Teledetección
Adquisición de información a una distancia significativa del sujeto

Imagen de radar de apertura sintética del Valle de la Muerte coloreada mediante polarimetría

La teledetección es la adquisición de información sobre un objeto o fenómeno sin hacer contacto físico con el objeto, en contraste con la observación in situ o en el sitio . El término se aplica especialmente a la adquisición de información sobre la Tierra y otros planetas . La teledetección se utiliza en numerosos campos, incluidos la geofísica , la geografía , la agrimensura y la mayoría de las disciplinas de las ciencias de la Tierra (por ejemplo , geofísica de exploración , hidrología , ecología , meteorología , oceanografía , glaciología , geología ). También tiene aplicaciones militares, de inteligencia, comerciales, económicas, de planificación y humanitarias, entre otras.

En el uso actual, el término teledetección generalmente se refiere al uso de tecnologías de sensores basados ​​en satélites o aeronaves para detectar y clasificar objetos en la Tierra. Incluye la superficie, la atmósfera y los océanos , basándose en señales propagadas (por ejemplo, radiación electromagnética ). Puede dividirse en teledetección "activa" (cuando un satélite o una aeronave emite una señal hacia el objeto y el sensor detecta su reflejo) y teledetección "pasiva" (cuando el sensor detecta el reflejo de la luz solar). [1] [2] [3] [4]

Descripción general

Este vídeo trata sobre cómo se utilizó Landsat para identificar áreas de conservación en la República Democrática del Congo y cómo se utilizó para ayudar a mapear un área llamada MLW en el norte.

La teledetección se puede dividir en dos tipos de métodos: teledetección pasiva y teledetección activa. Los sensores pasivos recogen la radiación que emite o refleja el objeto o las áreas circundantes. La luz solar reflejada es la fuente de radiación más común medida por sensores pasivos. Algunos ejemplos de sensores remotos pasivos son la fotografía en película , los infrarrojos , los dispositivos acoplados a carga y los radiómetros . La recolección activa, por otro lado, emite energía para escanear objetos y áreas, tras lo cual un sensor detecta y mide la radiación que se refleja o retrodispersa desde el objetivo. El RADAR y el LiDAR son ejemplos de teledetección activa en los que se mide el retraso de tiempo entre la emisión y el retorno, estableciendo la ubicación, la velocidad y la dirección de un objeto.

Ilustración de la teledetección

La teledetección permite recopilar datos de zonas peligrosas o inaccesibles. Entre las aplicaciones de la teledetección se incluyen el seguimiento de la deforestación en zonas como la cuenca del Amazonas , las características glaciares en las regiones ártica y antártica y el sondeo de profundidad de las profundidades costeras y oceánicas. La recopilación militar durante la Guerra Fría se basaba en la recopilación de datos a distancia sobre zonas fronterizas peligrosas. La teledetección también sustituye a la costosa y lenta recopilación de datos sobre el terreno, garantizando en el proceso que no se alteren zonas u objetos.

Las plataformas orbitales recogen y transmiten datos de diferentes partes del espectro electromagnético , que junto con la detección y el análisis aéreos o terrestres a mayor escala, proporcionan a los investigadores suficiente información para monitorear tendencias como El Niño y otros fenómenos naturales a largo y corto plazo. Otros usos incluyen diferentes áreas de las ciencias de la tierra , como la gestión de recursos naturales , campos agrícolas como el uso y la conservación de la tierra, [5] [6] el monitoreo de gases de efecto invernadero , [7] la detección y el monitoreo de derrames de petróleo, [8] y la seguridad nacional y la recolección aérea, terrestre y a distancia en áreas fronterizas. [9]

Tipos de técnicas de adquisición de datos

La base para la recopilación y el análisis multiespectrales son las áreas u objetos examinados que reflejan o emiten radiación que se destaca de las áreas circundantes. Para obtener un resumen de los principales sistemas satelitales de teledetección, consulte la tabla de descripción general.

