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Fase 3. Sensoria Remota. Desarrollo y aplicaciones en los Sistemas de Información Geográfica. Elemento de competencia: Relaciona y establece los conocimientos y herramientas de los SIG-Teledetección en la integración de proyectos de investigación, vinculados con la evaluación de los...

Fase 3. Sensoria Remota. Desarrollo y aplicaciones en los Sistemas de Información Geográfica. Elemento de competencia: Relaciona y establece los conocimientos y herramientas de los SIG-Teledetección en la integración de proyectos de investigación, vinculados con la evaluación de los recursos naturales, infraestructura. 6. Teledetección. 6.1. Definición. Definiendo percepción remota o teledetección Adquisición de información o propiedad de un objeto o fenómeno, por medio de un aparato de grabación que no está en contacto físico con el objeto o fenómeno de estudio (ASPRS 1983). Adquisición de información acerca de la condición o estado de un blanco, por medio de un sensor que no está en contacto con este blanco (Asrar 1989). 6. Teledetección. 6.1. Definición. Definiendo percepción remota o teledetección El término de “percepción remota” fue acuñado por geógrafos en la “Office of Naval Reseach” en los Estados Unidos en los 60`s. Definición robusta: Percepción remota es la adquisición de datos de un objeto sin tocarlo. 6. Teledetección. 6.1. Definición. Definiendo percepción remota o teledetección Definición detallada: percepción remota es la grabación (sin contacto con el objeto) de información contenida en las regiones ultravioleta, visible, infrarroja, y de microondas de las regiones del espectro electromagnético por medio de instrumentos tales como cámaras, scanner, láseres, arreglos lineales, y arreglos de áreas, ubicados en plataformas tales como aeronaves o satélites, y el análisis de la información adquirida se lleva a cabo mediante procesamiento visual y digital. 5 6. Teledetección. 6.2. Aspectos Históricos. Historia de la Teledetección La idea y la práctica de la teledetección se desarrollaron por primera vez en la década de 1840, cuando se comprendió que se podía obtener una vista diferente y quizás más reveladora de un paisaje en particular tomando una fotografía desde un punto de vista, como una pendiente o un edificio, y se hicieron esfuerzos para mirar hacia abajo a la superficie de la Tierra tomando fotografías con la ayuda de cámaras aseguradas a globos atados. Con fines de cartografía topográfica. 6. Teledetección. 6.2. Aspectos Históricos. 8 6. Teledetección. 6.3. Principios Físicos. 6. Teledetección. 6.3. Principios Físicos. 6. Teledetección. 6.3. Principios Físicos. 6. Teledetección. 6.3. Principios Físicos. Las ondas electromagnéticas son energía transportada a través del espacio en forma de perturbaciones periódicas de campos eléctricos y magnéticos. Todas las ondas electromagnéticas viajan a través del espacio a la misma velocidad, c = 2.99792458 x 108 m/s, comúnmente conocida como la velocidad de la luz. Una onda electromagnética se caracteriza por una frecuencia y una longitud de onda. Estas dos cantidades están relacionadas con la velocidad de la luz por la ecuación: velocidad de la luz = frecuencia x longitud de onda 6. Teledetección. 6.3. Principios Físicos. 6. Teledetección. 6.3. Principios Físicos. 6. Teledetección. 6.3. Principios Físicos. 6. Teledetección. 6.3. Principios Físicos. 6. Teledetección. 6.3. Principios Físicos. 6. Teledetección. 6.3. Principios Físicos. 19 6. Teledetección. 6.4. Componentes de un Sistema de Teledetección. 21 6. Teledetección. 6.5. El Espectro Electromagnético. mm – presentado en fisiografía y climas mm – NASA. 23 6. Teledetección. 6.6. Principios y Leyes de la Radiación Electromagnética. Instrumento LANDSAT En el caso la teledetección la interacción que se produce va a ser un flujo de radiación que parte de los objetos y se dirige hacia el sensor. Radiación solar reflejada por los objetos(luz visible e infrarrojo reflejado). Este flujo puede ser, en Radiación terrestre emitida por los cuanto a su origen, de objetos (infrarrojo térmico). tres tipos: Radiación emitida por el sensor y reflejada por los objetos (radar). 