Teledetección
1988/04/01 Eguiluz Alarcón, Luis | Martinez-Torres, L.M. | Ramon-Lluch, R. Iturria: Elhuyar aldizkaria
Tendo en conta a definición da teledetección, englobaríase dentro dela una serie de técnicas geofísicas: medicións sísmicas, eléctricas ou magnéticas desde avións, satélites ou barcos. Con todo, as técnicas geofísicas e a teledetección son fáciles de distinguir si temos en conta os distintos campos electromagnéticos que utilizan.
Mentres a geofísica utiliza radiacións de menor lonxitude de onda (raios X e gamma) ou de maior lonxitude (ondas de radio) que os ultravioletas, a teledetección só afecta as lonxitudes entre ondas ultravioletas e microondas. Así, a definición de teledetección atópase limitada no campo espectral comprendido entre 0,25 micras e 9 mm de lonxitude de onda (Figura 1).
Radiación electromagnética
A radiación electromagnética está formada por dous campos (eléctricos e magnéticos), consecuencia das actividades atómicas. A interacción entre materia e ondas electromagnéticas produce novas radiacións. Estas reflicten as propiedades eléctricas e magnéticas da materia interposta. A natureza e o tamaño destas ondas son as materias da teledetección.
UM = ultravioleta
EI = espectro visible
IG = infravermello
Pero desde a anchura do espectro electromagnético, polo momento , a teledetección só pode utilizar unhas bandas estreitas chamadas xanelas atmosféricas.
Estas xanelas son o resultado da capacidade de absorción das ondas electromagnéticas que poden conter os compoñentes da atmosfera (figura 2). Reducidas nestas xanelas atmosféricas, a teledetección analiza a enerxía fornecida polo obxecto. A forma de emisión de enerxía pode ser basicamente de tres tipos: propia, reflectida e provocada.
A radioactividade, especialmente os raios gamma, é una forma de emisión de enerxía propia, procedente dun mesmo obxecto. A reflexión da luz é a forma pasiva da emisión enerxética dos obxectos.
As lonxitudes de onda identificadas no infravermello son a forma de emisión da enerxía afectada. Esta enerxía é producida polo quecemento, que á súa vez produce vibracións perceptibles das moléculas.
Elementos da teledetección
O catro compoñentes principais que compoñen a teledetección son a fonte de enerxía, a unidade de información, a plataforma e o sensor (Figura 3).
A fonte de enerxía, en principio, é o sol e reflíctese no obxecto de estudo da enerxía solar, quentando tamén o obxecto.
A unidade de información pode ser puntual, lineal ou superficial. Esta última é a máis utilizada.
Todos os obxectos que compoñen a superficie básica transmiten radiacións que se almacenan nun único dato.
A plataforma mantén o detector e este recibe a enerxía procedente da unidade de información. As unidades de información máis utilizadas son os avións e os satélites.
O sensor é un aparello que capta as radiacións electromagnéticas. Estes sensores poden ser tanto eficientes como inertes.
- Os primeiros emiten enerxía e cando volven, se se atopan co obxecto, percíbena. O instrumento máis utilizado é o radar.
Como as radargrafías de Euskal Herria non están nas nosas mans, non imos ter en conta esta técnica. - Os segundos, os inertes, miden a cantidade de enerxía que emiten as unidades de información. Na actualidade, os máis utilizados son a máquina de fotos, a cámara de televisión e o scaner (ferramenta de análise multiespectral).
Máquina de fotos
Foi o inicio da teledetección e segue sendo o sensor máis utilizado. Os tres factores máis efectivos no desenvolvemento da fotografía son o obxectivo, o tamaño do gran da película e o tipo de emulsión.
Ademais de ser moi utilizado entre nós, a abundante bibliografía respecto diso fai que non poidamos ampliar a información.
