FUNDAMENTOS DE TELEDETECCIÓN
G174: FOTOINTERPRETACIÓN Y TELEDETECCIÓN
Domingo F. Rasilla
2025-02-11
💡 OBJETIVOS DE LA UNIDAD:
Los objetivos básicos de esta unidad son:
► Definir el concepto de Teledetección.
► Conocer su evolución en el tiempo.
► Revisar los procesos de naturaleza física sobre los que descansa la teledetección.
💡 MATERIALES PARA LA ACTIVIDAD:
En esta unidad no son necesarios materiales adicionales.
LA TELEDETECCIÓN: DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS
La Teledetección se puede definir como la disciplina capaz de obtener información sin contacto directo entre el “captador” y el “objetivo” (Martínez Vega y Martín Isabel, 2010).
También se puede considerar como “el conjunto de metodologías que permiten identificar, medir y analizar las características de objetos de interés sin establecer con ellos ningún contacto directo” (JARS, 1993).
Una última definición puede ser la de “proceso de detección y monitoreo de las características físicas de un área midiendo su radiación reflejada y emitida a distancia” (USGS 2019).
La Teledetección (“remote sensing”) integra diversas tecnologías y conocimientos útiles para la observación, el análisis y la interpretación de fenómenos terrestres y atmosféricos, a través de una aproximación multidisciplinar (Física, Matemáticas, Geografía).
CONVIENE SABER
Es una palabra compuesta en la que el prefijo “tele” implica distancia.
El término Teledetección se utiliza comúnmente como sinónimo de imágenes de satélite. Sin embargo, el término debería aplicarse también a la fotografía aérea, al manejo de datos lidar o de radar etc…
HISTORIA DE LA TELEDETECCIÓN
El término Teledetección es relativamente nuevo, siendo acuñado en 1960 por Evelyn Pruitt, una geógrafa que trabajó en el Servicio Geográfico de US Navy.
Aunque sus orígenes se remontan al s. XIX, los avances tecnológicos en telecomunicación y soporte informático han propiciado un desarrollo acelerado en las últimas décadas.
Por ejemplo, la Segunda Guerra Mundial constituyó uno de esos hitos. La adquisición de información militar, mediante vuelos de reconocimiento y fotografías aéreas era, por aquel entonces, la principal utilidad de la Teledetección, pero adquirió un mayor nivel de sofisticación en comparación con conflictos anteriores. Por ejemplo, la planificación de operaciones anfibias se benefició de las primeras imágenes en color, cuya capacidad de penetración en el agua era mucho mayor que de blanco y negro, supliendo la falta de información sobre batimetría y los materiales del fondo marino durante los desembarcos. De hecho, la primera película infrarroja fue también desarrollada durante la guerra para detección de camuflajes.
Durante este conflicto también se aceleró el desarrollo de otros procedimientos técnicos de detección, como el radar. Aplicado al principo de la Segunda Guerra Mundial como sistema de alerta temprana para la detección de aviones, los voluminosos equipos iniciales fueron reemplazados por otros más pequeños, diseñados para cubrir necesidades específicas. Por ejemplo, los radares indicadores de la posición (PPI) proporcionaban una imagen del terreno debajo de las aeronaves, independientemente de las condiciones atmosféricas o de la disponibilidad de luz diurna, siendo utilizado para la identificación de objetivos durante misiones de bombardeo nocturno o a gran altitud, a través de las nubes.
En los años cincuenta, las imágenes térmicas infrarrojas, que proporcionaban una “película de calor” de objetos o terrenos, se popularizaron, pues no dependían de la iluminación del objeto.
Otro avance tecnológico relevante fue el desarrollo de los radares aéreos de observación lateral (SLAR), para mejorar las imágenes relativamente bastas producidas por el radar PPI. Ambos sistemas, originalmente diseñados para uso militar, no estarían disponibles para usos civiles hasta mucho más tarde.
El lanzamiento del Sputnik 1 por la URSS en 1957 marcó el principio de la “era espacial”. Inmeditamente, los satélites proporcionaron imágenes de la Tierra vista desde el espacio con un gran detalle. Misiones posteriores transportaron cámaras cada vez más sofisticadas y equipos diseñados para la adquisición de imágenes orientadas a la evaluación de recursos naturales. Las misiones tripuladas, por su parte, complementaron las imágenes obtenidas por satélite, ya que eran de corta duración y no proporcionaban una cobertura global uniforme.
