Teledeteición

Imaxe del Valle de la Muerte, tomada por un radar d'apertura sintética y coloriada usando un polarímetro.

La teledetección o detección remota ye l'alquisición d'información a pequeña o gran escala d'un oxetu o fenómenu, yá sía usando preseos de grabación o preseos d'escanio en tiempu real inalámbricos o que nun tán en contautu direutu col oxetu (como por casu aviones, satélites, astronave, boyes o barcos). Na práutica, la teledetección consiste en recoyer información al traviés de distintos dispositivos d'un oxetu concretu o una área. Por casu, la observación terrestre o los satélites meteorolóxicos, les boyes oceánicu y atmosféricu, les imáxenes por resonancia magnética (MRI n'inglés), la tomografía per emisión de positrones (PET n'inglés), los rayos-X y les sondes espaciales son toos exemplos de teledetección. Anguaño, el términu referir de manera xeneral al usu de teunoloxíes de sensores p'alquisición d'imáxenes, incluyendo: preseos a bordu de satélites o aerotresportaos, usos en electrofisioloxía, y difier n'otros campos rellacionaos con imáxenes como por casu n'imaxe médica.

Hai dos clases de teledetección principalmente: teledetección pasiva y teledetección activa:

  • Los teledetectores pasivos detecten radiación natural emitida o reflexada pol oxetu o área circundante que ta siendo reparada. La lluz solar reflexada ye unu de los tipos de radiación más comunes midíos por esta clase de teledetección. Dellos exemplos pueden ser la fotografía, los infrarroxos, los sensores CCD (charge-coupled devices, “dispositivu de cargues llétriques interconectaes”) y los radiómetros.
  • Los teledetectores activos per otra parte emiten enerxía pa poder escaniar oxetos y árees colo que'l teledetector mide la radiación reflexada del oxetivu. Un radar ye un exemplu de teledetector activu, que mide'l tiempu que tarda una emisión en dir y volver d'un puntu, estableciendo asina la llocalización, altor, velocidá y direición d'un oxetu determináu.

La teledetección remota fai posible recoyer información d'árees peligroses o inaccesibles. Delles aplicaciones pueden ser monitorizar una deforestación n'árees como la cuenca del Amazones, l'efectu del cambéu climáticu nos glaciares y nel Árticu y nel Antárticu, y el sondéu en fondura de les falles oceániques y les mariñes. El coleutivu militar, mientres la Guerra Fría, fixo usu d'esta téunica pa recoyer información sobre fronteres potencialmente peligroses. La teledetección remota tamién reemplaza la lenta y costosa recoyida d'información sobre'l terrén, asegurando amás que nel procesu les zones o oxetos analizaos nun se vean alteriaos.

Les plataformes orbitales pueden tresmitir información de diverses franxes del espectru electromagnéticu qu'en collaboración con sensores aéreos o terrestres y un analís en xunto, aprove a los investigadores con abonda información pa monitorizar la evolución de fenómenos naturales tales como El Neñu. Otros usos engloban árees como les ciencies de la Tierra, en concretu la xestión de recursos naturales, campos d'agricultura en términos d'usu y caltenimientu, y seguridá nacional.[1]

Téuniques d'Alquisición d'Información

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L'alquisición multi-espectral basar na recoyida y l'analís d'árees o oxetos qu'emiten o reflexen radiación a un nivel cimeru al de los oxetos circundantes.

