Sensores remotos

UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA GEOGRÁFICA, GEOGRÁFICA, AMBIENTAL Y ECOTURISMO

Informe Nº 1 SENSORES REMOTOS FOTOGRAMETRÍA Profesor:

Ing. Jorge Cahuas

Alumnos:

Sr. Cuya Crispin Angel Ademir 

Código:

2008019118

Viernes, 3 de junio 2011 LIMA - PERÚ

1.

INTRODUCCIÓN Los sensores remotos ya sean fotografías aéreas o imágenes de satélites, permiten obtener información para diferentes tipos de proyectos a través de su interpretación y/o digitalización de cualquier área de la superficie terrestre que esté cubierta con algunos de los sensores ya citados; por lo tanto es necesario que los estudiantes de ingeniería geográfica y/o de cualquier otra especialidad adquieran los conocimientos e identifiquen las diferentes herramientas aerofotográficas y geocartográficas que permitan obtener la información sobre algún aspecto de interés de la superficie terrestre según el tipo de proyecto a realizar.

2.

OBJETIVOS

2.1 Objetivo General •

Conocer con efectividad las técnicas de la percepción remota en las actividades geo-cartográficas y/o cualquier obra de ingeniería con fines de representación cartográfica, mapas y/o planos.

2.2 Objetivos Específicos •

Conocer con efectividad las técnicas de la percepción remota en las actividades geo-cartográficas y/o cualquier obra de ingeniería con fines de representación cartográfica, mapas y/o planos.

•

Adquirir claramente los conocimientos básicos relacionados con percepción remota y la radiación electro-magnética.

•

Identificar y relacionar eficazmente los diferentes sistemas de percepción remota existentes.

•

Identificar y relacionar objetivamente las diferentes fases del tratamiento de imágenes.

•

Identificar, relacionar y caracterizar los diferentes satélites de observación terrestre.

3.

MARCO TEÓRICO

3.1 Surgimiento de los Sensores Remotos Volar ha sido, desde épocas muy remotas, uno de los sueños más intensamente anhelados  por la Humanidad. Uno de los principales objetivos de la aventura aérea fue la búsqueda de una nueva visión de los paisajes terrestres. El afán de remontar la limitada perspectiva de la visión humana es evidente desde principios de la aeronáutica, siendo hoy en día un instrumento clave en un gran número de las áreas de estudio. Esa observación de la superficie terrestre por medio de sensores remotos, del término inglés

remote sensing , es también llamado teledetección. Estos términos fueron ideados a

 principios de los 60 para designar cualquier medio de observación remota, si bien se comenzó aplicando a la fotografía aérea, principal sensor de aquel momento. Es en la segunda guerra mundial cuando se produce un notable desarrollo de las técnicas de teledetección, debido a la importancia estratégica de ésta tecnología, posteriormente todas estas innovaciones se aplican a usos civiles. 3.2 Definición de Sensores Remotos Los Sensores Remotos permiten capturar información de los objetos sin tener un contacto directo con ellos, su uso en aplicaciones sobre Recursos Naturales tiene una larga data, dado que proporcionan información confiable sobre superficies extensas con alta precisión y costos razonables. El uso de sensores remotos ha jugado un importante rol en la construcción de mapas, planos, interpretación de recursos y sus superficies, planificación territorial y estudios urbanos. La tendencia actual es hacia el incremento de su utilización dado el avance tecnológico, el desarrollo de la computación y bajos costos de obtención de imágenes. Ellos pueden desenvolverse en forma conjunta o separada, y su utilización puede abarcar  un amplio espectro del conocimiento. Hoy en día, podemos encontrar diversas experiencias a nivel mundial, tanto en el ámbito privado como público y no cabe duda que será una herramienta para traspasar el umbral del desarrollo que nuestro país requiere.

Algunas de las aplicaciones realizadas y que son más conocidas hacen referencia a: •

