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Introducción a la teledetecciónIntroducción a la teledetección
Mª Auxiliadora CasteradMª Auxiliadora CasteradUnidad de Suelos y Riegose-mail:[email protected]
Incorporación de la teledetección a la gestión del agua en la agricultura. Huesca, 28 de octubre de 2009.
Radiómetros
¿Qué es la teledetección?¿Qué es la teledetección?IntroducciónIntroducción Greenseeker Cámara fotográfica
¿Qué es la teledetección?¿Qué es la teledetección?• No existe una definición única.
• En sentido amplio, cualquier medio de observación remota ocaptura de información acerca de un objeto sin contacto entreel observador y el objeto observado y conjunto de técnicas yel observador y el objeto observado, y conjunto de técnicas yconocimientos necesarios para interpretar dicha información(Chuvieco, 2006).
• Adquisición de radiación electromagnética a distancia a travésde sensores localizados en plataformas móviles, sin queexista contacto material con el objeto observado, y latrasformación de los datos obtenidos mediante técnicas deinterpretación y reconocimiento de superficies (Sobrino 2000)
• Con el término de teledetección suele hacerse muchas vecesreferencia a la teledetección espacial, es decir, a la captura
interpretación y reconocimiento de superficies (Sobrino, 2000).
p , , pde información desde plataformas espaciales.
Componentes de un sistemaComponentes de un sistema Símil con la visión humanaSímil con la visión humana
Principios físicosIntroducciónIntroducción Plataformas y sensores Extracción de información
Componentes de un sistema Componentes de un sistema de teledetecciónde teledetección Luz solar Ojo humano
Símil con la visión humanaSímil con la visión humana
Fuente de energía Sistema sensor
Cubierta terrestre
Objetos exteriores
Tratamiento visual
Sistema de recepción
Tratamiento digital
recepciónUsuario final
Usuario final IntérpreteCerebro
Principios físicosIntroducciónIntroducción Plataformas y sensores Extracción de información
Ventajas de la teledetecciónVentajas de la teledetección• Visión global, exhaustiva, sinóptica y repetitiva de la
superficie terrestre.• Cobertura completa y frecuente del territorio• Cobertura completa y frecuente del territorio.• Observación a diferentes escalas..
Observación directa no destructiva• Observación directa no destructiva...• Homogeneidad en la toma de datos.
I f ió b i i ibl d l t• Información sobre regiones no visibles del espectroelectromagnético.
• Información altitudinal• Información altitudinal.• Formato digital de la imágenes agiliza su tratamiento y
permite integrar los resultados con otro tipo de informaciónp g pgeográfica.
Principios físicosIntroducciónIntroducción Plataformas y sensores Extracción de información
Landsat
Introducción Plataformas y sensores Extracción de informaciónPrincipios físicosPrincipios físicos
El flujo energético entre una cubierta y el sensor es una forma de radiación electromagnética (λ y frecuencia)
Energía incidenteEnergía emitida
Energía incidente
Energía reflejada
Energía transmitida
Energía absorbida
Magnitudes físicasMagnitudes físicas
Introducción Plataformas y sensores Extracción de informaciónPrincipios físicosPrincipios físicos
• Emisividad: Relación entre la emitancia de una
Magnitudes físicasMagnitudes físicas
• Emisividad: Relación entre la emitancia de unasuperficie y la que tendía un emisor perfecto (cuerponegro) a la misma temperatura.
• Reflectividad: Relación entre el flujo incidente y lareflejada por una superficiereflejada por una superficie.
• Absortividad: Relación entre el flujo incidente y lab bid fi iabsorbida por una superficie.
• Transmisividad: Relación entre el flujo incidente yTransmisividad: Relación entre el flujo incidente yla transmitida por una superficie.
