Identifying urban growth patterns through land-use/land-cover spatio-temporal metrics: Simulation and analysis

[EN] The spatial pattern of urban growth determines how the physical, socio-economic and environmental characteristics of urban areas change over time. Monitoring urban areas for early identification of spatial patterns facilitates assuring their sustainable growth. In this paper, we assess the use of spatio-temporal metrics from land-use/land-cover (LULC) maps to identify growth patterns. We applied LULC change models to simulate different scenarios of urban growth spatial patterns (i.e., expansion, compact, dispersed, road-based and leapfrog) on various baseline urban forms (i.e., monocentric, polycentric, sprawl and linear). Then, we computed the spatio-temporal metrics for the simulated scenarios, selected the most informative metrics by applying discriminant analysis and classified the growth patterns using clustering methods. Two metrics, Weighted mean expansion and Weighted Euclidean distance, which account for the densification, compactness and concentration of urban growth, were the most efficient for classifying the five growth patterns, despite the influence of the baseline urban form. These metrics have the potential to identify growth patterns for monitoring and evaluating the management of developing urban areas.This work was supported by the the Spanish Ministerio de Economia y Competitividad and FEDER [CGL2016-80705-R].Sapena Moll, M.; Ruiz Fernández, LÁ. (2021). Identifying urban growth patterns through land-use/land-cover spatio-temporal metrics: Simulation and analysis. International Journal of Geographical Information Science. 35(2):375-396. https://doi.org/10.1080/13658816.2020.181746337539635

A full-waveform airborne laser scanning metric extraction tool for forest structure modelling. Do scan angle and radiometric correction matter?

[EN] In the last decade, full-waveform airborne laser scanning (ALSFW) has proven to be a promising tool for forestry applications. Compared to traditional discrete airborne laser scanning (ALSD), it is capable of registering the complete signal going through the different vertical layers of the vegetation, allowing for a better characterization of the forest structure. However, there is a lack of ALSFW software tools for taking greater advantage of these data. Additionally, most of the existing software tools do not include radiometric correction, which is essential for the use of ALSFW data, since extracted metrics depend on radiometric values. This paper describes and presents a software tool named WoLFeX for clipping, radiometrically correcting, voxelizing the waves, and extracting object-oriented metrics from ALSFW data. Moreover, extracted metrics can be used as input for generating either classification or regression models for forestry, ecology, and fire sciences applications. An example application of WoLFeX was carried out to test the influence of the relative radiometric correction and the acquisition scan angle (1) on the ALSFW metric return waveform energy (RWE) values, and (2) on the estimation of three forest fuel variables (CFL: canopy fuel load, CH: canopy height, and CBH: canopy base height). Results show that radiometric differences in RWE values computed from different scan angle intervals (0°¿5° and 15°¿20°) were reduced, but not removed, when the relative radiometric correction was applied. Additionally, the estimation of height variables (i.e., CH and CBH) was not strongly influenced by the relative radiometric correction, while the model obtained for CFL improved from R2 = 0.62 up to R2 = 0.79 after applying the correction. These results show the significance of the relative radiometric correction for reducing radiometric differences measured from different scan angles and for modelling some stand-level forest fuel variables.This research was funded by the Spanish Ministerio de Economia y Competitividad and FEDER, in the framework of the projects ForeStructure (CGL2013-46387-C2-1-R) and FIRMACARTO (CGL2016-80705-R).Crespo-Peremarch, P.; Ruiz Fernández, LÁ. (2020). A full-waveform airborne laser scanning metric extraction tool for forest structure modelling. Do scan angle and radiometric correction matter?. Remote Sensing. 12(2):1-17. https://doi.org/10.3390/rs12020292S11712

Analysis of land use/land cover spatio-temporal metrics and population dynamics for urban growth characterization