Aplicaciones de la información recoyida por teledetección remota

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  • El radar convencional acomuñóse principalmente al control del tráficu aereu, y a la recoyida de cierta información meteorolóxica a gran escala. El radar doppler úsase como sofitu pa faer cumplir coles llendes de velocidá locales y tamién como refuerzu a la recoyida d'información meteorolóxica como la velocidá del vientu y la direición del mesmu. Otros tipos de recoyida d'información activa inclúi'l plasma de la ionosfera. Los radares interferométricos d'apertura sintética (Interferometric synthetic aperture radar ) usar pa producir modelos dixitales precisos de grandes árees de terrén.
  • Los altímetros por láser y radar nos satélites aproven una gran cantidá d'información. Midiendo los bárabos de l'agua causaes pola gravedá, mapean les carauterístiques no fondero del mar nun resolución d'una milla más o menos. Midiendo l'altor y el llargor de les foles nel océanu, los altímetros miden la velocidá del vientu y la direición, y les de la superficie del océanu.
  • LIDAR (un acrónimu del inglés Light Detection and Ranging) conocer nel ámbitu de pruebes de rangu d'armamentu, como nos proyeutiles empuestos por láser. LIDAR usar pa detectar y midir la concentración de dellos axentes químicos na atmósfera, ente que la caña de paracaidismu LIDAR usar pa midir altores d'oxetos y carauterístiques na tierra d'una manera muncho más precisa que con cualquier teunoloxía de radares, con importantes aplicaciones nel campu de la hidrogeoloxía, xeomorfoloxía y arqueoloxía. La teledetección remota de la vexetación ye unu de les aplicaciones más relevantes de LIDAR.
  • Los radiómetros y fotómetros son los preseos usaos de manera más común, recoyendo radiación emitío y reflexao nun ampliu espectru de frecuencies. (Rangu visible, infrarroxos, microondes, rayu gamma y dacuando ultravioleta). Tamién pueden usase pa detectar l'espectru d'emisión de dellos axentes químicos, aproviendo asina d'información sobre la concentración de determinaos químicos na atmósfera.
  • La fotografía estereoscópica usóse de cutiu pa faer mapes topográficos por analistes de terrén en “traficabilidad” y en departamentos de carreteres pa rutes potenciales.
  • Plataformes multi-espectrales simultánees como Landsat tuvieron n'usu dende los años 70. Estos maleadores temáticos tomen imáxenes en múltiples llonxitúes d'onda del espectru electromagnéticu y atópase de normal en satélites d'observación terrestre, incluyendo (por casu) el programa LandSat o'l satélite IKONOS. Estos mapes pueden usase na prospección de minerales, detectar o monitorizar l'usu de tierres, deforestación, l'estáu de salú de plantes indíxenes y cultivos, incluyendo zones enteres de cultivu o montes.
  • Nel puntu de mira contra la desertificación, la teledetección remota dexa siguir y monitorizar árees de riesgu al llargu plazu, pa determinar factores de desertificación, pa sofitar a tomar decisiones tocantes a tomar midíes pa xestionar la redolada y evaluar l'impautu que pueden tener eses decisiones.[2]

Xeodesia

  • La xeodesia foi primeru usada na detección aérea submarina y na recoyida d'información gravitacional usada nos mapes militares. Esta información revelaba pequeñes perturbaciones nel campu gravitatoriu de la Tierra (xeodesia) que podíen usase pa determinar cambeos na distribución de la masa na Tierra, lo cual podía usase pa futuros estudios xeolóxicos ya hidrolóxicos.

Acústica y semi-acústica.

  • Pasiva: El Sónar usar pa detectar, midir distancies y midíes d'oxetos so l'agua y la tierra.
    • Los sismogramas coyíos de distintos llugares pueden alcontrar y midir terremotos dempués de qu'éstos asocedan comparando la intensidá relativa y el tiempu en qu'asocedieron.
  • Activa: Los pulsos usar los xeólogos pa detectar xacimientos de petroleu.

Pa coordinar una serie d'observaciones a gran escala, la mayor parte de los sistemes de detección dependen de: la llocalización de la plataforma, la hora, la rotación y l'orientación del sensor. Los preseos más actuales usen de normal información sobre la so posición llograda de los sistemes de navegación per satélite. La rotación y orientación de normal determinar con un error d'unu o dos graos por aciu compases electrónicos. Estos compases miden non yá el acimut, sinón tamién l'altitú, una y bones les llinies del campu magnético terrestre na Tierra tienen una combadura distinta según la posición en que te atopes. Si deseyen unes orientaciones más exactes, riquir d'un Sistema de Navegación Inercial el cual dacuando se realinea usando distintos téuniques, incluyendo tomar d'estrelles como referencia o puntos de referencia importantes.

