TELEDETECCIÓN
La teledetección o detección remota. Es la adquisición
de información a pequeña o gran escala de un objeto o fenómeno, ya sea usando
instrumentos de grabación o instrumentos de escaneo en tiempo real inalámbricos o que no están en contacto
directo con el objeto (como por ejemplo aviones, satélites, astronave, boyas o barcos). En la práctica, la teledetección consiste
en recoger información a través de diferentes dispositivos de un objeto
concreto o un área. Por ejemplo, la observación terrestre o los satélites
meteorológicos, las boyas oceánicas y atmosféricas,
las imágenes por resonancia magnética (MRI en inglés), la tomografía por emisión de positrones (PET en inglés), los rayos-X y las sondas espaciales son todos ejemplos de
teledetección. Actualmente, el término se refiere de manera general al uso de
tecnologías de sensores para adquisión de imágenes, incluyendo: instrumentos a
bordo de satélites o aerotransportados, usos en electrofisiología, y difiere en
otros campos relacionados con imágenes como por ejemplo en imagen médica.
Hay
dos clases de teledetección principalmente: teledetección pasiva y
teledetección activa:
1.
Los teledetectores
pasivos
detectan radiación natural emitida o reflejada por el objeto o área circundante
que está siendo observada. La luz solar reflejada es uno de los tipos de
radiación más comunes medidos por esta clase de teledetección. Algunos ejemplos
pueden ser lafotografía, los infrarrojos, los sensores CCD (charge-coupleddevices,
“dispositivo de cargas eléctricas interconectadas”) y los radiómetros.
1.
Los teledetectores
activos
por otra parte emiten energía para poder escanear objetos y áreas con lo que el
teledetector mide la radiación reflejada del objetivo. Un radar es un ejemplo de teledetector activo,
el cual mide el tiempo que tarda una emisión en ir y volver de un punto,
estableciendo así la localización, altura, velocidad y dirección de un objeto
determinado.
La
teledetección remota hace posible recoger información de áreas peligrosas o
inaccesibles. Algunas aplicaciones pueden ser monitorizar una deforestación en áreas como la Cuenca
del Amazonas, el efecto del cambio
climático en
los glaciares y en el
Ártico y en el Antártico, y el sondeo en profundidad de las fallas oceánicas y
las costas. El colectivo militar, durante la Guerra Fría, hizo uso de esta técnica para recoger
información sobre fronteras potencialmente peligrosas. La teledetección remota
también reemplaza la lenta y costosa recogida de información sobre el terreno,
asegurando además que en el proceso las zonas u objetos analizados no se vean
alterados.
Las
plataformas orbitales pueden transmitir información de diversas franjas
del espectro
electromagnético que en colaboración con sensores aéreos
o terrestres y un análisis en conjunto, provee a los investigadores con
suficiente información para monitorizar la evolución de fenómenos naturales
tales como El Niño. Otros usos
engloban áreas como las ciencias
de la Tierra, en concreto la gestión de recursos
naturales, campos de agricultura en términos de uso y conservación, y seguridad
nacional.
Técnicas de Adquisición de Información
La
adquisición multi-espectral se basa en la recogida y el análisis de áreas u
objetos que emiten o reflejan radiación a un nivel superior al de los objetos
circundantes.
Aplicaciones de la información recogida
por teledetección remota
1.
El radar convencional se ha asociado
principalmente al control del tráfico aéreo, y a la recogida de cierta
información meteorológica a gran escala. El radar doppler se usa como apoyo
para hacer cumplir con los límites de velocidad locales y también como refuerzo
a la recogida de información meteorológica como la velocidad del viento y la
dirección del mismo. Otros tipos de recogida de información activa incluye
el plasma de la ionosfera. Los radares interferométricos de apertura sintética (Interferometricsyntheticapertureradar
) se usan para producir modelos digitales precisos de grandes áreas de terreno.
2.
Los altímetros por láser y radar en los
satélites proveen una gran cantidad de información. Midiendo las protuberancias
del agua causadas por la gravedad, mapean las características en el fondo del
mar en una resolución de una milla más o menos. Midiendo la altura y la
longitud de las olas en el océano, los altímetros miden la velocidad del viento
y la dirección, y las de la superficie del océano.
3.
