miércoles, 12 de octubre de 2011

ANÁLISIS VISUAL DE IMÁGENES SATELITAL Y RADAR

ANÁLISIS VISUAL DE IMÁGENES SATELITAL E IMÁGENES DE RADAR

INTRODUCCIÓN

La teledetección es la técnica que permite obtener información sobre un objeto, superficie o fenómeno a través del análisis de los datos adquiridos por un instrumento que no está en contacto con él. Se basa en que cada objeto, área o fenómeno emite un espectro electromagnético específico, en función de su propia naturaleza y de las radiaciones que recibe. Por lo general los datos son recogidos a través de sensores instalados en plataformas aerotransportadas o en satélites artificiales, los cuales captan la radiancia emitida o reflejada, obteniéndose una imagen, habitualmente en falso color con una banda para cada una de estas regiones del espectro.

El análisis de las imágenes obtenidas deriva de la extracción de información de sensores y representada gráficamente en formato de dos o tres dimensiones, para lo cual se puede utilizar tanto análisis visual como digital. Abarcan la fotografía en blanco y negro y color, infrarroja, imágenes satelitales y de radar. En esta oportunidad se han utilizado una imagen satelital y otra de radar.

OBJETIVOS

• Conocer las características de las imágenes obtenidas por satélites y de radar, con el propósito de efectuar estudios de los recursos naturales.

• Aprender a diferenciar entre una imagen satelital y otra de radar.

• Determinar la importancia de cada tipo de imagen de acuerdo al uso que se le pretende dar.

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

Espectro electromagnético: 

Se denomina espectro electromagnético al conjunto de ondas electromagnéticas. También se utiliza la expresión para hacer referencia a la radiación electromagnética que emite o absorbe una sustancia.

La radiación electromagnética:

El sol ilumina la superficie terrestre, ésta refleja esa energía en función del tipo de cubierta presente sobre ella. Ese flujo reflejado es recogido por el sensor, que lo transmite a las estaciones receptoras. Entre la superficie terrestre y el sensor se interpone la atmósfera que dispersa y absorbe parte de la señal original. 

De cualquier forma el flujo energético entre la cubierta terrestre y el sensor constituye una forma de radiación electromagnética. El sensor capta la energía que llega desde la superficie terrestre, sea por reflexión de la energía solar o por emisión propia.

Sensores (según la energía que utiliza  para tomar las imagen)

Sensor: Recoge la radiación de la superficie terrestre. Pueden ser:

• Sensores Pasivos: Cuando se limitan a recoger la energía electromagnética reflejadas por los cuerpos de la superficie terrestre.

• Sensores Activos: Basan su información en un haz energético propio, que chocan con los objetos a detectar y refleja regresando al sensor.

Para que la observación remota sea posible es necesaria la interacción entre el objeto observado, el mecanismo de observación o sensor y una fuente de energía. 

El sensor remoto puede adquirir información de tres maneras distintas: a) recibe la reflexión de la luz solar (sensores pasivos), b) capta la energía propia del objeto observado (normalmente su valor es despreciable frente a la energía solar) y c) emite un haz de energía artificial y lo capta cuando se refleja sobre la superficie (sensores activos donde interactúan emisión - reflexión). En el caso de la percepción remota tradicional el sensor cumple el papel del ojo humano y la fuente de energía es la luz solar. Es necesaria también, que la energía que recibe el sensor sea retransmitida a la tierra, para almacenarla e interpretarla.



Cómo afecta la reflectividad en:

Vegetación:

Hay muchos factores que inciden en la reflectividad de la vegetación que presenta un comportamiento muy cromático, con valores bajos en el espectro visible y más elevado en el infrarrojo cercano:

• Características de la hoja: estado fenológico, contenido de humedad, forma, etc.

• Características morfológicas de la planta: altura, perfil, disposición de las hojas, cantidad de capas de hojas, cobertura del suelo, etc.

• Ubicación de la planta: pendiente, orientación, asociación o no con otras especies, diagrama de plantación, etc.
Los factores mencionados introducen algunas variaciones, pero en general la vegetación sana refleja poco en las bandas visibles, con un máximo en la porción verde (0,5 um), mucho en el infrarrojo cercano y luego va disminuyendo su reflexión en el infrarrojo medio.

