TRABAJO C.M.C. 3º TRIMESTRE

TELEDETECCIÓN

Gabriel Pérez Núñez

teledetección

1.- Introducción 2.- Concepto 3.- Historia 4.- Tipos de Sensores 5.- Radiación Electromagnética 6.-Proceso de Teledetección 7.-Interacción de la materia con la radiación. 8.- Satélites 9.- Resolución de imágenes 10.-Imagen digital 11.-Corrección de imágenes 12.-Aplicaciones

1. Introducción

La teledetección es una disciplina científica que se ocupa de la adquisición de información a pequeña o gran escala de un objeto o fenómeno, ya sea usando instrumentos de grabación o instrumentos de escaneo en tiempo real inalámbricos o que no están en contacto con el objeto, consiste en recoger información a través de diferentes dispositivos de un objeto concreto o un área determinada.

2.-CONCEPTO

Actualmente, el término se refiere de manera general al uso de tecnologías de sensores para adquisición de imágenes, incluyendo instrumentos a bordo de satélites o aerotransportados y difiere en otros campos relacionados con imágenes, pero como definición científica seria: Es la ciencia y arte de obtener información de la Tierra sin entrar en contacto con ella. Esto se realiza detectando y grabando la energía emitida o reflejada y procesando, analizando y aplicando esa información.

3.-HISTORIA La historia de la teledetección moderna surgió con la invención del vuelo de Tournachon, un conocido piloto de globos que realizó fotografías de Paris desde su globo en 1858. También se usaron palomas mensajeras, cometas, cohetes y globos no tripulados para tomar imágenes, pero estas primeras tomas no eran suficientes para realizar mapas o investigaciones científicas. La fotografía aérea sistemática, se desarrollo por los militares con objetivo de la vigilancia y el reconocimiento de territorios en la Primera Guerra Mundial, y llegó a su clímax durante la Guerra Fría cuando en 1957 la U.R.R.S lanza a la orbita el satélite Spunik convirtiéndose en el primer satélite artificial puesto en órbita y con el uso de aviones de combate modificados, o algunas plataformas de recogida de información. La observación sistemática de la Tierra desde el espacio se inicia el año 1960 con el lanzamiento del satélite TIROS-I, primer satélite meteorológico con una cámara de televisión, que permite a los meteorólogos distinguir entre nubes, agua, nieve…etc Los resultados obtenidos en el estudio de recursos naturales terrestres con los datos de los primeros satélites meteorológicos y las misiones espaciales tripuladas, impulsaron el desarrollo por la NASA del programa ERTS conocido también como LANDSAT. El primer satélite específicamente dedicado a teledetección es el norteamericano LANDSAT 1 en 1972 y el último de la serie, el LANDSAT 7 se lanzó al espacio en 1999 Después se desarrollaron los métodos para crear sensores más pequeños que los usados por la ley y los militares, tanto en plataformas tripuladas como no-tripuladas. La ventaja de esto es que requiere una mínima modificación a un determinado aeroplano. La tecnología de imágenes más posterior incluía infrarrojos, imagen convencional, doppler y radares de apertura sintética. El desarrollo de satélites artificiales ya en la segunda mitad del siglo 20 permitió el uso de la teledetección remota para progresar a escala global y terminar con la Guerra Fría. El instrumental a bordo de varios observadores terrestres y plataformas meteorológicas proveyeron de medidas globales de información de varios tipos.Las sondas espaciales a otros planetas también han brindado la oportunidad de conducir el estudio por teledetección remota a entornos extraterrestres, el radar de apertura sintética a bordo del Magellan produjo mapas topográficos detallados de Venus, mientras que los instrumentos a bordo del SOHO permitieron estudios del Sol y los vientos solares La observación sistemática de la Tierra desde el espacio se inicia el año 1960 con el lanzamiento del satélite TIROS-I, primer satélite meteorológico con una cámara de televisión, que permite a los meteorólogos distinguir entre nubes, agua, nieve…etc A partir de los datos suministrados por los LANDSAT, son numerosos los países que han decidido disponer de medios propios de teledetección. La teledetección es al mismo tiempo una herramienta de inventario, de análisis y predicción, de ayuda a la prevención y de espionaje militar, todos ellos de gran importancia económica y política. . La introducción de servicios Web online para el acceso rápido a información sobre teledetección remota en el siglo 21 como Google Earth, ha hecho posible que la teledetección remota sea algo familiar para el gran público y se haya hecho popular en el mundo de la ciencia.

4.-Tipos de Sensores

Se clasifican entre:

Activos: Registran radiaciones electromagnéticas artificiales de zonas de estudio que las reciben y las reflejan. Son instrumentos como los radares, y permiten obtener datos de noche y en condiciones de escasa visibilidad.

