Mucho de lo que vimos en el Capitulo 3 podría considerarse de escasa importancia para la mayor parte del mundo. El acopio de datos primaries y secundarios es, en muchos sentidos, un costoso lujo - algo que sólo se aplica realmente en las pequeñas partes de la superficie terrestre que se caracterizan por una densidad demográfica relativamente alta y un elevado PNB por persona. Una enorme proporción del planeta no reune esas condiciones. No tiene estructuras ni medios para planificar y ejecutar encuestas de cuestionarios, para adquirir y evaluar series cronológicas de diversos parámetros de la calidad, temperatura o cantidad del agua, o para determinar la accesibilidad relativa de distintos insumos de producción. La vida no está organizada a esa escala. Nunca se ha sentido la necesidad de reunir y cotejar el tipo de información que seria valiosa para los futuros piscicultores y, de hecho, para casi cualquier empresario.
Pero esta situación está cambiando. En el Capítulo 1 señalamos la crucial necesidad de seleccionar y reservar tierras y aguas adecuadas para la acuicultura o la pesca continental, con miras a elevar los suministros de alimentos, las oportunidades de empleo y la riqueza de las regiones. Ahora bien, mientras que la mayoría de los países en desarrollo no tienen medios para efectuar reconocimientos intensivos de su territorio con objeto de obtener una gran variedad de parámetros utilizando técnicas en tierra, eso sí es factible con las tecnologías de telepercepción. En este capítulo examinaremos primero la definición, evolución y métodos de la telepercepción, y luego la utilidad que puede tener para la acuicultura y la pesca continental. Tendremos también que reconocer que, sin perjuicio de los muchos beneficios que la telepercepción ha brindado al analista espacial, su uso tropieza aún con numerosas limitaciones. Puesto que varias publicaciones recientes de la FAO contienen información básica sobre la telepercepción (Lantieri, 1988; FAO-RSC Series 47,1988; FAO-RSC Series 49,1989), procuraremos concentramos en sus aplicaciones para mejorar la selección de los lugares de producción. En el Capítulo 6 analizaremos la integración de la telepercepción en los SIG, y varios de nuestros estudios de casos (Capítulo 7) tratarán específicamente de algunas aplicaciones de la telepercepción a la acuicultura, la pesca continental y otros campos conexos.
La telepercepción “… consiste en la adquisición de datos por medio de un sensor que no está en contacto con el objeto observado, y en la evaluación de los datos adquiridos, que se denominan entonces información y se presentan en forma de mapas o estadísticas.” (Howard, 1985). El concepto de telepercepción abarca evidentemente un campo enorme - un campo de la ciencia y la tecnología que comprende una vasta gama de aplicaciones, en el sentido de los aportes de la ciencia aplicada, las aplicaciones en la esfera del procesamiento y las formas de utilizar luego los productos telepercibidos.
Dado que Butler et al. (1988) ya han descrito someramente (para la FAO) la evolución histórica de la telepercepción, limitaremos nuestro resumen de su desarrollo a algunos adelantos fundamentales. El ojo humano es un telesensor; pero aunque nosotros captamos imágenes que podemos almacenar en el cerebro y luego recuperar, sólo podemos reproducirlas en forma subjetiva. El ojo capta solamente la radiación visible, que ocupa una parte muy pequeña de la gama completa de radiaciones (conocida como espectro electromagnético). Para superarestas deficiencias, se han inventado y desarrollado varios instrumentos o sistemas. Aquí nos ocuparemos de aquellos que captan datos desde una perspectiva aérea, permitiendo crear mapas con gran facilidad.
La máquina fotográfica, el primer instrumento para captar imágenes, se inventó en Francia en el decenio de 1830, pero fue en 1858 cuando se tomó la primera fotografía aerea desde un globo anclado cerca de París. Durante el resto del siglo XIX se introdujeron mejoras en las cámaras fotográficas y se experimentó con nuevas plataformas. La primera fotografía desde un avión se tomó en 1909 sobre Centocelle, en Italia. Durante la Primera Guerra Mundial, la fotografía aérea se utilizó en gran escala y de forma sistemática, tanto en Europa como en el Cercano Oriente, desarrollándose técnicas de tratamiento de la emulsión y cámaras fotográficas especiales. Fue en ese período que la fotointerpretación se convirtió en un campo de especialización reconocido.
Las aplicaciones civiles de la aerofotografía vertical mejoraron mucho en los años veinte y treinta, gracias a los adelantos logrados en los métodos fotográficos y en los aviones como plataforma para las cámaras. La aerofotografía era utilizada para levantar mapas topográficos y por los geólogos, expertos forestales y planificadores, principalmente en América del Norte y Europa, pero a veces también para adquirir información de zonas más remotas que de otra manera no se habrían podido estudiar. Durante la Segunda Guerra Mundial se registraron nuevos avances, entre los que cabe recordar los siguientes:
Se descubrió la capacidad de penetración en el agua de la película para fotografías aéreas, lo que significó que se pudo adquirir información batimétrica.
Se desarrolló la película infrarroja de color para la detección del camuflaje.
Los adelantos en la tecnología de radar permitieron desarrollar instrumentos de transmisión y recepción más pequeños, apropiados para su uso desde un avión.
Se levantaron mapas por fotoimagen de una gran extensión de la zona bélica del Pacífico.
Durante los años cuarenta y cincuenta se trazaron mapas de gran escala de países completos, por ejempio de muchas de las colonias, especialmente de Africa, con ayuda de la aerofotografía con película pancromática en blanco y negro. Para el decenio de 1960, la fotografía aérea ya había sido utilizada por un tiempo suficiente como para poder estudiar las variaciones espaciales/ temporales del medio ambiente.
Desde finales de los años cincuenta se ha registrado una enorme actividad en el campo de la telepercepción, con un aumento exponencial de los adelantos en las aplicaciones. Con el lanzamiento regular de satélites que siguió a la puesta en orbita del SPUTNIK 1 en 1957,elinterés por la telepercepción se concentró en el uso de esta plataforma nueva y sin paralelo. En 1959, el EXPLORER 6 transmitió las primeras imágenes de la tierra, y en 1960 se lanzó el primer satélite meteorológico, el TIROS-1. El siguiente adelanto más importante para la telepercepción ocurrió en 1972, con el lanzamiento del satélite de tecnología de los recursos terrestres (ERTS-1, rebautizado más tarde Landsat 1). Este fue el primer satélite diseñado para obtener una cobertura mundial uniforme a largo plazo, y tenía la capacidad de transmitir datos captados mediante diversos instrumentos, para el levantamiento de mapas a escalas comprendidas entre 1:250 000 y 1:1 000 000. A partir del Landsat 1 ha habido una serie de lanzamientos de satélites de observación de la tierra, primero por los Estados Unidos y la URSS, y más recientemente por otros países. El equipo que transportan se ha ido perfeccionando progresivamente, permitiendo interpretar una mayor gama de imágenes con una resolución espacial más detallada (Travaglia, 1989).
Como bien han dicho Howard (1985) y Butler et al. (1988), no debemos permitir que la floreciente tecnología de los satélites encubra el vigor y la importancia que sigue teniendo la telepercepción desde aeronaves. Los aviones tienen varias ventajas claras respecto de los satélites, principalmente por la flexibilidad que ofrecen en lo tocante a la altitud, la programación y el cargo útil. No tienen tantos problemas con la capa de nubes como los satélites, porque el momento del vuelo se puede elegir con arreglo a las condiciones meteorológicas, y proporcionan imágenes baratas y excelentes de las zonas más pequeñas. Howard (1985) estima que los sistemas aerotransportados que utilizan tecnología infrarroja de color a gran altitud permiten fotografiar y cartografiar temáticamente a una escala comprendida entre 1:25 000 y 1:100 000 más de 20 000 km2 por día.