Este comportamiento responde a la presencia de pigmentos fotosintéticos y agua en el interior de las hojas. Los pigmentos absorben en las bandas visibles (por eso la baja reflectividad). Clorofila, xantófilas y carotenos absorben en proximidades de los 0,445 um y la clorofila tiene un nuevo pico de absorción cercano a los 0,645um. Entre ambos picos de absorción aparece la mayor reflectividad en las bandas visibles (coincide con el verde) y explica el color con el que vemos a la vegetación vigorosa.

En el infrarrojo cercano (entre 0,7 y 1,3 um) se presentan los mayores valores de reflectividad de la curva, esto parece explicarse por la estructura interna de las hojas. Actúa el mesófilo (capa esponjosa, con cavidades de aire) que difunde y dispersa la mayor parte de la radiación incidente de esta porción del espectro. Como la estructura de la hoja presenta grandes variaciones según las especies, esta banda es más útil que las bandas visibles para diferenciar especies vegetales.
A partir de 1,4 um se evidencia la absorción de energía por parte del agua y la curva de reflectividad cae bruscamente en el infrarrojo medio. Hay dos picos bien definidos de reflectividad en estas longitudes, que responden a la absorción del agua (1,6 y 2,2 um). La observación en esta parte del espectro sirve para conocer el estado de vigor de la hoja, con relación a su contenido de humedad.

Cuando la vegetación ha tenido algún tipo de estrés (sequía, enfermedades, incendios, etc.) muestra un comportamiento espectral notoriamente distinto. Aumenta la reflectividad en las bandas visibles, porque al encontrarse disminuidos o alterados los pigmentos es menor la absorción y cae la reflectividad en el infrarrojo cercano por la alteración del mesófilo y la variación interna en el contenido de aire, que hace menor la difusión.

Suelos:

La curva espectral de un suelo desnudo es ascendente desde el espectro visible hasta el infrarrojo. Depende de la composición químico - física, la estructura, la textura y el contenido de humedad.
Considerando las características físicas, la reflectividad es mayor en suelos más secos y con bajo contenido en materia orgánica. En las longitudes de onda más largas la humedad del suelo incide directamente en la reflectividad, es menor a mayor cantidad de agua.

Agua:

La mayor reflectividad del agua se da en las menores longitudes de onda, que corresponden a los colores azul y verde (tonos en que nosotros la percibimos). Aunque en general la reflectividad es baja en todo el espectro, pues el agua absorbe o trasmite la mayor parte de la energía que recibe, la máxima absorción se da en las mayores longitudes de onda. 

La profundidad y el contenido de materiales en suspensión influyen en la reflectividad. Si son aguas poco profundas el fondo hace su aporte en la reflectividad y eleva la curva, mientras que los cuerpos de agua de mayor profundidad se presentan más oscuros.

Si hay clorofila en suspensión (por presencia de algas) disminuye la reflectividad en la banda azul y aumenta levemente en el verde y el infrarrojo cercano, por eso el agua se verá con tonalidades verdosas. Si hay arcilla en suspensión la reflectividad será mayor en la banda roja y veremos el agua con apariencia barrosa.
También influye en la reflectividad la apariencia de la superficie. Si el agua está plana (tranquila) es mínima la reflexión. Al tornarse rugosa la superficie (por oleaje) la reflectividad aumenta por que la reflexión es más difusa.

Nieve:

La nieve presenta una reflectividad alta y constante, pues refleja la mayor parte de la energía incidente a distintas longitudes de onda. Presenta una curva de reflexión bastante homogénea, aumenta brevemente en el infrarrojo cercano. Por este motivo aparece blanca en todas las bandas.

Satélite artificial

Un satélite es cualquier objeto que orbita alrededor de otro, que se denomina principal. Los satélites artificiales son naves espaciales fabricadas en la Tierra y enviadas en un vehículo de lanzamiento, un tipo de cohete que envía una carga útil al espacio exterior. El producto final de los satélites son imágenes transmitidas en forma digital, que cubren distintas bandas del espectro electromagnético en zonas visibles e infrarrojas. 

Cada elemento u objeto de la superficie terrestre emite, absorbe y refleja energía en forma específica dando origen a un patrón de comportamiento único para cada objeto que se conoce con el nombre de firma espectral y permite su individualización. Estas características espaciales adecuadamente analizadas posibilitan distinguir un objeto de otro y obtener datos relativos a su tamaño, forma, propiedades físico - químicas, etc.

