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Timestamp: 2018-03-22 02:27:41+00:00

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aulabiogeotoni: 2º CTM. LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS
2º CTM. LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS
Satélites de alta resoñlución"20
7. Utilidad de los satélites
8. GPS. Sistema de posicionamiento global
10. Teledetección
2. Radiaciones electromagnéticas empleadas
11. Fotografías aéreas
12. Programas de cooperación internacional
1. Sistema de información geografica. SIG
2. Programa GLOBE
13. Programas de simulación ambiental
1. Club de Roma
Las nuevas tecnologías en la investigación del medio ambiente (presentación)
En astronomía, un satélite se define como un cuerpo celeste que gravita alrededor de un planeta; así decimos que la Luna es elsatélite natural de la Tierra.
En astronáutica, se denomina satélite artificial a un ingenio fabricado por el hombre y situado en órbita terrestre o planetaria.
4.1. Arquitectura de los satélites
Todos los satélites artificiales, tienen unos componentes comunes, y otros específicos de su misión.Los sistemas comunes son:
Blindaje térmico: Constituye el aislante térmico que protege los instrumentos del satélite de los cambios bruscos de temperatura a los están sometidos, dependiendo de si reciben radiación solar o están de espaldas al Sol. Esta protección, es la que da el color dorado característico de muchos satélites.
4.2. Tipos de satélites
Tras el Sputnik, han sido puestos en órbita miles de satélites. Actualmente hay más de 2800 satélites gravitando alrededor de nuestro planeta, de tipos y funciones muy variados. Los principales tipos de satélites de uso civil son:
Satélites de comunicaciones sirven de enlace para las comunicaciones telefónicas, las emisiones de televisión, Internet o los contactos de radio permanente con buques, aviones, trenes..
Satélites de navegación permiten la localización precisa de cualquier punto sobre la Tierra. Se basan en métodos de triangulación, para ello se precisa recibir datos de un mínimo de 3 satélites. Los sistemas de posicionamiento GPS y Galileo se basan en este tipo de satélites.
Estaciones orbitales Laboratorios en órbita que facilitan la realización de numerosas investigaciones en condiciones de microgravedad. La Estación Espacial Internacional es actualmente la única estación orbital. Sus predecesores, el SpaceLab, Salyut y Mir ya no están operativas.
Satélites de observación de la Tierra, también llamados de Teledetección. Llevan a bordo captadores especializados que recogen datos de la atmósfera y de la superficie terrestre. Son de gran utilidad en diversos campos como la Meteorología, la Oceanografía, los estudios ambientales, o la Cartografía.
4.3. Lanzamiento de satélites
Para poner en órbita los satélites son necesarios potentes cohetes propulsores. La potencia de los cohetes está en función del peso del satélite y de la órbita a la que hay que subirlo.
La mayor parte de los lanzadores de satélites son desechables. La lanzadera espacial norteamericana, es el primer vehículo espacial recuperable, capaz de poner satélites en órbita baja.
4.4. Tipos de órbitas
4.4.1. Órbitas Geoestacionarias
Los primeros se sitúan sobre el Ecuador en una órbita a 36000 kilómetros de la Tierra. Permanecen siempre en la vertical de un punto determinado acompañando a la Tierra en su movimiento de rotación.
Las órbitas geoestacionarias aportan a la teledetección la ventaja de que siempre ve la Tierra desde la misma perspectiva, lo que significa que puede registrar la misma imagen a breves intervalos. Esto es particularmente útil para observar las condiciones meteorológicas. Un inconveniente de las órbitas geoestacionarias es la gran distancia a la Tierra, que reduce la resolución espacial que se puede lograr. Existen varios satélites meteorológicos distribuidos regularmente sobre la órbita geoestacionaria, cubriendo todo el mundo y proporcionando una visión global. En el caso de Meteosat, situado sobre la perpendicular entre el meridiano 0 y el Ecuador, desde el que se obtienen imágenes de los continentes europeo y africano.
4.4.2.Órbitas polares
Los satélites polares tienen el plano de la órbita paralelo al eje de rotación de la Tierra. Estas órbitas sólo son posibles entre 300 y 1500 kilómetros de altitud.
Al girar el satélite en su órbita, la Tierra gira sobre su eje. Cada vez que el satélite completa una vuelta se escanea una nueva franja de la superficie de la Tierra y, pasado un cierto número de vueltas, se habrá obtenido toda la superficie de la Tierra.
Algunos satélites escanean una franja ancha cada vez y pueden de este modo cubrir la totalidad de la superficie de la Tierra en unas pocas órbitas. Por contra, los satélites de alta resolución, que sólo pueden captar franjas muy finas, tardan mucho más tiempo en completar la cobertura de la Tierra.
Órbita Baja (Estación Espacial Internacional-EEI)
Órbita Elíptica (Satélites de navegación)
Órbita Geoestacionaria (Satélites de comunicaciones y Meteorológicos)
Órbita Polar (Satélites de observación de la Tierra)
4.5. Satélites meteorológicos
4.5.1. Satélites Meteorológicos geoestacionarios
4.5.2. Satélites Meteorológicos de órbita polar
La National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA) puso en órbita el primero de una serie de satélites NOAA en 1970. Estos satélites siguen órbitas polares a una altitud sobre la Tierra de entre 833 y 870 km. Escanean todo el planeta en veinticuatro horas.
Satélite de órbita polar NOAA-12
ERS 1 y 2
Mapas de temperatura y precipiaciones
4.5.3. Sistemas de teledetección basados en el radar
El Radar es el sensor activo de teledetección más difundido. Los satélites de tipo activo, aunque menos numerosos que los pasivos, aportan nuevos datos que complementan y enriquecen la información captada por los radiómetros y otros sensores de tipo pasivo.5.6. Satélites de teledetección activa basada en radar
Los satélites más modernos basados en tecnología radar son: Radarsat y ERS-2 .
