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Timestamp: 2015-10-09 03:08:37+00:00

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la teledeteccion
Universidad de Jaén| Escuela Politécnica Superior| Departamento de Ingeniería Cartográfica| La teledetección
qué es la teledetección El término "teledetección" es la adaptación al español de la expresión anglosajona remote sensing comenzada a utilizar durante la década de los sesenta para nombrar la nueva técnica de adquisición de información nacida con la puesta en órbita de los primeros satélites de observación de la Tierra. Todavía hoy coexisten traducciones más literales del mismo concepto: sensores remotos , percepción remota , etc. Sin embargo, el término teledetección es sin duda el que más fortuna ha hecho, consecuencia lógica de su propia etimología. Se trata de observar un objeto -es decir, medir determinadas características del mismo- sin mediar contacto físico con él (Pinilla, 1995). La forma de adquirir cierto conocimiento sobre las propiedades de un cuerpo sin tocarlo es detectar y medir las perturbaciones que induce en su entorno y que se propagan en el espacio. Entre todas esas alteraciones, la teledetección, en un sentido restringido, se refiere a las técnicas de adquisición de información mediante la medida del campo electromagnético inducido por el objeto observado. Establecida la definición del término, realizar una aproximación más concreta requiere mencionar el modo de utilización de la técnica. Ello ha originado que se hable de teledetección desde baja altura (plataformas aerotransportadas) y desde el espacio (sensores orbitales a bordo de satélites). Por antonomasia, la teledetección sugiere esta última modalidad, al menos en el dominio hispanohablante. Sin embargo, es frecuente encontrar en textos británicos y norteamericanos la apelación a la fotointerpretación e incluso a la fotogrametría como una modalidad más de la teledetección (Barrett y Curtis, 1995), lo que ciertamente es en un sentido estricto. También se produce la situación inversa: es frecuente encontrar bajo el dominio de la fotogrametría digital la utilización de pares estereoscópicos de imágenes de satélite para generar modelos digitales de elevación. Sin embargo, la entidad que en sí mismas tienen fotointerpretación y fotogrametría, su arraigo, su tradición y el cuerpo de doctrina que han ido desarrollado con el tiempo hace que en castellano se las llame por su propio nombre, sin anidarlas dentro de la teledetección, mientras ésta por su cuenta consolida la posición que desde el principio le corresponde. Así pues, la teledetección, en general, puede decirse que monopoliza la adquisición de información desde satélite, y sólo desde avión cuando se utilizan sensores réplica de los utilizados en órbita. Sin embargo también en este punto se difuminan los límites. Lo anterior es válido cuando se realizan medidas en el espectro solar. Pero la dicotomía satélite-avión vuelve a desaparecer en el dominio de las microondas: la utilización del radar para la formación de imágenes -en incluso para otros fines como la detección de tornados, por ejemplo- viene siendo dominio de la teledetección, con independencia de la plataforma portadora. Vista la forma de adquirir la información, la teledetección sin embargo, tal como está admitido ampliamente en los círculos profesionales y científicos, se orienta fundamentalmente a la explotación de dicha información, ocupando sólo una parte del segmento terrestre de las actividades generadas alrededor de la explotación de los datos remotos. Deja, pues, de lado otras tareas imprescindibles para el proyecto en su conjunto: por ejemplo a la Ingeniería Electrónica y de Telecomunicaciones el diseño de las plataformas y a la Aeronáutica su puesta en órbita en estado de operatividad. Acotado así el campo para la teledetección, ésta ha de ocuparse de extraer información útil a partir de los datos digitales adquiridos por la plataforma de observación y enviados a las estaciones terrestres de seguimiento y recepción. Breve bosquejo histórico. El desarrollo temprano de la teledetección como campo científico está estrechamente ligado al desarrollo de la fotografía (Elachi, 1987). Las primeras imágenes indelebles producidas por acción de la luz directa fueron las llamadas heliografías , efectuadas por el francés Nièpce en 1822. Atendiendo a la formación de imágenes, pueden ser consideradas como las precursoras de cualquier sistema de percepción remota. El también francés Daguerre mejoró el procedimiento en 1839 que, a pesar de todo, seguía sin ser suficientemente operativo. Por esta