Pasivos: Registran radiaciones electromagnéticas naturales, generalmente relacionados con la energía del Sol. Solo pueden trabajar de día y cuando el Sol no esta muy inclinado sobre el horizonte. Reciben energía del espectro. En este grupo están, por ejemplo, las cámaras fotográficas.

Todos los tipos de sensores están instalados en diferentes tipos de

plataformas.

5.RADIACIÓN ELECTROMAGNETICA

La radiación electromagnética comprende una amplia variedad de frecuencias o de longitudes de onda que abarcan desde los rayos gamma a las onda radio. Todas estas emisiones constituyen el denominado espectro electromagnético.

Las radiaciones mas utilizadas son:

Las microondas: Las microondas, se usan en los sensores radar. Se generan mediante unos diapositivos electrónicos llamados megatrones.

La radiación infrarroja: Los cuerpos calientes emiten radiación infrarroja, propiedad que tiene muchas aplicaciones en teledetección, medicina y astronomía. La zona infrarroja se subdivide entre infrarrojo cercano, medio, lejano.

El espectro visible: La luz es la parte visible del espectro electromagnético. La sensibilidad espectral del ojo humano es muy estrecha y se subdivide en seis intervalos que definen los colores básicos: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta.

La radiación ultravioleta: La radiación ultravioleta es la componente principal de la radiación solar.

6.-PROCESO DE TELEDETECCIÓN

La teledetección es el resultado de la interjección entre 3 elementos fundamentales:

La fuente de energía es la que ilumina el objetivo emitiendo una onda electromagnética. También es posible medir el calor que se desprende de la superficie del objetivo. En este caso el propio objetivo es la fuente de energía, aunque sea energía almacenada y reemitida. El objetivo es la porción de la superficie terrestre observada por el satélite. Su dimensión varía en función de la resolución del captador, de unos pocos Km cuadrados a algunos miles de Km cuadrados. El sensor de teledetección mide la energía solar, es decir, la radiación electromagnética reflejada por el objetivo. El sensor puede estar en un satélite o en un avión, sobrevolando el objetivo desde pocos Km hasta 36.000 km.

PROCESO DE TELEDETECCIÓN

7.-INTERACION DE la materia CON LA RADIACIÓN

Cada tipo de material reflejará la radiación incidente de forma diferente lo que permitirá distinguirlo de los demás si se mide la radiación reflejada. El gráfico que, para cada longitud de onda da la reflectividad se conoce como signatura o firma espectral y constituye una marca de identidad de los objetos. El conocimiento de la signatura espectral de una zona de la superficie terrestre, facilita mucho la tarea creación de mapas de vegetación y de usos del suelo. Estos mapas de usos del suelo, son instrumentos muy útiles para la gestión del medio ambiente y de los recursos naturales. La reflectancia o albedo de una superficie se mide por la relación entre la radiación incidente y la reflejada. Cuanto más reflectante es un material mayor es su valor de albedo, la mayor parte del albedo terrestre está causado por la reflexión de las nubes y varía por los distintos componentes del terreno, dependiendo del tipo de material y de su condición. En teledetección se trabaja normalmente con la reflectancia relativa, y se mide comparando la radiación reflejada por el objeto con la que refleja un papel blanco en idénticas condiciones de iluminación. Hay que tener en consideración que un radiómetro mide la cantidad de energía que le llega procedente de una determinada zona de la superficie terrestre, que varía en función de la distancia y del ángulo de captación. Gracias a las medidas de reflexión, absorción y emisión de energía radiante de los distintos tipos de superficies en el espectro visible y infrarrojo, los científicos pueden calcular las firmas o signaturas espectrales para los distintos tipos de paisajes y cubiertas vegetales de la Tierra.

8.- SATELITES La trayectoria de un satélite alrededor de la Tierra se le denomina órbita. Existen 2 tipos de satélites:

Geoestacionarios: Se sitúan sobre la línea ecuatorial en una orbita a 36.000 Km de la Tierra. Permanecen siempre en la vertical de un punto determinado acompañando a la Tierra en su movimiento de rotación. Observación continua de una misma región.

Heliosincronos: Se desplazan en órbitas generalmente circulares y polares de modo que, aprovechando el movimiento de rotación terrestre, puede captar

imágenes de diferentes puntos cada vez que pase por el mismo punto de la orbita. Estas orbitas solo son posibles entre 300 y 15.500 Km de altura. La orbita se diseña de forma que el satélite pasa siempre sobre el mismo punto, a la misa hora local.

