Clasificación Litológica en Afloramientos de Rocas Mediante Técnicas de Aprendizaje Automático Usando Imágenes Satelitales

dc.contributor.advisorTesón Del Hoyo, Eliseo
dc.contributor.advisorRubriche Cárdenas, Juan Carlos
dc.contributor.authorRodríguez Arias, Elizabeth
dc.contributor.corporatenameUniversidad Santo Tomásspa
dc.contributor.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001343533spa
dc.contributor.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001457530spa
dc.contributor.orcidhttps://orcid.org/0000-0001-6812-2838spa
dc.coverage.campusCRAI-USTA Bogotáspa
dc.date.accessioned2024-01-29T16:02:36Z
dc.date.available2024-01-29T16:02:36Z
dc.date.issued2024-01-29
dc.descriptionde imágenes de satélite, supone un gran avance en el estudio de la superficie de la tierra; debido a la heterogeneidad de las estructuras rocosas y las dificultades asociadas a cambios abruptos de topografía, la clasificación convencional tiene un gran componente subjetivo, que en ocasiones puede afectar la precisión del proceso. El objetivo de usar aprendizaje de máquinas para hacer clasificación litología es generar una herramienta que asista el proceso de clasificación y así mejorar los aspectos que puedan limitar los resultados, como suelen ser, optimizar el tiempo de procesamiento, mejorar la precisión de la clasificación, procesar bases de datos más voluminosas (imágenes con mayor resolución espectral y espacial) y cubrir ´áreas de estudio más extensas. La metodología está desarrollada sobre la plataforma de análisis geoespacial con procesamiento en la nube Google Earth Engine (GEE) y está implementada en cuatro fases principales; la primera es generar variables adicionales para el modelo de clasificación supervisada, mediante técnicas estadísticas de transformación de imagen y mejora espectral, como el cálculo de ´índices espectrales geológicos y el análisis de componentes principales (PCA), así como incorporar información topográfica mediante la adición del modelo digital de terrero (DEM) y agregando datos de textura por medio de la matriz de coocurrencia de nivel de grises (GLMC), también se incorporan los resultados del algoritmo de clasificación no supervisada K-means como una variable predictora. La segunda fase consiste en entrenar los algoritmos de aprendizaje supervisado Ramdon Forest (RF), Support Vector Machine (SVM), Classification and Regression Trees (CART), Mini mum Distance (MD) y Naive Bayes (NB) teniendo en cuenta las variables generadas en la primera fase junto información de referencia de campo o Ground Thruth, para reproducir varios modelos de clasificación de los cuales, en la tercera fase, se elige el que produzca mejores métricas de desempeño, generando un modelo de clasificación confiable que en una ´ultima fase se reproduce sobre una zona de superficie con características y litología desconocidas, aportando así información de base para realizar cartografía geológica sin haber requerido presencia de personal in situ.spa
dc.description.abstractThe application of machine learning techniques to perform terrain characterization from satellite images represents a significant advance in the study of the Earth’s surface. Because of the heterogeneity of rock structures and the difficulties associated with abrupt chan ges in topography, conventional classification possesses a large subjective component, which sometimes can affect the accuracy of the process. The desired result of using machine lear ning techniques in Lithological classification is to generate a tool that besides assisting the classification process, also helps to improve the aspects that may limit the results, such as optimizing processing time, increasing classification accuracy, larger data processing (images with higher spectral and temporal resolution) and to cover larger study areas. The metho dology is developed on the geospatial analysis platform with cloud processing Google Earth Engine (GEE) and it is implemented in four main phases: the first one consists of generating additional variables for the supervised classification model using statistical techniques, image transformation, and spectral enhancement, including the calculation of geological spectral indices and Principal Component Analysis (PCA), as well as