Aplicaciones de la teledetección

Imagen de radar de la presa de Asuán, Egipto, tomada por Umbra
  • El radar convencional se asocia principalmente con el control del tráfico aéreo, la alerta temprana y ciertos datos meteorológicos a gran escala. El radar Doppler se utiliza para el control de los límites de velocidad por parte de las fuerzas de seguridad locales y para la recopilación mejorada de datos meteorológicos, como la velocidad y la dirección del viento dentro de los sistemas meteorológicos, además de la ubicación e intensidad de las precipitaciones. Otros tipos de recopilación activa incluyen plasmas en la ionosfera . El radar de apertura sintética interferométrica se utiliza para producir modelos digitales precisos de elevación del terreno a gran escala (véase RADARSAT , TerraSAR-X , Magellan ).
  • Los altímetros láser y de radar instalados en los satélites han proporcionado una amplia gama de datos. Al medir las protuberancias del agua causadas por la gravedad, trazan mapas de las características del fondo marino con una resolución de una milla aproximadamente. Al medir la altura y la longitud de onda de las olas oceánicas, los altímetros miden la velocidad y la dirección del viento, así como las corrientes oceánicas superficiales y sus direcciones.
  • Los mareógrafos ultrasónicos (acústicos) y de radar miden el nivel del mar, las mareas y la dirección de las olas en mareógrafos costeros y de alta mar.
  • El LIDAR ( Light Detection and Ranging ) se utiliza para medir la distancia de las armas, para localizar proyectiles con luz láser y para detectar y medir la concentración de diversos productos químicos en la atmósfera, mientras que el LIDAR aerotransportado se puede utilizar para medir la altura de objetos y características en el suelo con mayor precisión que la tecnología de radar. El LIDAR se puede utilizar para detectar cambios en la superficie del suelo. [10] La teledetección de la vegetación es una de las principales aplicaciones del LIDAR. [11]
  • Los radiómetros y fotómetros son los instrumentos más utilizados, ya que recogen la radiación reflejada y emitida en un amplio rango de frecuencias. Los más comunes son los sensores visibles e infrarrojos, seguidos de los de microondas, rayos gamma y, en raras ocasiones, ultravioleta. También se pueden utilizar para detectar los espectros de emisión de diversas sustancias químicas, lo que proporciona datos sobre las concentraciones de sustancias químicas en la atmósfera.
Ejemplos de equipos de teledetección desplegados o en interfaz con buques de investigación
oceanográfica . [12]
  • Los radiómetros también se utilizan durante la noche, porque las emisiones de luz artificial son una señal clave de la actividad humana. [13] Las aplicaciones incluyen la teledetección de la población, el PIB y los daños a la infraestructura causados ​​por guerras o desastres.
  • Los radiómetros y radares a bordo de los satélites se pueden utilizar para monitorear erupciones volcánicas [14] [15]
  • Los investigadores del Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU . han informado que las imágenes espectropolarimétricas son útiles para el seguimiento de objetivos . Determinaron que los artículos fabricados por el hombre poseen firmas polarimétricas que no se encuentran en los objetos naturales. Estas conclusiones se extrajeron a partir de imágenes de camiones militares, como el Humvee , y remolques con su filtro sintonizable acústico-óptico dual hiperespectral y espectropolarimétrico VNIR Spectropolarimetric Imager. [16] [17]
  • Los pares estereográficos de fotografías aéreas se han utilizado a menudo para hacer mapas topográficos por parte de analistas de imágenes y terrenos en departamentos de transitabilidad y carreteras para rutas potenciales, además de modelar características del hábitat terrestre. [18] [19] [20]
  • Las plataformas multiespectrales simultáneas como Landsat se han utilizado desde la década de 1970. Estos cartógrafos temáticos toman imágenes en múltiples longitudes de onda de radiación electromagnética (multiespectrales) y generalmente se encuentran en satélites de observación de la Tierra , incluido (por ejemplo) el programa Landsat o el satélite IKONOS . Los mapas de cobertura terrestre y uso de la tierra a partir de la cartografía temática se pueden utilizar para prospectar minerales, detectar o monitorear el uso de la tierra, detectar vegetación invasiva, deforestación y examinar la salud de plantas y cultivos autóctonos ( monitoreo de cultivos por satélite ), incluidas regiones agrícolas enteras o bosques. [21] Entre los científicos destacados que utilizan la teledetección para este propósito se incluyen Janet Franklin y Ruth DeFries . Las imágenes Landsat son utilizadas por agencias reguladoras como KYDOW para indicar parámetros de calidad del agua, incluida la profundidad de Secchi, la densidad de clorofila y el contenido total de fósforo. Los satélites meteorológicos se utilizan en meteorología y climatología.
  • Las imágenes hiperespectrales generan una imagen en la que cada píxel tiene información espectral completa y captan bandas espectrales estrechas en un rango espectral contiguo. Los generadores de imágenes hiperespectrales se utilizan en diversas aplicaciones, como mineralogía, biología, defensa y mediciones ambientales.
  • En el marco de la lucha contra la desertificación , la teledetección permite a los investigadores realizar el seguimiento y control de las zonas de riesgo a largo plazo, determinar los factores de desertificación, ayudar a los responsables de la toma de decisiones a definir medidas pertinentes de gestión ambiental y evaluar sus impactos. [22]
  • Las imágenes multiespectrales e hiperespectrales obtenidas por teledetección se pueden utilizar para evaluar la biodiversidad a diferentes escalas. Dado que las propiedades espectrales de las diferentes especies de plantas son únicas, es posible obtener información sobre las propiedades relacionadas con la biodiversidad, como la heterogeneidad del hábitat, la diversidad espectral y los rasgos funcionales de las plantas. [23] [24] [25]
  • La teledetección se ha utilizado para detectar plantas raras y contribuir a las iniciativas de conservación. La predicción, detección y capacidad de registrar las condiciones biofísicas fueron posibles con resoluciones medias a muy altas. [26]
  • Estadísticas agrícolas y ambientales , que generalmente combinan imágenes satelitales clasificadas con datos reales recopilados sobre una muestra seleccionada en un marco de muestreo de área [27]