Es un satélite de teledetección canadiense del tipo activo. Su sensor SAR (Radar de Apertura Sintética) transmite un pulso de microondas a la Tierra. EL SAR mide la cantidad de energía que regresa al satélite después de interactuar con la superficie de la Tierra. La gran ventaja de las microondas es que no son afectadas por las condiciones meteorológicas (nubosidad) ni por la iluminación solar (puede "ver" en la oscuridad). En cambio, el radar de microondas es muy dependientes del ángulo de incidencia y de la polarización y frecuencia a la que se trabaje.
RADARSAT aporta valiosa información para monitorizar los recursos naturales. Posee distintos modos de captura de imagen. Cada modo está definido por el área de cobertura y por nivel de detalle o resolución. Existen 7 tamaños de imágenes, que van desde el fino para áreas de 50x50km y 10 metros de resolución, hasta el scanSAR de 500x500km, con una resolución nominal de 100 metros por píxel. Las imágenes obtenidas son en blanco y negro, pero pueden combinarse con imágenes de otros satélites para generar imágenes en color.
ERS-1 y 2
Lanzado en 1991 y 1995. Su principal misión es el estudio de los océanos, zonas costeras y casquetes polares.
4.6. Satélites de alta resolución
Los satélites de alta resolución son instrumentos muy complejos, con una demanda creciente por sus numerosas aplicaciones en campos muy diversos como: la cartografía, la identificación de recursos naturales, la gestión de riesgos y la defensa. Los más destacados son los siguientes:
Satélite comercial puesto en órbita en Septiembre del 1999. IKONOS puede distinguir objetos de menos de un metro cuadrado en el suelo, por lo que es capaz de distinguir entre un coche y un camión. Este nivel de resolución, desde una altitud de órbita de 680 km representa un avance considerable en resolución de imagen sobre otros sistemas de satélites de teledetección anteriores.
Órbita heliosíncrona: 681 km; 14 órbitas al día a 7 km/seg.
Resolución en blanco y negro: 1 m
Resolución e imágenes a color (4 bandas) 4 m.
Las imágenes cubren una superficie de 11 km x 11 km . Ikonos es programable y el instrumento de toma de imágenes orientable, lo que permite la revisita de un mismo sitio en menos de 3 días .
QuickBird, lanzado en Octubre de 2001, es el satélite comercial de mayor resolución que hay en funcionamiento. Su cámara de alta resolución recoge imágenes de la superficie de la Tierra durante las horas de sol. El QuickBird está diseñado para cubrir grandes áreas con gran eficacia y precisión. El QuickBird puede adquirir anualmente, imágenes de hasta 75 millones de metros cuadrados de la superficie de la Tierra. Sus datos se aprovecharán para cartografía, urbanismo, investigación meteorológica y vigilancia militar.
Órbita heliosíncrona de 600 Km.
Resolución espacial de: 61 cm (Blanco y negro) y 2.5 m(Color a 4 bandas).
Área cubierta por cada imagen: superficie de 16,5 km x 16,5 km.
Otros satélites son:
FORMASAT-2
5. UTILIDAD DE LOS SATÉLITES METEOROLÓGICOS Y DE INFORMACIÓN AMBIENTAL
Existen dos tipos de satélite de investigación medioambiental, los meteorológicos y los de recursos naturales
5.1. Los satélites meteorológicos
Los satélites meteorológicos envían información sobre las condiciones atmosféricas y constituyen una herramienta imprescindible para la predicción del tiempo. En este sentido son esenciales en la predicción y prevención de desastre naturales de origen meteorológico.
La mayoría de los satélites meteorológicos son geoestacionarios: tienen su órbita situada a gran altitud (36.000 km) y su velocidad orbital está sincronizada con el movimiento de rotación de la Tierra, por lo que siempre observan la misma zona.
Los satélites geoestacionarios proporcionan una excelente resolución temporal, ya que actualizan con mucha frecuencia (cada 15 minutos en el METEOSAT) la información correspondiente a una determinada zona.
Son geoestacionarios, es decir, su movimiento está sincronizado con el de rotación de la Tierra, por lo que parecen inmóviles y siempre observan la misma zona.
Se sitúan a gran altitud (36.000 Km) por lo que sus imágenes abarcan zonas muy amplias.
El más conocido es el meteosat que envía imágenes de Europa cada 30’ con una resolución de un cuadrado de 2,5 Km de lado.
Precipitaciones. Radar AEMET
Nubosidad por satélite
Predicción tiempo provincias
5.2. Satélites de recursos Naturales
Los satélites de recursos naturales se emplean para conocer las características de las superficie de la Tierra. Suelen tener órbitas polares (perpendiculares al plano del ecuador terrestre) y heliosíncronas (sobrevuelan cada punto de la Tierra a la misma hora). Su altitud es menor (800 - 1.500 km) que la de los satélites geoestacionarios por lo que su resolución espacial es mayor (se pueden apreciar mejor los detalles). Su resolución temporal es, en cambio, menor, ya que pueden tardar entre varias horas y algunas semanas en sobrevolar la misma zona.
Cuentan con sensores multiespectrales, por lo general, con tres canales para el espectro visible (rojo, verde y azul) y uno o más para el infrarrojo.
Son heliosíncronos. Giran alrededor de la Tierra en una órbita desde la que van barriendo distintas áreas de la superficie terrestre. Sobrevuelan cada punto siempre a la misma hora.
Se sitúan a menor altitud (800-1.500 Km) que los geoestacionarios, por lo que las imágenes son de mayor precisión y el área observada es mucho menor.
Destacan los Landsat 5 y 7 con sensor TM (Thematic mapper) que presenta tres bandas para el visible (R, G, B) y cuatro bandas para el IF. Tienen una resolución de 30 m lo que significa que el máximo detalle de la imagen corresponde a un cuadrado (píxel) de 30 m de lado. Son los satélites utilizados por el programa GLOBE.
Este tipo de satélites estudian:
Distribución y tipos de cultivos
Productividad plantas
Contaminación terrestre y marina
Residuos mineros, industriles o urbanos.
