Monitoreo Satelital en la Superintendencia del Medio Ambiente
En el contexto de la Fiscalización Ambiental 2.0
Ariel RussellEquipo de Geo InformaciónDepartamento de Gestión de la Información1 de Abril 2019
Superintendencia del Medio Ambiente
• Servicio público descentralizado
• Supervigilancia del Gob. de Chile a través del Ministerio del Medio Ambiente
• Funcionamiento desde el 28 de diciembre de 2012
Misión “Proteger el medio ambiente y la salud de las personas, asegurandoel cumplimiento de la normativa ambiental en Chile”
Visión ”Un país responsable con su medio ambiente”
El Desafío de la SMA
Fiscalizar instrumentos de carácter ambiental
Agrupados en más de 14.500 Unidades
Fiscalizables diversas y complejas
>16.000 10 17 16 316 1
Aspectos limitantes
• Presupuesto limitado: ~11.000 MM$ (~590 $/pp)
• Baja cobertura: 9,66% de unidades fiscalizadas
• Incidencia: 19,33% de las fiscalizaciones de RCA generan un
procedimiento sancionatorio
• Incertidumbre: 50% de los procesos sancionatorios provienen
de denuncias
Fuente: Memoria de Gestión 2014-2018.
Programa de Monitoreo Ambiental
Territorial (PMAT)
• Monitoreo satelital (PR)
• Monitoreo con dispositivos (IoT)
Alternativa
Uso de herramientas tecnológicas para el monitoreo del medio ambiente y las actividades que se desarrollan en este y así contar con información suficiente y oportuna
OBJETIVO
“Otorgar a la SMA capacidades de monitoreo, alerta
temprana, y de apoyo a los procesos de Fiscalización
y Sanción a través del uso de tecnologías de
percepción remota y vigilancia periódica en la forma
de un Programa de Monitoreo, para fortalecer su
capacidad fiscalizadora y focalizar los recursos con los
que cuenta para tal fin”
Cumplimiento ambiental 2.0
Disponible en portal:http://www.sma.gob.clSección Documentos/Publicaciones
PROGRAMAS O SUBPROGRAMAS
Fijados por resolución
OFICIO
Por iniciativa propia
Enfoque preventivo y respuesta temprana
Lineamientos generales
Fuentes de información EOS Open Data:
- Disponibilidad regular y revisita conocida- Registro temporal extendido- Mayor cantidad de publicaciones y aplicaciones conocidas - Acorde a realidad presupuestaria
Software de código abierto (R, SNAP, PolSARPro, etc):
- Mayor transparencia- Asegurar replicabilidad en ciudadanía y regulados- Acorde a realidad presupuestaria
Alto estándar probatorio:
- Cadena de custodia, procedimientos y métodos públicos- Sistematizar y promover el alcance probatorio
Cómputo de alto rendimiento:
- Métodos con apoyo de herramientas HPC (Spark, CUDA, Etc)
Sensores pasivos más utilizados
Landsat 5, 7 y 8
(TM, ETM+, OLI/TIIRS)
• Media resolución espacial (30 m.)
• Disponibles desde 1985
• Revisita combinada: 8 días (ETM+ y OLI)
• > 500.000 papers
• TM y EMT+: VNIR comparable desde 1985 al presente
Sentinel 2a y 2b
(Sensor MSI)
• Resolución espacial media (10 m. VNIR)
• Disponible desde 2016 (S2a)
• Revisita combinada: 5 días
• Bandas Red-Edge(Correcciones atmosféricas)
Soumi-NPP
(Sensor VIIRS)
• Baja resolución espacial (375-750m) y gran swath (3060 km.)
