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Una Introducción a la Percepción Remota
Curso de Capacitación en Percepción Remota (NASA)Geo Latin America and Caribbean Water Cycle capacity Building Workshop
Cartagena, Colombia, 28-29 de Noviembre, 2011
ARSETARSET
AApplied pplied RRemote emote SSensing ensing EEducationducation andand TTrainingraining(Educación y Capacitación en Percepción Remota Aplicada)(Educación y Capacitación en Percepción Remota Aplicada)Un proyecto del Programa de Ciencias Aplicadas de la NASAUn proyecto del Programa de Ciencias Aplicadas de la NASA
Qué es la Percepción Remota?El método de percepción remota es una manera de obtener información sobre las propiedades de un objeto que no está en contacto directo con el dispositivo que toma las medidas.
Por qué usar Percepción Remota para estudiar la Tierra?
• Provee información visual global
• Complementa las observaciones de las redes de monitoreo terrestres o provee información donde no hay observaciones desde tierra.
• Permite advertir con anticipación eventos y desastres ambientales inminentes.
Cómo obtienen las mediciones los Satélites?
• Los sensores satelitales pasivos miden la radiación reflejada o emitida por el sistema tierra-atmósfera • Radiancia
• La Radiancia es convertida a un parámetro geofísico.
• Ejemplos:• Precipitación en forma de
Lluvia Acumulada• Cobertura de Nieve
Precipitación en forma de Lluvia Acumulada, Guatemala
Un Producto de Percepción RemotaRadar de Precipitación de TRMM
(Guatemala)
Tipos de Orbitas SatelitalesOrbita Geoestacionaria
Sobre la tierra a ~36000 km de altitud
Medidas frecuentes
Cobertura Espacial Limitada
Baja Orbita Terrestre (LEO por sus siglas en inglés)
- Polar (Aqua, Terra) - No polar (TRMM)
Orbita circular alrededor de la tierra a 160-2000 km de altitud
Medidas menos frecuentes (<2 veces por día)
Cobertura Espacial Amplia (global)
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Baja Orbita Terrestre (LEO):Orbitan a una altitud de 160-2,000 km.
Camino del Satellite
Baja Orbita Terrestre (LEO)
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Orbita Ascendente:El satélite se está moviendo del Sur al Norte cuando esa porción de la órbita cruza el ecuador.
Baja Orbita Terrestre:Orbitan a una altitud de 160-2,000 km.
Baja Orbita Terrestre (LEO)
Camino del Satellite
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Orbita Descendente:El satélite se está moviendo del Norte al Sur cuando esa porción de la órbita cruza el ecuador.
Baja Orbita Terrestre (LEO)
Aqua (órbita “ascendente”) durante el día
Terra (órbita “descendente”) durante el día
Baja Orbita Terrestre polar
• Cercana a los polos, helio-sincrónica, orbita la Tierra cada 98.8 minutos, cruza el ecuador en dirección Norte (órbita ascendente de día) a la 1:30 p.m. y en dirección Sur (órbita descendente de noche) a la 1:30 a.m.
• El camino de la órbita cambia todos los días pero se repite en ciclos de 16 días. Esto es cierto para Aqua, Terra, y TRMM
Orbita de AquaOrbita de Aqua
Terra - Descendente Aqua - Ascendente
En una parte de la órbita, los dos sensores producen imágenes con inclinaciones opuestas.
Orbitas durante el DíaOrbitas durante el Día
TRMM (órbita “ascendente”)
Baja Orbita Terrestre no polar
La órbita baja de TRMM permite que sus instrumentos se concentren en los trópicos. Esta imagen muestra la mitad de las observaciones de un día de TRMM.
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Satélites que Observan la Tierra
Helio-Sincrónico:El satélite siempre está en la misma posición relativa entre la tierra y el sol..
Tiempo de Cruce del Ecuador:El tiempo local aparente solar cuando el satélite cruza el ecuador.
Ejemplo: Terra tiene un tiempo de cruce del ecuador de 10:30 am, y se le llama “AM” o satélite de mañana.
La órbita permite un campo de visión
en dirección transversal a y a lo largo de la misma.
