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Sensores Remotos y Medio Ambiente
Guillermo E. Rojas

Sensores Remotos y Medio Ambiente
Los recientes avances en la utilización de las técnicas de sensoramiento remoto han llevado a una, cada vez, mayor utilización de las mismas a fin de complementar los estudios científicos, de investigación pura
y para tareas aplicadas.
A la luz de tal necesidad, no sorprende que la formación en sensores remotos se haya difundido ampliamente a sectores de educación terciaria, universitaria y posgrado. El resultado es que graduados con interés y expertos en sensoramiento remoto o, también, denominado teledetección pueden trabajar en áreas tan diversas como meteorología, edafología, hidrología, geología y geofísica, protección y conservación agrícola, control de pestes, desarrollo pesquero, planificación del uso de la tierra,
ingeniería civil y computación, entre otras.
El sensor, ubicado por lo general en un satélite permite la obtención de datos que de acuerdo a la función para la cual fue diseñado reviste diferentes características técnicas, es decir, para estudios terrestres,
meteorológicos u oceanográficas.
 
Conceptos básicos
n sistema satelital está caracterizado por la presencia en el espacio del satélite más el sensor. La información recibida, que está representada por energía electromagnética, es digitalizada y enviada a la Tierra. Posteriormente, esta energía se expresa por una matriz numérica. Cada número indica la cantidad de energía electromagnética que emite la superficie terrestre, por lo que a mayor energía, mayor valor numérico. Luego, esta cuantificación expresada en una matriz se traduce, a los efectos de su visualización, en tonos de gris donde el negro es ausencia de energía y el blanco es el máximo de energía recibida. De esta manera comienza a conformarse lo que se denomina una imagen satelital. La posterior manipulación y modificación de estos datos, conformados por un número determinado de píxeles o elementos básicos de la imagen, se efectúan a fin de realizar diversas interpretaciones sobre los tópicos de investigación. La representación numérica expresada en una matriz es utilizada para un gran rango de procesos computacionales y técnicas de análisis que es el denominado procesamiento digital. Este tiene como objetivo manipular los datos provistos por el sensor obteniendo nuevas imágenes que realzan ciertos elementos a destacar.

Los distintos sistemas satelitales construidos para generar imágenes se identifican por parámetros agrupados en cuatro tipos de características; y estas son: espaciales (resolución y ancho de franja de barrido), temporales (frecuencia y hora de observación), espectrales (número de bandas) y radiométricas (sensibilidad y rango dinámico).
 
Sensores Remotos y Medio Ambiente
El sistema AVIRIS (Airborne Visible/InfraRed Imaging Spectrometer), desarrollado por el Jet Propulsion Laboratory, está diseñado para ser montado sobre aeronaves, en vez de hacerlo sobre plataformas satelitales. AVIRIS es capaz de analizar una superficie a través
de 224 bandas espectrales.
(JPL/NASA)
 
Sensores Remotos y Medio Ambiente
Composición de imágenes AVIRIS correspondientes a la región montañosa de San Francisco (EE.UU.). Las imágenes son del tipo RGB, y se emplearon los siguientes valores:
Imagen izquierda:
R = 1.0076
G = 0.8312
B = 0.5078
Imagen derecha:
R = 2.2032
G = 0.8312
B = 0.5078
(Cortesía JPL y USGS)
Pre-procesamiento y procesamiento digital
El pre-procesamiento tiene como objetivo la remoción de la información, bajada del satélite, que contamina la información real; es decir, las fallas, errores y distorsiones que degradan la imagen. Esto es conocido vulgarmente como “ruido” y para la remoción del mismo se procede a realizar diversas correcciones clasificadas como radiométricas y geométricas. Las primeras se realizan debido a la perturbación producida por los componentes atmosféricos y por los medios construidos por el hombre (sensores), y las segundas, debido a errores que modifican las formas donde influyen la rotación, la curvatura terrestre, la no-linealidad del sensor y los efectos panorámicos.

