WATER SURFACE MAPPING: METHOD SUMMARY

Aquí presentamos una síntesis del método desarrollado y aplicado por MapBiomas Agua. Para mayor información de los detalles metodológicos entre al ATBD (Documento Base de la Teoría del Algoritmo) en este LINK.

Presentation

MapBiomas Agua Venezuela's main objective is to map and analyze the spatio-temporal dynamics of surface water, both liquid and solid, throughout the national territory, at monthly and annual scales, for the period between 2000 and 2024. This effort is part of the regional MapBiomas Agua – RAISG initiative and contributes to the generation of consistent, comparable, and publicly accessible information to support the sustainable management of water resources, scientific research, and decision-making.

The generated products are openly available through the MapBiomas Venezuela web platform, allowing for consultation, visualization, analysis and download in different territorial units and time scales.

Organization and database 

In Venezuela, the methodological development, algorithm adaptation, and results validation of the MapBiomas Agua initiative were carried out by national specialists, with the participation of organizations with extensive experience in conservation, environmental monitoring, and land management.

The monthly historical series of water surface area was reconstructed from Landsat satellite images processed on the Google Earth Engine platform, ensuring spatial, temporal, and methodological consistency throughout the entire analyzed period.

Generated Products

MapBiomas Agua Venezuela produces the following datasets:

• Mapas mensuales: proporciona la superficie de agua para cada mes del año.
• Mapas anuales: orresponde a la cobertura anual mapeada para todo el territorio venezolano. Los datos abarcan el período 2000 – 2024 y presenta la presencia de agua 
• Frecuencia de agua: proporciona información anual sobre la persistencia de la superficie de agua en el territorio venezolano.
• Cuerpos de agua anuales: presenta la clasificación detallada de los cuerpos de agua en Venezuela, mostrando las diferentes categorías según su origen y uso, incluyendo cuerpos de agua naturales (ríos, lagos, océanos y lagunas de origen glaciar) y antrópicos (embalses para abastecimiento de agua potable, riego, uso mixto, hidroeléctricas, acuicultura, extracción de petróleo y gas, minería y otros usos).

Estos productos se integran en un panel interactivo (dashboard) que incluye mapas, gráficos, estadísticas y herramientas de análisis, así como acceso a la descarga directa de los datos y mapas.

Method

El mapeo de la superficie de agua en Venezuela se basa en un enfoque de clasificación a nivel subpíxel, denominado Surface Water Subpixel Classifier (SWSC), complementado con reglas de decisión, lógica difusa y procedimientos de post-clasificación. Este enfoque permite una detección más precisa del agua superficial, incluso en píxeles mixtos y en ambientes complejos como humedales, ríos de planicie y embalses, ver figura 1.

Figure 1. Etapas del proceso de clasificación de la superficie y los cuerpos de agua en Venezuela.

Preprocesamiento

Se utilizaron imágenes del archivo Landsat disponibles en Google Earth Engine, correspondientes a los sensores TM, ETM+ y OLI, con una resolución espacial de 30 metros. Las imágenes fueron seleccionadas considerando criterios de calidad radiométrica y cobertura de nubes, y se empleó la colección ortorrectificada a superficie para garantizar consistencia geométrica y espectral.

Clasificación de la superficie de agua

El clasificador SWSC utiliza fracciones espectrales derivadas del Análisis de Mezcla Espectral (SMA), en particular las fracciones de sombra (Shade), vegetación verde (GV), suelo (Soil) y nubes (Cloud). A partir de estas fracciones, se aplican reglas jerárquicas de decisión binaria y reglas independientes basadas en lógica difusa, que asignan a cada píxel un grado de pertenencia (membership) a la clase agua.

Los valores de membership, que oscilan entre 0 y 1, se agregan temporalmente para cada mes, utilizando estadísticas robustas, y se clasifican mediante umbrales definidos empíricamente para generar los mapas mensuales de superficie de agua (Ver figura 2).

Posteriormente, se aplican procedimientos de post-clasificación orientados a:

• Restaurar falsos negativos,
• Eliminar falsos positivos asociados a sombras u objetos oscuros,
• Rellenar vacíos causados por nubosidad o ausencia temporal de observaciones, mediante reglas basadas en la probabilidad intraanual y la mediana histórica mensual.

Figura 2. Example of detection, inclusion and exclusion of information applied to the mapping of monthly surface water.

Clasificación anual y frecuencia de agua

A partir de los mapas mensuales, se generan los mapas anuales de superficie de agua, incorporando información de frecuencia de ocurrencia. En este proceso, se diferencian cuerpos de agua permanentes (presencia igual o superior a seis meses en el año) y estacionales (presencia entre uno y cinco meses).

Asimismo, se calcula la frecuencia de detección de agua a lo largo de toda la serie histórica, lo que permite identificar patrones de persistencia y variabilidad hidrológica.

Clasificación de los cuerpos de agua

La clasificación de los cuerpos de agua se realiza utilizando información derivada del mapeo anual de agua permanente, incluyendo la primera y última ocurrencia anual, la frecuencia histórica y la frecuencia anual de cada objeto. Estos datos se organizan en estructuras matriciales y se segmentan mediante un algoritmo de segmentación orientado a objetos.

Los segmentos resultantes son clasificados utilizando el algoritmo Random Forest, incorporando variables morfológicas, temporales y contextuales. Los cuerpos de agua se clasifican en categorías naturales y antrópicas, incluyendo hidroeléctricas, minería, acuicultura y otros usos. Adicionalmente, se incorpora una clase de falsos positivos para corregir sobreestimaciones persistentes.

El proceso se complementa con filtros espaciales y temporales, el uso de datos auxiliares temáticos y la revisión experta mediante muestreo adicional y delineación manual de polígonos en áreas críticas.

Figura 3. Flujo metodológico de clasificación de los cuerpos de agua en Venezuela.