Dpto. Proyectos e Ingeniería Rural - Landa Ingeniaritza eta Proiektuak Saila

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http://hdl.handle.net/2454/10459

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Análisis textural de la ortofoto PNOA para la actualización de bases de datos geográficas de cultivos permanentes
(2017) Ciriza Labiano, Raquel; González de Audícana Amenábar, María; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
Los cultivos permanentes como los olivos, las viñas o los árboles frutales son importantes en la agricultura europea desde el punto de vista de su relevancia especial y económica. En al ámbito agricola, es muy común que los organismos públicos utilicen bases de datos geográficas con el fin de gestionar y controlar las ayudas económicas proporcionadas por la Comunidad Europea asociadas estos cultivos, lo que requiere mantenerlas actualizadas y vigentes. Tradicionalmente, la actualización de las bases de datos agrícolas se ha realizado mediante técnicas de fotointerpretacíón y visitas a campo lo que resulta costoso y poco eficiente desde el punto de vista económico y temporal. En este contexto, en esta tesis doctoral se desarrolla una metodología de apoyo a la actualizacíón del Registro de Cultivos Permanentes de Navarra que permita reducir el máximo posible las parcelas a fotointerpretar, basada en la detección automática de cambios en la Ortofoto PNOA (RGB-.NIR, 0,25m de resolución espacial y 8 bits de resolución radiométrica). La actualización de esta base de datos utilizando ortofoto planteaba el reto de desarrollar una metodologia adaptada a trabajar a nivel regional con una imagen de gran tamaño, muy precisa geométricamente pero poco adecuada desde el punto de vista puramente radiométrico. En este contexto, la utilización de información espacial como la textura, descrita a partir de los parámetros de Haralick y los basados en planos wavelet, y la estructura, definida utilizando los parámetros derivados de semivariogramas, han permitido suplir esta carencia de la imagen pero, a la vez, ha supuesto un nuevo desafio por ser su cálculo muy demandante desde el punto de vista de los recursos de procesamiento y tiempo requeridos. Con el objetivo de desarrollar una metodología eficiente, operativa y precisa, se ha establecido el conjunto de parámetros texturales y estructurales que optimizan la identificación de cambios en el Registro de Cultivos, demostrándose que utilizar únicamente los parámetros identificados como óptimos en la clasificación mejora la capacidad predictiva de la misma. También se ha demostrado que adaptar las características de la imagen a las particularidades de los objetos a discriminar mejora calidad de la identificación de cambios, lo que justifica la utilización de ortofotos de 0,5m y 6 bits para actualizar el Registro de Frutales de Navarra. Paralelamente, se ha observado que los parámetros texturales y estructurales pueden variar al cambiar la superficie de cálculo de una parcela, concretándose que en las parcelas de frutal los parámetros analizados requieren una superficie mínima de 20x20m para estabilizarse. En relación con este resultado, se ha confirmado que es recomendable clasificar de forma estratificada por tamaño de parcela. Finalmente, se ha analizado la utilidad de diferentes técnicas de detección de cambios, comparando técnicas basadas en el análisis de ortofotos multitemporales y procedimientos basados en la utilización de una sola ortofoto en combinación diferente clasificadores como análisis discriminante y Random Forest. Los resultados de este último análisis recomiendan la utilización de del clasificador Random Forest y una sola imagen. La metodología propuesta, desarrollada en una zona piloto compuesta por aproximadamente 2100 parcelas, permite identificar cambios en el registro con una exactitud y una precisión del 0,938 y 0,733 respectivamente, obteniendo una tasa de cambios identificados de 0,704 y una tasa d e cambios identíficados de 0,967. Finalmente, con el fin de validar la metodología definida en la zona piloto, se ha actualizado el Registro de Frutales de .Navarra de las Comarcas Agrarias VI y VII de Navarra, lo que implica el análisis de cerca de 74000 parcelas. La aplicación de la metodología definida a una zona más amplia ha requerido adaptar el procedimiento a las necesidades del proceso productivo. En este contexto, la metodología propuesta permite identificar las parcelas a fotointerpretar a partir del grado de certeza de clasificación que proporciona el algoritmo Random Forest, limitando la misma a aquellas parcelas clasificadas con un bajo grado de certeza o porcentaje de pertenencia. En la presente tesis doctoral se ha demostrado la utilidad de los parámetros de Haralíck, los basados en planos wavelet y en el semivatiograma, calculados a partir de la ortofoto a nivel de parcela, para actualizar el Registro de Frutales de Navarra. Los resultados obtenidos justifican el uso de la ortofoto como fuente de información altemativa a las imágenes satelitales. El uso de ortofotos en aplicaciones de teledeteccíón extiende la utílídad de esta fuente de información que, en la mayoría de los casos, está disponible a los usuarios de forma gratuita. La implementación de metodologías como la desarrollada en esta tesis doctoral supondría un aumento considerable de la eficiencia de la actualización de las BDG de cultivos permanentes, lo que ayudaría a controlar los requisitos de la Política Común Europea de asignación de subvenciones y tomar decisiones en el ámbito rural.
