Post on 15-Dec-2014
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Prof. Drozd Andrea A. Ferrero MarceloTySIG UNDAV
Introducción a la Teledetección
Conceptos y Fundamentos de la Teledetección
Capacidad de obtener información de un objeto o fenómeno sin tener contacto con él.
Teledetección Plataformas
Historia
2da Guerra Mundial Cohete V-2, encargado de bombardear Inglaterra con cámara incorporada
Historia
En 1960 comienza la disciplina como tal:- S. TIROS 1: S. meteorológico de baja resolución.
Actualidad
Productos derivadosAtmosféricos:• Temperatura de la tropósfera baja, media
y alta.• Temperatura de la estratósfera inferior.• Precipitación• Vapor de agua• Aerosoles• CO2
• Metano• Nubes• SO2
• Presión Atmosférica• Vientos
Hidrósfera• Temperatura de la sup. Oceánica• Salinidad• Altura oceánica • Corrientes
Criósfera• Concentración Hielo
Oc.• Cobertura de Nieve
Biósfera• Color Oceánico• NDVI
AntropósferaLuces Nocturnas
Geósfera• Temp. Superficie
Terrestre• Incendios• Albedo• QuickScat
Principios Físicos
La Radiación Electromagnética
Teoría Ondulatoria (Huygengs, Maxwell)
C = λ x F
C = 3 x 108 m/s λ= longitud de onda
F = frecuencia
Teoría cuántica (Planck, Einstein)
La Radiación Electromagnética
Q = h x F
Q: energía de un fotón
H = 6.6 x 10-34 J.seg
F = Frecuencia = c/ λ
Espectro Electromagnético.
Definición. Es la sucesión continua de valores de longitud de onda.
El espectro se puede dividir en bandas, zonas que manifiestan un comportamiento similar.
Interacción de los cuerpos con la energía electromagnética.
Cuerpos NegrosEs un cuerpo ideal que
absorbe toda la luz y la energía que incide sobre él. Nada de la radiación incidente se refleja, sino que es emitida.
En la naturaleza no existen cuerpos negros, todos son grises, parte de la energía la absorben, parte la transmiten otra la reflejan y otra la emiten. La energía emitida se encuentra dentro del rango del infrarrojo lejano (térmico).
Visión de los colores
Absorción atmosférica.
O2 Vapor
O3
Interacción de la atmósfera con la radiación electromagnética.
El O2: ultravioleta (<0.1 um) secotres del IRL y sectores de microondas.
El O3: ultravioleta (<0.3 um) y un sector de microondas (27mm)
Vapor de agua (fuerte absorción en torno a los 6mm y en sectores < 0.6 y 0.2 um)
CO2: IRM e/ (2.5 y 4.5 um)
Absorción atmosférica.
Ventanas atmosféricas
Visible + IRC IRM IRT Microondas.
Interacción de la atmósfera con la radiación electromagnética.
DispersiónSe produce al reflejarse o refractarse la
radiación por las partículas de la atmósfera. Es difícil de cuantificar.
La dispersión es mayor a medida que es menor la longitud de onda.
Tipos de dispersión:- Dispersión Rayleigh: cuando la radiación interactúa
con moléculas atmosféricas y otras partículas pequeñas cuyo diámetro es menor que la longitud de onda de la radiación incidente. Las longitudes de onda más cortas tienden a ser más afectadas por este mecanismo de dispersión que las longitudes de onda más largas.
- Dispersión Mie: ésta tiene lugar cuando las partículas que interactúan con la radiación son de mayor diámetro, por ejemplo vapor de agua y partículas de polvo. Esta radiación tiende a influir más sobre las longitudes de onda
más largas.
Bandas de interés en la teledetección.
- Luz visible: (0,4-0,7 μm) - Rojo (0.7 – 0.6 μm)- Verde (0.6-0.5 μm)- Azul (0.5-0.4 μm)
- Infrarrojo Cercano (0.7 – 1.3 μm)
- Infrarrojo Medio (1.3 – 8μm)
- Infrarrojo Lejano ó Térmico (8 – 14μm)
- Microondas (a partir de 1 mm)
1 m = 1.000.000 µm1m = 1.000.000.000 nm
Modos de captación de la energía en la teledetección
(i) Reflexión
(ii) Emisión
(iii) Reflexión - Emisión
Componentes de un Sistema Satelital
Tipos de Satélites y Sensores
Tipos de Satélites y Sensores
Satélite: Es una estación repetidora de la radiación electromagnética que amplifica y retransmite la señal radioeléctrica recibida.
Sensor: Dispositivo que detecta determinada banda electromagnética y la retransmite adecuadamente.
Sensores Activos y Pasivos
Sensores Activos Sensores Pasivos
Sistemas Satelitarios
Las Resoluciones.
