Teledeteccion ambiental listo

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Sensores Remotos

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Teledeteccion ambiental listo

  1. 1. TELEDETECCIÓNAMBIENTALLa observación de la Tierra desde el EspacioEmilio C h u v i e c o Salinero c ie n c ia
  2. 2. I.* edición: mayo de 2002 3. edición actualizada: septiembre de 2008 C 2002 y 2008: Emilio Chuvieco Derechos csclusivos de edición en español reservados para todo el mundo: O 2002 y 2008: Editorial Ariel. S. A. Avenida Diagonal. 662, 6* planta. 08034 Barcelona (España) ISBN: 978-84-344-8073-3 Depósito legal: B. 36.458-2008 Impreso en España por Book Print Digital Botánica, 176-178 08901 L’Hospitalet Queda rigurosamente prohibida, sin la autorización escrita de los titulares del copyright. bajo las canciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obrapor cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografia y el tratamiento informático, y la distribución de ejemplares de ella mediente alquiler o préstamo públicos. Copyrighted rn aterí al
  3. 3. ÍNDICEP resen ta ció n ....................................................................................................................................13 PKIMIKA?ARTr LA OBTENCIÓN DH LA IMAGENC 1___.Nociones introductorias ....................................................................... ........... L a p it u l o I 1. Definición v o b je tiv o s........................................................................................ >7 2. U n g o c o J e h i s t o r i a .......................................................................................................................... ............... 21 I __Desarrollo,actual . ............................ .................................................... 4. Aspectos legales de la teledeiección.................................................................. .......... 32 3. Lu:> ventaja» de la observación espacial............................................................... ...........33 5 . 1. C o b e r t u r a g l o b a l y e x h a u s t i v a d e la s u p e r f i c i e t e r r e s t r e ..............................................34 5.2. Perspectiva panorám ica.......................................................................... ...........34 5.3. Observación multiescala y no destructiva.............................................. 36 5.4. información sobre regiones no visibles dele sp e c tro ............................. 36 5.5. Cobertura repetitiva................................................................................ 36 5.6. Transmisión inmediata............................................................................. 37 5.7. Formato digital.....................................................................................................38 6. íucnlci bibliourálicas........................................................................................ 40Capitulo 2. Principios físicos de la tekdetccción . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 L_FmHLuncmw de la observ ación remuta............................................................... .......... é l 2 ._El espectro electromagnético . . . . . . . . _____ 45 3. Términos y unidades de medida........................................................................... 48 4. Principios y leyes de la radiación electromagnética.......................................... 49 5. 1:1 d o m i n i o s o l a r d e l e s p e c t r o ...................................................................................................... ...............52 Características de la radiación solar. Interacción con las aihienas te­ rrestres. . ....... ^ ................................................... — _ _________¿2 _ 5.2. M e d io s p a ra o b t e n e r í i n n a s e s p e c t r a le s ;............................................................. 59 5.3 .__Bibliotecas e s p e c t r a l e s . _____59 5.4. Comportamiento espectral de la vegetación en el espectro óptico . . . 60 5.5. El suelo en el espectro ó p tic o ................................................................. 64 5.6. El agua en el espectro ó p tic o ............................................................................65 6. Kl dominio del infrarrojo té rm ic o ..................................................................... 67 6.1. Características de la radiación energética en el infrarrojo térmico . . . 67 6.2. Comportamiento espectral de la vegetación en el infrarrojo térmico . . 70 6.3. Los suelos y el agua en el dominio térm ico...................................................... 7J 7. I.a región de las micro-onctas.......................................................................................... 73 Copyrighted malcría!
  4. 4. 8 T E L E D E T E C C IÓ N A M B IE N T A L 7.1. Características de la radiación energética en lu región de las micro- ondas_______________ i _______________________ __________________ 23 _ 7.2. Características de la vegetación en la región de las micro-ondas . . . . 80 7.3. Características del suelo y el agua en la región de las micro-ondas. . . 8» 8. Interacciones de la atmósfera con la radiación electro-magnética................... 82 ¿LL_______________________________________________ ________ ________ £3 8.2. Dispersión atm o sférica........................................................................... 84 8.3. Emisión atmosférica............................................................................................86CapItuio 3. Sensores y satélites de te le d e te c c ió n ..................................................... 87 1. Tipos de sensores................................................................................................ ...........87 2_ Resolución de un sistema sensor____ _________ _________ _ ____ ___________ & _ _ & 2.1. Resolución esp acial................................................................................ .......... 88 2.2. Resolución espectral................................................................................ 90 2.3. Resolución radiométrica.......................................................................... 92 2.4. Resolución temporal................................................................................ 95 2.5 Resolución a n g u la r ................................................................................ 97 2.6. Relaciones entre los distintos tipos de resolución.................................. 97 3. Sensores p asiv o s................................................................................................. 99 3.1. Cámaras analógi c a s ............................................................................................ 99 3.2. Exploradores de barrido........................ ................................................. 104 3.3. Exploradores de empuje .......................................................................... 107 i A __ C¿maiaa..dg.vidcü___ .__________ ____________ _____________________lliH U l _Radiómetros de m icro-ondas.................................................................. .........LLÜ ± __S.en&Q£gs..aciLV.os^-a..a...-J. ^ - , - ^ . ^ . _ ,____ ,__ ______________Lii _ 4 J ___^ ________________ _____ ■ ____ Lü 4J>. L tdar..................................... .. .................. ... . . . , ................, . . ._____ m 5._Plataformas de teledetección espacial.................................................................. 122 5.1. El programa Landsat.............................................................................. 124 5.1.1. Características orbitales........................................................... 125 5.1.2. Instrumentos de o b serv ació n ................................................. 126 5.1.3. El futuro del programa L andsat.............................................. 130 5.2. El satélite S P O T .................................................................................... 132 5.3. El programa 1RS . . . . ................ ....................................................... 135 5.4. Satélites comerciales de alta resolución............................................... 137 5.5. Tiros-NOAA.......................................................................................... 139 5.6. Satélites meteorológicos geoestacionarios............................................ 142 5.7. T e rra y A q u a .......................................................................................... 144 5.8. DMSP....................................................................................................... 149 5.9. Satélites de la Agencia Espacial Europea............................................... 149 5.10. Otras misiones Radar. _______________ ________ ________ 151 5.11. Otros programas con sensores ópticos.................................................. 153 5.12. Programas con sensores hiper-espcctrales............................................ 155 5.13. El programa español de observación de la T ie r r a ................................ 157 S egunda partí: LA INTERPRETACIÓN DE LOS DATOSCapítulo 4. Bases para la Interpretación de Imágenes de telcdeteceíón............ 161 I. Limitaciones para el empleo de la teledetección................................................ 162 Copyrighted malcría!