Dirección del Movimiento del Satélite
A lo largo
Dirección Transversal
Campo de Visión de Baja Orbita Terrestre (FOV por sus siglas en inglés)
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Escaneo Transversal
En el “Escaneo Transversal”, un espejo de escaneo oscila a lo largo de la trayectoria sub-orbital.
El sensor observa los píxeles secuencialmente en dirección transversal y a lo largo de la dirección del movimiento del satélite.
Satélites que Observan la TierraDirección del Movimiento del Satélite
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Dirección del Movimiento del SatéliteLos satélites en Orbitas Bajas tienen solamente un Campo de Visión Instantáneo (IFOV por sus siglas en inglés)
Campo de Visión de Baja Orbita Terrestre
Orbita de MODIS en 3D
Resoluciones de Percepción Remota
• Resolución Espacial
• Resolución Temporal • Resolución Espectral
• Resolución Radiométrica
Resolución Espacial
Resolución Espacial: una definición simple es:
• tamaño de pixel que las imágenes satelitales cubren.
La información en las imágenes satelitales se organiza en filas y columnas (“raster imagery”), donde cada pixel tiene una resolución espacial determinada.
Tamaño de pixelen la dirección del NadirTamaño de pixel
fuera de la dirección del Nadir
FOVFOV IFOVIFOV
altura del altura del satélitesatélite
proyección cilíndrica isotrópica
Perspectiva del satélite vs. proyección de mapa
Tamaño de pixel crece
Dirección de VueloDirección de Vuelo
Dir
ecc
ión
de
Dir
ecc
ión
de
Esc
an
eo
Esc
an
eo
Efecto “BowTie”Efecto “BowTie”
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Resolución Espacial de Productos de Datos Satelitales de la NASA
Resolución Espacial Alta250x250m; 500x500 m; 1x1 km; 0.05x0.05 gradosEjemplo: Imágenes en Color Verdadero - MODIS (RGBs) Resolución Espacial Moderada 0.25x0.25 gradosEjemplo: productos de precipitación de TRMM
Resolución Espacial Baja (Nivel 3)Principalmente a una resolución de 1 x 1 grados - derivado de cada producto de resolución original del conjunto de datos.Ejemplo: temperatura de la superficie del aire - AIRS
Un ejemplo de un Producto de Alta Resolución Espacial de la NASA
Resolución de 2x2 km MODIS TERRA
Imagen de Color Verdadero sobre el Sur de California
4 de Enero 2009
Fuente: NASA GSFC Rapidfire AERONET Subset de Fresno, CA
Un ejemplo de un Producto de Resolución Espacial Moderada de la NASA
0.25x0.25 grados TRMM
Precipitación en forma de Lluvia acumulada sobre Guatemala
Un ejemplo de un Producto de Resolución Espacial Baja de la NASA
MERRA Precipitación de agua en forma de lluvia por mes 1.25 x 1.25 grados
Resolución Temporal de los Datos de Percepción Remota
• La frecuencia con la que los datos son obtenidos es determinada por:
- El tipo y altura de la órbita- El tamaño de la franja de observación
Resolución Temporal de Satélites en Orbita Polar
Ejemplos: Terra, Aqua
• Las observaciones están disponibles solamente en el momento en que pasa el satélite.
• Observaciones basadas en IR: disponibles 2 veces por día (AIRS)
• Observaciones en el rango visible: disponibles 1 vez por día
• Las regiones polares pueden tener varias observaciones por día
Resolución Temporal de Satélites en Orbita no Polar
Ejemplo: TRMM
• Las observaciones están disponibles solamente en el momento en que pasa el satélite.
• Observaciones disponibles menos de 1 vez por día
• Nota: productos derivados disponibles cada 3 horas
Percepción Remota – Resoluciones
Resolución Espectral – Número y rango de bandas espectrales.
Más bandas = Más información
Resolución Radiométrica – Ancho de banda de cada banda espectral individual. Importante para evitar o aprovechar las “ventanas atmosféricas”
Niveles de Procesamiento de los Datos Satelitales y Formatos
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Nivel 1 Datos Fuente: L1a son cuentas de radiancia sin calibrar y L1b son radiancias calibradas (después de aplicar la calibración a L1a)
Nivel 2 Variables geofísicas derivadas a la misma resolución y posición que los datos fuente de Nivel 1 (después de aplicar corrección atmosférica, etc.)