Un sistema de teledetección tiene los siguientes componentes:

a) La cubierta a estudiar: en este caso la superficie terrestre.

b) El sistema sensor: son los equipos para la captación de la energía reflejada o emitida.

c) Fuente de energía: es la que origina la radiación electromagnética captada por el sensor. La principal fuente de energía usada en teledetección es el sol, ya que los sensores de mayor aplicación son pasivos (no emiten energía).

d) Sistema de recepción: la información recibida por el sensor es enviada a una estación de recepción donde se procesa, corrige y almacena en un soporte, adecuado a las necesidades de los usuarios.

e) El intérprete: es quien analiza la información proporcionada por los sensores y se apoya en ella para la evaluación de una situación específica, sin invalidar otros métodos tradicionales con los que se debe combinar.

Imagen satelital: 

También llamada imagen de satélite se puede definir como la representación visual de la información capturada por un sensor montado en un satélite artificial. Estos sensores recogen información reflejada para la superficie de la tierra que luego es enviada a la Tierra y que procesada convenientemente entrega valiosa información sobre las características de la zona representada.

Plataforma: 

Preparado para mantener al satélite en órbita. Pueden ser:

• Geoestacionarios: Están a órbitas muy altas, ellas están en un solo lugar, el que se mueve la Tierra.

• Plataformas Móviles: Giran en torno a la Tierra.

Resolución: 

Los sistemas de percepción remota difieren en la resolución, es decir, el nivel de detalle con que pueden capturar las imágenes, su frecuencia temporal, “finura espectral”, etc. Desde este punto de vista podemos considerar cuatro diferentes tipos de resolución: espacial, espectral, radiométrica y temporal.

• Resolución espacial.  La resolución espacial se refiere a la finura de detalles visibles en una imagen: cuanto menor es el área terrestre representada por cada píxel en una imagen digital mayores son los detalles que pueden ser captados y mayor es la resolución espacial.

• Resolución espectral. La resolución espectral se refiere al número y ancho de las bandas espectrales registradas por un sensor. Cuanto más estrechas sean estas bandas mayor será la resolución espectral.

• Resolución radiométrica. Resolución o sensibilidad radiométrica hace referencia al número de niveles digitales utilizados para expresar los datos recogidos por el sensor. En general, cuando mayor es el número de niveles mayor es el detalle con que se podrá expresar dicha información.

• Resolución temporal: Es una medida de la frecuencia con la que un satélite es capaz de obtener imágenes de una determinada área. También se denomina intervalo de revisita. Altas resoluciones temporales son importantes en el monitoreo de eventos que cambian en períodos relativamente cortos, como inundaciones, incendios, calidad del agua en el caso de contaminaciones, desarrollo de cosechas, etc. Asimismo, en áreas con cubiertas nubosas casi  constantes como por ejemplo las selvas tropicales, períodos cortos de visita, es decir altas  resoluciones temporales, aumentan la probabilidad de obtener imágenes satisfactorias.

Escala y resolución espacial: 

Los conceptos de escala y resolución espacial están estrechamente relacionados con el grado de detalle con que podemos visualizar una dada imagen. Sin embargo difieren en ciertos aspectos que conviene puntualizar.
Escala: La escala de una imagen o de un mapa hace referencia a la diferencia relativa de tamaño o distancia entre los objetos de la imagen y los reales terrenos. Esta diferencia se expresa como la relación entre la distancia sobre la imagen y la real terrena. Así por ejemplo, una  escala de 1: 100000 significa que 1 cm en el mapa o imagen corresponde a 100000 cm (1  km) sobre el terreno.

Satélites de Teledetección de recursos naturales

SPOT:

El programa SPOT (Systeme Provatoire d'Observation de la Terre), desarrollado por Francia, con la colaboración de Bélgica y Suecia, cuenta en la actualidad con 3 satélites en órbita que fueron lanzados en los años 1986, 1990 y 1993.

Este satélite cuenta con dos sensores "push boom" denominados HRV (Haute Resolution Visible), que posibilitan la obtención de imágenes en 2 modalidades: pancromático (PA) y multibanda (XSn). Las características más importantes se muestran en la siguiente tabla:


IRS(Indian Remote Sensing Satellite)

Programa de teledetección de la India. El primer satélite de la familia el IRS-1C fue lanzado el 28 de Diciembre de 1995 por un cohete ruso. Comenzó a funcionar en Diciembre de 1996.

