Teledetección

Teledetección

La teledetección, o detecció remota, és l'adquisició d'informació a chicoteta o gran escala d'un objecte o fenomen, ya siga usant instruments de gravació o instruments d'escanege en temps real inalàmbrics o que no estan en contacte directe en l'objecte (com per eixemple avions, satèlits, astronave, boyas o barcos). En la pràctica, la teledetección consistix en arreplegar informació a través de diferents dispositius d'un objecte concret o un àrea. Per eixemple, l'observació terrestre o els satèlits meteorològics, les boyas oceàniques i atmosfèriques, les imàgens per resonància magnètica (MRI en anglés), la tomografía per emissió de positrones (PET en anglés), els rajos-X i les sondes espacials són tots eixemples de teledetección. Actualment, el terme es referix de manera puntual a l'us de tecnologies de sensors per a adquisició d'imàgens, incloent: instruments a bordo de satèlits o aerotransportados, usos en electrofisiología, i diferix en atres camps relacionats en imàgens com per eixemple en image mèdica.

Hi ha dos classes de teledetección principalment: teledetección passiva i teledetección activa:

• Els teledetectores passius detecten radiació natural emesa o reflectida per l'objecte o àrea circumdant que està sent observada. La llum solar reflectida és un dels tipos de radiació més comunes medits per esta classe de teledetección. Alguns eixemples poden ser la fotografia, els infrarrojos, els sensors CCD (charge-coupled devices, “dispositiu de càrregues elèctriques interconectadas”) i els radiómetros.

• Els teledetectores actius per una atra part emeten energia per a poder escanejar objectes i àrees en lo que el teledetector medix la radiació reflectida de l'objectiu. Un radar és un eixemple de teledetector actiu, el qual medix el temps que tarda una emissió en anar i tornar d'un punt, establint aixina la localisació, altura, velocitat i direcció d'un objecte determinat.

La teledetección fa possible arreplegar informació d'àrees perilloses o inaccessibles. Algunes aplicacions poden ser monitorizar una deforestación en àrees com la conca de l'Amazones, l'efecte del canvi climàtic en els glaciars i en l'Àrtic i en l'Antàrtic, i el sondeig en profunditat de les falles oceàniques i les costes. El colectiu militar, durant la Guerra Freda, va fer us d'esta tècnica per a arreplegar informació sobre fronteres potencialment perilloses. La teledetección remota també reemplaça la llenta i costosa recollida d'informació sobre el terreny, assegurant ademés que en el procés les zones o objectes analisats no es vegen alterats.

Les plataformes orbitales poden transmetre informació de diverses franges del espectre electromagnètic que en colaboració en sensors aéreus o terrestres i un anàlisis en conjunt, proveïx als investigadors en suficient informació per a monitorizar l'evolució de fenomens naturals tals com El Chiquet. Atres usos engloben àrees com les ciències de la Terra, en concret la gestió de recursos naturals, camps d'agricultura en térmens d'us i conservació, i seguritat nacional.

Tècniques d'Adquisició d'Informació

L'adquisició multi-espectral es basa en la recollida i l'anàlisis d'àrees o objectes que emeten o reflectixen radiació a un nivell superior al dels objectes circumdants.

Aplicacions de l'informació arreplegada per teledetección

• El radar convencional s'ha associat principalment al control del tràfic aéreu, i a la recollida de certa informació meteorològica a gran escala. El radar doppler s'usa com a respal per a fer complir en els llímits de velocitat locals i també com a reforç a la recollida d'informació meteorològica com la velocitat del vent i la direcció del mateix. Atres tipos de recollida d'informació activa inclou el plasma de l'ionosfera. Els radars interferométricos d'obertura sintètica (Interferometric synthetic aperture radar ) s'usen per a produir models digitals precisos de grans àrees de terreny.

• Els altímetros per làser i radar en els satèlits proveïxen una gran cantitat d'informació. Medint les protuberàncies de l'aigua causades per la gravetat, mapean les característiques en el fondo de la mar en una resolució d'una milla més o menys. Medint l'altura i la llongitut de les ones en l'oceà, els altímetros medixen la velocitat del vent i la direcció, i les de la superfície de l'oceà.
• LIDAR (un acrònim de l'anglés Light Detection and Ranging) es coneix en l'àmbit de proves de ranc d'armament, com en els proyectils guiats per làser. LIDAR s'usa per a detectar i medir la concentració de varis agents químics en l'atmòsfera, mentres que la branca de paracaigudisme LIDAR s'usa per a medir altures d'objectes i característiques en la terra d'una manera molt més precisa que en qualsevol tecnologia de radars, en importants aplicacions en el camp de la hidrogeología, geomorfología i arqueologia. La teledetección remota de la vegetació és una de les aplicacions més rellevants de LIDAR.
• Els radiómetros i fotómetros són els instruments usats de manera més comuna, arreplegant radiació emesa i reflectida en un ampli espectre de freqüències. (Ranc visible, infrarrojos, microones, rajos gamma i a voltes ultravioleta). També poden usar-se per a detectar l'espectre d'emissió de varis agents químics, proveint aixina d'informació sobre la concentració de determinats químics en l'atmòsfera.
• La fotografia estereoscópica s'ha usat a sovint per a fer mapes topogràfics per analistes de terreny en “traficabilidad” i en departaments de carreteres per a rutes potencials.
• Plataformes multi-espectrals simultànees com Landsat han estat en us des dels anys 70. Estos mapeadores temàtics prenen imàgens en múltiples llongituts d'ona de l'espectre electromagnètic i es troba normalment en satèlits d'observació terrestre, incloent (per eixemple) el programa LandSat o el satèlit IKONOS. Estos mapes es poden usar en la prospecció de minerals, detectar o monitorizar l'us de terres, deforestación, l'estat de salut de plantes indígenes i cultius, incloent zones sanceres de cultiu o boscs.
• En el punt de mira contra la desertificación, la teledetección remota permet seguir i monitorizar àrees de risc a llarc determini, per a determinar factors de desertificación, per a recolzar a prendre decisions sobre prendre mides per a gestionar l'entorn i evaluar l'impacte que poden tindre eixes decisions.