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Clasificación de cultivos a partir de observaciones de teledetección radar. Aplicación a zonas de secano y regadío de Navarra.
(2016) Larrañaga Urien, Arantzazu; Álvarez-Mozos, Jesús; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
La teledetección consiste en adquirir a través de sensores de observación, información de un objeto concreto o un área. Una de las principales aplicaciones de la teledetección en el ámbito agrícola es la clasificación de cultivos. Desde el lanzamiento, en 1972, del primer satélite de evaluación de recursos naturales Landsat-1 se han realizado múltiples trabajos en este campo. Todos estos trabajos iniciales se basaban en observaciones adquiridas por sensores ópticos multiespectrales, donde la principal limitación para el uso de esas imágenes ópticas era la cubierta nubosa. Los sensores radar representan una alternativa interesante. Una de las principales ventajas de dicha tecnología frente a la teledetección óptica es la absoluta independencia del estado de cobertura nubosa para la adquisición de las imágenes, lo que brinda la posibilidad de hacer clasificaciones dinámicas a lo largo de un año agrícola completo, pudiendo representar incluso rotaciones de varios cultivos en un año. Además, los sensores radar son sensibles a características geométricas y dieléctricas de los cultivos, y presentan una resolución tanto espacial como temporal adecuada para este tipo de aplicaciones. El principal objetivo de esta tesis es desarrollar técnicas y herramientas adecuadas para la clasificación de cultivos mediante el empleo de observaciones de teledetección radar. Además, se comparan los resultados obtenidos mediante estas técnicas con los obtenidos por procedimientos clásicos basados en sensores ópticos con la finalidad de evaluar la viabilidad de la teledetección radar para este tipo de aplicaciones. Todo esto, se recoge a lo largo de los cuatro artículos y un informe que componen esta tesis. Con todo, los resultados obtenidos han demostrado la viabilidad de la teledetección radar para la clasificación de los cultivos estudiados. Por lo tanto, se espera que este trabajo fomente la adopción de este tipo de herramientas entre técnicos y usuarios potenciales, lo que permitiría desarrollar aplicaciones operativas de gran valor. Más aún si cabe, en el contexto actual del programa Copernicus de la Unión Europea, que distribuye de forma libre imágenes radar Sentinel-1 con unas características óptimas para este tipo de aplicaciones.