Daños meteorológicos: Uracanes, Tornados, Inundaciones
Estado de ecosistemas
Bosques. Distribución y estado
Tipos de suelo, fallas, pendientes, hidrología...
Principales satélitas de teledetección en uso actualmente
Amplitud escena
Frecuencia revisita
4 a 35 días
3 a 35 días
6. GPS. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL
El fundamento del sistema GPS (Global Positionning System) consiste en la recepción de un mínimo de cuatro señales de radio de otros tantos satélites de los cuales se conoce de forma muy exacta su posición orbital con respecto a la tierra, simultáneamente se conoce muy bien el tiempo que han tardado dichas señales en recorrer el camino entre el satélite y el receptor.
Conociendo la posición de los satélites, la velocidad de propagación de sus señales y el tiempo empleado en llegar al receptor, se puede establecer la posición del receptor sobre la Tierra por cálculos de triangulación.
Nivel espacial: 24 satélites Navstar que emiten de forma permanente señales con los datos siguientes:
su posición orbital
Estos datos son transmitidos en forma de ondas electromagnéticas con frecuencia de microondas entre 1,6 y 1,2 GHz.
Para complementar la red Navstar, gestionada por el gobierno de los Estados Unidos, la Unión Europea impulsa el proyecto Galileo que estará operativo a partir de 2008.
Nivel de control: 5 estaciones de seguimiento están repartidas alrededor de la Tierra. Una de las estaciones hace las tareas de coordinación y sincronización de todos los satélites
Nivel de usuario: Es el receptor GPS que se puede adquirir en el comercio para navegar en el mar, orientarse en la montaña o en la carretera.
6.1. Funcionamiento de un receptor GPS
Conociendo la distancia y la posición del satélite, es posible trazar un círculo dentro del cual se encuentra obligatoriamente el receptor.
Con la recepción de 4 o más señales de otros tantos satélites de la red GPS, el ordenador integrado en el receptor, calcula la intersección de tres círculos (cada uno establecido por la señal de un satélite distinto) y establece las coordenadas de latitud y longitud. La señal del cuarto satélite permite obtener la altitud.
La precisión en la determinación de las coordenadas terrestres, depende de varios factores, pero un factor clave es la fiabilidad del reloj del receptor: un error de un nanosegundo puede provocar un error de 30 m en el cálculo de la posición.
Actualmente existen dos niveles de precisión en los receptores GPS:
Standard Positioning Service (SPS): Es la señal GPS abierta estándar que utilizan los receptores comerciales, tiene una precisión de:
100 m en horizontal
Precise Positioning Service (PPS): Estas señales están codificadas y solamente son accesibles para aplicaciones militares, o para usos civiles autorizados por los EEUU. El sistema ofrece los siguientes niveles de precisión :
22 m en horizontal
6.2. Los sistemas de GPS más importantes
6.2.1. Navstar-GPS
Sistema estadounidense de origen militar para dar la posición en la superficie del planeta (Global positionning system)
Consta de 24 a 27 satélites a unos 20.000 Km de altitud
Es el único totalmete operativo a nivel global actualmente.
Sigue siendo militar lo que implica errores introducidos deliberadamente para disminuir su precisión y la posibilidad de ser apagado si estratégicamente fuera necesario.
6.2.2. Glonass
Semejante al GPS operado por el ministerio de defensa ruso
6.2.3. Galileo
Futuro sistema europeo de posicionamiento
Se preve su funcionamiento para 2019 (retraso de 9 años sobre el plan inicial)
Compuesto por 30 satélites a 23.600 Km
Uso civil con un margen de error de 4m
3.1.4. Otros sistemas de posicionamiento global
Exiten proyectos en China (Beidiu), la India y Japón
6.3. Las aplicaciones medioambientales son numerosas:
Gestión ambiental (cartografía temática, planificación del territorio, …).
Posicionamiento preciso de cualquier punto de interés ambiental (vertidos contaminantes, incendios forestales, plagas, …).
Realización de tareas de seguimiento (animales en riesgo de extinción, estudio de rutas migratorias, icebergs, …). -
6.4. Funcionamiento del sistema:
Los satélites emiten señales muy precisas que son recogidas por los receptores GPS. Éstos, por triangulación, determinan las coordenadas y la altitud en cada momento.
Para que el GPS funcione son necesarias, al menos, las señales de tres satélites de los 28 del sistema.
Debido a su utilidad militar y por motivos de seguridad se introduce un pequeño error (hasta 30 m.)para evitar fines no deseados.
6.5. Aplicaciones:
Su uso principal es la navegación terrestre y marítima. Permite establecer rutas, conocer la velocidad y la dirección en la que nos movemos, pilotar automáticamente embarcaciones etc.
Las principales aplicaciones en la gestión ambiental son:
Elaboración mapas (cartografía) y planificación del territorio.
El posicionamiento de puntos de interés (vertidos de contaminantes, incendios forestales, rescates, plagas, …)
Tareas de seguimiento de animales en peligro de extinción, rutas migratorias, etc.
7. RADIOMETRÍA
Es una técnica similar a la teledetección, pero que utiliza, fundamentalmente, la radiación no visible (infrarroja) que emite el objeto en estudio.
Su campo abarca todas las longitudes de onda del espectro electromagnético (frecuencias entre 3×1011 y 3×1016 Hz o longitudes de onda de entre 0,01 y 1000 micrómetros), al contrario que la fotometría que solo se ocupa de la parte visible del espectro, la que puede percibir el ojo humano.
8. TELEDETECCIÓN
Es la técnica que permite la observación a distancia y la obtención de imágenes de la superficie terrestre desde sensores instalados en aviones o en satélites artificiales.
El funcionamiento de todos los sistemas de teledetección es esencialmente el siguiente:
Los objetos de la superficie terrestre emiten radiaciones (ya sean propias o reflejadas) que son capturadas por un sensor situado en un satélite.
