Tema 3.
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LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS EN INVESTIGACIÓN DEL MEDIO
AMBIENTE
Introducción En los últimos 30 años el ordenador e internet se han
convertido en herramientas de gran aplicación en los estudios medioambientales: – Usos informáticos – Usos telemáticos o de comunicación a distancia:
• Trabajo en red • Aplicaciones multimedia (videoconferencias) • Internet • Telefonía móvil
Todo ha contribuido a una mejora en la cooperación
internacional y la creación de comunidades virtuales de trabajo, aunque el 79 % de los usuarios de internet se concentra en las grandes ciudades de los países industrializados (14 % de la población mundial).
FUENTES DE INFORMACIÓN AMBIENTAL
Se considera información ambiental cualquier dato relacionado con alguna característica del sistema Tierra.
Las nuevas tecnologías se vienen utilizando en el estudio del medio ambiente.
Actualmente se obtiene un enorme volumen de datos sobre variables de interés ambiental. Esta información se archiva en bases de datos gestionadas por instituciones diversas.
Estas bases de datos generalmente son públicas y se puede acceder a ellas a través de la red.
FUENTES DE INFORMACIÓN AMBIENTAL
Estaciones fijas de medida
Instrumentos de medida móviles Instrumentos a bordo de
satélites
TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN AMBIENTAL
1. La información se recibe y procesa
2. La información se interpreta
3. La información se almacena en ordenadores
4. La información se utiliza
PROGRAMAS INFORMÁTICOS DE SIMULACIÓN MEDIOAMBIENTAL
Pueden realizarse modelos numéricos para simular sistemas ambientales como ecosistemas, terrenos que se van a industrializar, zonas expuestas a un riesgo…
En estos modelos se utilizan ecuaciones en las que una o más variables van cambiando su valor generalmente con el tiempo.
Estos modelos permiten abordar problemas en los que están implicadas muchas variables.
SISTEMAS INFORMÁTICOS Y SIMULACIÓN MEDIOAMBIENTAL
Modelo WORLD-2
Desarrollado por Jay Forrester en el MIT. Encargado por El Club de Roma. Las variables para determinar el comportamiento
del mundo son cinco: – Población – recursos naturales no renovables – alimentos producidos – contaminación y – capital invertido.
World-2 Los límites del crecimiento
Los límites del crecimiento
Conclusión: no podemos mantener por un tiempo indefinido nuestro actual ritmo de crecimiento (poblacional y económico).
Podría conseguirse la estabilización del sistema con una serie de reducciones: – Tasa de natalidad: 50% – Tasa de consumo de recursos naturales: 75% – Alimentos producidos: 25% – Tasa de contaminación: 50% – Capital invertido: 40%
World-3 Más allá de los límites del crecimiento
Desarrollado por D.L.Meadows y D.H.Meadows (1991).
Simulan diferentes escenarios en función de decisiones políticas respecto al consumo de recursos naturales.
World-3
World-3 Más allá de los límites del crecimiento
Si se continua con la tendencia actual: – Crecimiento de la población. – Industrialización. – Contaminación. – Producción de alimentos – Consumo de recursos.
Escenario 1: Se mantiene la situación actual
1ª Conclusión: Los límites del planeta se alcanzarán dentro de los próximos cien años tras lo cual sucederá un declive súbito e incontrolable.
Escenario 2: Se duplican los recursos disponibles mediante desarrollo de nuevas tecnologías.
El colapso se produce de una manera más brusca que en el escenario 1.
Escenario 3 : Se duplican los recursos y alimentos, aumenta la eficacia en el uso de recursos y disminuye erosión y contaminación.
2ª conclusión: Es posible modificar las tendencias de crecimiento y establecer unas normas de estabilidad ecológica y económica, que pueden ser mantenidas por mucho tiempo de cara al futuro.
3ª conclusión: Cuanto antes se empiece
a trabajar por esta alternativa mayores posibilidades de éxito.
Críticas al modelo World-3 Modelo Maltusiano, que culpa al
incremento de la población de todos los problemas ambientales (penaliza a los países del “Sur”).
Visión simplificada de la realidad que representa tendencias y no la realidad.
SISTEMAS DE TELEDETECCIÓN
Detección remota a través de sensores.
Teledetección: técnica que permite la observación a distancia y la obtención de imágenes de la superficie desde sensores en aviones o satélites.