Tienen una órbita heliosíncrona, de 907 km de altitud y frecuencia de paso de 24 días. Disponen de los sensores LISS (4 bandas espectrales) y WiFS (Wide Field Sensor) especializado en estudios de vegetación.

IKONOS: 

Es un satélite comercial de teledetección. Fue el primero en recoger imágenes con disponibilidad pública de alta resolución con un rango entre 1 y 4 metros de resolución espacial. En concreto, dispone de una resolución de 1 metro en pancromático y de 4 metros en multiespectral.

Resolución espacial

• Pancromático: 1 metro (1-m PAN) 
• Multiespectral: 4 metros (4-m MS) 

Resolución espectral
Terra

El satélite Terra fué puesto en órbita por la NASA el 18 de diciembre de 1999, NASA. Es el primero del programa Earth Observing System (EOS). Terra forma parte de un proyecto multinacional y multidisciplinario con la participación de las agencias espaciales de EEUU, Canadá y Japón. El objetivo científico de la misión de Terra es el de efectuar el primer chequeo completo de la salud del planeta Tierra. En particular, la misión está diseñada para estudiar el funcionamiento de los ciclos del carbono y de la energía.

Terra dispone de cuatro captadores que miden aspectos específicos de nuestro planeta: Entre los cuales sólo se mencionará a 2 por interés con el tema:

MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer ).

MODIS escanea cada punto del planeta cada 1-2 días en 36 bandas espectrales. Gracias a esta amplia capacidad de captación, este sensor percibe más datos de los signos vitales de la Tierra que los otros sensores del satélite Terra. Entre otros aspectos, MODIS mide cada día el porcentaje de la superficie de la Tierra cubierta por nubes. Combinando las lecturas de MODIS con los datos de MISR y CERES, es posible establecer el impacto de nubes y aerosoles en el balance energético de la Tierra. Permite, entre otros aspectos, detectar las emisiones de los incendios.

ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) Fotosensor desarrollado conjuntamente por la NASA y el Ministerio de Industria Japonés. Se utiliza para obtener mapas detallados de la temperatura, reflectancia y elevación de la superficie terrestre.

Radar

El Radar es un sistema electrónico que permite detectar objetos y determinar la distancia a que se encuentran proyectando sobre ellos ondas de radio que son reflejadas por el objeto y que al ser recibidas de nuevo por la antena del radar permiten calcular la distancia a la que se encuentra el objeto, en función del tiempo que tardó en ir y volver la señal de radio.
Las aplicaciones potenciales de estos sistemas son innumerables: cartografía de zonas de alta nubosidad (inaccesibles mediante sensores ópticos), obtención de modelos topográficos a escala mundial de alta precisión, exploración de otros planetas o satélites con atmósfera, determinación de recursos hídricos, vegetación, clasificación de cultivos, etc.

METODOLOGÍA

• Determinación de escala de las imágenes.

• Con ayuda de la carta nacional determinar la ubicación de las imágenes.

• Utilizando micas elaborar mapas fisiográficos, considerando según corresponda:

- Plano: 0-50m (plano plano, plano ondulado, plano inclinado)
- Colinas: 50-300m (colina baja, colina media, colina alta)
- Montañas: > 300m (montaña baja, montaña media, montaña alta)

• Identificación del uso actual de la tierra en la imagen satelital.

MATERIALES

• Regla.

• Lápices de cera

• Calculadora.

• Papel para hacer cálculos.

• Mica para elaboración de los mapas.