• Cobertura: Cada 12 horas
• Productos L2 térmicos y nocturnos
Sensores SAR más utilizados
Sentinel 1 A / B
• ESA (Copernicus)
• 2014 – 2030
• Banda C
• Revisita combinada de 6 días, ascendente y descedente
• Dual Pol (VV+VH)
ALOS (PalSAR)
• JAXA (Japón)
• 2006 - 2011
• Banda L
• Polarizaciones:
• HH
• HH+HV
• HH+HV+VV+VH
NISAR (Futura)
• NASA-ISRO (EEUU India)
• 2021 –
• 6 días
• Dual Pol (HH-HV)
20
Data Center Local:Seguridad de la informaciónPatrimonio de datosAmbientes de desarrollo
Hardware y plataformas
Google Earth Engine:Productos indexados
Sencillez en análisis exploratorios (1 línea de código)Gran capacidad de cómputo
Desarrollo de Apps para áreas de negocio
Servicios la nube (VM): Mejor acceso de información (Estaciones terrenas fuera de Chile)Mayor capacidad de procesamientoManejo dinámico de capacidades según demandaImprescindible en productos SAR Single Look Complex
Cloud service para la adquisición de datos
350 MB
Escena LandsatPromedio
10GB
1 Escena x 30 años
4 Escena x 30 años
42 GB
3 TB
NacionalCobertura Nacional72 Escenas Landsat
Descarga, Almacenamiento y
Procesamiento
Servidor Local AZURE
2 a 3 días 10 minutos
Descarga de 30 imágenes
Aplicaciones discretasRESPUESTA TEMPRANA Mortandad de Peces Río Huenchullamí
23 febrero 2019
10 marzo 2019
5 marzo 2019
Objeto de estudio
Control
Referencia de afectación
𝑆𝐴𝑉𝐼 =𝐼𝑅𝐶 − 𝑅𝑜𝑗𝑜
𝐼𝑅𝐶 + 𝑅𝑜𝑗𝑜 + 𝐿∗ (1 + 𝐿)
Estudios probatoriosEj: C. Minera Maricunga
Los pozos fueron clausurados y la sanción (2016) fue confirmada por el 2TA (2017) y Corte Suprema (2018). Además, el 2TA sentenció daño ambiental y Plan de Reparación
(2018)
1.- Monitoreo Automatizado de Acuicultura del Salmón
Monitoreo Continuo
>1400 concesiones (salmónidos) en 4 regiones.
Alto Costo logística y dificultad para presencia en terreno.
Monitoreo de Acuicultura (CES)
Objetivos
Monitoreo panorámico
Determinar la ubicación de los CES a
nivel nacional, determinando
existencia y cumplimiento respecto a
compromisos ambientales*
*Ubicación sobre zona autorizada
(concesión) y evaluada
ambientalmente
1. Open Data
2. Alta Disponibilidad
• Dos satélites: S1A y S1B
• 5 estaciones terrenas y 2 data hubs
3. Programa de continuidad
S1C y S1D hasta 2030, al menos
4. Banda C (λ≈5.24 cm)
5. Cada 6 días, al menos
6. Polarización dual (VV, VH)
Insumos: Sentinel 1A y 2B
Ciclo de vida del proyecto
2018: Primera entrega de herramienta en producción (nacional)
Proceso automatizado (mejorado) + Proceso de validación sobre hallazgos
METODOLOGIA: Procedimiento Preliminar: “Fiscalización de localización de centros de cultivo y caducidad por medio de
Imágenes SAR V1” (2017)
TESTING: Elaboración de experiencias piloto (2017)
• Piloto Magallanes, análisis de 64 Concesiones
• Piloto Aysén, análisis de 590 concesiones
EVALUACIÓN
• Validación de hipótesis de automatización
• Presencia de errores por borde costero y sombra geográfica
Método: Clasificación polarimétrica dual y vectorizaciónde mecanismos de dispersión representativos
Tipos de polarización SAR
HH
VV
HV
VH
Conformes No ocupado
Tolerancia (Módulo) Tolerancia (Pontón)
No Conforme (Módulo) No Conforme (Pontón)
Resultados finales
1. Presencia de actividades por concesión
2. Presencia de hallazgos
3.- Tipo de hallazgos
Monitoreo de humedales alto-andinos
Encontrar humedales alto andinos que presenten algún
proceso de degradación evidente reflejado por
cambios en la cobertura y/o vigor de su vegetación.
Métodos Tradicionales vs aproximación Big Data
Enfoque Tradicional Nuevo Enfoque
Análisis puntuales, nivel local. Análisis a nivel regional o nacional.
Necesidad de fragmentar unidades a priori. Utilización de valores promedio.
Enfoque pixel a pixel. Mayor precisión espacial.
Análisis de tendencia lineal, no incluye comportamiento fenológico.
