submitted within the UNIGIS MSc programme presentada para el Programa UNIGIS MSc at/en Z_GIS University of Salzburg

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Master Thesis ǀ Tesis de Maestría

submitted within the UNIGIS MSc programme presentada para el Programa UNIGIS MSc

at/en Z_GIS

University of Salzburg ǀ Universidad de Salzburg

Cambios en la Cobertura del Suelo en el Corredor Metropolitano Cali – Jamundí (Valle del Cauca,

Colombia) entre 1984 y 2013

Changes in Land Cover in the metropolitan Cali - Jamundí corridor (Valle del Cauca, Colombia) between

1984 and 2013

by/por

Dayver Betancourt Maldonado 1122891

A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements of the degree of

Master of Science (Geographical Information Science & Systems) – MSc (GIS)

Advisor ǀ Supervisor:

PhD Leonardo Zurita Arthos

Santiago de Cali, Octubre de 2015

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Compromiso de Ciencia

Por medio del presente documento, incluyendo mi firma personal certifico y aseguro que mi tesis es completamente el resultado de mi propio trabajo. He citado todas las fuentes que he usado en mi tesis y en todos los casos he indicado su origen.

Santiago de Cali, Octubre 27 de 2015

(Lugar, Fecha) (Firma)

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Resumen

El Corredor Metropolitano Cali - Jamundí, desde finales del Siglo XX constituye la única alternativa de expansión urbana de la Ciudad de Santiago de Cali (Valle del Cauca, Colombia), por lo cual, los elementos territoriales de su entorno rural, han estado expuestos a una rápida transformación. En tal perspectiva, mediante técnicas de teledetección y sistemas de información geográfica, en el presente trabajo se evaluaron los cambios en la cobertura del suelo en el área de influencia del Corredor Metropolitano. No sólo con el fin de establecer una estadística de cambios, sino además con el propósito de construir una base cartográfica útil en la planeación y ordenación del territorio.

La metodología se basó en el análisis multitemporal de tres imágenes Landsat clasificadas, de los años 1984, 1998 y 2013, de tal forma se calcularon estadísticas de cambios en la cobertura del suelo, aplicando la técnica de tabulación cruzada. Adicionalmente, se obtuvieron mapas de cambios significativos de acuerdo con las cualidades ambientales y paisajísticas del tipo de cambio, así como mapas dinámicos de la ocupación del suelo, en los cuales se destacan las zonas estables y los procesos territoriales implicados en los cambios significativos.

Los resultados dan cuenta de una dinámica de ocupación influenciada por factores globales, regionales y locales, los cuales acentúan actividades como la agroindustria y la difusión urbana, en detrimento de la oferta ambiental del territorio.

Palabras claves: corredor metropolitano Cali - Jamundí, expansión urbana, análisis multitemporal de imágenes satelitales, clasificación supervisada, cambios de cobertura, planificación territorial.

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English abstract

The metropolitan Cali - Jamundí corridor, has been the only alternative to urban expansion for the city of Santiago de Cali (Valle del Cauca, Colombia) since the late XX century. Therefore, the rural environments of this corridor have been exposed to rapid transformation. From this perspective, through the use of remote sensing and geographic information systems, this paper evaluates changes in land cover in the influenced area of the metropolitan corridor, not only in order to identify and calculate statistical changes, but also with the aim of building a useful cartographic base for planning and land use logistic.

The applied methodology was based on multi temporal analysis of three classified Landsat images of the years 1984, 1998 and 2013. Thus statistics were calculated for changes in land cover using cross-tabulation techniques.

Furthermore, areas where significant changes in land use occurred were developed in accordance with environmental and landscape qualities.

Furthermore, maps of land use dynamics were obtained.

The results showed evidence of dynamic land use changes influenced by global, regional and local factors, which resulted in the intensification of activities and phenomena such as agrobusiness and urban sprawl.

Keywords: Cali Corridor - Jamundí, urban expansion, multi temporal analysis of satellite images, supervised classification, coverage changes, territorial planning.

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Contenido

Pág.

1. Introducción ... 10

1.1. Antecedentes ... 10

1.2. Objetivos ... 13

1.2.1. Objetivo General ... 13

1.2.2. Objetivos Específicos ... 13

1.3. Preguntas de Investigación ... 13

1.4. Justificación ... 14

1.5. Alcances ... 15

2. Revisión de Literatura ... 17

2.1. Sobre el Corredor Metropolitano Cali - Jamundí... 17

2.2. Coberturas y usos del suelo ... 20

2.3. La teledetección y las técnicas de análisis multitemporal ... 22

2.3.1. Categorización digital de imágenes ... 22

2.3.2. Técnicas de análisis multitemporal ... 26

2.4. Algunas experiencias de análisis multitemporales en teledetección ... 27

3. Metodología ... 34

3.1. Caracterización del área de estudio ... 36

3.2. Procesamiento de las imágenes satelitales Landsat. ... 40

3.3. Aplicación transformaciones previas para mejorar la discriminación entre distintos tipos de cubiertas en el área de estudio. ... 46

3.4. Clasificación de las imágenes satelitales. ... 51

3.5. Proceso de validación de la clasificación. ... 57

3.6. Estimación de los cambios en la cobertura del suelo. ... 60

3.6.1. Identificación de cambios significativos y elaboración de cartografía ... 62

3.6.2. Elaboración del mapa de ecosistemas vulnerables ubicados en el Área de Influencia del Corredor Metropolitano Cali – Jamundí. ... 64

4. Resultados... 66

4.1. Validación de las clasificaciones ... 66

4.2. Coberturas del Suelo año 1984 ... 66

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4.5. Cambios en la cobertura del suelo 1984 – 1998 ... 71

4.8. Ecosistemas bajo presión en el área de influencia del corredor metropolitano Cali- Jamundí ... 84

5. Discusión ... 86

6. Conclusiones ... 95

7. Bibliografía ... 99

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Lista de figuras

Pág.

Figura 1. Espectro electromagnético ... 23

Figura 2. Formas de Teledetección ... 23

Figura 3. Mapa del área de estudio ... 39

Figura 4. Definición de áreas de entrenamiento en el caso de la imagen Landsat 2013. ... 53

Figura 5. Procedimiento para realizar la clasificación de las imágenes satelitales empleando el programa Envi versión 4.4 ... 56

Figura 6. Comparación del proceso de clasificacón y pos-clasificación ... 57

Figura 7. Mapa de coberturas del suelo año 1984 ... 68

Figura 10. Mapa de cambios significativos en la ocupación del suelo entre 1984 y 1998 ... 73

Figura 11. Mapa dinámico de la ocupación del suelo entre 1984 y 1998, en donde se destacan las zonas estables o sin cambios significativos ... 74

Figura 16. Mapa de ecosistemas naturales vulnerables ante la dinámica de ocupación del territorio ... 85

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Lista de tablas

Pág.