[EN] Promoting sustainable urbanization and limiting land consumption is a local and regional priority policy target in Europe. Monitoring and quantifying urban growth supports decision-making processes for the prevention of ecological and socio-economic consequences. In this work, we present a methodology based on spatio-temporal metrics and a new index (PUGI), that quantifies the inequality of growth between population and urban areas, to analyze and compare urban growth patterns at different levels. We computed an exhaustive set of spatio-temporal metrics at local level in a testing sample of six urban areas from the Urban Atlas database, then un-correlated metrics were selected and the data were interpreted at various levels. Results allow for a differentiation of growing patterns, discriminating between compact and sprawl trends. The index proposed complements the analysis by including demographic dynamics, being also useful for assessing the growing imbalance between the progression on residential areas and the population change at local level. The analysis at various levels contributes to a better understanding of urban growth patterns and its relation to sustainable policies not only within urban areas, but also for the comparison across Europe.This research has been funded by the Spanish Ministerio de Economia y Competitividad and FEDER, in the framework of the project CGL2016-80705-R and the Fondo de Garantia Juvenil contract PEJ-2014-A-45358.Sapena Moll, M.; Ruiz Fernández, LÁ. (2019). Analysis of land use/land cover spatio-temporal metrics and population dynamics for urban growth characterization. Computers Environment and Urban Systems. 73:27-39. https://doi.org/10.1016/j.compenvurbsys.2018.08.001S27397

Cartografía de variables forestales a partir de datos LiDAR

Se describe el procedimiento para la elaboración de mapas de variables forestales a partir de datos LiDAR (Light Detection and Ranging) y datos de campoRuiz Fernández, LÁ. (2020). Cartografía de variables forestales a partir de datos LiDAR. http://hdl.handle.net/10251/147476DE

Realce de imágenes en teledetección: (I) Operadores puntuales

Se describen las principales técnicas de realce de imágenes que se utilizan en teledetección, basadas en transformaciones lineales y no lineales, así como en la modelización del histograma, empleando ejemplos en cada caso.Ruiz Fernández, LÁ. (2018). Realce de imágenes en teledetección: (I) Operadores puntuales. http://hdl.handle.net/10251/103649DE

Métodos de detección de cambios en teledetección

Se describen algunos de los métodos más comunes para abordar problemas de detección de cambios por píxel a partir de imágenes de satélite multiespectrales, así como indicadores básicos para evaluar el resultado de la detección.Ruiz Fernández, LÁ. (2017). Métodos de detección de cambios en teledetección. http://hdl.handle.net/10251/83139DE

Aplicación de filtros morfológicos en imágenes

Se describe la aplicación de filtros morfológicos en imágenes, con orientación a imágenes adquiridas mediante técnicas de teledetecciónRuiz Fernández, LÁ. (2020). Aplicación de filtros morfológicos en imágenes. http://hdl.handle.net/10251/145903DE

Análisis de mezclas espectrales

Los métodos de clasificación de imágenes multiespectrales se basan normalmente en la asignación de un valor temático (clase) a cada píxel a partir de sus valores de intensidad en las diferentes bandas espectrales. Sin embargo, la energía reflejada correspondiente a cada píxel proviene en realidad de varios elementos del paisaje con distintas respuestas espectrales y representados en diferentes proporciones. Los métodos de mezclas espectrales permiten estimar la proporción de los elementos puros presentes en cada píxel a través de un conjunto de muestras identificadas en la escena. En este tema se describe el concepto básico de mezcla espectral de una imagen, la metodología para calcular las fracciones espectrales de cada elemento puro presente en la escena y se interpretan los resultados a través de un sencillo caso práctico en el que se aplica el método a un fragmento de imagen IRS LISS-III con cuatro elementos puros.Ruiz Fernández, LÁ. (2016). Análisis de mezclas espectrales. http://hdl.handle.net/10251/68366DE

La transformada de Fourier. Aplicación al filtrado de imágenes

El filtrado de imágenes digitales puede abordarse de manera más intuitiva cuando se realiza en el espacio de las frecuencias, una vez aplicada la transformada de Fourier a la imagen. La generación de filtros paso-bajo, paso-alto y paso banda es directa, aunque su mayor potencial reside en la creación de filtros para la eliminación del ruido periódico. En este tema se describen los principios teóricos básicos de la transformada de Fourier en funciones continuas y discretas, se enumeran algunas propiedades de la transformada, en particular el teorema de la convolución, y se definen los pasos básicos para la interpretación del espectro de Fourier y la definición de filtros en el dominio de las frecuencias.Ruiz Fernández, LÁ. (2016). La transformada de Fourier. Aplicación al filtrado de imágenes. http://hdl.handle.net/10251/68301DE

Realce de imágenes en teledetección: (II) Operadores espaciales

Se describe el concepto de los filtros de imágenes, cómo se aplican, principales tipos y su utilidad en el realce de imágenes digitales, en particular en relación a su utilidad en teledetección.Ruiz Fernández, LÁ. (2018). Realce de imágenes en teledetección: (II) Operadores espaciales. http://hdl.handle.net/10251/103650DE