  5. 5. ÍN DICE 9 1.1. Información que brindan las im á g en e s.................................................. 162 1.2. El coste de la información geográfica...................................................... 162 1.3. El diálogo con los u su a rio s..................................................................... 164 2. Variables v tipos de interpretación..................................................................... 165 3. Organización de un proyecto de teledetección................................................... 168 3.1. Definición de objetivos........................................................................... 168 3.2. Escala y leyenda de tra b a jo ..................................................................... 170 3.3. Selección de los m ateriales.................................................................... 175 3.3.1. Tipo de sensor.............................................................................. 175 3.3.2. Fecha de adquisición................................................................. 176 3.3.3. Soporte de las imágenes............................................. .. 177 3.4. Metodología de interpretación: ¿análisis visual o d ig ita l? ................... 178 4. Fases en la interpretación.................................................................................... 131C a p ítu lo s. Interpretación visual de im á g e n e s ....................................................... 185 1. Familiarización con imágenes analógicas........................................................ 185 1.1. Información incluida en los productos fotográficos................................ 185 1.2. Identificación de algunos rasgos geográficos sobre la im a g en .............. 189 2. Criterios para la interpretación v is u a l............................................................... 189 2.1. Brillo........................................................................................................... 191 2.2. Color.......................................................................................................... 193 2.3. Textura....................................................................................................... 196 2.4. Form a-T am año........................................................................................ 199 2.5. Contexto e sp a c ia l..................................................................................... 200 2.6. Som bras.................................................................................................... 201 2.7. Patrón espacial........................................................................................... 203 2.8. Visión estereoscópica............................................................................... 203 2.9. Periodo de adquisición............................................................................... 204 3. Elementos de análisis v isu a l............................................................................... 205 3.1. Características geométricas de una únagen espacial ............................. 206 3.2. Electo de la resolución espacial en el análisis is u a l............................. 206 3.3. Efecto de la resolución espectral en el análisis visual............................. 208 3.4. Interpretación de composiciones en color................................................ 213 3.5. Ejercicios de análisis multi-tcm poral...................................................... 214 4. Algunos ejemplos de análisis v isu a l.................................................................. 217 4.1. Cartogra fia geológica............................................................................... 217 4.2. Cobertura del s u e lo .................................................................................. 217 4.3. Morfología urbana..................................................................................... 220C apitulo 6. Análisis digital de imágenes: correcciones y realces ........................... 223 1. La matriz de datos en una imagen d i g i t a l ......................................................... 223 2 ._Soporte y organización de la image n .................................................................. 226 2.1. Soporte físico de una imagen..................................................................... 226 2.2. Formatos de grabación............................................................................... 227 3. Equipos de análisis digital de im ágenes............................................................ 229 4. Operaciones de utilidad general........................................................................... 232 4.1. Gestión de a rc h iv o s.................................................................................. 232 4.2. Utilidades para la visualización............................................................... 234 4.3. Cálculo de estadísticas e histograma de la im a g e n ................................ 237 5. Realces y mejoras visuales.................................................................................. 241 Copyrighted malori al
  6. 6. 10 T E L E D E T E C C IÓ N A M B IE N T A L 5.1. Ajuste del contrasto.................................................................................. 242 5.1.1 ._Iablas-d.¿.r¿fcrcpcia del color............................................ ................. 242 5.1.2. Compresión del contraste............................................................ 244 5.1.3. Expansión del contraste............................................................... 245 5.2. Composiciones en co lo r............................................................................ 251 5.3. Empleo del seudo-color............................................................................ 252 5.4. F iltra jc s.................................................................................................... 254 5.4.1. Naturaleza de un filtro digital..................................................... 254 5.4.2. Filtros de paso b a jo ..................................................................... 258 5.4.3. Filtros de paso a l t o ..................................................................... 259 6. Correcciones de la im agen................................................................................. 262 6.1. Fuentes de error en una imagen e s p a c ia l................................................ 263 6.2. Correcciones radiom étricas..................................................................... 266 6.2.1. Restauración de líneas o pixeles perdidos................................... 266 6.2.2. Corrección del bandeado de la im agen...................................... 267 6.2.3. Cálculo de reflectividades............................................................ 270 6.2.4. Cálculo de temperaturas............................................................... 291 6.2.5. Detección de n u b e s..................................................................... 296 6.3. Correcciones geométricas........................................................................ 299 6.3.1. Introducción................................................................................. 299 6.3.2. Corrección a partir de modelos orbitales................................... 301 6.3.3. Corrección a partir de puntos de c o n tro l................................... 306Capítulo ?._Análisis digital de imágenes: extracción de información tem ática..___323 1. Generación de variables continuas.................................................................... 323 LL__ Tccnicas.dc Dipdcl¿tdPcmdcdclcccÍQn_____. . . . . . . . . , ______ . . _____ 323 1.1.1. Tclcdctección cualitativa y cuantitativa...................................... 323 1.1.2. Tipo de modelos en teledetección............................................... 325 1.1.3. Estimación empirica del contenido de agua en las plantas a par­ tir de modelos em píricos........................................................... 326 1.1.4. Estimación del contenido de agua a partir de modelos de si­ mulación ............................... .................................................... ........ H i 1.2. Cocientes c Índices de v e c ta c ió n ............................................................ 337 1.3. Componentes principales........................................................................... 346 1.4. Transformación «TosseUd Cap» (TTC)................................................... 352 1.5. Transformación IMS.................................................................................. 355 1.6. Técnicas de análisis hiperespectral......................................................... 359 1.6.1. Análisis de espectros.................................................................. 361 1.6.2. Clasificación angular.................................................................. 364 1.6.3. Reducción de la dimensionalidad de la imagen.......................... 366 1.6.4. Análisis lineal de mezclas espectrales......................................... 366 1.7. Técnicas de fusión de d a to s..................................................................... 376 1.7.1. Enfoques en la fusión de im ágenes............................................ 376 1.7.2. Obtención de imágenes híbridas.................................................. 377 1.7.3. Interpretación sintética con datos de distintas fu en te s.............. 380 1.7.4. integración de resultados............................................................ 381 2. Categorización de imágenes: clasificación digital........................................... 383 2.1. Introducción.............................................................................................. 383 1 1 _Fwg de yntrgnqroignUi ■ ,............................ ..... ........................ ...... 2.2.1. Conceptos básicos............................................................................... 386 Copyrighted mate
  7. 7. ÍN D IC E 11 2.2.2. Método supervisado..................................................................... 389 2.2.3. Mctodo no supervisado.............................................................. 393 2.2.4. Métodos mixtos........................................................................... 3% 2.2.5. Análisis de las estadísticas de entrenamiento............................. 397 2.3. Fase de asignación................................................................................... 404 2.3.1. Clasificador de minima distancia............................................... 404 2.3.2. Clasificador de paralelepípedos.................................................. 405 2.3.3. Clasificador de máxima probabilidad......................................... 407 2.3.4. Clasificadores en á rb o l............................................................... 413 2.3.5. Clasificadores basados en el contexto espacial......................... 416 2.3.6. Redes Neuronales Artificiales ( R N A ) ...................................... 422 2.3.7. Clasificación borrosa (fuzzy clussification)................................ 427 2.4. Obtención y presentación de resultados.................................................. 430 2.4.1. Productos cartográficos............................................................... 430 2.4.2. Productos estadísticos.................................................................. 432 3. Técnicas de análisis multitemporal.................................................................... 433 3.1. El factor tiempo en los estudios de teledetccción e s p a c ia l.................... 433 3.2. Requisitos previos para el análisis multitemporal................................... 436 3.2.1. Ajuste geométrico........................................................................ 436 3.2.2. Homoueneización radiométrica.................................................. 438 3.3. Técnicas para el análisis estacional......................................................... 439 3.4. Técnicas para la detección de cambios..................................................... 442 3.4.1. Composiciones de color multitemporales................................... 443 3.4.2. Diferencia entre im á g en e s........................................................ 445 3.4.3. Cocientes multitemporales........................................................ 447 3.4.4. Componentes principales............................................................ 448 3.4.5. Regresión.................................................................................... 450 3.4.6. Vectores multitemporales............................................................ 452 3.4.7. El problema de delimitar los um brales...................................... 454 3.4 8. Análisis multitemporal de imágenes clasificadas...................... 456 4. Determinación de la estructura espacial del territorio: la imagen como mosai­ co paisajístico ................................................................................................... 460 4.1. Teledetccción y ecología del paisaje......................................................... 460 4.2. Técnicas para medir la estructura espacial de una im a g e n .................... 462 4.2.1. Medidas de la variación espacial en imágenesde intervalo . . 462 4.2.2. Medidas de la variación espacial en imágenesclasificadas . . . 470 4.2.3. Dinámica de la estructura espacial del p aisaje.......................... 475CapItui.o S. Verificación de resultados...................................................................... 481 1. Necesidad de verificar resu ltad o s..................................................................... 481 2. Medidas de la fiabilidad.................................................................................... 482 3. Fuentes de error en una clasificación temática.................................................. 484 3.1. Limitaciones del se n so r.......................................................................... 485 3.2. Métodos de a n á lis is ................................................................................. 485 3.3. Estructura del territorio.............................................................................. 486 3.4. Proceso de verificación.............................................................................. 488 4. Diseño del muestreo para la verificación........................................................... 491 4.1. Distribución de la inform ación............................................................... 491 4.2. Unidad de m uestra»................................................................................. 492 4.3. Tipos de muestreo..................................................................................... 492 wopyr Ucd malo
  8. 8. 12 TE LED E T E C C IÓ N A M B IEN TA L 4.4. Tamaño de la m uestra.............................................................................. 495 5. Recogida de !a inform ación............................................................................. 497 6. Medidas del error para variables c o n tin u a s.................................................... 500 7. Medidas del error para imágenes clasificadas................................................. 501 7.1. La matriz de c o n fu sió n ........................................................................... 501 7.2. Fiabilidad global....................................................................................... 503 7.3. Fiabilidad del usuario y del productor..................................................... 504 7.4. El estadístico k a p p a .................................................................................. 505 7.5. Normalización de la matriz de confusión............................................... 507 7.6. Validación para clases b in a ria s............................................................... 509 8. Verificación de análisis multitemporales.......................................................... 511C a p it u l o 9 .Teledetección y sistemas de información geográfica............................ 513 1. Necesidad de los S1G......................................................................................... 513 2. Paralelismo y convergencia............................................................................. 515 3. Requisitos técnicos comunes............................................................................. 517 4. Los SIG como apoyo a la tciedctccción.............................................................. 518 5. La telcdetección como fuente de datos para un S IG ........................................ 519 5.1. El acceso a la información geográfica..................................................... 519 5.2. Fase de inventario.................................................................................... 520 5.3. El problema de la actualización............................................................... 522 6. Integración de imágenes en un S I G ................................................................. 523Referencias iHblioKráfícas............................................................................................. 529 ANEXOS1. Abreviaturas utilizadas en el m a n u a l.................................................................... 5732. G lo sa r lo ....................................................................................................................... 5773. Indice te m á tic o .......................................................................................................... 5834. Fuentes adicionales de inform ación....................................................................................... 5915. Situación y características de las imágenes utilizadas en los capítulos 6 y 7 . 595 Copyrighted material
  9. 9. P rim e ra p a r t eLA OBTENCION DE LA IMAGEN Copyrighted material
  10. 10. C a p ít u l o l NOCIONES INTRODUCTORIAS «Es grandioso el espectáculo de las fuerzas variadas de la vida que Dios infundió en los seres creados haciéndoles desarro­ llarse en formas cada vez más bellas y admirables.» C h arles Darwin. El origen de las especiesl. D efinición y objetivos Volar ha sido, desde épocas muy remotas, uno de los sueños más intensam ente an­helados por la Humanidad. Pese a la persistencia del intento, sólo en fechas recientes seha dispuesto de los medios técnicos necesarios para hacer realidad este deseo. Desde esemomento, el ritmo de la innovación tecnológica ha sido vertiginoso, lo que nos ha per­mitido enriquecer notablemente nuestro conocimiento sobre el planeta y sus habitantes. Uno de los principales acicates de esta aventura aérea ha sido la búsqueda de unanueva visión de los paisajes terrestres. El afán de rem ontar la lim itada perspectiva dela visión humana es evidente ya desde los inicios de la aeronáutica, y llega a ju g ar ac­tualm ente un destacado papel en la investigación espacial. Esa observación remota de la superficie terrestre constituye el marco de estudio dela teledetección. Este vocablo es una traducción latina del termino inglés remóte sen-singy ideado a principios de los sesenta para designar cualquier medio de observaciónremota, si bien se aplicó fundamentalmente a la fotografía aérea, principal sensor deaquel momento. En sentido amplio — y así se tratará en este libro— , la teledetección noengloba sólo los procesos que permiten obtener una imagen, sino tam bién su posteriortratamiento c interpretación. Actualmente se está desvaneciendo bastante la frontera en­tre teledetección aérea y espacial, tanto porque la primera emplea cada vez más sensoresdigitales, como porque la segunda ofrece niveles de detalle antes sólo logrados desdecámaras aeroportadas. Por ello, la mayor parte de las técnicas tratadas en este libro pue­den aplicarse indistintamente a imágenes adquiridas desde avión o desde satélite, si biennos centraremos principalmente en sensores montados sobre plataformas espaciales. Seasume que el lector está familiarizado con las técnicas de foto-interpretación, ya que hanvenido siendo comunes en la mayor parte de las facultades con orientación medio am ­biental. Copyrightcd materia!