El sensor transforma la radiación recibida en una señal digital que es trasmitida a un centro de recepción situado en la Tierra, donde son procesadas.
El procesado tiene la finalidad de corregir imperfecciones de la información recibida y destacar aquellos aspectos que se consideran más relevantes para facilitar su interpretación posterior.
El usuario realiza después un tratamiento específico e interpreta las imágenes obtenidas.
8.1. Componentes de un sistema de teledetección
Sensor. Situado en un avión o satélite. Son aparatos que detectan la energía del espectro de radiación electromagnético emitida por un cuerpo. Muchos satélites incorporan sensores multiespectrales que detectan energía de diferentes longitudes de onda.
Flujo de energía detectada por los sensores. Es la radiación electromagnética (fotocopia). Dependiendo de la energía utilizada se distinguen dos tipos de sensores:
Pasivos. Utilizan la energía emitida por los objetos. Esta energía procede del Sol, y es reflejada por la superficie terrestre, o bien absorbida y posteriormente emitida por lo cuerpos (vegetación, agua, etc.).
Activos. Emiten radiación y captan su reflejo, como el radar o el sonar.
Centro de recepción. La imagen obtenida por el sensor (imagen analógica) se transmite a tierra en forma de imagen digital (códigos de 1 y 0), donde son captadas por una antena. La información recibida es procesada mediante programas informáticos y distribuida para su uso.
Los sensores empleados en teledetección sólo utilizan las zonas del espectro electromagnético que no son absorbidas por la atmósfera (ventanas atmosféricas), que se dividen en tres regiones diferentes:
Región central o zona visible (V).
Infrarrojo (IR), que se divide en tres zonas diferentes: Infrarrojo próximo (IRP), útil para detectar masas vegetales. Infrarrojo medio (IRM), ideal para percibir la humedad de diferentes medios. Infrarrojo lejano o térmico (IRT), utilizado para detectar las variaciones de temperatura de la superficie terrestre y para captar la presencia de seres vivos u otras fuentes de calor, como las procedentes de los incendios.
Microondas: son empleadas en los sensores de radar. Permiten obtener imágenes de la superficie terrestre en circunstancias especiales en las que no se pueden emplear otras regiones del espectro (por ejemplo en zonas cubiertas por una densa capa de nubes) o tomar imágenes nocturnas.
La mayoría de los satélites poseen sensores que operan más de una banda del espectro electromagnético, por lo que se denominan multibanda. La capacidad de registrar más o menos bandas del espectro constituye los que se conoce como resolución espectral. Como ejemplos de sensores multibanda empleados en teledetección podemos citar los sensores TM (Thematic Mapper) y ETM (Enhacement Thematic Mapper) utilizados por los satélites Landsat 5 y 7 respectivamente. Estos sensores operan en 7 bandas del espectro: la banda 1 corresponde al azul (B) dentro del espectro visible, la 2 al verde (G), la 3 al rojo (R) y las bandas 4 a 7 corresponden a distintas zonas del infrarrojo (IRP, IRM, IRT e IRM respectivamente; las dos bandas IRM corresponden a distintos rangos de longitudes de onda).
Cada objeto o tipo de cubierta emite o refleja unas determinadas longitudes de onda del espectro electromagnético. Esto es lo que se conoce como firma espectral y es lo que permite su diferenciación en las imágenes de satélite.
Las imágenes obtenidas por los sensores están en una escala de grises (con más o menos niveles dependiendo de la resolución radiométrica del sensor, es decir, de las variaciones de intensidad de la radiación emitida por los objetos que sea capaz de discriminar). Las diferentes combinaciones de estas bandas en la elaboración de la imagen final permite obtener distintos resultados según los aspectos que se quieran resaltar y estudiar.
Entre las combinaciones más empleadas podemos citar:
Imágenes en color verdadero o color natural RGB = 321 (esto quiere decir que al elaborar la imagen se asigna el color rojo (R) a la banda 3, el verde (G) a la 2 y el azul (B) a la 1, resultando una imagen semejante a la que veríamos a simple vista).
Imágenes en falso color RGB = 432, utilizado para resaltar las masas vegetales, que se ven de color rojo, más intenso cuanto más frondosas sean. También permite resaltar los recursos mineros, las zonas ocupadas por agua (negras) y los espacios urbanizados (gris azulado). • Falso color RGB = 754, útil para discriminar zonas quemadas.
Falso color RGB = 742, con el que se discriminan muy bien las zonas urbanizadas y los cultivos, es decir, las huellas de la actividad humana.
Falso color RGB = 743, usado para evaluar la extensión de las zonas encharcadas durante las inundaciones o para detectar cultivos de regadío.
8.2. Radiaciones electromagnéticas empleadas en la teledetección
Los sensores utilizan las radiaciones del espectro que no son absorbidas por la atmósfera, sobre todo:
Región central o zona visible. Aunque contiene los siete colores del arco iris, el ojo humano percibe el azul, el verde y el rojo. Se emplean en fotografías convencionales pancromáticas (b/n) o en color.
Región del infrarrojo. Dividida a su vez en tres zonas:
Infrarrojo próximo. Usada en fotografía convencional con películas especiales y en sensores digitales. Útil para masas de vegetación.
Infrarrojo medio. Solo con sensores digitales. Recoge el calor emitido por los objetos o medios cuando contienen humedad.
Infrarrojo lejano o térmico. Calor emitido por la superficie terrestre previamente calentada por el Sol. Detecta presencia de seres vivos u otras fuentes de calor como incendios. Sirve para estudiar el cambio climático.
Microondas. Utilizadas por los sensores de radar sirven para realizar imágenes de la superficie en situaciones especiales como cuando están cubiertas de nubes, o en oscuridad.
8.3. Aplicaciones de la teledetección
Permite obtener un gran número de imágenes y la observación periódica de la superficie terrestre. Por lo que permite establecer comparaciones temporales y detectar variaciones en una zona concreta.