La resolución tien un impautu bastante importante na recoyida d'información; pa entendelo meyor: un menor resolución trai un detalle menor y una cobertoria mayor; un mayor resolución trai pela cueta un detalle mayor pero una cobertoria peor. La capacidá pa poder determinar el resolución fayadizu en cada momentu tien de resultes meyores resultaos y amás evita'l colapsu de les unidaes d'almacenamientu y tresmisión (una resolución mayor implica un mayor tamañu).

Procesáu d'información

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Ver tamién: Problema inversu

La teledetección remota, si falamos de manera xeneral, trabaya siguiendo'l principiu del problema inversu. Ente que l'oxetu o fenómenu en cuestión (l'estáu) nun se van midir de manera direuta, esisten otres variables que se detecten y miden (la observación), que tán intrínsecamente rellacionaes al envís d'interés, al traviés d'un modelu creáu por ordenador. Una analoxía pa entender esto ye tratar de determinar el tipu d'animal poles sos pisaes. Asina por casu, yá que ye imposible midir direutamente la temperatura nes capes altes de l'atmósfera, sí ye posible midir les emisiones d'un ciertu espectru d'especies químiques conocíes (CO2) nesa rexón. La frecuencia de dicha emisión puede rellacionase cola temperatura d'esa zona al traviés de delles rellaciones termodinámiques.

La calidá de la información recoyida a distancia depende de los sos resolvimientos espacial, espectral, radiométrica y temporal.

Resolvimientu espacial

Ye'l tamañu d'un píxel que se guarda nuna imaxe rasterizada – los píxeles corresponder con árees cuadraes que'l so tamañu varia de 1 a 1000 metros.

Resolvimientu espectral

Ye l'amplitú del llonxitú d'onda de les distintes frecuencies grabaes – de normal, rellacionar col númberu de frecuencies que graba la plataforma. La última flota Landsat, "Landsat 8", entiende 11 bandes distintes incluyendo delles del espectru infrarroxu; en total adquier dende los 0,43 μm a los 12,51 μm.[3] El sensor Hyperion na “Earth Observing-1” xestiona 220 bandes que van dende los 0,4 μm a los 2,5 μm, con una resolución espectral de 0,10 a 0,11 μm per banda recoyida.

Resolvimientu radiométrica

Ye la capacidá del sensor pa estremar distintes intensidaes de radiación. De normal entiende de 8 a 14 bits, correspondiente a los 256 niveles d'una escala de grises, y puede llegar a 16 384 intensidaes de color en cada banda. Tamién depende del ruiu del aparatu.

Resolvimientu temporal

Ye la frecuencia cola que l'avión o satélite sobrevuelen una zona, y solo tien importancia n'estudios pa investigar l'efectu del pasu'l tiempu, como na monitorización de les deforestaciones. El pasu d'una nube sobre l'área o oxetu fadría necesariu volver repitir el procesu sobre esa zona.

Pa poder crear mapes basaos na información recoyida por un sensor, la mayoría de los sistemes de teledetección remota lo que faen ye extrapolar la información estrayida pol sensor en rellación a un puntu de referencia, incluyendo distancies ente los puntos conocíos nel terrén. Tou esto depende del tipu de sensor usáu. Por casu, en fotografíes corrientes, les distancies son más precises nel centru de la imaxe, que aburúyense al alloñar del centru de la mesma. Otru factor importante ye'l rodiellu contra'l que se ponen les semeyes, fechu que puede causar graves errores nes fotografíes cuando éstes úsense pa realizar midíes de distancies. Esto resuélvese por aciu la georreferenciación, que engloba ayuda per ordenador pa rellacionar los puntos na imaxe (30 o más por imaxe) que se extrapolan usando un puntu de referencia establecíu primeramente, “tresformando” la imaxe pa producir una información espacial más precisa. A principios de los 90, la mayoría d'imáxenes per satélite vendíes taben totalmente georreferenciadas. Amás de esta correición, les imáxenes pueden precisar de correición radiométrica y atmosférica.

