Monitoreo de la Laguna de Upisccocha, identificación del peligro por retroceso glacial con referencia al estudio del Instituto Nacional de Investigación en Glaciares y Ecosistemas de Montaña, para la Gestión de Riesgos de Desastres - Instituto Geográfico Nacional - Diplomado de Geomática aplicado a la Gestión de Riesgos de Desastres. Alumno: Wilmer Alberto Tuñoque Zela

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MODULO IX: PROCESAMIENTO DIGITAL DE IMÁGENES
SATELITALES PARA LA DETECCIÓN DE CAMBIOS
ESPACIO – TEMPORAL EN APOYO A LA GESTIÓN
PROSPECTIVA DEL RIESGO DE DESASTRES
PRESENTADO POR:
Wilmer Alberto Tuñoque Zela
DOCENTE:
Mg. José R. Chire Chira

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PRESENTACIÓN
El siguiente informe práctico fue elaborado con respecto al Informe Técnico de
Inspección N°A04 “Laguna Uspicocha” – Cordillera Vilcanota presentado por el
Instituto Nacional de Investigación en Glaciares y Ecosistemas de Montaña –
INAIGEM.
El cambio climático se está acelerando por causas antrópicas y ello repercute
desarrollando múltiples riesgos en el entorno y convivencia del hombre, por ello
en este caso se pondrá énfasis en el retroceso glacial y consecuencias.
Se precisa que, por el retroceso glaciar producto del cambio climático ha
aumentado el volumen de la laguna Uspiccocha percibido en estos cuatro últimos
años, por ello representa un peligro inminente debido a su incremento acelerado.
Con el fin de aplicar los fundamentos básicos de teledetección, se pretende
aplicar análisis multitemporal en la zona de estudio, evaluando índices para
determinar el retroceso glaciar o deglaciación y el aumento del volumen de agua
(espejo de agua), por ello se recurrió a las imágenes ópticas del Sentinel-2 por
su mayor resolución espacial de libre acceso, como también las imágenes de
radar Sentinel-1.

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1. INTRODUCCIÓN 5
2. IMÁGENES EMPLEADAS 6
2.1. SENTINEL-1 6
2.2. SENTINEL-2 6
3. METODOLOGÍA 8
3.1. FLUJOGRAMA DE LA IMAGEN SENTINEL-1 8
3.2. FLUJOGRAMA DE LA IMAGEN SENTINEL-2 9
4. ANÁLISIS 10
4.1. IMÁGENES DE RADAR 10
4.1.1. PROCESO 10
4.1.2. ANÁLISIS MULTITEMPORAL NOVIEMBRE 2019 A NOVIEMBRE 2020 15
4.2. IMÁGENES ÓPTICAS 15
4.2.1. PROCESO 15
4.2.2. EXPORTAR IMÁGENES 30
4.2.3. ANÁLISIS MULTITEMPORAL 2016 – 2020 31
5. CONCLUSIONES 39
6. BIBLIOGRAFÍA 40

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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Imagen de la laguna Upisccocha, Cusco (Cortesía de Google Earth)___________________ 5
Ilustración 2. Método de obtención de imágenes radar Sentinel-1. (Fuente: ESA - Copernicus) ________ 6
Ilustración 3. Satélite de la Sentinel-2. (Fuente: ESA - Copernicus) _______________________________ 7
Ilustración 4. Diagrama de flujo para imágenes radar. (Fuente: Elaboración propia) ________________ 8
Ilustración 5. Diagrama de flujo de imágenes ópticas. (Fuente: Elaboración propia)_________________ 9
Ilustración 6. Año 2016 RGB, NDWI, NDSI y NDVI. (Fuente: Elaboración propia) ___________________ 32
Ilustración 7. Año 2017 RGB, NDWI, NDSI y NDVI. (Fuente: Elaboración propia) ___________________ 32
Ilustración 8. Año 2018 RGB, NDWI, NDSI y NDVI. (Fuente: Elaboración propia) ___________________ 33
Ilustración 9. Año 2019 RGB, NDWI, NDSI y NDVI. (Fuente: Elaboración propia) ___________________ 33
Ilustración 10. Año 2020 RGB, NDWI, NDSI y NDVI. (Fuente: Elaboración propia) __________________ 34
Ilustración 11. Áreas de los glaciares Año 2019. (Fuente: Elaboración propia)_____________________ 34
Ilustración 12. Áreas de los glaciares Año 2020. (Fuente: Elaboración propia)_____________________ 35
Ilustración 13. Análisis multitemporal de los años 2018, 2019 y 2020 de nevados y lagunas. (Fuente:
Elaboración propia) ___________________________________________________________________ 36
Ilustración 14. Comparación de imágenes a través del filtro de Sobel de los años 2019 y 2020. (Fuente:
Elaboración propia) ___________________________________________________________________ 36
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Bandas Sentinel-2 ______________________________________________________________ 7
Tabla 2. Relación de criterios que se tomaron en cuenta para la evaluación del peligro de la laguna
Upisccocha (Fuente: Vilca, INAIGEM) _____________________________________________________ 37
Tabla 3. Imágenes satelitales y áreas obtenidas (Fuente: Vilca, INAIGEM)________________________ 37