El auge de la telepercepción después de los años sesenta fue posible gracias al rápido desarrollo de la industria electrónica, que además de los avances en la adquisición y transmisión de datos, el tratamiento de la imagen, etc., ha generado los adelantos en la tecnología informática que han sido fundamentales para todos los aspectos de la ciencia del espacio y han permitido manipular eficientemente las enormes corrientes de datos. Este auge de la telepercepción ha sido impulsado también por la afluencia de nuevas ideas desde muchas disciplinas conexas, por la disponibilidad de fondos para actividades relacionadas con el espacio y pór el acceso a una creciente gama de programas y equipo de computadora. La telepercepción tiene varias ventajas reales en comparación con otros sistemas de detección:
Permite vigilar los cambios de forma sistemática y ordenada.
Es eficiente y muy eficaz en función de los costos en términos de un cálculo por km2.
Permite superar muchos de los problemas de la adquisición de datos, por ejemplo el acceso a las zonas aisladas y el hecho de que el acopio normal de datos puede terminar en las fronteras políticas.
Permite la rápida actualización de la información.
Jackson y Mason (1986) señalan que la telepercepción moderna ya ha superado con éxito el problema que tenía en los años sesenta y setenta de ser un campo impulsado por la tecnología. Gracias al desarrollo de aplicaciones útiles de las imágenes telepercibidas, especialmente en las esferas de la producción de alimentos y del conocimiento del medio ambiente, ahora la telepercepción está siendo también pedida por los usuarios. Esta tendencia reciente se ha visto muy favorecida por la creciente capacidad de integrar satisfactoriamente los datos telepercibidos en los SIG (véase Ehlers et al., 1989).
“El propósito de la telepercepción ambiental es servirse de sensores montados en plataformas aéreas para identificar y/o medir los parámetros de un objeto sobre la base de las variaciones en la radiación electromagnética (REM) que ese objeto emite o refleja. ” Esta declaración contiene una serie de conceptos que examinaremos por separado en las próximas tres secciones, en un intento por esclarecer los principios básicos de la telepercepción. El lector interesado en mayores detalles puede consultar las publicaciones de la FAO citadas en la Sección 4.1.
Aunque nosotros no podemos ver el desplazamiento de la luz (o del sonido), sabemos que ocurre. Ese desplazamiento entraña la transferencia de energía a través del espacio o de la materia en forma de movimientos ondulatorios. Las ondas que conforman la REM viajan a una velocidad constante de 300 millones de metros por segundo. Todos los objetos reflejan o emiten REM. La cantidad de energía electromagnética emitida es una función de la temperatura del objeto - al aumentar la temperatura aumenta la intensidad de la radiación emitida. Existe toda una familia de ondas, que se denominan colectivamente vibraciones electromagnéticas y tienen distintas longitudes de onda y, por lo tanto (puesto que su velocidad es constante en el espacio), distintas frecuencias. Esta familia se puede representar como un espectro de energías, ordenadas jerárquicamente según su frecuencia o su longitud de onda (Figura 4.1). El espectro abarca una vasta serie continua de longitudes de onda, y es práctica común aplicar una diferenciación arbitraria de las principales bandas de onda sobre la base de ciertas propiedades como la fuente de la radiación, el método de generación, los medios de detección, ciertas aplicaciones, etc. Sólo algunas bandas de longitudes de onda revisten interés para la telepercepción, a saber, las que atraviesan las “ventanas de transmisión”, porque a esas longitudes de onda la pérdida de REM por filtración de la atmósfera es mínima. Esas bandas se pueden representar como aparecen en el Cuadro 4.1.
La energía captada por los diferentes sistemas de telepercepción es una función de diversos parámetros que pueden afectar a la energía antes de que sea recibida por los sensores. Esto se ilustra en la Figura 4.2, que-indica que la REM puede ser natural -luz y otros tipos de radiación solar reflejada (fuente 1) o calor emitido por la tierra (fuente 2)- o artificial, como la que emiten una central eléctrica o un sistema de radar. La cantidad y el tipo de radiación emitida o reflejada dependen de la energía incidente (principalmente de la radiación solar entrante), de la naturaleza de la superficie de la tierra y de la interacción con la atmósfera terrestre.
Figura 4.1 EI espectro electromagnético
| Banda de ondas y longitud de onda | Detectores | Algunas características |
|---|---|---|
| Visible 0,4 – 0,7 μm | Fotografía en blanco y negro y en colores. Cámaras de televisión. Explorador óptico. | Gran efecto de dispersión atmosférica. La mayor parte es radiación solar reflejada, por lo que sólo se usa con la luz del día. Las longitudes de onda más cortas penetran en el agua. |
| Infrarroja próxima 0,7 – 3,0 μm | Explorador de infrarrojo. Barredor multiespectral. Fotografía. Explorador óptico. | Alta reflectancia de la vegetación. También es energía solar reflejada por las superficies. |
| Infrarroja media 3,0 – 8,0 μm | Como los anteriores. | Como las anteriores. |
| Térmica 8,0 – 1 000 μm | Termografía con luz infrarroja. | Predominantemente radiación emitida por la tierra y la atmósfera. No atraviesa las nubes. |
| Microonda 1 mm – 100 cm | Radar. Radar de vista lateral. Radiómetro por exploración. | Atraviesa las nubes. Imágenes adquiridas en el modo activo - de día o de noche. |
Figura 4.2 Caraterísticas clave del process de adquisición de datos telepercibidos (Tomada de Curran, 1985)
La energía incidente procede principalmente del sol y, en el margen de la parte visible y del infrarrojo próximo del espectro, es la proporción de la energía incidente reflejada por el “objeto” en la tierra. En cambio, si la energía percibida pertenece a la gama de las radiaciones térmicas, puede ser una emisión del objeto en la tierra -que a su vez es una función de la energía solar incidente que el objeto absorbe y luego emite como radiación térmica- o bien una fuente directa de energía térmica, como un incendio forestal. La energía solar incidente varía según la estación o la latitud (que influyen en el ángulo del sol), el tiempo durante el cual ha estado brillando el sol y el ángulo del objeto en la tierra. Cuando se analizan los datos telepercibidos es importante tener en cuenta las fechas, el momento de la adquisición y el relieve de la tierra.
La atmósfera puede influir en la cantidad de radiación recibida por el sensor, porque ella misma es heterogénea, pues se compone de muchos gases y contiene partículas de polvo y otros contaminantes. La atmósfera puede dispersar la luz en la banda visible y absorberla en las bandas ultravioleta e infrarroja. Alrededor del 18 por ciento de la radiación incidente en la atmósfera se dispersa o absorbe, y aproximadamente el 35 por ciento de la energía solar entrante es reflejado por la tierra y la atmósfera, incluidas las nubes. La dispersión se debe a la reflexión de la energía por las partículas de la atmósfera, y la intensidad de la REM dispersada depende de la razón de la longitud de onda al tamaño de las partículas. La dispersión provocada por partículas pequeñas es selectiva en relación con la longitud de onda, afectando más a las más cortas; la dispersión causada por partículas grandes no es selectiva y afecta a todas las longitudes de onda. Debido a la dispersión, la energía recibida por el sensor incluye reflexiones de la atmósfera, además de las del blanco (u objeto). Para corregir este efecto se utilizan complejos algoritmos. La absorción atmosférica reduce la cantidad de REM que llega al sensor en algunas bandas de longitudes de onda. La Figura 4.3 muestra el porcentaje de radiación electromagnética que puede atravesar la atmósfera en función de la longitud de onda (revelando las ventanas atmosféricas) e indica los gases responsables de la absorción. Las radiaciones de microondas no son afectadas por las condiciones atmosféricas, por lo que resultan muy útiles, especialmente en las regiones frecuentemente nubladas, como los trópicos.
