Qu茅 es la teledetecci贸n

La teledetecci贸n es la ciencia que se ocupa de obtener informaci贸n sobre la superficie terrestre sin estar en contacto con ella, mediante el uso de diferentes dispositivos (drones, sat茅lites, aviones, etc.).

En este caso nos centraremos en las im谩genes de sat茅lite, que nos permiten estudiar la evoluci贸n y detectar las consecuencias de fen贸menos naturales o de origen antr贸pico como las erupciones volc谩nicas, los terremotos, los incendios forestales, las inundaciones, el deshielo de glaciares, la deforestaci贸n o los efectos del crecimiento urban铆stico.聽

La disponibilidad de im谩genes de sat茅lite en todo el mundo, con una frecuencia que puede llegar a ser diaria si las condiciones atmosf茅ricas lo permiten, facilita la identificaci贸n y el seguimiento de fen贸menos naturales y procesos antr贸picos que implican cambios notables en la superficie terrestre.聽

Pero 驴c贸mo se obtienen y se procesan las im谩genes de la Tierra?

Los sat茅lites que nos observan

Los sat茅lites son objetos que orbitan alrededor de la Tierra con una misi贸n espec铆fica: facilitar las telecomunicaciones (televisi贸n, telefon铆a), la navegaci贸n y la localizaci贸n (GPS) o determinar fen贸menos meteorol贸gicos (Meteosat). En estas l铆neas nos centraremos en los sat茅lites utilizados para la observaci贸n y la monitorizaci贸n peri贸dica de la Tierra.

La Administraci贸n Nacional de Aeron谩utica y el Espacio, m谩s conocida como NASA (National Aeronautics and Space Administration), es el organismo estadounidense que captura im谩genes de la Tierra mediante una serie de sat茅lites llamados Landsat. Desde el lanzamiento de los Landsat y hasta la actualidad, se han llevado a cabo siete misiones. Cada misi贸n consiste en el lanzamiento al espacio de una constelaci贸n de sat茅lites, que llevan incorporados diferentes sensores e instrumentos para monitorizar el estado del oc茅ano o la atm贸sfera. Estos sensores captan la radiaci贸n emitida por la superficie terrestre en diferentes frecuencias de onda, y esta radiaci贸n puede ser, posteriormente, procesada y transformada en informaci贸n que podemos analizar.

A escala europea, el organismo que se encarga de monitorizar la Tierra desde el espacio es la Agencia Espacial Europea o ESA (European Space Agency) en el marco del programa Copernicus, dedicado a la observaci贸n de la Tierra. La Agencia Espacial Europea ha desarrollado un conjunto de misiones satelitales llamadas Sentinel para poner en 贸rbita sus propios sat茅lites.

Actualmente hay cuatro misiones Sentinel en 贸rbita:

Sentinel-1

Los sat茅lites de esta misi贸n siguen una 贸rbita polar o helios铆ncrona alrededor de la Tierra, es decir van del polo norte al polo sur y viceversa. Registran im谩genes d铆a y noche, independientemente del tiempo atmosf茅rico. Llevan incorporado un radar que permite captar im谩genes aunque haya nubes.

Sentinel-2

Los sat茅lites de la misi贸n Sentinel-2, al igual que los sat茅lites de Sentinel-1, siguen una 贸rbita polar. Llevan incorporado un sensor multiespectral de alta resoluci贸n que permite capturar im谩genes para monitorizar la vegetaci贸n, el suelo, las masas de agua y las zonas costeras.

Sentinel-3

Es una plataforma que incorpora multitud de instrumentos para medir la elevaci贸n, la temperatura o el color de la tierra y de los oc茅anos con gran precisi贸n y fiabilidad. Permite la monitorizaci贸n del clima y el medio ambiente, as铆 como los pron贸sticos mar铆timos.

Sentinel-5P (Sentinel-5 Precursor)

Concebido para sustituir al sat茅lite Envisat, que se extravi贸 en 2012. A su vez, esta plataforma ser谩 sustituida por el Sentinel-5. que se enviar谩 en 2021. La misi贸n Sentinel-5P proporciona datos atmosf茅ricos que pretenden monitorizar la calidad del aire, sobre todo en relaci贸n con contaminantes como el ozono, el di贸xido de nitr贸geno y el di贸xido de azufre.

En el futuro est谩 previsto que se pongan en marcha tres misiones Sentinel m谩s:

Sentinel-4

Es un sat茅lite Meteosat de tercera generaci贸n que monitorizar谩 la atm贸sfera de nuestro planeta siguiendo una 贸rbita polar.

Sentinel-5

Como el Sentinel-4, proporcionar谩 datos sobre la composici贸n atmosf茅rica. Se embarcar谩 en una nave espacial EUMETSAT Polar System (EPS).

Sentinel-6

Pretende mantener las misiones del sat茅lite Jason-2 sobre c谩lculos altim茅tricos de alta precisi贸n, tanto de la superficie terrestre como de los oc茅anos.

La familia Sentinel 隆y muchos otros sat茅lites!

Aqu铆 hemos hablado especialmente de los sat茅lites pertenecientes a la Agencia Espacial Europea, pero existen muchas otras agencias espaciales, como la norteamericana, la china o la rusa, que tienen misiones en el espacio. Adem谩s, en los 煤ltimos a帽os, han aparecido varias empresas y organizaciones que disponen de sat茅lites que orbitan alrededor de la Tierra con el objetivo de capturar im谩genes de nuestro planeta. Todo ello ha provocado que alrededor de la Tierra haya un gran n煤mero de objetos artificiales, sin utilidad, en 贸rbita; es lo que conocemos como basura o chatarra espacial.

驴Quieres saber m谩s sobre Copernicus?

