Topobathymetric 3D model reconstruction of shallow water bodies through remote sensing, GPS, and bathymetry



Título del documento: Topobathymetric 3D model reconstruction of shallow water bodies through remote sensing, GPS, and bathymetry
Revista: Tecnociencia Chihuahua
Base de datos: PERIÓDICA
Número de sistema: 000448899
ISSN: 1870-6606
Autores: 1
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3
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5
Instituciones: 1New Mexico State University, Department of Geography, Las Cruces, Nuevo México. Estados Unidos de América
2Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Sede Cuauhtémoc, Ciudad Cuauhtémoc, Chihuahua. México
3New Mexico State University, College of Agriculture, Las Cruces, Nuevo México. Estados Unidos de América
4New Mexico State University, Department of Civil Engineering, Las Cruces, Nuevo México. Estados Unidos de América
5New Mexico State University, Department of Geography, Las Cruces, Nuevo México. Estados Unidos de América
Año:
Volumen: 12
Número: 1
Paginación: 42-54
País: México
Idioma: Inglés
Tipo de documento: Artículo
Enfoque: Aplicado, descriptivo
Resumen en español Ante la inexistencia de modelos matemáticos que calculan elalmacenamiento de agua de Laguna de Bustillos, el balance hídricorequiere este dato para comprender la conectividad entre este cuerpode agua y el acuífero Cuauhtémoc. Este artículo presenta una nuevatécnica de reconstrucción tridimensional basada en series de tiempode imágenes de sensores remotos multiespectrales, batimetría,levantamiento topográfico con GPS de alta precisión y curvas de nivelregionales. Con las imágenes de Landsat ETM +/OLI y Sentinel 2A de2012 a 2013, 2016 y 2017, se extrajeron los contornos de la superficiedel agua utilizando el MNDWI y se asociaron con una elevación obtenidaa través del GPS. Se utilizó un Vehículo Autónomo de Superficie para obtener la batimetría del lago. Se realizó un levantamiento topográfico usando GPS en áreas pobladas y se usaron las curvas de nivel extraídas del Modelo 3.0 de Elevaciones Continuas del INEGI. Se construyó un MDE, las superficies y volúmenes se calcularon a diferentes elevacionesy se compararon con 16 imágenes multiespectrales Landsat TM/ETM+/OLI de 1999 al 2018. Los resultados mostraron que la media delárea promedio de intersección del modelo y las imágenes tiene unaeficiencia superior al 90,9% de acuerdo con el IC, precisión generalkappa 95.2-99.7% y un coeficiente 89.9-99.3%. Este modelo demostróser muy preciso en escala regional, sobre todo cuando el espejo delagua supera los 1971.32 metros sobre el nivel medio del mar, y a la vezútil para la evaluación y administración de los recursos hídricos
Resumen en inglés Since there are no mathematical models that can calculate the Laguna de Bustillos water storage levels, water balance requires this data to understand the connectivity between this water body and the Cuauhtemoc aquifer. This article presents a new three-dimensional reconstruction technique based on a time series of multispectral remote sensing images, bathymetry, a topographic survey with high precision GPS, and regional contours. With the images of Landsat ETM+/OLI and Sentinel 2A from 2012 to 2013, 2016, and 2017, the contours of the water surface were extracted using the MNDWI and were associated with an elevation received from GPS. An Autonomous Surface Vehicle was also used to obtain the bathymetry of the lake. A topographic survey was carried out using GPS in populated areas, and the contour lines extracted from the INEGI Continuous Elevations Model 3.0. A DEM was constructed using ArcGIS 10.5.1, and surfaces and volumes were calculated at different elevations and compared with 16 Landsat TM/ETM+/OLI multispectral images from 1999 to 2018. The results showed that the mean of the average intersection area between the test images and the area extracted from the 3D model is above 90.9% according to the confidence interval, kappa overall accuracy 95.299.7%, and a coefficient 89.999.3%. This model proved to be very accurate on a regional scale when the water level exceeded 1971.32 meters above mean sea level and useful to evaluate and administer water resources
Disciplinas: Geociencias
Palabras clave: Hidrología,
Lagos,
Almacenamiento de agua,
Batimetría,
Percepción remota,
Sistema de Posicionamiento Global (GPS)
Keyword: Hydrology,
Lakes,
Water storage,
Bathymetry,
Remote sensing,
Global Positioning System (GPS)
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