 9%.
humedad, el contenido de clorofila, la estructura deLa prevención de los incendios forestales se está
la planta, etc. En la zona del infrarrojo medio se en-convirtiendo en un punto fundamental en la lucha
cuentran las bandas de absorción de agua donde soncontra el fuego. Existen distintos modelos que
promás apreciables las variaciones en la humedad de lasporcionan índices de riesgo de incendio basándose
plantas, en concreto la reflectividad en estas bandasen la combinación de distintas variables como
pueaumenta al disminuir el FMC. Sin embargo una dis-den ser datos meteorológicos, historial de incendios
minución del contenido en agua afecta a la cantidaden la zona, proximidad a carreteras y/o pueblos, etc.,
de clorofila en la planta y a la estructura interna de(Castro et al., 2003; Alonso-Betanzos et al., 2003;
las hojas y en consecuencia a la actividad
fotosintética y a la respuesta espectral de la vegetación dando1
http://www.mma.es/portal/secciones/biodiversidad/defensa_inlugar a una disminución de las reflectividades en elcendios/estadisticas_incendios/index.htm
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visible y en el infrarrojo cercano. Estas diferencias tener un índice de riesgo de incendio centrado en la
en las curvas espectrales de la vegetación sana y la comunidad de Galicia. Se eligió finalmente el EVI
vegetación con alguna deficiencia se pueden carac- por representar mejor los cambios en el estado de la
terizar mediante la medida de su reflectividad desde vegetación y porque el NDVI se satura en zonas con
satélite. Se han llevado a cabo numerosos estudios mucha vegetación, como es el caso de Galicia. En
en los que se ha relacionado el FMC con los datos de el presente trabajo se realiza un estudio más
exsatélite (Dennison et al., 2005; Stow et al., 2005), haustivo, comparando diferentes índices espectrales,
en especial con índices que incluyen bandas del in- rescatados de la bibliografía, como indicadores del
frarrojo medio. Algunos estudios han ido más allá, riesgo de incendio en la propia comunidad de
Galidemostrando que los índices de vegetación se pue- cia, y se extiende el estudio a la comunidad vecina
den utilizar directamente para caracterizar el estado de Asturias.
hídrico de la vegetación (Yebra et al., 2008; Cheng
et al., 2006). En algunos trabajos ya se ha visto que ÁREA DE ESTUDIO Y DATOS
UTILIlos índices de vegetación, en ocasiones, son útiles ZADOS
para obtener índices de riesgo de incendio (Chuvieco
et al., 2004; Maselli et al., 2003). Sin embargo en 2Galicia ocupa una superficie de 29.575 km y
Ascada estudio se llega a conclusiones diferentes en 2turias 10.604 km . Cerca del 70% de la superficie de
cuanto al índice de vegetación que se debe utilizar ambas regiones es forestal según el Segundo
Invenpara obtener el riesgo de incendio. tario Forestal Nacional. En Galicia predominan los
El motivo es que la respuesta espectral de la vege- bosques de coníferas (especialmente de pino
resitación, según el contenido de humedad, puede va- nero), pero hay también una población muy
imporriar en función de la especie. Por lo tanto hay que tante de especies frondosas como son el roble, el
encontrar, en cada caso, el índice que mejor repro- eucalipto blanco y el castaño común. En Asturias
duce los cambios en el estado de la vegetación, y son más abundantes los bosques de especies
fronque, por consiguiente, mejor representa la relación dosas, principalmente formados por castaño común,
entre el estado de la vegetación y los incendios en la hayas y robles, aunque se encuentran también
pozona de estudio. En el trabajo de Yebra et al. (2008), blaciones considerables de coníferas (pino resinero,
se llevó a cabo un estudio con el fin de encontrar el pino rojo y pino de California). En ambas
comunimejor índice para caracterizar el FMC en una zona dades existen además grandes superficies de
pastide pastizal y otra de arbustos, encontrando que los zales. El clima de estas regiones es lluvioso debido
índices basados en el rojo/infrarrojo cercano (EVI: a los vientos dominantes del oeste que traen masas
Enhanced Vegetation Index, NDVI: Normalized Dif- de aire húmedas, y las temperaturas son suaves.