Tabla 1. Parámetros para la conversión a reflectividades de imágenes Landsat-5 TM ... 41

Tabla 2. Coeficientes de calibración de para el cálculo de la radiancia ... 41

Tabla 3. Valores mínimos de ND utilizados en la corrección atmosférica ... 45

Tabla 4. Coeficientes de la transformacion tasseled cap ... 49

Tabla 5. Representatividad de las áreas de entrenamiento seleccionadas por categorías de cobertura ... 53

Tabla 6. Escala de valorización del índice Kappa ... 60

Tabla 7. Resultados del proceso de validación ... 66

Tabla 8. Matriz de transición a partir de la tabulación cruzada de los mapas de coberturas del suelo de 1984 y 1998 (valores en porcentaje con relación al área total) ... 72

Tabla 9. Resumen de la tabulación cruzada entre los mapas de coberturas del suelo de 1984 y 1998 (valores en porcentaje con relación al área total) ... 72

Tabla 10. Matriz de transición a partir de la tabulación cruzada de los mapas de coberturas del suelo de 1998 y 2013 (valores en porcentaje con relación al área total) ... 76

Tabla 12. Matriz de transición a partir de la tabulación cruzada de los mapas de coberturas del suelo de 1984 y 2013 (valores en porcentaje con relación al área total) ... 80

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Lista de Cuadros

Pág.

Cuadro 1. Algunos sistemas de clasificación de coberturas del suelo ... 21

Cuadro 2. Diagrama metodológico ... 35

Cuadro 3. Características de las imágenes seleccionadas ... 40

Cuadro 4. Clasificación de la cobertura de la tierra según el ITC ... 54

Cuadro 5. Cualidades de los cambios en las coberturas del suelo ... 63

Cuadro 6. Consideraciones metodológicas en la elaboración del mapa de ecosistemas vulnerables ... 65

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1. Introducción

El Corredor Metropolitano Cali - Jamundí, constituye hoy en día la única alternativa de expansión urbana de la Ciudad de Santiago de Cali (Valle del Cauca, Colombia), siendo por tanto que la actividad agropecuaria y los recursos naturales en su entorno, se encuentran expuestos a una rápida transformación.

Esta situación genera inquietudes alrededor de cómo se ha dado la dinámica de ocupación del suelo sobre dicho territorio, y sobre el carácter de los posibles recursos o ecosistemas bajo presión. Es en tal perspectiva que mediante técnicas de Teledetección y Sistemas de Información Geográfica, en el presente estudio se plantea la evaluación de los cambios en la cobertura del suelo del área de influencia del Corredor, con el objeto de identificar las tendencias de ocupación y construir una base cartográfica útil en la planeación y ordenación del territorio.

1.1. Antecedentes

La Capital del Departamento del Valle del Cauca, Santiago de Cali, tercera ciudad colombiana y principal núcleo urbano del suroccidente del País con más de 2 millones de habitantes, en su entorno subregional, constituye el polo de desarrollo de una de las áreas metropolitanas más interesantes del país, entre otras cosas por enmarcarse dentro de un complejo corredor urbano (integrado por centros como Jamundí, Yumbo, Palmira, Buga, Tuluá, Zarzal, Cartago entre otros), y estar directamente conectada con el puerto marítimo más importante de Colombia, el Puerto de Buenaventura en el Océano Pacífico. De acuerdo con Martínez Toro (2005), es de esta forma que la Ciudad de Cali, viene a conformar junto a Bogotá, capital de la República, y Medellín, capital del Departamento de Antioquia, el llamado triángulo de oro del País, denominado así, ya que entre las tres metrópolis organizan la economía nacional, y concentran el mayor número de población.

Santiago de Cali se constituye entonces en una de las protagonistas del acelerado proceso de urbanización en Colombia. En la actualidad, es gran receptora de población desplazada por la violencia, y corre con la urgencia de reubicar población en riesgo por fenómenos de remoción en masa, así como de

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combatir los asentamientos subnormales, asociados especialmente a la rivera del Río Cauca (Secretaria de Vivienda Social del Municipio de Santiago de Cali, 2007)

No obstante la alta demanda de suelo para el desarrollo urbano de una metrópoli como Cali, ésta ve restringidas sus alternativas de expansión, ya que gran parte de su perímetro alcanzo los límites de barreras físicas y político- administrativas que contienen su crecimiento, barreras tales como los cerros tutelares ubicados en el límite occidental, el Río Cauca en su límite oriental (barrera natural y límite municipal), y un avanzado proceso de conurbación con el centro urbano del Municipio de Yumbo, en el límite norte.

De tal manera, la única alternativa de expansión urbana de Santiago de Cali, en sus tres escenarios, corto, mediano y largo plazo, se encuentra en el sur de la Ciudad sobre el corredor metropolitano Cali – Jamundí¹. Corredor que se sustenta en un par vial (Vía Panamericana y Vía Cañas Gordas) que comunica los dos centros urbanos en un trayecto aproximado de 15 km. Los usos del suelo sobre éste corredor son propios de una interfase periurbana en la que se identifican actividades agropecuarias (especialmente el cultivo de la caña de azúcar), edificaciones dispersas como planteles educativos, industrias, laboratorios químicos, centros recreacionales, moteles, entre otros, y una importante oferta de tipo ambiental como el Río Cauca, el Río Jamundí, el humedal Lago de las Garzas, la Laguna Panamericana y extensos bosques de guadua.

El área de expansión urbana del corredor Cali – Jamundí, es reconocida formalmente como única zona de expansión de la Ciudad de Cali, a través de la Resolución 396 de 1999 expedida por la Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca – CVC² (1999), y la Resolución 005 de 2000 expedida por el Ministerio Nacional del Medio Ambiente (2000), zona única de expansión que finalmente también es adoptada en el Artículo 202 del Plan de Ordenamiento

1 El Municipio de Jamundí se localiza en el extremo sur del Departamento del Valle del Cauca, limita al norte con el Municipio de Santiago de Cali, al occidente con el Municipio de Buenaventura y al sur, así como al oriente, con el Departamento del Cauca. En su centro urbano se concentran aproximadamente 100.000 habitantes.

2 La Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca CVC, se constituye como la máxima autoridad ambiental en la región

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Territorial – POT del Municipio de Santiago de Cali, aprobado y publicado en el año 2000³ (Alcaldía de Santiago de Cali, 2000).

Aunque el Departamento Administrativo de Planeación Municipal de Cali - DAPM (2000), en el numeral 6.2.1.4 sobre “Procesos de Urbanización y Expansión” del Documento Técnico de Soporte del POT de Cali, reconoce que el desarrollo urbano municipal está generando conflictos ambientales sobre el suelo, el aire, el agua, el bosque y el paisaje, y que estos pueden prevenirse mediante el ajuste del modelo de expansión bajo el principio de la sostenibilidad de la oferta ambiental, la verdad es que en este documento no se presenta un diagnóstico exhaustivo sobre el tema, y la formulación del mismo se limita a enumerar algunos estudios necesarios para comprender el fenómeno.

Desde la academia, recientemente Santana Rodríguez, Escobar Jaramillo y Capote (2009), a partir de la clasificación de imágenes satelitales Landsat, analizaron la dinámica del área construida de la Ciudad de Cali entre 1984 y 2003, motivados particularmente por temas como la densidad urbana y la disponibilidad de zonas verdes para la población. Entre sus hallazgos se destaca el incremento progresivo de la proporción del área construida con relación al perímetro urbano, presentándose el siguiente comportamiento: 49% en 1984, 57% en 1989, 71% en 2001 y 78% en 2003. De esta forma encontraron además que para el año 2003, la mayoría de las comunas de la ciudad presentaban una proporción de área construida mayor al 90% de su área total, llegando incluso al 100% en algunos casos.