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1. Introducción
Para el monitoreo de grandes áreas es necesario aplicar la teledetección debido
a su gran resolución espacial, temporal, angular, etc., actualmente se cuenta con
satélites que orbitan alrededor de la Tierra y captan imágenes de diversas partes
del mundo en su transcurso de cada satélite. En el mercado de las imágenes
satelitales se cuenta con las imágenes Sentinel-2 tipo óptica y Sentinel-1 tipo
radar.
La teledetección ha sido aplicada con mayor énfasis en la observación de los
retrocesos glaciares, ya que visualmente al pasar de los años se observó que
muchos nevados se han reducido parcialmente o en su totalidad.
La zona de estudio esta ubicado en la laguna de Upisccocha, en el distrito de
Ocongate del departamento de Cusco.
Coordenadas UTM 18S Datum WGS84
Este: 256451 m
Norte: 8475813 m
Ilustración 1. Imagen de la laguna Upisccocha, Cusco (Cortesía de Google Earth)

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2. Imágenes Empleadas
Se aplicarán imágenes de la Agencia Espacial Europea (ESA) de la constelación
Copernicus, entre ellas las Sentinel-1 y Sentinel-2.
2.1. Sentinel-1
Tipo: Radar de apertura sintética
Banda: C
Sentinel-1A lanzamiento 3 de abril del 2014
Sentinel-1B lanzamiento 25 de abril del 2016
Polarización:
Simple: HH y VV
Dual: HH y VV
Ilustración 2. Método de obtención de imágenes radar Sentinel-1. (Fuente: ESA - Copernicus)
2.2. Sentinel-2
Tipo: Óptico Multiespectral

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Bandas:
Tabla 1. Bandas Sentinel-2
Bandas del Sentinel -2
Longitud central
de onda (µm)
Resolución
espacial
Banda 1 Coastal aerosol 0.443 60
Banda 2 Blue 0.490 10
Banda 3 Green 0.560 10
Banda 4 Red 0.665 10
Banda 5 Vegetation red edge 0.705 20
Banda 6 Vegetation red edge 0.740 20
Banda 7 Vegetation red edge 0.783 20
Banda 8 NIR 0.842 10
Banda 8A Vegetation red edge 0.865 20
Banda 9 Water vapour 0.945 10
Banda 10 SWIR – Cirrus 1.375 60
Banda 11 SWIR 1.610 20
Banda 12 SWIR 2.190 20
Sentinel-2A lanzamiento 23 de junio del 2015
Sentinel-2B lanzamiento 7 de marzo del 2017
Productos:
Nivel 1 (S2_MSI_L1C): reflectancias en el TOA georreferenciadas.
Nivel 2 (S2_MSI_L2A): reflectancias en el BOA georreferenciadas.
Ilustración 3. Satélite de la Sentinel-2. (Fuente: ESA - Copernicus)

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3. Metodología
3.1. Flujograma de la imagen Sentinel-1
Ilustración 4. Diagrama de flujo para imágenes radar. (Fuente: Elaboración propia)

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3.2. Flujograma de la imagen Sentinel-2
Descarga de Imagen
Sentinel
Cortar Imagen
"Subset"
Realizar "Resampling"
Realizar Band Math
•NDVI
•NDWI
•NDSI
Ilustración 5. Diagrama de flujo de imágenes ópticas. (Fuente: Elaboración
propia)

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4. Análisis
4.1. Imágenes de Radar
4.1.1. Proceso
La descarga se realiza en el portal de la Agencia Espacial Europea ESA.
Luego realizamos el “Subset” para delimitar la zona de estudio.
Después de ello se debe calibrar la imagen. Lo realizamos en orbitas precisas.