Geodèsia

• La geodèsia va ser primer usada en la detecció aérea submarina i en la recollida d'informació gravitacional usada en els mapes militars. Esta informació revelava menuts destorbament en el camp gravitatorio 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 semi-acústica.

• Passiva: El Sónar s'usa per a detectar, medir distàncies i mides d'objectes baix l'aigua i la terra.
  • Els sismogrames agarrats de diferents llocs poden localisar i medir terremots en acabant de que estos ocórreguen comparant l'intensitat relativa i el temps en que varen ocórrer.
• Activa: Els polsos els usen els geólogos per a detectar jaciments de petròleu.

Per a coordinar una série d'observacions a gran escala, la major part dels sistemes de detecció depenen de: la localisació de la plataforma, l'hora, la rotació i l'orientació del sensor. Els instruments més actuals usen normalment informació sobre la seua posició obtinguda dels sistemes de navegació per satèlit. La rotació i orientació normalment la determinen en un error d'un o dos graus per mig de compassos electrònics. Estos compassos medixen no només l'azimut, sino també l'altitut, ya que les llínees del camp magnètic terrestre en la Terra tenen una curvatura diferent segons la posició en que et trobes. Si es desigen unes orientacions més exactes, es requerix d'un Sistema de Navegació Inercial el qual periòdicament es realinea usant diferents tècniques, incloent la pren d'estreles com a referència o punts de referència importants.

La resolució té un impacte prou 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 pel contrari un detall major pero una cobertura pijor. La capacitat per a poder determinar la resolució adequada en cada moment té com a conseqüència millors resultats i ademés evita el colapse de les unitats d'almagasenament i transmissió (una resolució major implica un major tamany).

Processat d'informació

La teledetección, si parlem de manera general, treballa seguint el principi del problema invers. Mentres que l'objecte o fenomen en qüestió (l'estat) no es van a medir de manera directa, existixen atres variables que es detecten i medixen (l'observació), que estan intrínsecament relacionades en l'objecte d'interés, a través d'un model creat per ordenador. Una analogia per a entendre açò és tractar de determinar el tipo d'animal per les seues chafades. Aixina per eixemple, ya que és impossible medir directament la temperatura en les capes altes de l'atmòsfera, sí és possible medir les emissions d'un cert espectre d'espècies químiques conegudes (CO2) en eixa regió. La freqüència de dita emissió es pot relacionar en la temperatura d'eixa zona a través de vàries relacions termodinàmicas.

La calitat de l'informació arreplegada a distància depén de les seues resolucions espacial, espectral, radiométrica i temporal.

Resolució espacial

És el tamany d'un píxel que es guarda en una image rasterizada – els píxels es corresponen en àrees quadrades el tamany de les quals varia d'1 a 1000 metros.

Resolució espectral

És l'amplitut de la llongitut d'ona de les diferents freqüències gravades – normalment, es relaciona en el número de freqüències que grava la plataforma. L'última flota Landsat, "Landsat 8", comprén 11 bandes diferents incloent vàries de l'espectre infrarrojo; en total adquirix des dels 0,43 μm als 12,51 μm. El sensor Hyperion en la “Earth Observing-1” gestiona 220 bandes que van des dels 0,4 μm als 2,5 μm, en una resolució espectral de 0,10 a 0,11 μm per banda arreplegada.

Resolució radiométrica

És la capacitat del sensor per a distinguir diferents intensitat de radiació. Normalment comprén de 8 a 14 bits, corresponent als 256 nivells d'una escala de grises, i pot aplegar a 16 384 intensitat de color en cada banda. També depén del soroll de l'aparat.

Resolució temporal

És la freqüència en la que l'avió o satèlit sobrevolen una zona, i solament té importància en estudis per a investigar l'efecte del pas el temps, com en la monitorisació de les deforestación. El pas d'un núvol sobre l'àrea o objecte faria necessari repetir el procés sobre eixa zona.