Aunque el estudio de Santana Rodríguez et al. (2009) reafirma las preocupaciones alrededor de la insostenibilidad ambiental en el desarrollo urbano de Santiago de Cali, en éste no se alcanza a abordar la dimensión metropolitana del problema, en donde los corredores viales y los desarrollos difusos, guían la dinámica de ocupación del suelo en la interfase periurbana y en las zonas de futura conurbación, territorios cuyo estudio y planificación constituye un reto en

3 El Plan de Ordenamiento Territorial del Municipio de Santiago de Cali, se adoptó mediante el Acuerdo Municipal Nº 069 de 2000. En la actualidad, este Plan se encuentra en proceso de revisión y ajuste.

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pro de lograr el anhelado modelo de expansión bajo los principios de la sostenibilidad ambiental.

1.2. Objetivos

1.2.1. Objetivo General

Analizar la dinámica espacial y temporal en los cambios de la cobertura del suelo en el área de influencia del corredor metropolitano Cali – Jamundí (Valle del Cauca, Colombia), entre 1984 y 2013.

1.2.2. Objetivos Específicos

Describir los cambios en la cobertura del suelo en el área de influencia del corredor metropolitano Cali - Jamundí, para tres periodos específicos: 1984 a 1998, 1998 a 2013 y 1984 a 2013.

Caracterizar la evolución de la expansión urbana de la Ciudad de Cali en el área de influencia del corredor metropolitano Cali – Jamundí, durante los periodos de estudio.

Identificar los ecosistemas naturales bajo presión ante las tendencias en la expansión urbana sobre el corredor vial Cali – Jamundí.

Constituir una base cartográfica como soporte técnico-científico, útil en la planeación y el ordenamiento de la ocupación del suelo sobre el corredor metropolitano Cali -Jamundí.

1.3. Preguntas de Investigación

¿Cómo ha sido la dinámica espacial y temporal en los cambios de la cobertura del suelo, en el área de influencia del corredor metropolitano Cali – Jamundí para los periodos de 1984 a 1998, 1998 a 2013 y 1984 a 2013?

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¿Qué tipo de ecosistemas naturales se encuentran bajo presión ante las tendencias en la expansión urbana sobre el corredor metropolitano, y donde se localizan?

1.4. Justificación

El desarrollo urbano de la Ciudad de Cali, correspondiendo al acelerado proceso de urbanización en Latinoamérica a partir de la segunda mitad del siglo XX, se ha caracterizado más por seguir los intereses del mercado inmobiliario y la formalización de asentamientos irregulares, que por orientarse en criterios técnicos y científicos (Martínez Toro y Buitrago Bermúdez, 2011), siendo en tal perspectiva que el estudio de la ocupación del suelo en torno a la Ciudad, constituye hoy en día un imperativo para su planeación.

Considerando esto, evaluar la dinámica espacio-temporal de la ocupación del suelo sobre el corredor vial Cali-Jamundí, uno de los ejes de crecimiento histórico de la Ciudad y única alternativa de expansión en la actualidad, cobra importancia no solo en el sentido de medir los impactos ambientales de la presupuestada falta de planeación urbana, sino además con el fin de identificar tendencias en la ocupación del suelo, que sirvan como sustento de una planificación ambientalmente sostenible del territorio.

Aunque aquí se reconoce que la Administración Municipal de Santiago de Cali, debe enfocar gran parte de sus esfuerzos en la renovación y redensificación urbana de la Ciudad, en busca de desacelerar el proceso de expansión y sus impactos en la periferia, lo cierto es que el desborde urbano sobre el corredor vial Cali-Jamundí ya es un hecho latente, siendo en tal sentido que los productos cartográficos que se proponen como resultado de éste estudio, pretenden plantearse como una base técnico-científica dentro de la planificación y toma de decisiones alrededor de éste territorio.

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1.5. Alcances

El área de influencia del Corredor Metropolitano Cali Jamundí, territorio incrustado a la margen izquierda del Valle Geográfico del Río Cauca, para efectos del presente estudio constituye un polígono de 320,77 km², cuyos límites alcanzan entidades geográficas tales como el Río Cauca al este, el piedemonte de la Cordillera Occidental al oeste, el sur de la Ciudad de Cali al norte, y finalmente el casco urbano del Municipio de Jamundí en su integridad, al sur.

De esta forma, el área de estudio pretende abarcar el territorio a ser ocupado por los nuevos desarrollos urbanos asociados a la Ciudad de Cali, ya sean producto de la expansión planificada como se espera en las zonas más planas, o producto de desarrollos espontáneos o subnormales, como se esperaría en las zonas de ladera y en las riveras del Río Cauca.

Con relación al nivel de análisis, el estudio multitemporal propuesto se plantea para coberturas generales de ocupación del suelo, adoptándose de tal forma y acorde con las características del área de estudio, la clasificación de coberturas del Instituto Internacional de Ciencias de la Geo-información y Observación de la Tierra, la cual incluye las categorías de Construcciones, Plantaciones, Vegetación natural, Bosques, Cuerpos de agua y Tierras eriales. Considerando este nivel de detalle temático y la resolución espacial de las imágenes Landsat de 30 X 30 metros de la superficie terrestre, los productos cartográficos del presente estudio se presentan a una escala intermedia o semidetallada de 1:75.000.

Los Productos cartográficos esperados tras el proceso de investigación en el área de estudio son los siguientes:

• Coberturas del suelo año 1984.

• Cambios significativos en la cobertura del suelo 1984 – 1998.

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• Zonas estables o sin cambios significativos 1984 – 1998.

• Ecosistemas naturales bajo presión ante las tendencias en la expansión urbana.

Del mismo modo, se espera que los resultados de la investigación y los productos desarrollados, sirvan de guía para la realización de nuevos estudios que tengan como objetivo contribuir con nuevas herramientas para mejorar el análisis del estado ambiental del territorio vallecaucano, y permitan de igual manera orientar las decisiones en materia de planificación territorial y gestión ambiental a cargo de las entidades estatales, con la participación de organizaciones y comunidades cuyos intereses sean los de alcanzar un desarrollo territorial equilibrado y ambientalmente sostenible en el tiempo.

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2. Revisión de Literatura

2.1. Sobre el Corredor Metropolitano Cali - Jamundí

En el marco del acelerado proceso de globalización de la economía, en el que los centros urbanos compiten por concentrar eficientemente la producción de bienes y servicios, y soportar el rápido crecimiento demográfico, el fenómeno de la metropolización del territorio, es entendido como aquella tendencia a la integración entre varios conjuntos urbanos (González, 2012). De ésta forma, el concepto de área metropolitana se emplea para describir un área geográfica continua, conformada por unidades generalmente pertenecientes a diferentes circunscripciones administrativas, en las que según Vinuesa y Vidal (1991), p.

158) se forma:

“una gran aglomeración humana, que constituye un importante mercado de trabajo suficientemente diversificado con unas fuertes relaciones de dependencia entre los distintos núcleos que la integran, y que ejerce, además, una clara posición preponderante y de dominio dentro del sistema de ciudades”.

No obstante, los autores precisan al respecto de la continuidad geográfica de las áreas metropolitanas, que esta no se refiere necesariamente a la sucesión ininterrumpida del área construida, sino más bien al vínculo funcional entre sus partes, es decir, a la presencia contigua de los demás elementos del carácter metropolitano, tales como la interdependencia jerárquica entre los núcleos (generalmente alrededor de un polo de desarrollo o metrópoli), la diversificación económica y el modo de vida en la ciudad (Vinuesa y Vidal, 1991).