  11. 11. 18 TELED ETEC C IÓ N A M B IEN TA L Si hem os definido la teledetección como aquella técnica que perm ite adquiririm ágenes de la superficie terrestre desde sensores aéreos o espaciales, estam os asu­miendo que entre suelo y sensor existe una interacción energética, ya sea por reflexiónde la energía solar o de un haz energético artificial, ya por em isión propia. A su vez. espreciso que ese haz energético recibido por el sensor sea alm acenado conveniente­m ente, bien a bordo del satélite, bien en las estaciones receptoras, de cara a que puedainterpretarse para una determ inada aplicación. Como antes com entam os, ese análisisde la inform ación recibida se incluye tam bién — en sentido am plio— dentro del estu­dio de la teledetección, aunque esté m ás allá de los procesos de adquisición propia­mente dichos. N o obstante, constituye un capítulo fundam ental para nuestros intere­ses. por cuanto esta obra se dirige más a quienes explotan la inform ación adquirida porestos sensores que a quienes diseñan los sensores o las plataform as que los sustentan. Tal y com o se concibe en la presente obra, un sistema de teledetección espacialincluye los siguientes elem entos (fíg. 1.1): 1. Fuente de energía, que supone el origen de la radiación electro-m agnéticaque detecta el sensor. Puede tratarse de un foco extem o a éste, en cuyo caso se habla deteledetección pasiva, o de un haz energético emitido por el sensor (teledetección acti­va). La fuente de energía m ás im portante, obviam ente, es el Sol, pero tam bién puederealizarse teledetección a partir de la energía em itida por los mismos objetosobservados, o desde fuentes artificiales. 2. Cubierta terrestre, formada por distintas masas de vegetación, suelos, agua oconstrucciones hum anas, que reciben la señal energética procedente de (1), y la refle­ja n o em iten de acuerdo a sus características físicas. 3. Sistema sensor, com puesto por el sensor, propiam ente dicho, y la plataform aque lo alberga. Tiene com o m isión captar la energía procedente de las cubiertas terres­tres, codificarla y grabarla o enviarla directam ente al sistem a de recepción. 4. Sistema de recepción-com ercialización, en donde se recibe la informacióntransm itida por la plataform a, se graba en un formato apropiado, y. tras las oportunascorrecciones, se distribuye a los interesados. 5. Intérprete, que convierte esos datos en inform ación tem ática de interés, yasea visual o digitalm ente, de cara a facilitar la evaluación del problem a en estudio. 6. U suario final, encargado de analizar el docum ento fruto de la interpretación,así com o de dictam inar sobre las consecuencias que de él se deriven. El sím il de la visión hum ana puede ayudar a entender el significado de estoscom ponentes. El ojo hum ano (3) recibe un haz energético procedente de los objetosexteriores (2) por reflejo de la luz solar ( I ). Esa señal se transm ite al cerebro (4), quees capaz de form ar una serie de im ágenes sobre el mundo real que le circunda. El in ­dividuo que observa es a la vez intérprete (5) y usuario final (6) de la im agen detecta­da, lo que le perm ite tom ar decisiones sobre su propio com portam iento. En otras p a­labras, la visión hum ana form a un sistem a de teledetección — m uy sofisticado porcierto— , puesto que nos perm ite caracterizar con m ucho detalle los objetos que ob­servam os. Sin em bargo, nuestra percepción visual presenta también algunas limitaciones.Por un lado, se restringe por la sensibilidad espectral de nuestras células sensores, que
  12. 12. N O C IO N ES IN TRO D U C TO R IA S 19 Sistema se n so r C u b ie rta te rre s tre mSi sto ma do recepción T R A T A M IE N T O V IS U A L T R A T A M IE N T O D IG IT A L U su a n o final F i a 1.1. Componentes de un sistema de tcledetección.
  13. 13. 20 TELED E TEC C IÓ N AM BIEN TA Lsólo nos perm iten apreciar un determ inado tipo de energia, denom inado, por esa ra­zón, espectro visible. Otras formas energéticas, com o el calor, no son observables vi­sualm ente, por lo que parece conveniente contar con unos «ojos artificiales» que am ­plíen nuestras propias posibilidades. Por otro lado, el campo de visión hum ano está li­m itado por nuestra propia estatura, o a la que podem os adquirir desde observatoriosnaturales, por lo que abarca un pequeño radio. Adem ás, se trata de una perspectivaoblicua. A m bos factores dificultan observar fenómenos que afectan a am plios territo­rios, com o inundaciones o procesos de desertificación, donde las estim aciones visua­les pueden ser imprecisas. Para paliar estas lim itaciones, se ha acudido a sensoresartificiales, m ontados sobre plataform as situadas a una cierta altitud. Con ellos, se tie­ne acceso a tipos de energía no visibles (ultravioleta, infrarrojo, m icro-ondas), y, ade­m ás, desde una nueva perspectiva, vertical y panorám ica. Esta nueva informaciónexpande notablem ente nuestro conocim iento del m edio que nos rodea, facilitando lainterpretación de m últiples procesos que afectan al Planeta. El creciente empleo de distintos sensores de observación terrestre está originandono sólo una enorme cantidad de información, sino también una nueva forma de estudiarla superficie terrestre. La teledetección, junto a las técnicas anejas de almacenamiento yproceso de la información geográfica, permite disponer de una masa ingente de datossobre el territorio, algunos de ellos accesibles en tiempo real. Para aprovechar con frutoestas técnicas, el recurso a los ordenadores electrónicos resulta casi inevitable. Una vezsalvado el necesario entrenamiento, estos equipos amplían notablemente nuestra capa­cidad de análisis: ayudan a elaborar una interpretación rápida y económica del problemabajo estudio, a la vez que permiten abordar análisis integrados, difícilmente viables conotros medios tradicionales. En definitiva, y gracias a estos recursos, podem os cada díaponer más el énfasis sobre el planteamiento de modelos y el análisis de resultados — ta­reas éstas donde la inteligencia humana resulta insustituible—, librándola de otras labo­res mecánicas (acopio, proceso y ordenación de datos), que han consumido hasta hacepocos años las mejores fuerzas del investigador. D e acuerdo con el esquem a antes enunciado, esta obra engloba el estudio de losdistintos elem entos que forman un sistem a de teledetección. En prim er lugar, se anali­zan los procesos que perm iten obtener las imágenes espaciales: principios físicos detransm isión de la energia (cap. 2), y técnicas de adquisición de imágenes, con un breverepaso de los principales proyectos de observación terrestre (cap. 3). El resto de los ca­pítulos se centran en la interpretación — tanto visual como digital— de las imágenes,punto crucial para los interesados en las aplicaciones de esta técnica (caps. 4 a 7). Laverificación de los resultados obtenidos en esa fase se aborda en el capítulo 8, paraconcluir la obra con el 9, a m odo de epílogo, dedicado al estudio de la conexión entrela teledetección y los Sistem as de Información G eográfica, dentro de un plan­team iento integrado del análisis medio am biental. Estos capítulos se preceden de éste,que incluye unos com entarios sobre el pasado, presente y desarrollo previsible de lateledetección, incluyendo algunos aspectos legales que pueden ayudar a enm arcarconflictos internacionales derivados de esta observación terrestre.