incorporating topographic in formation through addition of Digital Terrain Model (DEM), adding together texture data through the Gray Level Matrix Co-occurrence (GLMC), and finally incorporate an additional band of the k-means algorithm no supervised classification. The second phase incorporates algorithm training under the supervision of Random Forest (RF), Support Vector Machine (SVM), Classification and Regression CART and Minimum Distance MD, taking into ac count the variables generated in the first phase together with the field reference information or ground thruth to reproduce several classification models that in the third phase, whichever displays the best performance metrics, is chosen leading to a reliable classification model, then, in the last phase, it will be applied to a surface area with unknown characteristics and lithology providing support information to carry out geological cartography without having required presence of people on sitespa
dc.description.degreelevelMaestríaspa
dc.description.degreenameMagister en Estadística Aplicadaspa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.identifier.citationRodríguez Arias, E. (2023). Clasificación Litológica en Afloramientos de Rocas Mediante Técnicas de Aprendizaje Automático Usando Imágenes Satelitales. [Trabajo de Maestría, Universidad Santo Tomás]. Repositorio Institucional.spa
dc.identifier.instnameinstname:Universidad Santo Tomásspa
dc.identifier.reponamereponame:Repositorio Institucional Universidad Santo Tomásspa
dc.identifier.repourlrepourl:https://repository.usta.edu.cospa
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11634/53740
dc.language.isospaspa
dc.publisherUniversidad Santo Tomásspa
dc.publisher.facultyFacultad de Estadísticaspa
dc.publisher.programMaestría Estadística Aplicadaspa
dc.relation.referencesBorra, S., Thanki, R., & Dey, N. (2019). Satellite Image Analysis: Clustering and Classifi cation. Springer Nature Singapore Pte Ltd.spa
dc.relation.referencesBreiman, L. (2001). Random Forest [Tesis doctoral]. Tesis doctoral.spa
dc.relation.referencesBreiman, L., Friedman, J., Olshen, R., & Stone, C. (2017). Classification And Regression Trees. Chapman Hall/CRCspa
dc.relation.referencesCao, R., Chen, J., Chen, Y., Zhu, X., & Chen, M. (2020). Thick cloud removal in Land sat images based on autoregression of Landsat time-series data. Remote Sensing of Enviroment, 249, 112001.spa
dc.relation.referencesCardile, F., Crowly, M., Saah, D., & Clinton, N. (Eds.). (2024). Cloud-Based Remote Sensing with Google Earth Engine. Fundamentals and Applications. Springerspa
dc.relation.referencesChan, B., & Bai, K. (2018). Multisensor Data Fusion and Machine Learning for Environ mental Remote Sensing. CRC Prespa
dc.relation.referencesCongalton, R., & Green, K. (2009). Assessing the Accuracy of Remotely Sensed Data. CRC Press.spa
dc.relation.referencesCracknell, M., & Reading, A. (2013). Geological mapping using remote sensing data: A com parison of five machine learning algorithms, their response to variations in the spatial distribution of training data and the use of explicit spatial information. Computers and Geosciences, 63, 22, 23.spa
dc.relation.referencesDangeti, P. (2017). Statistics for Machine Learning. Packt Publishing Ltd.spa
dc.relation.referencesEstornell, J., Mart´ı-Gavil´a, J., Sebati´a, M., & Mengual, J. (2013). Principal Component analysis applied to remote sensing. Modelling in science Education and Learningl, 6(2), No. 7.spa
dc.relation.referencesGe, Q., W.and Cheng, Tang, Y., Jing, L., & Gao, C. (2018). Lithological Classification Using Sentinel-2A Data in the Shibanjing Ophiolite Complex in Inner Mongolia, China. Remote Sensing, 10, 638spa
dc.relation.referencesGolblatt, R., You, W., Hanson, G., & Khandelwal, A. (2016). Detecting the Boundaries of Urban Areas in India: A Dataset for Pixel-Based Image Classification in Google Earth Engine. Remote Sensing, 8, 634-662.spa
dc.relation.referencesGupta, R. (2018). Remote Sensing Geology. Springer.spa
dc.relation.referencesHaralick, R., Shanmugan, K., & Dinstain, I. (1973). Textural Features of Image Classification. IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, SMC-3 No.6, 610-621.spa
dc.relation.referencesHargitai, H. (Ed.). (2019). Planetary Cartography and GIS. Springer.spa