razón, durante la siguiente década fue superado por el de Talbot, cuyo proceso negativo-positivo estableció las bases de la moderna fotografía (Grahan y Read, 1986). Si se toma en consideración el antecedente de la fotografía aérea como precedente directo de la teledetección, podrá establecerse el inicio de esta técnica en el año 1858, en el que, desde la canasta de un globo aerostático, Gaspar F. Tournachon ("Nadar") tomó las primeras fotografías de París (Carré, 1971). El desarrollo posterior de la aviación fue rápidamente aprovechado por la fotografía como eficaz medio de extensión de la experiencia que suponía volar en esa época. La primera fotografía desde un avión fue tomada por W. Wright en 1909, si bien la primera cámara aérea como tal no se desarrolla hasta la Primera Guerra Mundial , en 1915. La mejora de las emulsiones empleadas, el perfeccionamiento de las cámaras y la investigación sobre las propias plataformas de vuelo permitieron durante la Segunda Guerra Mundial el asentamiento de la fotografía aérea y el nacimiento de la fotointerpretación (López-Cuervo, 1980). Durante la década de los 50 se desarrollan los primeros satélites de observación como medio de salvaguarda de la paz en pleno período de guerra fría entre los Estados Unidos de Norteamérica y la antigua URSS. El lanzamiento del Sputnik en 1957 por parte de la Unión Soviética marcó el hito. De forma casi inmediata los sectores civiles reaccionaron apostando por la utilización pacífica de la información proporcionada por los sensores orbitales. Fruto de ello fué la primera generación de satélites de observación meteorológica TIROS ( Television and InfraRed Observation Satellite ), de carácter experimental, cuya primera unidad fue lanzada por los Estados Unidos el 1 de Abril de 1960 (Rao et al, 1990). A partir del décimo satélite de la serie en 1965, el programa fue asumido por la ESSA ( Environmental Science Services Administration ), poniéndose en órbita los primeros satélites meteorológicos auténticamente operativos, desde el ESSA-1, en 1966, hasta el ESSA-9, en 1969. A esta serie le siguió la muy conocida NOAA ( National Oceanic and Atmospheric Administration ), el primero de cuyos satélites tomó el nombre de ITOS-1 ( Improved TIROS Operational System ). Este programa de observación meteorológica sigue vigente con la puesta en servicio del NOAA-14. Paralelamente a la serie NOAA , la antigua Unión Soviética puso en marcha su proyecto METEOR de satélites heliosincrónicos con características similares a los citados. Simultáneamente a estos programas, la NASA desarrolló otros de índole más científica, como el proyecto NIMBUS, que llegó a poner en órbita siete satélites entre 1964 y 1978, o el geoestacionario ATS, que generó seis satélites entre 1966 y 1974. La necesidad de establecer un sistema de observación meteorológica mundial, hoy denominado WWW ( World Weather Watch ), fomentó el desarrollo de los satélites geoestacionarios civiles a los que pertenecen el norteamericano GOES, el ruso GOMS y el europeo Meteosat, del que ya se han puesto en órbita varios de su segunda generación (MSG). Si bien son evidentes los beneficios obtenidos con la explotación de la información proporcionada por los satélites meteorológicos, la teledetección ha alcanzado una mayor popularidad a raíz de la puesta en marcha de programas de observación de la Tierra y de evaluación de los recursos naturales (Chuvieco, 1995). Entre ellos, quizá el más destacado ha sido -y es aún en la actualidad- el programa Landsat, que puso en órbita su primer satélite en 1972 con el nombre ERTS ( Resource Technollogy Satellite ), siendo continuado con el Landsat-2, y así sucesivamente hasta el Landsat-5, operativo en la actualidad. De los instrumentos que lleva a bordo, el sensor TM ( Thematic Mapper ) proporciona unos datos de gran resolución espectral, por cuya razón es el que ha alcanzado mayor demanda. Con fines más cartográficos, el consorcio franco-belga-sueco SPOT desarrolló una familia de satélites de muy alta resolución espacial que, desde 1986, ha puesto en órbita tres satélites que están gozando de una gran aceptación, especialmente cuando los datos de su sensor HRV son explotados en combinación con los proporcionados por Landsat-TM. En esta misma línea, la irrupción en los últimos años en el ámbito civil de los datos procedentes de satélites de muy alta resolución espacial, como Ikonos, QuickBird y otros, con resoluciones por debajo del metro (60 cm en el caso de QuickBird), viene a satisfacer las demandas de los profesionales sobre aplicaciones de gran precisión geométrica, hasta entonces pertenecientes