  14. 14. / S paco S h uttlo Avión ■r / S atéM es J S a té lite s / m e(«oroióg*cos «y E R S -1 co m cfc«a )os 1900 19SQ 1970 1990 2010 f) S p u tn ik u n i L a n d sa t-4 Land sat-1 G lo bo P ro g ra m a esp a cia t F r a 1.2. F.voludnn histnrica de (os sistema* de tcledetecciónCopyrighted material
  15. 15. 24 TELED E TEC C IÓ N AM BIEN TA L Fia 1.4. Cámara fotográfica instalada en el avión de reconocimiento U-2 (fotografía tomada en el Air and Spacc Muscum de Washington). Todas estas experiencias, ju n to al bagaje aportado por los satélites m eteorológi­cos, hicieron concebir a la NASA proyectos dedicados exclusivam ente a la cartografíay evaluación de los recursos naturales. El 23 de julio de 1972 supuso la culminaciónde esta tendencia, con el feliz lanzam iento del prim er satélite de la serie ERTS (EarthResources Technollogy Satellite). Este proyecto, bautizado Landsat con la puesta enórbita del segundo satélite en 1975, resulta el más fructífero hasta el m omento paraaplicaciones civiles de la teledetección (ver sección 3.5.1). A partir de la serie Land­sat, el interés de la com unidad científica internacional por esta técnica ha crecido ex-ponencialm ente, contándose por m iles los estudios desarrollados — sobre temáticasmuy diversas, de inundaciones a incendios, erupciones volcánicas o inventariosagrícolas— sobre las im ágenes proporcionadas por estos satélites. A la serie Landsat siguieron otros proyectos específicam ente diseñados por laN A SA para la observación m edio am biental (Chuvieco y Justice, 2008). Los más co­
  16. 16. N O CIO N ES IN TRO D U C TO R IA S 25nocidos son el laboratorio espacial tripulado Skylab (1973: N A SA , 1977), el satéliteoceanográfico Seasat (1978: Ford, 1980), o el de investigación térmica HCM M(1978: Short y Stuart. 1982). A estos proyectos de la NASA, siguieron los diseñadospor otras agencias cspacialcs. como el satélite franco-belga SPOT, lanzado por vezprim era en 1986. el japonés MOS-1 (1987). el indio IRS-1 (1988), el satélite europeoE R S-1 (1991) y los rusos Sovuz y Salut. En las últim as décadas las m isiones de teledetección se han increm entado expo­nencialm ente, como veremos más tarde (cap. 3.5). A las agencias espaciales con m a­yor experiencia en observación de la Tierra, se han unido otras que han aprovechadosu desarrollo tecnológico y la reducción de costes en el diseño de sensores y vehieulosde lanzam iento. Esto ha permitido a Canadá, Brasil. A rgentina. China. C orea del Sur,o Israel, por citar algunos ejem plos, poner en órbita sensores de teledetección, lo queha increm entado la disponibilidad de datos y perm itido reducir costes de adquisiciónpara el usuario final. Además, no podem os dejar de m encionar el creciente papel de lainiciativa privada, que ha constituido consorcios para diseñar y explotar satélites deteledetección. Estos satélites com erciales de teledetección, aunque todavía escasos, seencuentran en la vanguardia de la tecnología y perm iten apuntar un am plio crecim ien­to de sus aplicaciones operativas. Entre ellas caben citar, ju n to a algunas ya consolida­das com o la cartografía, gestión am biental o localización de instalaciones, otras queafectan a sectores apenas involucrados previam ente con la teledetección (tabla 1.1),como pueden ser los m edios de com unicación (fig. 1*). las em presas de seguros, losconsorcios turísticos, las ONG responsables de la asistencia en situaciones de catás­trofe, los grupos am bientalistas, o los comités internacionales que velan por losderechos humanos y apoyan actividades hum anitarias, asistencia a refugiados, etc.(Baker. 2001; Baker ct al., 2001: O ’Connell y Lachman, 2001). En cuanto a las tendencias previsibles en un inm ediato futuro, podem os citar lam ayor disponibilidad de datos, gracias a las nuevas m isiones que se están diseñando,pero tam bién a las reducciones del coste y la m ayor facilidad para transm itir esos da­tos a través de internet. La mayor parte de los proveedores facilitan imágenes utilizan­do servidores FTP, lo que perm ite disponer de ellas en un tiempo muy cercano a la ad­quisición, y en bastantes casos son de acceso gratuito. En cuanto a los sensores, pareceprevisible que sigan m ejorándose los distintos tipos de resolución, y especialm ente laespacial y espectral, que permitan disponer de varios satélites con resolución submé-trica y capacidad hiperespectral. En este terreno, tam bién ha jugado un papel destaca­do la apertura de la observación de la Tierra a corporaciones privadas, que han real iza­do notables inversiones para m antener sistem as operativos de teledetección espacial,que reem placen de alguna forma las carencias de la observación aérea, facilitando unsistem a de observación global en condiciones estándar. La popularización de estasimágenes de alta resolución a través de los servidores de dom inio público, el más des­tacado de los cuales es Google Earth (Butler, 2006), ha perm itido extender tam bién elrango de usuarios de estas tecnologías. Finalm ente, conviene tam bién señalar la im ­portancia de nuevas tecnologías de observación terrestre, que hasta hace muy pocoeran exclusivas de sensores experim entales, y ya se están m ontando sobre plataform asaéreas y espaciales equipos lidar, radares interferom étricos, etc., que abren la puertaasim ism o a nuevas posibilidades en el em pleo de la teledetección.
  17. 17. 26 TELED ETEC C IÓ N A M B IEN TA L Tabla 1.1. Comparación entre aplicaciones convencionales y nuevas de Ia teledetección (adaptado de Baker. 2001) Usuarios tradicionales Nueos usuariosGobiernos: Medios de comunicación:— Planificadores civiles. — De información general (televisiones, perió­— Fuerzas armadas. dicos).— Servicios de inteligencia. — De información específica (revistas).— Centros científicos. — Editoriales.— Entidades regionales y locales.Organizaciones internacionales: ONG:— Agencias de la ONU {reñigiados. me- — Ambientalistas. dioambientc...) — Control de armamentos, desarme.— Programas de cambio global. — Ayuda humanitaria.— Centros regionales (p. ej., UEO). — Derechos humanos. — Gestión de catástrofes.Empresas: Empresas:— Extracción de recursos (petróleo, gas...). — Redes de distribución (electricidad, agua...).— Gestión de recursos (forestales, agríco­ — Seguros. las...). — Agricultura de precisión.— Aerofotografía. — Evaluación de impacto ambiental.— Diseño y lanzamiento de sensores. — Promoción turística.— Diseño y venta de software de tratamien- to digital.— Empresas de SIGUniversidades y centros de investigación: Vnixersidades y centros de investigación:— Departamentos de Geografía. Geología, — Departamentos de Arqueología, transportes. Biología, Ing. Geodésica, Agronomía, etc — Centros multimedia.— Centros de Teledetección. — Departamentos de Geopolítica— Departamentos de Física. Informática. Ing. Telecomunicación.Organizaciones profesionales: Clientes finales:— Teledetección. — Mercado inmobiliario.— Campos afines a las aplicaciones. — Decoración.3. D esarrollo actual Pese a la juventud de esta tecnología, son ya num erosos los centros de produc­ción, enseñanza e investigación que trabajan activamente en este cam po. Las tenden­cias presentes parecen confirm ar un creciente desarrollo de su aplicación, tanto en paí­ses desarrollados com o en aquellos con una situación tecnológica más deficiente. Lasúltim as décadas, y muy especialm ente los últim os años, han implicado una disponibi­lidad creciente de datos provenientes de sensores muy variados, y de m isiones espa­ciales muy diversificadas, aum entando exponencialm cnte las investigaciones y lasaplicaciones operativas de esta técnica. Un breve repaso por áreas geográficas, nos servirá para tener una evaluación másprecisa de las diversidades geográficas en la implantación de esta técnica. En los Copyr itcd malcría!
