sensores - Centro de Cambio Global UC

SENSORES
Marcelo Miranda Salas Ph.D.
Grupo GAET-ECO
Departamento de Ecosistemas y Medio Ambiente UC
TELEDETECCIÓN: INTRODUCCIÓN
Marco de estudio nace por:
• necesidad de buscar una nueva forma de
visualizar los paisajes terrestres
• necesidad de una visión más global de
fenómenos (inundaciones, incendios, etc)
• disponibilidad de nuevos medios para adquirir
datos como la aviación y la fotografía
Remote sensing = Teledetección
• 1960. Cualquir medio de observación remota,
principalmente aplicado a la fotografía aérea y
sensores portados en satélites
TELEDETECCIÓN: INTRODUCCIÓN
Remote sensing = Teledetección
• técnica que permite adquirir imágenes de la
superficie terrestre desde sensores instalados
en plataformas espaciales (Chuvieco, 1995)
• sistemas satelitales para capturar información
sobre la superficie y atmósfera de la tierra
(NCGIA)
• implica interacción entre el sensor y la
superficie observada (ej: bosques y cultivos)
• la interacción es realizada por:
•Reflexión por radiación solar (sensores pasivos)
•Reflexión por haz energético (sensor activo)
TELEDETECCIÓN: COMPONENTES
Componentes básicos de un sistema de
teledetección
Son cinco los componentes básicos:
• Fuente de energía (sol u otra)
• Cubierta terrestre (vegetación, suelos, agua)
• Sistema sensor (activo o pasivo)
• Analistas de imágenes (digital o análogo)
• Usuario final
Energía capturada por un satélite es almacenada y
emitida hacia una estación de rastreo la que la
transforma a imágenes digitales
COMPONENTES DE UN SISTEMA DE
TELEDETECCIÓN PASIVO
Fuente de energía
Sistema sensor
Cubierta terrestre
Base
Datos
Sistema de recepción
Tratamiento
visual
Tratamiento
Digital (curso)
Usuario final
COMPONENTES DE UN SISTEMA DE
TELEDETECCIÓN ACTIVO
Sistema sensor
Fuente de energía
Cubierta terrestre
Base
Datos
Sistema de recepción
Tratamiento
visual
Tratamiento
Digital (curso)
Usuario final
TELEDETECCIÓN: DISIPLINAS ASOCIADAS
Convergen diferentes ciencias tales como:
•
optica (tipo de lentes y sensores)
•
física (espectro electromagnético)
•
ingenieria eléctrica, mecánica e
informática (transmisión de señales, plataforma
del sensor, software y hardware de proceso)
•
ingeniería forestal, agronomía, geografía,
geología, etc (aplicaciones en forestería,
agricultura, urbanismo, defensa,
geología...
que hacer con tantas imágenes!!!).