Figura 4.3 Porcentaje de la radiación electromagnética que puede aatravesar la atmósfera como una función de la longitud de onda (Sabins, 1978)
El elemento de la superficie terrestre que se encuentra en el campo visual del sensor (el blanco u objeto) produce, porreflexión o emisión, la radiación electromagnética medida por el teleperceptor. La cantidad de energía transmitida o reflejada depende de la composición del blanco. Este también absorbe radiaciones, lo que puede modificar su temperatura y, por ende, la cantidad de energía emitida por segundo. Así pues, todos los objetos del medio ambiente emiten y reflejan diferentes intensidades y tipos de REM de distintas partes del espectro, es decir, tienen lo que se denomina una firma espectral que se puede predecir y repetir. En la Figura 4.4 aparecen las firmas espectrales de diversas características naturales. Estas curvas dependen de varias interacciones entre la radiación entrante y la micro y macroestructura de la materia irradiada. Las firmas espectrales pueden variar en el tiempo, por ejemplo al crecer las plantas, o en el espacio, según el tipo de vegetación, las condiciones del suelo, la disponibilidad de agua, el efecto de la topografía, etc.
Figura 4.4 Firma espectral de diversas características naturales de la superficie de la tierra
Los sensores o teleperceptores son los instrumentos utilizados para captar la radiación electromagnética. Normalmente constan de cuatro componentes: los colectores, los detectores, los procesadores de señales y las unidades registradoras. Hay varias formas de clasificarlos; aquí los describiremos bajo los siguientes epígrafes:
Sistemas de encuadre, que comprenden varios tipos de cámaras fotográficas que registran instantáneamente una imagen completa.
Sistemas de rastreo, que tienen un detector (sensor electrónico) que barre una superficie en una serie de líneas paralelas recogiendo datos para registrar una imagen. Pueden utilizar sensores pasivos, que registran la radiación electromagnética reflejada o emitida por fuentes naturales, o sensores activos, que iluminan el objeto con su propia fuente de radiación y luego registran el “eco”.
En esta sección analizaremos los sensores desde el punto de vista teórico, y en la Sección 4.5 pasaremos revista a los sensores reales que transportan los satélites operativos.
Las cámaras fotográficas pueden utilizarse desde diversas plataformas. Aquí nos concentraremos en los aspectos importantes para la fotografía desde satélites, pues la aerofotografía está bien documentada en otras publicaciones de la FAO (Butler et al., 1987 y Dainelli, 1988).
La cámara fotográfica fija es el más conocido, sencillo y barato de todos los sensores, y la fotografía fija produce imágenes con una resolución mejorque la de los sensores electrónicos. Las cámaras pueden producir imágenes únicas, simples, en una banda espectral, que sirven de referencia para muchos propósitos, o bien pares traslapados de aerofotografías con un ángulo de paralaje que, observado con un estereoscopio, da una perspectiva tridimensional del paisaje. Pero su uso más importante es en la fotografía multiespectral, en que varias cámaras toman imágenes simultáneas de un objeto, utilizando diversos filtros pasa-banda, cada uno de los cuales permite registrar la información relativa a determinadas bandas de ondas electromagnéticas. El número, posición y anchura de los filtros de color se pueden seleccionar de forma que se obtenga la mejor combinación posible para cada caso particular, a fin de que el controlador pueda discriminar entre una amplia gama de características (dentro de las bandas de radiación visible e infrarroja - en las longitudes de onda comprendidas entre 0,4 y 1,3 μm). La calidad de la imagen fotográfica dependerá de varios factores interrelacionados: la distancia focal, el ángulo de visión, la escala de la fotografía, el intervalo de ennegrecimiento, la resolución de la imagen y la velocidad de la emulsión (Butler et al., 1988).
Existen diversas cámaras fotográficas adecuadas para la telepercepción aérea y/o desde satélites, y su elección depende de la naturaleza de la aplicación. En principio, las cámaras cartográficas aéreas de encuadre son parecidas a las normales, pero tienen además:
lentes calibradas.
gran precisión geométrica.
un formato de mediano a grande.
una configuración mecánica y eléctrica más compleja.
Aunque las cámaras fotográficas ofrecen las ventajas ya mencionadas, presentan también algunos inconvenientes, a saber, una pérdida de resolución durante el tratamiento o copia fotoquímicos y en la conversión analógico-digital para el procesamiento posterior con computadoras, y una sensibilidad espectral limitada. Además, sólo funcionan en condiciones meteorológicas favorables.
Las cámaras fotográficas requieren películas diferentes según el propósito que se persiga. Los principales tipos de película, con arreglo al margen de sensibilidad espectral, son los siguientes:
Ortocromática. Tiene una excelente discriminación en las bandas verdes y se utiliza principalmente para la reproducción cartográfica.
Pancromática. Abarca todo el espectro visible con una buena sensibilidad, a excepción de las bandas verdes (0,5 μm), lo que se puede compensar con un filtro. Esta película es barata y fácil de procesar, tiene una alta resolución espacial y permite la utilización de filtros especiales para realzar determinados objetos (o blancos).
Infrarroja en blanco y negro. Es parecida a la pancromática, pero su mayor sensibilidad espectral permite registrar las longitudes de onda del infrarrojo próximo, además de la luz visible. Por lo general se utiliza un filtro rojo oscuro para eliminar la parte visible del espectro, de forma que sólo se registre la parte del infrarrojo próximo, lo que se traduce en una mayor penetración en la atmósfera. Esta película se emplea fundamentalmente para detectar diferentes fases y tipos de vegetación, además de la presencia de agua.
De color natural. La gama espectral de esta película es semejante a lade la pancromática. Se compone de tres capas, sensibles, respectivamente, a los tres colores primarios - el azul, el verde y el rojo. Las imágenes en color ofrecen una gama de aproximadamente 20 000 matices naturales, mientras que el blanco y negro se limita a 200 tonos de gris; esto significa que la película en color permite distinguir muchas más características, gracias a su mayor sensibilidad a los tonos y matices. La película en color tiene diversas aplicaciones; por ejemplo, su sensibilidad al agua subsuperficial la hace particularmente útil para la definición de las costas y la estimación de la profundidad y el contenido de sedimentos del agua. Sin embargo, la fotografía en color es más cara, tiene una menor definición de la imagen y no se puede tomar desde grandes alturas.
De falso color. Esta película se compone de tres capas sensibles a las radiaciones verdes, rojas y del infrarrojo próximo, moduladas respectivamente al azul, el verde y el rojo. Ha sido moderada para lograr varias ventajas, como una gran penetración en la atmósfera, una alta resolución y definición de las masas de agua y una buena respuesta a la reflectividad infrarroja de la vegetación sana. Sin embargo, esta película tiene poca tolerancia de exposición y requiere almacenamiento refrigerado.
Esta es la principal altemativa a los sistemas fotográficos para detectar y registrar la REM. Permite explorar simultáneamente varias bandas del espectro electromagnético, ya sea de la región ultravioleta a la infrarroja (barredores multiespectrales) o las bandas de microondas (radiómetros), mediante la descomposición óptica de la radiación captada y el desvío de cada parte a un elemento detector separado. Los productos finales pueden ser fotografías o cintas compatibles con ordenador con datos digitales. Los sensores de rastreo pueden ser pasivos o activos. Los primeros detectan la REM natural entrante, mientras que los segundos detectan la REM generada por el sistema (el llamado “eco”).
Estos sensores se denominan radiómetros y detectan las longitudes de onda comprendidas entre los rayos ultravioleta y las microondas. Tienen dos importantes caracteristicas espaciales:
El campo de vista instantáneo - que es el ángulo en que el detector es sensible a la radiación. Determina el tamaño del elemento más pequeño de la imagen (o pixel), que da la resolución del terreno (espacial) de la imagen final (Figura 4.5); es decir, la resolución espacial es una función del ángulo del detector y de la altura del sensor con respecto al suelo. Para una información más detallada sobre las resoluciones espacial, espectral, radiométrica y temporal, véase Lechi (1988).