Entre la multitud de aplicaciones para las que se emplea la teledetección actualmente podemos destacar:
Observación del avance y retroceso de los hielos o de los desiertos.
Estudio del cambio climático. • Variaciones en el agujero en la capa de ozono. • Incidencia del fenómeno de “El Niño”.
Estudio de los usos del suelo.
Evaluación el deterioro del suelo.
Valoración de los daños en los cultivos debido a plagas o al granizo.
Detección de impactos provocados por explotaciones mineras o por la construcción de embalses. Seguimiento de mareas negras.
Control de amenazas potenciales como volcanes o zonas de fractura.
Identificación de cultivos
Riesgo de inundaciones ...........
9. FOTOGRAFÍAS AÉREAS
Se obtienen desde un avión (también desde satélites). Utilizan la reflexión natural de la luz (captan el espectro de radiación visible).
Son imágenes de gran detalle y fácilmente interpretables al corresponder con la visión ocular normal.
Pueden ser verticales (las más utilizadas) que permiten la visión estereoscópica y oblicuas que se utilizan para imágenes de edificios y ciudades.
Se realizan dos tomas del mismo territorio, en dos pasadas distintas y con diferente ángulo de incidencia, de forma similar a las imágenes tomadas por cada uno de nuestros ojos. Las dos imágenes del par tienen un recubrimiento de 2/3. La observación se realiza con un estereoscopio y las imágenes que se ven reflejan el relieve real.
Algunos ejemplos de fotografías obtenidas por estos métodos
Fotografía en color real
Fotografía en falso color
Vegetación en Japón
Fotografía falso color
Temperatura del Atlántico norte
Composición fotografica falso color
Imagen de radar de una zona volcánica de Islandia
NO2 atmosférico
Fotografía aérea color verdadero
Zona urbanizada .
Parque temáticoFaunia Madrid
9.1. Imágenes por satélite
Son imágenes digitales divididas en recuadros de diferentes tonos de grises denominados píxeles. Cada píxel refleja un tono de gris proporcional a la radiación emitida o reflejada por un objeto.
Un píxel puede definirse como cada una de las celdillas en las que se divide una imagen y es la superficie mínima detectada sobre el terreno. Cada píxel se expresa por un valor numérico que se corresponde con un tono de gris concreto.
La resolución de un sensor establece el tamaño del píxel. Posteriormente, mediante programas informáticos pueden visualizarse en forma de imágenes en blanco y negro o en color.
9.1.1. Resolución espectral
Son las distintas longitudes de onda o bandas en las que es capaz de medir un sensor. La resolución del sensor aumenta al hacerlo en número de bandas (longitudes de onda) en las que opera.
Por ejemplo, Landsat 5 y 7 utilizan el sensor TN (Thematic mapper) que opera en siete bandas de espectro.
La resolución espacial de un sensor establece el tamaño del píxel (depende de la calidad del sensor y de la distancia al objeto). Posteriormente mediante programas informáticos pueden visualizarse en forma de imágenes en blanco y negro o en color.
Resolución radiométrica: Capacidad para discriminar las variaciones de intensidad, se mide por el número de tonos de gris que posee una imagen. (Ej. resolución de 6 bits por pixel –> 26=64 niveles gris en la imagen).
Resolución temporal: Frecuencia con que se actualizan los datos de un sensor. (Tiempo que transcurre entre la toma de una imagen y la toma de otra de la misma zona).
9.1.2. Obtención de imágenes en color
Resultan de la combinación en un programa informático de las imágenes tomadas en tres bandas espectrales. A cada banda se le hace corresponder un color pudiendo obtener imágenes en color natural o en falso color.
Color natur, al o RGB = 3 2 1
Se toman las imágenes en gris de las bandas 3, 2 y 1 y se les asigna un color de la siguiente manera:
Banda 3 (corresponde al color rojo) → ROJO
Banda 2 (corresponde al color verde) → VERDE
Banda 1 (corresponde al color azul) → AZUL
Cada píxel tendrá un color definido por la combinación de los tres anteriores.
Falso color, RGB = 4 3 2
Banda 4 (corresponde al IF próximo) → ROJO
Banda 3 (corresponde al color rojo) → VERDE
Banda 2 (corresponde al color verde) → AZUL
(Las imágenes en falso color son muy útiles para realzar detalles, detección de masas vegetales, en rojo, de zonas ocupadas por agua, en negro, y de los espacios urbanizados, en gris azulado).
Imágenes por satélite. ESA
10. PROGRAMAS DE COOPERACIÓN INTERNACIONAL EN LA INVESTIGACIÓN AMBIENTAL
Son sistemas telemáticos que se basan en la interconexión entre muchos ordenadores mediante una red de intercambio de información, con un objetivo común.
Los datos se toman a través de sensores o con instrumentos de medida convencionales, se digitaliza la información y se manda almacena y transmite a través de la red.
Entre los programas de colaboración internacional más importantes para nosotros se encuentran los SIG y el GLOBE.
10.1. Sistemas de información geográfica. SIG
Sistema informático diseñado para gestionar datos geográficos con el objetivo de resolver problemas complejos relativos a la planificación y gestión de recursos
Es un programa de ordenador que contiene datos de la misma porción de un territorio organizados:
Datos organizados en criterios geográficos
Otros datos no geográficos
Condición: Cumplimiento o no de condiciones impuestas al sistema.
10.1.1. Características:
Los datos proceden de imágenes desde aviones o satélites (teledetección) o de fuentes convencionales (mapas geográficos, litológicos, …)
Se representan en capas superpuestas en las que se describen la hidrología, la litología, la pendiente, infraestructuras, etc. de la zona de estudio. También se incorporan datos cualitativos no representables en mapas (catastrales, censales,…)
La información se distribuye dividiendo el espacio en celdillas determinadas por coordenadas geográficas. Cada celdilla contiene la información correspondiente de los datos anteriores.
La información se recopila sobre la base de un mapa topográfico de escala 1: 25.000 del Instituto Geográfico Nacional.