En Colombia, el fenómeno metropolitano, paralelo al acelerado proceso de urbanización de las ciudades y al crecimiento desproporcionado de los principales polos de desarrollo regional (Bogotá, Medellín, Cali y Barranquilla), se hace más evidente y complejo desde la década de los años setenta, con la consolidación de la industria como motor de la economía colombiana. Generalmente, este proceso se ha dado en condiciones de insostenibilidad ambiental y social, así como en el

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marco de conflictos político-administrativos, especialmente entre municipalidades que difieren en su vocación y jerarquía urbana (Bolaños, 2013).

En el caso específico del Área Metropolitana de Santiago de Cali, aunque ésta constituye una realidad territorial, que se expresa en la polarización ejercida por la Ciudad de Cali sobre los municipios vecinos (Yumbo, Palmira, Candelaria, Jamundí y Puerto Tejada), los intentos por lograr una integración subregional en términos administrativos y jurídicos, no han logrado consolidarse (como en el caso del Área Metropolitana del Valle de Aburra en Medellín, por ejemplo), trayendo consigo una planificación fragmentada del territorio, y dando lugar en gran medida a procesos de ocupación irregulares, dispersos y/o anti-técnicos (Bolaños, 2013).

No obstante, enfocándose en el carácter metropolitano del área de influencia de la Ciudad de Cali, éste, además de estar dado por la consolidación del sistema de asentamientos y de las actividades económicas, se soporta en hechos territoriales que además son evidencia del mismo proceso de metropolización, entre estos se destaca la localización de equipamientos de carácter regional, la prestación intermunicipal de servicios públicos y la adecuación de corredores viales en función del flujo masivo de personas, bienes y servicios (Universidad del Valle, Grupo de Investigacion Territorios, 2013).

Precisamente, el ámbito espacial que ocupa la presente propuesta de investigación, el Corredor Cali-Jamundí, constituye uno de los 5 corredores que sustentan y dan carácter metropolitano al área de influencia de la Ciudad de Cali.

Dichos canales de accesibilidad o corredores metropolitanos, gravitan sobre las vías que conectan la metrópoli con su área de influencia o hinterland metropolitano, convirtiéndose de tal forma en los canales que guían la expansión urbana tanto de la metrópoli, como la de las ciudades satélite (Martínez Toro, 2005).

De acuerdo con Martínez Toro (2005, p. 87), algunos de los atributos básicos de los corredores metropolitanos, evidenciados como tal en los corredores del área metropolitana de Cali, son los siguientes:

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• “Conectores viales entre la metrópoli y los satélites e infraestructuras.

• Se especializan en ciertas actividades; así el corredor metropolitano Cali - Yumbo se ha especializado en la industria, el corredor Cali – Jamundí presenta una seria tendencia hacia los usos institucionales del tipo educativo y usos recreativos.

• Siguen normalmente los ejes de los viejos caminos regionales.

• Vinculan la metrópoli con su hinterland, con la región y el país.

• Son escenarios de alto interés para la localización de actividades e intensidades que no caben ni espacial o funcionalmente en lo urbano

“consolidado”. “Autocine Piedragrande”, estadio del Deportivo Cali, Cementerio Metropolitano, campus universitarios, grandes superficies comerciales, polígonos industriales, etc.

• Son los espacios donde se genera y consolida la conurbación.

• Aprovechan suelos más baratos que en el centro urbano.

• Gozan normalmente de mejores ambientes naturales.

• Fácil accesibilidad regional, metropolitana y urbana; están conectados a través de los umbrales.

• Menores densidades e índices de ocupación.

• Mayores áreas para las actividades que se localizan allí.

• Hacen parte normalmente del suelo rural y de la categoría de suelo suburbano.

• Analizando los corredores metropolitanos y los núcleos urbanos que estos conectan, se puede reconocer el tipo de red o malla que configuran.

• Son un lugar geoestratégico para la localización de ciertas actividades; por accesibilidad, cercanía a los mercados regionales y metropolitanos, así como a las materias primas, y por estar en una “vitrina” por la que circulan diariamente miles de vehículos.

• Ejes sobre los que se presentan los flujos pendulares.

• Nueva estética; información para ser leída a 80 y 120 km por hora.

• Usos comerciales, industriales, recreativos, salud, educación, residenciales, institucionales y dotaciones se mezclan entre sí y con actividades agrícolas y bellos paisajes naturales.

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• Actividades diurnas y nocturnas típicas; discotecas, universidades, moteles, clubes deportivos, centros comerciales, hipermercados, autocines, industrias, balnearios, colegios, gasolineras y restaurantes.”

2.2. Coberturas y usos del suelo

El estudio de las características o atributos de la superficie terrestre (la ocupación del suelo), se puede asumir desde dos puntos de vista diferentes que sin embargo se relacionan entre sí: en primer lugar, la cobertura del suelo se enfoca a la categorización de unidades de acuerdo con sus propiedades biofísicas (cobertura urbana, forestal, de cultivos, etc.); por su parte, el uso del suelo se encamina a la caracterización del territorio de acuerdo con unidades diferenciadas según su orientación funcional o socioeconómica (uso residencial, industrial, comercial, etc.) (IGN, (s.f.).

Bajo este marco, los alcances planteados en la presente propuesta de investigación, se centran específicamente en la identificación de coberturas del suelo. A continuación, en el Cuadro 1 se presentan algunas de las clasificaciones de cobertura más utilizadas en estudios a nivel mundial, no sin antes mencionar que para el caso de los usos del suelo, también existen complejos sistemas o modelos de clasificación.

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Cuadro 1. Algunos sistemas de clasificación de coberturas del suelo

FUENTE: IGAC, 2005.

Finalmente, es importante anotar que existen dos grandes técnicas en la mapificación de la cobertura y uso del suelo (IGAC, (2005):

• Levantamiento directo o terrestre: esta técnica consiste en una evaluación directa en el campo, aquí, las unidades identificadas se trazan sobre planchas cartográficas, fotografías aéreas o imágenes satelitales impresas. En general, esta técnica resulta bastante tediosa, su aplicación es útil en áreas pequeñas de fácil acceso, y también en aquellos casos en los que se requieren levantamientos con un alto grado de precisión y detalle.

• Levantamiento por teledetección: bajo ésta técnica, la cobertura y uso del suelo se interpreta a partir de datos contenidos en productos de sensores remotos, ya sean fotografías aéreas, imágenes satelitales o imágenes de radar. Las ventajas del uso de la teledetección pueden resultar enormes, se posibilita el estudio de grandes extensiones del territorio, disminuyendo trascendentalmente los costos económicos y el tiempo de trabajo.