La anchura de barrido - que es la distancia lineal en tierra (en ángulo recto con la línea de vuelo) que va rastreando el barredor. Está determinada por el campo de vista angular (o ángulo de exploración) del barredor. Cuanto más grande sea el ángulo de exploración, tanto mayor será la anchura de barrido (Figura 4.5).
Figura 4.5 Los conceptos de campo de vista instantsneo y campo de vista angular (Avery y Berlin, 1985)
Se distinguen dos categorías principales de sensores pasivos:
El radiómetro barredor mecánico. Es un sistema de imágenes electroóptico en el que un espejo oscilante o giratorio dirige la radiación entrante hacia un detector en forma de una serie de líneas de exploración perpendiculares a la línea de vuelo (Figura 4.6). La energía captada por el detector se transforma en una señal eléctrica. Esta señal se registra luego, debidamente codificada en formato digital y junto con otros datos para la calibración y corrección radiométrica y geométrica, directamente en una cinta magnética a bordo de la plataforma del sensor.
Figura 4.6 Sistema óptico de rastreo mecánico
b) El radiómetro secuencial con peine detector. Este radiómetro utiliza un sistema óptico granangular en el que todas las escenas del campo de vista angular se traducen en imágenes en un sistema detector de manera simultánea, es decir, sin movimiento mecánico (Figura 4.7). A medida que el sensor se desplaza a lo largo de la línea de vuelo, reproduce imágenes de líneas sucesivas, que son muestreadas por un multiplexor para su transmisión. En general, este sistema es mejor que el barredor mecánico, porque tiene menos ruido en la señal, no posee partes móviles y ofrece una alta precisión geométrica.
Figura 4.7 Características de un radiómetro secuencial con peine detector (Avery y Berlin, 1985)
Todos los sensores activos iluminan los objetos con su propia fuente de radiación. La iluminación puede inducir al objeto a emitir radiación o hacer que refleje la radiación producida por el sensor. Esta característica significa que no es necesaria la luz solar, por lo que se pueden registrar imágenes de día o de noche, e incluso a través de nubes y lluvia fina. Algunos sistemas sensores activos se utilizan en tierra (por ejemplo el sonar), otros se pueden transportar en aviones, como el radar de vista lateral, y otros, como el radar de abertura sintética, se pueden montaren satélites y en aviones. Examinaremos brevemente los sistemas activos transportados en aviones y satélites, que se denominan comúnmente radar y se clasifican en general en radares de imagen y sin imagen.
Radar de imagen. Representa las características de retrodispersión de la superficie terrestre en forma de un mapa de faja o una fotografía de una determinada zona. Un tipo que se utiliza en aviones es el radar de vista lateral, cuyo sensor barre una zona situada no directamente bajo el avión, sino a un ángulo de la vertical; es decir, mira hacia el lado para registrar la intensidad relativa de las reflexiones, produciendo una imagen de una estrecha franja de terreno. A medida que el avión avanza se registran franjas secuenciales, lo que permite formar una imagen completa (Figura 4.8). El radar de vista lateral no es adecuado para los satélites, porque para alcanzar una resolución espacial útil requeriría una antena muy larga. Una variante que se utiliza en los satélites es el radar de abertura sintética, cuya corta antena consigue el efecto de una antena varios cientos de veces más larga gracias al registro y procesamiento de datos modificados.
Figura 4.8 EI sistema de radar de abertura sintética
b) Radar sin imagen. Se denomina también difusómetro, porque mide las propiedades de dispersión de la región u objeto observados, es decir, las irregularidades del terreno en una amplia zona a cada lado del vehículo espacial. Un tipo de difusómetro es el altímetro a radar, que puede efectuar mediciones exactas de la altura del satélite, dando valiosas indicaciones sobre las irregularidades topográficas y de la superficie del mar.
Otro tipo de sensor activo es el radar por láser (LIDAR). Este radar utiliza rayos láser para generar impulsos luminosos de alta potencia, que se pueden emplear para medir la intensidad de la luz retrodifundida por el blanco como una función de la distancia del sensor. Debido a su tamaño, el radar por láser sólo se utiliza actualmente en los aviones.
En esta sección no explicaremos en detalle todas las diferentes plataformas y sus sensores, porque ya han sido analizados exhaustivamente en otras publicaciones (en lo que respecta a las aplicaciones pesqueras, véanse, por ejemplo, Cheney y Rabanal (1984), Butler et al. (1988) y Petterson (1989)). Lo que haremos será mencionar algunas de las plataformas de uso común, explicar las dos clases generales de sistemas de satélites ambientales, resumir los sistemas operadvos actualmente en uso e ilustrar los principales tipos de sensores que transportan. Además, en vista de la poca atención que se les ha prestado en otras obras, mencionaremos brevemente el alcance y la disponibilidad de las imágenes telepercibidas de la URSS.
Los sensores se pueden transportar en plataformas espaciales, aéreas, terrestres o flotantes, pero los dos últimos tipos caen fuera del ámbito de esta publicación. Las principales plataformas aéreas o espaciales son las siguientes:
Globos. Pueden estar sueltos o anclados, y los primeros pueden estar llenos de gas o de aire caliente o ser impulsados por una hélice. Ahora se usan poco, porque son lentos, pero se ha debatido la posibilidad de volver a poner en servicio el globo dirigible.
Helicópteros. Pueden ser útiles para la fundamental labor de apoyo terrestre, es decir, para la adquisición de datos de zonas más remotas con objeto de verificar las imágenes obtenidas desde plataformas más altas y veloces.
Aeroplanos. Estas plataformas se dividen en varias subcategorías, con arreglo a la altitud de vuelo. Permiten complementar las imágenes de satélite en los aspectos que faltan o soninciertos.
Aviones ligeros - vuelan por debajo de los 3 000 metros y pueden efectuar reconocimientos aéreos y sacar fotografías en escala grande.
Aviones para vuelo a altitud media - operan entre 3 000 y 8 000 metros y pueden sacar fotografías a escalas de 1:20 000 a 1:80 000 o transportar barredores multiespectrales.
Aviones para vuelo a gran altura - por lo general operan a más de 8 000 metros y permiten sacar fotografías de una escala aproximada de 1:200 000, o utilizar barredores multiespectrales y sistemas de radar.
Satélites. Dado que estas son las plataformas que proporcionan la mayor pane de los datos telepercibidos y que su importancia está destinada seguramente a aumentar en el futuro, las examinaremos con más detalle en la próxima sección. Ya se han puesto en órbita muchos centenares de satélites; casi todos los lanzamientos han sido efectuados por los Estados Unidos y la URSS, la mayor parte de las veces con fines militares. Recientemente, varios otros países han lanzado sus propios satélites, ya sea de forma independiente o en el marco de empresas conjuntas. Al comienzo los satélites tenían fundamentalmente fines experimentales, pero ahora se están utilizando cada vez más como plataformas operativas o de investigación, y casi siempre transportan un variado equipo de sensores. Su característica más importante es que llevan sensores que pueden observar toda la superficie de la tierra de forma periódica, captando una vasta extensión en cada circunvalación. Todos operan a una altura suficiente para escapar a la resistencia atmosférica, pero sin abandonar el campo gravitacional dominante, es decir, a una altitud comprendida entre 150 y 40 000 km. La mayoría han sido lanzados desde cohetes, pero algunos se han puesto en órbita desde un transbordador espacial, que los ha descargado en el espacio. Recientemente se ha demostrado que la reparación en vuelo de los sistemas de satélite es factible, pero es probable que esta operación no sea rentable para las naves espaciales no tripuladas.
