Teledetección
1988/04/01 Eguiluz Alarcón, Luis | Martinez-Torres, L.M. | Ramon-Lluch, R. Iturria: Elhuyar aldizkaria
Teniendo en cuenta la definición de la teledetección, se englobaría dentro de ella una serie de técnicas geofísicas: mediciones sísmicas, eléctricas o magnéticas desde aviones, satélites o barcos. Sin embargo, las técnicas geofísicas y la teledetección son fáciles de distinguir si tenemos en cuenta los distintos campos electromagnéticos que utilizan.
Mientras la geofísica utiliza radiaciones de menor longitud de onda (rayos X y gamma) o de mayor longitud (ondas de radio) que los ultravioletas, la teledetección sólo afecta a las longitudes entre ondas ultravioletas y microondas. Así, la definición de teledetección se encuentra limitada en el campo espectral comprendido entre 0,25 micras y 9 mm de longitud de onda (Figura 1).
Radiación electromagnética
La radiación electromagnética está formada por dos campos (eléctricos y magnéticos), consecuencia de las actividades atómicas. La interacción entre materia y ondas electromagnéticas produce nuevas radiaciones. Éstas reflejan las propiedades eléctricas y magnéticas de la materia interpuesta. La naturaleza y el tamaño de estas ondas son las asignaturas de la teledetección.
UM = ultravioleta
EI = espectro visible
IG = infrarrojo
Pero desde la anchura del espectro electromagnético, por el momento, la teledetección sólo puede utilizar unas bandas estrechas llamadas ventanas atmosféricas.
Estas ventanas son el resultado de la capacidad de absorción de las ondas electromagnéticas que pueden contener los componentes de la atmósfera (figura 2). Reducidas en estas ventanas atmosféricas, la teledetección analiza la energía suministrada por el objeto. La forma de emisión de energía puede ser básicamente de tres tipos: propia, reflejada y provocada.
La radiactividad, especialmente los rayos gamma, es una forma de emisión de energía propia, procedente de un mismo objeto. La reflexión de la luz es la forma pasiva de la emisión energética de los objetos.
Las longitudes de onda identificadas en el infrarrojo son la forma de emisión de la energía afectada. Esta energía es producida por el calentamiento, que a su vez produce vibraciones perceptibles de las moléculas.
Elementos de la teledetección
Los cuatro componentes principales que componen la teledetección son la fuente de energía, la unidad de información, la plataforma y el sensor (Figura 3).
La fuente de energía, en principio, es el sol y se refleja en el objeto de estudio de la energía solar, calentando también el objeto.
La unidad de información puede ser puntual, lineal o superficial. Esta última es la más utilizada.
Todos los objetos que componen la superficie básica transmiten radiaciones que se almacenan en un único dato.
La plataforma mantiene el detector y éste recibe la energía procedente de la unidad de información. Las unidades de información más utilizadas son los aviones y los satélites.
El sensor es un aparato que capta las radiaciones electromagnéticas. Estos sensores pueden ser tanto eficientes como inertes.
- Los primeros emiten energía y cuando vuelven, si se encuentran con el objeto, la perciben. El instrumento más utilizado es el radar.
Como las radargrafías de Euskal Herria no están en nuestras manos, no vamos a tener en cuenta esta técnica. - Los segundos, los inertes, miden la cantidad de energía que emiten las unidades de información. En la actualidad, los más utilizados son la máquina de fotos, la cámara de televisión y el scaner (herramienta de análisis multiespectral).
Máquina de fotos
Fue el inicio de la teledetección y sigue siendo el sensor más utilizado. Los tres factores más efectivos en el desarrollo de la fotografía son el objetivo, el tamaño del grano de la película y el tipo de emulsión.
Además de ser muy utilizado entre nosotros, la abundante bibliografía al respecto hace que no podamos ampliar la información.
