Cartas satelitarias para analizar territorios

Cartas satelitarias
Desde algunos satélites que orbitan alrededor de la Tierra se toman imágenes de la superficie terrestre. Las imágenes satelitarias son uno de los productos que resultan del empleo de sensores remotos; proveen información a distancia, adecuada para analizar aspectos relativos a la superficie terrestre: por ejemplo, son muy útiles para estudiar fenómenos tales como la contaminación de los mares, las inundaciones y la expansión de la trama urbana, entre otros.

Para leer e interpretar imágenes satelitarias es necesario conocer algunos de sus elementos específicos.

Las imágenes satelitarias

La teleobservación (o sistema de adquisición de datos a distancia) permite individualizar elementos de la superficie terrestre. Para ello se utilizan sensores remotos que captan la energía electromagnética emitida y reflejada por los distintos componentes de la superficie terrestre (cursos de agua, infraestructura, etc.) y que la retransmiten en forma digital a las estaciones receptoras.

Así cuenta Chuvieco, un especialista en el tema, cómo se obtienen las imágenes satelitarias. Reproducimos un fragmento adaptado de su libro Fundamentos de teledetección espacial (Madrid, Rialp, 1996).

«Nuestros sentidos perciben un objeto solo cuando pueden descifrar la información que este les envía. Por ejemplo, somos capaces de ver un árbol porque nuestros ojos reciben y traducen convenientemente una energía luminosa procedente del mismo. Esa señal, además, no es originada por el árbol, sino por un foco energético exterior que lo ilumina. De ahí que no seamos capaces de percibir ese árbol en plena oscuridad.

"Este sencillo ejemplo nos sirve para introducir los tres principales elementos de cualquier sistema de teledetección: sensor (nuestro ojo), objeto observado (árbol) y flujo energético que permite poner a ambos en relación. En el caso del ojo, ese flujo procede del objeto por reflexión de la luz solar. Podría también tratarse de un tipo de energía emitida por el propio objeto, o incluso por el sensor. Estas son, precisamente, las tres formas de adquirir información a partir de un sensor remoto: por reflexión, por emisión y por emisión-reflexión.

"La primera de ellas es la forma más importante de teledetección, pues se deriva directamente de la luz solar. El sol ilumina la superficie terrestre, que refleja esa energía en función del tipo de cubierta presente sobre ella. Ese flujo reflejado se recoge por el sensor, que lo transmite posteriormente a las estaciones receptoras.

"De igual forma, la observación remota puede basarse en la energía emitida por las propias cubiertas (géiseres, volcanes, aguas termales), o en la que podríamos enviar desde un sensor que fuera capaz, tanto de generar su propio flujo energético, como de recoger posteriormente su reflexión sobre la superficie terrestre.

"En cualquiera de estos casos, el flujo energético entre la cubierta terrestre y el sensor constituye una forma de radiación electromagnética (la radiación es una forma de transmisión de la energía junto con la convección y la conducción).

"La energía electromagnética se transmite de un lugar a otro siguiendo un modelo armónico y continuo, a la velocidad de la luz y conteniendo dos campos de fuerzas ortogonales entre sí: eléctrico y magnético.

"Las características de este flujo energético pueden describirse por dos elementos: longitud de onda (l) y frecuencia (F). La primera hace referencia a la distancia entre dos picos sucesivos de una onda, mientras que la frecuencia designa el número de ciclos pasando por un punto fijo en una unidad de tiempo.

"Podemos definir cualquier tipo de energía radiante en función de su longitud de onda o frecuencia. Aunque la sucesión de valores de longitud de onda es continua, suele establecerse una serie de bandas en donde la radiación electromagnética manifiesta un comportamiento similar. La organización de estas bandas de longitudes de onda o frecuencia se denomina espectro electromagnético . Comprende desde las longitudes de onda más cortas (rayos gamma, rayos X) hasta las kilométricas (telecomunicaciones).

"Desde el punto de vista de la teledetección, conviene destacar una serie de bandas espectrales, que son las más frecuentemente empleadas con la tecnología actual:

"Espectro visible (0.4 a 0.7 micrones). Se denomina así por tratarse de la única radiación electromagnética que pueden percibir nuestros ojos, coincidiendo con las longitudes de onda en donde es máxima la radiación solar.

"Infrarrojo cercano o próximo (0.7 a 1.3 micrones). A veces se denomina también infrarrojo reflejado o fotográfico, puesto que parte de él puede detectarse a partir de filmes dotados de emulsiones especiales. Resulta de especial importancia por su capacidad para discriminar masas vegetales y concentraciones de humedad.

"Infrarrojo medio (1.3 a 8 micrones), en donde se entremezclan los procesos de reflexión de la luz solar y de emisión de la superficie terrestre. Resulta idóneo para estimar contenido de humedad en la vegetación y detección de focos de alta temperatura.