Unión Geográfica Internacional 1. Centros poblados y

tierras no agrícolas 2. Tierras hortícolas 3. Árboles frutales y otros

cultivos perennes 4. Tierras de cultivos 5. Pastos permanentes

mejorados

6. Praderas no mejoradas 7. Tierras de bosques 8. Pantanos y ciénagas 9. Tierras improductivas

Instituto Internacional de Ciencias de la Geo-información

y Observación de la Tierra 1. Construcciones

2. Plantaciones/parcelas 3. Vegetación natural abierta 4. Bosques

5. Cuerpos de agua 6. Tierras eriales Servicio Geológico de los

Estados Unidos 1. Tierra urbana o edificada 2. Tierras agrícolas

3. Tierras de pastizales 4. Tierras de bosque 5. Agua

6. Tierras húmedas 7. Tierras eriales 8. Tundra 9. Nieve o hielo

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2.3. La teledetección y las técnicas de análisis multitemporal

El análisis digital de imágenes satelitales, entendido como la extracción de mediciones, datos o información contenida en una imagen como producto de un sensor puesto en órbita, se divide en dos grandes grupos de técnicas: la generación de variables continúas, tales como los índices de vegetación o los modelos de contenido de humedad en el suelo, y las categorizaciones, en donde básicamente se aborda la clasificación o diferenciación de las coberturas de la superficie terrestre. Como es apenas lógico de acuerdo con los intereses del presente estudio, se presentan aquí algunos aspectos que tienen que ver con el segundo grupo de técnicas.

2.3.1. Categorización digital de imágenes

La teledetección o percepción remota como una técnica que permite obtener información a distancia de los objetos situados sobre la superficie terrestre, requiere de tres elementos básicos para su funcionamiento, entre los cuales se encuentra el sensor (ojo humano o elementos electrónicos con la misma función);

el objeto observado (puede constituir un árbol, agua, edificación, etc.), y el flujo energético (proveniente del sol o producido por sistemas electrónicos) que pone en relación a los dos primeros y permite, en última instancia detectar el objeto.

Según Chuvieco (2007), cualquier tipo de energía radiante se puede definir en función de su longitud de onda o frecuencia, y aunque sus valores son continuos, se ha logrado fijar una serie de bandas en donde la radiación electromagnética manifiesta un comportamiento similar, y cuya organización se conoce como espectro electromagnético. En teledetección, las bandas espectrales más empleadas en la distinción de las diferentes cubiertas terrestres son: el Espectro Visible (0,4 a 0,7 µm), el Infrarrojo Cercano IRC (0,7 a 1,3 µm), Infrarrojo Medio IRM (1,3 a 8 µm), Infrarrojo Lejano o Térmico IRT (8 a 14 µm) y Mircro-ondas M (por encima de 1 mm) (ver Figura 1), las cuales permiten percibir los diferentes objetos ubicados sobre la superficie terrestre a través de la energía reflectada y/o emitida por cada elemento (ver Figura 2).

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Figura 1. Espectro electromagnético

FUENTE: Chuvieco, 2007.

Figura 2. Formas de Teledetección

Los números indican las formas de teledetección donde (1) corresponde a Reflexión; (2) a emisión y (3) a emisión-reflexión.

En esta perspectiva, los cuerpos según su composición y estructura, pueden reflejar, absorber e irradiar de forma particular la luz y otros elementos del espectro electromagnético, de manera que la energía reflejada o emitida, captada

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por los distintos sensores, se conoce como firma espectral, cuya forma, tamaño, color, textura, temperatura, luminosidad, contraste entre otras características, pueden determinarse mediante complejos procedimientos fotográficos y electrónicos dispuestos en satélites artificiales (Mutschlechner, 1980). Por consiguiente, los datos almacenados permiten distinguir elementos como el agua, la tierra y la vegetación, de asentamientos humanos, industrias, cultivos, bosques entre otros, cuyo comportamiento espectral varía según sus características.

Considerando lo anteriormente expuesto, se puede decir que las imágenes satelitales constituyen una representación visual de la superficie terrestre, que incorpora información sobre la respuesta espectral emitida o reflejada por los cuerpos ubicados en dicha superficie, como producto de las capturas realizadas por sensores instalados en satélites artificiales. De acuerdo con Arozarena Villar (2010), dichas imágenes comprenden de manera genérica una matriz bidimensional discretizada en niveles digitales que tienen una expresión por cada celda o píxel.

Así la clasificación digital de imágenes multi-espectrales, tiene como propósito identificar grupos o categorías espaciales que presenten características en común. Los grupos obtenidos deben tener un comportamiento espectralmente diferente, y disponer de un valor informativo de interés para la investigación (Romero, 2006).

Existen dos enfoques utilizados para la realización de las clasificaciones, el supervisado y el no supervisado, en el primero se requiere que el intérprete tenga un conocimiento previo del terreno que se ha seleccionado como representativo, de las clases de información que se desean conocer en la imagen, mientras que en el segundo no precisa de un conocimiento previo del terreno, debido a que la imagen se segmenta en una serie de clases a partir de procedimientos numéricos, basados en la estructura que poseen los datos espectrales (Romero, 2006). A continuación se destacan las principales características de estos enfoques:

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• Enfoque no supervisado: Basándose en la diferenciación espectral de las clases contenidas en una imagen satelital, el enfoque supervisado, implica que los ND (Números Digitales) formen una serie de agrupaciones, conglomerados o clusters de pixeles con similares características (Romero, 2006). Esto permite que la computadora arbitrariamente localice vectores principales y puntos medios de las clases, para que luego cada pixel sea asignado a un determinado grupo mediante la regla de decisión de mínima distancia al centroide del grupo (Romero, 2006). Al respecto, existen dos métodos que usualmente son utilizados para realizar este tipo de clasificaciones, el K-Medias y el Isodata. En el primero, la categorización de la imagen se realiza a partir del cálculo de las medias de las clases, donde de forma reiterativa son insertados los píxeles utilizando la técnica de mínima distancia (Chuvieco, 2007). En este procesos continuamente se recalcula la media de cada clase y se vuelven a reclasificar todos los pixeles. En este caso todos los pixeles se clasifican si se limita la desviación estándar o la distancia máxima de búsqueda. Por otro lado, en el método conocido como Isodata, es el usuario quien decide inicialmente el número de los valores para las medias de los clusters que van a ser utilizados (m1, m2… mc), a partir de la localización en las zonas de mayor reflectancia, luego se clasifica las n muestras asignándolas a la clase cuya media se encuentre más cercana y finalmente se recalculan las medias considerando las nuevas asignaciones para reajustarlas como se dijo en el paso anterior (Ormeño, 2006).

• Enfoque supervisado: Esta se lleva a cabo mediante un operador que define las características espectrales de las clases, a través de puntos de muestreo, también denominadas áreas de entrenamiento (Chuvieco, 2007). De acuerdo con Romero (2006), las clasificaciones supervisadas, parten de la hipótesis de que la distribución de los datos espectrales es comúnmente multi-variantes, permitiendo de esta forma, la utilización de procedimientos paramétricos como los clasificadores bayesianos. Sin embargo, cuando los datos no se

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ajustan a una distribución multinormal, se acude al método Logit propuesto por Maynard y Strahler (1981), el cual consiste en un clasificador no paramétrico.

2.3.2. Técnicas de análisis multitemporal

En la interpretación digital de imágenes satelitales, el análisis multitemporal constituye uno de los métodos más eficaces para la comparación y determinación de cambios que ocurren en la superficie terrestre en un determinado periodo de tiempo (Almeida, Duriavich, Napolitano, y Feoli, (2009). Este análisis, según Ruiz, Savé y Herrera (2013), permite entonces deducir la evolución del medio natural o identificar las repercusiones de la acción humana sobre este medio, a partir de las transformaciones que sufren los distintos tipos de cobertura terrestre en el tiempo. En esta medida, ya son varias las técnicas desarrolladas que permiten observar dichos cambios en la cobertura de la tierra, entre éstas, se pueden mencionar las composiciones de color multitemporales; la diferencia entre imágenes; los cocientes multitemporales; los componentes principales y la regresión (Chuvieco, 2007).