en exclusiva a la esfera militar. La escena de la teledetección ha empezado a completarse con la explotación de datos en regiones del espectro electromagnético hasta entonces no exploradas desde satélites. La extensión al dominio de las microondas mediante la incorporación de sistemas activos como el radar en sus múltiples versiones, como sistemas formadores de imágenes, como dispersómetros o como altímetros, ha proporcionado un nuevo auge a la teledetección. La utilización del radar se remonta a la Segunda Guerra Mundial , con la finalidad casi exclusiva de detectar aviones enemigos en vuelo. Sin embargo, posteriormente en la esfera civil, su eficaz aprovechamiento en modo lateral sobre aviones estimuló la investigación de nuevos procedimientos, con el fin de lograr la resolución espacial requerida para utilizarlo a bordo de satélites. De este modo, se desarrollaron los sistemas de radar de apertura sintética SAR ( Synthetic Aperture Radar ), de los cuales constituye un exponente muy importante el SAR del satélite ERS ( European Remote Sensing ) de la Agencia Espacial Europea , en cuyo programa participa España, con dos satélites en órbita, el primero lanzado en Julio de 1991 y el segundo en Abril de 1995, de cuya operación en tándem durante los últimos años se han obtenido resultados interferométricos muy interesantes y prometedores. Otro satélite expresamente diseñado para el radar es el canadiense Radarsat, cuyos primeros datos están comenzando a ser explotados en los últimos meses. Junto con el incremento de la resolución espacial y de la utilización de los datos radar, el desarrollo de las técnicas de intepretación hiperespectral es otro de los campos de investigación actual en teledetección. Es de suponer que una de las vías naturales de evolución de las plataformas espaciales será sin duda la incorporación de sensores de mayor resolución espectral, como de hecho ya se utiliza en teledetección aérea. A partir de ahí se comenzará a sustituir el tradicional análisis multiespectral, basado en los datos de a lo sumo cinco o seis bandas, por el hiperespectral, que habrá de manejar datos de varios centenares de bandas simultáneamente. Ya existen satélites con sensores hiperespectrales en órbita, como Hypeion, montado sobre el satélite experimental EO-1. La explotación de los datos que proporcionan los satélites no habría sido posible sin el desarrollo simultáneo de los sistemas de análisis de imagen. La incorporación de nuevas posibilidades de tratamiento y el robustecimiento de los procesos que ya estaban vigentes, unido todo ello a la simplificación de los procedimientos, la amigabilidad de los programas informáticos y la cada vez mayor potencia y rapidez de las plataformas de proceso están permitiendo abordar problemas más complejos. Por otro lado, los datos espaciales procedentes de imágenes de satélite constituyen volúmenes de información muy considerables, particularmente cuando los estudios se desarrollan sobre regiones geográficas extensas. La herramienta capaz de gestionar eficazmente ese tipo de información son los sistemas de información geográfica (SIG) de carácter teselar o raster . Ha sido precisamente con el desarrollo de los SIG a partir de cuando ha sido posible la gestión útil de la teledetección en muchos campos hasta entonces inexplorados. Principios y técnicas generales. Los sistemas de teledeteccción se caracterizan por la conjunción de varios elementos, a saber: una fuente de radiación electromagnética, la interacción de dicha radiación con la superficie observada -e inevitablemente con la atmósfera interpuesta- la recepción de la señal de respuesta en el sesnor a bordo del satélite o avión, la transmisión a Tierra de los datos y el procesamiento final de los mismos. Dependiendo de si la fuente emisora de radiación es el propio sistema (orbital o aerotransortado) o no se habla de teledetcción activa (caso de los altímetros y del radar de apertura sintética) o pasiva (caso de la teledetcción ópticoelectrónica o de los radiómetros de microondas, por ejemplo. Existe una limitación en cuanto al rango de longitudes de onda susceptibles de ser exploradas desde sensores orbitales. Los gases y aerosoles atmosféricos presentan numerosas bandas de absorción que sustraen energía radiante en determinados intervalos espectrales. Lógicamente en ellos la atmósfera resulta opaca. Pero en cambio en los restantes sí que resulta diáfana. Esta son las llamadas "ventanas" de observación, para las cuales se diseñan los sensores. Concretamente, la superficie terrestre es casi absolutamente invisible desde fuera de la atmósfera en el