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Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental - 2013

Sistemas de Información Geográfica1-2013

Teledetección.

Fundamentos básicos (muy básicos) de teledetección.

- Definición.

- Desarrollo histórico.

- Principios físicos.

- Sensores y plataformas.

- Landsat.

- ALOS.

- Aplicaciones.


Sistemas de Información Geográfica1-2013http://marbelo.webs.ull.es/rs1.pdf

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Fundamentos básicos (muy básicos) de teledetección.

- «Ciencia para obtener información acerca de la superficie de la tierra sin entrar en contacto con ella, a través de la detección y grabación de la energía emitida o reflejada por ella; y posteriormente analizando dicha información»




Teledetección.

- Desde un punto de vista más amplio la TD es una técnica similar a las matemáticas, usando sensores para medir la cantidad de radiación interactuando con un objeto geográfico o área desde una distancia y luego extraes información útil aplicando algoritmos matemáticos y estadísticos.

- La TD se correlaciona con otras técnicas de recolección de información espacial, incluyendo cartografía y los SIG.


Sistemas de Información Geográfica1-2013Adaptado de Jensen, 2004.

Teledetección.

- Ejemplos de teledetección:




Principio básico de la teledetección.Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental - 2013



- A: Fuente de energía.

- B: Interacción con la atmósfera.

- C: Interacción con los objetos.

- D: Detección de la energía por el sensor.

- E: Transmisión.

- F: Análisis.

- G: Aplicación.



Desarrollo histórico.

- Ligado al desarrollo tecnológico.

- 1840: globos aerostáticos.

- Finales del siglo XIX: Palomas con cámaras.

- 1909: Fotografías desde aeroplanos.

- Primera Guerra Mundial: reconocimiento aéreo.

- 1920 – 1930: Desarrollo de la fotogrametría y aerofotogrametría.




- 1930: desarrollo de radares en Alemania.

- Segunda guerra mundial: se emplean porciones no visibles del espectro electromagnético.

- 1950: Investigaciones militares.

- 1956: Se aplica fotografía infrarroja en el estudio de enfermedades de las plantas.

- 1960: Se empieza a emplear el término “Remote sensing”




- 1960 – 1970: Se lanza el satélite TIROS, Skylab.

- 1972: Lanzamiento de Landsat 1.

- 1970 – 1980: Avances es procesamiento digital de imágenes.

- 1980 – 1990: Nueva generación de sensores: Landsat 4.

- 1986: SPOT ´de Francia.

- 1980: Desarrollo de sensores hiperespectrales.




- 1990 – Actualidad: Landsat 5 – 8.

- Infinidad de sensores lanzados.

- Hiperespectrales, aumentos en resolución espacial y radiométrica.

- Drones y aplicaciones.



Fundamentos físicos (solo un poquito):

- En teledetección muchos conceptos están implicados, dadas las características de las técnicas utilizadas.- Campo electromagnético.

- Movimiento ondulatorio.

- Formulación cuántica.

- Espectro Electromagnético.

- Leyes de radiación.

- Dinámica atmosférica.

- Climatología.

- Óptica.

- Electrónica……..



La energía electromagnética.

- La radiación electromagnética se produce por la transformación de la energía (cinética, química, térmica, magnética o nuclear).



Radiación.

- La energía electromagnética se emite como ondas.

- La cantidad de energía que un objeto emite es función de su temperatura (Planck).



El espectro electromagnético.

- Sucesión continua de valores de longitudes de onda.

- La radiación electromagnética cubre un amplio rango de longitudes de onda.

- En TD nos interesa la radiación UV (0.3 a 0,4 um)hasta las ondas de radar (10 cm).



El espectro electromagnético.- Bandas de interés.

- Luz visible: 0.4 a 0.7 um.- Azul 0.4 – 0.4 um.- Verde 0.5 – 0.6 um.- Rojo 0.6 – 0.7 um.

- Infrarrojo cercano: 0.7 – 1.3 um.- Infrarrojo medio: 1.3 – 8 um.- Infrarrojo Lejano (térmico): 8 – 14

um.- Microondas: a partir de un

milímetro.- BANDA: longitudes de onda del

espectro, donde la radiación e.mmanifiesta un comportamiento similar.