Todas estas técnicas implican una comparación pixel a pixel⁴ de los Niveles Digitales (ND) o valores numéricos asignados a los niveles de radiancia provenientes de la superficie de la tierra en distintas fechas, donde los resultados obtenidos consisten en imágenes cuyos ND, indican el grado de cambio desde la mayor pérdida hasta la mayor ganancia en una escala gradual (Chuvieco, 2007).

La aplicación de estas técnicas requiere por tanto que las imágenes originales, además de las correcciones geométricas, sean sometidas a una rigurosa homogenización radiométrica. Por otra parte, si tras los cálculos, lo que se pretende obtener es una imagen categorizada en donde se discriminen aquellas áreas dinamizadas de las que permanecieron estables, el intérprete deberá enfrentarse al complejo proceso de delimitar umbrales (Chuvieco, 2007).

4 Constituyen las celdas o elementos de una imagen que representan el valor de la radiación electromagnética total proveniente de la superficie terrestre (Arozarena Villar, 2010).

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No obstante la detección de cambios puede abordarse también a partir de técnicas de clasificación de imágenes, en este caso, no hay lugar al problema de delimitar umbrales, ya que la clasificación implica discretizar la escala continua de las imágenes originales, y por tanto la comparación multitemporal se realiza entre categorías (Chuvieco, 2007). Este enfoque puede asumirse desde la clasificación conjunta de dos imágenes de diferentes fechas, o ya sea comparando imágenes previamente clasificadas. Con relación a esta última alternativa, de especial interés dentro de la presente propuesta de investigación, Chuvieco plantea lo siguiente (2007, p. 449).

“…se aborda una clasificación para cada imagen por separado, cuidando de emplear la misma leyenda temática en las dos fechas, con objeto de que puedan compararse posteriormente. A continuación se genera una tabla multitemporal de cambios, en donde se presentan las transiciones que se producen entre las dos fechas (…)”

De tal forma, bajo esta técnica no sólo se obtienen las zonas estables y dinámicas, sino además cual era la cobertura original y cual para la segunda fecha, lográndose establecer tendencias de cambio en el área de estudio. De acuerdo con Chuvieco, en análisis posteriores podría estudiarse los origines de dichos cambios, correlacionándolos con información complementaria almacenada en un SIG (Chuvieco, 2007).

Aunque el éxito de un análisis multitemporal de imágenes clasificadas, depende fundamentalmente de una adecuada corrección o equiparación geométrica entre las imágenes originales, así como de un buen proceso de clasificación, se debe tener en cuenta que la fiabilidad de la tabla multitemporal, siempre será inferior a las fiabilidades de cada clasificación (Chuvieco, 2007).

2.4. Algunas experiencias de análisis multitemporales en teledetección

El sensoramiento remoto o teledetección se ha convertido en una herramienta útil para realizar diferentes tipos de análisis, tales como la evaluación del estado de los recursos naturales, los estudios de impacto ambiental, la identificación de

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situaciones de amenaza y el seguimiento a procesos de ocupación del suelo entre otros, fenómenos generalmente estudiados con el fin de consolidar propuestas conducentes a ordenar y aprovechar de manera más adecuada el territorio y los beneficios que proporciona (GDSIG, (s.f.).

En este contexto los análisis de enfoque multitemporal han adquirido gran relevancia, ya que permiten modelar la evolución y las tendencias espaciales de un determinado fenómeno, tras la comparación de imágenes satelitales de diferentes épocas para un mismo lugar. A continuación se reseñan algunas experiencias recientes en el medio Iberoamericano, en donde se estudian especialmente los cambios de la cobertura del suelo a partir de técnicas multitemporales.

Cambio de uso de suelo y cobertura vegetal en el Municipio de Guelatao de Juárez, Oaxaca, México

En ésta investigación Von Thaden Ugalde (2012), analizó el comportamiento espacio-temporal del uso del suelo y la cobertura vegetal del Municipio de Guelatao de Juárez (México), mediante la clasificación y comparación de imágenes satelitales Landsat (mediana resolución) tomadas para el periodo de 1973 al 2011, e imágenes de alta resolución proporcionadas por los satélites Keyhole Inc para el periodo de 1995 a 2010, que además sirvieron para establecer un modelo predictivo de ocupación del territorio, integrando los métodos de cadenas de Markov y autómatas celulares.

De esta forma, las cadenas de Markov permitieron simular la predicción a 2025, mediante el cálculo de matrices de probabilidad de transición entre las escenas de 1995 y 2010, basadas en la magnitud de cambio de uso de suelo durante dicho periodo. Por su parte el método de autómatas celulares, se utilizó como algoritmo que asume explícitamente que las celdas vecinas, influyen en la probabilidad de transición de una celda o pixel central.

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Deforestación en ecosistemas templados de la precordillera andina del centro-sur de Chile

En éste estudio desarrollado por Altamirano y Lara (2010), se determinaron los cambios en la cobertura del suelo para el periodo 1989 - 2003, en los ecosistemas precordilleranos de la Región del Maule en Chile, identificando al mismo tiempo las causas del cambio del bosque nativo ubicado en el área. Esta vez, el proceso de clasificación de las imágenes satelitales Landsat TM se apoyó en el uso de fotografías áreas para determinar las áreas de entrenamiento. De ésta forma el proceso se realizó por etapas con el fin de adicionar información auxiliar asociada al análisis de textura y componentes principales: en primer lugar se clasificaron las imágenes empleando la combinación de bandas más acertada.

Pasó seguido, utilizando las mismas áreas de entrenamiento se clasificó nuevamente la imagen agregando a la combinación de bandas inicial, una banda de textura con el fin de expresar la similitud espectral entre pixeles adyacentes en ventanas de 5 x 5 píxeles; finalmente se adicionó una nueva banda generada mediante un análisis de los componentes principales, que resume la información de las tres primeras bandas espectrales empleadas.

En relación al proceso de validación, inicialmente se aplicó el índice de divergencia transformado para evaluar las áreas de entrenamiento que varía entre 0 y 2000, e indica la mínima y máxima separabilidad espectral entre pares de tipos de cobertura. En segundo lugar se evaluó la exactitud de la clasificación supervisada de las imágenes, a partir de la selección de muestras independientes de las áreas de entrenamiento (un mínimo de 50 pixeles), las cuales fueron verificadas en visitas realizadas al área de estudio, y con lo cual se construyó la matriz de errores.

En el estudio se destaca la importancia de aplicar, en el proceso de clasificación, nuevas bandas asociadas a la textura, y a los componentes principales encontrados en cada imagen, esto con el fin de mejorar la exactitud global de la clasificación. De igual forma, se resalta la importancia de aplicar el índice de divergencia transformado en el proceso de validación de las imágenes,

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el cual permitió corroborar que las áreas de entrenamiento correspondieran a los tipos de cobertura identificados.