Planificación Territorial

•

Planificación y Gestión Urbana

•

Catastro de Recursos renovables y no renovables

•

Planificación de Obras

•

Cartografía Digital

•

Predicción y Modelación de fenómenos

•

Estudios de Investigación

•

Geodemografía y Marketing

•

Gestión de Instalaciones

3.3 Plataformas según altura De acuerdo a la plataforma donde se ubique el sensor, se distinguen tres grandes tipos de sistemas de teledetección: terrestre, aéreo y espacial. a. Terrestres En este caso la plataforma es un trípode, una torre de observación, etc., sobre la cual se instala el sensor. Se logran datos muy precisos, pero su costo es altísimo. Lógicamente este sistema es muy limitado en cuanto al campo de visión instantánea, verticalidad y tipo de sensor utilizado. Por ello, se emplea normalmente para obtener  muestras de control y datos de terreno en pequeñas zonas, con el fin de calibrar o determinar patrones de interpretación. Dentro de la metodología de la percepción remota se habla de “trabajo de campo”, para referirse a las labores de recolección de datos en terreno mediante espectro radiómetros, cámaras fotográficas comunes, apreciaciones visuales, toma de muestras, etc. Es de destacar que los trabajos de terreno son un complemento fundamental en toda metodología de teledetección de recursos naturales, y su magnitud debe ser  estadísticamente significativa, tanto en los procesos de toma de datos como en los de verificación de resultados. b. Aéreos En estos casos las plataformas utilizadas pueden ser helicópteros, avionetas y aviones. Su característica más importante es su alta resolución espacial, sin embargo, tienen una resolución temporal muy variable y un alto costo por hectárea. Existen dos tipos de sensores, los ópticos y los electrónicos, en los primeros, los objetos quedan plasmados en un papel fotosensible (película), luego mediante la técnica del revelado se logran los productos fotográficos que todos conocemos (fotos). En los sensores electrónicos la información es almacenada en un formato digital conocido como RASTER. Este consiste en una matriz de filas y columnas, cada celda constituye el pixel (el mínimo tamaño que puede detectar el sensor) que está definido por un valor X (columnas), un valor Y (filas) y un valor Z o Nº digital, que es el que contiene la información de ese píxel. Los productos provenientes de los sensores electrónicos se conocen como imágenes (no son fotos).

Cuando se utiliza una plataforma estable (aviones), sensores analógicos con alta precisión geométrica (cámara métrica) y además se toma información de un mismo objeto desde dos puntos de vista (visión estereoscópica), se pueden realizar mediciones precisas de coordenadas X, Y, Z (en este caso representa la altitud), con los datos obtenidos. A estas técnicas de medición se les denomina “fotogrametría”. El resto de los productos fotográficos sirven sólo para extraer información cualitativa, mediante la “fotointerpretación” o interpretación visual (Ej.: fotografías aéreas). También  pueden ser digitalizados (escaneados), e incorporados a un SIG para extraer otros tipos de información. Cuando los sensores utilizados son electro-ópticos o electrónicos, la imagen tomada es almacenada en formato digital (RASTER) en un medio magnético (cinta o disco digital), y  puede ser ingresada a un SIG directamente, o bien ser impresa en papel para realizar la interpretación visual de la misma. Si el usuario precisa tener información de bandas del espectro que nos son visibles al ojo humano (infrarrojo), para los productos analógicos se  pueden utilizar películas sensibles al infrarrojo; y para los electrónicos se debería disponer  de un sensor para esa banda o dividir las respuestas espectrales mediante juegos de filtros colocados delante del sensor. Para un mismo sensor, la resolución espacial se puede variar modificando la altura de vuelo o cambiando la distancia focal de la cámara. Esto lleva implícito un cambio en el campo de visión instantánea del detector (varía el tamaño de la foto o imagen tomada). c. Espaciales Las plataformas que se utilizan en estos sistemas son naves espaciales, estaciones orbitales o satélites autónomos que giran alrededor de la Tierra, estos últimos son los mayoritariamente utilizados. Poseen la ventaja del bajo costo por hectárea relevada de sus datos. Normalmente, las naves espaciales y estaciones orbitales tripuladas se han utilizado para hacer pruebas de nuevos sensores o para adquirir datos con sensores foto-ópticos. Los satélites autónomos varían de acuerdo a los tipos de órbitas que utilizan.

Los satélites de órbita polar vuelan a una altura de unos 700 - 800 km. o menos; van siguiendo un recorrido que generalmente no es estrictamente polar sino que se encuentra levemente inclinado (unos 7,5 – 8,5º) con respecto al eje de rotación de la tierra. Esto último, junto con la sincronía existente entre la velocidad de rotación de la tierra y la velocidad con la que el satélite recorre su órbita, hacen que el rango horario de toma de cada imagen sea siempre el mismo, independientemente de la latitud o de la estación del año. Esto se denomina heliosincronía (sincronía con el sol). El hecho de que el horario de toma de las imágenes sea aproximadamente el mismo está dirigido a que el ángulo de inclinación solar sea similar entre imágenes tomadas en igual fecha de diferentes años, a los fines de caracterizar y estandarizar las sombras de los objetos. Son los mayoritariamente utilizados para el monitoreo y relevamiento de recursos naturales (aplicaciones agrícolas, forestales y geológicas), oceanografía y meteorología. Los satélites de órbita geoestacionaria (o de órbita ecuatorial), se encuentran en una  posición fija con respecto al eje de rotación terrestre. Generalmente se sitúan a gran altitud (~ 36.000 km.). Poseen una velocidad angular igual a la de la rotación del planeta por lo que permanentemente “miran” una de las dos caras del mismo. Son ampliamente utilizados para telecomunicaciones y también para meteorología.