6. Teledetección. 6.6. Principios y Leyes de la Radiación Electromagnética. Naturaleza de la radiación. El módelo de onda asume que la radiación se produce en forma de ondas que resultan de oscilaciones en los campos eléctrico y magnético La radiación electromagnética en las inmediaciones de los objetos puede ser explicada a partir de y se desplazan por el espacio a la dos modelos aparentemente velocidad de la luz. Las ondas se contradictorios y en el fondo definen fundamentalmente por su complementarios. longitud () o distancia entre dos picos de onda (se mide en μm, es decir 10−6 metros). 6. Teledetección. 6.6. Principios y Leyes de la Radiación Electromagnética. Naturaleza de la radiación. El modelo de partícula asume que la energía viaja como un flujo de elementos discretos: los fotones. La energía transportada por cada La radiación electromagnética fotón (Q) depende de la longitud de puede ser explicada a partir de onda, de este modo ambos modelos dos modelos aparentemente se relacionan mediante la ecuación: contradictorios y en el fondo complementarios. Donde h es la constante de Planck (6,626x10−34Js) y c la velocidad de la luz (300000m/s). La ecuación implica que a menor longitud de onda mayor es la energía transportada por la radiación. 6. Teledetección. 6.6. Principios y Leyes de la Radiación Electromagnética. 6. Teledetección. 6.6. Principios y Leyes de la Radiación Electromagnética. 6. Teledetección. 6.6. Principios y Leyes de la Radiación Electromagnética. 6. Teledetección. 6.6. Principios y Leyes de la Radiación Electromagnética. 6. Teledetección. 6.6. Principios y Leyes de la Radiación Electromagnética. 6. Teledetección. 6.6. Principios y Leyes de la Radiación Electromagnética. 6. Teledetección. 6.6. Principios y Leyes de la Radiación Electromagnética. 34 6. Teledetección. 6.7. Interacciones de Energía. Todos los objetos, con independencia de la radiación que emitan, recibirán radiación emitida por otros cuerpos, principalmente del Sol. Reflejarse (la radiación es En relación con el objeto sobre el reenviada al espacio). que es emitida, esta radiación Absorberse (la radiación puede: incrementa la energía del objeto). Transmitirse (la radiación se transmite hacia abajo a otros objetos). ρ+α+τ=1 6. Teledetección. 6.7. Interacciones de Energía. Elementos que intervienen en la teledetección (A) Fuente de energía o iluminación: el primer requisito para la teledetección es tener una fuente de energía que ilumine o proporcione energía electromagnética al objetivo de interés. (B) La radiación y la atmósfera: a medida que la energía viaja desde su fuente hasta el objetivo, entrará en contacto e interactuará con la atmósfera por la que pasa. Esta interacción puede tener lugar por segunda vez a medida que la energía viaja desde el objetivo hasta el sensor. 6. Teledetección. 6.7. Interacciones de Energía. (C) Interacción con el objeto una vez que la energía llega al objetivo a través de la atmósfera, interactúa con el objetivo dependiendo de las propiedades tanto del objetivo como de la radiación. (D) Registro de energía por el sensor después de que la energía haya sido dispersada o emitida por el objetivo, requerimos un sensor (remoto, no en contacto con el objetivo) para recolectar y registrar la radiación electromagnética. 6. Teledetección. 6.7. Interacciones de Energía. (E) Transmisión, recepción y tratamiento la energía registrada por el sensor debe transmitirse, a menudo en forma electrónica, a una estación de recepción y procesamiento donde los datos se procesan en una imagen (impresa y/o digital). (F) Interpretación y análisis la imagen procesada se interpreta, visual y/o digital o electrónicamente, para extraer información sobre el objetivo que se iluminó. 6. Teledetección. 