Correición radiométrica

Da una escala de valores por píxel. Por casu, la escala monocromática de 0 a 255 va convertir a valores de radiación actual.

Correición atmosférica

Esanicia la “neblina” atmosférica reescalando cada banda de frecuencia al so valor mínimu (cada píxel a 0). La digitalización de la información tamién fai posible manipoliar los datos camudando valores na escala de grises.

La interpretación ye la parte crítica del procesu de faer la información comprensible. La primer aplicación d'eso foi en fotografíes aérees, qu'usaben el siguiente procesu: midíes espaciales col usu d'una mesa allumada tantu en cobertoria convencional simple como estereográfica. Faer usu de les dimensiones conocíes de los oxetos pa detectar cambeos. L'analís d'imaxe ye una aplicación automatizada por ordenador que se ta usando acaldía más.

L'analís d'oxetos basaos n'imáxenes (OBIA n'inglés) ye una subdisciplina de GIScience dedicada a particionar les imáxenes de la teledetección remota n'imáxenes con significáu sobre los oxetos, y evaluando les sos carauterístiques nuna escala especial, temporal y espectral.

La información antigua llograda de teledetección remota suel ser pervalible porque aprove d'información al llargu plazu d'una gran porción xeográfica. Coles mesmes, la información de cutiu ye complexa d'interpretar y malo d'almacenar. Los sistemes actuales tienden a almacenar tou digitalmente, de normal ensin perda de compresión. Lo difícil de too esto ye que la información ye fráxil y el so formatu puede ser arcaicu y malo d'interpretar, amás de ser fácil de falsificar. Unu de los meyores sistemes p'almacenar información ye en microfilmes. Los microfilmes de normal sobreviven en llibreríes comunes, con un periodu de vida de dellos sieglos. Pueden crease, copiase, archivase y recoyese por sistemes automatizados. Son tan compactos como la información almacenada en dispositivos magnéticos y entá pueden ser lleíos pol ser humanu con un mínimu d'equipu fayadizu pa ello.

Niveles de procesamientu de la información

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Pa facilitar el dilema del procesamientu de la información, definiéronse dellos niveles de procesamientu en 1986 pola NASA como parte de la so Sistema d'Observación de la Tierra[4] adoptáronse tantu na NASA (por casu,[5]) como nel restu de llugares (por casu,[6]). Estes definiciones son:

Nivel Descripción
0 La información científica recoyida ta a máximu resolución, ordenada temporalmente y con errores de tresmisión, artefautos y duplicaos esaniciaos.

Información a máximu resolución reconstruyíu, ordenada cronológicamente y con anotaciones auxiliares como coeficientes de calibración radiométrica y xeométrica, y parámetros de georeferencia computaos y anotaos pero ensin aplicase al nivel 0 d'información (o, si aplíquense, aplíquense de tala forma que esi nivel 0 pueda recuperase totalmente del nivel 1a).

1b La información del nivel 1a foi procesada a unidaes de detección; non tolos preseos tienen información del nivel 1b; la información del nivel 0 ye yá irrecuperable.
2 Variables xeofísiques derivaes (altor de les foles del mar, concentraciones de xelu) al mesma resolución y llocalización que la información del nivel 1.
3 Les variables son mapeadas uniformemente en "grids" espaciu-temporales.
4 Resultancia de los analises de niveles inferiores (variables que nun fueron midíes pero si fueron derivaes d'eses midíes).