3.4 Tipos de Sensores La principal forma de clasificar los sensores remotos es la que considera el procedimiento de recibir la energía procedente de las cubiertas. En este sentido tenemos dos tipos de sensores: a. Sensores Activos Cuando son capaces de emitir su propio haz de energía, que posteriormente recogen tras su reflexión sobre la superficie que pretende observar. El equipo más común es el radar, éste trabaja en la región de las microondas y su importancia radica en que no es afectado  por las condiciones climáticas.

b. Sensores Pasivos Se limitan a recoger la energía electromagnética procedente de las cubiertas terrestres ya sea ésta reflejada de los rayos solares, o emitida en virtud de su propia temperatura. Dentro de ésta categoría cabe una segunda clasificación: •

De barrido (scanners): donde un espejo móvil permite explorar una franja del terreno a ambos lados de la traza del satélite. La radiancia recibida por éste componente óptico, se dirige a una serie de detectores que la amplifican y la convierten en una señal digital. Los más utilizados han sido los incluidos en los  programas LANSAT (MSS, Multispectral Scanner y TM, Thematic Mapper), y TIROS-NOAA (AVHRR, Advanced Very High Resolution Radiometer).

•

De empuje (pushbroom): se elimina el espejo oscilante gracias a disponer de una cadena de detectores que cubre todo el campo de visión del sensor. Están incorporados a varios proyectos como en el caso del satélite francés SPOT y del indio IRS-1.

3.5 Resolución de un sistema sensor Es la capacidad de registrar, discriminando información en detalle. La resolución de un sensor depende del efecto combinado de todas sus partes. El concepto de resolución implica al menos cuatro manifestaciones: a. Resolución Espacial Designa al objeto más pequeño que puede detectarse sobre una imagen que se denomina  píxel. Tiene un papel protagonista en la interpretación de la imagen ya que marca el nivel de detalle que ofrece.

b. Resolución Espectral Indica el número y ancho de las bandas que puede discriminar el sensor.

c. Resolución Radiométrica Se refiere a la sensibilidad del sensor, a su capacidad para detectar variaciones en la radiancia espectral que recibe.

d. Resolución Temporal Es la frecuencia de cobertura del sensor, en otras palabras, la periodicidad con la que éste adquiere imágenes de la misma porción de superficie.

3.6 Principales Satélites usados en Teledetección

3.7 ¿Qué es una imagen? Es la representación gráfica de un objeto producida por un aparato óptico o electrónico. La cualidad fundamental de las imágenes es la rapidez con que se trasmite una elevada cantidad y variedad de datos. Síntesis y velocidad son las características principales. Está formada por un conjunto de puntos llamados píxels, de un mismo tamaño que dentro de un gran rectángulo definen una imagen. Esta estructura tiene incluidas coordenadas geográficas para cada píxel. 3.8 ¿En qué áreas y aplicaciones me puede ser útil la información de imágenes? •

Agricultura

- Cartografía de la cobertura vegetal del suelo y uso del mismo. - Rápida evaluación de las condiciones de estrés hídrico de los cultivos, nivel de infección o daño tanto de malezas como insectos. - Determinación de superficies sembradas y pronóstico de rendimientos. •

Medio ambiente

- Inventario regional del medio ambiente para estudios de impactos ambientales. - Control de emisiones tanto de fluidos como gases, evaluación de dispersión y daños. •

Ambito urbano

- Desarrollo y planeamiento urbano. - Localización de espacios y planeamiento estratégico. - Control impositivo. •

Recursos naturales

- Inventario del agua superficial. Verificación y control de la calidad física del agua, turbidez y contenido de algas. - Realización de inventarios forestales y seguimiento de los ritmos de repoblación natural de áreas quemadas •

Minería

- Cartografía geológica para la exploración mineral. •

Desastres naturales

- Delimitación de áreas afectadas, evaluación de daños, obtención de información general  para la determinación de acciones; (inundaciones, sequías, tornados, granizadas, etc.) 3.8 ¿Cuándo debería pensar en incorporar el procesamiento de imágenes en mi actividad? •

Cuando la problemática demande un seguimiento del fenómeno.

•

Cuando necesite extraer y utilizar valiosa información de diferentes fuentes de datos.

•

Cuando para poder entender el problema, sea necesario tomar distancia para verlo  panorámicamente y estudiar sus partes en relación al contexto y no dejar fuera del análisis lo importante.

4.

CONCLUSIÓN •

Muchos y muy diferentes tipos de plataformas-

•

Muchos tipos de sensores.

•

Muchos tipos de productos.

•

Cada producto tiene ventajas y desventajas. Comparación se hace difícil debido a la gran cantidad de factores involucrados .Que adquirir depende de las necesidades específicas.

•

•

Desarrollos sigue su marcha: nuevos plataformas, productos.  Nuevos satélites: complementarios antes que competitivos.

•

Mercado en proceso de cambio: Gobierno → Comercial

•

Costos todavía una limitante.

5.

BIBLIOGRAFÍA

•

http://www.fcagr.unr.edu.ar/mdt/GTS/Zonaedu/sensat1.htm

•

www.scribd.com/doc/.../Intro-Sensores-Remotos

•

www.itc.nl/.../02%20Introduccion%20Sensores%20Remotos/Introduccion %20Sensores%20Remotos.pdf 

•

http://www2.udec.cl/~censig/

•

http://www.scanterra.com.ar/conozca_mas.html#sensores

•

http://cdc.lamolina.edu.pe/Area_Trabajo/sensores.htm

•

www.fao.org/docrep/013/a0906s/a0906s.pdf