LIDAR (un acrónimo
del inglés Light Detection and Ranging) se conoce en el ámbito de pruebas de
rango de armamento, como en los proyectiles guiados por láser. LIDAR se usa
para detectar y medir la concentración de varios agentes químicos en la
atmósfera, mientras que la rama de paracaidismo LIDAR se usa para medir alturas
de objetos y características en la tierra de una manera mucho más precisa que
con cualquier tecnología de radares, con importantes aplicaciones en el campo de
la hidrogeología, geomorfología y arqueología. La teledetección remota de la
vegetación es uno de las aplicaciones más relevantes de LIDAR.
4.
Los radiómetros y fotómetros son los instrumentos usados de
manera más común, recogiendo radiación emitida y reflejada en un amplio
espectro de frecuencias. (Rango visible, infrarrojos, microondas, rayos gamma y
a veces ultravioleta). También pueden usarse para detectar el espectro
de emisión de
varios agentes químicos, proveyendo así de información sobre la concentración
de determinados químicos en la atmósfera.
5.
La fotografía estereoscópica se ha usado a menudo para
hacer mapas
topográficos por analistas de terreno en
“traficabilidad” y en departamentos de carreteras para rutas potenciales.
6.
Plataformas multi-espectrales simultáneas
como Landsat han estado en uso desde los años 70. Estos maleadores temáticos
toman imágenes en múltiples longitudes de onda del espectro electromagnético y
se encuentra normalmente en satélites de observación terrestre, incluyendo (por ejemplo) el
programa LandSat o el
satéliteIKONOS. Estos mapas se pueden usar en la
prospección de minerales, detectar o monitorizar el uso de tierras,
deforestación, el estado de salud de plantas indígenas y cultivos, incluyendo
zonas enteras de cultivo o bosques.
7.
En el punto de mira contra la desertificación, la teledetección remota permite
seguir y monitorizar áreas de riesgo a largo plazo, para determinar factores de
desertificación, para apoyar a tomar decisiones en cuanto a tomar medidas para
gestionar el entorno y evaluar el impacto que pueden tener esas decisiones.
Geodesia
1.
La geodesia fue primero usada en la detección
aérea submarina y en la recogida de información gravitacional usada en los
mapas militares. Esta información revelaba pequeñas perturbaciones en el campo
gravitatorio de la Tierra (geodesia) que se podían usar para determinar
cambios en la distribución de la masa en la Tierra, lo cual podía usarse para
futuros estudios geológicos e hidrológicos.
Acústica
y semi-acústica.
1.
Pasiva: El Sónar se usa para detectar, medir distancias
y medidas de objetos bajo el agua y la tierra.
1.
Los sismogramas cogidos de diferentes lugares
pueden localizar y medir terremotos después de que éstos ocurran
comparando la intensidad relativa y el tiempo en que ocurrieron.
2.
Activa: Los pulsos los usan los arqueólogos
para detectar yacimientos de petróleo.
Para
coordinar una serie de observaciones a gran escala, la mayor parte de los
sistemas de detección dependen de: la localización de la plataforma, la hora,
la rotación y la orientación del sensor. Los instrumentos más actuales usan
normalmente información sobre su posición obtenida de los sistemas de navegación por satélite. La rotación y orientación normalmente
la determinan con un error de uno o dos grados mediante compases electrónicos.
Estos compases miden no sólo el acimut, sino también la altitud, ya que las
líneas del campo magnético terrestre en la Tierra tienen una curvatura
diferente según la posición en que te encuentres. Si se desean unas
orientaciones más exactas, se requiere de un Sistema de Navegación Inercial el cual periódicamente se
realinea usando diferentes técnicas, incluyendo la toma de estrellas como
referencia o puntos de referencia importantes.
La
resolución tiene un impacto bastante importante en la recogida de información;
para entenderlo mejor: una menor resolución conlleva un detalle menor y una
cobertura mayor; una mayor resolución conlleva por el contrario un detalle
mayor pero una cobertura peor. La capacidad para poder determinar la resolución
adecuada en cada momento tiene como consecuencia mejores resultados y además
evita el colapso de las unidades de almacenamiento y transmisión (una
resolución mayor implica un mayor tamaño).
Procesado de información
La
calidad de la información recogida a distancia depende de sus resoluciones
espacial, espectral, radiométrica y temporal.