Geodésica

  • La teledetección geodésica puede ser gravimétrica o geométrica. La recopilación de datos de gravedad aérea se utilizó por primera vez en la detección aérea de submarinos. Estos datos revelaron pequeñas perturbaciones en el campo gravitacional de la Tierra que pueden usarse para determinar cambios en la distribución de masa de la Tierra, que a su vez pueden usarse para estudios geofísicos, como en GRACE . La teledetección geométrica incluye imágenes de posición y deformación mediante InSAR , LIDAR, etc. [28]

Acústico y casi acústico

  • Sonar : sonar pasivo , que escucha el sonido producido por otro objeto (un barco, una ballena, etc.); sonar activo , que emite pulsos de sonido y escucha ecos, utilizado para detectar, medir y determinar la distancia de objetos y terrenos submarinos.
  • Los sismogramas tomados en diferentes lugares pueden localizar y medir terremotos (después de que ocurren) comparando la intensidad relativa y los tiempos precisos.
  • Ultrasonido : Sensores de ultrasonidos, que emiten pulsos de alta frecuencia y escuchan ecos, utilizados para detectar ondas en el agua y el nivel del agua, como en mareógrafos o para remolcar tanques.

Para coordinar una serie de observaciones a gran escala, la mayoría de los sistemas de detección dependen de lo siguiente: la ubicación de la plataforma y la orientación del sensor. Los instrumentos de alta gama ahora suelen utilizar información posicional de los sistemas de navegación por satélite . La rotación y la orientación a menudo se proporcionan con un margen de uno o dos grados con brújulas electrónicas. Las brújulas pueden medir no solo el acimut (es decir, los grados con respecto al norte magnético), sino también la altitud (grados sobre el horizonte), ya que el campo magnético se curva hacia la Tierra en diferentes ángulos en diferentes latitudes. Las orientaciones más exactas requieren orientación asistida por giroscopios , realineada periódicamente mediante diferentes métodos, incluida la navegación a partir de estrellas o puntos de referencia conocidos.

Características de los datos

La calidad de los datos de teledetección consiste en sus resoluciones espaciales, espectrales, radiométricas y temporales.

Resolución espacial
El tamaño de un píxel que se registra en una imagen rasterizada : normalmente, los píxeles pueden corresponder a áreas cuadradas cuya longitud lateral varía entre 1 y 1000 metros (3,3 y 3280,8 pies).
Resolución espectral
La longitud de onda de las diferentes bandas de frecuencia registradas: por lo general, esto está relacionado con el número de bandas de frecuencia registradas por la plataforma. La colección actual de Landsat es de siete bandas, incluidas varias en el espectro infrarrojo , que van desde una resolución espectral de 0,7 a 2,1 μm. El sensor Hyperion en Earth Observing-1 resuelve 220 bandas de 0,4 a 2,5 μm, con una resolución espectral de 0,10 a 0,11 μm por banda.
Resolución radiométrica
El número de intensidades de radiación diferentes que el sensor es capaz de distinguir. Normalmente, oscila entre 8 y 14 bits, correspondientes a 256 niveles de la escala de grises y hasta 16.384 intensidades o "tonos" de color, en cada banda. También depende del ruido del instrumento .
Resolución temporal
Frecuencia de sobrevuelos por satélite o avión, y sólo es relevante en estudios de series temporales o que requieren una imagen promediada o en mosaico como en el seguimiento de la deforestación. Esto fue utilizado por primera vez por la comunidad de inteligencia cuando la cobertura repetida revelaba cambios en la infraestructura, el despliegue de unidades o la modificación/introducción de equipos. La cobertura de nubes sobre un área u objeto determinado hace necesario repetir la recopilación de dicha ubicación.

Proceso de datos

Para crear mapas basados ​​en sensores, la mayoría de los sistemas de teledetección esperan extrapolar los datos de los sensores en relación con un punto de referencia, incluidas las distancias entre puntos conocidos sobre el terreno. Esto depende del tipo de sensor utilizado. Por ejemplo, en las fotografías convencionales, las distancias son precisas en el centro de la imagen, y la distorsión de las mediciones aumenta cuanto más se aleja del centro. Otro factor es que la placa contra la que se presiona la película puede causar errores graves cuando se utilizan fotografías para medir distancias sobre el terreno. El paso en el que se resuelve este problema se llama georreferenciación e implica la comparación asistida por computadora de puntos en la imagen (normalmente 30 o más puntos por imagen) que se extrapola con el uso de un punto de referencia establecido, "deformando" la imagen para producir datos espaciales precisos. A principios de la década de 1990, la mayoría de las imágenes satelitales se venden totalmente georreferenciadas.