Resolución espacial (detalle en el terreno) Resolución Espectral (número de bandas)
Pancromático Multiespectral Hiperespectral
Resolución Temporal (Frecuencia de revisita) -horas, diario, semanal, quincenal, mensual-
Resolución Radiométrica (niveles de gris) 8bit=28, 16bit (65000), 32bit (4.300millones), 64bit. El ojo humano entrenado no distingue más de 10 tonos de gris.
Escalas de las imágenes en función de su resolución espacial
Tipos de órbitas en función de la escala temporal
Órbitas Geoestacionarias
Satélites Geoestacionarios. (METEOSAT, INSAT, SMS/GOES, GMS) Función Meteorológica, Resolución espacial baja Resolución temporal alta
Órbitas Helio-sincrónicas.
Casi-polar
Descendente
Ascendente-Descendente
Órbitas Helio-sincrónicas.Ejm Landsat
Algunos ejemplos de Sistemas Satelitarios
Serie Landsat
Origen EEUU Órbita Heliosincrónica (700Km de altura) Lanzamientos: 1972 hasta 1999 Resolución temporal: 18 días Sensores Multiespectrales: 4 y 7 bandas Resolución espacial 30m (banda
pancromática del L7 de 15m) Ancho de barrido: 180Km
LandsatEstructura de Richard, Desierto de Maur Adrar.
SPOT (Satellite Probatoire pour l'Observation de la Terre ) Origen: Francia Lanzamientos: 1986-2002 Resolución Temporal: 26 días Resolución espectral: 2 (pancromáticas) 2
visibles (verde y rojo) 1 IRM Resolución espacial: SPOT 5 , pancromáticas
5m, visibles 10m, IRM 20m Ancho de barrido 60km Visión estereoscópica lateral
SPOT
Campos petrolíferos al E de Texas
SPOT 5 (2.5m)
Pusan-Korea del Sur
2.5m
ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer ) Origen: Japón (sobre satélite de USA) Órbita heliosincrónica (700 km de altura) Lanzamiento: 2000 Resolución temporal: 16 días Resolución espectral y espacial: Vnir (verde,
rojo e IR) 15m y Swir (6 IRs)30m, 5 IRT 90m, total 14 bandas
Ancho de Barrido: 60km Visión estereoscópica (back)
ASTERNevada, USAProyecto “The World” Dubai
MODIS Plataforma que lleva dos satélites: Aqua (pm) y Terra
(am) Lanzamiento: 1999 Resolución Temporal: 2 días Resolución Espectral y Espacial: presenta 36 bandas
de 250m-500-y1000m Sensores espacializados en:
Cobertura terrestre Detección del color del agua Rangos de concentración y propiedades de aerosoles Coberturas de nubes Rangos de temperaturas terrestres y atmosféricos. Altura de los topes nuboso Concentración de O3
MODIS
Incendios Julio 2006
Tormenta de arena en el Mar RojoTormenta Beryl en
Nueva Inglaterra 2006
Vientos de mas de 200km/h
Modis Imagen Nocturna
EO-1 Earth Observing (Ali e Hyperion)
Origen: USA Órbita heliosincrónica (702 km altura) Lanzamiento: Nov 2000 Sensor Ali Multiespectral: azul, verde, rojo,
IRC, IRM (9 bandas en total) de 30m resolución. Pancromático 10m
Sensor Hyperion: 220 bandas, 30m resolución espacial
Ancho de barrido 37km (Ali) y 7.5km (Hyperion)
EO-1
El Hyperion del EO-1 puede pasar a través de los penachos de humos y ver las zonas quemadas de debajo. NASA/EO-1 Team.
SAC-C
Origen: Argentina Órbita heliosincrónica Lanzamiento: Nov. 2000 Revisita: 2, 7 y 9 días Cámara Multiespectral: azul, verde, rojo,
IRC, IRM, 175m Cámara Pancromática: 30m Ancho de barrido 300km
SAC-C
Islas MalvinasChaitén
Satélites de alta resolución espacial:
Ikonos: 4 bandas y 4m de resolución espacial. 1 banda de 1m. USA
Quick Bird: 4 bandas 2.5m y 1 banda 0.6m. USA
EROS: 1.8m pancromático. Israel
Ikonos
Puente Arcoiris (Cañón Glen)
Países Bajos. Groningen Bourtange de Tange
Maremoto Asiático 26 Diciembre 2004
Epicentro
Satélites Meteorológicos
NOAA (Heliosincrónico) 15 fueron lanzados desde 1978. Presentan senores AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer). En la actualidad orbitan 3. Bandas 5. 1km, revisita de 17 días.