"Infrarrojo lejano o térmico (8 a 14 micrones), que incluye la porción emisiva del espectro terrestre, en donde se detecta el calor proveniente de la mayor parte de las cubiertas terrestres».

Satélites de recursos naturales

Los satélites comercialmente más difundidos son los de la serie Landsat (EE.UU.) y el Spot (CEE). Brindan información sobre el medio ambiente y los recursos naturales y sobre el medio construido. Existen satélites de recursos naturales lanzados por India, Rusia, Canadá y la Argentina, entre otros.

Las imágenes satelitarias se utilizan, entre otros fines, para estudio de inundaciones, diseño del drenaje hídrico superficial de una región, estimación de la productividad primaria de mares y océanos, estudio de la contaminación, detección de cardúmenes, reconocimiento de tormentas y de cuencas sedimentarias petroleras y gasíferas, estimación de áreas sembradas según los distintos cultivos, mapeo de áreas agrícolas irrigadas, estimación de erosión hídrica, inventario de bosques, delimitación de áreas urbanas, uso y clasificación del suelo urbano, expansión urbana en el uso de la tierra urbana-periurbana, e identificación de asentamientos urbanos.

Landsat

Los satélites Landsat (EE.UU.) se mueven en sentido norte-sur pasando muy cerca de los polos; cruzan la Tierra con una trayectoria que semeja los gajos de una naranja. Se encuentran a una altura de 700 km sobre la superficie terrestre, toman datos de la misma escena cada 16 días y llevan a bordo dos tipos de sensores: MSS y TM.

El barredor multiespectral o Multi Spectral Scanner (MSS) recopila datos de la superficie terrestre en varias bandas espectrales, con una resolución espacial de 80 metros aproximadamente.

Banda	Longitud de onda (en micrones)	Porción del espectro electromagnético	Aplicaciones
4	0.5 a 0.6	Verde	Penetración en el agua, turbidez, nieve, sedimentación en la misma, infraestructura urbana y cuerpos de agua.
5	0.6 a 0.7	Rojo	Estudios urbanos, infraestructura caminera y cuerpos de agua.
6	0.7 a 0.8	Infrarrojo	Vegetación, redes de drenaje.
7	0.8 a 1.1	Infrarrojo	Estudios de vegetación, suelos, humedad, contacto entre tierra y agua.

El mapeador temático (TM) de los satélites Landsat provee información de la superficie terrestre en las siguientes amplitudes de onda del espectro electromagnético.

Bandas	Longitud de onda (en micrones)	Resolución espacial (en metros)	Aplicaciones
1	0.45 a 0.52	30	Penetración en cuerpos de agua. Costas. Contacto entre suelo y vegetación.
2	0.52 a 0.6	30	Vegetación
3	0.6 a 0.69	30	Vegetación
4	0.76 a 0.9	30	Biomasa. Delimitación de cuerpos de agua.
5	1.55 a 1.75	30	Contenido de humedad
6	10.4 a 12.5	120	Mapeo térmico
7	2.08 a 2.35	30	Geología

Spot

El satélite Spot (CEE) tiene a bordo el sensor ARV (Alta Resolución Visible) que tiene dos modos de funcionamiento en el espectro visible e infrarrojo cercano:

1. Un modo pancromático (en blanco y negro con una resolución espacial de 10 metros) correspondiente a una observación sobre una amplia banda espectral.
2. Un modo multibanda (en color, con una resolución espacial de 20 metros) correspondiente a una observación sobre tres bandas espectrales más anchas.

Características del instrumento	Modo multibanda	Modo pancromático
Bandas espectrales	0.50 a 0.59 micrones 0.61 a 0.68 micrones 0.79 a 0.89 micrones	0.51 a 0.78 micrones
Dimensión del píxel	20 x 20 metros	10 x 10 metros

Los elementos de una imagen satelitaria

Para identificar claramente las imágenes satelitarias que representan la superficie terrestre, cada sensor tiene un sistema de cuadrículas denominado de órbitas y cuadros. El número de órbitacorresponde a cada una de las líneas norte-sur que cruzan la Tierra de polo a polo, y que atraviesan la mitad de la escena captada por el sensor; sigue un orden ascendente en sentido este-oeste. Elcuadro corresponde al paralelo que cruza el medio de la escena captada por el sensor; aumenta la numeración en sentido norte-sur.

A continuación esquematizamos el sistema de numeración de imágenes satelitarias utilizado por los satélites de la serie Landsat.

En las imágenes satelitarias se especifican los datos referidos a las coordenadas del centro de la imagen, fecha de procesamiento digital, fecha y hora de toma de la imagen y tipo de sensor utilizado.

Por ejemplo, los datos que identifican la imagen de Buenos Aires, que forma parte del mosaico presentado en este trabajo, son número de órbita 225 y número de cuadro 084. Además, quedan asentados la fecha de registro, la estación receptora, el porcentaje de nubes de cada cuadrante de la imagen:

También se especifican las coordenadas geográficas en latitud y longitud de las cuatro esquinas de la imagen:

      

   La interpretación del conjunto de estos datos es fundamental para iniciar el análisis de cualquier imagen satelitaria.

