Teledetecció

Imatge de la Vall de la Mort, presa per un radar d'obertura sintètica i acolorida emprant un polarímetre.

La teledetecció és un mètode basat en l'aparició d'una pertorbació (energia electromagnètica, camps gravitacionals, ones sísmiques, etc.) en el que el procés o objecte estudiat es reprodueix en el medi i que pot ser registrat per un objecte receptor. Posteriorment totes aquestes dades seran processades i interpretades. La radiometria seria una disciplina que estudiaria la radiació electromagnètica emesa per aquests objectes i processos. Els intervals de l'espectre electromagnètic més utilitzats són el visible, l'infraroig i, en menor mesura, la regió de les microones.

Les tècniques de teledetecció inclouen l'aerografia (fotos aèries), les tècniques geofísiques de mesures elèctriques, sísmiques o radiomagnètiques, preses dels vaixells, avions o satèl·lits.

Les imatges obtingudes per la teledetecció poden ser analògiques o digitals. Les càmeres de fotos i televisió tradicionals proporcionen informació gràfica en forma d'imatges analògiques. Tradicionalment es produeixen parells de fotos estereoscòpics que donen sensació de relleu.

Elements de la teledetecció

• Forma d'emissió i tipus d'energia emesa per l'objecte a estudiar. La radiació pot ser espontània (radioactivitat) o per reflexió d'energia procedent d'altra font (llum solar o radiació infraroja).
• La unitat d'informació o píxel. Pot ser puntual, lineal o, sobretot, superficial. En aquestes unitats de superfície s'engloben en una sola dada totes les radiacions emeses per tots els objectes que interfereixen en aquesta unitat elemental.
• La plataforma és el suport del sensor que capta l'energia procedent de la unitat d'informació. Les plataformes més utilitzades són els avions i els satèl·lits.
• Sensor-mecanisme que capta les radiacions. Poden ser actius i passius. Els primers emeten energia, la qual és reflectida pels objectes i posteriorment detectada. Els més utilitzats són els radars que emeten microones. Els sensors passius solament reben energia. Com a exemple tenim les càmeres fotogràfiques, les de televisió i els escàners o radiòmetres multiespectrals que registren la radiació emesa o reflectida per la superfície terrestre i la separen en diferents bandes espectrals, és a dir, per a una mateixa superfície, es generen diferents imatges corresponents a les diferents longituds d'ona.
• Centre de recepció i processament de la informació rebuda, on la informació es tradueix a imatges i dades que poden ser consultades i utilitzades pels usuaris.

Aplicacions de les tècniques de teledetecció

La gran varietat de dades obtingudes per la teledetecció permet que pugui ser utilitzada en aplicacions molt diverses:

• En meteorologia. Sense aquestes dades no es podria fer cap predicció a curt o llarg termini. S'utilitzen per seguir l'evolució de fenòmens meteorològics i atmosfèrics com els monsons, el Niño, les gotes fredes, l'aprimament de la capa d'ozó, etc.
• En agricultura. Identificació i extensió dels conreus, seguiment i predicció, collites, etc.
• En geologia. Identificació de les estructures geològiques i de recursos minerals.
• En hidrologia: Realització cartogràfica de zones afectades per inundacions, identificació zones vulnerables, anàlisis de la qualitat de l'aigua en embassaments, control de l'explotació d'aqüífers, seguiment zones humides, etc.
• En biogeografia. Realització d'inventaris de recursos forestals, cartografies de zones afectades per incendis, avaluació de canvis paisatgístics, seguiment de la desertització, entre d'altres.
• En la gestió de zones costaneres. Avaluació de la línia de costa (erosió i sedimentació), control de vessament i estudis de dinàmica.
• En oceanografia. Localització de bancs de peixos, estudi dels corrents marins, cartografia dels fons oceànics, etc.

Geodèsia

• La geodèsia va ser primer usada en la detecció aèria submarina i en la recollida d'informació gravitacional usada en els mapes militars. Aquesta informació revelava petites pertorbacions al camp gravitatori de la Terra (geodèsia) que es podien usar per a determinar canvis en la distribució de la massa en la Terra, la qual cosa podia usar-se per a futurs estudis geològics i hidrològics.

Acústica i semiacústica.

• Passiva: El Sónar s'usa per a detectar, mesurar distàncies i mesures d'objectes sota l'aigua i la terra.
  • Els sismogrames agafats de diferents llocs poden localitzar i mesurar terratrèmols després que aquests ocorrin comparant la intensitat relativa i el temps en què van ocórrer.
• Activa: Els polsos els usen els geòlegs per a detectar jaciments de petroli.