Dependen de la longitud de onda y son adimensionales
Espectro electromagnéticoEspectro electromagnético
Introducción Plataformas y sensores Extracción de informaciónPrincipios físicosPrincipios físicos
mm
Espectro electromagnéticoEspectro electromagnético
Satélite Landsat 7 ETM+
Introducción Plataformas y sensores Extracción de informaciónPrincipios físicosPrincipios físicos
Satélite Landsat 7, ETM+
1,0
Espectro visible Infrarrojo próximo0,9
Espectro visible Inf. próximo Infr. medio
0,7
0,8
0,9
Suelo desnudo
0,6
0,7
0,8 Suelo desnudo
Azu
l
Verd
e
Roj
o
0,4
0,5
0,6
refle
ctiv
idad
Azu
l
Verd
e
Roj
o0,4
0,5
0,6
refle
ctiv
idad
0,1
0,2
0,3
Vegetación
V R
0,1
0,2
0,3
Vegetación
0,0
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
900
950
1000
1050
1100
1150
1200
1250
1300
1350
longitud de onda (nm)
0ETM1 ETM2 ETM3 ETM4 ETM5 ETM7
bandas (Landast ETM)
Signatura espectralSignatura espectralIntroducción Plataformas y sensores Extracción de informaciónPrincipios físicosPrincipios físicos
Signatura espectralSignatura espectralConjunto de niveles de radiación a diferentes longitudes de onda
asociadas a un objeto y a sus características.asociadas a un objeto y a sus características.
70
80
agua
60
70
dad
nieve
vegetaciónarenahormigón
agua
40
50
efle
ctiv
id nieve
20
30
% re
0
10
Visible IRC SWIR
00,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 λ (μm)
Introducción Extracción de informaciónPrincipios físicos Plataformas y sensoresPlataformas y sensores
Tipos de plataformasTipos de plataformasTipos de plataformasTipos de plataformasAéreos
TerrestresTerrestres
E i lEspaciales
Ti d télit d t l d t ióTi d télit d t l d t ió
Introducción Extracción de informaciónPrincipios físicos Plataformas y sensoresPlataformas y sensores
• Satélite de recursos naturales: Landsat, Spot, IRS
Tipos de satélites de teledetecciónTipos de satélites de teledetección
• Meteorológicos: Meteosat-Gomes, NOAA-AVHRR, Ninbus
• De alta resolución. Quickbird, Ikonos, Orbview, Seawifs• Radar: ERS, Radarsat, Almaz, JERS
Tipos de sensoresTipos de sensores• Según el origen de la señal utilizadaSegún el origen de la señal utilizada
- Activos: radar, lídar- Pasivos: cámaras fotográfias, de video, scaners, radiometros
• Según las características orbitales- Geosínconos o Geoestacionarios - Helisínconos o polares
Introducción Extracción de informaciónPrincipios físicos Plataformas y sensoresPlataformas y sensores
Desarrollo histórico de los sistemas de teledetección espacialDesarrollo histórico de los sistemas de teledetección espacialIntroducción Extracción de informaciónPrincipios físicos Plataformas y sensoresPlataformas y sensores
pp
1os programas espaciales de observación de la tierraMisiones tripuladas Fotografía espacialMisiones tripuladas. Fotografía espacial1er experimento multiespectralPrograma EROS
1os télit ífi d t l1os satélites específicos de recursos naturales
Nueva generación LANDSATBoom satélites recursos naturalesBoom satélites recursos naturales1os Radar
RadarSensores aeroportadosSensores aeroportadosMayor resolución espacial y espectral Minisatélites
S éli i l
TIROS LANDSAT LANDSAT 4
1960 1970 1980 1990 2000ERS, JERS ENVISAT,MINISAT
Satélites comerciales19701960 1980 1990 2000
TIROSAPOLO
LANDSATNOAA
LANDSAT 4SPOT, IRS
ERS, JERSDAEDALUSSPOT4, LANDSAT7
ENVISAT,MINISAT IRS-P6, SPOT 5,IKONOS,QuickBird
Introducción Extracción de informaciónPrincipios físicos Plataformas y sensoresPlataformas y sensores
METEOSAT
Introducción Extracción de informaciónPrincipios físicos Plataformas y sensoresPlataformas y sensores
DEIMOS 1 C i h (Alb ) d d 2009DEIMOS-1 Campiña manchega (Albacete) 5 de agosto de 2009
Introducción Extracción de informaciónPrincipios físicos Plataformas y sensoresPlataformas y sensores Introducción Extracción de informaciónPrincipios físicos Plataformas y sensoresPlataformas y sensores
RadarRadar
Introducción Extracción de informaciónPrincipios físicos Plataformas y sensoresPlataformas y sensores
Sensores HiperespectralesSensores HiperespectralesRegistro en bandas espectrales contiguas en lasRegistro en bandas espectrales contiguas en laslongitudes de onda ópticas que permite obtener para cadapíxel un espectro de reflectancia completo.