Per a poder crear mapes basats en l'informació arreplegada per un sensor, la majoria dels sistemes de teledetección remota lo que fan és extrapolar l'informació extreta pel sensor en relació en un punt de referència, incloent distàncies entre els punts coneguts en el terreny. Tot açò depén del tipo de sensor usat. Per eixemple, en fotografies corrents, les distàncies són més precises en el centre de l'image, les quals es distorsionen en alluntar-te del centre de la mateixa. Un atre factor important és el rodell contra el que es posen les fotos, fet que pot causar greus errors en les fotografies quan estes s'usen per a realisar mides de distàncies. Açò es resol per mig de la georreferenciación, que engloba ajuda per ordenador per a relacionar els punts en l'image (30 o més per image) que es extrapolan usant un punt de referència establit prèviament, “transformant” l'image per a produir una informació espacial més precisa. A principis dels 90, la majoria d'imàgens per satèlit venudes estaven totalment georreferenciadas. A banda d'esta correcció, les imàgens poden necessitar de correcció radiométrica i atmosfèrica.

Correcció radiométrica

Dona una escala de valors per píxel. Per eixemple, l'escala monocromàtica de 0 a 255 es convertirà a valors de radiació actuals.

Correcció atmosfèrica

Elimina la “boira terrera” atmosfèrica reescalando cada banda de freqüència al seu valor mínim (cada píxel a 0). La digitalisació de l'informació també fa possible manipular les senyes canviant valors en l'escala de grises.

L'interpretació és la part crítica del procés de fer l'informació comprensible. La primera aplicació d'això va ser en fotografies aérees, que usaven el següent procés: mides espacials en l'us d'una taula allumenada tant en cobertura convencional simple com estereográfica. Fer us de les dimensions conegudes dels objectes per a detectar modificacions. L'anàlisis d'image és una aplicació automatizado per ordenador que s'està usant cada dia més.

L'anàlisis d'objectes basats en imàgens (OBIA en anglés) és una subdisciplina de GIScience dedicada a particionar les imàgens de la teledetección remota en imàgens en significat sobre els objectes, i evaluant les seues característiques en una escala especial, temporal i espectral.

L'informació antiga obtinguda de teledetección remota sol ser valiosa perque proveïx d'informació a llarc determini d'una gran porció geogràfica. Al mateix temps, l'informació a sovint és complexa d'interpretar i difícil d'almagasenar. Els sistemes actuals tendixen a almagasenar tot digitalment, normalment sense pèrdua de compressió. Lo difícil de tot açò és que l'informació és fràgil i el seu format pot ser arcaic i difícil d'interpretar, ademés de ser fàcil de falsificar. Un dels millors sistemes per a almagasenar informació és en microfilms. Els microfilms normalment sobreviuen en llibreries comunes, en un periodo de vida de varis sigles. Poden crear-se, copiar-se, archivar-se i arreplegar-se per sistemes automatizado. Són tan compactes com l'informació almagasenada en dispositius magnètics i encara poden ser llegits pel ser humà en un mínim d'equip adequat per a això.

Nivells de processament de l'informació

Per a facilitar el dilema del processament de l'informació, es varen definir varis nivells de processament en 1986 per la NASA com a part de la seua Sistema d'Observació de la Terra es varen adoptar tant en la NASA (per eixemple,) com en el restant de llocs (per eixemple,). Estes definicions són:

Nivell	Descripció
0	L'informació científica recollida està a màxima resolució, ordenada temporalment i en errors de transmissió, artefactes i duplicats eliminats.
Informació a màxima resolució reconstruïda, ordenada cronològicament i en anotacions auxiliars com a coeficients de calibración radiométrica i geomètrica, i paràmetros de georreferencia computats i anotats pero sense aplicar-se al nivell 0 d'informació (o, si s'apliquen, s'apliquen de tal forma que eixe nivell 0 es puga recuperar totalment del nivell 1a).
1b	L'informació del nivell 1a ha segut processada a unitats de detecció; no tots els instruments tenen informació del nivell 1b; l'informació del nivell 0 és ya irrecuperable.
2	Variables geofísicas derivades (altura de les ones de la mar, concentracions de gèl) a la mateixa resolució i localisació que l'informació del nivell 1.
3	Les variables són mapeadas uniformemente en "grids" espai-temporals.
4	Resultat dels anàlisis de nivells inferiors (variables que no han segut medides pero si han segut derivades d'eixes mides).

Guardar l'informació del Nivell 1 és fonamental (és el nivell més reversible entre atres coses) ya que té un significat científic i una utilitat important, i és la base de la generació del restant 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 del restant de nivells inferiors. El nivell 2 tendix a ser menys pesat que el nivell 1 ya que els seus paràmetros han segut reduïts, o be temporalment, espacialmente o espectralment. El nivell 3 ya és prou més chicotet que el restant i pot ser manipulat sin temor a incórrer en un maneig inadequat de les senyes. Esta informació sol ser més general i útil per a la majoria de les aplicacions. L'organisació temporal i espacial del nivell 3 fa factible poder combinar informació d'atres fonts.