Grandes hitos de la teledetección
| Fecha | La fotografía aérea |
|---|---|
| 1800 | Descubrimiento del infrarrojo por Sir William Herschell |
| 1839 | Inicios de la práctica de la fotografía |
| 1847 | A.H.L. Fizeau desvela el espectro infrarrojo y J.B.L. Foucault muestra sus propiedades compartidas con el espectro visible |
| 1859 | La superficie terrestre fue fotografiada desde un globo por Gaspard Tournachin |
| 1909 | Wilburg Wright tomó la primera fotografía de la superficie terrestre desde un avión |
| 1915 | J.T.C. Moore-Brabazon desarrolló la primera cámara aérea diseñada para ser accionada desde un avión |
| 1945 | Comenzaron a utilizarse las primeras películas en infrarrojo, desarrolladas por Kodak. Introducción de nuevos sensores como el radar |
| Fecha | Las imágenes de satélite |
|---|---|
| 1957 | Lanzamiento del primer satélite artificial, el Sputnik, desde la antigua URSS |
| 1960 | Puesta en órbita por la NASA del primer satélite de observación de la Tierra, TIROS-1, pionero de la investigación meteorológica desde el espacio |
| 1961 | Alan B. Shepard toma las primeras fotografías de la Tierra desde el espacio durante una de las misiones Mercury |
| 1972 | Puesta en órbita del primer satélite de la serie ERTS (Earth Resources Technology Satellite), rebautizada Landsat desde 1975 |
| 1981 | Lanzamiento del transbordador espacial Space Shuttle (45.000 fotografías espaciales, de dominio público) |
| 1986 | Francia, en colaboración con Bélgica y Suecia, lanzó el satélite SPOT (Système Pour l’Observation de la Terre) |
| 1991 | La Agencia Espacial Europea (ESA) lanzó su primer satélite de teledetección, el ERS-1 (European Remote Sensing Satellite) |
| 1995 | La Agencia Espacial Europea (ESA) lanzó el segundo satélite de esta serie, el ERS-2 |
| 1999 | Se lanza el satélite Ikonos-2, con 1 metro de resolución espacial. La NASA lanza el satélite Terra (parte del ambicioso programa EOS, Earth Observing System, un sistema de observación global de la Tierra) |
| 2002 | Se pone en órbita el satélite AQUA (parte del ambicioso programa EOS) |
| 2009 | Deimos Imaging (DMI) (España) lanza, con éxito, el primer satélite de observación de la Tierra, Deimos-1. La ESA (Agencia Espacial Europea) lanzael 2 de noviembre de 2009, el satélite SMOS |
| 2017 | Planet Labs (EE. UU.) lanza 48 satélites DOVE Flock-2k para la observación de la Tierra |
VENTAJAS E INCONVENIENTES
La Teledetección ofrece ciertas ventajas, pero también algunos inconvenientes:
► Proporciona información sobre zonas inaccesibles y de gran extensión.
► Las observaciones son repetibles, regulares y disponibles todo el año (incluso cuando el cielo está cubierto o hay ausencia de luz solar).
► Permite estudios sobre la evolución temporal de sistemas complejos, por ejemplo, el deshielo en el Ártico, a lo largo de varias décadas.
► Sus observaciones no son invasivas: impacto mínimo sobre los objetivos.
► Proporciona un gran volúmen de datos que puede almacenarse digitalmente, datos que son cuantificables y analizables mediante múltiples metodologías (estadísticas…).
Como desventajas cabe señalar:
► Los costos totales de una misión satelital son muy elevados (sensores + plataforma + medio de transporte).
► La mayoría de los sensores necesitan luz solar (teledetección pasiva): observaciones diurnas y sin nubes
► Poca flexibilidad en la repetición de observaciones: suelen estar disponibles a intervalos fijos.
► Conocimiento previo de la respuesta espectral de los objetos y de la variable física a estudiar: requiere una planificación y un desarrollo de sensores específicos, sin posibilidad de modificación/mejora durante la misión.
► Complicada calibración de los sensores:
► Los datos recopilados no suelen ser mediciones directas sino valores relativos (no absolutos) basados en algoritmos.