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Efectos de la actividad agraria sobre los recursos hídricos y la erosión del suelo. Análisis y modelado en cuencas experimentales de la zona media de Navarra
(2014) Gastesi Barasoain, Rakel; Casalí Sarasíbar, Javier; López Rodríguez, José Javier; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
Este trabajo caracteriza el comportamiento hidrológico y erosivo de la cuenca agraria experimental de La Tejería del valle de Yerri en Navarra, de 164 ha. Se evalúa el modelo hidrológico de contaminación difusa AnnAGNPS, exitosamente en cuanto al volumen de escorrentía y casi de manera satisfactoria respecto a los sedimentos, la evacuación de N y P se compara al carecer de datos suficientes para su calibración. Se pone de manifiesto una vez más, la conveniencia de caracterizar localmente los parámetros del modelo y el problema que representa la erosión hídrica del suelo y la contaminación por nitratos que acontece como consecuencia de la actividad agrícola. El análisis de sensibilidad destaca el papel del número de curva, del tipo de distribución de lluvia, de la profundidad del suelo, la capacidad de campo, la masa radicular y la rugosidad superficial, además de otros parámetros que caracterizan la erosión por cárcavas efímeras y la erosión de taludes y lecho, como el tamaño de partícula que se considera erosionable. Es un modelo complejo con multitud de parámetros especialmente indicado para la simulación de la contaminación difusa en entornos agrarios. El desarrollo de este trabajo aborda el papel de la distribución temporal de lluvia en el cálculo del caudal punta, y por ello del hidrograma de la cuenca en cada nodo, siendo de especial influencia en los procesos de transporte de sedimentos, y en la evacuación de sedimentos a la salida de la cuenca. Un análisis cluster de las precipitaciones revela dos tipos de eventos, unos más intensos y torrenciales ligados al verano, y otros más moderados propios del resto del año. Se calcula el caudal punta para ambos tipos de eventos, con la metodología NEH-4, y posteriormente se calculan los coeficientes de regresión según la ecuación del extended TR55, para ser capaces de calcular el caudal punta de una manera continua. Pese al énfasis que se le ha otorgado al cálculo local del tipo de distribución de lluvia y del caudal punta, no se ha logrado simular la carga de sedimentos de manera satisfactoria. Esto refleja una realidad: aunque se trate de una cuenca pequeña y homogénea en cuanto a suelos y a cultivos, muestra un comportamiento erosivo complejo, que añade importantes retos tanto para su correcta y completa medida en campo espacial y temporalmente, como para su simulación con éste y otros modelos. La erosión por cárcavas efímeras, el deslizamiento de ladera, y sobre todo la erosión de taludes y lecho tienen un gran peso en la cantidad total de sedimentos evacuados. El análisis de datos experimentales a lo largo de esta tesis, tanto de mapas como de texturas de sedimentos evacuados, da pistas sobre la relevancia de cada una de estas fuentes de sedimentos. Una mejor caracterización del aporte de estas fuentes de sedimentos mejoraría la simulación de la carga de sedimentos, creyendo que en esta cuenca ahí está la clave.
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La energía renovable eólica: factores fundamentales que condicionan su desarrollo e implantación relativos a la factibilidad técnica, legislativa y económica
(2013) Gárriz Larrea, Francisco José; Martínez Landa, Paulino; Villanueva Roldán, Pedro; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
The development and implementation of the wind renewable energies in Spain and worldwide in general, though they have been developed in the past and they are in a remarkable development nowadays, they face specially in the latest years some specific factors from the technical side, from the legislation and administrative side, as well as factors from the economic and financial side that are themselves transformed in barriers which are hindering the wind energy development and implementation in a continuous way in the medium and long term. In addition to the current international financial scenario, the wind energy presents an outstanding dependency from public subsidies and from government public aids in most of the countries, as for instance the public subsidy of FIT (Feed-in Tariffs) for the electricity produced by means of wind turbines. Just in case of a reduction or elimination of those publics subsidies to the wind energy, the wind sector must boost the continuous improvement activities in all areas from the design phase until the wind turbine generator operation at the wind farms as a way to achieve an outstanding increase in competitiveness. This thesis is presented as a methodological proposal in regard to the wind energy detailed keys in the onshore and offshore wind turbine generators models, which constitute the competitiveness key issues of the electricity produced by means of wind turbines in regard to the conventional energy sources. The thesis methodological proposal has as its prime target, to investigate, to study, to evaluate, to analyze, to identify and to select the fundamental factors which affect directly to the development and implementation of the wind energy in a continuous way in the medium and long term in Spain and worldwide in general. This methodological proposal is developed through structured procedures and based on referenced bibliography as well as based on the latest wind sector data, where all of it is analyzed and evaluated by means of investigation processes and by means of state of the art bibliographic reviews, which allows to focus in detail the wind energy key influentials through the utilization of specific selection criteria for the fundamental factors. As a final conclusion in regard to the methodology, the thesis contributes with a matrix of wind energy onshore and offshore fundamental factors in the different areas within the thesis scope as the technical, legislation and administrative, and economic and financial areas. Those fundamental factors constitute themselves the key influential drivers of the wind energy development and implementation in a continuous way in the medium and long term. The thesis contribution is a proposal of the wind energy fundamental factors selection, which constitute the analytical key of the onshore and offshore horizontal axis wind turbine models, becoming themselves the starting point to contribute to future investigation works in the scope of optimization and development plans of each fundamental factor, with the target to achieve a competitiveness increase of the wind energy in regard to the conventional energy sources.