SNCZI-IPE
Mapa topográfico ICGC
10.1.2. Tipos de datos
Discretos - En un solo lugar. Ej Una estación meteorológica
Continuos - Variables en la superficie terrestre. Ej. Temperatura media anual
10.1.3. Tipos de SIG
Los Sistemas de Información Geográfica se pueden clasificar en dos grupos principales:
SIG Vectoriales: Son Sistemas de Información Geográfica que utilizan vectores para la descripción de los objetos geográficos. Los formatos de archivos y las herramientas que incorporan son parecidos a los programas de CAD.
SIG Raster: Los Sistemas de Información Raster basan su funcionalidad en los formatos gráficos de mapas de bits. Su forma de proceder es dividir el espacio en una retícula o matriz regular de pequeñas celdas (a las que se denomina píxeles ) y atribuir un valor numérico a cada celda como representación de su valor temático. Una imagen de Teledetección es un ejemplo de formato "raster".
Dado que la matriz es regular (el tamaño del píxel es constante) y que conocemos la posición en coordenadas del centro de una de las celdas, se puede decir que todos los píxeles están georreferenciados.
Existen programas que permiten convertir formatos raster en archivos vectoriales y viceversa. Los SIG más potentes permiten combinar capas de ambos tipos: vectoriales y raster.
10.1.4. Origen y desarrollo de los SIG
En el año 1962, se diseñó en Canadá, el primer sistema de información geográfica aplicado a la gestión de recursos naturales. Fué durante la década de 1980, cuando los SIG se popularizaron gracias al desarrollo simultáneo de los programas de dibujo y diseño asistido por ordenador (CAD), así como la generalización del uso de microordenadores.
Actualmente los SIG se utilizan en muchos sectores, especialmente aquellos que necesitan la combinación de planos cartográficos y bases de datos como:
Ingeniería civil: trazado de vías, presas y embalses.
Estudios socioeconómicos y demográficos.
Planificación de líneas de comunicación.
Prospección y explotación de minas, entre otros.
10.1.5. Aplicaciones de los SIG
La mayor utilidad de un sistema de información geográfico esta íntimamente relacionada con la capacidad de visualizar datos de forma gráfica y de construir modelos o representaciones del mundo real a partir de integrar y combinar datos de diversa naturaleza dentro de un marco territorial.
Estos modelos, son muy útiles para la simulación de los efectos que produce sobre un determinado territorio, un proceso natural o una acción humana.
Los SIG contribuyen al análisis y aportan soluciones para un amplio rango de necesidades, como por ejemplo:
Administración de servicios públicos (suministro de agua, energía, comunicaciones, saneamiento, entre otros)
Gestión medioambiental: saneamiento básico ambiental y mejora de las condiciones ambientales
Localización óptima de las infraestructuras y equipamientos sociales
Diseño y mantenimiento de la red viaria
10.1.6. Cartografís y teledetección
Uno de los objetivos fundamentales de los estudios de Teledetección es la obtención de mapas temáticos. Estos datos, pueden integrarse junto a otros mapas obtenidos por métodos convencionales, en un Sistema de información sobre el territorio.
La Teledetección se convierte en la herramienta idónea para obtener capas de información espacial cuando las superficies son amplias, poco habitadas y escasamente cubiertas por la cartografía convencional (Canadá, Siberia, Brasil) o cuando los países no disponen de los recursos para elaborar estudios cartográficos convencionales.
Los satélites de teledetección en alta resolución, y los sistemas GPS, aportan datos de gran precisión y actualizados para mejorar la cartografía convencional. También ha sido muy importante para la cartografía digital, la misión topográfica SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), que ha permitido generar un modelo digital de elevación (MDE) de todo el globo terráqueo, mediante interferometría RADAR desde el espacio.
Un reciente ejemplo de las aplicaciones prácticas para el gran público de todas estas tecnologías, es la reciente aparición de Google Maps y Google Earth. Sistemas de Información Geográfica de manejo muy sencillo, que combinan mapas e imágenes satélite.
10.1.7. Teledetección y gestión de catástrofes
Hay cuatro tipos de catástrofes naturales que causan importantes daños a las personas y a la economía: los incendios forestales, las inundaciones, los terremotos y las mareas negras.
Los responsables de los servicios de emergencia, conocen la importancia de detectar e informar de tales sucesos, con rapidez para reducir al mínimo sus efectos.
Identificar las zonas con alto riesgo de incendio, constituye un instrumento de prevención muy útil. La utilización de imágenes satélite permite disponer de información precisa y actualizada para localizar las zonas de riesgo y activar las alertas y los planes de prevención.
La anticipación de las crecidas de los ríos necesita una modelización detallada de las cuencas fluviales con mayor nivel de riesgo. Mediante la integración de datos geológicos, geográficos, meteorológicos e hidrológicos en sistemas de informáticos, es posible predecir con antelación las avenidas y ,en caso necesario, evacuar a la población.
La utilización de la tecnología espacial, contribuye a la vigilancia sísmica y de los volcanes en tres ámbitos :
la vigilancia de la extensión de las zonas afectadas (efectos de los tsunamis, coladas de lava) mediante imágenes satélite;
la monitorización y la medida de las deformaciones de la superficie terrestre mediante interferometría radar;
la transmisión permanente vía satélite de datos de los sensores in-situ en las zonas de riesgo.
Los vertidos de petróleo y sus derivados constituyen catástrofes ecológicas sobre amplias zonas de los mares afectados y sus franjas costeras.
Cuando ocurre un accidente con un petrolero, una necesidad primordial es obtener una visión general de la zona afectada, conocer la extensión de la mancha de petróleo y, si fuera posible, predecir la dirección en que se va a mover.
El radar de apertura sintética (Synthetic Aperture Radar o SAR) es un instrumento que puede tomar datos independientemente de las condiciones meteorológicas y de iluminación, y resulta una herramienta insustituible para la monitorización y detección de petróleo en la superficie del agua.