Análisis visual de imágenes satelitarias

La interpretación de imágenes se realiza mediante un conjunto de técnicas destinadas a detectar, delinear e identificar objetos y/o fenómenos en una imagen e interpretar su significado.

Las principales características que resultan observables en las imágenes son: la forma, el tamaño, el tono, el color, la sombra, la forma en que los objetos se distribuyen sobre la superficie terrestre y la manera en que dichos objetos se agrupan.

Además, estas técnicas permiten realizar diversos análisis: por ejemplo, se puede rastrear el comportamiento de un río a lo largo del tiempo; también se puede estudiar cómo evolucionan los cultivos en distintas zonas en una misma fecha o, también, cómo se comporta un derrame de petróleo en un océano en diferentes fechas.

Para facilitar la interpretación, algunas imágenes satelitarias se hacen en color. Las imágenes color son el resultado de trabajos especiales de laboratorio que permiten obtener imágenes con tonalidades diferentes. Dado que el color natural ofrece poco contraste (presenta, por ejemplo, tonos verde oscuro para la vegetación y pardos para zonas urbanas), se utiliza el falso color compuesto (la cobertura vegetal, por ejemplo, aparece en tonos rojos o pardos).

Tonalidades

El falso color compuesto permite visualizar e identificar diferentes objetos. Les presentamos una síntesis de cómo se ven algunos elementos en las imágenes en falso color compuesto.

Objeto	Imágenes en falso color compuesto estándar
Vegetación sana	Rojo oscuro
Vegetación con estrés	Naranja/Rosado
Agua con sedimentos en suspensión	Celeste
Sombras	Negro
Nieve/Nubes/Salinas	Blanco
Agua pura sin sedimentos en suspensión	Azul oscuro/Negro
Áreas urbanas	Celeste
Suelo desnudo	Azul

Cómo mirar una imagen satelitaria

Para «leer» una imagen satelitaria sugerimos seguir los siguientes pasos.

• Identificar el tipo de sensor que registró la imagen (Landsat, Spot).
• Anotar la fecha en que se tomó.
• Detallar los respectivos números de órbita y cuadro.
• Ubicar la imagen y su área de cobertura en un mapa político del partido, departamento o provincia.
• Repetir la actividad sobre una carta topográfica o mapa físico de la zona.
• Si la imagen es en blanco y negro, armar una tabla de equivalencias entre los tonos de grises de la imagen y los objetos representados, para facilitar la interpretación.
• Si es en falso color, armar una tabla de equivalencias entre los colores de la imagen y los objetos representados, para facilitar la interpretación.
• Calcular la escala de representación de la imagen, para tener una idea más clara de la magnitud de cada uno de los elementos que se ven en la imagen.
• Identificar la forma que tiene cada elemento para relacionarlo con los objetos que representa; por ejemplo: una línea recta podría representar una calle; una línea irregular, un río o arroyo; un círculo, un pivote de riego; formas irregulares, zonas con montes de frutales o zonas periurbanas sin uso del suelo; figuras cuadradas pueden corresponder a parcelas con cultivos en áreas rurales o a manzanas en áreas urbanas.
• Calcular la extensión de ciertos elementos puede ser muy útil para reconocer lo que representan (una línea recta de 100 metros puede ser una calle pero una línea recta de 5.000 metros puede ser una avenida, una ruta o el ferrocarril).

A partir de estos elementos se pueden leer e interpretar imágenes satelitarias.

Bibliografía comentada

• Cátedra de aerofotointerpretación, «Fichas de cátedra», Buenos Aires, Departamento de Geografía, Facultad de Filosofía y Letras, Universidad de Buenos Aires, 1987.
  Conceptos básicos sobre los satélites, sensores remotos y principios de teledetección.
• Chuvieco, E., Fundamentos de teledetección espacial, Madrid, Rialp, 1996.
  Nociones introductorias a la teledetección (principios físicos), interpretación y explotación de datos, análisis visual y tratamiento digital.
• Garra, A., y otros, «Cartografía en el Tercer Ciclo de la Enseñanza General Básica», en X Congreso Nacional de Cartografía, Buenos Aires, IGM-EST, 2000.
  Utilidades y aplicaciones del análisis de cartografía para trabajar con alumnos del Tercer Ciclo de la EGB.
• Marlenko, N., «Interpretación visual», en CNIE, Manual de sensores remotos, capítulo 11, Buenos Aires, 1981.
  Introducción a los principios del análisis visual de imágenes satelitarias.
• Strahler, A. y A. Strahler, Geografía física, Barcelona, Editorial Omega, 1994.
  Desarrollo teórico de los conceptos básicos de la teleobservación, particularmente aplicado a la geografía física.