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Evaluation of topographic correction algorithms on satellite images
(2016) Sola Torralba, Ion; Álvarez-Mozos, Jesús; González de Audícana Amenábar, María; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
Este trabajo contribuye al previamente limitado conocimiento acerca del rendimiento de los métodos de corrección topográfica proponiendo una nueva metodología de evaluación basada en imágenes sintéticas. Esta nueva metodología ha sido testada en imágenes SPOT 5 en diferentes zonas de estudio, principalmente en regiones montañosas del norte de España, considerando diferentes fechas y horas de adquisición, y por tanto diferentes geometrías solares. Por tanto, el rendimiento de los métodos de corrección topográfica ha sido evaluado en diferentes condiciones. Además, esta nueva metodología ha sido combinada con otros criterios de evaluación para llevar a cabo un análisis multi-criteria de los métodos más populares, centrándonos principalmente en los métodos semi-empíricos debido a su sencillez, facilidad de aplicación, operatividad y buenos resultados. Por último se ha evaluado la calidad de la corrección topográfica en combinación con una estratificación de cubiertas previa. Los resultados obtenidos demuestran el buen rendimiento de los métodos semi-empíricos, principalmente Sun-Canopy-Sensor+C, C-Correction y el método Estadístico Empírico, en la mayoría de situaciones. Sin embargo, ninguno de los métodos testados alcanza a corregir las zonas sombreadas donde el coseno del ángulo de incidencia solar es próximo a cero o negativo, y algunos métodos muestran signos evidentes de sobrecorrección. Este es el caso de los métodos del Coseno, Two Stage Normalization Method o del método de Minnaert, entre otros. A diferencia de otros estudios que demostraron un rendimiento superior de la corrección topográfica estratificada, los resultados obtenidos en nuestra zona de estudio reflejan una mejora insignificante de la calidad fruto de la estratificación. Se espera que este trabajo contribuya al entendimiento de este efecto y a la adecuada implementación de técnicas para su corrección.
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Metodología interna en la formación académica
(2014) Martínez Ilundáin, José Manuel; Gimena Ramos, Faustino; Pérez Ezcurdia, Amaya; Villanueva Roldán, Pedro; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
Se define la metodología interna de la formación académica como un plan de investigación que permite mejorar el rendimiento académico de una forma continua y autónoma. Por tanto, dicha metodología permite al docente sistematizar procedimientos y técnicas estadísticas para poder mejorar su docencia, y como consecuencia, el rendimiento académico de los alumnos. El modelo que se plantea dispone seis pilares que conforman la metodología de manera integral y que son los siguientes: Seleccionar: las variables, los métodos y las pruebas estadísticas y los programas informáticos a utilizar a lo largo de la nueva metodología; Recoger: es fundamental tener toda la información que emana de la metodología para no dejarse nada que pueda ser relevante en ese momento o en el futuro; Analizar: todos los datos deberán ser analizados con las herramientas elegidas y se deberán sacar conclusiones para alcanzar los objetivos que ayuden a la mejora del rendimiento académico de los alumnos y, por otro lado, para perfeccionar la propia metodología. Gracias a este análisis se podrán marcar unos objetivos; Planificar: no se puede empezar a aplicar ninguna metodología sin una planificación previa que habrá que seguir escrupulosamente; Aplicar: gracias al análisis y la planificación se deberá llevar a la práctica para por comprobar si las acciones realizadas han tenido el impacto que se quería en el rendimiento académico de los estudiantes; Transferir: las herramientas seleccionadas, los datos, las conclusiones y los objetivos deberán ser transferidos al siguiente ciclo para ser tomado en cuenta y partir de la máxima información posible. Dicha metodología se ha aplicado a 630 alumnos, en 23 clases, con 7 profesores, de 4 centros de educación secundaria española, durante 3 cursos académicos a modo de estudio piloto para confirmar su validez y fiabilidad.