ultravioleta, merced a la eficaz absorción encomendada al oznono y al oxígeno atómico y molecular. En cambio es observable con bastante facilidad en el espectro visible (solamente con un efecto de absorción y de dispersión parcial, derivado del espesor óptico, esto es, de la turbidez atmosférica), en el infrarrojo próximo, en ciertas regiones del infrarrojo medio, en cuya región espectral el vapor de agua presenta algunas bandas de absorción y en una pequeña fracción del infrarrojo lejano, justo aquélla en la que el anhídrido carbónico no absorbe radiación. En la región de las microondas y de las ondas de radio, al ser la atmósfera absolutamente transparente, incluso con cubiertas espesas de nubosidad, la teledetección es posible si se "refuerza" artificialmente la radiación natural en este intervalo espectral. Es la caso de los sensores de radar, los cuales, gracias a esta peculiaridad atmosférica y la generación a bordo de la radiación cuya retrodispersicón será medida, pueden observar superficies normalmente ocultas a la teledetección óptica, como son las regiones tropicales y ecuatoriales del planeta, incluso de noche. La identificación de superficies es posible en el ámbito de la teledetección convencional gracias a la construcción de la signatura espectral de cada celda de terreno explorada. La sigantura o firma espectral es la respuesta (en términos de radiancia o de reflectancia) de dicha superficie en cada intervalo de longitudes de onda y es característica de cada composición química. En consecuencia es posible llegar a discernir entre tipos de ocupación de suelo a partir de la regeneración de la signatura espectral. Sin embargo, esto solamente es posible cuando el rastreo de las respuestas es muy minucioso, es decir, se realizan numerosas medidas de reflectancia en muchos canales o bandas espectrales, a su vez de una pequeña anchura espectral. Es lo que se denomina teledetección hiperespectral. Cuando, en cambio, el rastreo de la signatura por muestreo simplificado, con un menor número de bandas (habitualmente menor que diez) lo que se consigue es un "diagrama de signaturas" que también permite la identificación, aunque con un menor grado de fiabilidad, si bien con un gran beneficio en la economía del proceso y almacenamiento de datos. Dentro del procesamiento de las imágenes cobra una gran relevancia el hecho de que la imagen de por sí no constituye un documento cartográfico. Existen numerosas anomalías en la adquisición y transmisión de la información, a las cuales se les suma el hecho de que la imagen digital no es una proyección ortogonal del espacio objeto. En teledetección óptica, a diferencia de lo que ocurre en el ámbito de la fotogrametría, la imagen no es tampoco una proyección cónica sino, cilíndrica como consecuencia de la adquisición sucesiva de líneas completas. Ello conduce deformaciones de la geometría proporcionales a la altura del punto (celda) observado con respecto a un plano de comparación establecido y a la distancia nadiral de dicho punto. De otra parte, en los casos en los que la imagen es adquirida por sensores de barrido (escáneres) que exploran la línea celda a celda sucesivamente, también se produce un escalonamiento en las posiciones debidas al timepo de barrido de la línea. En resumen, es necesaria una minuciona labor de corrección geométrica, que habitualmente se aprovecha para dotar de coordenadas a la imagen (georreferenciación), para obtener como resultado un documento auténticamente cartográfico. Existen además muchos otros procedimientos y técnicas de uso común en procesamiento de imágenes que permiten obtener una mejor distribución de luminancia (correcciones radiométricas) y que dotan a la imagen de uma mayor definición en los contornos y, en general, en todos sus rasgos lineales (operaciones de filtrado, bien en el dominio espacial, bien el el de la frecuencia). Campos de aplicación. Las aplicaciones en las que la teledetección -como conjunto de técnicas y procedimientos- está demostrando ser de gran utilidad son cada día más numerosas y se extienden a múltiples y diversos campos. La clasificación en grupos temáticos homogéneos de la multitud de enfoques de esta materia es extraordinariamente difícil, habida cuenta la diversidad de aplicaciones existentes. Por ello, resulta más usual su agrupación basada en el objeto del estudio. En virtud de ello, el catálogo de aplicaciones suele organizarse en apartados que tienen que ver con el espacio físico donde acontece el fenómeno observado, a saber: la litosfera, la hidrosfera, la atmósfera o la biosfera (Pinilla, 1995). En aplicaciones pertenecientes