Cámara de televisión
A esencia das cámaras de televisión utilizadas en teledetección é a mesma que a das televisións comerciais. Está formado por un tubo sen carga e una pantalla multicircular. Este panel corre cun zigzag rápido. Dependendo da intensidade de influencia do pincel sobre as células fotosensibles, prodúcense diferentes emisións de ondas de luz. O proceso de captura de imaxe é o mesmo.
Os distintos tipos de tubos están constituídos por células fotoemisoras ou fotoconductoras. Estas células (ultravioleta, visible e infravermella) poden actuar sobre diferentes bandas do espectro. As imaxes obtidas son enviadas á Terra e gravadas en vídeo ou rexistradas na propia plataforma.
Posteriormente, as bandas magnéticas trátanse e analizan. Algunha aplicación deste sensor é moi coñecida entre nós: Imaxes enviadas polo satélite METEOSAT. Este satélite, pola súa órbita geoestable, ten una posición fixa a 36.000 km de altura sobre a Terra e ofrece imaxes constantes sobre a evolución das masas de nubes.
Scaner ou analizador multiespectral
LANDSAT 4, feito o 21 de xullo de 1983. Nestas fotos que corresponden ao mesmo lugar, distínguense con maior ou menor intensidade os elementos propios ou artificiais da cidade de Vitoria-Gasteiz e da súa contorna.
Dependendo da banda ou función introducida, hai elementos que se separan máis que outros ou viceversa. Por exemplo: xeoloxía, augas, vexetación, terras, obras públicas, etc. Sen utilizar o tratamento dixital, pódese realizar un estudo básico da ocupación do chan, limitando as diferentes unidades que compoñen o chan, o desenvolvemento destas unidades e a interacción entre elas.
Aínda que se trate de distintos tipos de scaners, describiremos brevemente os mecanismos que transportan os satélites LANDSAT (realizados polo PEIRAO), xa que até agora a información que proporcionan estes barcos é a máis utilizada e ademais serviron paira construír outros satélites paira o estudo da Terra.
En resumo, o mecanismo do satélite de teledetección consiste nuns espellos giratorios, unhas ópticas e uns detectores (figura 4).
O espello analizador oscila ao redor dun eixo paralelo á dirección de desprazamento do satélite.
Dependendo da velocidade angular do espello e da velocidade do satélite, é posible recoller e analizar diferentes bandas de campo nos sensores; nos satélites Landsat esta franxa de zonas é de 185 km.
Un complexo sistema óptico filtra e selecciona a enerxía que ataca ao espello. Esta enerxía é enviada pola lista de campos analizados. As ondas electromagnéticas filtradas no sistema óptico recóllense en sensores. Paira cada banda do espectro utilízanse distintos sensores.
Por iso, paira o ultravioleta e o espectro visible utilízanse detectores de silicio e paira os infravermello detectores de mercurio cadmio-teluro. Dependendo do satélite transpórtanse 4, 5 ou 7 sensores. Estes detectan lonxitudes de onda concretas denominadas bandas. As diferentes enerxías que detecta cada sensor en cada banda convértense en impulsos eléctricos. Estas variacións medidas en microvoltios envíanse á Terra paira a súa ampliación e rexistro.
A unidade de información superficial que detecta o analizador multiespectral recibe o nome de pixel (picture ³). A superficie de información sintetizada en cada píxel é variable en cada satélite: Nos satélites Landsat a superficie é de 79 m x 57 m.
Sen ter en conta ningún outro factor, o pixel defínenos a capacidade de resolución dos scaners, que en Landsat sería de 79 m, é dicir, calquera obxecto maior de 79 m é detectable na imaxe que se produce.
O recente satélite ANUNCIO francés, limitou a súa capacidade de resolución até os 30 m. Tamén son coñecidos os satélites militares cunha capacidade de resolución moito menor.
Apps
Son moitas as aplicacións da teledetección. A modo de exemplo e tendo en conta unicamente o scaner, menciónase a aplicación do sensor TM que transportan LANDSAT 4 e LANDSAT 5. Sen ter en conta as posibles aplicacións de diferentes bandas combinadas, a aplicación máis adecuada paira cada banda é:
- 1 Banda: Cartografía de augas costeiras, diferenza entre terra e vexetación, diferenciación de frondosas e follas de coníferas.