Resolución
espacial
Es
el tamaño de un píxel que se
guarda en una imagen
rasterizada – los píxeles se corresponden con áreas
cuadradas cuyo tamaño varía de 1 a 1.000 metros.
Resolución
espectral
Es
la amplitud de la longitud de onda de las diferentes frecuencias grabadas –
normalmente, se relaciona con el número de frecuencias que graba la plataforma.
La flotaLandsat actual comprende 7 bandas
diferentes, incluyendo varias del espectro infrarrojo, de los 0,07 μm a los 2,1
μm. El sensor Hyperion en la “Earth Observing-1” gestiona 220 bandas que van
desde los 0,4 μm a los 2,5 μm, con una resolución espectral de 0,10 a 0,11 μm
por banda recogida.
Resolución
radiométrica
Es
la capacidad del sensor para distinguir diferentes intensidades de radiación.
Normalmente comprende de 8 a 14 bits, correspondiente a los 256 niveles de una
escala de grises, y puede llegar a 16.384 intensidades de color en cada banda.
También depende del ruido del aparato.
Resolución
temporal
Es
la frecuencia con la que el avión o satélite sobrevuelan una zona, y solo tiene
importancia en estudios para investigar el efecto del paso el tiempo, como en
la monitorización de las deforestaciones. El paso de una nube sobre el área u
objeto haría necesario volver a repetir el proceso sobre esa zona.
Para
poder crear mapas basados en la información recogida por un sensor, la mayoría
de los sistemas de teledetección remota lo que hacen es extrapolar la
información extraída por el sensor en relación a un punto de referencia,
incluyendo distancias entre los puntos conocidos en el terreno. Todo esto
depende del tipo de sensor usado. Por ejemplo, en fotografías corrientes, las
distancias son más precisas en el centro de la imagen, las cuales se
distorsionan al alejarte del centro de la misma. Otro factor importante es el
rodillo contra el que se ponen las fotos, hecho que puede causar graves errores
en las fotografías cuando éstas se usan para realizar medidas de distancias.
Esto se resuelve mediante la georreferenciación, que engloba
ayuda por ordenador para relacionar los puntos en la imagen (30 o más por
imagen) que se extrapolan usando un punto de referencia establecido
previamente, “transformando” la imagen para producir una información espacial
más precisa. A principios de los 90, la mayoría de imágenes por satélite
vendidas estaban totalmente georreferenciadas. Aparte de esta corrección, las
imágenes pueden necesitar de corrección radiométrica y atmosférica.
Corrección
radiométrica
Da
una escala de valores por píxel. Por ejemplo, la escala monocromática de 0 a
255 se convertirá a valores de radiación actuales.
Corrección
atmosférica
Elimina
la “neblina” atmosférica reescalando cada banda de frecuencia a su valor mínimo
(cada píxel a 0). La digitalización de la información también hace posible
manipular los datos cambiando valores en la escala de grises.
La
interpretación es la parte crítica del proceso de hacer la información
comprensible. La primera aplicación de eso fue en fotografías aéreas, que
usaban el siguiente proceso: medidas espaciales con el uso de una mesa
iluminada tanto en cobertura convencional simple como estereográfica. Hacer uso
de las dimensiones conocidas de los objetos para detectar modificaciones. El
análisis de imagen es una aplicación automatizada por ordenador que se está
usando cada día más.
El
análisis de objetos basados en imágenes (OBIA en Inglés) es una subdisciplina
de GIScience dedicada a particionar las imágenes de la teledetección remota en
imágenes con significado sobre los objetos, y evaluando sus características en
una escala especial, temporal y espectral.
La
información antigua obtenida de teledetección remota suele ser valiosa porque
provee de información a largo plazo de una gran porción geográfica. Al mismo
tiempo, la información a menudo es compleja de interpretar y difícil de
almacenar. Los sistemas actuales tienden a almacenar todo digitalmente,
normalmente sin pérdida de compresión. Lo difícil de todo esto es que la
información es frágil y su formato puede ser arcaico y difícil de interpretar,
además de ser fácil de falsificar. Uno de los mejores sistemas para almacenar
información es en microfilms. Los microfilms normalmente sobreviven en
librerías comunes, con un periodo de vida de varios siglos. Pueden crearse,
copiarse, archivarse y recogerse por sistemas automatizados. Son tan compactos
como la información almacenada en dispositivos magnéticos y aun pueden ser
leídos por el ser humano con un mínimo de equipo adecuado para ello.