  18. 18. N O C IO N ES IN TRO D U CTO RIA S 27 apéndices y la web se incorpora inform ación adicional sobre las instituciones que se citan a lo largo de los siguientes párrafos. Com o parece lógico por el papel pionero que EE.UU. ha tenido en los satélites de teledetección, en ese pais el desarrollo de esta técnica es especialm ente relevante, tan­ to académ ica com o com ercialm ente. De acuerdo a un informe sobre la privatización del proyecto Landsat rem itido al Congreso de Estados Unidos (O.T.A., 1984), va a principios de los ochenta existían en ese pais más de 50 organizaciones com erciales dedicadas al em pleo de la teledetección espacial. En más de 18 estados se utilizaban datos Landsat para la construcción de sus sistem as de inform ación territorial, y sólo en 2 no se habían constatado estudios realizados a partir de imágenes de este satélite. Con datos de 1977, este mismo inform e registraba 590 profesores e investigadores univer­ sitarios trabajando en teledetección. En ese mismo año se ofrecían 137 cursos sobre esta técnica en universidades am ericanas, con un total de 2.906 inscritos. A finales de los ochenta, se contabilizaban 549 cursos ofrecidos en teledetección por más de 300 departam entos de 125 universidades (Kiefer, 1988). Com o es lógico, la situación ac­ tual supone un desarrollo mucho mayor, habiéndose extendido prácticam ente a todos los estados y en las más variadas instituciones de la Administración, la utilización de esta tecnología. Buena parte de las iniciativas profesionales se canalizan a través de la Am erican S o ciety fo r Photogram m etry a n d Rem óte Sensing, que cuenta con unos 7.000 afiliados y casi doscientas em presas y socios institucionales. Entre los socios, un 30 % pertene­ cen al sector privado, lo que da idea de la actividad comercial en este campo. Esta aso­ ciación publica m ensualm ente la revista P hotogram m etric Engineering a n d Rem óte Sensing, una de las más prestigiosas de teledetección. Otras instituciones de gran acti­ vidad son los diversos centros NASA (especialm ente Goddard, en M aryland. y Am es Research Center y Je t Propulsión Laboratory, en California). Entre los departam en­ tos universitarios, casi todas las universidades del pais tienen un program a de investi­ gación y docencia activo en esta materia. Cuentan con gran tradición el Laboratoryf o r A pplications o fR em ó te Sensing (LARS) de la U niversidad de Purdue (Indiana), el In stitu tefo r Environm ental Studies de la U niversidad de W isconsin-M adison, y la Re- m ote Sensing Unit de la U niversidad de California en Santa Barbara, por citar sólo los más significativos, si bien actualm ente hay otros departam entos más activos en estos tem as, con los de G eografía de las U niversidades de M aryland, Carolina del Sur y Boston. De gran im portancia tam bién es el U.S. G eological Survey, que se encarga, a tra­ vés del ERO S Data Center, de la distribución de una am plia colección de imágenes tom adas por distintos sensores. La NASA (N ational Aeronautics a n d Space A dm inis­ tra ro n ) y NOAA (N ational O ccanic a n d A tm ospheric Adm inistration) mantienen la distribución de sus propios program as (actualm ente el Terra-Aqua y las series m eteo­ rológicas NOAA y G O ES, entre otras). En cuanto al mercado de productos de teledetección, y de acuerdo a un informe de la oficina de asesoram iento tecnológico del Congreso de los años noventa, se esti­ maba que el mercado de teledetección podría situarse entre 150 y 200 m illones de dó­ lares anuales para los datos brutos, y unos 500 millones para los servicios de valor añadido, con un increm ento previsto de entre el 15 y el 20 % anual (O.T.A., 1994). El desarrollo de ese mercado se ha visto muy ligado al creciente recurso a la información
  19. 19. N O C IO N ES IN TRO D U C TO R IA S 29 En Canadá la situación tam bién es muy favorable, contando con una instituciónnacional, el Cañada C e n te rfo r Rem óte Sensing, que cuenta con diversos centros re­gionales y coordina la actividad docente e investigadora en teledetccción. También eneste pais ejerce su actividad una sociedad profesional, la Canadian R em óte SensingSociety. dedicada a la organización de congresos periódicos y la publicación de unainteresante revista. Canadian Journal o f R em óte Sensing. El lanzam iento de los satéli­tes de la serie Radarsat ha contribuido notablem ente al afianzam iento industrial deesta técnica y a la apertura de nuevas aplicaciones. En el contexto europeo. Reino Unido y Francia han sido los países que se han in­volucrado más en la investigación aplicada en esta técnica. En cuanto al prim ero, ya ainicios de los ochenta, podían citarse hasta cincuenta instituciones que trabajaban ac­tivam ente sobre ella (Bullard y D ixon-Gough. 1985). con una producción bibliográfi­ca muy significativa: varios m anuales universitarios, diversas publicaciones científi­cas [International Journal o f Rem óte Sensing, N R SC N ew sletter), y una sociedad, laRem óte Sensing Society, muy activa en tareas de enseñanza y difusión. Esta asocia­ción, actualm ente denom inada Rem óte Sensing a n d Photogram m etry Society organi­za anualm ente, desde 1974, un congreso en distintas universidades inglesas. En lo quea diseño de satélites se refiere, conviene citar la actividad de la em presa Surrev Satelli-te Technology> Ltd., dedicada a la fabricación de micro-satélites, que ya ha lanzadodiversos satélites de bajo coste. Las autoridades francesas han realizado un gran esfuerzo en este cam po, que lle­vó al lanzam iento del prim er satélite SPOT, en 1986, continuado por otros cuatro saté­lites de la misma serie en 1990. 1993, 1998 y 2002 (ver 3.5.2). El proyecto fue desa­rrollado por el Centre N a tio n a ld E tu d es Spatiales (CN ES). con una pequeña colabo­ración de la Swedish Space Corporation. En el terreno de las aplicaciones, el Groupe-m ent p o u r le D óveloppem ent de la Télédétection A érospatiale (GDTA), con sede enToulousse, ha realizado num erosos cursos de entrenam iento y ciclos de formación,coordinando a distintas instituciones gubernam entales con interés en teledetección. Alem ania también cuenta con un program a de observación de la Tierra propio,canalizado a través de la A gencia Espacial A lem ana DLR. Han enviado varias m isio­nes en el m arco de la colaboración con el transbordador espacial norteam ericano y laestación espacial orbital, así como algunas m isiones específicas orientadas a la detec­ción de incendios (proyecto BIRD). En ju n io de 2007 lanzaron el prim er satélite radar,denom inado TerraSAR X, que muy recientem ente ha entrado en fase operativa. Otros países europeos han m ostrado gran interés en la aplicación de esta técnicapara un m ejor conocim iento de sus problem as m edioam bientales. En los Países Bajos,la actividad docente e investigadora del Institute f o r Aerospace S u n e y an d EarthSciences (ITC). con sede en Enschede, ha sido muy destacada, tanto en el cam po de ladocencia com o de la investigación (ITC Journal). En Bélgica, Italia y los países es­candinavos existen num erosos centros dedicados a este tipo de investigaciones. A un­que en los países del Este europeo, la situación todavía es precaria, se están dando pa­sos hacia una m ayor presencia de esta técnica, especialm ente en los programasagrícolas y m edioam bientales. La Unión Europea (U E), como conjunto, pretende im pulsar las aplicaciones de lateledetección mediante una mayor colaboración con la A gencia Espacial Europea(ESA ), que ya ha lanzado varios satélites meteorológicos (M ctcosat. N1SG y M etop) y
  20. 20. N O C IO N ES IN TRO D U CTO RIA S 31nales com prom etidos con esta técnica, cuentan con especial tradición la U niversidadAutónoma y el ÍNEGI de M éxico, el Instituto de G eografía cubano, el Centro de Pro­cesam iento Digital de Imágenes en Venezuela, el Instituto Agustín Codazzi en C o­lombia, la U niversidad C atólica en Santiago de Chile, el CLIRSEN ecuatoriano y laU niversidad de Luján y el 1NTA argentinos. La Sociedad de Expertos Latinoam erica­nos en Percepción Remota (SELPER) cuenta actualm ente con unos mil m iem bros or­ganizados en capítulos nacionales, celebra bienalm ente un congreso internacional ypublica un boletín con noticias y artículos académicos. Tras repasar el contexto internacional, resulta conveniente detenem os sobre elestado de la teledetección en nuestro país. En ésta, com o en otras tecnologías depunta, el desarrollo ha sido paulatino en las últim as décadas, aunque aún no se en ­cuentra plenam ente consolidado. Ya en los años setenta se plantearon algunos pro­yectos de investigación realm ente pioneros (N úñez de las C uevas. 1976), pero la ac­tividad no ha tenido un im pulso sostenido hasta épocas recientes. A unque ha crecidoel núm ero y la actividad de los grupos interesados en esta técnica, no se observa to­davía un cuerpo científico consolidado, y aún resulta una herram ienta con escasa ac­tividad com ercial, que sigue dependiendo mucho de las adm inistraciones locales.Ha ganado en los últim os años en presencia en los planes de estudio universitarios,aunque todavía sigue siendo escasa la oferta de program as de especialización. Laactividad académ ica sigue de alguna m anera girando en tom o a la A sociación E spa­ñola de Teledetección (A ET), creada en 1989 tras cuatro años de actividades comogrupo de trabajo. Entre sus logros cuenta la organización de doce congresos nacio­nales (con periodicidad bienal), y la publicación de una revista científica (la Revistade Teledetección) de periodicidad sem estral. Todavía el núm ero de afiliados es esca­so (no alcanza los trecientos). O tra asociación interesada en esta técnica es la Socie­dad Española de C artografía, Fotogram etría y Teledetección, organizadora de cu r­sos y sem inarios esporádicos sobre estas técnicas. A nuestro m odo de ver, tal vez unade las principales rem oras para im pulsar el desarrollo de la teledetección en Españasea la inexistencia de un centro nacional de referencia, sim ilar al N RSC inglés, alITC holandés o al GDTA francés, que coordine los esfuerzos individuales y pongaen contacto a expertos, em presas y usuarios finales del producto. Los centros másdestacados, sin pretender ser exhaustivo, son los dedicados a la producción carto­gráfica (Instituto G eográfico N acional, Instituí C artográfic de Catalunya. A genciade M edioam biente de A ndalucía), a la investigación (Instituto N acional de TécnicaA eroespacial, Instituto N acional de Investigaciones A grarias, Instituto Tecnológicoy G eom inero, Instituto de Econom ía y G eografía, UAB-CREAF, Instituto de D esa­rrollo Regional de A lbacete), o a la docencia universitaria (U niversidad de A lcalá.G ranada. Lérida, Las Palm as. Santiago, Valencia y Valladolid). Existe un pequeñonúm ero de em presas dedicadas a esta tem ática (A rgongra, Idom, G eosvs, A uren-sis__) y otras que cuentan con departam entos de teledetección (Tragsatcc. Tracasa.Indra, Insa, Tecnom a). En los últim os años m erece especial m ención el Plan N acio­nal de Teledetección, im pulsando por el IGN, con apoyo de otras adm inistracionespúblicas centrales y regionales, y sobre todo el desarrollo de un program a propio deobservación terrestre, form ado por dos satélites, Ingenio y Paz, que se prevé esténactivos a inicios de la próxim a década.