ference Vegetation Index, SAVI: Soil Adjusted Ve- Los organismos que luchan contra los incendios
fogetation Index) proporcionan mejores resultados en restales, trabajan sobre una cuadrícula que divide
Esla zona de pastizal, mientras que los basados en el in- paña en casillas de 10x10 km de extensión, en base
frarrojo cercano e infrarrojo de medio (NDII: Nor- a la proyección UTM (Universal Transverse
Mercamalized Difference Infrared Index, GVMI: Global tor). Las series históricas de incendios forestales en
Vegetation Moisture Index, NDWI: Normalized Dif- España están basadas en esta cuadrícula. Por esta
ference Water Index) funcionan mejor en arbustos. razón caracterizamos el estado de la vegetación con
Cheng et al. (2006) compararon diversos índices es- la misma resolución espacial.
pectrales en una zona de cultivo y arbustos y otra de En trabajos anteriores nos centramos en el estudio
bosque de coníferas, observaron los mejores resul- de la vegetación utilizando el producto MOD13 Q1
tados con el EVI en la primera zona y con el NDWI de MODIS, el cual proporciona datos de EVI y
en la segunda. NDVI con una resolución espacial de 250 m y
temEl trabajo que aquí presentamos tiene como obje- poral de 16 días. En dichos trabajos se vio que la
tivo estimar el estado del combustible vegetal a tra- probabilidad de incendio se podía relacionar con la
vés de técnicas de teledetección con el fin de obtener variación temporal del EVI. En esta ocasión hemos
un parámetro más a incluir en el sistema de predic- decidido ampliar el estudio y, además de utilizar el
ción de riesgo de incendios en las regiones de Gali- producto MOD13 Q1, hemos utilizado el producto
cia y Asturias. En un primer trabajo (Sánchez et al., MOD09 A1 de MODIS, que proporciona
reflectivi2008) se compararon el NDVI y el EVI como indi- dades en 7 bandas diferentes con una resolución
escadores del estado de la vegetación con el fin de
obRevista de Teledetección. ISSN: 1988-8740. 2010. 33: 80-9182Los índices de vegetación como indicadores del riesgo de incendio con imágenes del sensor TERRA-MODIS
pacial de 500 m y temporal de 8 días, con el fin de tudio y finalmente se define una escala de niveles de
obtener y comparar otros índices espectrales. Se ob- riesgo de incendio.
tuvieron las imágenes de ambos productos para el
periodo 2001-2006 (https://lpdaac.usgs.gov/con- Período de estudio
tent/view/sitemap/2). Para ese mismo periodo, la
Universidad de Santiago de Compostela nos facilitó En la figura 1 se muestra el histograma del valor
los datos de incendios de Galicia y Asturias, con la medio de número de incendios para el periodo de
esexcepción del año 2006 en Asturias. tudio. Observamos que la mayoría de los incendios
se concentran entre el mes de febrero y la primera
quincena de octubre en Galicia mientras que en As-MÉTODOS
turias la segunda quincena de octubre también es
importante, por lo que restringimos el estudio a estosEl estudio llevado a cabo consiste en una
compaperiodos. Además se aprecia una diferencia enración de ocho índices espectrales diferentes como
cuanto a los picos de verano e invierno. Para Astu-indicadores del riesgo de incendio. La respuesta
esrias el pico centrado en marzo es más importante quepectral de los distintos índices es diferente frente a
el de verano, mientras que en Galicia sucede todo lolos cambios experimentados por la vegetación.