Entre las ventajas de los satélites figura la cobertura repetitiva de la superficie terrestre a diversas escalas y con distintas resoluciones, lo que permite adquirir datos de manera rutinaria y eficaz en función de los costos. En muchos casos, los datos captados desde los satélites constituyen la única información disponible acerca de grandes extensiones de océanos, montañas, desiertos o bosques tropicales. Entre las desventajas cabe mencionar los grandes costos de inversión, que incluyen estaciones permanentes de observación y recepción, su resolución relativamente baja para muchos fines ambientales y el hecho de que la cubierta nubosa sigue siendo un problema para muchos sensores.
Conviene clasificar los satélites de telepercepción ambiental en dos categorías principales: los geoestacionarios y los de órbita cuasipolar.
Son satélites de telepercepción que se lanzan a una órbita altamente geosincrónica, a unos 35 900 km sobre el ecuador, es decir a una altitud en que su velocidad corresponde exactamente a la velocidad de rotación de la tierra. Esta enorme altura limita bastante los usos a los que se pueden destinar; se emplean, por ejemplo, para transmitir señales de telecomunicaciones o para el pronóstico del tiempo. El hecho de permanecer estacionarios les permite alcanzar una alta resolución temporal, pero la gran altitud hace que su resolución espacial sólo sea normalmente de entre 2 y 5 km, según la longitud de onda. El primer satélite de este tipo se lanzó en 1966; actualmente existen cinco, y cada uno de ellos cubre una parte diferente de la tierra (Figura 4.9). Pueden captar la superficie terrestre entre las latitudes 80°N y 80°S, y tienen la capacidad de adquirir y trasmitir imágenes y datos de toda su superficie observable cada 30 minutos.
Figura 4.9 Posiciones u nombres de los cinco satélites geosincrónicos que proporcionan datos meterológicos (Richards, 1986)
Estos satélites dan vueltas alrededorde la tierra con una inclinación de casi 90 grados respecto del ecuador, es decir, de manera que su órbita casi cruza los polos norte y sur (Figura 4.10). La altura varía entre 270 y 1 600 km, y la órbita suele ser heliosincrónica, lo que significa que cruza el ecuador a la misma hora solar todos los días. Por tener este tipo de órbita, el satélite sobrevuela cualquier punto de la tierra a la misma hora local, lo cual es útil para el análisis comparativo de datos multitemporales. Para completar una vuelta alrededor de la tierra necesita entre 95 y 115 minutos (según la altura), por lo que cada día puede realizar entre 12 y 16 circunvalaciones. La inclinación exacta de la trayectoria de vuelo determina el tiempo que tarda en volver a pasar por un mismo lugar, pero normalmente es de 16 a 20 días (Figura 4.11). Estos satélites tienen una vida útil prevista de cuatro años aproximadamente.
Figura 4.10 Una trayectoria orbital típica de un satélite de órbita polar (Taranik, 1978)
Figura 4.11 Trayectoria típica de cada órbita y de una repetición (Taranik, 1978)
Varios sistemas y/o programas de satélites ambientales se pusieron en marcha a mediados de los años sesenta. Algunos de ellos aún están funcionando, mientras que otros se han suspendido. En el Cuadro 4.2 intentamos ofrecer una lista de los más importantes. Mencionamos brevemente muchos programas debido a que han permitido adquirir grandes cantidades de datos, que en buena parte aún están disponibles y conservan su validez. Describiremos las principales características de cinco sistemas de satélites, a saber, los Landsat 4 y 5, el SPOT 1, el ERS-1, el MOS-1 y los Kosmos; de sus sensores nos ocuparemos en la próxima sección. Hemos elegido estos sistemas bien porque actualmente están proporcionando datos, o bien porque son las series de satélites que se han puesto en órbita más recientemente. Es difícil seleccionar sistemas que sean particularmente importantes para la acuicultura y la pesca continental, pues buena parte de los datos ambientales enviados por cualquiera de los sistemas es potencialmente útil. En la Sección 4.7 examinaremos las posibles aplicaciones de los datos de satélite al análisis de los lugares para la producción íctica.
Los Landsat 4 y 5 fueron lanzados, respectivamente, en julio de 1982 y marzo de 1984. Ambos tienen un ángulo de inclinación de 98,3 grados y un tiempo orbital de 98,5 minutos. Cumplen de 14 a 15 circunvalaciones por día y tardan 16 días en volver a pasar por una misma trayectoria. El método de exploración del Landsat se ilustra en la Figura 4.12, que muestra también la anchura de barrido y la distancia entre órbitas sucesivas. Estos satélites son una continuación del programa original de satélites de tecnología de los recursos terrestres (ERTS) iniciado en 1972, que se transformó luego en la serie Landsat. Los Landsat 4 y 5 se diferencian de los anteriores por la introducción del sensor denominado cartógrafo temático y la exclusión del vidicón con haz explorador restituido al cátodo (Figura 4.13).
| Programa de satélites | País | Año del primer lanzamiento | Estado operativo | Sensores que transporta |
|---|---|---|---|---|
| Tiros/NOAA | EE.UU. | 1970–1976 | suspendidos | AVHRR; AVCS |
| 1a serie | ||||
| Landsat 1,2,3 | EE.UU. | 1972–1978 | suspendidos | MSS;RBV |
| Meteor | URSS | 1977 | activos | MSS;MRTVK |
| Tiros-N/NOAA | EE.UU. | 1978 | activos | AVHRR |
| 2a serie | ||||
| HCMM | EE.UU. | 1978 | suspendido | HCMR |
| Nimbus-7 | EE.UU. | 1978 | suspendido | CZCS; SMMR; |
| LIMBS | ||||
| Seasat-A | EE.UU. | 1978 | suspendido | SMMR; RA; SASS; |
| SAR; VIRR | ||||
| Landsat 4,5 | EE.UU. | 1982–1984 | activos | MSS;TM |
| Kosmos | URSS | 1983 | activos | SLAR; MRIR; |
| MRTVK + cámaras | ||||
| fotográficas | ||||
| SPOT-1,2 | Francia | 1986 | activos | HRV |
| IRS-1A | India | 1988 | activo | LISS |
| MOS-1a,b | Japón | 1987–1990 | activos | MESSR; MSR; |
| VTIR | ||||
| NROSS | EE.UU. | 1989 | activo | Difusómetro |
| ERS-1 | Organización | 1991 | planificado | AMI; SAR; |
| Europea de | ATSR-M; RA; | |||
| Investigaciones | Difusómetro | |||
| Espaciales | ||||
| Landsat 6 | EE.UU. | 1992 | planificado | ETM |
| AMI | Instrumento activo de microonda. |
| ATSR-M | Radiómetro barredor de trazado longitudinal. |
| AVCS | Cámara vidicón avanzada. |
| AVHRR | Radiómetro avanzado de muy alta resolución. |
| CZCS | Barredor de color de la zona costera. |
| ETM | Cartógrafo temático mejorado. |
| HCMR | Radiómetro de cartografía de la capacidad térmica. |
| HRV | Instrumento de muy alta resolución. |
| LIMBS | Radiómetro de temperaturas de perfiles. |
| LISS | Sensor autobarredor de imágenes lineales. |
| MESSR | Radiómetro multiespectral electrónico autobarredor. |
| MRIR | Radiómetro infrarrojo de mediana resolución. |
| MRTVK | Sistema televisivo multiespectral. |
| MSR | Radiómetro barredor de microonda. |
| MSS | Barredor multiespectral. |
| RA | Altímetro a radar. |
| RBV | Sistema vidicón con haz explorador restituido al cátodo. |
| SAR | Radar de abertura sintética. |
| SASS | Difusómetro del satélite Seasat. |
| SLAR | Radar aéreo de vista lateral. |
| SMMR | Radiómetro barredor de microonda multicanales. |
| TM | Cartógrafo temático. |
| VIRR | Radiómetro visible e infrarrojo. |
| VTIR | Radiómetro visible e infrarrojo térmico. |
Figura 4.12 Modelo de exploración del Landsat y órbitas sucesivas (Taranik, 1978)
Figura 4.13 Configuración de los Landsat 4 y 5
Unas 18 estaciones receptoras repartidas en todo el mundo transmiten los datos Landsat al Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA. De ahí los datos pasan a una empresa comercial (EOSAT) para su procesamiento y distribución. Tanto el Landsat 4 como el 5 han superado con mucho su vida útil prevista, pero siguen funcionando gracias al cierre de algunos de los sistemas a bordo para ahorrar energía. Es probable que se produzca un “vacío de datos” cuando estos dos satélites cesen definitivamente de transmitir, ya que la falta de financiación y algunos problemas técnicos impedirán el lanzamiento del Landsat 6 antes del segundo trimestre de 1992.