Nivel 2G Datos guardados de Nivel 2 proyectados en una grilla uniforme de espacio y tiempo (Ejemplo: NO2 Troposférico de OMI a una resolución de 0.25x0.25 grados)
Nivel 3 Variables geofísicas proyectadas en una grilla uniforme de espacio y tiempo en resoluciones espaciales y/o temporales derivadas (Ejemplo: Temperatura de MODIS a una resolución de 1x1 grados)
Niveles de Procesamiento de Datos
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• Los productos de datos de Nivel 1 y Nivel 2 tienen las resoluciones espaciales y temporales más altas.
• Los productos de Nivel 3 son productos derivados con resolución espacial y temporal igual o menor a la de los productos de Nivel 2. Están disponibles por hora, por día, y algunos por mes.
Niveles de Procesamiento de Datos y Resolución Espacial
Productos de Nivel 1
Productos de Nivel 2
Menos Procesamiento
Más Procesamiento
Datos Orbitales
Productos de Nivel 3
Combinaciones globales de productos de Nivel 2
Usados para producir
Usados para producir
Niveles de Procesamiento de Datos
Datos Orbitales
Más Control del Usuario
Menos Control del Usuario
Más difícil de usar
Más fácil de usar
Niveles de Procesamiento de Datos
Combinaciones globales de productos de Nivel 2
Productos de Nivel 1
Productos de Nivel 2
Productos de Nivel 3
Usados para producir
Usados para producir
Datos Orbitales
Datos Orbitales
Ejemplo de Nivel 2: Radar de Precipitación en Guatemala
TRMM (4x4 km)
Ejemplo de Nivel 3: TRMM Precipitación en forma de Lluvia
Acumulada
0.25x0.25 grados TRMM
Precipitación en forma de Lluvia Acumulada sobre Guatemala
Reprocesamiento: Aplicación de un algoritmo nuevo a un conjunto de datos.
Procesamiento hacia adelante: Aplicación del algoritmo presente a nuevos datos adquiridos.
Términos Importantes para Productos de Nivel 2 y Nivel 3
Versiones de Datos
• Para algunos productos de datos de la NASA puede haber más de una versión disponible
• Nota: los productos de Giovanni son la versión de datos más reciente disponible al público
• Para cada nivel de procesamiento, se publican nuevas versiones de datos periodicamente con la mejora de algoritmos de obtención de datos u otras fuentes de información, e.g. V001, V002, V003
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Formatos de Datos• Texto/ASCII
• Ventajas: son fáciles de leer y permiten examinar los datos directamente (se pueden leer con herramientas como Excel y software GIS)
• Desventajas: archivos de datos grandes• Binario – HDF, NetCDF
• Ventajas: ocupan menos espacio, entra más información (metadata,SDS)
• Desventajas: se necesitan herramientas específicas o códigos para interpretar los datos
• KML o KMZ (zipped KML)• Ventajas: sencilla visualización de los datos en 2D y 3D a
través de herramientas gratis como Google Earth. Los datos son de bajo volumen. 39
Formatos de Datos HDF
HDF es el formato standard para la mayoría de los datos de la NASA Archivos de datos en formato HDF contienen data y metadata
SDS - se le llama SDS (Conjunto de Datos Científico) a cada parámetro en un archivo en HDF.
Se debe hacer referencia precisamente de acuerdo al nombre cuando se analizan los datos con el código propio del usuario.
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Accediendo a diferentes formatos de datos (Ejemplo: Página web Giovanni)
GIF KMZ HDF NetCDF ASCII
Juntando todo: nombres de archivos de datos
Producto de Datos: Tasa de lluvia cada 3 horas (mm/hra) Versión 6
Fecha (30 de Junio, 2011)
El formato de datos es HDF5El nivel de procesamiento es L3Versión 6
Hora GMT: 21
Formato de Datos (HDF5)
3B42.110630.21.6A.HDF.Z Nivel 3
Conclusiones • Los formatos de los datos satelitales de la NASA son variados y la elección de los más apropiados depende de las necesidades de cada usuario
• Los formatos de datos disponibles incluyen ASCII, HDF, NetCDF, y KMZ
• Los datos satelitales varían en la resolución espacial dependiendo de las características de los instrumentos y el nivel de procesamiento (L2, L2G, L3)
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