Adición de modelo de temporada, permite simular fenología.
Input Análisis
United States Geological Survey
Imágenes Satélites Landsat
Fuente: USGS, 2017.
Fuente: USGS, 2017.
Landsat Colection 1 Level 2
Reflectancia de la Superficie
Resolución espacial: 30
metros
Resolución temporal: 16 días
Métodos de Análisis Series Temporales
BFAST (Break detection For Additive Season and Trend)
DBEST (Detecting Breakpoints and Estimating Segments in Trend )
• Modelo a partir de periodo histórico.
• Considera fenología.• Definición de periodo de
monitoreo.
• Fragmentación de la tendencia.• Considera fenología.• Detección adaptativa de cambios
graduales y abruptos
Método: preparación y análisis
Insumo Satelital: Landsat 5 y Landsat 7 Índice de Vegetación Ajustado al Suelo (SAVI)
Selección áreas a evaluar:
• Cantidad de datos periodo base.
• Umbral: mediana SAVI>0.08.Análisis Series Temporales: BFAST
• Filtro de pixeles de interés
• Eliminar efecto de sombreado topográfico
• Inter calibración entre sensores
• Corrección de bandeo
Análisis Espacio Temporal
Pre Procesamiento imágenes satelitales
Análisis series temporales
• Códigos Optimizados
• Procesamiento multi núcleo
• Tiempos de procesamiento de días y horas, reducido a minutos
SIN HPC
CON HPC
1 día o mas
90 min
Pre procesamiento + Análisis 30 imágenes
• DBEST
• BFAST
• Caso Minera Española.
• Deforestación de quebrada y ampliación de caminos.
• Proceso sancionatorio concluyó en cierre de la mina.
• AREA IMPACTADA: 20 ha.
Quebrada de la Plata
Diciembre 2012
Diciembre 2013
Otras aplicaciones
1.- NECECIDAD DE MÁS INVESTIGACIÓN Y DATOS DE
CALIBRACIÓN
Ej: Monitoreo de Calidad de Aguas con Sentinel 2
Sentinel-2 para aplicaciones en Calidad de Agua
Oportunidad: Bandas enlongitudes de onda similares aLandsat-8, el cual ha demostradoser útil para la estimación deparámetros de calidad de agua.
Ventaja: Bandas red-edge (NIR), lo quepresenta una gran ventaja para aguas costerase interiores con mayores concentraciones declorofila, solidos en suspensión y materiaorgánica disuelta.
Fuente: Pahlevan et al, 2017.
Fuente: NASA, 2018.
Resolución Espacial: Mayor densidad de pixeles de agua pura en borde
costeros y permite estudiar cuerpos de agua interiores pequeños y
pequeños emisores.
Fuente: Dall’Olmo y Gitelson, 2005.
Fuente: Pahlevan et al, 2017.
Sentinel-2 para aplicaciones en Calidad de Agua
2.- DISPONIBILIDAD DE IMAGINERÍA SATELITAL EN SERVIDORES LOCALES Y
HPC
Ej: Magnitud de la información Copernicus
Ej: Series temporales interferométricas (SLC)
Métodos P-SBAS y Persistent Scatterer InSAR (PS-InSAR)
Creación de datasetspara cada análisisAlto consumo en
almacenamiento y cómputo
2.- MEJORAR LA FORMACIÓN DE CAPITAL HUMANO AVANZADO Y
ESTÁNDARES MÍNIMOS EN PERCEPCIÓN REMOTA
Ej: Magnitud de la información Copernicus
Ej: Series
Capital Humano Avanzado
• La institucionalidad no solo debe desarrollar análisis sino también mejorar la calidad de los insumos que presentan sus regulados.
• Escasos programas de postgrado con formación profunda en herramientas de teledetección.
Mejorar estándares
• Contar con un protocolo técnico que sirva de estándar para la admisibilidad de evidencias entregadas por los regulados, y que sea compartida por los demás organismos sectoriales con competencias de fiscalización ambiental, reunidos en la RENFA (Red Nacional de Fiscalización Ambiental)
• GRSS Standards Comittee: Generación de un Plan Nacional de Normalización de Productos Satelitales, con suficiencia técnica y que sea utilizado por consultores y regulados.