AGROMETEOROLOGÍA ESPACIAL
Teledetección Satelital
Introducción y Aplicaciones
Definición y Alcance
• Teledetección (Remote Sensing): adquisición de información sobre la superficie terrestre sin contacto físico directo, mediante sensores que detectan radiación electromagnética emitida, reflejada o retrodispersada, que emana de objetos distantes, de manera tal que el usuario puede identificar y categorizar esos objetos en base a su clase, sustancia y distribución geoespacial, asociados a productos tales como imágenes, mapas o gráficos.
Como trabaja la teledetección
Onda electromagnética
La energía electro-magnética se transmite de un lugar a otro siguiendo un modelo armónico y contínuo, a la velocidad de la luz y conteniendo dos campos de fuerzas ortogonales entre sí: eléctrico y magnético.
Sus características pueden describirse por dos elementos: longitud de onda y frecuencia, ambos inversamente relacionados.
Espectro electromagnético
La radiación electromagnética conforma una combinación de campos magnéticos y eléctricos oscilantes que se propagan a través del espacio llevando energía de un sitio a otro. Dependiendo del fenómeno que se quiera estudiar, se la puede considerar como onda o como partícula (cuantos o fotones en el visible), cuya Energía es proporcional a la frecuencia.
A la izquierda, encontramos los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma. Estas clases de radiación son muy dañinas para los organismos vivos, pues tienen frecuencias extremadamente altas (y por lo tanto, mucha energía).
Cte de Plank (h) = 6.6261 x 10 -34 J/s
Efecto Atmosférico en la teledetección.
La corrección atmosférica remueve los efectos de la dispersión y absorción por parte de la atmósfera para obtener la reflectancia de la superficie caracterizando las propiedades de la misma.
ND, Radiancia y Reflectancia TOA, SR
El espectro de emisión de un cuerpo negro.
Describe cómo se distribuye la energía que emite un objeto ideal —que absorbe toda la luz y no refleja nada— según la longitud de onda y su temperatura
Bandas de absorción y ventanas atmosféricas
Algunos tipos de radiación electromagnética atraviesan fácilmente la atmósfera, mientras que otros no. La capacidad de la atmósfera para permitir el paso de la radiación se denomina transmisividad y varía según la longitud de onda y el tipo de radiación. La teleobservación se logra gracias a ventanas atmosféricas allí donde ésta es transparente. Los sensores a borde de los satélite miden en los sectores en que la transmisión es máxima. Las bandas de los sensores multiespectrales se ubican en las ventanas de transmisión.
Firmas Espectrales
Los espectros de reflectancia brindan la posibilidad de comparar y caracterizar el
comportamiento de distintas superficies. Aquí la (reflectancia :radiación reflejada/radiación
incidente) en función de la longitud de onda. La firma espectral de una cubierta representa la variación de la reflectividad en superficie de una cubierta en función de la longitud de onda de la radiación incidente.
Concepto
VEGETACIÓN SANA vs ENFERMA
Nuestros ojos perciben una hoja como verde porque las longitudes de onda de la región verde del espectro son reflejadas por los pigmentos de la hoja, mientras que las demás longitudes de onda visibles son absorbidas. Además, los componentes de las plantas reflejan, transmiten y absorben diferentes porciones de la radiación infrarroja cercana que no podemos ver. Los satélites pueden detectar la radiación infrarroja cercana reflejada, lo que nos permite estudiarla desde el espacio. La vegetación sana absorbe la energía de la luz azul y roja para impulsar la fotosíntesis y producir clorofila. Una planta con más clorofila reflejará más energía infrarroja cercana que una planta enferma. Por lo tanto, analizar el espectro de absorción y reflexión de una planta en longitudes de onda visibles e infrarrojas puede proporcionar información sobre su salud y productividad.
Sensores de Observación Terrestre.
Los sensores son dispositivos que registran la radiación electromagnética que es reflejada o emitida por la
superficie. Existen dos grandes grupos de sensores, los activos y los pasivos.
Los sensores pasivos son aquellos en los que la fuente de radiación que actúa con la superficie es externa
al sensor, siendo la fuente principal el sol. Los mismos poseen espejos y una unidad de filtros, los cuales posibilitan el paso de algunas radiaciones y bloquean el paso de otras, permitiendo registrar determinadas porciones del espectro electromagnético de la radiación reflejada por la superficie, llamadas bandas.
Opticos Radar, lidar
Los sensores activos, detectan la señal de retorno de su propia REM emitida.
Plataformas satelitales.
En teledetección los sensores deben ser montados en plataformas que presentan un tipo de órbita característica.
Características:
* órbita circular a una altitud de 36000 km
* órbita en el plano ecuatorial
* bajas resoluciones espaciales
* aplicaciones: comunicación, meteorológicas
(Meteosat, GOES R).
HELIOSINCRONICOS O POLARES.
GEOESTACIONARIOS.
Características:
*órbita casi polar
* hora local fija a lo largo del año para una latitud dada
*escala de observación constante
*cambios en los ángulos de visión sólo por variaciones estacionales del ángulo solar
*altitudes mayores a los 300 km
*comúnmente usados para observación terrestre y meteorología de alta resolución
Plataformas satelitales.
En teledetección los sensores deben ser montados en plataformas que presentan un tipo de órbita característica.
