Batimetría satelital: el fondo de un arrecife medido desde órbita

Un arrecife somero es de los sitios más caros de levantar: la ecosonda no entra donde rompe la ola, el LiDAR aerotransportado cuesta lo que cuesta, y el buceo no cubre kilómetros. Este caso obtiene el modelo batimétrico de un sistema arrecifal completo a partir de una sola imagen de satélite, con un error cuadrático medio de 0,40 m verificado contra puntos de control independientes.

Por qué este sitio

Un arrecife de franja reúne en poco espacio todo lo que complica una batimetría: laguna posterior, zona arenosa, cresta y frente arrecifal, en menos de seis metros de agua. Ahí las técnicas acústicas trabajan mal y las aerotransportadas no compensan su coste.

El sitio está en el noreste de la península de Yucatán. Las figuras se reproducen sin coordenadas.

Cómo se hizo

La imagen. Una escena PlanetScope de ocho bandas a 3 m de resolución. Se eligió la fecha más cercana al levantamiento de campo, con el sitio cubierto entero y sin nubes. Antes de usarla se corrigió el efecto de la atmósfera, para trabajar con la luz que sale del agua y no con la que dispersa el aire.

El problema de los datos de profundidad. El satélite no mide metros: mide color. Para convertir color en profundidad hace falta enseñarle al modelo muchos puntos donde la profundidad ya se conoce. La ecosonda de la zona solo cubría una franja del frente arrecifal, con poca variación de profundidad, y con eso no se puede calibrar un sistema entero.

La solución: LiDAR satelital. Se usaron perfiles de profundidad medidos por un LiDAR a bordo de satélite, que cruzan el arrecife de lado a lado, incluida la laguna y la cresta. Junto con la ecosonda sumaron 571 puntos de profundidad repartidos por todo el sistema.

El modelo. Con esos puntos se calibraron modelos de redes neuronales que aprenden la relación entre la señal de las ocho bandas y la profundidad. Una vez calibrado, el modelo calcula la profundidad de cada píxel de 3 m.

La comprobación. 114 puntos se apartaron antes de calibrar y el modelo nunca los vio. Sobre ellos, de LiDAR satelital y de ecosonda, se mide el error.

Qué salió

• RMSE de 0,40 m y MAE de 0,30 m sobre las 114 muestras de prueba, con un R² de 0,86.
• El modelo cubre 45 026 celdas de 3 m. Se enmascaró el 35 % del área: tierra firme, nubes y zonas sin señal recuperable.
• Profundidades entre −0,84 y −5,53 m, con media de −2,92 y mediana de −2,80.

En la gráfica, cada punto es una profundidad medida frente a la calculada. Si el modelo fuera perfecto, todos caerían sobre la línea roja. La nube se mantiene pegada a ella en todo el rango, y solo se abre en los puntos más profundos.

Dónde falla

El error crece con la profundidad: entre −1 y −2 m el RMSE es de 0,15 m y sube hasta 0,50 m cerca de los cinco metros. Es lo esperado: cuanta más agua hay encima, menos luz del fondo llega al satélite y más cuesta distinguirla del ruido.

El intervalo de −5 a −6 m marca 1,06 m, pero esa cifra no vale: sale de cinco muestras. Aparece apagada en la figura para que se vea y nadie la cite.

Los picos del histograma no son ruido. Corresponden a la cresta y el arrecife posterior, a la laguna y al frente arrecifal.

Límites de este trabajo

• Una sola fecha. Describe el fondo el día de la imagen, no su evolución.
• El LiDAR satelital tiene su propio error vertical, de unos decímetros según la turbidez y la profundidad. Ningún modelo puede ser más exacto que los datos con que se calibra.
• Con píxel de 3 m se resuelve la forma del arrecife —zonación, espolones y surcos, ruptura de pendiente—, no estructuras submétricas.
• Vale para agua somera y clara. Fuera de ese régimen la señal del fondo no llega al sensor.
• Sin puntos de control de profundidad en la zona no hay batimetría satelital: la conversión a metros se calibra.

Qué se entrega

Producto	Contenido
Modelo batimétrico	Ráster georreferenciado a la resolución de la imagen
Máscara de validez y capas de calidad	Ráster
Puntos de control usados, con su fuente	Vectorial y tabla
Error por intervalo de profundidad	Tabla
Informe	Método, comprobaciones y límites

Fuentes

• PlanetScope (Planet Labs PBC). Imagen bajo licencia comercial.
• Datos de ecosonda levantados por terceros.

Aviso

Este documento presenta una medición con su incertidumbre declarada. Una batimetría derivada de satélite no es una carta náutica ni sustituye un levantamiento hidrográfico certificado para la navegación.