3. EL USO DEL RADAR EN LOS RECURSOS NATURALES
3.10. La misión denominada Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) es un proyecto
equipado de un revolucionario sistema de radar, para efectuar relevamientos topográficos tridimensionales de la superficie terrestre. Se pretende configurar la más completa base de datos de imágenes topográficas de alta resolución en tres dimensiones, inexistente hasta el momento. Las tareas científicas están divididas en distintas etapas, muchas de las cuales ya fueron superadas, encontrándose a principios de Febrero al comienzo de la última de ellas que es la recopilación de los primeros datos.
La fase de comienzo consistió en la denominada STS-99 Mission Overview que consistió en las operaciones que aseguraban el correcto funcionamiento del instrumental que funcionaría durante los 11 días que orbitarían la Tierra, incluyendo:
➢ Operaciones de comando del sistema de radar.
➢ Recepción de datos telemétricos referentes a las operaciones del sistema de radar a modo de reaseguro del correcto funcionamiento.
➢ Ensayo de comunicación con la tripulación del Transbordador Espacial a fines deasegurar la correcta coordinación de maniobras entre ésta y el equipo de Tierra.
La fase consecutiva y posiblemente la más crítica es la denominada On-Orbit Check- Out (OOCO) la que tuvo lugar en las primeras 12 horas de la misión, consistente en el chequeo general de todos lo sistemas y maniobras previas a la captura de datos, efectuadas ya en el viaje orbital de la nave.
3.11.
Estas fases fueron complementadas en tiempo real por una organización de maniobras simuladas programadas, que minimizaban de antemano los problemas de orden general que el equipo de astronautas y operadores podría encontrar en la realidad.
Finalmente prosigue la última etapa consistente en la captura de información y recopilación de la misma que realizó el Transbordador orbitando nuestro planeta durante esos 11 días en el mes de Febrero.
3.12. Particularidades de la misión
El objetivo principal de este trabajo es atender las necesidades de diversos sectores de la comunidad tales como organismos militares, científicos y civiles.
Pero otros usos de los datos obtenidos incluyen el mejoramiento del modelado matemático sobre el escurrimiento de cursos de agua, sistemas simuladores de vuelo más realistas, mejor monitoreo del terreno para la ubicación de torres de transmisión, como por ejemplo de telefonía celular, seguridad en la navegación, y además mapas más completos a disposición de los viajeros.
Por otra parte cualquier proyecto que requiera un preciso conocimiento del perfil y altura de los terrenos se verá beneficiado con esta información. Algunos ejemplos los constituyen el control de inundaciones, control de terrenos aprovechables, reforestación, el monitoreo de volcanes, investigación de terremotos, y el monitoreo de los desplazamientos de glaciares.
Para muchas regiones del mundo, los mapas topográficos de la Tierra son muy limitados, imprecisos o inexistentes. Por ejemplo numerosas cadenas montañosas, desiertos inhóspitos y densas selvas tropicales, poseen una cobertura topográfica que resulta totalmente inadecuada, principalmente debido a la dificultad para acceder a estos terrenos.
Aún donde los mapas topográficos existen, puede que hallan sido creados en estas condiciones haciéndolos prácticamente inservibles.
También ocurre que países vecinos podrían haber generado datos topográficos utilizando métodos completamente diferentes, ocasionando esta falta de estandarización. Limitando la efectividad de las cartas obtenidas a la utilización regional y por ende impidiendo su aplicación global.
SRTM porta instrumentos con la capacidad suficiente para lograr homogeneidad y precisión en la captura de datos jamás vistas hasta el momento.
Para estas aplicaciones, el radar es una herramienta más adecuada que las cámaras ópticas convencionales, debido a que puede operar de día o de noche y penetrar mantos nubosos. Transportando el radar sobre el Trasbordador, el acceso físico a un sitio ha dejado de ser un problema.
Características técnicas
SRTM utiliza una técnica denominada interferometría de radar, en la cual se toman dos imágenes (en estas longitudes de onda) desde posiciones ligeramente desplazadas. Las diferencias entre estas imágenes son una función de las diferencias de elevación en los terrenos, con lo cual se puede efectuar el cálculo de la misma. Para obtener dos imágenes de radar en estas condiciones el hardware consiste en una antena ubicada en la playa de carga del Transbordador y una segunda antena adosada al extremo de un mástil que se extiende 60 metros desde la nave.
terrestre ubicada entre los 60º de latitud norte y 56º de latitud sur, que constituye aproximadamente el 80 % de la masa de terreno del planeta.