Per a coordinar una sèrie d'observacions a gran escala, la major part dels sistemes de detecció depenen de: la localització de la plataforma, l'hora, la rotació i l'orientació del sensor. Els instruments més actuals usen normalment informació sobre la seva posició obtinguda dels sistemes de navegació per satèl·lit. La rotació i orientació normalment la determinen amb un error d'un o dos graus mitjançant compassos electrònics. Aquests compassos mesuren no sols l'azimut, sinó també l'altitud, ja que les línies del camp magnètic terrestre en la Terra tenen una curvatura diferent segons la posició en què et trobis. Si es desitgen unes orientacions més exactes, es requereix un Sistema de Navegació Inercial el qual periòdicament es realinea usant diferents tècniques, incloent-hi la presa d'estrelles com a referència o punts de referència importants.

La resolució té un impacte bastant important en la recollida d'informació; per a entendre-ho millor: una menor resolució comporta un detall menor i una cobertura major; una major resolució comporta, per contra, un detall major però una cobertura pitjor. La capacitat per a poder determinar la resolució adequada a cada moment té com a conseqüència millors resultats i a més evita el col·lapse de les unitats d'emmagatzematge i transmissió (una resolució major implica una major grandària).

Nivells de processament de la informació

Per a facilitar el dilema del processament de la informació, es van definir diversos nivells de processament en 1986 per la NASA com a part del seu Sistema d'Observació de la Terra es van adoptar tant en la NASA (per exemple,) com en la resta de llocs (per exemple,). Aquestes definicions són:

Nivell	Descripció
0	La informació científica recollida està a màxima resolució, ordenada temporalment i amb errors de transmissió, artefactes i duplicats eliminats.
1a	Informació a màxima resolució reconstruïda, ordenada cronològicament i amb anotacions auxiliars com a coeficients de calibratge radiomètric i geomètric, i paràmetres de georeferència computats i anotats però sense aplicar-se al nivell 0 d'informació (o, si s'apliquen, s'apliquen de tal forma que aquest nivell 0 es pugui recuperar totalment del nivell 1a).
1b	La informació del nivell 1a ha estat processada a unitats de detecció; no tots els instruments tenen informació del nivell 1b; la informació del nivell 0 és ja irrecuperable.
2	Variables geofísiques derivades (altura de les ones de la mar, concentracions de gel) a la mateixa resolució i localització que la informació del nivell 1.
3	Les variables són mapades uniformement en "grids" espaciotemporals.
4	Resultat de les anàlisis de nivells inferiors (variables que no han estat mesures, però sí que han estat derivades d'aquestes mesures).

Guardar la informació del Nivell 1 és fonamental (és el nivell més reversible entre altres coses), ja que té un significat científic i una utilitat important, i és la base de la generació de la resta de nivells. El nivell 2 és el primer nivell usable directament per la majoria de les aplicacions científiques; el seu valor és molt major que la de la resta de nivells inferiors. El nivell 2 tendeix a ser menys pesat que el nivell 1, ja que els seus paràmetres han estat reduïts, o bé temporalment, espacialment o espectralment. El nivell 3 ja és bastant més petit que la resta i pot ser manipulat sense por d'incórrer en un maneig inadequat de les dades. Aquesta informació sol ser més general i útil per a la majoria de les aplicacions. L'organització temporal i espacial del nivell 3 fa factible poder combinar informació d'altres fonts.

Història

L'avió de reconeixement/vigilància TR-1.

La Mars Odyssey 2001 usava espectròmetres i "imagers" per a capturar evidències de l'existència d'aigua o activitat volcànica en Mart.

Més enllà dels mètodes primitius que van usar els nostres ancestres (pujar a un cingle o a un arbre per a veure el paisatge), la disciplina moderna va sorgir amb la invenció del vol. G. Tournachon (àlies Nedar), un conegut pilot de globus, va fer fotografies de París des del seu globus en 1858. També es van usar coloms missatgeres, estels, coets i globus no tripulats per a prendre imatges. Amb l'excepció dels globus, aquestes primeres imatges no van ser molt útils per a fer mapes o per a alguna recerca científica.

La fotografia aèria sistemàtica es va desenvolupar pels militars a fi de la vigilància i el reconeixement de territoris en la Primera Guerra Mundial, i va arribar al seu clímax durant la Guerra Freda amb l'ús d'avions de combat modificats, com el P-51, el P-38, el RB-66 i el F-4C, o algunes plataformes de recollida d'informació com per exemple el U2/TR-1, el SR-71, el A-5 i el OV-1. Després es van desenvolupar els mètodes per a crear sensors més petits que els usats per la llei i els militars, tant en plataformes tripulades com no-tripulades.

L'avantatge d'això és que requereix una mínima modificació a un determinat aeroplà. La tecnologia d'imatges posterior incloïa infrarojos, imatge convencional, doppler i radars d'obertura sintètica.