COMPONENTES DE UN SATÉLITE
BATERÍA
ESTRUCTURA
RASTREADOR DE ESTRELLAS
CUBIERTA TÉRMICA
MOTOR DE REACCIÓN
ARREGLO SOLAR
RECEPTOR/
TRANSMISIÓN
ANTENAS DE
ALTA GANANCIA
i/o PROCESADOR
ANTENA OMINI DIRECCIONAL
SENSOR
CÁMARA DIGITAL
COMPUTADOR DE
NAVEGACIÓN
COMANDOS Y DATOS
PUNTOS DE CONTROL
COMUNICACIÓN
FUENTES DE PODER
MISIÓN A BORDO
CONTROL TÉRMICO
TELEDETECCIÓN: HISTORIA
•
1859 Gaxpar Felix de Turnachon primera fotografía
aérea desde un globo cautivo
•
1909 Wilbur Wright primera fotografía aérea desde un
avión (unión de la fotografía y la aviación)
•
1914 primera guerra mundial...énfasis en adquisición y
procesado de fotografías
•
1936 segunda guerra mundial, mejora óptica de
cámaras y emulsionados de las películas
•
1947 ENIAC: Electronic Numerical Integrator And
Computer
•
1957 satélite de la serie SPUNTNIK (compañero!) de la
ex Unión Sovietica:
http://www.youtube.com/watch?v=r-bQEiklsK8
TELEDETECCIÓN: HISTORIA
•
1960 primer satélite de la serie TIROS de observación
meteorológica y experimentos fotográficos desde naves
tripuladas NASA (apollo 6 a apollo 9)
•
1972 primer satélite LANDSAT el más exitoso hasta hoy
http://landsat.gsfc.nasa.gov/
•
1978 satélite oceanográfico SEASAT de la NASA
•
1986 satélite SPOT de Francia
•
1988 IRS-1 INDIA, RADARSAT Canada
Landsat
Sputnik 1
Spot
ERS
TELEDETECCIÓN: HISTORIA
•
1998 LiDAR (Light Detection and Ranging
•
1999 IKONOS: http://www.landinfo.com/satprices.htm
•
1999-2000
•
Plataforma Terra y Aqua (MODIS, ASTER)
•
http://modis.gsfc.nasa.gov/
•
2000 Imágenes hiperespectrales (aeroportadas)
•
2000 en adelante:
•
Quickbird: http://landinfo.com/qb.htm
•
Alos: http://www.satimagingcorp.com/satellitesensors/alos.html
•
RapidEyes: ttp://www.rapideye.de/products/index.htm
•
WordView: http://www.landinfo.com/WorldView1.htm
•
GeoEyes: http://www.landinfo.com/geo.htm
Plataforma terra
Mapa de rastreo terrestre
Ikonos
Quickbird
TELEDETECCIÓN: HISTORIA
LATINOAMERICA
1. Brasil CBERS 1 a 4 1999 ‘ 2007 (INPE)
http://www.inpe.br/
2. Argentina SAC-A, SAC-B y SAC-C (CONAE)
http://www.conae.gov.ar/principal.html
3. Chile FASAT SSOT
CBERS
SAC-C
FASAT bravo
PROYECTO SSOT
http://www.youtube.com/watch?v=nE9XwGE7rr8
SISTEMA SATELITAL DE OBSERVACIÓN
TERRESTRE SSOT
MARCO:
• Necesidad de buscar una nueva forma de
visualizar el territorio.
• Necesidad de una visión más global de
fenómenos naturales (inundaciones,
incendios, sequías, entre otros).
• Necesidad de tomar decisiones sobre la
naturaleza a múltiples escalas espaciales y
temporales.
• Disponibilidad de nuevos medios para
adquirir datos como satélites de alta
resolución.
PROYECTO SSOT
•Sistema de teledetección pasivo.
•Corresponde a un “equipamiento mayor” que
incluye un alto costo y múltiples usuarios
beneficiarios.
•Posee tecnología avanzada de uso no
restringido (comercial).
•La operación esta a cargo de las FACH.
•Se espera que su uso provoque un alto
impacto social.
SISTEMA DE TELEDETECCIÓN PASIVO
Sistema sensor
Sistema de recepción
Fuente de energía
Cubierta terrestre
Base
Datos
Tratamiento
Digital
Usuario final
PROYECTO SSOT
Generalidades:
•Construcción ASTRIUM (EDAS).
•Costo MUS$ 72.
•Incluye:
•
Satélite.
•
Estación terrestre.
•
Sistema de procesamiento de imágenes.
Características técnicas:
Características Técnicas
Unidad
Altura de Órbita
620 Km
Período
99.5 min
Revisita exacta
37 días
Revisita 30° giro Satelital
5 días
Revisita 10° giro Satelital
21 días
Masa
130 Kg
Potencia
160 W
Resolución Espacial PAN:
1.45 metros
Resolución Espacial MS:
5.8 metros
Resolución Espectral
500 – 900 nm
Tamaño de Escena
10,15 × 10,15 Km
Memoria a Bordo
79 Gbits
Minutos Anuales
≥ 4000
Imágenes Diarias
≈ 120
Imágenes Anuales
≈ 40000
Pancromático+4 Banda Multiespectrales
1+4=5 Bandas
Características técnicas:
Misión
Altitud
Tipo de adquisición de Imagen
Bandas Espectrales
Gsd @ Nadir y 620 Km.