  21. 21. 32 TELED E TEC C IÓ N A M B IEN TA L4. A sp ectos legales de !a teledetección L a teledetección, com o ya hem os indicado, supone la observación exterior de lasuperficie terrestre. El satélite, com o es obvio, no ajusta su órbita a las fronteras nacio­nales, sino que adquiere imágenes de todo el globo. Esta adquisición de datos sobre unterritorio soberano puede im plicar una violación de su espacio aéreo, adem ás de poneren evidencia inform ación estratégica de un pais que podría ser utilizada abusivam entepor otro. P or estas razones, ya desde el inicio de la teledetección se puso de m anifiesto lanecesidad de regular jurídicam ente esas actividades. Las prim eras discusiones ju ríd i­cas se produjeron a fines de los años cincuenta a propósito de los prim eros satélites es­pía. En 1955 el presidente E isenhow er propuso en una conferencia internacional enG inebra una política de cielos abiertos (Open Skicsproposal), que perm itiera la obser­vación m utua libre entre las dos potencias, con objeto de que cada una pudiera contarcon inform ación real sobre los recursos m ilitares de la otra, reduciendo así las tensio­nes y la carrera arm am entistica. Estos vuelos de reconocim iento m ilitar perm itiríantender a una m ayor confianza m utua entre EE.UU. y la Unión Soviética, relajando lastensiones (L eghom y Herken, 2001). La propuesta no fue aceptada por el lado soviéti­co. lo que dio lugar a un acelerado desarrollo de los sistem as espaciales de observa­ción militar, no detectables por los m étodos convencionales de protección del espacioaéreo. A partir de ahí, se inicio una etapa de aceptación legal tácita de la observaciónespacial, ya que am bas potencias eran conscientes de que el adversario contaba conlos m edios para observar su territorio, sin reclam ar jurídicam ente el fin de esa obser­vación. L a situación jurídica de la observación m ilitar se reguló finalm ente en 1992.con el tratado de C ielos abiertos (Opcn Skies Trcaty•), firm ado por EE.UU .. Canadá yotros estados de la OTAN, por un lado, y varios países del pacto de Varsovia, por otro,incluyendo Rusia, U crania y Belarus. El acuerdo perm ite sobrevolar el territorio deotro estado utilizando sensores específicam ente aprobados por el tratado (se van ne­gociando entre las partes), con lim itaciones de resolución espacial que varían con latecnología em pleada (Hcric et a l., 1996). L a caída del muro de Berlín en 1989evidentem ente ha creado un nuevo am biente para este tipo de actividades, que puedenser de gran interés en la prevención de riesgos militares. En cuanto a la teledetección civil, está regulada por el Com ité de N aciones U ni­das para el U so Pacífico del Espacio Exterior, que ha intentado desarrollar unos prin­cipios legales que salven las tensiones entre Estados observados y observadores. Elinicio de este proceso se encuentra en el tratado sobre las actividades de exploracióndel espacio, firm ado en 1967. A llí se señalaba que «...el espacio exterior, incluso laLuna y otros cuerpos celestes, no podrá ser objeto de apropiación internacional porreivindicación de soberanía, uso u ocupación, ni m ediante ningún otro medio».( Treaty on principies goberning ihe activities o f States in the exploration an d use o fouterspace, including the M oon a n d celestial bodies. art. II.) Este acuerdo constituye el eje sobre el que se ha venido apoyando el derecho es­pacial en los últim os años. Sus principales definiciones consagran un doble principio:libertad de exploración y uso del espacio exterior, y em pleo en provecho com ún, sinposibilidad de apropiación por ningún Estado. En definitiva, se define el espacio exte­rior com o un patrim onio com ún de la Humanidad, no sujeto a intereses nacionales.
  22. 22. N O CIO N ES IN TRO D U C TO R IA S 33 En el congreso UNISPACE’82, celebrado en Viena, se expresó el deseo de algu»nos países en desarrollo por controlar la distribución de las imágenes obtenidas sobresu territorio. Además, se convino en facilitar el acceso inmediato y no restrictivo a lainform ación detectada sobre el territorio perteneciente a cada Estado, así com o en so­licitar la previa autorización de éste para difundir dicha inform ación a terceros países.Estos principios se plasm aron en la resolución 41/65 de la ONU (diciem bre de 1986),que tam bién subraya el interés de esta técnica para prom over la protección del me-dioam biente y la mitigación de catástrofes naturales. Las grandes directrices de estalegislación pueden resumirse en los siguientes puntos (Tapia, 1989): 1. la teledetección se realizará en provecho c interés de todos los países, deacuerdo con el derecho internacional; 2. se respetará el principio de soberanía plena y perm anente de los Estados so­bre su propia riqueza y recursos naturales, sin perjudicar los legítim os derechos e inte­reses del Estado observado; 3. se prom overá la cooperación internacional sobre recepción, interpretación yarchivo de datos, prestándose asistencia técnica; 4. deberán los Estados inform ar al Secretario General de las N aciones Unidasde los program as de teledetección que se propongan desarrollar, asi com o a los Esta­dos interesados que lo soliciten; 5. se inform ará a los Estados afectados para prevenir fenóm enos perjudicialespara su medio am biente, y contarán con acceso sin discrim inación, y a un coste razo­nable, de los datos obtenidos sobre su territorio. Estas lineas parecen marcar la evolución reciente del derecho espacial en lo queafecta a actividades de teledetección. La am pliación de estas actividades a otros paísesmás allá de EE.UU. y la Unión Soviética (caso de Japón, Canadá, India o Brasil), y elcreciente papel de los consorcios com erciales tiende a liberalizar aún más las disposi­ciones adquiridas, si bien no resultan todavía muy eficientes los m ecanism os de trans­ferencia tecnológica hacia terceros países, casi siempre los más necesitados de una in­formación tan valiosa sobre sus propios recursos naturales. De hecho en la TerceraConferencia de la ONU sobre los usos pacíficos del espacio exterior (U N IS P A C E 111)celebrada en Viena en 1999, se volvió a subrayar la preocupación de algunos gobier­nos sobre la inform ación que facilitan los satélites civiles sobre su territorio (singular­m ente India e Israel), si bien la principal preocupación de los países en desarrollo eraconseguir reducir los costes de las imágenes, en lugar de aum entar los controles sobresu disponibilidad (Florini y D ehqanzada, 2001).5. L as ventajas de la observación espacial La teledetección desde satélite cuenta con num erosas aplicaciones, gracias a lasventajas que ofrece frente a otros m edios de observación m ás convencionales, como lafotografía aérea o los trabajos de cam po, aunque más que sustituirlos los com plem entaadecuadam ente. Entre las ventajas de esta observación espacial, podem os destacar lassiguientes: Copyrighted rn aterí al