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Los sensores permiten captar el pulso de la Tierra

Fundamentos de la teledetecci贸n

La teledetecci贸n es una t茅cnica que permite medir o adquirir datos de la superficie terrestre en forma de im谩genes. Esto es posible gracias a unos sensores montados sobre plataformas o aparatos que vuelan por el espacio a茅reo, como los aviones o los drones, o en plataformas espaciales, como los sat茅lites. El principio b谩sico de la teledetecci贸n es capturar, a trav茅s de los sensores, la radiaci贸n electromagn茅tica que reflejan los objetos.

La Tierra emite una radiaci贸n electromagn茅tica

La radiaci贸n electromagn茅tica es el conjunto de ondas electromagn茅ticas que se propagan en el espacio desde la Tierra. Los objetos que emiten estas ondas est谩n sujetos a una fuente de energ铆a (generalmente procedente de la luz solar), que es la responsable de esta emisi贸n. Los sensores captan la radiaci贸n que emiten los objetos despu茅s de haber sido sometidos a una fuente de energ铆a. Hay dos tipos de sensores: los pasivos, que registran la radiaci贸n solar que los objetos reflejan, y los activos, que emiten una radiaci贸n sobre los objetos y miden su reflexi贸n.

Los sensores pasivos (izquierda de la imagen) dependen de la presencia de luz solar. Solo se pueden obtener im谩genes si las condiciones atmosf茅ricas permiten la observaci贸n de la Tierra. Por ejemplo, el Sentinel-2 opera mediante un sensor pasivo.
Los sensores activos (imagen de la derecha) permiten obtener im谩genes a pesar de la presencia de nubes o aunque sea de noche. Estos sensores emiten radiaci贸n hacia la superficie terrestre y el reflejo es registrado por el sensor. Un ejemplo de este tipo de sensor es el radar que lleva incorporado el Sentinel-1.

Espectro electromagn茅tico:
M谩s all谩 de lo que el ojo humano puede percibir

El ojo humano solo captura el rango del espectro electromagn茅tico que oscila entre 0,4 y 0,7 micras, es decir, la luz o el espectro visible. A la izquierda y a la derecha del espectro visible se sit煤an la radiaci贸n ultravioleta y el infrarrojo, respectivamente.

Las diferentes regiones del espectro electromagn茅tico pueden proporcionar diferente informaci贸n sobre un mismo objeto. Para detectar el reflejo de los objetos en estas regiones o longitudes de onda necesitamos sensores especializados que perciban m谩s all谩 de lo que nuestro ojo puede percibir.

Los sensores que llevan la mayor铆a de sat茅lites dedicados a la observaci贸n de la Tierra permiten captar la radiaci贸n electromagn茅tica desde los rayos ultravioleta hasta los rayos infrarrojos; m谩s all谩 de estas longitudes de onda necesitaremos sensores a煤n m谩s especializados, como Radarsat, Era 1 y Era 2 o la misi贸n SRTM (Shuttle Radar Topography Mission).

La firma espectral: la huella dactilar de los objetos

Cada objeto tiene una firma espectral o porcentaje de reflectancia en cada regi贸n del espectro electromagn茅tico. Dicho de otro modo, la firma espectral es la huella dactilar que caracteriza cada objeto de la superficie terrestre. As铆, por ejemplo, la nieve tendr谩 una firma espectral diferente que la vegetaci贸n o el agua, ya que la reflectancia de ellas ser谩 diferente.

De este modo, a trav茅s de la teledetecci贸n podemos discriminar o identificar las diferentes coberturas o usos del suelo, como la vegetaci贸n sana o la vegetaci贸n quemada tras un incendio, o bien las masas de agua tras un episodio de inundaciones.

Im谩genes multiespectrales

Como ya se ha indicado, la mayor铆a de los sat茅lites capturan informaci贸n en diferentes bandas o rangos del espectro electromagn茅ticos, no solo del espectro visible, como ser铆an las bandas de color rojo, verde y azul (RGB, por las siglas en ingl茅s), sino que tambi茅n permiten capturar im谩genes de la radiaci贸n ultravioleta hasta el infrarrojo cercano y de onda corta. Estas bandas se pueden combinar obteniendo lo que conocemos como im谩genes multiespectrales.

Las im谩genes multiespectrales nos permiten visualizar caracter铆sticas de un objeto y diferenciarlo de otros objetos que, a simple vista, parecer铆an iguales, como ser铆a el caso del grado de humedad de la vegetaci贸n o la vegetaci贸n quemada tras un incendio.

El Sentinel-2, del programa Copernicus, tiene 13 bandas diferentes, cada una con unas capacidades concretas.

Im谩genes en color real
o true color

Si las bandas correspondientes al rango del rojo, verde y azul se filtran a trav茅s de canales RGB, respectivamente, se obtiene una imagen en color real, que muestra los objetos tal y como los vemos con nuestros ojos. En el caso del Sentinel-2, esta combinaci贸n de im谩genes ser铆a la 4,3,2.

Im谩genes en falso color
o false color

Si queremos detectar los incendios forestales tendremos que combinar la banda del infrarrojo de longitud de onda corta (SWIR o short-wave infrared) en el canal rojo, la banda de infrarrojo cercano (NIR o near infrared) en el canal verde y la banda de luz roja en el canal azul. Esto es lo que se llama imagen en falso color. Esta combinaci贸n de bandas es la 12,8,4 seg煤n la numeraci贸n de bandas del Sentinel-2.
Before After

Incendio en el Parque Nacional Pantanal de Otuquis, frontera entre Bolivia, Paraguay y Brasil, el 28 de agosto de 2019. A la izquierda, combinaci贸n de bandas en color natural (4-3-2). A la derecha, en falso color (12-8-4).聽CC BY 4.0 Sentinel Hub EO Browser.