Además, puede ser necesario corregir las imágenes radiométricamente y atmosféricamente.

Corrección radiométrica
Permite evitar errores y distorsiones radiométricas. La iluminación de los objetos en la superficie de la Tierra es desigual debido a las diferentes propiedades del relieve. Este factor se tiene en cuenta en el método de corrección de la distorsión radiométrica. [29] La corrección radiométrica proporciona una escala a los valores de los píxeles, por ejemplo, la escala monocromática de 0 a 255 se convertirá en valores de radiancia reales.
Corrección topográfica (también llamada corrección del terreno)
En las montañas escarpadas, como resultado del terreno, la iluminación efectiva de los píxeles varía considerablemente. En una imagen de teledetección, el píxel en la pendiente sombreada recibe una iluminación débil y tiene un valor de radiancia bajo, en contraste, el píxel en la pendiente soleada recibe una iluminación fuerte y tiene un valor de radiancia alto. Para el mismo objeto, el valor de radiancia del píxel en la pendiente sombreada será diferente al de la pendiente soleada. Además, diferentes objetos pueden tener valores de radiancia similares. Estas ambigüedades afectaron gravemente la precisión de la extracción de información de imágenes de teledetección en áreas montañosas. Se convirtió en el principal obstáculo para la aplicación posterior de imágenes de teledetección. El propósito de la corrección topográfica es eliminar este efecto, recuperando la reflectividad o radiancia real de los objetos en condiciones horizontales. Es la premisa de la aplicación cuantitativa de la teledetección .
Corrección atmosférica
Eliminación de la neblina atmosférica mediante el reescalado de cada banda de frecuencia de modo que su valor mínimo (normalmente obtenido en masas de agua) corresponda a un valor de píxel de 0. La digitalización de los datos también permite manipularlos modificando los valores de la escala de grises.

La interpretación es el proceso fundamental para dar sentido a los datos. La primera aplicación fue la de la toma de fotografías aéreas, que utilizaba el siguiente proceso: medición espacial mediante el uso de una mesa de luz , tanto en la cobertura simple convencional como en la estereográfica, y habilidades adicionales como el uso de la fotogrametría, el uso de fotomosaicos, la cobertura repetida y el uso de las dimensiones conocidas de los objetos para detectar modificaciones. El análisis de imágenes es la aplicación automatizada asistida por ordenador desarrollada recientemente y cuyo uso es cada vez mayor.

El análisis de imágenes basado en objetos (OBIA) es una subdisciplina de la ciencia SIG dedicada a dividir las imágenes de teledetección (RS) en objetos de imagen significativos y evaluar sus características a través de una escala espacial, espectral y temporal.

Los datos antiguos obtenidos mediante teledetección suelen ser valiosos porque pueden proporcionar los únicos datos a largo plazo para una gran extensión geográfica. Al mismo tiempo, los datos suelen ser complejos de interpretar y voluminosos para almacenar. Los sistemas modernos tienden a almacenar los datos digitalmente, a menudo con compresión sin pérdida . La dificultad de este enfoque es que los datos son frágiles, el formato puede ser arcaico y los datos pueden ser fáciles de falsificar. Uno de los mejores sistemas para archivar series de datos es la ultraficha legible por máquina generada por computadora , generalmente en fuentes tipográficas como OCR-B , o como imágenes de medios tonos digitalizadas. Las ultrafichas sobreviven bien en bibliotecas estándar, con una vida útil de varios siglos. Se pueden crear, copiar, archivar y recuperar mediante sistemas automatizados. Son casi tan compactas como los medios magnéticos de archivo y, sin embargo, pueden ser leídas por seres humanos con un equipo mínimo y estandarizado.

En términos generales, la teledetección funciona según el principio del problema inverso : aunque el objeto o fenómeno de interés (el estado ) no se pueda medir directamente, existe otra variable que se puede detectar y medir (la observación ) que puede estar relacionada con el objeto de interés mediante un cálculo. La analogía común que se da para describir esto es tratar de determinar el tipo de animal a partir de sus huellas. Por ejemplo, aunque es imposible medir directamente las temperaturas en la atmósfera superior, es posible medir las emisiones espectrales de una especie química conocida (como el dióxido de carbono) en esa región. La frecuencia de las emisiones puede entonces relacionarse mediante la termodinámica con la temperatura en esa región.