Procesado de imágenes de satélite: obtención de magnitudes biofísicas de la vegetación

Poveda Sánchez, González Martín, Diaz San Andrés, y Balbontín Nesvara (2010), determinaron las magnitudes biofísicas de la vegetación natural y cultivada en la Provincia de Albacete en España para el periodo 2004 - 2005, a partir del uso de imágenes satelitales Landsat. De tal forma tras el procesamiento digital de la imágenes y el cálculo de índice de vegetación de diferencia normalizado (NDVI), aplicaron modelos para obtener fracciones de la radiación fotosintéticamente activa absorbida por las plantas (FPAR), tales como el índice de área foliar (IAF), la fracción de cobertura verde (Fc) y el coeficiente de cultivo definido (Kc), todos estos índices siendo desarrollados por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO).

La selección de los sitios de estudio se realizó buscando un contraste y representatividad entre dos grupos de vegetación. En el primer grupo se integraron especies de vegetación natural y el segundo, especies de vegetación agrícola. En este sentido, los sitios constituyen una serie de parcelas con especies representativas de cada grupo, de las cuales se logró obtener clases diferenciables en las evoluciones temporales de los parámetros biofísicos.

De esta manera se destaca la importancia del uso de indicadores relacionados con valores obtenidos de NVDI, para observar el comportamiento de la vegetación bajo distintos estados y parámetros biofísicos, destacando aquellos aspectos que pueden interferir en el desarrollo de la vegetación.

Estudio multitemporal del nor-oriente del Ecuador

En éste estudio, realizado por GEOPLADES (2009), para analizar los cambios en la cobertura vegetal y uso del suelo en el periodo de 1990 a 2008, y su proyección al año 2030 en la zona nor-oriental de Ecuador, se emplearon

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imágenes satelitales Landsat correspondientes a los años 1988, 1989 y 1991, así como 23 imágenes ASTER tomadas para los años 2003, 2004, 2005, 2007 y 2008. De ésta forma se obtuvieron mapas de cobertura vegetal, ocupación del suelo y ecosistemas presentes desde la década de 1990. La proyección en los cambios de cobertura se basó en un modelo de selección discreta, con el cual se logró establecer las tendencias de ocupación⁵.

Considerando que el método de clasificación empleado fue el supervisado, se definieron áreas de entrenamiento para cada tipo de cobertura aplicando el método de “Polígonos definidos por el usuario”, el cual se basa en el reconocimiento de patrones que se obtienen de la respuesta espectral de los píxeles, y permiten definir los polígonos correspondientes a cada área de entrenamiento.

El proceso de verificación se realizó de forma estratificada, con énfasis en aquellas unidades cartográficas donde la respuesta espectral de las clases no permitió su completa identificación, para ello se asignaron nuevas áreas de entrenamiento aplicando una vez más el método de clasificación supervisada.

Finalmente para validar la clasificación de las imágenes se empleó la matriz de error o matriz de confusión, la cual permitió precisar la información obtenida por cada cobertura.

Análisis multitemporal de la cobertura y uso de la tierra a través del sistema LCCS en la cuenca baja del Río Grande-Santa Cruz

La investigación realizada por Guerra Cerezo (2006), examina los cambios en la cobertura del suelo entre 1986 y 2005 en la cuenca baja del Río Grande (Santa Cruz - Bolivia), a partir del procesamiento y clasificación de imágenes Landsat y Aster de acuerdo a los parámetros del sistema LCCS (Land Cover Clasifications Systems) desarrollado por la FAO, y el cual permite la definición de diferentes clases de cobertura, como base para identificar conflictos en el uso según las características del área de estudio.

5 En el documento citado no se expone de forma detallada la metodología empleada para la proyección de los cambios de cobertura al año 2030, de este proceso sólo se menciona que el modelo aplicado es el de selección discreta.

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De acuerdo con esta metodología, en la cuenca baja del Río Grande en Bolivia se lograron distinguir cuatro tipos de cobertura: la vegetación terrestre natural y seminatural, el bosque denso alto siempre verde, la vegetación terrestre cultivada y los cuerpos de agua (en este caso corresponden a lagos y ríos ubicados dentro del área de estudio).

Con el fin de mejorar la interpretación visual de las imágenes y los distintos tipos de coberturas, se realizaron composiciones a color y realces zonificados mediante la combinación de bandas. En este caso el realce zonal se obtuvo mediante la aplicación de un filtro de “realce borde”, mediante el cual se diferencia entre el píxel central y sus vecinos permitiendo resaltar ciertos tipos de cobertura que pueden diferenciarse de otros objetos.

En este sentido, la interpretación visual preliminar permitió descifrar los macropatrones de cobertura mediante el análisis de la textura, el tono, el color, así como de la variabilidad de realce. Adicionalmente en el diseño de la leyenda LCCS, se adoptó una clave matriz dicotómica en la clasificación de coberturas generales, en las cuales a su vez se identificaron criterios descriptores o clasificadores para la definición de grupos o subclases, criterios que se encuentran agrupados por factores fisonómicos característicos en el caso de la cobertura vegetal natural, y por sistemas de producción y modalidades de cultivo en el caso de la vegetación cultivada. Por consiguiente, las clases fueron determinadas considerando la interpretación visual, y las características que ofrece el programa para que el usuario pueda determinar los tipos de cobertura y ajustarlos cuando estos cambien.

Después de definir las clases, se realizó la interpretación visual de la cobertura de la tierra a partir de imágenes de satélite utilizando el programa Geo Vis, que además permitió combinar las técnicas de la interpretación visual con opciones de clasificación y discretización automática de vectores espectrales. En este contexto, se aplicaron diversas composiciones de color y realces para definir la auto correlación de ciertos patrones de cobertura.

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Para la digitalización de la información, después de definir la escala del trabajo y la mínima unidad de mapeo, se logró realizar una discriminación espectral mediante la selección de variables referidas al umbral, el tamaño del píxel y la topología, de manera que “las clases fueron definidas por una relación de clasificadores en base a la discretización de los valores espectrales con respuestas comunes” (Guerra Cerezo, 2006, p. 27), las cuales fueron poligonizadas automáticamente de acuerdo a criterios definidos por el usuario.

Finalmente, los polígonos de coberturas generados se categorizaron de acuerdo a la leyenda LCCS, la cual se activó a partir de un enlace en el programa Geo Vis, facilitando la creación de polígonos y su categorización en tiempo real.

Además, se destaca que la identificación y verificación de las clases definidas fueron corroboradas en campo con visitas y la realización de videografías aérea georreferenciadas.

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3. Metodología

En el abordaje de estudios multitemporales con percepción remota, es posible identificar dos grandes vertientes metodológicas a saber: por un lado se encuentran las técnicas cuantitativas asociadas al procesamiento de imágenes continuas (composiciones multitemporales, diferencia entre imágenes, análisis de componentes principales, etc.); y por otro, está la comparación de imágenes previamente clasificadas mediante tablas de contingencia (Eastman, McKendry, y Fulk, (1994).

Dentro del grupo de técnicas cuantitativas, con el fin de obtener resultados óptimos en la detección de cambios, los datos adquiridos de sensores remotos deben contar con resoluciones temporal, espacial, espectral y radiométrica constantes, esto implica que el sistema sensor seleccionado proporcione una cobertura periódica, en las mismas bandas espectrales y bajo condiciones de observación similares (altura, hora y ángulo de adquisición). En tal perspectiva, los analistas bajo este grupo de técnicas deben tener pleno conocimiento de las características de estos parámetros en las escenas a utilizar, y sus posibles impactos en la obtención de los resultados (Riaño Melo, 2002).

