Monitorización remota a partir de imágenes de radar del marabú (Dichrostachys cinérea) en zonas agrícolas del Valle de los Ingenios, Cuba

Abstract

Trabajo de Máster Universitario en Tecnología Ambiental (2023/24). Directores: Dr. Eduardo Cristóbal Moreno Cuesta; Dra. Encarnación González Algarra. La invasión del marabú (Dichrostachys cinérea), una especie exótica invasora, representa una amenaza importante para la biodiversidad, los sistemas agroproductivos y los valores culturales del Valle de los Ingenios, ubicado en el municipio de Trinidad, Cuba, declarado Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO en 1998. Este fenómeno provoca transformaciones significativas en los ecosistemas locales, afectando tanto la sostenibilidad ambiental como la integridad histórica del territorio. El presente estudio desarrolló un modelo de teledetección basado en técnicas de radar de apertura sintética (SAR) para mapear y monitorear en tiempo real la distribución del marabú. Este enfoque integra datos satelitales Sentinel-1 y trabajo de campo con el objetivo de mejorar la gestión agrícola y la conservación del paisaje. La investigación utilizó clasificadores supervisados, específicamente Random Trees (RT) y Support Vector Machine (SVM), para diferenciar las principales clases de cobertura terrestre: marabú, forestal, cultivos, pastos y agua. La metodología incluyó la recopilación y análisis de datos de entrenamiento representativos, el procesamiento avanzado de imágenes SAR y la validación mediante métricas de precisión derivadas de matrices de confusión y datos de campo. Durante la fase de entrenamiento, el clasificador RT mostró un desempeño destacado, con una precisión del usuario del 74% y del productor del 78%. En la validación con datos de campo, aunque la precisión del usuario para el marabú se redujo al 50% y la del productor al 57.89%, el modelo demostró ser útil en la identificación de áreas homogéneas, enfrentando mayores desafíos en zonas de transición y coberturas espectralmente similares, como marabú y bosque. Estos hallazgos subrayan la utilidad de las imágenes SAR en contextos donde la nubosidad persistente limita el uso de datos multiespectrales, proporcionando una alternativa viable para el monitoreo de especies invasoras en regiones tropicales. Aunque persisten desafíos en la separación de clases, el modelo desarrollado constituye una herramienta de apoyo para la planificación territorial y la implementación de medidas de control del marabú. Asimismo, este enfoque puede ser replicado en contextos similares, contribuyendo a la sostenibilidad ambiental y a la preservación del patrimonio cultural del Valle de los Ingenios.

The invasion of marabú (Dichrostachys cinérea), an exotic invasive species, poses a significant threat to biodiversity, agroproductive systems, and cultural values in the Valle de los Ingenios, located in the municipality of Trinidad, Cuba, a UNESCO World Heritage Site since 1998. This phenomenon leads to substantial transformations in local ecosystems, affecting both environmental sustainability and the historical integrity of the area. This study developed a remote sensing model based on synthetic aperture radar (SAR) techniques to map and monitor the distribution of marabú in real-time. This approach integrates Sentinel-1 satellite data and fieldwork to improve land management and landscape conservation. The research employed supervised classifiers, specifically Random Trees (RT) and Support Vector Machine (SVM), to differentiate the main land cover classes: marabú, forest, crops, pastures, and water. The methodology included the collection and analysis of representative training data, advanced processing of SAR images, and validation using accuracy metrics derived from confusion matrices and field data. During the training phase, the RT classifier showed strong performance, with a user accuracy of 74% and a producer accuracy of 78%. In field validation, while user accuracy for marabú decreased to 50% and producer accuracy to 57.89%, the model proved useful in identifying homogeneous areas, facing greater challenges in transitional zones and spectrally similar covers, such as marabú and forest. These findings highlight the utility of SAR images in contexts where persistent cloud cover limits the use of multispectral data, providing a viable alternative for monitoring invasive species in tropical regions. Although challenges remain in class separation, the developed model serves as a support tool for territorial planning and implementing control measures for marabú. Additionally, this approach can be replicated in similar contexts, contributing to environmental sustainability and the preservation of the cultural heritage of the Valle de los Ingenios.