Niveles de procesamiento de datos

Para facilitar el debate sobre el procesamiento de datos en la práctica, en 1986 la NASA definió por primera vez varios "niveles" de procesamiento como parte de su Sistema de Observación de la Tierra [30] y desde entonces se han adoptado de forma constante, tanto internamente en la NASA (por ejemplo, [31] ) como en otros lugares (por ejemplo, [32] ); estas definiciones son:

NivelDescripción
0Datos reconstruidos y sin procesar del instrumento y de la carga útil con resolución completa, con todos los artefactos de comunicación (por ejemplo, marcos de sincronización, encabezados de comunicaciones, datos duplicados) eliminados.
1aDatos de instrumentos reconstruidos, sin procesar, con resolución completa, referenciados en el tiempo y anotados con información auxiliar, incluidos coeficientes de calibración radiométrica y geométrica y parámetros de georreferenciación (por ejemplo, efemérides de la plataforma) calculados y adjuntados pero no aplicados a los datos de Nivel 0 (o si se aplican, de manera que el nivel 0 sea completamente recuperable a partir de los datos de nivel 1a).
1bDatos de nivel 1a que se han procesado en unidades de sensores (por ejemplo, sección transversal de retrodispersión de radar, temperatura de brillo, etc.); no todos los instrumentos tienen datos de nivel 1b; los datos de nivel 0 no se pueden recuperar a partir de los datos de nivel 1b.
2Variables geofísicas derivadas (por ejemplo, altura de las olas del océano, humedad del suelo, concentración de hielo) con la misma resolución y ubicación que los datos fuente de Nivel 1.
3Variables mapeadas en escalas de cuadrículas uniformes de espacio-tiempo, usualmente con cierta integridad y consistencia (por ejemplo, puntos faltantes interpolados, regiones completas agrupadas en mosaico a partir de múltiples órbitas, etc.).
4Salida del modelo o resultados de análisis de datos de nivel inferior (es decir, variables que no fueron medidas por los instrumentos sino que se derivan de estas mediciones).

Un registro de datos de nivel 1 es el registro de datos más fundamental (es decir, el de nivel reversible más alto) que tiene una utilidad científica significativa y es la base sobre la que se producen todos los conjuntos de datos posteriores. El nivel 2 es el primer nivel que se puede utilizar directamente para la mayoría de las aplicaciones científicas; su valor es mucho mayor que el de los niveles inferiores. Los conjuntos de datos de nivel 2 tienden a ser menos voluminosos que los de nivel 1 porque se han reducido temporal, espacial o espectralmente. Los conjuntos de datos de nivel 3 son generalmente más pequeños que los conjuntos de datos de nivel inferior y, por lo tanto, se pueden manejar sin incurrir en una gran cantidad de sobrecarga de manejo de datos. Estos datos tienden a ser generalmente más útiles para muchas aplicaciones. La organización espacial y temporal regular de los conjuntos de datos de nivel 3 hace que sea factible combinar fácilmente datos de diferentes fuentes.

Si bien estos niveles de procesamiento son particularmente adecuados para los procesos típicos de procesamiento de datos satelitales, se han definido otros vocabularios de niveles de datos que pueden ser apropiados para flujos de trabajo más heterogéneos.

Aplicaciones

Las imágenes satelitales proporcionan información muy útil para producir estadísticas sobre temas estrechamente relacionados con el territorio, como la agricultura, la silvicultura o la cobertura del suelo en general. El primer gran proyecto en aplicar imágenes Landsata 1 para estadísticas fue LACIE (Large Area Crop Inventory Experiment), dirigido por la NASA, la NOAA y el USDA en 1974-77. [33] [34] Muchos otros proyectos de aplicación en la estimación de la superficie de los cultivos han seguido, incluyendo el proyecto italiano AGRIT y el proyecto MARS del Centro Común de Investigación (JRC) de la Comisión Europea . [35] La estimación de la superficie forestal y la deforestación también han sido un objetivo frecuente de los proyectos de teledetección, [36] [37] lo mismo que la cobertura del suelo y el uso del suelo [38]

Los datos de referencia o de verdad de campo para entrenar y validar la clasificación de imágenes requieren un estudio de campo si nos centramos en cultivos anuales o especies forestales individuales, pero pueden sustituirse por fotointerpretación si buscamos clases más amplias que se puedan identificar de forma fiable en fotografías aéreas o imágenes satelitales. Es importante destacar que el muestreo probabilístico no es fundamental para la selección de píxeles de entrenamiento para la clasificación de imágenes, pero es necesario para la evaluación de la precisión de las imágenes clasificadas y la estimación del área. [39] [40] [41] Se recomienda tener especial cuidado para garantizar que los conjuntos de datos de entrenamiento y validación no estén correlacionados espacialmente. [42]

Supongamos ahora que tenemos imágenes clasificadas o un mapa de cobertura terrestre producido por fotointerpretación visual, con una leyenda de clases mapeadas que se adapta a nuestro propósito, tomando nuevamente el ejemplo del trigo. El enfoque sencillo es contar el número de píxeles clasificados como trigo y multiplicarlo por el área de cada píxel. Muchos autores han notado que el estimador es generalmente sesgado porque los errores de comisión y omisión en una matriz de confusión no se compensan entre sí [43] [44] [45]