► Necesidad de cálculos complejos (correcciones geométricas, etc.) que requieren un conocimiento experto para validar los datos originales, primero sobre el terreno y, posteriormente, en los centros de tratamiento y análisis de la información.
► La política de datos y el costo de licencias para trabajar con estos datos suele ser restrictiva y costosa.
En definitiva, la teledetección es costosa en términos de producción o adquisición de tecnología, pero tiene ventajas sobre otros sistemas de observación (relación costo-beneficio).
COMPONENTES DE UN SISTEMA DE TELEDETECCIÓN
La Teledetección se basa en la medición de la radiación electromagnética utilizando sensores remotos (es decir, sensores que no están en contacto directo con los objetos que emiten esa energía).
Estos sensores son transportados normalmente vehículos que se desplazan dentro (globos, aviones, helicópteros …) o fuera de la atmósfera terrestre (satélites, estaciones orbitales, naves espaciales …).
El uso de la información proporcionada por estos sensores remotos se realiza en dos fases:
► La fase inicial o de obtención de la información.
► La fase posterior, o de análisis de la información.
La primera fase requiere una serie de elementos que conforman un sistema de teledetección (Chuvieco, 1996):
► Fuente de energía: el primer requisito de un sistema de teledetección es disponer de una fuente que proporcione radiación electromagnética. La principal fuente de energía natural es el sol, a la que se han añadido en los últimos decenios otras fuentes artificiales. Las fuentes de energía también se califican como pasivas, como la luz solar, cuando no provienen del sensor, o activas, cuando es emitida y captada posteriormente por el mismo sensor (el radar).
► Los sistemas sensores: comprenden el sensor propiamente dicho (cámaras, radar, etc.) y la plataforma que lo alberga (satélite, avión, globo). Su misión es captar la energía electromagnética proveniente de los objetos y almacenarla o enviarla directamente al sistema de recepción.
► La atmósfera: a medida que la energía viaja desde su fuente hasta el objetivo, atraviesa la atmósfera e interactúa con ella; cuando la energía vuelve desde el objetivo hasta el sensor se vuelve a producir una nueva interacción. A causa de la composición gaseosa de la atmósfera, la radiación electromagnética es reflejada, absorbida o reemitida durante ese trayecto.
► La superficie terrestre y sus diferentes elementos (suelo, agua, vegetación, construcciones …): una vez que la energía alcanza la superficie terrestre también interactúa con ella, de acuerdo con sus propiedades y las de la radiación, reflejando, absorbiendo o emitiendo energía.
► Sistema de recepción-comercialización: la energía registrada por el sensor debe transmitirse, a menudo en forma electrónica, a una estación de recepción y procesamiento donde los datos se procesan, se transforman en una imagen (copia impresa y/o digital), se guardan en un formato apropiado y se distribuyen entre los usuarios.
La obtención de la información constituye una labor fundamentalmente técnica, mientras que la correspondiente a su análisis e interpretación es una tarea de carácter multidisciplinar que comprende:
► La interpretación y análisis de la información, que convierte las imágenes originales en información temática (agricultura, forestal, catastro, medio ambiente, militar, etc.), y en la que se pueden emplear tanto técnicas tradicionales (análisis visual) como otras basadas en un tratamiento informático. Esta fase puede complementarse con trabajos de campo, para clarificar aquellos aspectos no resueltos mediante el análisis de las imágenes.
► Usuario final: como beneficiario de la fase anterior se encarga de decidir las consecuencias que derivan de todo el proceso.
En las siguientes líneas se describirán los principios físicos de la teledetección y se introducirá al lector en los sistemas y técnicas de análisis en mayor detalle.
► La radiación electromagnética
► Interacciones entre la radiación electromagnética y la atmósfera y el terreno
CONVIENE SABER
Otro aspecto del que se ha beneficiado la teledetección es el progreso en la informática, tanto en hardware como en software. De particular interés es todo lo referido a las técnicas de procesamiento digital desarrolladas para análisis de datos. Hoy en día existen numerosos programas para corrección geométrica, realce de imágenes y extracción cuantitativa de datos. A su vez, la velocidad de los nuevos equipos informáticos permite a un único operador realizar análisis de datos de grandes áreas geográficas en mucho menos tiempo que sus predecesores.