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Pasamos a corregir el ruido térmico del sensor.
Realizamos la corrección radiométrica.

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Después de este paso realizamos el “Speckle”
Realizamos la corrección geométrica por influencia del terreno.

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Luego convertimos a dB, decibelios la cual esta dada por una expresión
logarítmica en base 10.

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Se obtiene el siguiente resultado.
Este paso se repetirá para las demás imágenes, para este informe o estudio se
hizo con un lapso de 1 año desde noviembre del 2019 a noviembre del 2020,
para evaluar el ciclo hidrológico de la laguna Upisccocha.
Automatización del proceso

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Se realizará usando el “Graph Builder” la cual nos ayudará a optimizar el tiempo
y evitar errores humanos ya que es repetitivo y de 13 imágenes.
4.1.2. Análisis Multitemporal noviembre 2019 a noviembre 2020
4.2. Imágenes Ópticas
4.2.1. Proceso

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Descarga
Para la descarga de imágenes Sentinel-2 tenemos dos portales, una es de la
misma constelación Copernicus ESA
(https://scihub.copernicus.eu/dhus/#/home) y del USGS
(https://earthexplorer.usgs.gov/). Del portal Copernicus se pueden extraer
imágenes corregidas tanto del nivel 1C y 1A.
Proceso
Este proceso se repetirá de la misma manera para los años comprendidos entre
el 2016 y 2020, por ello se pondrá de ejemplo del año 2020.
Abrimos la imagen

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Realizamos una combinación de verdadero color RGB a la escena.
Aceptamos por defecto.

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Nos dará el siguiente resultado de verdadero color.
Para reducir el tiempo de procesamiento y ahorrar recursos del sistema, se
aplicará un “Subset”.

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Luego abrimos la imagen cortada por el “Subset”.

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Luego realizaremos un “Resampling” para mejorar la resolución espacial de cada
banda. Seleccionaremos algunas bandas de interés.

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Finalmente realizamos el Band Math. Para este caso se aplican estas bandas
para las imágenes Sentinel-2.
ÍNDICE DIFERENCIAL NORMALIZADO DE VEGETACIÓN (NDVI)
𝑵𝑫𝑽𝑰 =
𝑩𝟖 − 𝑩𝟒
𝑩𝟖 + 𝑩𝟒

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25. MONITOREO DE LA LAGUNA UPISCCOCHA – TELEDETECCIÓN
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ÍNDICE DIFERENCIAL NORMALIZADO DE AGUA (NDWI)
𝑵𝑫𝑾𝑰 =
𝑩𝟑 − 𝑩𝟖
𝑩𝟑 + 𝑩𝟖

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ÍNDICE DIFERENCIAL NORMALIZADO DE NIEVE (NDSI)
𝑵𝑫𝑺𝑰 =
𝑩𝟑 − 𝑩𝟏𝟏
𝑩𝟑 + 𝑩𝟏𝟏

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Finalmente se obtiene estas imágenes correspondientes de un año.

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Corrección atmosférica
Este paso solo se realizará en las imágenes de nivel 1 (S2_MSI_L1C):
reflectancias en el TOA y georreferenciadas, las cuales se llevarán a nivel 2 con
reflectancias en el BOA y georreferenciadas. Estas imágenes se obtuvieron de
la plataforma USGS.
Instalaremos un “Pluging” para realizar dicha corrección.

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Una vez reiniciado el software podremos ejecutar el “Pluging”.

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Le damos a correr.
Luego colocamos en la resolución de 10m.

31. MONITOREO DE LA LAGUNA UPISCCOCHA – TELEDETECCIÓN
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Luego nuestra imagen ya tendrá una reflectancia en el BOA.
4.2.2. Exportar imágenes
Exportamos las imágenes que necesitaremos.