Swath@ Nadir y 620Km.
Registro
Bandas espectrales y radiación referencial
Mínima Longitud de Onda (m)
Máxima Longitud de Onda (m)
2
Lref .Radiación referencial (W/m /str/m)
2
L4 Máxima Radiación (W/m /str/m)
620 Km.
Barrido
1 Canal Pancromático(PAN) + 1Multi-espectral (XS)
4 Canales de bandas espectrales (B1,B2,B3,B4)
PAN = 1.45 m y XS = 5.80 m
PAN
0.45
0.75
221
348
10.15 Km..
Después del procesamiento en tierra
B1
B2
B3
0.45
0.53
0.652
0.52
0.59
0.695
269
241
203
389
374
335
B4
0.76
0.89
196
275
SISTEMA SATELITAL DE OBSERVACIÓN
TERRESTRE SSOT
APORTE DEL PROYECTO (rentabilidad social).
•
Sector agrícola, forestal, acuícola, medio
ambiental, minero y urbano.
•
Prevención y mitigación de desastres
naturales y catástrofes nacionales.
•
Gestión territorial y fiscalización de los
procesos productivos relacionados con
RRNN.
•
Educación, investigación e innovación
tecnológica.
SSOT: GESTIÓN DE LA OPERACIÓN
ALGUNAS PREGUNTAS FUNDAMENTALES
•
¿Que productos estará disponibles?
•
¿Con que resolución espacial y temporal?
•
¿Como será el acceso a las imágenes?
•
¿Cuál será el costo de las imágenes?
•
¿A partir de cuando y con que priorización
se adquirirán?
•
¿Cuáles son las aplicaciones en las que
puedo trabajar estas imágenes?
TELEDETECCIÓN: IMÁGENES
Datos satelitales se encuentran en variadas
resoluciones espaciales y espectrales (depende de
objetivos y escalas de los estudios)
Interpretación de una imagen es función de
objetivos específicos:
•
•
•
•
clasificar el uso actual del suelo
identificar concentraciones de minerales
monitoreo de cambios de la vegetación
productividad
Algunos aspectos a considerar en una imagen
Resolución :
1.
2.
3.
4.
Espectral
Espacial
Temporal
Radiométrica
Resolución espectral:
Visión humana
NOAA, MODIS, SAC-C, LANDSAT, SPOT, MODIS, ASTER, IKONOS,
QUICKBIRD
RADARSAT, LIDAR
Resolución espacial:
NOAA (1.1 x 1.1 km)
Landsat 30 x 30 m
Foto digital 0.25 x 0.25 m
Dimensión espacial y temporal
La escala
Representa la ventana de percepción, filtro o
herramienta de medida sobre la cual el paisaje es
visto o persivido (Levin,1992)
• Dimensión espacial => estructura espacial
• Dimensión temporal => crecimiento o cambio
Escala espacial
Estructura
Azimut (0°, 45°…)
Crecimiento
Élévation
H
Mg
Ca
Étendue
Grain
http://www.normanbirdsanctuary.org/
Relación entre escala espacial
y la resolución de una imagen
Tomado de Franklin y Wulder 2002
Resolución temporal:
Índice de vegetación de diferencias normalizadas (NDVI) en el Tiempo
Resolución radiométrica
• El número de niveles de
intensidad de radiación
que es capas de capturar
el sensor.
• Comúnmente va de 8 a
14 bits.
• 8 bits = 28 = 256 niveles
de grises.
• 14 bits = 214 = 16.384
niveles de grises.
http://www.crisp.nus.edu.sg/~research/tutorial/image.htm
FIN DE LA CLASE DE HOY!