METEOSAT (geoestacionario). Series de satélites lanzados desde 1977 - 1997, Revisita cada 1/2h, 3 bandas (VI, IR; VA), 2.5km – 5km
NOAA (AVHRR)
Meteosat
Firmas Espectrales.
Factores que modifican la reflectividad
(i) Altura solar(ii) Orientación(iii) Pendiente(iv) Atmósfera(v) Fenología(vi) Sustrato
Comportamientos Espectrales de los distintos cuerpos en función de los grandes dominios del espectro
electromagnético (Óptico, Térmico, Microondas
Comportamiento espectral del suelo en el dominio óptico.
Factores que influyen en la reflectividad del suelo
Minerales disueltos en el suelo Materia Orgánica Contenido de aire y de agua Textura y estructura Disposición vertical y horizontal Ángulos de observación e
iluminación
Comparación de las respuestas espectrales de suelo desnudo y pastizales
Ejemplos
Nevada, mapa de minerales que componen el suelo. (AVIRIS)
Imagen Aster de la composición geológica, Yemen.
Comportamiento espectral de la vegetación en el dominio óptico.
Factores que influyen en la reflectividad de la vegetación.
Características de la planta (estado fenológico, forma, contenido de humedad)
Características morfológicas de la hoja (forma, histología, disposición foliar, etc.)
Situación geográfica de la planta (pendiente, orientación, geometría de la plantación)
Distintas coberturas de vegetación. Misiones. 2006. IR Landsat
Factores que influyen en la reflectividad del agua en el dominio óptico.
Contenido de Clorofila Materiales en suspensión Rugosidad superficial Profundidad
Ejemplos
Floración algal en Noruega (Imagen Modis).
Concentración de clorofila oceánica (imagen seawifs)
Río de La Plata (Imagen Modis)
Manchas de petróleo en el Río de La Plata (1999)Imagen (Modis)
Manchas de petróleo
El dominio del Infrarrojo Térmico
El parámetro clave es la temperatura radiativa: La energía emitida depende de la absorbida en
las distintas longitudes de onda. La temperatura radiativa es estimada a partir
de la energía emitida por un cuerpo y depende de la radiancia en el sensor, la emisión atmosférica y emisividad de la cubierta.
Factores que afectan la emisividad.
Absorción de día, re-emisión de noche. Inercia térmica alta. Evapo-transpiración Extensión y densidad
Comportamiento espectral del agua en el IRT Presenta la mayor inercia térmica Indica origen de la masa, desplazamiento
(corrientes oceánicas, bancos de pesca, etc.) Efecto sobre el clima.
Factores que afectan la emisividad de los suelos A mayor humedad, mayor inercia térmica. A mayor materia orgánica, mayor inercia
térmica Dependiente de la roca madre
Formación de un penacho térmico. Infrarrojo Térmico de Imagen Landsat procesada de un lago norte de Gales.
Temperatura global oceánica. Satélite MODIS, sensor IRT
Incendios en Sumatra detectados con la banda del IRT del satélite NOAA 14 en Sumatra y Borneo
Utilización de la banda termal de Landsat para el monitoreo de microclimas. Ubicación: California. Rojo indica mayor temperatura, violeta, menor.
Sensor multiespectral dentro del rango del térmico desarrollado por la NASA para clasificar distintos suelos según composición.
Imagen Aster de una zona de Illinois. Arriba falso color 432 y abajo análisis de los puntos calientes del cuerpo de agua (en blanco y rojo) utilizando la banda del IRT.
El dominio de las Microondas.
Características- Longitud de onda mayor a 1 mm- Independientes de las condiciones de
iluminación y condiciones atmosféricas.- Muy dependientes del ángulo de
incidencia y de la polarización y la frecuencia a la que se trabaje.
Tipos:- Pasivos. Radiómetros de microondas- Activos. Radar.
San Francisco 2004. Sensor SAR (ENVISAT)
Imagen Radarsat 1 orthorectificada. Monitoreo de superficie de hielos.
Shuttle Radar Topography Mission (SRTM)
La Misión SRTM obtuvo datos de elevación para generar la base de datos topográficos más completa y de alta resolución del mundo. Consistió en un sistema de radar especialmente modificado que voló sobre el “Space Shuttle Endeavour” durante 11 días en Febrero del 2000. (NGIA y NASA)
Batimetría
Estudios de oleajes.
Manchas de petróleo y oleaje. China ERS-1
Variabilidad de la circulación oceánica (raíz cuadrada de la variación media en las anomalías de los niveles oceánicos) derivado de la observación combinada por los satélites ERS-18-2, GFO, ENVISAT, 1992-2007. Estas variaciones están correlacionadas con los efectos del Niño y la Niña (por ejemplo)
Modelo de Corrientes Océanicas