Incendio forestal de Guadalajara. Julio 2005. Imagen MERIS del satélite Envisat. Fuente: ESA /Laboratorio de Teledetección INIA
El río Inn desbordándose
(Baviera, Agosto 2005)
Imagen satélite ERS. Fuente: ESA
Imágenes de los efectos del
Imagen radar de la marea negra del Prestige (11/2002) tomada por el satélite ENVISAT. Fuente: ESA/ESR
10.1.8. Teledetección y fotografía aérea
La Teledetección aporta, frente a la fotografía aérea, las siguientes ventajas:
El formato digital de la imágenes agiliza su tratamiento y permite integrar los resultados con otro tipo de datos en los Sistemas de Información Geográfica (SIG).
10.1.9. Tipos de plataformas de teledetección
Nivel del suelo o a pocos metros de altura: grúas, vehículos que transportan radiómetros o aparatos fotográficos ;
Entre unos diez metros y unos diez kilómetros de altitud: aviones, helicópteros y globos aerostáticos
Entre diez y cien kilómetros de altitud: globos estratosféricos
Entre los 200 km y los 40.000 km tenemos los satélites: habitados (como la Estación Espacial Internacional) y los satélites automáticos de Teledetección.
El uso de aviones como plataformas de teledetección presenta ventajas e inconvenientes. Entre las ventajas destaca la posibilidad de embarcar en el avión dispositivos de mayor peso que en un satélite, también el control más preciso de los captadores en vuelo y la obtención de datos de mejor resolución espacial. Las limitaciones más importantes son: las dimensiones de la zona explorada son reducidas y el coste de obtención de los datos es más elevado que con los satélites.
Por ejemplo, LANDSAT es una plataforma que contiene dos sensores "Thematic Maper" (TM) y Multispectral Scanner(MSS). El TM puede captar radiación en 7 bandas (azul, verde, rojo, 3 en el infrarrojo cercano y 1 en el infrarrojo térmico. MSS dispone de 4 bandas (verde, rojo y 2 en el infrarrojo cercano).
La Teledetección ha contribuido de forma decisiva al conocimiento de la estructura y dinámica de la Tierra y del sistema solar. Los datos obtenidos por teledetección ofrecen una visión integrada del territorio. Las imágenes digitales multiespectrales permiten estudiar la evolución global de nuestro planeta y supervisar localmente zonas concretas de su superficie con detalle.
Existen aplicaciones derivadas de la teledetección que mejoran muchos otros ámbitos de nuestra vida cotidiana, como por ejemplo la agricultura, la medicina (tomografías), la prevención de riesgos y de catástrofes naturales, la arqueología y muchos sectores industriales también se benefician de la percepción remota al poder detectar objetos o defectos internos.
La siguiente tabla, ofrece una visión de conjunto de los principales ámbitos de aplicación de la Teledetección en relación con los sensores y satélites actuales:
10.2. El programa GLOBE
En castellano son las iniciales de Aprendizaje y Observaciones Globales en Beneficio del Medio Ambiente.
Es un programa de colaboración entre científicos (NASA y otros Centros y universidades americanos) y escuelas de primaria y secundaria de todo el planeta, que comenzó en 1995.
Su objetivo es registrar datos desde las escuelas de todo el mundo relativos a parámetros ambientales (hidrología, atmósfera, suelo y vegetación) según protocolos establecidos por los científicos.
Los datos se toman en el entorno del centro educativo y su posición se localiza con el GPS. Estos datos se introducen en la página www.globe.org tras ser sometidos a un filtro de veracidad. Con ellos se construye una base de datos ambientales mundial, y se elaboran mapas, gráficos, etc. que pueden ser utilizados por todos los participantes en el programa.
El programa también pretende aumentar el grado de conciencia de los estudiantes sobre los problemas ambientales, familiarizarles con las nuevas tecnologías, mejorar el aprendizaje en las materias científicas e incrementar el conocimiento de la Tierra.
11. LOS PROGRAMAS DE SIMULACIÓN MEDIOAMBIENTAL
Los modelos son representaciones de sistemas complejos que se realizan con el fin de facilitar su comprensión. Un buen modelo debe permitir hacer predicciones de cuál será el comportamiento del sistema en diferentes situaciones hipotéticas (“escenarios”).
No hay que olvidar que los modelos son aproximaciones a la realidad y no la realidad misma. Además, un modelo mal diseñado, por ejemplo por haber omitido variables que son esenciales en el comportamiento del modelo o por haber establecido mal las relaciones entre las variables, puede llevarnos a conclusiones incorrectas.
Los programas informáticos de simulación medioambiental aprovechan la potencia de cálculo de los ordenadores para manejar numerosas variables y grandes cantidades de datos en el estudio de los problemas medioambientales. Estos programas permiten simular situaciones que sería imposible reproducir en la realidad (diversos escenarios en relación con el cambio climático, por ejemplo).
Los modelos globales World-2 y World-3 encargados por el Club de Roma fueron pioneros en la aplicación de los modelos de simulación a los problemas medioambientales. World-2, fue encargado por el Club de Roma a Jay Forrester del MIT para elaborar su primer informe, titulado Los límites del crecimiento, publicado en 1972, en el que exponían las conclusiones obtenidas. La actualización World-3 fue desarrollada por Dennis L. Meadows, discípulo de Forrester en el MIT, para el informe Más allá de los límites del crecimiento, publicado en 1991. Estos modelos fueron fuertemente criticados al ser considerados maltusianos y excesivamente simplistas. A pesar de las críticas, nadie duda de la utilidad que tuvieron para hacer “saltar las alarmas” en relación con las posibles consecuencias ambientales del desarrollo incontrolado.