dc.relation.referencesJames, G., Witten, D., Hastie, T., & Tibshirani, R. (2013). An Introduction to Statistical Learning. Springer.spa
dc.relation.referencesKamusoko, C. (2019). Remote Sensing (Image Classification in R). Springer.spa
dc.relation.referencesLavender, S., & A., L. (2023). Practical Handbook of Remote Sensing. CRC Press.spa
dc.relation.referencesMahood, A., Maxwell, B., Spiers, A., Koontz, M., Ilangakoon, N., Solvik, K., Quarderer, N., Mcglinchy, J., Scholl, V., St Denis, L., Nagy, C., Braswell, A., Rossi, M., Herwehe, L., Wasser, L., Cattau, M., Iglesias, V., Yao, F., Leyk, S., & Balch, J. (2023). Ten simple rules for working with high resolution remote sensing data. Peer Community Journal, 3, article e4.spa
dc.relation.referencesMarghany, M. (Ed.). (2022). Remote sensing and image processing in mineralogy. CRC Press.spa
dc.relation.referencesMoser, G., & Zerubia, J. (Eds.). (2018). Mathematical Models for Remote Sensing Image Processing. Springer.spa
dc.relation.referencesNASA, J. (2020). NASADEM Merged DEM Global 1 arc second V001 [Data set]. NASA EOSDIS Land Processes DAAC. GEEspa
dc.relation.referencesNinomiya, Y. (2004). Lithologic mapping with multispectral ASTER TIR and SWIR data. The International Society for Optical Engineering, 5234, 180-190.spa
dc.relation.referencesPokhariya, H., Singh, D., & Prakash, R. (2023). Evaluation of different machine learning algo rithms for LULC classification in heterogeneous Landscape by using Remote sensing and GIS techniques. Engineering Research Express, DOI 10.1088/2631-8695/acfa64.spa
dc.relation.referencesProst, G. (2014). Remote Sensing for geoscientists, image analysis and integration). CRS Press.spa
dc.relation.referencesQuir´os, E. (2009). Clasificaci´on de im´agenes multiespectrales ASTER mediante funciones adaptativas [Tesis doctoral]. Tesis doctoralspa
dc.relation.referencesRichards, J. (2013). Remote Sensing Digital Image Analysis. Springerspa
dc.relation.referencesSerbouti, I., Raji, M., Hakdaoui, M., El Kamel, F., Pradhan, B., Gite, S., Alamri, A., Maulud, K., & Dikshit, A. (2022). Improved Lithological Map of Large Complex Semi-arid Regions Using Spectral and Textural Datasets within Google Earth Engine and Fused Machine Learning Multi-Classifiers. Remote Sensing, 14, 5498.spa
dc.relation.referencesShirmard, H., Farahbakhsh, E., Muller, D., & Chandra, R. (2022). A review of machine learning in processing remote sensing data for mineral exploration. Remote Sensing of Enviroment, 268, 112750.spa
dc.relation.referencesTangestani, M., & Shayeganpour, S. (2020). Mapping a Lithologically complex terrain using Sentinel-2A data: a case study of Suriyan area, Southwestern Iran). International Journal of Remote Sensing, 41-9, 3558-3574.spa
dc.relation.referencesTes´on, E. (2009). Estructura y cronolog´ıa de la deformaci´on en el borde Sur del Alto Atlas de Marruecos a partir del registro tectono-sedimentario de la cuenta de ante pa´ıs de Ouarzazate [Tesis doctoral]. Tesis doctoral.spa
dc.relation.referencesThenkabail, P. (Ed.). (2016). Remotely sensed data characterization, Classification, and ac curacies. CRC Pressspa
dc.relation.referencesTso, B., & Mather, P. (2009). Classification methods for remotely sensed data. CRC Pressspa
dc.rightsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia*
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2spa
dc.rights.localAbierto (Texto Completo)spa
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/*
dc.subject.keywordRemote Sensingspa
dc.subject.keywordMachine Learningspa
dc.subject.keywordAlgorithmspa
dc.subject.keywordLithologyspa
dc.subject.keywordSpectral Resolutionspa
dc.subject.keywordReflectancespa
dc.subject.lembEstadística Aplicadaspa
dc.subject.lembAprendizajespa
dc.subject.lembTierra-Superficiespa
dc.subject.proposalTeledecciónspa
dc.subject.proposalLitologíaspa
dc.subject.proposalBanda Espectralspa
dc.subject.proposalReflectanciaspa
dc.titleClasificación Litológica en Afloramientos de Rocas Mediante Técnicas de Aprendizaje Automático Usando Imágenes Satelitalesspa
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.coarversionhttp://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aa
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