9.- RESULOCIÓN DE IMÁGENES

La salida de radiación emitida o reflejada de la superficie terrestre es un fenómeno continuo en 4 dimensiones, por lo que se define:

Resolución espacial: tamaño de píxel. S e refiere al area menor que puede distinguirse de su entorno. E l satélite LANDSAT-TM tiene una resolución de 30X30 metros, el SPOT de 10x10

Resolución espectral: Indica el número y anchura de las rfegiones del espectro para las cuales capta datos del sensor. Resolución Radio-métrica: número de intervalos de intensidad que pueden captarse. Resolución Temporal: Tiempo que transcurre entre dos imágenes, es decir, la frecuencia con la que se actualizan los datos

10.-IMAGEN DIGITAL

Imagen digital: Una imagen satélite está compuesta por píxeles. (Un píxel representa la unidad

elemental mínima de información de una imagen digital. La intensidad de cada píxel corresponde al brillo promedio o "radiancia" medida electrónicamente sobre el área del terreno que corresponde a cada píxel. Normalmente un píxel contiene información en un rango de 128 o 256 valores de gris por lo que se puede tener así una imagen monocroma. Por convención, las medidas más intensas están codificadas en blanco y las más débiles en negro. Esta codificación genera una gama degrada de grises, mediante este mecanismo se generan las imágenes satélite)

Generados por los captadores de los instrumentos de teledetección. Estos sensores miden la radiación reflejada por unidad de superficie para unas longitudes de onda determinadas. Una imagen de media resolución está compuesta por una matriz (como un gran tablero de ajedrez) de 6000 x 6000 píxeles cada uno de los cuales representa un cuadrado de 10mx10m de la superficie terrestre. Una imagen digital puede ser obtenida por diferentes medios.

11.-CORRECIÓN DE IMAGENES Las imágenes de satélite están sometidas a una serie de

interferencias o de errores que hacen que la información que quiere obtenerse aparezca perturbada por una serie de errores: Fallos en los sensores: Generan píxeles incorrectos, se denomina corrección radio-métrica Alteraciones en el movimiento del satélite y el mecanismo de captación y los sensores, generan distorsiones en la imagen global, se denomina corrección geométrica. Interferencias de la atmósfera, que alteran de forma sistemática los valores de los píxeles se denomina corrección atmosférica. Filtrado: Son métodos para resaltar o suprimir, de forma selectiva, la información contenida en una imagen para destacar algunos de sus elementos, o también para ocultar valores anómalos, con Photoshop por ejemplo. Otra técnica para aislar información correspondiente a diferentes escalas espaciales es la transformada de Fourier. Operaciones con imágenes digitales: Se trata de hacer transformaciones simples en las imágenes, aplicando las operaciones matemáticas básicas. Para ello se requiere un mínimo de 2 imágenes de bandas distintas.

12.- APLICACIONES

La observación que proporcionan los satélites mediante esta tecnología tiene especial interés en aquellas ciencias ligadas al estudio de la Tierra, a su descripción y al diagnostico de sus problemas, ya que:

Permite la observación global y la reducción o el aumento de la escala desde unos pocos meros cuadrados hasta de cientos de Km.

Hace posible comparar datos tomados con la misma fuente, altura..etc.

Permite registrar datos relativos a la distribución de en las temperaturas terrestres o el seguimiento de corrientes marinas.

Permite hacer observaciones repetidas en distinto tiempo, pero manteniendo la s mismas condiciones de observación, lo que es imprescindible para comparar y evaluar evoluciones de fenómenos desarrollados en amplios periodos de tiempo.

Posibilita una observación instantánea, imprescindible para el seguimiento, la evolución la prevención de catástrofes..etc.

Estudio de la erosión de playas y arenales.

Inventario regional del medio ambiente para hacer estudios de impacto ambiental.

Cartografía geológica para la explotación de recursos minerales y petroleros.

Control de la acumulación de la nieve y de los cambios previsibles en la disponibilidad de energía hidroeléctrica.

Seguimiento del movimiento de icebergs en zonas polares.

Estimación de modelos de escorrentía y erosión del suelo.

Inventario del agua superficial.

Análisis en tiempo real de masas nubosas de escala media y pequeña.

Medidas de aguas superficiales y humedales para evaluar la situación del hábitat para aves acuáticas.

Verificación de contenidos de salinidad en las principales corrientes de agua.

Cartografía térmica de la superficie del mar.

Verificación y control de la calidad del agua, turbidez y contenido de algas.

Control de las corrientes marinas.

Cartografía de la cobertura vegetal del suelo.

Evaluación de condiciones de estrés en la vegetación, por lo efectos de la sequía o la deforestación.

Cartografía de áreas quemadas y seguimiento de los procesos de repoblación natural.

Cartografía e inventario de la cobertura y uso del suelo.

Selección de rutas óptimas para nuevas vías de comunicación.

Control de pastizales para el estudio de los efectos de la sequía y del exceso de pastoreo.

Cartografía e inventario de cultivos por especies.

Agricultura de precisión: predicción del rendimiento de cultivos y del momento óptimo para las cosechas