Guardar la información del Nivel 1 ye fundamental (ye'l nivel más reversible ente otres coses) yá que tien un significáu científicu y una utilidá importante, y ye la base de la xeneración del restu de niveles. El nivel 2 ye'l primer nivel usable direutamente pola mayoría de les aplicaciones científiques; el so valor ye enforma mayor que la del restu de niveles inferiores. El nivel 2 tiende a ser menos pesáu que'l nivel 1 una y bones los sos parámetros fueron amenorgaos, o bien temporalmente, espacialmente o espectralmente. El nivel 3 yá ye abondo más pequeñu que'l restu y puede ser manipoliáu ensin medrana a incurrir nun manexu desaparente de los datos. Esta información suel ser más xeneral y preséu pa la mayoría de les aplicaciones. La organización temporal y espacial del nivel 3 fai facederu poder combinar información d'otres fontes.

Historia

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The TR-1 L'avión de reconocimiento/vigilancia TR-1.
La Mars Odyssey 2001 usaba espectrómetros y "imagers" pa prindar evidencies de la esistencia d'agua o actividá volcánica en Marte.

Más allá de los métodos primitivos qu'usaron los nuesos ancestros (xubir a un risco o a un árbol pa ver el paisaxe), la disciplina moderna surdió cola invención del vuelu. G. Tournachon (alies Nadar), un conocíu pilotu de globos, fixo fotografíes de París dende'l so globu en 1858. Tamién s'usaron palombos mensaxeros, cometes, cohetes y globos ensin tripular pa tomar imáxenes. Cola esceición de los globos, estes primeres imáxenes nun fueron bien útiles pa faer mapes o pa dalguna investigación científica.

La fotografía aérea sistemática desenvolver polos militares con oxetu de la vixilancia y la reconocencia de territorios na Primer Guerra Mundial, y llegó a la so clímax mientres la Guerra Fría col usu d'aviones de combate modificaos, como'l P-51, el P-38, el RB-66 y el F-4C, o delles plataformes de recoyida d'información como por casu l'U2/TR-1, el SR-71, l'A-5 y l'OV-1. Dempués desenvolviéronse los métodos pa crear sensores más pequeños que los usaos pola llei y los militares, tantu en plataformes tripulaes como non tripulaes.

La ventaya d'esto ye que rique un mínimu cambéu a un determináu aeroplanu. La teunoloxía d'imáxenes más posterior incluyía infrarroxos, imaxe convencional, doppler y radares d'apertura sintética.

El desenvolvimientu de satélites artificiales yá na segunda metá del sieglu XX dexó l'usu de la teledetección remota pa progresar a escala global y terminar cola Guerra Fría. La presea a bordu de dellos observadores terrestres y plataformes meteorolóxiques como'l Landsat, el Nimbus y delles más recién como'l RADARSAT y el UARS aprovieron de midíes globales d'información de dellos tipos (civil, militar y d'investigación). Les sondes espaciales a otros planetes tamién brindaron la oportunidá de conducir l'estudiu por teledetección remota a redolaes estraterrestres; el radar d'apertura sintética a bordu del Magellan aprovió de mapes topográficos detallaos de Venus, ente que los preseos a bordu del SOHO dexaron estudios del Sol y los vientos solares.

Les investigaciones recién inclúin, a principios de los 60 y los 70, el desenvolvimientu del procesamientu d'imáxenes d'imáxenes satelitales. Dellos equipos d'investigación en Silicon Valley inclúin el centru d'investigación d'Ames de la NASA, el GTE y el ESL Inc. desenvolvieron téuniques pa usar la Tresformada de Fourier como manera de meyora de la información de les imáxenes.

La introducción de servicio Web en llinia pal accesu rápidu a información sobre teledetección remota nel sieglu XXI (principalmente imáxenes de baxa o mediu resolución), como Google Earth, fixo posible que la teledetección remota sía daqué familiar pal gran públicu y fixérase popular nel mundu de la ciencia.

Software de teledetección remota

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La información recoyida pola teledetección remota ye procesada y analizada por programes d'ordenador.