Niveles de procesamiento de la
información
Para
facilitar el dilema del procesamiento de la información, se definieron varios
niveles de procesamiento en 1986 por la NASA como parte de su Sistema de Observación de la Tierra3 se adoptaron tanto en la NASA
(por ejemplo,4 ) como en el resto de lugares
(por ejemplo,5 ). Estas definiciones son:
Guardar
la información del Nivel 1 es fundamental (es el nivel más reversible entre
otras cosas) ya que tiene un significado científico y una utilidad importante,
y es la base de la generación del resto de niveles. El nivel 2 es el primer
nivel usable directamente por la mayoría de las aplicaciones científicas; su
valor es mucho mayor que la del resto de niveles inferiores. El nivel 2 tiende
a ser menos pesado que el nivel 1 ya que sus parámetros han sido reducidos, o
bien temporalmente, espacialmente o espectralmente. El nivel 3 ya es bastante
más pequeño que el resto y puede ser manipulado sin temor a incurrir en un
manejo inadecuado de los datos. Esta información suele ser más general y útil
para la mayoría de las aplicaciones. La organización temporal y espacial del
nivel 3 hace factible poder combinar información de otras fuentes.
Historia
La MarsOdyssey 2001 usaba espectrómetros
e "imagers" para capturar evidencias de la existencia de agua o
actividad volcánica en Marte.
Más
allá de los métodos primitivos que usaron nuestros ancestros (subir a un risco
o a un árbol para ver el paisaje), la disciplina moderna surgió con la
invención del vuelo. G. Tournachon (alias Nadar), un conocido
piloto de globos, hizo fotografías de París desde su globo en 1858. También se
usaron palomas mensajeras, cometas, cohetes y globos no tripulados para tomar
imágenes. Con la excepción de los globos, estas primeras imágenes no fueron muy
útiles para hacer mapas o para alguna investigación científica.
La fotografía aérea sistemática
se desarrolló por los militares con objeto de la vigilancia y el reconocimiento
de territorios en la Primera
Guerra Mundial, y llegó a su clímax durante la Guerra Fría con el uso de aviones de combate
modificados, como el P-51, el P-38, elRB-66 y el F-4C,
o algunas plataformas de recogida de información como por ejemplo el U2/TR-1, el SR-71, el A-5 y el OV-1. Después se
desarrollaron los métodos para crear sensores más pequeños que los usados por
la ley y los militares, tanto en plataformas tripuladas como no-tripuladas.
La
ventaja de esto es que requiere una mínima modificación a un determinado
aeroplano. La tecnología de imágenes más posterior incluía infrarrojos, imagen
convencional, doppler y radares de apertura sintética.
El
desarrollo de satélites artificiales ya en la segunda mitad del siglo 20
permitió el uso de la teledetección remota para progresar a escala global y
terminar con la Guerra Fría. El instrumental a bordo de varios observadores
terrestres y plataformas meteorológicas como el Landsat, el Nimbus y algunas más recientes como el RADARSAT y el UARS proveyeron
de medidas globales de información de varios tipos (civil, militar y de
investigación). Las sondas espaciales a otros planetas también han brindado la
oportunidad de conducir el estudio por teledetección remota a entornos
extraterrestres; el radar de apertura sintética a bordo del Magellan proveyó de
mapas topográficos detallados de Venus, mientras que los instrumentos a bordo
del SOHO permitieron estudios del Sol y
los vientos solares.
Las
investigaciones recientes incluyen, a principios de los 60 y los 70, el
desarrollo del procesamiento de imágenes de imágenes satelitales.
Varios equipos de investigación en Silicon Valley incluyen
el centro de investigación de Ames de la
NASA, el GTE y el ESL Inc. desarrollaron técnicas para usar
la Transformada de Fourier como manera de mejora de la
información de las imágenes.
La
introducción de servicios Web en línea para
el acceso rápido a información sobre teledetección remota en el siglo 21
(principalmente imágenes de baja o media resolución), como Google Earth, ha
hecho posible que la teledetección remota sea algo familiar para el gran
público y se haya hecho popular en el mundo de la ciencia.
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