Términos de utilidad.

- Energía radiante:



Las interacciones con la radiación electromagnética.

- Los objetos interactúan de distinta forma con la radiación que reciben en función de su naturaleza.

- Los cuerpos de agua absorben radiación en determinadas longitudes de onda y emiten en otras.

- Los glaciares absorben cierto tipo de radiación y emiten otro tipo.




Sistemas de Información Geográfica1-2013http://www.um.es/geograf/sigmur/temariohtml/node24_tf.html

Absortividad

http://www.um.es/geograf/sigmur/temariohtml/node24_tf.html

El espectro electromagnético.

- Independientemente de la radiación que emitan, todos los objetos reciben radiación (principalmente del sol, en la tierra).

- La radiación puede:- Reflejarse.

- Absorberse.

- Transmitirse.

- La fracción que se refleja se denomina reflectividad (r) y la que absorbe absortividad (a),la que se transmite se llama transmisividad (t).


Sistemas de Información Geográfica1-2013http://www.um.es/geograf/sigmur/temariohtml/node24_tf.html


Interacción de la radiación con los objetos.

- Los valores de p, t y a de un cuerpo en concreto dependen de la longitud de onda de la radiación y de la naturaleza del cuerpo.



Objeto r t a

Atmósfera despejada

Muy baja Depende de la longitud de onda

Depende de la longitud de onda

Nubes Muy alta en el visible



Agua Muy baja en todas las longitudes



Superficie terrestre

Muy variable Nulo Muy variable



Interacción con la radiación.

- Cada cuerpo responde de forma única ante la radiación a una determinada longitud de onda (firma espectral).

- Conocer el comportamiento reflectivo de cada cubierta a una determinada longitud de onda permite discriminarla de otras.

- En la región visible, un cuerpo toma el color de la radiación que refleja, por ejemplo una cubierta es azul, si refleja la energía de esa banda y absorbe el resto.


Sistemas de Información Geográfica1-2013Chuvieco, 2010


Sistemas de Información Geográfica1-2013http://www.ual.es/~gilmanza/presentacion/p2.pdf

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Firma espectral.

- La nieve refleja mucho en el espectro visible (por eso su color blanco).

- El agua absorbe casi toda la radiación que recibe, conforma aumenta la longitud de onda.

- La vegetación tiene un comportamiento variado, baja reflectividad en el visible, altos valores en el infrarrojo cercano y menores en el IR medio. Además depende del vigor de la cubierta.



Interacción de la vegetación.

- Las variaciones de la firma espectral de dan por diversos factores:

- Pigmentos en las hojas: clorofilas, xantofilas, carotenos, existe variación estacional, hojas cafés en otoño.

- Contenido de humedad, las hojas secas, reflejan menos en el infrarrojo.

- Cualquier tipo de estrés en la vegetación, puede modificar la respuesta espectral.



Interacción de la vegetación.

- La vegetación sana tiene un pico de reflectividad en el verde.

- Cuando una planta se enferma, pierde actividad clorofílica, aumentando la reflectividad en las bandas azul y roja, disminuyendo el máximo en el verde haciendo que las hojas se vean amarillas.

- En el infrarrojo la reflectividad diminuye y se producen curvas planas, que se pueden asociar a vegetación enferma o senescente.



Interacción del suelo.

- Presentan curvas mas planas (en suelos desnudos).

- Comportamiento uniforme.

- Función de la composición química del suelo, la textura, la estructura y el contenido de humedad del mismo.



Interacción del agua.

- La mayor reflectividad se produce en el azul.

- Los cuerpos de agua absorben o transmiten mucha de la energía que reciben.

- En el infrarrojo la reflectividad es casi nula.

- En la banda del IR cercano la reflectividad es casi nula, por ende son muy notorios los cuerpos de agua en esta banda.

- Adicionalmente la firma se relaciona con el contenido de los cuerpos de agua, la profundidad, agua con elementos en suspensión aumenta la reflectividad en todas las bandas del visible.