Algunos ejemplos de sensores hiperespectrales
Sobre aviónAISA: 286 bandas (0,4 a 0,9 µm)
Sobre satéliteMODIS: 36 bandas (ópticas y ( µ )
AVIRIS: 224 canales (0,4 a 2,5 µm)CASI: hasta 288 bandas (0,4 a µm)DAIS: 79 bandas (ópticas y térmicas)
MODIS: 36 bandas (ópticas y térmicas), no continuas.MERIS: 15 bandas.CHRIS: 18 a 63 bandas DAIS: 79 bandas (ópticas y térmicas)
GER: 126 bandas (+12 térmicas)HyMap: 128 bandas (0,4 a 2,5 µm)
CHRIS: 18 a 63 bandas.HYPERION: 220 bandas.Misiones extra-terrestres: Cassini(Saturno) Galileo (Júpiter) Global(Saturno), Galileo (Júpiter), GlobalSurveyor (Marte).
E i t t d t l d t ióE i t t d t l d t ió
Introducción Extracción de informaciónPrincipios físicos Plataformas y sensoresPlataformas y sensores
• Radiómetros
Equipos terrestres de teledetecciónEquipos terrestres de teledetecciónRadiómetros
• Sensores portátiles: Greenseeker• Cámaras fotográficas
Introducción Principios físicos Plataformas y sensores Extracción de informaciónExtracción de información
Ti d d tTi d d tTipos de productosTipos de productos
Fotográficos
• Facilita reproducción en papel
Digitales
• Rápido acceso• Facilita reproducción en papel• Permite múltiples combinaciones• Selección de color flexible
• Rápido acceso• Bajo coste• Gran capacidad almacenamientoSelección de color flexible
• Mayor calidad
Fil P iti
p• Buena accesibilidad
Film Negativo
Film PositivoPapel
CCT
CD-rom/DVD
ESA - EARTHNET LANDSAT-5 4/3 /2 MAY 18 1989
ESA - EARTHNET LANDSAT-5 4/3/2 MAY 18 1989
Cartucho/ExabyteCartucho/Exabyte
La imagen digitalLa imagen digital
Introducción Principios físicos Plataformas y sensores Extracción de informaciónExtracción de información
La imagen digitalLa imagen digitalZ
PLANTACIONBOSQUEY
RIOND i,j,2
ND i,j,3ND i,j,4
CARRETERA Localización espacial
ND i,j,1
X
Formato ráster• El espacio está dividido en áreas de igual tamaño (celdas, píxeles) que sonp g ( , p ) q
unidades elementales de información.• El área de una celda define la resolución espacial.• El valor que contiene cada celda representa la clase de la característica
del terreno o el tipo de objeto o alguno de los atributosdel terreno o el tipo de objeto o alguno de los atributos.• La localización de la característica que se representa viene definida por la
posición de la celda (fila, columna).
Introducción Principios físicos Plataformas y sensores Extracción de informaciónExtracción de información
Lsen i j k = f (NDi i k)
El valor de cada celda representa y caracteriza el terreno o el tipo de objeto o alguno de los atributos
Lsen,i,j,k f (NDi,i,k)
el tipo de objeto o alguno de los atributos.