11.1. El club de Roma
El Club de Roma (en inglés Club of Rome) es una organización no gubernamental fundada en Roma, en el año 1968, por un pequeño grupo de personas entre las que hay científicos y políticos.1 Sus miembros están preocupados por mejorar el futuro del mundo a largo plazo de manera interdisciplinar y holística.2
El Club de Roma encargó el conocido informe Los límites al crecimiento (en inglés The Limits to Growth) encargado al MIT y publicado en1972, poco antes de la primera crisis del petróleo y que ha tenido varias actualizaciones. La autora principal de dicho informe, en el que colaboraron 17 profesionales, fue Donella Meadows, biofísica y científica ambiental, especializada en dinámica de sistemas.
Se considera al Club de Roma como una de las instituciones paradigmáticas del neomaltusianismo ya que desde la segunda guerra mundial -tanto en la época de la explosión demográfica como durante la guerra fría y el desarrollo de políticas poblacionales geoestratégicas por Estados Unidos-, se consideraba un problema grave el crecimiento de la población mundial de los países comunistas -URSS y China-, de sus satélites y por tanto se establecía la necesidad de frenarlo.3
11.1.1. WORLD- 2
Fue desarrollado por Jay Forrester. Se basa en la dinámica de sistemas. Los elementos o variables que determinan el comportamiento del mundo son cinco:
Población: No puede estar más claro el significado de esta variable: pretende representar el número de habitantes de la Tierra. Como valor inicial toma la población mundial en el año 1900, es decir, 1.650 millones.
Capital invertido: Para representar la acumulación de capital, teniendo en cuenta cómo se genera y se deprecia. Se mide en unidades de capital y se supone que la inversión de capital per cápita en el año 1900 era 1/4 de unidad respecto a una unidad en el año 1970. Así, el valor inicial del capital invertido es 4·108 unidades.
Recursos naturales: en este nivel, se incluyen las materias primas y los fondos de energías no renovables. Se asigna una unidad de recursos naturales per cápita para el año 1970. Los recursos naturales sólo pueden disminuir y el modelo estima que, si se mantiene el ritmo de consumo, se agotarán transcurridos 250 años. Como la población alcanza 3.600 millones de habitantes el año 1970, al multiplicar por 250 años, obtenemos el valor inicial de 9·1011 unidades de recursos.
Alimentos producidos:
Contaminación: Se pretende representar el nivel de contaminación activa en el medio ambiente entre su generación y su disipación. Como valor inicial se toma para 1900 la fracción 1/8 de la contaminación per cápita en 1970, resultando 0'125·1'6·109 = 2·108 unidades de contaminación.
Al simular con ayuda de ordenador su comportamiento o evolución futura (desde 1900 a 2100) se expusieron unas conclusiones, recogidas en el informe Los límites del crecimiento, en las que se determinó que no podemos mantener por un tiempo indefinido nuestro actual ritmo de crecimiento (en tanto que hablamos de población como de economía).
Al realizar modificaciones en los diferentes valores de las variables iniciales, se constató que el escenario a partir del cual se podría conseguir la estabilización del sistema era aquel que se partía de una serie de reducciones en todos los parámetros inciales: 50% T. N, 75% tasa de consumo de recursos naturales, 25% en la cantidad de alimentos producidos, 50% en la tasa de contaminación y 40% en la tasa de inversión de capital.
11.1.2. WORLD- 3
Fue desarrollado con posterioridad por Dennis y Donatella Meadows y otros discípulos de Forrester y con el trataron de perfeccionar y enriquecer el modelo anterior.
En la siguiente figura se puede observar diferentes trayectorias que representan los principales comportamientos de una población en respuesta a distintos escenarios, simulados en función de las diferentes decisiones políticas respecto a la tasa de consumo de recursos naturales.
Sus conclusiones, recogidas en el informe Más allá de los límites del crecimiento, fueron las siguientes:
Si se continua con la tendencia actual de crecimiento de la población mundial, la industrialización, la contaminación, la producción de alimentos y el consumo de recursos, los límites del planeta se alcanzarán dentro de los próximos cien años. Resultado más probable será un declive incontrolado tanto de la población como de la capacidad industrial. Será más inmediato si se parte de un escenario en le que se duplica la cantidad de recursos, en lo que se observa el comportamiento antiintuitivo, porque la población decae aún más rápida. Si se quiere estabilizar no hay que ir a las causas superficiales, sino que hay que hacer un control de todas las variables.
Es posible modificar las tendencias de crecimiento y establecer unas normas de estabilidad ecológica y económica, que pueden ser mantenidas por mucho tiempo de cara al futuro.
Si los pueblos de la Tierra se deciden por esta segunda alternativa y no por la primera, cuanto antes se empiece a trabajar a favor de ella mayores serán sus posibilidades de éxito.
Tras la aparición de estos modelos, rápidamente comenzaron a surgir múltiples análisis y críticas:
Mayoría de los críticos acusan al modelo de maltusiano, término que se traduce en culpar al incremento de la población, de forma desmedida, de todos los problemas ambientales. Esto afecta más a los países del Sur. Pero hay que ver que los países del Norte son los que más recursos por persona consumen y los que más problemas ambientales generan.
Se trata solo de modelos, por lo que no representan la realidad, sino una visión simplificada de la misma. No representa la evolución real del mundo, sino ciertas tendencias en el comportamiento.
A pesar de estas críticas, nadie hoy en día discute de estos modelos, ya que han servido como señal de alarma sobre la necesidad de un enfoque global para atajar los graves problemas ambientales.
Fueron los primeros en elaborar con modelos basados en datos de la realidad. Son precursores de los indicadores PER
12. IMÁGENES POR SATÉLITE
Medida agujero de ozono
Cálculo índice vegetación
Galería de volcanes
14. MAQUETAS
Construir nave Rosetta
Maqueta del satélite Soho
Maqueta modelo ATV
Maqueta modelo integral
Maqueta modela Gaia
Maqueta Juno
Satélite Cassini
Satélite Mars Odissei
Satélite Mars Climate Orbiter
Satélite Near modelo 1
Cohete Delta 2
Las nuevas tecnologías en la investigación del medio
Publicado por aulaabiertasagunto en 13:51
Etiquetas: 2º CTM. NUEVAS TECNOLOGÍAS

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