COMPONENTES DE UN SISTEMA DE TELEDETECCIÓN
TELEDETECCIÓN ACTIVA
TELEDETECCIÓN PASIVA
COMPONENTES DE UN SISTEMA DE TELEDETECCIÓN
SENSOR: Cámaras situadas en aviones o satélites (+800km.) En función de la ENERGÍA DETECTADA (radiación
electromagnética): - Pasivos: Capta la radiación del sol reflejada por la superficie
observada o emitida por elementos terrestres. - Activos: Emite energía y capta el reflejo producido por la
superficie terrestre.
CENTRO DE RECEPCIÓN: Se transmite información digital a la tierra. Se corrigen imperfecciones y se destacan algunos elementos.
SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN
RADIACIONES DETECTADAS POR LOS SENSORES
Radiaciones reflejadas: – De origen natural (Sol) – Emitidas por el sensor (sensores activos)
Radiaciones emitidas
Radiaciones absorbidas
REFLEXIÓN. Es el conjunto de radiaciones que un objeto refleja.
Captación de radiación de origen natural reflejada
VOLVER
RADIACIONES DETECTADAS POR LOS SENSORES
Radiación emitida o espectro de emisión. Radiación infrarroja térmica característica que emiten los elementos naturales.
Captación de radiación infrarroja térmica
VOLVER
RADIACIONES DETECTADAS POR LOS SENSORES
Radiación absorbida o espectro de absorción. Los objetos transparentes absorben parte de la radiación que reciben.
Captación del espectro de absorción
VOLVER
RADIACIONES DETECTADAS POR LOS SENSORES
HISTORIA DE LA TELEDETECCIÓN
Teledetección aérea: Globos, pájaros, aviones… – A mediados siglo XIX primeras fotografías aéreas tomadas desde
globo. – Se desarrolla con finalidades estratégicas y militares durante el
siglo XX. – Prospecciones geológicas y mineras, cartografía, mapas
topográficos, inventarios forestales…
Teledetección espacial: Se mejora con el uso de satélites espaciales – Satélites científicos (HUBBLE) – Satélites meteorológicos (TIROS, METEOSAT) – Satélites medioambientales (LANDSAT, ERS)
HISTORIA DE LA TELEDETECCIÓN
RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS
La atmósfera es un filtro para las radiaciones. Sólo se utilizan aquellas radiaciones que atraviesan la atmósfera: ventanas atmosféricas.
RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS
• Microondas • Infrarrojos • Radiación visible • Ultravioleta
Las radiaciones electromagnéticas utilizadas en detección son:
RADIACIONES EMPLEADAS EN TELEDETECCIÓN
Zona visible (V) - Azul: (de 400-500nm) – B - Verde: (500-600nm) – G - Rojo: (600-700nm) – R
Infrarrojo (IR) - (IRP) infrarrojo próximo (700-1300nm) Detecta masas vegetales - (IRM) infrarrojo medio (1300-8000nm) detecta humedad. - (IRT) infrarrojo lejano o térmico (8000-140000nm) detecta calor
producido por el Sol, seres vivos, incendios.
Microondas (1mm-1m) - Utilizadas para tomar imágenes sin iluminación o con nubes.
Las imágenes pueden ser: analógicas o digitales.
IMÁGENES DE TELEDETECCIÓN
Las imágenes digitales
están divididas en pequeños recuadros: pixel que corresponden a la superficie mínima detectada sobre el terreno. Tiene asociado un valor, cifra o dígito.
IMÁGENES DIGITALES
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material121/index.htm
IMÁGENES DIGITALES
Tipos de imágenes digitales
Fotografías aéreas – Oblicuas – Verticales
Imágenes estereoscópicas Imágenes anaglíficas
Fotografías aéreas oblicuas (color real)
Evaluación de impactos paisajísticos Seguimiento de explotaciones mineras, forestales, etc. Seguimiento de incendios y coordinación de tareas de extinción. Trabajos publicitarios.
Ventajas: – Visión panorámica. – Se puede evaluar altura forma y volumen de los objetos por su
aspecto tridimensional. Inconvenientes:
– La escala no es uniforme por lo que no se pueden medir distancias.
– Algunos objetos pueden quedar ocultos tras otros de mayor altura.
Ordenación del territorio: – Medición áreas de terreno y superficies construidas. – Detección construcciones ilegales. – Control usos del suelo.