  23. 23. 34 TELED E TEC C IÓ N A M B IEN TA L5 .1 . C o b e r t u r a g l o b a l y e x h a u s t iv a d e l a s u p e r f i c i e t e r r e s t r e L a teledctección espacial es una de las pocas fuentes de inform ación propia­m ente globales, ya que los sistem as orbitales perm iten tom ar inform ación de la p rác­tica totalidad del planeta, en condiciones com parables (m ism o sensor, sim ilar altu ­ra). E sta dim ensión global resulta de enorm e trascendencia para entender los g ran ­des procesos que afectan al m edio am biente de la Tierra (Foody y Curran, 1994). F e­nóm enos que preocupan notablem ente a la com unidad científica, y aun al hom bre dela calle, com o el deterioro de la capa de ozono (fig. 1.6). el calentam iento de la Tie­rra o Jos procesos de desertízación, sólo pueden ser entendidos bajo una conside­ración global —el planeta en su co n ju n to — , para lo que necesitam os un sistem a deinform ación que abarque grandes espacios (C huvieco, 2008a). Es bien conocida ladificultad para establecer bases de datos globales, ya que resulta preciso integrar in­form ación proveniente de fuentes nacionales m uy diversas, que frecuentem ente es­tán com piladas con criterios (desagregación, escalas, etc.) casi incom patibles (C hu­vieco, 1992; U nninayar, 1988). A dem ás, en m uchas ocasiones estos datos de partidase refieren a localizaciones puntuales (estaciones m eteorológicas o de aforo) por loque es preciso ap licar posteriorm ente algoritm os de interpolación para obtener unaim agen com pleta del territorio. La teledetección espacial nos ofrece, por el contrario, una fuente homogénea (elmismo sensor y plataform a para todos los países) y exhaustiva (cubre todo el territorio)de datos para todo el planeta, lo que permite su fácil inclusión en estudios globales. Enlos años noventa, el programa internacional para el estudio de la geosfera y la biosfera(1GBP), promovió el desarrollo de algunas bases de datos globales a partir de imágenesde satélite, como el mapa mundial de la cobertura del suelo (IGBP-Land Cover: Brownet al., 1993; Townshend et al., 1991), que posteriormente se han actualizado en el marcodel programa M ODIS y VEGETATION (Lambin y Geist, 2006).5 .2 . P e r s p e c t iv a p a n o r á m ic a La altura orbital del satélite le perm ite detectar grandes espacios, proporcionan­do una visión am plia de los hechos geográficos. Una fotografía aérea, escala 1:18.000capta en una sola imagen una superficie aproxim ada de 16 km2, que asciende a unos49 km 2 en el caso de fotografías a m ayor altitud (escala 1:30.000). Una imagen delsensor Landsat-TM nos perm ite contem plar 34.000 km 1 en una sola adquisición, lle­gándose hasta varios m illones de kilóm etros cuadrados los abarcados por una solaim agen del satélite m eteorológico N O AA . D eterm inados fenóm enos de gran radio decobertura se pueden delim itar a partir de estas im ágenes, siendo de difícil percepciónpara perspectivas m ás locales. El abom bam iento de la M eseta española, por ejemplo,fue detectado a partir de las prim eras imágenes Landsat que se obtuvieron de nuestropaís (A lia et al., 1976), corrigiendo en parte la visión tradicional que se tenia de estaunidad del relieve. Sobre imágenes de satélite resulta m ás asequible la detección dealgunas fallas, fracturas o contactos litológicos, lo que puede guiar en la localizaciónde algunos recursos m inerales (Short y Blair, 1986).
  24. 24. Y ou ha ve e ith e r r e a c h e d a p a g e th a t is u n a v a ila b le fo r v ie w in g o r r e a c h e d y o u r v ie w in g lim it fo r this book.
  25. 25. Y ou ha ve e ith e r r e a c h e d a p a g e th a t is u n a v a ila b le fo r v ie w in g o r r e a c h e d y o u r v ie w in g lim it fo r this book.
  26. 26. Y ou ha ve e ith e r r e a c h e d a p a g e th a t is u n a v a ila b le fo r v ie w in g o r r e a c h e d y o u r v ie w in g lim it fo r this book.
  27. 27. 38 TELED ETEC C IÓ N A M B IEN TA L A n te n a parabólica Sistema do g rabación d o la señal. calibración y corrección geométrica Fia 1.8. Sistema de recepción de imágenes NOAA HRPT instalado en el departamento de Geografía de la Universidad de Alcalá.que se considera una de las características m ás destacadas de la teledetección en lagestión de catástrofes (Scott, 1997). En la práctica, sólo los satélites de escala másglobal ofrecen transm isión directa al usuario final, siem pre que se disponga de lasantenas receptoras adecuadas (fig. 1.8). El resto de los sistem as se reciben en tiem poreal únicam ente por la red de estaciones concertadas con la entidad propietaria delsatélite, siem pre que éste se encuentre en el área de grabación de alguna antena, o delo contrario se graban a bordo para su transm isión posterior. El usuario recibe lasim ágenes con un cierto desfase tem poral, que se dedica a la calibración de los datosy el envió. La m ayor utilización de internet en la difusión de datos está acortandoesos plazos, haciendo tam bién posible el em pleo casi inm ediato de las im ágenes dealta resolución espacial.5 .7 . F o r m a t o d ig it a l Com o se com entó más arriba, el tratam iento digital de las imágenes agiliza elproceso de interpretación, perm ite generar modelos cuantitativos e integrar los resul­tados con otro tipo de inform ación geográfica. Este enfoque integrado facilita unaevaluación más real del paisaje, al considerar los principales elem entos espaciales quelo conform an. A un sim plem ente en el terreno de la visualización. el apoyo de los orde­nadores perm ite observar el territorio con una precisión y plasticidad difícilm enteabordable por otros medios. Este es el caso de las perspectivas tridim ensionales, quecom binan una imagen de satélite con un modelo topográfico digital. El terreno puedeasí observarse desde distintos ángulos (fig. 1.9), de cara a diseñar trayectorias virtua­les, o sim ular los efectos de distintas actuaciones sobre el territorio antes de que seproduzcan, evitando asi pérdidas irreparables. Esta relación de las ventajas que proporciona esta técnica no implica, natural­mente, que considerem os a la teledetección espacial com o una panacea para detectar
  28. 28. N O C IO N ES IN TRO D U CTO RIA S 39 FlG. 1.9. Diversas perspectivas tridimensionales sobre el área de Gestosa en Portugal, generadas a partir de datos lidarv ortofotografia.cualquier problem a que afecte al medio am biente. También presenta diversas lim ita­ciones. La más im portante es que la teledetección sólo perm ite estim ar aquellas varia­bles que m odifiquen el modo en que una cubierta refleja o em ite energía, o — en algu­nos sistemas— la posición de los objetos. En caso de que el fenómeno de interés notenga, en consecuencia, un impacto sobre las características espectrales de la zona ob­servada, no podrá detectarse mediante teledetección. Por ejemplo, no pueden discrimi­narse sobre una imagen de satélite variables que se desarrollan en profundidad (como elperfil de un suelo) o las que se refieren al uso del territorio, siempre que no implique uncambio de cobertura: un gran centro comercial si implica un cambio de ocupación delsuelo, pero no el uso comercial minorista, habitualmente situado en el mismo edificio— y por tanto, con la misma cubierta— que un uso residencial en altura. Relacionada con esta restricción estaría el hecho de que la m ayor parte de lossensores de teledetección sólo captan las características más superficiales de una cu­bierta. H abitualm ente no tenem os inform ación de las capas más profundas, tanto delagua com o del suelo, y la observ ación se limita a lo que ocurre en los prim eros centí­m etros o metros, dependiendo de las propiedades de la cubierta. En el caso de la vege­tación si puede extraerse información sobre capas inferiores, hasta una determ inadacantidad de capas, pero con menor sensibilidad según nos alejam os de la más externa. Otras lim itaciones son derivadas del propio desarrollo de la tecnología, que su ­pongan restricciones en la resolución espacial, espectral o tem poral disponible, y quepueden no ser suficientes para resolver un cierto problema. Por ejem plo, los estudiosde m orfología urbana hasta la llegada de los satélites com erciales de alta resoluciónestaban seriam ente lim itados, y todavía hay m uchas otras aplicaciones que no son fac­tibles con la resolución de los sistem as actuales. Además, la cobertura de nubes puedereducir notablem ente en algunas zonas la frecuencia temporal proporcionada por es­tos sistem as espaciales, restringiéndose la observación de esas áreas a la propor­cionada por los sistemas de radar (3.4.1).