contrario. El número de incendios es muy superiorEn primer lugar se selecciona el periodo de estudio,
en Galicia, esto hace prever dificultades a la hora dea continuación se lleva a cabo el procesado de las
encontrar relaciones en Asturias, por la escasa esta-imágenes MODIS, seguidamente se obtienen los
disdística que se plantea. Por todo esto, el estudio se re-tintos índices espectrales y se buscan relaciones
emaliza por separado en cada comunidad.píricas entre las variaciones de los índices y la
frecuencia de incendios en las distintas zonas de
esFigura 1. Número medio de incendios, acumulados en periodos de 16 días, de los años 2001 a 2006 en las regiones de
Galicia, y de los años 2001 a 2005 en Asturias
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Procesado de las imágenes MODIS dedor de los que sí disponemos de información. A
continuación se hace la composición de dos
imágeLas imágenes del producto MOD09 A1, son imá- nes consecutivas, para obtener una imagen cada 16
genes resultado de una composición de 8 días con días, tomando la media de las dos imágenes para
una resolución espacial de 500 m frente a los 16 días cada píxel si se tiene información de ambos píxeles
y 250 m del MOD13 Q1. El tener una imagen com- o, en el caso de que uno de los píxeles esté
enmasposición de varios días permite obtener una mayor carado se asigna el valor del píxel de la otra imagen.
cobertura espacial delimitando el efecto de las Pese a que el producto MOD09 A1 proporciona
nubes. Aún así siguen apareciendo píxeles cuya in- datos con resolución temporal de 8 días se decidió
formación no es fiable debido a la presencia de seguir trabajando con 16 días porque una
disminunubes, a algún error del sensor, etc. Por todo ello, en ción del índice de vegetación durante un periodo
primer lugar realizamos un filtrado basándonos en prolongado es más significativa de cara a la
predicla información contenida en la banda de calidad, in- ción de incendios. Además, debido al clima de la
cluida en el mismo producto, quedándonos sola- zona, en el producto MOD09 A1 hay muchos
promente con los píxeles que no presentan nubes, blemas de nubes. Al hacer esta composición se gana
sombras o nieve. Por otra parte, se crea una más- información de algunos píxeles de los que podría no
cara de cuerpos de agua (océanos, ríos y lagos) y haber información en alguna de las dos imágenes.
grandes ciudades, obtenida a partir de información Finalmente superponemos la cuadrícula de 10x10
del Corine Land Cover 2000. Estos píxeles queda- km con la que trabajan los organismos y
autoridarán fuera del estudio, ya que sabemos que no son pí- des encargados de la lucha contra incendios, y
calxeles de vegetación. culamos el valor medio de todos los píxeles con
Además se ha necesitado un tratamiento especial información contenidos en cada una de las celdas,
para algunas de las imágenes del producto MOD09, siempre y cuando en la casilla haya al menos un 10%
en concreto para la banda 5, debido a la presencia de tierra y tengamos información de al menos el
de ruido. La banda 5 de MODIS es una banda de 80% de los píxeles de tierra de la celda. Al trabajar
absorción de agua, con lo cual es importante para ca- con una resolución de 10x10 km se pierde detalle en
racterizar el estado hídrico de la vegetación y se uti- la información pero es necesario hacerlo así para
liza en uno de los índices más comunes para la poder relacionar la información de la vegetación con
estimación de la humedad de las plantas, el NDWI, el número de incendios.
por todo ello debe tratarse el problema del ruido ob- Las imágenes del producto MOD13 Q1 se
proporservado y no descartar dicha banda. Este ruido es cionan con una resolución temporal de 16 días y no
fácilmente visible debido a que presenta valores con- presentan ruido por lo que únicamente necesitan de
siderablemente superiores a los valores de los píxe- los procesos de filtrado, rellenado y obtención del
les vecinos. Se presenta en forma de líneas valor medio de las cuadrículas.
