10. Estudio y calibración de algoritmos¶

Por qué los productos tienen el comportamiento que tienen¶

Los productos de calidad del agua generados no son mediciones directas, sino estimaciones derivadas de algoritmos de teledetección aplicados a imágenes satelitales.

Para que estos algoritmos sean útiles en la gestión del agua, es imprescindible un proceso de validación y calibración basado en datos reales. Sin este paso, los resultados carecen de fiabilidad operativa.

La calibración se apoya en la combinación de tres tipos de información:

• Datos satelitales (Sentinel-2 y Planet).
• Datos de sensores aerotransportados (dron hiperespectral y multiespectral).
• Datos de campo (muestreos in situ y análisis de laboratorio).

Este enfoque multiescala permite comprender qué mide realmente cada sensor, cómo se comportan los algoritmos y cuáles son sus límites.

10.1 Comparación entre sensores: base de la calibración¶

No todos los sensores observan el agua de la misma forma ni con el mismo nivel de detalle.
Por ello, la validación cruzada entre sensores es un paso imprescindible.

Se adopta un enfoque de pirámide de sensores, donde cada uno cumple una función específica:

Hiperespectral (detalle físico)
↓
Multiespectral aerotransportado (sensor puente)
↓
Sentinel-2 (sensor operativo)

Este esquema permite transferir conocimiento desde sensores muy detallados pero poco operativos, hasta sensores plenamente operativos a gran escala.

10.1.1 Sensor hiperespectral – Cubert Ultris X20¶

El sensor hiperespectral no es un sensor operativo para vigilancia continua, pero es clave para entender cómo “se ve” realmente el agua desde el punto de vista espectral.

Qué aporta¶

• Muy alta resolución espectral (decenas de bandas continuas).
• Capacidad de capturar la firma espectral completa del agua.
• Detalle fino de:
• absorciones de clorofila,
• materia orgánica disuelta,
• partículas en suspensión.

Por qué es clave¶

• Permite analizar cambios sutiles en la reflectancia que los sensores multiespectrales no distinguen.
• Actúa como referencia espectral avanzada, muy cercana a la “verdad física”.
• Permite:
• validar la forma espectral,
• comprobar coherencia física,
• detectar saturaciones o pérdidas de señal.

En esencia, responde a la pregunta:

¿Cómo es realmente la señal óptica del agua?

Limitaciones¶

• Cobertura espacial muy limitada.
• Uso puntual (campañas específicas).
• Alta sensibilidad al ruido, ya que el agua presenta reflectancias muy bajas.
• Requiere una calibración radiométrica muy cuidada.

👉 Conclusión formativa
El hiperespectral no se usa para operar, sino para entender y validar.

10.1.2 Sensor multiespectral – Altum-PT¶

El sensor multiespectral aerotransportado cumple el papel de sensor puente entre el hiperespectral y el satélite.

Qué aporta¶

• Bandas discretas comparables a Sentinel-2:
• Azul
• Verde
• Rojo
• Red Edge
• NIR
• Alta resolución espacial.
• Plataforma flexible (dron).

Por qué es clave¶

• Permite comprobar si un sensor multiespectral:
• captura correctamente la señal detectada por el hiperespectral,
• y si esa señal es coherente con Sentinel-2.
• Facilita la transición:
• del detalle espectral,
• al sensor operativo.

Observaciones relevantes¶

Durante la comparación se observa que:

• Las reflectancias del Altum-PT suelen ser ligeramente superiores a las del hiperespectral.
• Estas diferencias pueden explicarse por:
• la hora del vuelo,
• el ángulo solar,
• diferencias en la calibración radiométrica,
• condiciones atmosféricas locales.

👉 Conclusión formativa
El Altum-PT no debe coincidir exactamente, sino comportarse de forma coherente.

10.1.3 Sentinel-2¶

Sentinel-2 es el sensor base y operativo del sistema.

Qué aporta¶

• Cobertura sistemática y gratuita.
• Alta frecuencia temporal.
• Resolución espacial adecuada para embalses grandes.
• Estabilidad radiométrica a largo plazo.

Rol en la calibración¶

• Es el destino final de todo el proceso de calibración.
• Los algoritmos se ajustan para que:
• Sentinel-2 reproduzca lo mejor posible la señal validada por sensores de referencia.
• La pregunta clave es:

  ¿Es Sentinel-2 capaz de representar fielmente la señal del agua?

Los resultados indican que sí, dentro de los límites esperables.

10.1.4 Planet: lecciones aprendidas¶

Planet se evaluó por su alta frecuencia temporal, pero mostró limitaciones importantes.

Problemas detectados¶

• Valores anómalos en el NIR.
• Reflectancias sin sentido físico tras correcciones estándar.
• Alta sensibilidad a la reflexión especular (sun glint).

Conclusión operativa¶

• Planet no es fiable para calibración directa de parámetros de calidad del agua en este proyecto.
• Su uso requeriría:
• correctores atmosféricos específicos,
• o aplicaciones muy restringidas.

👉 Mensaje clave para la formación
Más frecuencia temporal no siempre implica mejor dato.

10.2 Metodología de comparación entre sensores¶

La comparación no se basa en inspección visual, sino en un protocolo riguroso.

Coincidencia temporal¶

• Vuelos de dron coordinados con la pasada de Sentinel-2.
• Diferencias horarias mínimas.
• Se evita:
• redistribución del fitoplancton,
• cambios por viento,
• variaciones de iluminación.

Selección espacial de píxeles¶

• Sensores aerotransportados:
• área homogénea alrededor del punto de muestreo,
• media de reflectancia.
• Sentinel-2:
• ventana 3×3 píxeles,
• uso del centroide.

Esto reduce: - ruido, - píxeles mixtos, - efectos de borde.

Comparación banda a banda¶

• Se generan curvas espectrales por sensor.
• Se evalúa:
• forma de la curva,
• magnitud,
• comportamiento del NIR (clave en agua).

La coherencia física es más importante que la igualdad numérica.

10.3 Resultados clave de la calibración¶

Sentinel-2 vs hiperespectral¶

• Muy buena coincidencia espectral.
• Especialmente consistente en:
• bandas visibles asociadas a clorofila,
• NIR (~865 nm).

👉 Sentinel-2 reproduce correctamente la señal espectral del agua.

Sentinel-2 vs Altum-PT¶

• Curvas espectrales similares.
• Diferencias coherentes y explicables.
• Comportamiento aceptable para validación.

Planet: problemas críticos¶

• Inconsistencias físicas.
• Alta sensibilidad a glint.
• No recomendado como base de calibración.

10.4 Mensajes clave del apartado¶

• No todos los sensores sirven para lo mismo.
• La calibración es un proceso multiescala.
• El hiperespectral explica, no opera.
• El multiespectral valida la transición.
• Sentinel-2 es el sensor operativo.
• Más datos no siempre significan mejores datos.