Generación de la imagen multiespectral en falso color compuesto RGB
Coberturas agrícolas y agua: RGB: IRc. / IRm / R.
Resolución de un Sensor: habilidad de un sensor para discriminar información de detalle.
Procesamientos.
1. Preprocesamiento.
2. Realce de imágenes.
3. Transformación de imágenes.
4. Clasificación de imágenes.
Procesamiento. Algebra de bandas.
Indices espectrales : ecuaciones matemáticas que se aplica en las distintas bandas espectrales de una imagen, píxel por píxel
Los índices de vegetación están mayormente basados en la evidencia empírica,
la mejor relación biofísica estudiada es la del NDVI - fAPAR*
*fracción de radiación fotosintéticamente activa absorbida por la vegetación.
Procesamiento. Algebra y combinación de bandas.
Indices de Vegetación y combinaciones RGB.
Calculadora Ráster en Qgis.
Procesamiento. Algebra de bandas.
Series de tiempo de imágenes NDVI - FIRMAS FENOLOGICAS.
NDVI a nivel partido.
Clasificación de Imágenes Satelitales
APLICACIONES PRÁCTICAS
Clasificación No Supervisada - Clusters - Productividad en base a NDVI Relativo
APLICACIONES PRÁCTICAS
Clasificación Supervisada - MAPA de CULTIVOS SAGyP.
Se clasifica un stack de bandas de Sentinel 2, Landsat 8 e Indices Espectrales aprox. 150.
Algoritmo clasificador: Random Forest.
Polígonos de entrenamiento: MSA
APLICACIONES PRÁCTICAS
Evolución – Adversidades. Granizo, Heladas, Sequia, Anegamientos.
Granizo, detección de daños con Diferencial de NDVI o Diferencial de Indice Radar.
Diferencial de NDVI: Ex_post – Ex_antes del EVENTO.
Imagen Radar, Sentinel 1, banda C. Long. de Onda: 5,6 cm.
APLICACIONES PRÁCTICAS
Evolución – Adversidades. Tormentas fuertes, viento, granizo.
Granizo, visualización de la marcha de la tormenta, celdas graniceras con radar meteorológico y temperatura de topes nubosos de satélite GOES 19.
Reflectividad en decibeles.
Serie de tiempo de topes más fríos GOES 19, posible manga de granizo
Proyecto Palenque, seguimiento de tormentas, el almacenaje y proceso es complejo. DISCONTINUADO.
APLICACIONES PRÁCTICAS
Cálculo de áreas afectadas por excesos hídricos.
Se clasifica un stack de bandas de Sentinel 2, Landsat 8 e Indices Espectrales.
Algoritmo clasificador: Random Forest. Clases: Agua en Superficie – Anegamiento – Suelo Transitable
Diferencial de NDVI: Ex_post – Ex_antes del EVENTO.
APLICACIONES PRÁCTICAS
Generación de Máscaras - MAPA de CULTIVO de MAIZ.
Aplicación de modelos de cálculo de Rendimientos.
Mauricio Farrel, Raúl Rivas et al.
APLICACIONES PRÁCTICAS
Análisis de HELADAS.
Antecedentes.
Metodologia cálculo de frecuencia de heladas Felipe Albornoz Muñoz CAEARTE CONAE
APLICACIONES PRÁCTICAS
Frecuencia de heladas y temperaturas mínimas absolutas y promedio.
Análisis de HELADAS.
APLICACIONES PRÁCTICAS
Proyecto en validación, disgregar LST pixel modis de 1 km. Según Indice Topografico de 90 mts.
Análisis de HELADAS. Mejora en Resolución Espacial
Zona: Oeste Bs As, médanos parabólicos
Validación con EMA de productores, Daireaux
Img original 1 km.
Img Ajustada 90 mts.
TPI
En Deriva Libre.
Aqua - modis.
Otros campos de aplicación:
Productividad forrajera Estimación de biomasa.
Evapotranspiración Balance hídrico regional.
APLICACIONES PRÁCTICAS
Consumo de Agua - Riego.
Detección de cultivos irrigados / pivots.
Cálculo de consumo hídrico.
El futuro: CubSat?
De La Plata al mundo: el satélite USAT 1 de la UNLP ya inició su camino hacia el espacio
• El fin de las misiones tradicionales da paso a una nueva era satelital caracterizada por la sostenibilidad, la irrupción de constelaciones privadas y el fin de los ciclos de vida de satélites históricos de agencias gubernamentales.
• El futuro no es un sensor perfecto, sino la FUSIÓN MULTI-SENSOR (óptico + SAR + TIR + modelo) mediante
Machine Learning y Visión Computarizada + IA.
Estrés Hídrico
Humedad del Suelo.
Conclusiones
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La teledetección aporta series física y espectralmente fundamentadas, ningún muestreo terrestre puede cubrir miles de hectáreas cada pocos días al costo de una imagen satelital.
Es fundamental en la fase de entrenamiento de los algoritmos ser estrictos con la calidad del dato, la verdad de terreno. Ground Thrue.
Los productos deben tener una validación estadística rigurosa, métricas de precision, errores, etc.
El camino natural es pasar de productos de investigación (tesis, scripts) a herramientas que sustentan decisiones de manejo, peritajes de siniestros y políticas públicas,etc.
Muchas Gracias
erollero@gmail.com