diagonales de un píxel de grosor, con lo cual para
eliminarlo es suficiente crear una matriz de 3x3 pí- Obtención de los índices espectrales
xeles que recorra toda la imagen y calcule la
diferencia entre el valor de cada píxel y la media de los Los índices espectrales elegidos para el estudio se
píxeles de alrededor. Si esta diferencia es superior a presentan en la tabla 1. Esta recopilación está
baun umbral preestablecido, el píxel central se consi- sada en los diferentes estudios que existen en la
bidera píxel con ruido. Con los píxeles que presentan bliografía (Maki et al., 2004; Stow et al., 2005;
ruido creamos otra máscara que aplicamos a la ima- Dennison et al., 2005; Verbesselt et al., 2006; Cheng
gen original. Una vez aplicadas estas máscaras, lle- et al., 2006; Yebra et al., 2008) en los que se usan
vamos a cabo un proceso de rellenado con el estos índices para caracterizar el estado hídrico de
objetivo de asignar valor a aquellos píxeles o pe- la vegetación o para obtener un índice de riesgo de
queños grupos de píxeles que han sido enmascara- incendio. Se trata de diferentes combinaciones de
dos por considerarse no fiables o con ruido, dejando las bandas del visible y/o infrarrojo del sensor
fuera del estudio los píxeles de agua o de zonas ur- MODIS, en concreto las bandas que se utilizan son:
banas. El proceso de rellenado consiste en aplicar banda 1 (620-670nm), banda 2 (841-876nm), banda
una matriz de 5x5 píxeles a aquellos píxeles catalo- 3 (459-479nm), banda 4 (545-565nm), banda 5
gados como erróneos o sin datos y que asigna al (1230-1250nm) y banda 6 (1628-1652nm).
píxel central el valor medio de los píxeles de alre- La mayoría de estudios se aplican a zonas de
pasRevista de Teledetección. ISSN: 1988-8740. 2010. 33: 80-9184Los índices de vegetación como indicadores del riesgo de incendio con imágenes del sensor TERRA-MODIS
Relación entre la frecuencia de incendios y las va-tizal y arbustos, obteniendo que, en las zonas de
arbustos, los índices del infrarrojo cercano y medio riaciones de los índices espectrales
(NDII, GVMI, NDWI) representan mejor el estado
hídrico de la vegetación (Yebra et al., 2008; Denni- La variación de los índices entre dos fechas indica
son et al., 2005). Sin embargo, en Maki et al. (2004) el aumento o disminución del verdor de la
vegetaen una zona de coníferas, se llega a la conclusión de ción, lo cual está relacionado con el estado hídrico
que para conocer la humedad se puede utilizar el de las plantas. Basándonos en la idea de que el
NDWI, pero para obtener el riesgo de incendio, se riesgo de incendio es mayor en zonas y épocas de
necesita, además, conocer la cantidad de vegetación, sequía, enfrentamos las variaciones de los índices
para ello utilizan el NDVI. Sin embargo en nuestras entre dos periodos de 16 días y la frecuencia de
inzonas de estudio hay zonas con vegetación muy cendios en el periodo posterior.
densa donde algunos índices, como el NDVI, se sa- El proceso es el mismo para todos los índices. En
turan y no representan bien los cambios de la vege- primer lugar, restamos dos imágenes consecutivas.
tación. Además, el NDVI se ve afectado por las A continuación, agrupamos las casillas en
intervacontribuciones del suelo y de la atmósfera. Para evi- los de 0,01 en términos de variación del índice y
tar las contribuciones del suelo se definió el SAVI, el contamos las casillas en las que se ha registrado
cual es una modificación del NDVI que incluye un algún incendio en cada intervalo. Para que las
vaparámetro relacionado con la cantidad de vegeta- riaciones sufridas por los índices sean realistas, es
ción. Los índices GEMI y VARI se diseñaron para decir, que no sean consecuencia de algún incendio,
eliminar las perturbaciones atmosféricas, y el EVI filtramos la base de datos, eliminando del estudio las
tiene en cuenta los dos efectos, contribución del casillas en las que se haya registrado algún incendio
suelo y perturbaciones atmosféricas. durante las dos semanas anteriores al periodo de
estudio, ya que al haber un incendio se produciría una
Normalized Difference Vegetation Rouse et al., 1974
Soil Adjusted Vegetation Index L=0,25 Huete, 1988
Normalized Difference Infrared Index Hunt and Rock, 1989
Global Environmental Monitoring Pinty and Verstraete, 1992
Normalized Difference Water Index Gao, 1996
Visible Atmospheric Resistant Index Gitelson et al., 2002
Enhanced Vegetation Index Huete et al., 2002
Global Vegetation Moisture Index Ceccato et al., 2002
Tabla 1. Índices espectrales para la estimación del estado de la vegetación a partir de MODIS
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disminución importante del índice de vegetación. Al mente por el producto MOD13. En el ajuste del
dividir el número de casillas con incendios entre el resto de los índices no se aprecia ninguna relación
número de casillas total en cada intervalo obtenemos con los incendios, por lo que nos centraremos en los
el porcentaje o la frecuencia de casillas con incendio tres índices para los que sí se aprecia una relación
para cada caso. Al representar gráficamente la pro- clara. De acuerdo con el trabajo de Maki et al.