•Niveles de gris •Valor del píxel
•Número digital•Nivel Digitalp g
Plataformas y sensoresIntroducción Principios físicos Extracción de informaciónExtracción de información
Tono Forma Tamaño
Introducción Principios físicos Plataformas y sensores Extracción de informaciónExtracción de información
Composiciones color
Imagen Landsat TM
Banda 4
RGB 543RGB 453
Introducción Principios físicos Plataformas y sensores Extracción de informaciónExtracción de información
Tratamiento digitalTratamiento digitalPretratamientos
Tratamiento digitalTratamiento digital
Operaciones preliminares de mejora de la calidad de la imagen
• Mejoras de la calidad visual: - Ajustes de contraste• Mejoras de la calidad visual: - Ajustes de contraste- Composiciones color- Filtros
• Correcciones: - Radiométricas: Modificación de los ND originalesRadiométricas: Modificación de los ND originalespara acercarlos a los que habría en caso derecepción ideal.
G ét i M difi ió d l i ió l ti- Geométricas: Modificación de la posición relativade los píxeles para corregir cartográficamente laimagen.
Tratamientos
Introducción Principios físicos Plataformas y sensores Extracción de informaciónExtracción de información
TratamientosOperaciones de extracción de información• Combinaciones entre bandas y trasformaciones:
- Índices de vegetación- Transformación Tasseled Cap- Transformaciones IHS- Transformaciones IHS- Componentes principales- Fusión de imágenes
Análisis de mezclas espectrales
• Clasificación digital:
- Análisis de mezclas espectrales
- Clasificación supervisada: Asignación de los píxeles de la imagen a una categoría a partir de información de terreno.- Clasificación no supervisada: Búsqueda automática deClasificación no supervisada: Búsqueda automática de grupos de valores homogéneos dentro de la imagen sin conocimiento previo del área de estudio.
Mét d i t C bi ió d ét d i d- Métodos mixtos: Combinación de métodos supervisados y no supervisados.
1996Mapas de cultivos
Introducción Principios físicos Plataformas y sensores Extracción de informaciónExtracción de información
Maíz
ArrozAlfalfa-forrajera
Girasol
1996Maíz
ArrozAlfalfa-forrajera
Gi l
Mapas de cultivos
Otras
Cebada
Girasol
Sin cultivoTrigoAlmudévar Cebada
Girasol
Sin cultivoTrigo
ConíferasOtrasConíferas
TardientaTardienta
El 90% de la información relativa a la vegetación esta contenida en las bandas del R del IRCEl 90% de la información relativa a la vegetación
Plataformas y sensoresIntroducción Principios físicos Extracción de informaciónExtracción de información
El 90% de la información relativa a la vegetación esta contenida en las bandas del R del IRC
Vegetaciónsana%
)
60
Vegetaciónenferma
ctiv
idad
(
40
Suelo
Ref
lec
20
00,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 µm
Universidad de AlcaláR IR
La mayoría de los IV utilizan solamente estas dos bandas: La mayoría de los índices de vegetación utilizan las bandas:
Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía
-R fuertemente correlacionada con el contenido de clorofila-IRC controlado por el LAI y la densidad de vegetación verde
y g- R fuertemente correlacionada con el contenido de clorofila- IRC controlado por el LAI y la densidad de vegetación verde
Introducción Principios físicos Plataformas y sensores Extracción de informaciónExtracción de información
Índices de vegetación
IRC - RNDVI =
IRC RIRC + R
Cá á
Es el más usado en aplicaciones agronómicas de teledetección
•Cálculo matemático sencillo: valores de –1 a 1
•Fácil interpretación:NDVI<0 fi i i t ió i bNDVI<0 superficies sin vegetación como nieve, agua o nubes0<NDVI<0.2 Suelo0.2<NDVI<0.8 Vegetación
•Alta correlación con diversos parámetros de interés agronómicoContenido en clorofilaÍ di d á f li t j d bi t dÍndice de área foliar –porcentaje de cubierta verde
Parámetros que se han relacionado
Introducción Principios físicos Plataformas y sensores Extracción de informaciónExtracción de información