  29. 29. 40 TELED ETEC C IÓ N A M B IEN TA L Es obvio, en definitiva, que esta observación es com plem entaria con otras técni­cas convencionales y que no invalida la im portancia del trabajo de cam po. En otraspalabras, es una técnica auxiliar más. idónea en m últiples contextos y discreta enotros, en los que su aplicación resulta sólo un ensayo experim ental.6. F u en tes b ib liográficas Com o antes se indicó la teledetección es una técnica bastante reciente, pese a locual la producción bibliográfica resulta ya considerable. En el panoram a internacio­nal, se cuenta con num erosos congresos, revistas especializadas, m anuales e inform esde investigación centrados en esta tecnología. Esto explica la existencia de diversoscatálogos bibliográficos, y de varias series periódicas dedicadas a la recopilación deliteratura científica en este campo. Actualm ente los buscadores de internet son lasfuentes más utilizadas para la búsqueda de inform ación, si bien están pocoestructurados a veces, y resulta com plejo extraer las más relevantes. En el capitulo de revistas especializadas, se cuentan Canadian Journal o f Rem oteSensing, G eocarto International, IE E E Transactions on G eoscience an d R em ote Sen­sing, International Journal o f Rem ote Sensing„ Photo gram m e tria, Photogram m etricEngineering a n d R em ote Sensing, Rem ote Sensing o f Environment, Rem ote SensingReview s y IS P R S Journal o f Photogram m etry and Rem ote Sensing. De ellas, las dem ayor im pacto (de acuerdo al Science Citation Index) son Rem ote Sensing o f Environ­m ent, IE E E Transactions on G eoscience a n d R em ote Sensing, International Journalo f R em ote Sensing y P hotogram m etric Engineering a n d Rem ote Sensing. En el ám bi­to de habla hispana, conviene citar la Revista de Teledetección>que se publica sem es­tralm ente desde 1993, el boletín de la SELPER, y la revista Geo-focus, publicada ex­clusivam ente en versión electrónica. Los Congresos más destacados son los que organizan las sociedades profesiona­les: International Society f o r Photogrammetryra n d Rem ote Sensing (ISPRS), A m eri­can Society o f Photogram m etry a n d R em ote Sensing (ASPRS). International Geos­cience a n d R em ote Sensing Society (1GARS), R em ote Sensing a n d Photogram m etrySociety (RSPS), y European Association o f Rem ote Sensing Laboratories (EARSeL).Tienen tam bién gran prestigio la serie de congresos denom inados International Sym ­posium on Rem ote Sensing o f Environment, organizados por el ERIM , y los PécoraSym posium , tam bién de la ASPRS, aunque centrados únicam ente en aplicacionesm edioam bientales. En cuanto a m anuales de estudio, buena m uestra del grado de desarrollo alcanza­do por esta técnica es la am plia gam a de textos disponibles, una buena parte de ellos dereciente publicación o reedición (Alian, 1983; Asrar, 1989; Barret y Curtis, 1999o;Carter, 1986; Conway, 1997; Cracknell y H ayes, 1991; Curran, 1985; Drury, 1998;Elachi, 1987; Franklin, 2001; G ibson y Power. 20006; G ibson y Power, 2000a; H ar­per, 1983; Harris, 1987; H obbs y M ooney, 1990; H olz, 1973; Hord. 1986; Jensen,1996; Jensen, 2000: Kramer. 2002; Liang, 2004; Lillesand y Kiefer. 2000; Lo, 1986;McCIoy, 1995; M orain y Budge, 1996; Muller, 1988a; Pinilla, 1995; Q uattrochi yG oodchild, 1997; Rees, 1999; Richards y Xia, 1999; Ruiz, 1994; Schow engerdt,1997; Short, 2006; Sobrino, 2000; Swain y Davis, 1978; Szekielda, 1988; Thomas
  30. 30. N O CIO N ES IN TRO D U CTO RIA S 41et al., 1987a; Verbyla, 1995). También se han publicado varios libros temáticos, cen­trándose en la aplicación de la teledetección al ámbito urbano (A u, 1993; Lulla, 1993),edafología y geología (Drury, 1998; M ulders, 1987; R encz y Ryerson, 1999; Short yBlair. 1986), hidrología (Gower. 1994; Hall y M artinec, 1985; Robinson, 1985), cli­matología (Barret, 1974; Carlcton, 1991; Conway, 1997), ecología del paisaje (Frohn, 1998), vegetación (Franklin. 2001; Hobbs y M ooney. 1990; Howard. 1991). incendiosforestales (A hem et al., 2001; Chuvieco. 1999a; C huvieco, 2 0 0 3 ), usos del suelo( Lambin y G eist, 2006) o cam bio global (Chuvieco, 2008a) Para cuestiones didácticas resultan también de gran interés los catálogos y atlasde imágenes de satélite, que recogen abundantes ejem plos de imágenes sobre un de­terminado territorio o área tem ática de interés. Entre las obras m ás interesantes secuentan: M ission to Earth: Landsat views o f the World (NASA, 1976), Earth Watch(Sheffield, 1981) y M an ott Earth (Sheffield, 1983). Las tres están basadas exclusiva­m ente sobre imágenes Landsat. m ientras Im ages o f Earth (Francis y Jones, 1984) in­cluye algunas fotografías tomadas desde el transbordador espacial norteam ericano.Con un criterio más cartográfico, destaca la obra de la casa alem ana W esterman, tra­ducida posteriorm ente al inglés (Smith, 1984), asi com o la cobertura de imágenes delReino Unido (Bullard y D ixon-Gough. 1985), de Venezuela (Ruiz, 1992), m agnífica­m ente cuidado, de Siria (GORS, 1996), y de algunas regiones españolas (M oreira yOjeda, 1992; Sancho. 1992; Sancho y Chuvieco. 1986), y de paisajes de Iberoam érica(Sancho y Chuvieco, 1992), que presentan num erosos ejem plos de análisis am bientalsobre las imágenes. También con un enfoque cartográfico conviene citar la obra de va­rios autores del Este europeo (Sagdejew, 1982), con la novedad de que incorporaronfotografías adquiridas por plataform as soviéticas, poco accesibles hasta hace unosaños en los paises occidentales. Finalmente, los trabajos de la Institución Sm ithsonian(Strain y Engle, 1993), de la Sociedad Audobon (N ational Audubon Societ 1995), yde la N ational Geographic Societv {Naiional G eographic , 1999) abarcan un amplioabanico de sensores y países. Sin duda, el más destacado en su concepción y presenta­ción es el último, con m agníficos ejem plos de im ágenes procedentes de distintas mi­siones espaciales. En otro orden de cosas, diversas entidades cartográficas publicanseries de orto-im ágenes de distintos sensores (principalm ente Landsal-TM ). a preciosmuy asequibles, lo que permiten extender al gran público la fam iliarización de estasimágenes (M artínez Vega. 1997).
  31. 31. C a p ít u l o 2 PRINCIPIOS FÍSICOS DE LA TELEDETECCIÓN «Dos excesos: excluir la razón, y no admitir más que la razón.» BLAiSE PASCAL. Pensamientos En el capitulo anterior se presentaban algunos aspectos introductorios de las téc­nicas analizadas en esta obra. En los dos próxim os, se van a exponer los procesos queperm iten la adquisición de ia imagen, para dedicar el resto a las tareas de interpreta­ción. Para los científicos con preocupación por el medio am biente, lo habitual será queestos últimos sean los que m erezcan una mayor atención. Sin em bargo, como es obvio,la interpretación de la imagen será tanto más rigurosa cuanto m ayor conocim iento setenga de los procesos que perm itieron adquirirla.1. F u ndam entos de la observación rem ota A nteriorm ente se definió la teledetección como aquella técnica que nos permiteobtener inform ación a distancia de los objetos situados sobre la superficie terrestre.Para que esta observación rem ota sea posible, es preciso que entre los objetos y el sen­sor exista algún tipo de interacción. Nuestros sentidos perciben un objeto sólo cuandopueden descifrar ia inform ación que éste les envía. Por ejem plo, som os capaces de verun árbol porque nuestros ojos reciben y traducen convenientem ente una energía lum i­nosa procedente del mismo. Esa señal, además, no es originada por el árbol, sino porun foco energético exterior que le ilum ina. De ahi que no seam os capaces de percibirese árbol en plena oscuridad. Este sencillo ejem plo nos sirve para introducir los tres principales elem entos decualquier sistem a de teledetección: sensor (nuestro ojo), objeto observado (árbol) yflujo energético que los pone en relación y permite, en última instancia, detectar el ob­jeto. En nuestro ejem plo, ese flujo procede del árbol por reflexión de la luz solar. Po­dría tam bién tratarse de un tipo de energía em itida por el propio objeto (en caso de que fuéramos capaces de detectar el calor que emite), o incluso por el sensor (por ejemplo,si tuviéram os una cám ara equipada con fla sh ). Éstas son, precisam ente, las tres formas Copyrightcd malcría!
  32. 32. Y ou ha ve e ith e r r e a c h e d a p a g e th a t is u n a v a ila b le fo r v ie w in g o r r e a c h e d y o u r v ie w in g lim it fo r this book.
  33. 33. Y ou ha ve e ith e r r e a c h e d a p a g e th a t is u n a v a ila b le fo r v ie w in g o r r e a c h e d y o u r v ie w in g lim it fo r this book.

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