El procesamiento consiste en el manejo de la información ya corregida para su mejor observación y lectura en función de lo que el operador pretende distinguir o resaltar; es decir, el objeto de estudio definirá las técnicas específicas a utilizar. En términos generales, se emplean las técnicas de realce de imágenes para destacar ciertos elementos que no son visualizados en la imagen original. Este último paso constituye el objetivo final para el cual se obtienen las imágenes.
Sistemas satelitales de observación óptica y radar
Los sistemas satelitales para la observación de la Tierra pueden ser clasificados en cuatro categorías: satélites tipo Landsat que cubren una gran área y tienen una resolución que varía entre los 5 y los 30 metros en bandas de múltiples longitudes de onda (espectro visible, infrarrojo e infrarrojo termal); satélites de alta resolución que transmiten imágenes de resoluciones mayores al metro en escalas pancromáticas y cobertura cercanas al infrarrojo; sensores hiperespectrales con una resolución cercana a los 30 metros; y radares con una resolución de entre 5 y 10 metros.
Sensores Remotos y Medio Ambiente Sensores Remotos y Medio Ambiente
Los nuevos dispositivos del tipo LIDAR (Light Detection and Ranging) han incrementado considerablemente las posibilidades del sensoramiento remoto. Estos dispositivos emplean impulsos láser dirigidos hacia la superficie bajo estudio, y posteriormente un software adecuado interpreta las reflexiones de los mismos. De esta forma se obtienen muy detalladas imágenes,
en las cuales se puede seleccionar el tipo de objeto a visualizar.
La imagen de la izquierda muestra una superficie boscosa. La de la derecha muestra
la misma zona, pero se ha "quitado" el bosque.
(US Forest Service)
Integración de datos satelitales
El máximo beneficio que puede aportar la percepción remota se alcanza cuando los datos obtenidos mediante la misma se combinan con los obtenidos mediante otras fuentes y se procesan en sistemas informáticos desarrollados a tal efecto. Estos sistemas denominados Sistemas de Información Geográfica (SIG) permiten volcar la información en mapas temáticos que posibilitan el control y la evaluación del área estudiada.
Utilización de sensores remotos en el medio ambiente
La comunidad mundial ha prestado atención en los últimos años a un nuevo rango de problemas ambientales globales más complejos y de difícil cuantificación de costos para lo cual la observación de nuestro planeta desde el espacio provee un medio de adquirir muchos de los datos necesarios para estudiar, monitorear y acudir en ayuda para resolverlos.

Entre los problemas más importantes están el cambio climático global, la destrucción de la capa de ozono, la lluvia ácida, la formación oxidante fotoquímica, la desertificación y deforestación, y el seguimiento de la actividad volcánica y de terremotos.
Cambio climático. Posibles cambios en el clima se deben al incremento de la concentración de los llamados "gases del efecto invernadero" en la atmósfera, tales como CO2, cuyo incremento está causado por actividades como la quema de combustibles fósiles y la deforestación.
Disminución de la capa de ozono. El escape de los clorofluocarbonos, hechos por el hombre, dentro de la atmósfera es, quizás, la mayor causa de la destrucción catalítica del ozono estratosférico, provocando los denominados "agujeros de ozono". Por estos agujeros penetran los peligrosos rayos ultravioletas.
Lluvia ácida. El incremento de la depositación ácida está causando daños a los lagos, árboles y suelos. Este incremento en la depositación, principalmente, es un resultado del escape dentro de la atmósfera de compuestos sulfurosos contenidos en los combustibles fósiles quemados en generadores de energía, vehículos y usos varios.
Formación de oxidantes fotoquímicos. Estos oxidantes, los cuales causan daños a las plantas y problemas de salud en el ser humano, resultan de las reacciones fotoquímicas de los hidrocarburos y óxidos de nitrógeno enviados a la atmósfera por vehículos y otros sistemas mecánicos.
Desertificación y deforestación. Sobrepastoreo y deforestación están ampliamente difundidos con el resultado de que la cubierta vegetal de la Tierra está siendo permanentemente afectada. Esto conduce a la disrupción del balance ecológico en la superficie y al cambio de la reflectancia de la superficie terrestre. Como consecuencia de esto, el ciclo hidrológico y el balance del dióxido de carbono están seriamente afectados.
Terremotos y volcanes. Los terremotos y la actividad volcánica tienen un gran potencial destructivo. Existe la posibilidad de que un incremento en la comprensión de las condiciones de la corteza de la Tierra y su interior puedan permitir un sistema de alerta temprano de tales potenciales cataclismos.
Sensores Remotos y Medio Ambiente El uso de la información satelital en el análisis de desastres ha demostrado ser efectivo, pero sólo si la información puede ser obtenida casi de inmediato, posibilidad cierta para la mayoría de los sistemas si se encuentran en órbita dos o más satélites. Para desastres naturales relacionados con la meteorología y en zonas cubiertas por nubes, sólo los sistemas equipados con radar pueden ser utilizados para avistar la superficie en tiempo real. Una constelación numerosa de satélites equipados con radar sería necesaria para una cobertura global lo suficientemente rápida.