Firma espectral.

- Las firmas pueden variar en el tiempo.

- Con las firmas se puede distinguir entre tipos de cubiertas (tipos de vegetación, nieve –hielo, cuerpos de agua, entre otras).

- Se pueden obtener:

- Con un radiómetro.

- De una biblioteca espectral.

- Con simulaciones físicas y modelos.



Sensores y satélites.



Tipos:

- Pasiva: Se detecta la radiación natural reflejada o emitida por un objeto.- Landsat, ASTER…..

- Activa: Los aparatos emiten energía hacia el objeto de interés y recogen posteriormente la energía reflejada por el objeto estudiado.- Radar.



http://www.nrcan.gc.ca/earth-sciences/geography-boundary/remote-sensing/fundamentals/1212

http://www.nrcan.gc.ca/earth-sciences/geography-boundary/remote-sensing/fundamentals/1212

Resoluciones:

- Todos los sistemas de sensores remotos poseen 4 tipos de resolución:

- Resolución espacial.

- Resolución Espectral.

- Resolución Temporal.

- Resolución Radiométrica.



Resolución espacial.

- Define el nivel de detalle espacial de una imagen.

- Se puede describir como una de medida de la pequeñez de los objetos que pueden ser distinguidos como objetos individuales. En este sentido se refleja directamente en el tamaño de pixel de la imagen.

- El tamaño de pixel es usualmente función de la plataforma y del sensor.



Resolución espacial.- La resolución entre los sensores es muy

variada.

- Desde resoluciones muy finas (cercanas al metro) hasta a algunos kilómetros (satélites meteorológicos).

- La resolución espacial está ligada con la escala del trabajo y la fiabilidad obtenida con la interpretación.



Resolución espacial.Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental - 2013


Landsat 7

OrbView

Resolución espectral.- Como se mencionó diferentes materiales

responden en diferentes formas a la radiación.

- Esto significa que se puede determinar una respuesta específica para cada material.

- Se refiere al número y al ancho de las ventanas espectrales que puede discriminar el sensor.

- A mayor cantidad de bandas y menor ancho, la resolución espectral aumenta.



Resolución espectral.- La resolución es función del satélite usado.

- Desde una banda pancromática (r+g+b).

- 3 bandas SPOT (r,g,b).

- 7 bandas LandSat (r, g, b, SWIR, IR, IRt, pancromática).

- 220 bandas Hyperion (muchas bandas).

- Más bandas permiten una mejor discriminación, con firmas espectrales más detalladas.



Resolución temporal.

- Es la frecuencia con la que el satélite visita una misma zona geográfica.

- Landsat visita el mismo sitio cada 16 días.

- Esto permite el seguimiento de fenómenos en función de su escala temporal.

- Un derrame de petróleo no tiene el mismo ámbito temporal que la deforestación de la amazonía por ejemplo.



Resolución radiométrica.

- Número de intensidades que el sensor es capaz de distinguir, se mide en bits.

- Landsat posee 8 bits de resolución radiométrica, quiere decir que el sensor de Landsat puede «sentir» 256 intensidades de la energía recibida (28 niveles)

- Hay sensores con resoluciones superiores: 14 bits.



Teledetección y SIG.

- Una imagen satelital o una imagen escaneada, es solo un raster si no se georreferencia.

- Cuando se provee de referencia espacial a una imagen, se puede explotar la información que contiene en un entorno SIG y aprovechar las ventajas que ofrecen.



Proceso clásico de tratamiento de una imagen

- Corrección geométrica: Georreferenciación.

- Corrección atmosférica: Elimina las distorsiones de la atmósfera.

- Interpretación.

- Cambio de variables.

- Aplicación.


Sistemas de Información Geográfica1-2013http://www.um.es/geograf/sig/teledet/

http://www.um.es/geograf/sig/teledet/

Práctica.

- Fuentes de información.

- LandSat.

- EarthExplorer.

- Glovis.

- Descargar una imagen.

- Descomprimir una imagen.

- Combinar una banda.

- SRC de una imagen.



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