CÁLCULOS  

A) Imagen Satelital

Escala: 

10’ ------ 18.3 cm (imagen)
60’ ------ 10.8 cm (mapa)

60’ ------ 10.8 cm
10’ ------ X
X = 1.8 cm
1.8cm x 1000 000 = 1800000cm

18.3cm x Escala = 1800000cm

Escala: 1/98360.65

B) Imagen de Radar

Escala:

30’ ------ 55.5 0cm (imagen)
60’ ------ 11.1 cm (mapa)

60’ ------ 11.1 cm
30’ ------ X
X = 5.55 cm

5.55cm x 1000 000 = 55500000cm

55.5cm x Escala = 55500000cm

Escala: 1/100 000

RESULTADOS


CONCLUSIONES

• Respecto a la fisiografía de la imagen satelital por ubicarse en la parte desértica del Perú se pudo observar terrenos planos en su mayoría combinando por zonas de plano ondulado y poca presencia de plano inclinado, las colinas se aprecian casi en la parte media de la imagen tomando en su mayoría las categorías de medias a bajas y finalmente en la parte oriental la fisiografía se vuelve montañosa donde se pueden clasificar como baja, media y alta.

• Según el uso actual que se le dio a la tierra, se observa en un área considerable y con una tonalidad roja bien marcada las zonas dedicadas a actividades agrícolas intensivas.

• Las combinación presente fue de 321(Rojo-Verde-Azul) lo que hace referencia al color rojo como la vegetación, al verde la roca y como tonalidad azul el suelo.

• En la imagen de radar la fisiografía presentó plano plano, ondulado e inclinado, colinas baja, media y alta y montañas bajas medias y altas.

• Las tonalidades en la imagen de radar se aprecian en grises.

DISCUSIONES

• La teledetección no sólo abarca el proceso de adquisición de la imagen sino también todas las técnicas de tratamiento para una aplicación determinada. 
• La utilización de sensores remotos colocados en satélites es una herramienta muy valiosa para la evaluación, estudio y monitoreo de los recursos naturales de la tierra.
• En la imagen de radar es preciso destacar que lo observado es la superficie terrestre, no pudiéndose apreciar por ejemplo la superficie del agua.

ANEXOS

GENERALIDADES DE LA ZONA DE ESTUDIO

Departamento: Pasco
Provincia: Oxapampa
Distrito: Iscozacín

Está ubicado en la parte central del país, al este de la cordillera occidental, con zonas andinas y de selva alta y media del río Pachitea. Su capital, la ciudad de Cerro de Pasco, con una altitud de casi 4.000 msnm, es la más alta del país. Limita al norte con Huánuco; al sur con Junín; el este, con Ucayali; y al oeste con Lima.

Superficie: 25.319 km². 
Latitud sur: 9º 34´ 23". 
Longitud oeste: entre meridianos 74º 36´ 32" y 76º 43´ 18". 
Densidad demográfica: 10 habitantes/km² aproximadamente. 
Población:. Total: 246.738 habitantes. (Hombres: 124.718. Mujeres: 122.020) 
Capital del Departamento: Cerro de Pasco. 
Altura de la capital: 4.338 msnm 
Número de provincias: 3. 
Número de distritos: 28. 

Clima: A 4.000 msnm, el clima es frío, con 15ºC de día y menos de 0ºC por la noche. Hay lluvias de noviembre a marzo, y en las punas vientos después del medio día. La ciudad de Cerro de Pasco tiene una media anual de 4ºC, con una temperatura máxima de 10ºC y una mínima de -11ºC. En la provincia de Oxapampa el clima es tropical; en la ciudad del mismo nombre, la media anual es de 18ºC, siendo la máxima de 28ºC y la mínima de 6ºC.

Departamento: Lima
Provincia: Cañete
Distrito: San Vicente de Cañete


El distrito de San Vicente es uno de los dieciséis distritos que conforman la provincia peruana de Cañete, ubicada en el sur del Departamento de Lima, en la Región Lima, Perú.

Sus límites son:
Norte: Con el distrito de San Luis 
Sur: Con la Provincia de Chincha 
Este: Con el distrito de Lunahuaná y el distrito de Imperial 
Oeste: Con el distrito de Nuevo Imperial 

Se encuentra a 144 km al sur de Lima, alrededor se encuentran campos del cultivo de algodón y uva.

BIBLIOGRAFÍA

• http://www.teledet.com.uy/tutorial-imagenes-satelitales/filtrado-espacial.htm
• http://wija.ija.csic.es/gt/tele/rsweb/generico/spot.htm
• www.monografias.com
• http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material121/unidad3/sat_td.htm
• es.wikipedia.org/wiki/IKONOS
http://www.inta.gov.ar/santacruz/info/documentos/teledet/GuiaSC/CD%20de%20cartograf%EDa%20de%20Santa%20Cruz/02teledeteccion.htm

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