Seguimiento de cultivos y estimación de volúmenes de cosechas.
Fotografías aéreas verticales (color real)
Ventajas: – La escala es constante por lo que se pueden utilizar para
medir distancias y áreas. Inconvenientes:
– No se percibe el relieve ni las alturas de los objetos, aunque se pueden estimar por las sombras.
Fotografías aéreas estereoscópicas
Ventajas: – Pueden utilizarse para realizar cálculos de distancias y
áreas, y son visibles todos los objetos pudiendo apreciarse su altura.
Inconvenientes: – Complejas y caras de obtener
Se obtienen fotografiando verticalmente el terreno a intervalos regulares, de forma que cada dos fotos consecutivas se solapan.
Dos de estas fotos forman un par estereoscópico.
Imágenes anaglíficas Imágenes estereoscópicas generadas por
una imagen roja y otra azul.
http://es.wikipedia.org/wiki/Anaglifo
Resolución de un sensor Es la medida de su capacidad para discriminar los
detalles: - Resolución espacial. Representa el área menor que puede
distinguirse de su entorno.
- Resolución temporal. Frecuencia con que se actualizan los datos.
- Resolución radiométrica. Capacidad para discriminar las variaciones de intensidad y se mide por el número de tonos de gris que posee una imagen (6 bits por pixel –> 26=64 niveles gris)
- Resolución espectral. Longitudes de onda o bandas de detección que se es capaz de medir.
LANDSAT MSS 80 m
LANDSAT TM 30 m
SPOT multiespectral 10 m
Resolución espacial
2,4 m 4,8 m 9,6 m
0,3 m 0,6 m 1,2 m
Resolución de un sensor Resolución espacial. Resolución temporal. Frecuencia con que se
actualizan los datos. Resolución radiométrica. Capacidad para
discriminar las variaciones de intensidad y se mide por el número de tonos de gris que posee una imagen (6 bits por pixel –> 26=64 niveles gris).
Resolución espectral. Longitudes de onda o bandas de detección que se es capaz de medir.
Resolución temporal
(Huracán Andrew, 1992)
Cortesía ESA
Órbitas de los satélites
Geoestacionaria: El satélite está situado a gran altitud, siempre sobre el mismo punto, moviéndose de forma sincronizada con la rotación de la Tierra.
Órbita polar: El satélite rota de forma circular pasando por los polos a baja altura.
Órbitas de los satélites
Satélites Geo-estacionarios (Meteosat) – Altura 36.000 km – Órbita ecuatorial, alrededor de la Tierra con la misma
velocidad angular que ella. – Siempre ve la misma zona de la Tierra. – Muestreo temporal cada 30 min. – Bajo muestreo espacial.
Satélites Polares helio-sincrónicos
– Altura sobre 800 Km. – Órbita polar. – “Alta” cobertura espacial. Frecuencia temporal baja que
depende del ángulo de barrido y de las características de la órbita.
Resolución de un sensor Resolución espacial. Resolución temporal. Resolución radiométrica. Capacidad para
discriminar las variaciones de intensidad y se mide por el número de tonos de gris que posee una imagen (6 bits por pixel –> 26=64 niveles gris).
Resolución espectral. Longitudes de onda o bandas de detección que se es capaz de medir.
AREA 1: Areas brillantes
AREA 2: Areas oscuras
11 bits: 2048 8 bits: 256
(Cortesía Indra-Espacio) Resolución radiométrica
Resolución de un sensor
Resolución espacial. Resolución temporal. Frecuencia con que se
actualizan los datos. Resolución radiométrica. Resolución espectral. Longitudes de onda o
bandas de detección que se es capaz de detectar un sensor.
Resolución espectral Imágenes obtenidas por el Meteosat
Luz visible Infrarrojo
Infrarrojo térmico
IMÁGENES DIGITALES EN COLOR
Las cámaras están compuestas por sensores digitales que son sensibles a diferentes bandas o longitudes de onda.
Combinando tres de esas bandas y asignándolas un color a cada una podemos obtener diferentes tipos de imágenes: – Color natural o RGB=321 – Falso color o RGB=432 – Otras como RGB=754, RGB=742 . . .
A cada pixel de esta imagen se le da color verde. Su intensidad viene determinada por el tono de
gris que tenga.