babilidad de incendio (frecuencia de casillas con in- (2004) hemos comprobado que los índices
relaciocendio) frente a la variación sufrida por el índice se nados con la humedad no presentan una relación
puede determinar si existe alguna relación entre clara con la probabilidad de incendio. Cabría pensar
estos dos parámetros. que el problema del ruido en la banda 5 podría estar
Utilizamos el 50% de la serie temporal para obte- relacionado con los malos resultados obtenidos al
ner la relación y el otro 50% para validación. La se- utilizar el NDWI, sin embargo no consideramos que
lección de los dos grupos de datos se hace mediante sea así ya que se ha comprobado el proceso de
reuna función aleatoria. llenado aplicándolo a píxeles sin nubes y se obtiene
que las diferencias entre el valor original del píxel y
Definición de una escala de riesgo de incendio el valor asignado por el proceso de rellenado son
inferiores a 0,1 en más del 90% de los casos, teniendo
En los sistemas operativos de predicción de riesgo en cuenta que se trabaja con un valor promedio de
de incendios trabajan con escalas graduadas en base una casilla con alrededor de 400 píxeles, no se
cona una clasificación previa, por lo tanto a partir de los sidera un efecto importante. Además se ha visto que
resultados obtenidos definiremos unos niveles de ninguno de los índices que incluyen bandas de
abriesgo en función de la variación de los índices. Una sorción de agua son buenos indicadores del riesgo
clasificación adecuada de niveles de riesgo es la que de incendio en Galicia. En cuanto a los índices de
proponemos a continuación, basada en las escalas vegetación, en zonas como Galicia y Asturias donde
graduadas de los sistemas operativos de predicción predominan los bosques de árboles altos, podemos
de riesgo de incendio. Dicha clasificación se toma pensar que serán más importantes las
perturbaciodel trabajo de Sánchez et al. (2008) donde se obtuvo nes atmosféricas que la contribución del suelo, de
empíricamente de forma que la probabilidad de in- hecho hemos comprobado que los índices que mejor
cendio en los distintos niveles no se solapara y que caracterizan el estado de la vegetación son el GEMI
el porcentaje de casos en los tres niveles fuera sig- y el EVI. Según este razonamiento, cabría esperar
nificativo. que el VARI ofreciera resultados similares al GEMI
Riesgo alto: Δ índice < -0,03 y al EVI, sin embargo, este índice se definió en una
Riesgo medio: -0,03 < Δ índice < 0,03 zona de trigo, muy diferente a la vegetación de
GaRiesgo bajo: Δ índice > 0,03 licia y Asturias, por lo tanto no es de extrañar que
no caracterice bien el estado de la vegetación en
nuestras zonas de estudio. Por otra parte hay queRESULTADOS Y DISCUSIÓN
tener en cuenta que la metodología propuesta se basa
en la variación que sufren los índices, mientras queUna vez realizado el análisis para las regiones de
en la bibliografía se suele utilizar el índice directa-Galicia y Asturias, se encuentra que existe una
relamente, esto puede dar lugar a conclusiones diferen-ción lineal entre la variación experimentada por tres
tes. En la figura 2 representamos el porcentaje dede los índices utilizados y la frecuencia de los
incasillas afectadas por incendio en función de la va-cendios, en concreto se observa una tendencia
creriación de cada índice en las regiones de Galicia yciente de la frecuencia de incendios al disminuir el