En el caso de la comparación de imágenes previamente clasificadas, técnica en la que se suscribe el presente estudio, los pasos metodológicos en la detección de cambios se centran en el procesamiento digital de las imágenes (corrección geométrica, radiométrica y atmosférica), la categorización de las mismas en clases de superficie (clasificación supervisada o no supervisada) y en su comparación a través de matrices de cambio (vectorización y superposición de capas a través de un SIG (Eastman et al., 1994).

De esta forma la comparación de imágenes clasificadas implica una gran ventaja respecto a las técnicas cuantitativas, especialmente en los estudios de carácter histórico que implican cambios de cobertura en periodos extensos de tiempo, ya que se pueden abordar imágenes disponibles de diferentes tipos de sensor (incluso aquellos fuera de operación) y por tanto variantes en sus parámetros temporales, espaciales, espectrales y radiométricos. En

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consecuencia, en este caso los analistas se enfocan en obtener clasificaciones fiables a través de la corrección de las imágenes (procesamiento digital), la aplicación de algoritmos clasificadores y la validación de las clasificaciones.

En este contexto, se muestran a continuación los pasos metodológicos utilizados para alcanzar los objetivos del presente estudio (ver Cuadro 2), pasos que giran precisamente alrededor del procesamiento digital, la clasificación y el análisis multitemporal de tres imágenes satelitales Landsat.

Cuadro 2. Diagrama metodológico

Con relación al programa satelital seleccionado, el programa Landsat de la Agencia Espacial Norteamericana, es importante destacar que constituye el programa líder a nivel mundial para la observación y monitoreo de los recursos

CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

PROCESAMIENTO DE LAS IMÁGENES

SATELITALES

CLASIFICACIÓN DE LAS IMÁGENES

SATELITALES

VALIDACIÓN DE LA CLASIFICACIÓN

ANÁLISIS MULTITEMPORAL Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

Corrección Radiométrica Corrección

Atmosférica Selección de

imágenes

Identificación de las categorías o coberturas del suelo

Selección de áreas de entrenamiento

Clasificación de las imágenes

Aplicación de herramientas de selección (ROI) o (AOI), según el programa de

clasificación

Aplicación del algoritmo de máxima probabilidad

Cálculo de la fiabilidad global de los mapas obtenidos

Cálculo de la fiabilidad del usuario y del productor

Estructuración de la Matriz Kappa o matriz de confusión

Cálculo del coeficiente kappa

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terrestres. Esta serie que inició en 1975, a la fecha suma un total de 8 satélites de los cuales 2 se mantienen activos (Landsat 7 y 8). El amplio uso de las escenas Landsat por expertos y entidades de variados campos del conocimiento, se explica gracias a las constantes mejoras radiométricas, geométricas y espaciales incorporadas en los sensores del programa (RBV, MSS, TM, TM+ yOLI TIRS), orientadas a optimizar la producción de cartografía temática.

Entre las ventajas que ofrecen las escenas Landsat 5 Y 8 en la realización del presente estudio, de carácter multitemporal y semi-detallado alrededor de coberturas generales del suelo, se encuentran las siguientes: composición de entre 6 y 9 bandas multiespectrales especialmente útiles en el monitoreo de la vegetación y los recursos naturales; resolución espacial de 30 metros, propicia para análisis a escalas medianas; correspondencia geométrica entre las escenas en la proyección UTM – WGS84; disponibilidad de datos de archivo desde 1982 (principal ventaja frente a otros programas satelitales en estudios históricos); y la disponibilidad gratuita de los datos en diversos servidores tales como el Image 2000 de la Comisión Espacial Europea (http://image2000.jrc.ec.europa.eu/), o el servidor Glovis del Servicio Geológico Nacional de los Estados Unidos (http://glovis.usgs.gov/).

3.1. Caracterización del área de estudio

El Área de Influencia del Corredor Metropolitano Cali – Jamundí, para efectos del presente estudio constituye un territorio de 320,77 km², localizado al sur del Departamento del Valle del Cauca, más específicamente sobre la planicie aluvial de la cuenca del alto valle geográfico del Río Cauca, alcanzando incluso parte de los cerros al este de la Cordillera Occidental (ver Figura 3). Los criterios utilizados para la delimitación de dicha área como área objeto de estudio, se describen a continuación:

• Límite occidental: Comprende una isolínea de 1400 metros sobre el nivel del mar en el piedemonte de la Cordillera Occidental. Alrededor de esta altura y sobre esta misma cordillera, se encuentra el punto más alto alcanzado por el perímetro urbano actual de la Ciudad de Cali, esto

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específicamente en el sector de Patio Bonito en el Barrio Vista Hermosa (ver Figura 3).

• Límite norte: Básicamente sigue el trayecto de las vías que para el año 1984, determinaban el perímetro urbano al sur de la Ciudad de Cali.

• Límite oriental: Comprende un área de influencia de 500 metros alrededor de la margen oriental del Río Cauca. Se busca incluir en el análisis la dinámica de las coberturas alrededor del Rio en su integridad (incluyendo ambas márgenes), como el principal ecosistema dentro del área de estudio.

• Límite sur: Sigue el trayecto de las dos vías rurales al sur de la Cabecera Municipal de Jamundí, que se encuentran directamente conectadas con el corredor metropolitano. Una de estas comunica la Cabecera Municipal de Jamundí con el Corregimiento de Potrerito en sentido occidental, mientras la otra lo hace en sentido oriental con el Corregimiento de Paso de la Bolsa, ambos corregimientos del Municipio de Jamundí.

A raíz de la convergencia intertropical propia de la Región Andina, el área de estudio se caracteriza por un régimen pluviométrico bimodal, en donde los periodos de lluvia generalmente van de marzo a mayo y de septiembre a noviembre, mientras los periodos secos se presentan de diciembre a febrero y de junio a agosto (CVC y Universidad del Valle, 2004). Es de esta forma que la temperatura media en la planicie del Valle Geográfico del Alto Cauca, que se eleva alrededor de los 1000 metros sobre el nivel del mar, alcanza los 24ºC con variaciones entre los 10 y los 38ºC, la precipitación media anual llega aproximadamente a los 1000 mm y la humedad promedio mensual se encuentra en el rango del 70 al 75% (CVC y Universidad del Valle, 2004).

En el área de estudio es posible identificar tres tipos de suelos, por un lado se encuentran los sedimentos de origen volcánico alternados con bancos de arenisca, asociados a los cerros de la Cordillera Occidental, estos se caracterizan

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por un drenaje excesivo y por su cobertura de bosque natural; ya en la zona de piedemonte, a la margen izquierda del Río Cauca se observan abanicos aluviales caracterizados por su contenido de sodio en algunos casos, y en otros por sus horizontes compactos con gravas y pedregosidad, estos suelos se utilizan para la actividad agrícola bajo el predominio de la caña de azúcar; finalmente en la planicie del valle geográfico, en las proximidades del Río Cauca, se presenta la mayor acumulación de sedimentos aluviales, estos se caracterizan por ser suelos profundos de buen drenaje y algunos problemas de salinidad, las actividades predominantes son los cultivos de caña de azúcar y la ganadería extensiva.