El SPOT-1 (Système Probatoire pour l'Observation de la Terre) se lanzó en febrero de 1986. Fue construido por Francia en cooperación con Bélgica y Suecia. Tiene una órbita heliosincrónica con una inclinación de 98,7 grados y un período orbital de 101,4 minutos. Efectúa 14 ó 15 circunvalaciones por día y vuelve a pasar por la misma trayectoria orbital cada 26 días. Su altitud fluctúa entre 820 y 840 km y puede captar imágenes entre las latitudes 84°N y 84°S. Una característica clave del SPOT es que permite la observación fuera del nadir, es decir, puede “mirar” hacia los lados hasta un máximo de 27 grados de la vertical en ambas direcciones, ampliando el campo visual en 475 km por lado. Gracias a ello se puede reducir mucho el tiempo entre las observaciones de una misma zona, pero las imágenes serán entonces necesariamente oblicuas. La observación fuera del nadir se puede dirigir desde la tierra (Figura 4.14). Esta característica permite también la visión estereoscópica, es decir, el registro de pares de imágenes de una misma escena con distintos ángulos de visión durante pasadas sucesivas del satélite por las cercanías de la escena en cuestión (Figura 4.15).
Figura 4.14 Posibilidades de observación repetida fuera del nadir del satélite SPOT (tomada del bolentín de SPOT Image, 1986)
Figura 4.15 Posibilidades de visión estereoscoópica (del boletín de SPOT Image, 1986)
Los datos europeos enviados por el SPOT se reciben en las estaciones de Toulouse (Francia) y Kiruna (Suecia). En las zonas que están fuera del alcance de las estaciones de recepción en tierra es posible el registro a bordo de los datos y su transmisión posterior a Toulouse. Las estaciones pueden recibir datos desde una distancia máxima de 2 600 km, lo que significa que las transmisiones pueden durar hasta 800 segundos mientras el satélite sobrevuela las estaciones. Estas tienen capacidad para recibir alrededor de 250 000 escenas al año. Cada día, la estación de control en tierra de Toulouse carga una secuencia de observación en la computadora a bordo. La difusión de los datos del SPOT corre a cargo de una empresa comercial denominada SPOT Image. El SPOT-1 se retiró del servicio en septiembre de 1990. El SPOT-2, de características similares a las de su predecesor, se lanzó en enero de 1990, y para antes de 1998 está previsto el lanzamiento de otros dos satélites de la serie.
Este fue el primer satélite de observación de la tierra japonés; se lanzó en febrero de 1987, para una duración prevista de 3 años (Figura 4.16). Su órbita tiene una altura de 908,7 km y una inclinación de 99,1 grados, y cada día efectúa 14 circunvalaciones. Proporciona cobertura repetida cada 17 días y necesita 237 órbitas para obtener una cobertura completa del globo. El MOS-1 no transporta grabadores de cinta magnética, por lo que se necesitan estaciones en tierra para adquirir los datos que están fuera del alcance del Centro de Observación de la Tierra japonés. La Organización Europea de Investigaciones Espaciales tiene un acuerdo con el Organismo de Desarrollo Espacial del Japón para adquirir, procesar y distribuir los productos del MOS-1 en Europa. En febrero de 1990 se lanzó el MOS-1 b, con características idénticas a las del MOS-1, y está previsto el lanzamiento de otros cuatro satélites de la serie.
Figura 4.16 Configuración del MOS-1
El ERS-1 será el primero de una serie de satélites de un programa para los años noventa establecido por un consorcio de países que conforman la Organización Europea de Investigaciones Espaciales (ESA). Tras su lanzamiento en 1991, el ERS-1 se colocará en órbita heliosincrónica y brindará una cobertura de todo el planeta, incluidas las regiones polares. Tendrá una altitud de 777 km, una inclinación de 98,5 grados y un período orbital de 100 minutos (Figura 4.17). El lanzamiento del ERS-2 está planificado para 1994. Los datos en tiempo real serán retransmitidos a las estaciones de West Freugh (Escocia), Kiruna (Suecia), Fucino (Italia), Maspalomas (Islas Canarias) y Príncipe Alberto (Canadá).
Esta serie de satélites rusos es la continuación de una serie más antigua e incluye satélites lanzados con diversos propósitos. Su gestión está en manos del centro estatal de telepercepción “PRIRODA”. Funcionarios soviéticos han señalado que los lanzamientos tienen lugar cada dos o tres meses. Los satélites se colocan en órbitas bajas (270 km) y el tiempo de repetición de la cobertura completa es de 22 días. Su esperanza de duración es variable, pero muy corta. No existe una red de estaciones de recepción en tierra.
En esta sección examinaremos primero los principales sensores que transportan los Landsat 4 y 5, el SPOT-1, el ERS-1, el MOS-1 y los Kosmos, incluidas sus aplicaciones más comunes. Luego describiremos otros dos sensores que han sido particularmente útiles para fines marinos o de actividades basadas en el agua.
Figura 4.17 Configuración del ERS-1
Ambos Landsat transportan sensores parecidos, distinguiéndose dos tipos principales:
Barredor multiespectral. Este sistema es un instrumento de exploración de líneas que registra en cuatro bandas del espectro, dos de la región visible y dos del infrarrojo próximo. Se compone de un telescopio, un espejo que refleja la radiación de la tierra a un banco de 24 sensores electroópticos, filtros de bandas y un sistema de muestreo, un sistema de calibración interna y varios dispositivos que aseguran el flujo ordenado de los datos digitales de cada pixel y banda espectral. Forma imágenes de seis líneas de exploración en cada una de las cuatro bandas espectrales simultáneamente, lo que da un total de 24 líneas de exploración. La resolución, delimitada por el tamaño del elemento más pequeno de la imagen o pixel, es de 80 m, y la cuantificación en seis bitios da una gama posible de 64 valores de intensidad. Cada escena de una imagen del barredor multiespectral abarca aproximadamente 185 × 185 km y recubre la escena adyacente en alrededor de un 10 por ciento. Las imágenes originales tienen una escala de 1:3 369 000, y un marco abarca 34 000 km2. Los datos se registran en cinta magnética para su transmisión posterior a las estaciones receptoras, y luego están disponibles en forma digital o analógica (fotográfica). En el Cuadro 4.3 aparecen detalles sobre las bandas y las posibles aplicaciones de las imágenes.
| Banda | Gama espectral | Características/aplicaciones |
|---|---|---|
| 4 | 500–600 nm banda verde | Las imágenes de esta banda ponen de relieve el movimiento del agua cargada de sedimentos, las masas de agua someras, los bancos de arena y arrecifes, etc. |
| 5 | 600–700 nm banda roja | Las imágenes de esta banda acentúan las características culturales, como las áreas urbanas y caminos, y, a veces, los colores de la superficie del suelo pelado. |
| 6 | 700–800 nm infrarrojo próximo | Este tipo de imágenes realza la vegetación y las formas de la tierra en general. |
| 7 | 800–1100 nm 2azona del infrarrojo próximo | Estas imágenes ofrecen la mejor penetración en la bruma y ponen de relieve la vegetación y los límites tierra-agua. |
b) Cartógrafo temático. Este sensor también capta, filtra y detecta radiaciones en una zona de 185 km. Registra en siete bandas espectrales que incluyen el infrarrojo medio y térmico. Ofrece una resolución espacial de 30 metros, salvo en la banda del infrarrojo térmico, donde es de 120 metros. La alta resolución espectral se consigue mediante detectores sensibles, y una cuantificación en 8 bitios en el proceso de conversión analógico-digital da 256 tonos de gris. El cartógrafo temático mejorado (ETM), que se lanzará en el Landsat 6, tendrá además una banda pancromática de 15 metros de resolución. En el Cuadro 4.4 se indican las posibles aplicaciones de este sensor por bandas y longitudes de onda.