La principal ventaja de las imágenes satelitales clasificadas u otros indicadores calculados a partir de imágenes satelitales es que proporcionan información barata sobre toda el área objetivo o la mayor parte de ella. Esta información suele tener una buena correlación con la variable objetivo (verdad de campo) que suele ser costosa de observar de forma imparcial y precisa. Por lo tanto, se puede observar en una muestra probabilística seleccionada en un marco de muestreo de área . La metodología de encuesta tradicional proporciona diferentes métodos para combinar información precisa sobre una muestra con datos menos precisos, pero exhaustivos, para una covariable o proxy que es más barata de recopilar. Para las estadísticas agrícolas, generalmente se requieren encuestas de campo, mientras que la fotointerpretación puede ser mejor para las clases de cobertura terrestre que se pueden identificar de manera confiable en fotografías aéreas o imágenes satelitales de alta resolución. Puede aparecer incertidumbre adicional debido a datos de referencia imperfectos (verdad de campo o similares). [46] [47]

Algunas opciones son: estimador de razón , estimador de regresión, [48] estimadores de calibración [49] y estimadores de área pequeña [38].

Si nos centramos en otras variables, como el rendimiento del cultivo o el área foliar , es posible que necesitemos calcular diferentes indicadores a partir de imágenes, como el NDVI , un buen indicador de la actividad de la clorofila . [50]

Historia

El avión de reconocimiento/vigilancia TR-1
La Mars Odyssey de 2001 utilizó espectrómetros y generadores de imágenes para buscar evidencia de agua y actividad volcánica pasada o presente en Marte.

La disciplina moderna de la teledetección surgió con el desarrollo del vuelo. El aeronauta G. Tournachon (alias Nadar ) tomó fotografías de París desde su globo en 1858. [51] También se utilizaron palomas mensajeras, cometas, cohetes y globos no tripulados para las primeras imágenes. Con la excepción de los globos, estas primeras imágenes individuales no fueron particularmente útiles para la elaboración de mapas o con fines científicos.

La fotografía aérea sistemática se desarrolló con fines de vigilancia y reconocimiento militar a partir de la Primera Guerra Mundial . [52] Después de la Primera Guerra Mundial, la tecnología de teledetección se adaptó rápidamente a aplicaciones civiles. [53] Esto se demuestra en la primera línea de un libro de texto de 1941 titulado "Aerofotografía y aerosurverying", que decía lo siguiente:

"Ya no hay necesidad de predicar a favor de la fotografía aérea -al menos en los Estados Unidos- porque su uso se ha extendido tanto y su valor es tan grande que hasta el agricultor que planta sus campos en un rincón remoto del país conoce su valor."

—James  Bagley, [53]

El desarrollo de la tecnología de teledetección alcanzó su clímax durante la Guerra Fría con el uso de aviones de combate modificados como el P-51 , P-38 , RB-66 y el F-4C , o plataformas de recolección específicamente diseñadas como el U2/TR-1 , SR-71 , A-5 y la serie OV-1 , tanto en recolección aérea como a distancia. [54] Un desarrollo más reciente es el de los módulos de sensores cada vez más pequeños, como los utilizados por las fuerzas del orden y los militares, tanto en plataformas tripuladas como no tripuladas. La ventaja de este enfoque es que requiere una modificación mínima de una estructura de avión determinada. Las tecnologías de imágenes posteriores incluirían el radar infrarrojo, convencional, Doppler y de apertura sintética. [55]

El desarrollo de satélites artificiales en la segunda mitad del siglo XX permitió que la teledetección progresara a escala global a partir del final de la Guerra Fría. [56] La instrumentación a bordo de varios satélites de observación de la Tierra y meteorológicos como Landsat , Nimbus y misiones más recientes como RADARSAT y UARS proporcionaron mediciones globales de diversos datos para fines civiles, de investigación y militares. Las sondas espaciales a otros planetas también han proporcionado la oportunidad de realizar estudios de teledetección en entornos extraterrestres, el radar de apertura sintética a bordo de la nave espacial Magallanes proporcionó mapas topográficos detallados de Venus , mientras que los instrumentos a bordo del SOHO permitieron realizar estudios sobre el Sol y el viento solar , solo por nombrar algunos ejemplos. [57] [58]

Los desarrollos recientes incluyen, a partir de los años 1960 y 1970, el desarrollo del procesamiento de imágenes de imágenes satelitales . El uso del término "teledetección" comenzó a principios de los años 1960 cuando Evelyn Pruitt se dio cuenta de que los avances en la ciencia significaban que la fotografía aérea ya no era un término adecuado para describir los flujos de datos generados por las nuevas tecnologías. [59] [60] Con la ayuda de su compañero de personal en la Oficina de Investigación Naval, Walter Bailey, acuñó el término "teledetección". [61] [62] Varios grupos de investigación en Silicon Valley , incluido el Centro de Investigación Ames de la NASA , GTE y ESL Inc., desarrollaron técnicas de transformada de Fourier que llevaron a la primera mejora notable de los datos de imágenes. En 1999 se lanzó el primer satélite comercial (IKONOS) que recopila imágenes de muy alta resolución. [63]