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Near-infrared spectroscopy and hyperspectral imaging for non-destructive quality inspection of potatoes
(2016) López Maestresalas, Ainara; Jarén Ceballos, Carmen; Arazuri Garín, Silvia; Proyectos e Ingeniería Rural; Landa Ingeniaritza eta Proiektuak
La patata (Solanum tuberosum L.) es uno de los cultivos más importantes en el mundo, ocupando el quinto puesto en términos de producción. España es uno de los países europeos con mayor producción y consumo de estos tubérculos. Sin embargo, a pesar de ser un producto altamente valorado, la industria de la patata se enfrenta a la demanda cada vez más creciente de productos de calidad, sanos y libres de daños por parte de consumidores y organismo reguladores. La aceptación en el mercado de estos alimentos depende de varios factores, como son, el aspecto general, textura, color, ausencia de defectos físicos, etc. Resulta imprescindible por tanto suministrar productos de gran calidad que gusten al consumidor final. Con este objetivo, la presente tesis doctoral se centra en ofrecer herramientas para un mayor control de la calidad de manera no destructiva, eficaz y sostenible. Para ello, se presentan diferentes estudios en los cuales se han diseñado, desarrollado y evaluado técnicas espectroscópicas no destructivas para el análisis de calidad en tubérculos de patata. Se ha llevado a cabo en primer lugar una caracterización óptica de los tejidos de patata en el rango visible e infrarrojo (500-1900 nm) mediante el uso de Dobles Esferas Integradoras, para entender los efectos de absorción y dispersión que se producen en los tejidos biológicos y así poder diseñar sensores más eficientes para la evaluación de la calidad de forma no destructiva. Además, se ha realizado una clasificación y determinación de compuestos químicos en patata mediante espectroscopía NIR y el uso de técnicas quimiométricas de análisis multivariante. Por último, se ha diseñado y evaluado un sistema de detección de daños internos en patata, no apreciables a simple vista, mediante análisis de imágenes hiperespectrales obtenidas en el rango visible, de 400 a 1000 nm, e infrarrojo (1000-2500 nm) del espectro. Los resultados obtenidos en estos estudios muestran, por un lado, cómo los espectros de absorción están fuertemente influenciados por la alta concentración de agua de las muestras y, por otro, cómo los tejidos de patata son altamente dispersivos, con unos valores del factor de anisotropía muy cercanos a 1 a lo largo de todo el rango espectral estudiado. Además, se ha conseguido clasificar una colección de 18 cultivares de patata de acuerdo a su contenido en polifenoles, antocianinas y capacidad antioxidante, mediante el empleo de un equipo NIRS con tecnología AOTF, con una precisión de 86.1%. Esto permite la incorporación de estas metodologías en la selección de líneas con alta concentración de los compuestos químicos deseados en programas de mejora genética. De forma similar, se ha logrado estimar la concentración de proteína bruta (R2: 0.86; SEP: 0.68), nitrógeno (R2: 0.86; SEP: 0.11) y polifenoles (R2: 0.83; SEP: 1.33), en un grupo de muestras con alta variabilidad, de manera no destructiva empleando el mismo equipo combinado con análisis de regresión por mínimos cuadrados parciales. Finalmente, los resultados obtenidos en el análisis de imágenes hiperespectrales han permitido discriminar patatas sanas de aquéllas con daño interno con una fiabilidad superior al 98% mediante un análisis discriminante por mínimos cuadrados parciales. Al mismo tiempo, se ha logrado identificar la presencia de daño interno en tubérculos 5 horas después de haberlo inducido, con una precisión de 97.12%. Esto permite localizar tubérculos afectados en las primeras fases de desarrollo del daño y por tanto evitar que lleguen al consumidor final. Los resultados obtenidos en esta tesis doctoral podrían emplearse para una futura implementación de estas técnicas espectroscópicas no destructivas en líneas reales de manipulación y envasado de patata.

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