a la litosfera, pueden citarse la cartografía de los riesgos de erosión, el análisis geomorfológico, las prospecciones geomineras o los estudios de radiación a nivel de la superficie terrestre. El radar, a su vez aporta nuevos procedimientos que permiten la caracterización de la rugosidad y de la humedad de la superficie y la interferometría está posibilitando el levantamiento preciso de modelos digitles de elevación a partir de dos observaciones de satélites SAR (radar de apertura sintética) en tándem. Dentro del dominio de la hidrosfera, destacan el análisis de las características físicas de los mares y los océanos, tales como la temperatura superficial, las corrientes de agua o el oleaje, las características químicas como la salinidad, la turbidez o el contenido en contaminantes y las biológicas como la localización de pesquerías o el análisis del contenido en plancton. Pero también son de aplicación los estudios realizados sobre las aguas continentales. Entre éstos destacan la medición de superficies nevadas y la profundidad alcanzada por la nieve, en orden a evaluar la magnitud de la acumulación de agua y así predecir el deshielo, la medida de la evapotranspiración de una zona o la inferencia de acuíferos subterráneos. La atmósfera ha gozado siempre de una especial atención por parte de numerosos campos del saber, que a partir de la incorporación de la teledetección han contado con una valiosa herramienta. La predicción meteorológica es casi seguro la aplicación más conocida, pero no la única. Estudios físicos más detallados mediante teledetección están permitiendo un conocimiento más profundo del perfil atmosférico, la medición del decreciente contenido en ozono en ciertas regiones del planeta (el llamado agujero ), el establecimiento de modelos climáticos regionales y globales o la mejor comprensión de fenómenos climáticos aún oscuros como el denominado El Niño . En el campo de la biosfera son dignos de destacar los estudios sobre el seguimiento de la vegetación en términos generales y, más específicamente, la estimación de la producción agrícola, el control de determinadas plagas o enfermedades de las plantas cultivadas y forestales, la determinación de la cantidad de biomasa producida en una región o la desforestación de las selvas tropicales. Como aplicaciones concretas de uso cada día más generalizado se encuentran el control de superficies de cultivo para el seguimiento de la Politica Agraria Comunitaria (PAC) de la Unión Europea , la evaluación de los daños ocasionados por los incendios forestales, e incluso su seguimiento en tiempo real. Fuera del esquema tradicional litosfera-hidrosfera-biosfera-atmósfera pueden aportarse dos grupos más de aplicaciones de la teledetección, ambas de gran interés para el Ingeniero Técnico en Topografía: la cartografía y la ordenación del territorio. La producción cartográfica a partir de imágenes espaciales es cada vez más demandada, pero también está resultando de gran utilidad la utilización de imágenes de alta resolución espacial para la actualización rápida de la cartografía topográfica de escala 1:50.000. En el ámbito del análisis territorial, la teledetección está siendo, en ocasiones, un instrumento útil para definir la situación de partida previa a la planificación y, dentro ya de la fase de planificación, contribuye al seguimiento de la política de ordenación. La investigación aplicada a los SIG, los rotundos y espectaculares éxitos obtenidos a partir de las imágenes radar, las posibilidades de mejorar su interpretación y su integración con la información procedente de sensores de gran resolución espacial en el espectro solar y el análisis hiperespectral están indicando con toda seguridad los derroteros por los que se encaminará la teledetección en la próxima década, la primera de un nuevo milenio. Referencias. Barrett, E.C. & Curtis, L.F. (1995). Introduction to Environmental Remote Sensing . Chapman & Hall. Londres.
Carré, F. (1971). Lectura y Explotación de las Fotografías Aéreas . Paraninfo. Madrid. Chuvieco, E. (1995). Fundamentos de Teledetección Espacial . Rialp. Madrid. Elachi, C. (1987) . Introduction to the Physics and Techniques of Remote Sensing . John Wiley & Sons. Nueva York. Graham, R. & Read, R.E. (1986). Manual de Fotografía Aérea . Omega. Barcelona. López-Cuervo, S. (1980) . Fotogrametría . Paraninfo. Madrid.
Pinilla, C. (1995). Elementos de Teledetección . Ra-Ma. Madrid. Rao, P.K. et al. (1990). Wheather Satellites: Systems, Data and Environmental Applications. American Meteorological Society. Norwood. Secciones
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