6.7. Interacciones de Energía. (G) Aplicación el elemento final del proceso de teledetección se logra cuando aplicamos la información que hemos podido extraer de las imágenes sobre el objetivo para comprenderlo mejor, revelar información nueva o ayudar a resolver un problema en particular. 6. Teledetección. 6.8. Interacciones de Energía. Atmósfera. 6. Teledetección. 6.9. Interacciones de Energía. Agua.  6. Teledetección. 6.10. Interacciones de Energía. Roca (Litósfera). CARTOGRAFIADO GEOLÓGICO Y ESTRUCTURAL Cartografía de: unidades litológicas, geomorfológicas, estructuras regionales y locales (fallas, lineamientos). Litología Fallas y lineamientos Estructural y morfología 6. Teledetección. 6.10. Interacciones de Energía. Roca (Litósfera). CARTOGRAFIADO GEOLÓGICO Y ESTRUCTURAL ❖ Imágenes satelitales del sensor ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) Litología ASTER, RGB: Qi,Ci,Mi Fuente: Cutipa et al., 2014 6. Teledetección. 6.10. Interacciones de Energía. Roca (Litósfera). GEOLOGÍA AMBIENTAL Y RIESGO GEOLÓGICO Cartografiado y seguimiento de Detección peligros geológicos de cambio Seguimiento de la deformación del suelo Series temporales de fenómenos geológicos. Monitoreo ambiental. Deformación del suelo - INSAR Monitoreo de minería ilegal 6. Teledetección. 6.11. Interacciones de Energía. Suelo. Aplicación de la teledetección en la agricultura Identificación de cultivos Detección, diagnóstico y control de enfermedades de las plantas Estimación del rendimiento Análisis del suelo Mapeo de suelos Mapeo de la cobertura del suelo 6. Teledetección. 6.11. Interacciones de Energía. Suelo. 6. Teledetección. 6.12. Interacciones de Energía. Vegetación. Porcentaje de reflectancia entre planta sana y una enferma o con estrés. 6. Teledetección. 6.12. Interacciones de Energía. Vegetación. Diferencia de valor NDVI calculado. 6. Teledetección. 6.12. Interacciones de Energía. Vegetación. 9 principales índices de vegetación más usados en teledetección. NDVI o Índice de vegetación de diferencia normalizada Índice SAVI (Soil Adjusted Vegetation Index) Índice EVI (Enhanced Vegetation Index) Índice NBR (Normalized Burn Ratio) Índice GLI (Green Leaf Index) Índice GCL (Green Chlorophyll Index) Índice RGR (Red Green Ratio): Índice SIPI (Structure Insensitive Pigment Index) Análisis multitemporales de vegetación 6. Teledetección. 6.12. Interacciones de Energía. Vegetación. NDVI o Índice de vegetación de diferencia normalizada El NDVI, es un índice usado para trabajar la identificación y desarrollo de la vegetación gracias a la medición (por medio de sensores remotos instalados en los satelites) de la intensidad de la radiación de la banda del infrarrojo del espectro electromagnético en la que la vegetación emite o refleja según su su estado de salud. Puedes obtenerlo a través de la siguiente relación de bandas NDVI= (NIR-RED) / (NIR + RED) 6. Teledetección. 6.12. Interacciones de Energía. Vegetación. NDVI o Índice de vegetación de diferencia normalizada El NDVI está ligado a diversos factores. Uno de los más interesantes es la fenología de las masas vegetales o su estado de salud, pudiendo reconocer vegetación en crecimiento, vegetación sana o vegetación dañada por un incendio. Aunque el NDVI siempre adquiere un intervalo fijo de valores (entre -1 y 1), existen múltiples factores que pueden influir en sus valores, como las condiciones atmosféricas, la exposición del suelo o la situación fenológica de las masas vegetales. 6. Teledetección. 6.12. Interacciones de Energía. Vegetación. Índice SAVI (Soil Adjusted Vegetation Index) SAVI = ((NIR – RED) / (NIR + RED + L)) * (1+L) El parámetro L dependerá de la densidad vegetal y permitirá corregir el problema de influencia del suelo ofrecido por el índice NDVI. Por defecto el valor empleado es 0,5 para vegetaciones intermedias. Valores próximos a 0 mostrarán índices equivalentes al NDVI para vegetación de gran densidad. Valores próximos a 1 ayudarán amortiguar la influencia del suelo en condiciones de vegetación en desarrollo o con baja densidad. 6. Teledetección. 