- 2 Banda: Medidas de reflexión nas lonxitudes de onda do verde e información sobre o estado da saúde da vexetación.
- 3 Banda: Diferenciación entre diferentes tipos de plantas baseadas na absorción de clorofila.
- 4 Banda: Delimita as masas de auga.
- 5 Banda: Separa as nubes da neve, mide a humidade e a vexetación da terra.
- 6 Banda: Banda situada no infravermello térmico que, obtendo cartografía e imaxes termais, informa sobre o stress da vexetación e achega datos de interese xeolóxico.
- 7 Banda: Separa os tipos de rocas e facilita a cartografía hidrotermal.
LANDSAT 4, feito o 21 de xullo de 1983. Nestas fotos que corresponden ao mesmo lugar, distínguense con maior ou menor intensidade os elementos propios ou artificiais da cidade de Vitoria-Gasteiz e da súa contorna.
Dependendo da banda ou función introducida, hai elementos que se separan máis que outros ou viceversa. Por exemplo: xeoloxía, augas, vexetación, terras, obras públicas, etc. Sen utilizar o tratamento dixital, pódese realizar un estudo básico da ocupación do chan, limitando as diferentes unidades que compoñen o chan, o desenvolvemento destas unidades e a interacción entre elas.
Aínda que o uso individual das bandas é moi interesante, o uso de varias bandas combinadas permite diferenciar con precisión os fenómenos e obxectos observados na imaxe.
A inclusión de funcións, matrices e outras operacións matemáticas na imaxe permite levar a cabo programas de mellora e/ou separación de unidades de información. Loxicamente, un píxel que toma información dunha zona de coníferas terá o mesmo valor que un píxel doutra zona de coníferas similares.
Desta forma pódense ir limitando progresivamente os diferentes grupos de píxeles coas mesmas características. Se queremos ver os cambios que se produciron posteriormente, limitámonos a analizar as variacións das unidades de interese que limitamos.
Un fenómeno obsérvase de forma lóxica, xa que a enerxía reflectida por un brote no mesmo substrato non é a mesma que a reflectida por un viñedo maduro, e a luminescencia dun chan é diferente segundo os diferentes graos de humidade.
Vantaxes da teledetección
As principais vantaxes da teledetección son o aumento da capacidade visual do ollo humano, a observación sistemática de obxectos desde diferentes puntos de vista e a diferentes escalas.
O uso de sensores permite ampliar a visión do ollo humano fose do espectro de luz ou do ollo. Isto engade características diferenciais entre distintos obxectos.
Outra vantaxe que ofrece a teledetección é a posibilidade de ver obxectos desde diferentes lugares e a diferentes escalas.
Por tanto, na mesma imaxe pódese ver un país ou continente en diferentes bandas.
Por último, a terceira vantaxe reside na posibilidade de observar continuamente a evolución de calquera proceso. Se o exame realízase desde o avión, o prazo de voos consecutivos dependerá do fenómeno que se queira estudar. Pola contra, se o estudo realízase desde o satélite, por exemplo desde un Landsat, o intervalo de observación é inalterable; é duns 16–18 días.
A maior desvantaxe da teledetección é a climatoloxía, excepto para os satélites meteorolóxicos. A obtención de imaxes de satélite sen nube é difícil e a realización de dúas órbitas consecutivas en atmosfera limpa só pode producirse nalgún momento. Esta condición incide sobre todo no estudo a longo prazo, por exemplo na análise sistemática dunha colleita.
Está claro que a fotografía aérea a curto prazo deixará o seu lugar na imaxe dos satélites e que coa axuda de microordenadores será posible a análise de imaxes dixitalizadas.
(Traducido por Lourdes Lekuona e Elena López Lacalle).
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