Asturias. La distribución de los puntos se ajusta bas-valor del índice de vegetación. Una disminución de
tante bien a una línea recta. Mediante un ajuste porlos índices es un indicador de la salud de la planta,
mínimos cuadrados se obtienen coeficientes de re-cuando la planta no dispone de agua o nutrientes
sugresión que varían entre 0,63 y 0,83 en Galicia yficientes se vuelve amarillenta y el índice de
vegeentre 0,62 y 0,72 en Asturias. En la tabla 2 se mues-tación disminuye, es entonces cuando la vegetación
tra un resumen de las variables del ajuste para estoses más vulnerable a los incendios. Los tres índices
índices, cabe destacar que tanto para Galicia comocuya variación presenta una relación lineal con la
para Asturias el ajuste con mejor coeficiente de co-frecuencia de incendios son el EVI, el GEMI y el
rrelación se obtiene cuando se utiliza el EVI del pro-SAVI calculados a partir de las reflectividades del
ducto MOD13.producto MOD09 y el EVI proporcionado
directaRevista de Teledetección. ISSN: 1988-8740. 2010. 33: 80-9186Los índices de vegetación como indicadores del riesgo de incendio con imágenes del sensor TERRA-MODIS
Figura 2. Ajuste lineal entre el porcentaje de casillas con incendio en Galicia y Asturias y la variación que sufre el índice
en las dos semanas anteriores para el 50% de los datos y los índices: a)EVI (MOD13), b)EVI(MOD09), c)GEMI, d)SAVI
2Región Índice ab r σn
GALICIA GEMI -0,86±0,14 0,286±0,010 0,63 0,05 8,774
EVI -1,06±0,15 0,292±0,010 0,7 0,05 8,761
SAVI -1,09±0,15 0,294±0,008 0,76 0,04 8,645
EVI (MOD13) -1,37±0,13 0,319±0,009 0,83 0,04 7,527
ASTURIAS GEMI -0,87±0,14 0,172±0,008 0,68 0,04 3,442
EVI -0,95±0,17 0,180±0,011 0,63 0,05 3,450
SAVI -1,0±0,2 0,167±0,011 0,62 0,05 3,447
EVI (MOD13) -0,98±0,13 0,187±0,009 0,72 0,05 2,895
Tabla 2. Resultados de la regresión lineal entre el porcentaje de casillas con incendio y la variación del índice espectral
2(a: pendiente, b: ordenada en el origen, r : coeficiente de regresión, σ: desviación estándar, n: número de sucesos
Revista de Teledetección. ISSN: 1988-8740. 2010. 33: 80-91 87M. Bisquert et al.
Para la validación se aplican las ecuaciones obte- proporcionado por el producto MOD13 nos ofrece
nidas para cada índice a las variaciones del mismo mejores resultados tanto en Galicia como en
Astuen los datos que se habían reservado para validar, y rias. Por tanto, utilizando este índice se puede
estise compara el resultado obtenido con los datos de mar la probabilidad de que se produzca algún
los incendios registrados durante esos años. En la incendio en una casilla con un error en torno al 10%
tabla 3 se presentan los resultados de este ajuste, así en Galicia e inferior al 20% en Asturias.
como un análisis estadístico del mismo (Willmott, Al aplicar la clasificación de los niveles de riesgo
1982). Al igual que se observaba en la tabla 2, los se tiene que aproximadamente el 50% de las casillas
mejores coeficientes de correlación se obtienen están catalogadas con riesgo medio, en torno al 20%
cuando se utiliza el EVI proporcionado por el pro- con riesgo alto y un 30% con riesgo bajo. Además
ducto MOD13, además utilizando este índice se ob- se comprueba (figura 3 y tabla 4) que la mayor
fretienen errores sistemáticos y relativos menores. En cuencia de incendios se da en las casillas
catalogabase a este análisis podemos concluir que el EVI das con nivel alto mientras que en el nivel bajo se
obtiene la menor probabilidad.