6.12. Interacciones de Energía. Vegetación. Índice EVI (Enhanced Vegetation Index) EVI = 2,5 * ((NIR – RED) / ((NIR) + (C1 * RED) – (C2 * BLUE) + L)) EVI es un índice más propio de bandas MODIS que trabaja las bandas rojo y azul del visible para corregir el efecto de la atmósfera junto al factor L para corregir la influencia del suelo. Además del factor L emplea dos parámetros adicionales constantes C (C1=6, C2=7.5,) 6. Teledetección. 6.12. Interacciones de Energía. Vegetación. Índice NBR (Normalized Burn Ratio) NBR = (NIR – SWIR) / (NIR + SWIR) La vegetación ofrece comportamientos opuestos entre el SWIR y el NIR cuando se trata de vegetación sana o vegetación afectada por un incendio. El índice de calcinación NBR puede ayudarte a identificar zonas vegetales afectadas por incendios y, en base a su valor, determinar el nivel de afección vegetal por la severidad del incendio. Es un indicador a considerar cuando la zona de estudio ha sufrido un incendio y se encuentra en fase de regeneración. Cuanto mayor diferencia entre valores SWIR y NIR existan, mayor severidad de incendio y mayor daño en la estructura vegetal presentará tu zona de trabajo. Sin duda alguna, es uno de los índices más trabajados técnicamente a la hora de delimitar y evaluar superficies de hábitats afectados por incendios y su consiguiente análisis del impacto sobre la biodiversidad y los espacios naturales protegidos. 6. Teledetección. 6.12. Interacciones de Energía. Vegetación. Índice GLI (Green Leaf Index) GLI = (GREEN – RED) + (GREEN – BLUE) / (2*GREEN) + RED + BLUE El índice GLI es un estupendo índice cuando no dispongas de las bandas de trabajo originales y cuentes con imágenes RGB básicas a color natural, ya sea proveniente de vuelos aéreos o imágenes de drones. A través de las bandas del rojo, verde y azul de la imagen podrás discriminar zonas vegetales, aunque deberás de ser cuidadoso si existen zonas de sombra ya que el índice es especialmente sensible al color y te mostrará zonas de oscuridad como zonas de vegetación. Valores positivos harán alusión a estructuras vegetales mientras valores negativos identificarán el resto de elementos territoriales. 6. Teledetección. 6.12. Interacciones de Energía. Vegetación. Índice GCL (Green Chlorophyll Index) GCL = (NIR) / (GREEN) – 1 El índice GCL se centra en la cantidad de clorofila en la vegetación, por lo que resulta interesante para analizar las masas vegetales desde un punto de vista fenológico. La presencia de clorofila en la estructura vegetal varía con las estaciones del año o el estrés al que esté sometida. 6. Teledetección. 6.12. Interacciones de Energía. Vegetación. Índice RGR (Red Green Ratio): RGR = (RED) / (GREEN) Resulta útil para los casos de masas vegetales que generan enrojecimiento de la estructura vegetal como mecanismo de defensa ante el exceso de luz ultravioleta o por degradación de clorofila durante periodos fenológicos como el otoño. 6. Teledetección. 6.12. Interacciones de Energía. Vegetación. Índice SIPI (Structure Insensitive Pigment Index) SIPI = (800nm – 445nm) / (800nm – 680nm) El dosel vegetal no se distribuye de manera regular. El índice SIPI te ayudará a obtener un índice NDWI adaptado a las variaciones de la estructura del dosel vegetal, pudiendo trabajar con la banda NIR y longitudes de onda próximas al azul y el rojo. Bajo este índice deberás prestar cierta atención a las bandas ya que algunos sensores operan bajo longitudes de onda cercanas al azul y al rojo debiendo recurrir a bandas inferiores o superiores o directamente las bandas del visible como alternativa. 6. Teledetección. 6.12. Interacciones de Energía. Vegetación. Análisis multitemporales de vegetación En ocasiones, la presencia de vegetación, no es lo más importante. Contar con un índice que te ayude a identificar aspectos temporales (momento temporal de presencia vegetal) frente a aspectos cualitativos (agua, suelo desnudo y vegetación) puede resultar casi tan importante durante los análisis cartográficos basados en series temporales. Para ello puedes generar un indicador basado en una composición RGB de tres imágenes temporales vinculadas a un índice vegetal específico.