qsatisfactoriamente con el NDVI
Parámetro RelaciónContenido de clorofila de la hoja Correlación alta y linealmente positiva
Contenido de agua de la hoja Correlaciones negativa y lineales Estimación indirecta a través del efecto del estrésEstimación indirecta a través del efecto del estrés hídrico sobre LAI
Flujo neto de CO2 Relación tanto a nivel local como global
Radiación fotosintéticamente activa absorbida por la hoja (APAR)
Relación directa y casi lineal
Productividad neta de la vegetación Relacionada con APARProductividad neta de la vegetación Relacionada con APAR
Índice de área foliarPorcentaje cubierta verde
Asociación positiva asintótica (LAI>4 NDVI se satura)Alta correlación
Cantidad de lluvia recibida por el dosel vegetal
Directamente relacionado con el vigor vegetal
Dinámica fenológica A partir de la evolución estacionalEvapotranspiración potencial Inversamente relacionada con los IV
(Chuvieco, 2002)
Introducción Principios físicos Plataformas y sensores Extracción de informaciónExtracción de información
* Constantes A y B son respectivamente ordenada en el origen y pendiente de la línea de suelo.** L es el factor de ajuste al suelo
Hay cerca de 40 índices publicados
L es el factor de ajuste al suelo*** η =[2(irc2-r2)+1.5 irc + 0.5r]/(irc + r + 0.5) (Sobrino, et al. 2000)
Introducción Principios físicos Plataformas y sensores Extracción de informaciónExtracción de información
La agricultura actual debe ser competitivaLa agricultura actual debe ser competitiva eficiente y respetuosa con el medio ambiente
Los gestores, técnicos y agricultores necesitan información actualizada y fiable ennecesitan información actualizada y fiable en
la toma de sus decisiones
La teledetección puede ayudar a obtener dicha informaciónobtener dicha información
¿Qué puede aportar la teledetección? ¿Qué puede aportar la teledetección?
• Mejora del diagnóstico del cultivo y del regadío.• Mejora de la gestión del riego• Mejora de la gestión del riego.• Agilización en la toma de decisiones.
O ti i ió d l fi i i l tili ió d i• Optimización de la eficiencia en la utilización de insumos. • Reducción de los impactos ambientales.• Mejora en la conservación de los recursos naturales.
Teledetección y gestión del agua de riegoTeledetección y gestión del agua de riegoUso del agua y productividadUso del agua y productividad¿Cómo y dónde se consume el agua?¿Dónde hay oportunidad de ahorrar agua y cómo mejorar su productividad?¿Cómo puede redistribuirse mejor el agua en un sistema para
incrementar la productividad del sistema?Realización de diagnósticosRealización de diagnósticos¿Cuáles son las variaciones espaciales de la productividad del suelo y agua?¿Cómo explicar sus diferencias?
Planificación de estrategias y derechos del agua
E t t i l d l i b i f ió d¿Qué individuos o grupos esta usando actualmente o históricamente el agua?Estrategias en el uso del agua requieren buena información de:superficies regadas, patrones de cultivo, uso histórico del agua, evaporación…
FuncionamientoLa realización de valoraciones es imprescindible para el manejo efectivo del riego
Valoración de impactosValoración de impactos¿Cuáles de los trabajos diseñados deberían continuar o refinarse?¿Qué no funciona y por qué?
(Bastiaanssen et al. 2000.Agricultural Water Management, 46)
Productos de teledetección útiles para el Productos de teledetección útiles para el manejo del aguamanejo del agua
Uso del agua/productividad
Realización de
Planificación de estrategias
Derechos
Funcionamiento
Valoración de diagnósticos de agua
Uso del suelo
impactos
√ √
Superficie regada
Tipo de cultivo
√ √ √ √ √ √
√ √ √ √ √Rendimiento del cultivo
ET diaria √
√ √ √ √
ET diaria
ET estacional
Estrés del cultivo √ √
√ √ √ √
Estrés del cultivo
Salinidad
Datos históricos √ √ √ √
√ √
Datos históricos
(Bastiaanssen et al. 2000.Agricultural Water Management, 46)