2 1 2 3 4 5 6Región Índice Ab R Bias RMSE RMSES RMSEU MAD MADP
GALICIA GEMI 0,75±0,1,3 0,08±0,04 0,59 0,011 0,04 0,02 0,04 0,03 11%
EVI 0,80±0,16 0,05±0,05 0,56 -0,003 0,05 0,014 0,04 0,03 12%
SAVI 0,69±0,16 0,10±0,04 0,52 0,01 0,05 0,03 0,04 0,03 13%
EVI (MOD13) 1,02±0,10 -0,01±0,03 0,83 0,0002 0,04 0,004 0,04 0,03 11%
ASTURIAS GEMI 0,5±0,3 0,08±0,04 0,19 -0,002 0,05 0,02 0,05 0,04 23%
EVI 0,79±0,19 0,05±0,03 0,47 0,017 0,05 0,02 0,04 0,04 23%
SAVI 0,57±0,15 0,06±0,03 0,48 -0,013 0,05 0,03 0,04 0,04 23%
EVI (MOD13) 0,82±0,13 0,03±0,03 0,62 0,002 0,05 0,012 0,04 0,03 18%
1 Sesgo:
2 Error cuadrático medio:
3 Error cuadrático medio sistemático:
4 Error cuadrático medio no sistemático:
5 Diferencia absoluta media:
6 Diferencia absoluta media en porcentaje:
donde P y O son los valores estimados y observados, respectivamente, y P ´=aO +bi i i i
Tabla 3. Análisis estadístico del ajuste entre los valores de porcentaje de casillas con incendio estimados y los datos
reservados para validación para tres índices diferentes en Galicia y Asturias
Revista de Teledetección. ISSN: 1988-8740. 2010. 33: 80-9188Los índices de vegetación como indicadores del riesgo de incendio con imágenes del sensor TERRA-MODIS
Figura 3. Probabilidad de incendio para cada nivel de riesgo utilizando el índice EVI proporcionado por el producto
MOD13 para: a) Galicia; b) Asturias
EVI (MOD13) EVI (MOD13)
Alto 39±5 22±4
Medio 31,3±1.1 18±2
Bajo 26±4 13±6
Tabla 4. Probabilidad de incendio en cada nivel de riesgo
De acuerdo con esta clasificación se obtienen errores relativos en torno al 10% en Galicia e
infemapas cada 16 días con el nivel de riesgo de cada riores al 20% en Asturias. A partir de estos índices
casilla. En la figura 4 presentamos un ejemplo de definimos tres niveles de riesgo de incendio (bajo,
cada región. Se puede observar como la mayoría de medio, alto) que nos permitirán catalogar la mayor o
incendios ocurren en casillas catalogadas con riesgo menor probabilidad de que se produzcan incendios
alto y medio, mientras que en las casillas de riesgo en cada una de las cuadrículas en las que se dividen
bajo hay muy pocos incendios. las regiones de Galicia y Asturias para las gestiones
de prevención y extinción de incendios.
En Galicia y Asturias se encuentran tres índices de
vegetación cuya variación temporal se ajusta bien a Este trabajo se ha financiado por el Ministerio de
la probabilidad de que se produzca incendio: el EVI, Ciencia e Innovación (Proyectos
CGL2007el GEMI y el SAVI. Se compararon ocho índices di- 64666/CLI, CGL2008-03668/CLI, y contrato Juan
ferentes, sin embargo solo estos tres presentan una de la Cierva de J. M. Sánchez) y la Generalitat
Varelación clara entre su variación y la frecuencia de lenciana (Proyecto PROMETEO/2009/086).
Tamincendios. A partir de la validación del modelo ob- bién expresamos nuestro agradecimiento a J.M.
tenido para cada uno de los índices encontramos que Galve por la ayuda prestada.
el EVI es el que mejores resultados proporciona con
Revista de Teledetección. ISSN: 1988-8740. 2010. 33: 80-91 89

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