Cámara de televisión
La esencia de las cámaras de televisión utilizadas en teledetección es la misma que la de las televisiones comerciales. Está formado por un tubo de vacío y una pantalla multicircular. Este panel corre con un zigzag rápido. Dependiendo de la intensidad de influencia del pincel sobre las células fotosensibles, se producen diferentes emisiones de ondas de luz. El proceso de captura de imagen es el mismo.
Los distintos tipos de tubos están constituidos por células fotoemisoras o fotoconductoras. Estas células (ultravioleta, visible e infrarroja) pueden actuar sobre diferentes bandas del espectro. Las imágenes obtenidas son enviadas a la Tierra y grabadas en vídeo o registradas en la propia plataforma.
Posteriormente, las bandas magnéticas se tratan y analizan. Alguna aplicación de este sensor es muy conocida entre nosotros: Imágenes enviadas por el satélite METEOSAT. Este satélite, por su órbita geoestable, tiene una posición fija a 36.000 km de altura sobre la Tierra y ofrece imágenes constantes sobre la evolución de las masas de nubes.
Scaner o analizador multiespectral
LANDSAT 4, hecho el 21 de julio de 1983. En estas fotos que corresponden al mismo lugar, se distinguen con mayor o menor intensidad los elementos propios o artificiales de la ciudad de Vitoria-Gasteiz y de su entorno.
Dependiendo de la banda o función introducida, hay elementos que se separan más que otros o viceversa. Por ejemplo: geología, aguas, vegetación, tierras, obras públicas, etc. Sin utilizar el tratamiento digital, se puede realizar un estudio básico de la ocupación del suelo, limitando las diferentes unidades que componen el suelo, el desarrollo de estas unidades y la interacción entre ellas.
Aunque se trate de distintos tipos de scaners, describiremos brevemente los mecanismos que transportan los satélites LANDSAT (realizados por el MUELLE), ya que hasta ahora la información que proporcionan estos barcos es la más utilizada y además han servido para construir otros satélites para el estudio de la Tierra.
En resumen, el mecanismo del satélite de teledetección consiste en unos espejos giratorios, unas ópticas y unos detectores (figura 4).
El espejo analizador oscila alrededor de un eje paralelo a la dirección de desplazamiento del satélite.
Dependiendo de la velocidad angular del espejo y de la velocidad del satélite, es posible recoger y analizar diferentes bandas de campo en los sensores; en los satélites Landsat esta franja de zonas es de 185 km.
Un complejo sistema óptico filtra y selecciona la energía que ataca al espejo. Esta energía es enviada por la lista de campos analizados. Las ondas electromagnéticas filtradas en el sistema óptico se recogen en sensores. Para cada banda del espectro se utilizan distintos sensores.
Por ello, para el ultravioleta y el espectro visible se utilizan detectores de silicio y para el infrarrojo detectores de mercurio cadmio-teluro. Dependiendo del satélite se transportan 4, 5 o 7 sensores. Estos detectan longitudes de onda concretas denominadas bandas. Las diferentes energías que detecta cada sensor en cada banda se convierten en impulsos eléctricos. Estas variaciones medidas en microvoltios se envían a la Tierra para su ampliación y registro.
La unidad de información superficial que detecta el analizador multiespectral recibe el nombre de pixel (picture ³). La superficie de información sintetizada en cada píxel es variable en cada satélite: En los satélites Landsat la superficie es de 79 m x 57 m.
Sin tener en cuenta ningún otro factor, el pixel nos define la capacidad de resolución de los scaners, que en Landsat sería de 79 m, es decir, cualquier objeto mayor de 79 m es detectable en la imagen que se produce.
El reciente satélite SPOT francés, ha limitado su capacidad de resolución hasta los 30 m. También son conocidos los satélites militares con una capacidad de resolución mucho menor.
Apps
Son muchas las aplicaciones de la teledetección. A modo de ejemplo y teniendo en cuenta únicamente el scaner, se menciona la aplicación del sensor TM que transportan LANDSAT 4 y LANDSAT 5. Sin tener en cuenta las posibles aplicaciones de diferentes bandas combinadas, la aplicación más adecuada para cada banda es:
- 1 Banda: Cartografía de aguas costeras, diferencia entre tierra y vegetación, diferenciación de frondosas y hojas de coníferas.