La Administración Nacional Aeronáutica y Espacial (NASA) de los Estados Unidos y la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) de la República Argentina decidieron constituir una constelación internacional compuesta por cuatro satélites; uno de ellos, denominado SAC-C, es el primer satélite argentino de observación de la Tierra diseñado para el estudio de ecosistemas terrestres y marinos, el monitoreo de la temperatura y contenido de vapor de agua de la atmósfera, la medición del campo magnético terrestre, estudios de la estructura y dinámica de la atmósfera e ionosfera y la determinación de componentes de onda larga del campo gravitatorio terrestre. En caso de desastres naturales, tales como incendios, inundaciones y otros, ambas agencias programaron los satélites para la adquisición de imágenes con la mayor eficiencia posible.

Los datos provenientes de estos satélites pueden ser utilizados por investigadores argentinos, previamente seleccionados por la CONAE para el desarrollo de sus investigaciones.

El objetivo de la constelación es realizar observaciones de la Tierra que sean de interés para los Estados Unidos y para la Argentina, lo cual constituye una contribución directa al plan de la NASA de Observación del Planeta Tierra y al Plan Espacial Nacional desarrollado por la CONAE.

Asimismo, la Argentina, representada por la CONAE, ha firmado un memorando de entendimiento con la República de Italia, representada por la Agencia Espacial Italiana (ASI), a fin de integrar el primer sistema satelital especialmente diseñado para detectar y mitigar problemas ambientales y desastres naturales. Estará conformado por nueve satélites, siete italianos y dos argentinos, que operarán en conjunto brindando información cada doce horas en cualquier lugar del mundo y, en particular, sobre el territorio de Sudamérica y la Antártida, como también, sobre el área de la cuenca del Mediterráneo.
Bibliografía
Barrett, E.C. y Curtis, L.F. (1992). Introduction to environmental Remote sensing. Chapman & Hall (ed.) London.

CONAE. (2000) Primera jornada de trabajo sobre “Potencialidades del Sistema SIASGE – Sistema ítalo-argentino de satélites para la gestión de emergencias“.

Colomb, R. y Nollmann, I. CONAE. 2001. Constelación internacional para la observación de la Tierra: Landsat 7, EO-1, SAC-C y Terra.

Geoinformación. Revista. 1999. La nueva carrera espacial.

Rojas, G.E. Introducción a la teledetección y al procesamiento digital de imágenes satelitales. Informe inédito.
 
Sobre el Autor

Guillermo E. Rojas, Licenciado en Ciencias Geológicas en la Universidad de Buenos Aires (Argentina). Inició sus tareas profesionales en la dirección de Exploración de Yacimientos Petrolíferos Fiscales (YPF) en Buenos Aires, pasando luego a Mendoza.
A posteriori ingresó a la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), donde se capacitó en la utilización de las técnicas de sensoramiento remoto y sistemas de información geográfica y, a la vez, en la evaluación del impacto ambiental a través de imágenes satelitales.
Ha realizado tareas docentes en el área de sensores remotos dictando numerosos cursos para instituciones, empresas y universidades.
Tiene publicados diversos trabajos profesionales en congresos nacionales e internacionales.
Lic. Rojas además mantiene un gran interés hacia las cuestiones astronómicas y espaciales.

 
Mendoza, Argentina, 22 de Febrero de 2004.
 
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