Formación y educación

La teledetección tiene una importancia cada vez mayor en la sociedad de la información moderna. Representa una tecnología clave en la industria aeroespacial y tiene una importancia económica cada vez mayor: se desarrollan constantemente nuevos sensores, como TerraSAR-X y RapidEye , y la demanda de mano de obra cualificada aumenta de forma constante. Además, la teledetección influye enormemente en la vida cotidiana, desde las previsiones meteorológicas hasta los informes sobre el cambio climático o los desastres naturales . Por ejemplo, el 80% de los estudiantes alemanes utilizan los servicios de Google Earth ; solo en 2006, el software se descargó 100 millones de veces. Pero los estudios han demostrado que solo una fracción de ellos sabe más sobre los datos con los que trabaja. [64] Existe una enorme brecha de conocimiento entre la aplicación y la comprensión de las imágenes satelitales. La teledetección solo juega un papel tangencial en las escuelas, independientemente de las reivindicaciones políticas para fortalecer el apoyo a la enseñanza sobre el tema. [65] Gran parte del software informático desarrollado explícitamente para las lecciones escolares aún no se ha implementado debido a su complejidad. Por tanto, la asignatura no está integrada en el plan de estudios o no supera el paso de la interpretación de imágenes analógicas. De hecho, la asignatura de teledetección requiere una consolidación de conocimientos de física y matemáticas, así como competencias en el ámbito de los medios y los métodos, además de la mera interpretación visual de imágenes de satélite.

Muchos profesores tienen un gran interés en el tema de "teledetección", y están motivados para integrar este tema en la enseñanza, siempre que se tenga en cuenta el plan de estudios. En muchos casos, este estímulo fracasa debido a la información confusa. [66] Para integrar la teledetección de manera sostenible, organizaciones como la EGU o Digital Earth [67] fomentan el desarrollo de módulos de aprendizaje y portales de aprendizaje . Algunos ejemplos incluyen: FIS - Teledetección en lecciones escolares , [68] Geospektiv , [69] Ychange , [70] o Spatial Discovery, [71] para promover las cualificaciones de medios y métodos, así como el aprendizaje independiente.

Software

Los datos de teledetección se procesan y analizan con un software informático, conocido como aplicación de teledetección . Existe una gran cantidad de aplicaciones de código abierto y patentadas para procesar datos de teledetección.

Teledetección con rayos gamma

Existen aplicaciones de los rayos gamma a la exploración minera mediante teledetección. En 1972 se gastaron más de dos millones de dólares en aplicaciones de teledetección con rayos gamma a la exploración minera. Los rayos gamma se utilizan para buscar depósitos de uranio. Al observar la radiactividad del potasio, se pueden localizar depósitos de pórfido de cobre. Se ha descubierto que una alta proporción de uranio a torio está relacionada con la presencia de depósitos hidrotermales de cobre. También se sabe que se producen patrones de radiación sobre los yacimientos de petróleo y gas, pero se pensaba que algunos de estos patrones se debían a los suelos superficiales en lugar de al petróleo y al gas. [72]

Satélites

Seis satélites de observación de la Tierra que componen la constelación de satélites del tren A en 2014.

Un satélite de observación de la Tierra o satélite de teledetección de la Tierra es un satélite utilizado o diseñado para la observación de la Tierra (EO) desde la órbita , incluidos los satélites espía y otros similares destinados a usos no militares, como la vigilancia medioambiental , la meteorología , la cartografía y otros. El tipo más común son los satélites de imágenes de la Tierra, que toman imágenes satelitales , análogas a las fotografías aéreas ; algunos satélites de EO pueden realizar teledetección sin formar imágenes, como en la ocultación por radio GNSS .

La primera aparición de teledetección por satélite se puede fechar con el lanzamiento del primer satélite artificial, Sputnik 1 , por la Unión Soviética el 4 de octubre de 1957. [73] Sputnik 1 envió señales de radio, que los científicos usaron para estudiar la ionosfera . [74] La Agencia de Misiles Balísticos del Ejército de los Estados Unidos lanzó el primer satélite estadounidense, Explorer 1 , para el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA el 31 de enero de 1958. La información enviada desde su detector de radiación condujo al descubrimiento de los cinturones de radiación de Van Allen de la Tierra . [75] La nave espacial TIROS-1 , lanzada el 1 de abril de 1960, como parte del programa del Satélite de Observación Infrarroja de Televisión (TIROS) de la NASA, envió las primeras imágenes de televisión de patrones climáticos tomadas desde el espacio. [73]

En 2008, más de 150 satélites de observación de la Tierra estaban en órbita, registrando datos con sensores pasivos y activos y adquiriendo más de 10 terabits de datos diariamente. [73] Para 2021, ese total había aumentado a más de 950, y el mayor número de satélites eran operados por la empresa estadounidense Planet Labs . [76]