- 2 Banda: Medidas de reflexión en las longitudes de onda del verde e información sobre el estado de la salud de la vegetación.
- 3 Banda: Diferenciación entre diferentes tipos de plantas basadas en la absorción de clorofila.
- 4 Banda: Delimita las masas de agua.
- 5 Banda: Separa las nubes de la nieve, mide la humedad y la vegetación de la tierra.
- 6 Banda: Banda situada en el infrarrojo térmico que, obteniendo cartografía e imágenes termales, informa sobre el stress de la vegetación y aporta datos de interés geológico.
- 7 Banda: Separa los tipos de rocas y facilita la cartografía hidrotermal.
LANDSAT 4, hecho el 21 de julio de 1983. En estas fotos que corresponden al mismo lugar, se distinguen con mayor o menor intensidad los elementos propios o artificiales de la ciudad de Vitoria-Gasteiz y de su entorno.
Dependiendo de la banda o función introducida, hay elementos que se separan más que otros o viceversa. Por ejemplo: geología, aguas, vegetación, tierras, obras públicas, etc. Sin utilizar el tratamiento digital, se puede realizar un estudio básico de la ocupación del suelo, limitando las diferentes unidades que componen el suelo, el desarrollo de estas unidades y la interacción entre ellas.
Aunque el uso individual de las bandas es muy interesante, el uso de varias bandas combinadas permite diferenciar con precisión los fenómenos y objetos observados en la imagen.
La inclusión de funciones, matrices y otras operaciones matemáticas en la imagen permite llevar a cabo programas de mejora y/o separación de unidades de información. Lógicamente, un píxel que toma información de una zona de coníferas tendrá el mismo valor que un píxel de otra zona de coníferas similares.
De esta forma se pueden ir limitando progresivamente los diferentes grupos de píxeles con las mismas características. Si queremos ver los cambios que se han producido posteriormente, nos limitamos a analizar las variaciones de las unidades de interés que hemos limitado.
Un fenómeno se observa de forma lógica, ya que la energía reflejada por un brote en el mismo sustrato no es la misma que la reflejada por un viñedo maduro, y la luminescencia de un suelo es diferente según los diferentes grados de humedad.
Ventajas de la teledetección
Las principales ventajas de la teledetección son el aumento de la capacidad visual del ojo humano, la observación sistemática de objetos desde diferentes puntos de vista y a diferentes escalas.
El uso de sensores permite ampliar la visión del ojo humano fuera del espectro de luz o del ojo. Esto añade características diferenciales entre distintos objetos.
Otra ventaja que ofrece la teledetección es la posibilidad de ver objetos desde diferentes lugares y a diferentes escalas.
Por lo tanto, en la misma imagen se puede ver un país o continente en diferentes bandas.
Por último, la tercera ventaja reside en la posibilidad de observar continuamente la evolución de cualquier proceso. Si el examen se realiza desde el avión, el plazo de vuelos consecutivos dependerá del fenómeno que se quiera estudiar. Por el contrario, si el estudio se realiza desde el satélite, por ejemplo desde un Landsat, el intervalo de observación es inalterable; es de unos 16–18 días.
La mayor desventaja de la teledetección es la climatología, excepto para los satélites meteorológicos. La obtención de imágenes de satélite sin nube es difícil y la realización de dos órbitas consecutivas en atmósfera limpia sólo puede producirse en algún momento. Esta condición incide sobre todo en el estudio a largo plazo, por ejemplo en el análisis sistemático de una cosecha.
Está claro que la fotografía aérea a corto plazo dejará su lugar en la imagen de los satélites y que con la ayuda de microordenadores será posible el análisis de imágenes digitalizadas.
(Traducido por Lourdes Lekuona y Elena López Lacalle).
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