El SPOT transporta dos barredores de muy alta resolución (HRV) idénticos, que pueden funcionar en forma independiente uno de otro. Cada uno puede explorar una franja de 60 × 80 km a lo largo de la línea de vuelo, aunque esta anchura varía según el ángulo de visión. Cada 60 km se cortan los datos para formar una escena. Ambos sensores están diseñados para operar sea en el modo pancromático, sea en el multiespectral, en las bandas espectrales visible e infrarroja próxima. Estos sensores son del tipo secuencial con peine detector. Consisten en una serie de sistemas de antenas colineales fijos formados por detectores electrónicos conocidos como dispositivos de acoplamiento de cargas o CCD. Las imágenes se adquieren midiendo sucesivamente la corriente generada por cada detector del sistema. En el modo pancromático cada detector corresponde a un pixel y mide la reflectancia de una celda de resolución del terreno de 10 metros. En el modo multiespectral los detectores están apareados y miden, por tanto, un pixel de 20 metros en la pista transversal. Si se duplica el dempo de obtención de cada muestra, la medida de la celda en la pista longitudinal también pasa a ser de 20 metros.
| Banda | Gama espectral (micrómetros) | Resolución | Características/aplicaciones |
|---|---|---|---|
| TM 1 | 0,45 – 0,52 visible azul- verde | 30 m | Batimetría en aguas menos turbias, diferencias de suelo y vegetación, diferenciación de árboles caducos y coníferas, tipos de suelos. |
| TM 2 | 0,52 – 0,60 visible verde | 30 m | Indicación del ritmo de crecimiento/ vigor de la vegetación, estimaciones de la concentración de sedimentos, batimetría en aguas turbias. |
| TM 3 | 0,63 – 0,69 visible rojo | 30 m | Diferenciación de la absorción de clorofila/especies, clasificación de cultivos, cubierta vegetal y su densidad. |
| TM 4 | 0,76 – 0,90 infrarrojo próximo solar | 30 m | Delineación de masas de agua, variaciones de biomasa y tensiones, aplicaciones geológicas. |
| TM5 | 1,55 – 1,75 infrarrojo medio solar | 30 m | Humedad/tensiones de la vegetación, minerales. |
| TM 6 | 10,4 – 12,5 infrarrojo térmico emitido | 120 m | Temperaturas aparentes de la superficie, diferenciación de zonas quemadas y masas de agua. |
| TM 7 | 2,08 – 2,35 infrarrojo medio solar | 30 m | Zonas con alteraciones hidrotérmicas, exploración de minerales, discriminación de tipos de suelos. |
Ya hemos mencionado las posibilidades de observación en el nadir, fuera del nadir y en estereoscopia de este sistema. Las principales aplicaciones de las imágenes estereoscópicas se relacionan con la fotogrametría, la cartografía y la fotointerpretación para estudios geológicos, geomorfológicos e hidrológicos. Las otras aplicaciones del SPOT están asociadas fundamentalmente con los estudios sobre el aprovechamiento de la tierra, la evaluación de los recursos renovables y la prospección de minerales y petróleo. La alta resolución permite levantar mapas topográficos (a escala 1:100 000) con una equidistancia de sólo 20 metros y mapas temáticos a escalas de 1:25 000 a 1:50 000, además de la compilación directa de modelos digitales del terreno. En el Cuadro 4.5 aparecen las principales características de los instrumentos de muy alta resolución.
| Características del instrumento de HRV | Modo multiespectral | Modo pancromático |
|---|---|---|
| 3 bandas espectrales: verde | 0,50 – 0,59 μm | |
| roja | 0,61 – 0,69 μm | |
| infrarroja próx. | 0,81 – 0,91 μm | |
| o bien | ||
| 1 banda espectral ancha | 0,50 – 0,75 μm | |
| Campo visual del instrumento | 4,13° | 4,13° |
| Intervalo de muestreo del terreno (observación en el nadir) | 20 m × 20 m | 10 m × 10 m |
| Número de pixels por línea | 3 000 | 6 000 |
| Anchura de barrido en tierra (observación en el nadir) | 60 km | 60 km |
| Formato de codificación de pixels | 3 × 8 bitios | 6 bitios DPCM (1) |
| Velocidad de bitios de los datos de la imagen | 25 Mbitios/s | 25 Mbitios/s |
Los principales sensores a bordo serán:
El instrumento activo de microonda (AMI), que combina las funciones de un radar de abertura sintética, un difusómetro de ondas y un difusómetro de viento. El AMI medirá los campos del viento y los espectros de ondas y obtendrá imágenes de todo tiempo. Tendrá una resolución espacial de 30 metros y un barrido de 99 km.
El altímetro a radar, para determinar la altura de las olas grandes y efectuar mediciones del hielo marino y de las corrientes oceánicas importantes.
El radiómetro barredor de trazado longitudinal (ATSR-M), para determinar las temperaturas de la superficie del mar y medir el vapor de agua atmosférico.
El PRARE (equipo de medición de distancias precisas y de la velocidad de variación de la distancia), para la telemetría exacta del satélite y la corrección del error ionosférico. Los objetivos del programa comprenden la observación mundial de las olas, el estado de la mar, las corrientes oceánicas, las olas oceánicas, las temperaturas de la superficie del mar, el hielo marino y la dinámica de las capas de hielo, y también la adquisición de imágenes de la tierra mediante el radar de abertura sintética. Estos objetivos serán de ayuda para la navegación, la pesca y las actividades costeras.
Los detalles de los tres sensores a bordo del MOS-1 se consignan en el Cuadro 4.6. El MOS tiene por finalidad establecer tecnologías fundamentales para los satélites de observación de la tierra, principalmente mediante la observación de fenómenos oceánicos tales como el color y la temperatura. Se prevé que las observaciones de este satélite serán valiosas también para la agricultura, la silvicultura, la pesca y la conservación del medio ambiente.
