Introducción a la teledetecciónIntroducción a la … · conocimientos necesarios para interpretar dicha información (Chuvieco, 2006). • Adquisición de radiación electromagnética

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


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.


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


• 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


mm

Espectro electromagnéticoEspectro electromagnético

Satélite Landsat 7 ETM+


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


• 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


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


METEOSAT


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


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


• 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


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).


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


Composiciones color

Imagen Landsat TM

Banda 4

RGB 543RGB 453


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


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


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


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


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)


* 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)


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)

Documents

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