Un gran númberu d'aplicaciones de códigu abiertu y otres tantes de pagu pa procesar esta clase d'información. Acordies con l'estudiu NOAA realizáu por Global Marketing Insights, Inc., la mayor parte de les aplicaciones ente les academies asiátiques rellacionaes cola teledetección remota son: El ESRI con un 30 %, el ERDAS Imagine con un 25 %, ITT Visual Información Solutions (ENVI) con un 17 %, MapInfo con un 17 % y ERMapper con un 11 %. Ente les academies occidentales, l'estudiu constató estos otros porcentaxes: ESRI 39 %, ERDAS Imagine 27 %, MapInfo 9 %, AutoDesk 7 % y ENVI con un 17 %. Otros paquetes d'aplicaciones en rellación cola teledetección remota inclúin PCI Gemoatics que desenvuelve PCI Geomatica, un paquete d'aplicaciones rellacionaes cola teledetección remota líder en Canadá, IDRISI de los llaboratorios Clark, y el software eCognition de Definiens. Delles aplicaciones de códigu abiertu son: GRASS GIS, QGIS, OSSIM, Optics, SPRING y Orfeo toolbox.

Ver tamién

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Referencies

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  1. ↑ [1]
  2. ↑ Begni Gérard, Escadafal Richard, Fontannaz Delphine and Hong-Nga Nguyen Anne-Thérèse, 2005. Remote sensing: a tool to monitor and assess desertification. les dossiers thématiques du CSFD. Issue 2. 44 pp.
  3. ↑ «What are the band designations for the Landsat satellites?» (inglés) (29 de payares de 2016). Consultáu'l 22 de xineru de 2017.
  4. ↑ NASA (1986), Report of the EOS data panel, Earth Observing System, Data and Information System, Data Panel Report, Vol. IIa., NASA Technical Memorandum 87777, June 1986, 62 pp. Available at http://hdl.handle.net/2060/19860021622
  5. ↑ C. L. Parkinson, A. Ward, M. D. King (Eds.) Earth Science Reference Handbook -- A Guide to NASA's Earth Science Program and Earth Observing Satellite Missions, National Aeronautics and Space Administration Washington, D.C. Available at http://eospso.gsfc.nasa.gov/ftp_docs/2006ReferenceHandbook.pdf
  6. ↑ GRAS-SAF (2009), Product User Manual, GRAS Satellite Application Facility, Version 1.2.1, 31 March 2009. Available at http://www.grassaf.org/xeneral-documents/products/grassaf_pum_v121.pdf
  7. ↑ DigitalGlobe (n'inglés)

Llectures encamentaes

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  • Campbell, J.B. (2002). Introduction to remote sensing, 3ª, The Guilford Press.
  • Jensen, J.R. (2007). Remote sensing of the environment: an Earth resource perspective, segunda, Prentice Hall.
  • Jensen, J.R. (2005). Dixital Image Processing: a Remote Sensing Perspective, 3ª, Prentice Hall.
  • Lentile, Leigh B.; Holden, Zachary A.; Smith, Alistair M. S.; Falkowski, Michael J.; Hudak, Andrew T.; Morgan, Penelope; Lewis, Sarah A.; Gessler, Paul Y.; Benson, Nate C. (2006). Remote sensing techniques to assess active fire characteristics and post-fire effects 3. International Journal of Wildland Fire, páx. 319-345.
  • Lillesand, T.M.; R.W. Kiefer, and J.W. Chipman (2003). Remote sensing and image interpretation, 5ª, Wiley.
  • Richards, J.A.; and X. Jia (2006). Remote sensing dixital image analysis: an introduction, 4ª, Springer.
  • Mallorquí, Jordi J.; Blanco, P.; Navarrete, D.; Duque, S. (2006). Advances on DInSAR with ERS and ENVISAT Data using the Coherent Pixels Technique (CPT).. IGARSS 2006.
  • Lasaponara, Rosa; Nicola Masini (2012). Satellite Remote Sensing - A new tool for Archaeology. Remote Sensing and Digital Image Processing Series, Volume 16, 364 pp., ISBN 978-90-481-8801-7.

Enllaces esternos

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