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4.2.3. Análisis Multitemporal 2016 – 2020
AÑO 2016

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Ilustración 6. Año 2016 RGB, NDWI, NDSI y NDVI. (Fuente: Elaboración propia)
AÑO 2017
Ilustración 7. Año 2017 RGB, NDWI, NDSI y NDVI. (Fuente: Elaboración propia)

34. MONITOREO DE LA LAGUNA UPISCCOCHA – TELEDETECCIÓN
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AÑO 2018
Ilustración 8. Año 2018 RGB, NDWI, NDSI y NDVI. (Fuente: Elaboración propia)
AÑO 2019
Ilustración 9. Año 2019 RGB, NDWI, NDSI y NDVI. (Fuente: Elaboración propia)

35. MONITOREO DE LA LAGUNA UPISCCOCHA – TELEDETECCIÓN
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AÑO 2020
Ilustración 10. Año 2020 RGB, NDWI, NDSI y NDVI. (Fuente: Elaboración propia)
NIEVE DEL 2019 (SUPERIOR) Y 2020 (INFERIOR)
Ilustración 11. Áreas de los glaciares Año 2019. (Fuente: Elaboración propia)

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Ilustración 12. Áreas de los glaciares Año 2020. (Fuente: Elaboración propia)
Comparación de años 2018, 2019 y 2020
Nevado
Se puede apreciar el cambio con respecto al área de los glaciares, la imagen de
color verdadero corresponde al año 2018 la cual contiene una gran cobertura de
nueve, seguido de la cobertura de color magenta del año 2019 y seguido de la
cobertura roja del año 2020.
Laguna
Del mismo modo el color verdadero corresponde al año 2018 y seguido del color
azul del año 2019 y color purpura del año 2020, se aprecia que han aparecido
nuevos cuerpos loticos de agua producto de las deglaciaciones.

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Ilustración 13. Análisis multitemporal de los años 2018, 2019 y 2020 de nevados y lagunas. (Fuente: Elaboración
propia)
Método de Filtro de Sobel para delimitar cuerpos de agua (aumento)
Ilustración 14. Comparación de imágenes a través del filtro de Sobel de los años 2019 y 2020. (Fuente: Elaboración
propia)
2019 2020

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Tabla 2. Relación de criterios que se tomaron en cuenta para la evaluación del peligro de la laguna Upisccocha
(Fuente: Vilca, INAIGEM)
Tabla 3. Imágenes satelitales y áreas obtenidas (Fuente: Vilca, INAIGEM)

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5. Conclusiones
▪ La teledetección es una herramienta que ha ayudado a visualizar de
manera mas precisa el retroceso glaciar y además el aumento en el
espejo de agua, por ello se pone en evidencia el avance acelerado del
cambio climático.
▪ Las imágenes Sentinel-1 tienen una gran ventaja para identificar
superficies loticas ya que, al estar en la Banda C, estas pueden penetrar
las nubes, pero al ser una banda no permite hacer directamente
combinaciones de bandas.
▪ Las imágenes Sentinel-2 permitieron visualizar a través de los índices
NDVI, NDWI y NDSI las diversas superficies y así determinar el avance
de la deglaciación y aumento del volumen de agua. Se tuvo problemas
con el porcentaje de nubosidad por ello se aplicó a una zona de estudio
mayor que el de la laguna Upisccocha.
▪ El cambio climático es un factor importante en la Gestión de Riesgos de
Desastres, debido que hace más frecuente diversos fenómenos, para este
caso el peligro por aluvión, tal como ocurrió en el terremoto de Ancash y
la laguna de Palcacocha. Ahora es necesario hacer monitoreos en
superficies loticas de mayor peligro hacia zonas urbanas u otros.

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6. Bibliografía
Chuvieco, E. (1995). Fundamentos de Teledetección Espacial. Madrid: EDICIONES
RIALP, S.A.
Kuroiwa, J. (2002). REDUCCIÓN DE DESASTRES Viviendo en armonia con la
naturaleza. Lima, Perú: QUEBECOR WORLD PERÚ S.A.
Martinez, J., & Martin, P. (s.f.). Guia Didáctica de Teledetección y Medio AMbiente.
Centro de Ciencias Humanas y Sociales: Red Nacional de Teledetección.
Pérez, C., & Muñoz, Á. (2006). Teledetección: Nociones y Aplicaciones. Universidad de
Salamanca.
Vilca, Ó. (2020). Informe Técnico de Inspección NºA04. Cusco: Instituto Nacional de
Investigación en Glaciares y Ecosistemas de Montaña - INAIGEM.