La mayoría de los satélites de observación de la Tierra llevan instrumentos que deben operar a una altitud relativamente baja. La mayoría orbitan a altitudes superiores a 500 a 600 kilómetros (310 a 370 millas). Las órbitas más bajas tienen una resistencia aerodinámica significativa , lo que hace necesarias maniobras frecuentes de reimpulso de órbita. Los satélites de observación de la Tierra ERS-1, ERS-2 y Envisat de la Agencia Espacial Europea, así como la nave espacial MetOp de EUMETSAT, operan a altitudes de aproximadamente 800 km (500 millas). Las naves espaciales Proba-1 , Proba-2 y SMOS de la Agencia Espacial Europea observan la Tierra desde una altitud de aproximadamente 700 km (430 millas). Los satélites de observación de la Tierra de los EAU, DubaiSat-1 y DubaiSat-2 también están colocados en órbitas terrestres bajas (LEO) y proporcionan imágenes satelitales de varias partes de la Tierra. [77] [78]

Para obtener una cobertura global con una órbita baja, se utiliza una órbita polar . Una órbita baja tendrá un período orbital de aproximadamente 100 minutos y la Tierra rotará alrededor de su eje polar unos 25° entre órbitas sucesivas. La trayectoria terrestre se mueve hacia el oeste 25° en cada órbita, lo que permite escanear una sección diferente del globo con cada órbita. La mayoría están en órbitas heliosincrónicas .

Una órbita geoestacionaria , a 36.000 km (22.000 mi), permite a un satélite flotar sobre un punto constante de la Tierra, ya que el período orbital a esta altitud es de 24 horas. Esto permite una cobertura ininterrumpida de más de 1/3 de la Tierra por satélite, por lo que tres satélites, espaciados 120° entre sí, pueden cubrir toda la Tierra. Este tipo de órbita se utiliza principalmente para satélites meteorológicos .

Véase también

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Lectura adicional

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  • Datla, RU; Rice, JP; Lykke, KR; Johnson, BC; Butler, JJ; Xiong, X. (marzo-abril de 2011). "Directrices de mejores prácticas para la caracterización y calibración previas al lanzamiento de instrumentos para teledetección óptica pasiva". Revista de investigación del Instituto Nacional de Normas y Tecnología . 116 (2): 612–646. doi :10.6028/jres.116.009. PMC  4550341 . PMID  26989588.
  • Dupuis, Chloé; Lejeune, Philippe; Michez, Adrien; Fayolle, Adeline (2020). "¿Cómo puede la teledetección ayudar a monitorear la degradación de los bosques húmedos tropicales? Una revisión sistemática". Teledetección . 12 (7): 1087. Bibcode :2020RemS...12.1087D. doi : 10.3390/rs12071087 .
  • Jensen, JR (2007). Teledetección del medio ambiente: una perspectiva de los recursos de la Tierra (2.ª ed.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-188950-7.
  • Jensen, JR (2005). Procesamiento de imágenes digitales: una perspectiva de teledetección (3.ª ed.). Prentice Hall.
  • KUENZER, C. ZHANG, J., TETZLAFF, A., y S. DECH, 2013: Teledetección térmica por infrarrojos de incendios de carbón superficiales y subterráneos. En (eds.) Kuenzer, C. y S. Dech 2013: Teledetección térmica por infrarrojos: sensores, métodos y aplicaciones. Serie de teledetección y procesamiento de imágenes digitales, volumen 17, 572 pp., ISBN 978-94-007-6638-9 , pp. 429–451 
  • Kuenzer, C. y S. Dech 2013: Teledetección infrarroja térmica: sensores, métodos y aplicaciones. Serie de teledetección y procesamiento de imágenes digitales, volumen 17, 572 páginas, ISBN 978-94-007-6638-9 
  • Lasaponara, R. y Masini N. 2012: Teledetección por satélite: una nueva herramienta para la arqueología. Serie de teledetección y procesamiento de imágenes digitales, volumen 16, 364 pp., ISBN 978-90-481-8801-7 . 
  • Lentile, Leigh B.; Holden, Zachary A.; Smith, Alistair MS; Falkowski, Michael J.; Hudak, Andrew T.; Morgan, Penelope; Lewis, Sarah A.; Gessler, Paul E.; Benson, Nate C. (2006). "Técnicas de teledetección para evaluar las características de los incendios activos y los efectos posteriores al incendio". Revista internacional de incendios forestales . 3 (15): 319–345. doi :10.1071/WF05097. S2CID  724358. Archivado desde el original el 12 de agosto de 2014 . Consultado el 4 de febrero de 2010 .
  • Lillesand, TM; RW Kiefer; JW Chipman (2003). Teledetección e interpretación de imágenes (5.ª ed.). Wiley. ISBN 978-0-471-15227-9.
  • Richards, JA; X. Jia (2006). Análisis de imágenes digitales mediante teledetección: una introducción (4.ª ed.). Springer. ISBN 978-3-540-25128-6.
  • Medios relacionados con Teledetección en Wikimedia Commons
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