A cada pixel de esta imagen se le da color rojo. Su intensidad viene determinada por el tono de
gris que tenga.
A cada pixel de esta imagen se le da color azul. Su intensidad viene determinada por el tono de
gris que tenga.
Imagen en color real (RGB 321)
Color real RGB 321
Cada pixel de esta imagen tendrá un color definido por la combinación de los tres anteriores y estará definido por tres dígitos (de 0 a 256)
Los colores son el resultado de la adición de los tres primarios.
El total de colores diferentes es de 16 millones (2563)
IMÁGENES EN FALSO COLOR
Se consiguen imágenes de la tierra que corresponden a energías (reflejadas o emitidas), que nuestros ojos no detectan.
Proporcionan información sobre el tipo de vegetación, composición de un suelo o tipo de roca….
Según la composición química y estructura física de un objeto, se reflejará/emitirá energía en las distintas regiones del espectro electromagnético.
Azul
Rojo
Verde Síntesis coloreada
RGB: 432
Imágenes en falso color
Banda 4
Banda 3
Banda 2
Imágenes en falso color
RGB (432). – A la imagen correspondiente a la banda 4 se le asigna
color rojo, – el verde a la banda 3, y – el azul a la 2.
Este tipo de imágenes realza los detalles y facilita el
estudio de masas vegetales y su vigor, recursos mineros, zonas ocupadas por el agua y espacios urbanizados.
Existen otras como RGB=754, RGB=742, etc.
Imágenes originales
Composición coloreada
RGB: 432
Banda 4
Banda 3
Banda 2
Imágenes en falso color
Ejercicio 5 pag. 72
Imágenes Landsat TM. ¿Cual es la resolución espacial sabiendo que representa una superficie de 15x15 km? (pixel de 30x30m) ¿Número de píxeles?
Composiciones distintas en falso color
RGB: 321
RGB: 471
RGB: 453
RGB: 432
MECANISMOS DE TELEDETECCIÓN
Sensores de barrido multiespectral: – Los sensores hacen un barrido de la
superficie de forma perpendicular al movimiento del satélite.
– Las radiaciones son separadas según su longitud de onda y convertidas en una señal digital.
Sensores de microondas: – Pasivos : captan la radiación emitida
por nieve o hielo (cuerpos fríos) – Activos: RADAR. Se emite el pulso de
microondas y se recoge.La señal de microondas se distorsiona por la diferente reflexión de la cubiertas terrestres.
Explorador de Barrido
Óptica
Dirección de Barrido
Dirección de la trayectoria
Sensores de radar
Los sensores de radar son útiles: – En el estudio del relieve – Cuando el cielo está cubierto o es de noche – Para detectar movimiento en la superficie del mar o en la
tierra – Para comprobar el vigor de la vegetación, crecimiento de
cosechas, estado de bosques – Valoración del alcance de mareas negras.
Radarmetría: Los sensores radar nos dan información
sobre la altitud del terreno (Fig 3.26.).
Imagen radar del Envisat del derrame de crudo del Prestige
Imagen radar del volcán Pinatubo la sensación de color se logra combinando 3 señales recogidas (total, vertical y horizontal) y asignándoles 3 colores.
GPS Sistema de posicionamiento global
Sistema formado por unos dispositivos que nos permiten conocer nuestra posición exacta sobre la superficie terrestre, gracias a la triangulación de las señales emitidas por satélites.
Sistema GPS
Sistema Galileo
Previsto que estuviera disponible en 2008
Primeros dos satélites lanzados en octubre 2011, se prevé que este disponible en 2019 (nueve años después de los previsto)
Sistemas telemáticos apoyados en la teledetección
SIG: sistemas de información geográfica.
Base de datos con información geográfica georeferenciada.
Programas informáticos que contienen una gran cantidad de datos de una zona organizados en capas.
Se puede gestionar fácilmente toda la información sobre un territorio.
Superposición de capas de un SIG
Toponimia
Información integrada
Vías de comunicación
Red fluvial
Edificaciones
Base cartográfica
Modelo tridimensional
Google Earth es una aplicación informática que accede a sistemas de información geográfica (SIG)
El programa permite calcular rutas, acercar o alejar la imagen, cambiar su orientación o inclinarla, etc.
Sistemas telemáticos de
cooperación internacional
Proyecto Corine
European environment agency
Aplicaciones teledetección
Aplicaciones teledetección