El desenvolupament de satèl·lits artificials ja en la segona meitat del segle xx permetre l'ús de la teledetecció remota per a progressar a escala global i posar fi a la Guerra Freda. L'instrumental a bord de diversos observadors terrestres i plataformes meteorològiques com el Landsat, el Nimbus i algunes més recents com el RADARSAT i el UARS van proveir de mesures globals d'informació de diversos tipus (civil, militar i de recerca). Les sondes espacials a altres planetes també han brindat l'oportunitat de conduir l'estudi per teledetecció remota a entorns extraterrestres; el radar d'obertura sintètica a bord del Magellan va proveir de mapes topogràfics detallats de Venus, mentre que els instruments a bord del SOHO van permetre estudis del Sol i els vents solars.

Les recerques recents inclouen, a principis de les dècades de 1960 i 1970, el desenvolupament del processament imatges satel·litàries. Diversos equips de recerca en Silicon Valley inclouen el centre de recerca Ames de la NASA, el GTE i el ESL Inc. van desenvolupar tècniques per a usar la Transformada de Fourier com a manera de millora de la informació de les imatges.

La introducció de serveis Web en línia per a l'accés ràpid a informació sobre teledetecció remota en el segle xxi (principalment imatges de baixa o mitja resolució), com Google Earth, ha fet possible que la teledetecció remota sigui una cosa familiar per al gran públic i s'hagi fet popular en el món de la ciència.

Programari de teledetecció remota

La informació recollida per la teledetecció remota és processada i analitzada per programes d'ordinador.

Un gran nombre d'aplicacions de codi obert i altres tantes de pagament per a processar aquesta classe d'informació. D'acord amb l'estudi NOAA realitzat per Global Màrqueting Insights, Inc., la major part de les aplicacions entre les acadèmies asiàtiques relacionades amb la teledetecció remota són: El ESRI amb un 30%, el ERDAS IMAGINE amb un 25%, ITT Visual Informació Solutions (ENVI) amb un 17%, MapInfo amb un 17% i ERMapper amb un 11%. Entre les acadèmies occidentals, l'estudi va constatar aquests altres percentatges: ESRI 39%, ERDAS IMAGINI 27%, MapInfo 9%, AutoDesk 7% i ENVI amb un 17%. Altres paquets d'aplicacions en relació amb la teledetecció remota inclouen PCI Gemoatics que desenvolupa PCI Geomatica, un paquet d'aplicacions relacionades amb la teledetecció remota líder al Canadà, IDRISI dels laboratoris Clark, i el programari eCognition de Definiens. Algunes aplicacions de codi obert són: GRASS GIS, QGIS, ILWIS, Optics, SPRING i Orfeu toolbox.

Centres de teledetecció

• Australian Centre for Remote Sensing (ACRES) Arxivat 2006-09-01 a Wayback Machine.
• Canada Centre for Remote Sensing Arxivat 2011-12-02 a Wayback Machine.
• Indian Institute of Remote Sensing Arxivat 2012-07-18 a Wayback Machine.
• Remote Sensing Unit (Portugal)
• National Remote Sensing Agency Hyderabad, INDIA Arxivat 2016-01-28 a Wayback Machine.

Vegeu també

• Satèl·lit artificial
• Sistema d'informació geogràfica

Bibliografia

• Introduction to remote sensing. 3.ª. The Guilford Press, 2002. 
• Remote sensing of the environment: an Earth resource perspective. segunda. Prentice Hall, 2007. 
• Digital Image Processing: a Remote Sensing Perspective. 3ª. Prentice Hall, 2005. 
• Lentile, Leigh B.; Holden, Zachary A.; Smith, Alistair M. S.; Falkowski, Michael J.; Hudak, Andrew T.; Morgan, Penelope; Lewis, Sarah A.; Gessler, Paul E.; Benson, Nate C.. Remote sensing techniques to assess active fire characteristics and post-fire effects. International Journal of Wildland Fire, 2006, p. 319-345. 
• Remote sensing and image interpretation. 5.ª. Wiley, 2003. 
• Remote sensing digital image analysis: an introduction. 4.ª. Springer, 2006. 
• Advances on DInSAR with ERS and ENVISAT Data using the Coherent Pixels Technique (CPT).. IGARSS 2006, 2006. 
• Satellite Remote Sensing - A new tool for Archaeology. Remote Sensing and Digital Image Processing Series, Volume 16, 364 pp., ISBN 978-90-481-8801-7, 2012. 

Enllaços externs

• La Tierra a vista de satélite. Introducción a la Teledetección Arxivat 2009-07-08 a Wayback Machine.