| MESSR | VTIR | MSR | ||
|---|---|---|---|---|
| Objetivo | color de la superficie del mar, vegetación, aprovechamiento de la tierra, etc. | sedimento en suspensión | vapor de agua estratosférico, temperaturas de la superficie del mar y de la tierra | contenido de vapor de agua, contenido de agua líquida, hielo, nieve, etc. |
| Longitud de onda de la obscrvación (μm) | 0.51 –0.59 | |||
| 0.61 – 0.69 | 6 – 7 | |||
| 0.73 – 0.80 | 0.5 – 0.7 | 10.5 – 11.5 | ||
| 0.80 – 1.10 | 11.5 – 12.5 | |||
| Frecuencia de la observación (GHz) Abertura del haz Tiempo de integración (ms) | 23.8±0.2 31.4±0.25 | |||
| 1.89±0.19 1.31±0.13 | ||||
| 10 y 47 10 y 47 | ||||
| Campo de vista instantáneo (km) | 0.05 | 0.9 | 2.7 | 32 23 |
| Anchura de barrido (km) 100 (cada lente) | 100 (cada lente) | 1500 | 317 | |
| Tipo de aparato | Altura media de la órbita (km) | Escala media de las imágenes | Número de zonas espectrales | Gama espectral (nm) | Formato de la imagen (cm) | Superficie de cobertura (km) | Recubrimiento longitudinal de las imágenes (%) | Resolución del terreno (m) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tipo de reconocimiento | ||||||||
| KFA-1000 | 270 | 1:270 000 | De banda específica | 570–680 | 30 × 30 | 80 × 80 | 60 | 5 |
| De banda específica, en colora | 680–810 | (6 400) | ||||||
| MK-4b | 200–350 | 1:650 000– | 3 | (1)635–690 | 18 × 18 | 117 × 117 | 60 | 6–8 |
| 1:1 200 000 | (2)810–900 | (13 700) | ||||||
| Multiespectral y | (3)515–565 | |||||||
| en color de banda | (4)460–505 | 216 × 216 | ||||||
| específica | (5)580–800 | (46 700) | ||||||
| (6)400–700 | ||||||||
| 1 | 570–680 | |||||||
| 680–810 | ||||||||
| KATE-200 | 270 | 1:1 350 000 | 3 | 500–600 | 18 × 18 | 243 × 243 | 60 | 15–30 |
| 600–700 | (59 000) | |||||||
| Multiespectral | 700–850 |
Los satélites de esta serie han transportado diferentes sensores y combinaciones de sensores. Los más interesantes para la observación del medio ambiente son las cámaras fotográficas, cuyos detalles se consignan en el Cuadro 4.7. La KFA-1000 proporciona una resolución del terreno de hasta cinco metros, lo que le da una gran ventaja respecto del SPOT o el Landsat. Otra ventaja es la frecuencia de cobertura. El 98 por ciento de todas las imágenes telepercibidas de PRIRODA se obtienen mediante una combinación de tres cámaras fotográficas a bordo de los satélites Kosmos. Una vez sacadas las fotografías en el espacio, la película expuesta se hace descender a la tierra mediante aterrizaje suave para su procesamiento.
En los dos últimos decenios se han lanzado varios otros sensores de satélite que han tenido un valor potencial para la acuicultura y la pesca continental. Describiremos brevemente dos de ellos:
El radiómetro de cartografía de la capacidad térmica (HCMR). Este sensor se lanzó en el marco de la misión de cartografía de la capacidad térmica en abril de 1978 y funcionó hasta septiembre de 1980. Era un radiómetro por exploración de dos canales que operaba en la banda visible y del infrarrojo próximo y en la banda del infrarrojo térmico. Los principales objetivos de interés eran:
La cartografía de los efluentes térmicos naturales y artificiales.
La detección de los gradientes térmicos en las masas de agua.
La cartografía y observación de los campos de nieve para predecir la escorrentía de agua.
La vigilancia de la contaminación marina por el petróleo.
Muchos de los productos obtenidos en esa misión aún están disponibles.
El barredor de color de la zona costera (CZCS). Fue lanzado a bordo del Nimbus-7 en octubre de 1978 y estuvo en funcionamiento hasta finales de 1984. Era un barredor de líneas multiespectral, perfeccionado para operar sobre el agua. Adquiría información cuantitativa sobre el color del océano, los sedimentos en suspensión, las concentraciones de clorofila, los contaminantes y la temperatura en los primeros metros bajo la superficie del agua. Tanto los datos fotográficos como los digitales toda vía están en el comercio. En el Cuadro 4.8 aparecen las bandas y mediciones del CZCS.
| Sensor: | ||||
|---|---|---|---|---|
| Barredor de color de la zona costera (CZCS) | ||||
| Longitud de onda (μm) | Resolución espacial | Anchura de barrido | Mediciones | |
| Banda 1 | 0.43–0.45 | 800 m | 1 800 km | Absorción de la clorofila |
| Banda 2 | 0.51–0.53 | 800 m | 1 800 km | Distribución de la clorofila |
| Banda 3 | 0.54–0.56 | 800 m | 1 800 km | Sustancia amarilla |
| Banda 4 | 0.66–0.68 | 800 m | 1 800 km | Concentración de clorofila |
| Banda 5 | 0.70–0.80 | 800 m | 1 800 km | Vegetación de la superficie |
| Banda 6 | 10.50–12.50 | 800 m | 1 800km | Temperatura de la superficie, coeficiente de atenuación difusa |
Las imágenes electrónicas adquiridas por los dispositivos de telepercepción pueden transmitirse directamente a tierra o almacenarse en grabadoras a bordo del satélite para su transmisión posterior. Esto representa la fase inicial de un complejo flujo de información, que fue ilustrado por Estes (1985) y se reproduce aquí en la Figura 4.18. Los datos adquiridos se conservan en forma de valores de pixel, cada uno de los cuales representa la cantidad de radiación (la reflectancia espectral), en un ancho de banda dado, que el barredorrecibe desde la zona de la superficie terrestre cubierta por el pixel. Los valores de pixel se codifican digitalmente según cierto número de bitios; por ejemplo, los Landsat y el SPOT utilizan la codificación en 8 bitios, que da una gama de 256 valores posibles. Los valores de cada pixel varían según las bandas espectrales que se estén registrando. La superficie cubierta por un pixel (la resolución espacial) es una función de la altura del sensor, la distancia focal del objetivo o sistema de enfoque y otras características intrínsecas del sensor. A cada pixel corresponderá una coordenada en los sistemas cuadriculados de referencia.
Figura 4.18 La corriente de información en el sistema de telepercepción
Los valores de pixel se transmiten a la tierra en forma de un flujo de números binarios. Para reconstituir las imágenes, las computadoras en tierra descodifican los datos binarios, asignando el tono apropiado de gris a cada valor de pixel. Las imágenes pueden visualizarse entonces en un monitor o en forma impresa. En la fase inicial son monocromas y se encuentran en estado de procesamiento preliminar. Los procesos de análisis de imágenes se pueden efectuarcon una gran variedad de hardware y software, en microcomputadoras, minicomputadoras o unidades centrales, que no podemos examinar aquí pero que están descritos con cierto detalle en Jensen (1986). Estos sistemas de software deberían ser capaces de ejecutar todas o varias de las funciones de procesamiento específico que aparecen en el Cuadro 4.9. No todas las funciones mencionadas son esenciales; eso dependerá del tipo de producto requerido. Aquí describiremos sólo las funciones esenciales, junto con las de uso más común. Las imágenes de los Landsat y el SPOT se pueden comprar en diversos “niveles” de procesamiento.
| Procesamiento preliminar | |
| A. | Corrección radiométrica (de efectos ambientales y del sistema) |
| B. | Corrección geométrica (de imagen a mapa o de imagen a imagen) |
| Presentación visual y realce | |
| C. | Imagen en blanco y negro |
| D. | Imagen compuesta en color |
| E. | División de densidades |
| F. | Ampliación o reducción |
| G. | Cortes transversales |
| H. | Extensión del contraste |
| I. | Algebra de imágenes (razones entre las bandas, diferencias, etc.) |
| J. | Filtraje espacial |
| K. | Acentuación de contomos |
| L. | Componentes principales |
| M. | Combinaciones lineales (por ejemplo, transformación de Kauth) |
| N. | Transformaciones de textura |
| O. | Transformaciones de Fourier |
| Extracción de información | |
| P. | Clasificación controlada |
| Q. | Clasificación no controlada |
| R. | Clasificación contextual |
| S. | Incorporación de datos auxiliares en la clasificación |
| Sistemas de información geográfica (SIG) | |
| T. | SIG basados en imágenes o en cuadrículas de exploración |
| U. | SIG basados en vectores o en polígonos (deben permitir la comparación de polígonos) |
| Sistemas integrados | |
| W. | Sistemas de tratamiento completo de imágenes (funciones A a S) |
| Y. | Sistemas de tratamiento completo de imágenes y SIG (funciones A a S y T o U) |
| Funciones de utilidad | |
| Z. | Comunicación con una unidad central para los sistemas en micro o minicomputadoras. |