Los radares utilizados en esta misión fueron verificados con anterioridad en misiones realizadas en 1994. El radar SIR-C (Shuttle Imaging Radar-C) y el X-SAR (X-band Synthetic Aperture Radar) volaron a bordo del Transbordador Espacial en Abril y Octubre de 1994 recopilando datos sobre el medio ambiente terrestre.
SIR-C fue desarrollado por la NASA mientras que X-SAR lo fue a través de la colaboración conjunta de las agencias Espaciales Alemana e Italiana. En conclusión,
SRTM no es más que un conjunto de instrumentos reutilizados más un adicional de instrumental necesario para poder lograr los objetivos pretendidos actualmente. La innovación más relevante de la misión lo constituye sin duda la adición de una antena secundaria en el extremo de un mástil de 60m de longitud, el que permite al sistema operar como un interferómetro de un solo paso logrando una precisión y una
eficiencia muy elevadas en la recopilación de datos.
Los fondos para SRTM provienen de la Agencia Nacional de Captura de Imágenes y Mapeos (NIMA) perteneciente al Departamento de Defensa de los EEUU, mientras que la NASA proporciona el instrumento SIR-C, el lanzamiento del Transbordador, los
sistemas de Tierra, las operaciones de la misión y el soporte para procesamiento de datos.
El centro Alemán AeroEspacial (DLR) y la Agencia Espacial Italiana (ASI) proveen el X-SAR, y sus sistemas de apoyo.
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LAS FOTOGRAFÍAS AÉREAS E IMÁGENES SLAR Y MSS
Características Fotografía aérea SLAR-GEMS MSS-ERTS
Escala 1:50.000 1:400.000 1:3.369.000
Forma de la imagen cuadrada rectangular rectangular
Tamaño 230 mm x 230 mm 45 mm x 500 mm 55 mm x 55 mm Ancho de la imagen en el terreno 11.5 Km 18 Km 185 Km Área aproximada 132 Km2 3600 Km2 34.225 Km2 Resolución 80 m 16 m 79 m Longitud de onda 0.4 a 0.9 3.12 cm 0.5 a 1.1
Número de bandas 1, 4, 9, etc. 1 4 ó 5
Visión tridimensional Sí (60 % recubrim.) Sí (60 % recubrim.) No
Aplicabilidad en levantamientos Exploración Reconocimiento Semi-detallado Detallado Exploración Reconocimiento Exploración Reconocimiento
Costo medio en U$S/ Km2
para Colombia
4.50 2.60 0.00006
Sistema Pasivo (día) Activo (día y noche) Pasivo (día)
Rango de escalas 1:2.000 a 1:60.000 1:250.000 y
1:400.000
1:3.369.000
Registro de imágenes Emulsión
fotosensible
Digital Digital
Procesamiento de la
imagen
Revelado Digital (correlator)
Gráfico Digital (est. de rastreo) Gráfico Formación de la imagen (tiempo)
Banda espectral Visible- Infrarrojo 0.38 - 0.9 Micro-ondas 3,12 cm y 0.86 cm Visible- Infrarrojo 0.5 a 1.1 y 10.4 a 12.6 Procedimiento para mejorar la capacidad de imagen Filtros y proceso de revelado Correcciones en el correlator Correcciones radiométricas p/ eliminar ruidos
Tono de la imagen Continuo Discreto Discreto
Sistema de proyección Central (punto) Oblicua u horizontal;
eje Central (eje) Elementos de orientación interna externa Exactamente conocidos Exactamente conocidos Exactamente conocidos Poca precisión Bien conocidos Poca precisión
Información cartográfica Mapas topográficos
(altimetría y planimetría) Ortofotos, Mosaicos Información altimétrica relativa Mosaicos Mosaicos
Control terrestre Topográfico
Geodésico Geodésico (Geociver) Geodésico (Geociver) Medición de coordenadas en la imagen empleando comparadores (x,y) ± 1 mc ± 1 mc ± 1 mc Medición de coordenadas de modelo (x,y, z) 10-20 mc no hay restituidor comercial -
Medición radiométrica Micro-densitómetro Información original
digital
Información original digital
Datos para automatización de la interpretación
Coordenadas (x,y) Tono y color (I)
Información original digital
Información original digital
Mayor inconveniente para tomar imágenes
Condiciones
atmosféricas: nubes,
lluvia, niebla
atmosférica
Lluvia o nubes muy densas
Nubes, lluvias y
LIDAR
El LIDAR (Light Detection And Ranging) que significa detección y medición a través de la luz (es un sistema láser), permite registrar las diferentes altitudes que hay en un terreno, de tal manera que éstas puedan reproducirse en un mapa.
Diagrama de funcionamiento
Básicamente consiste en un láser pulsado sintonizable a dos longitudes de onda [resonante y no resonante], con su telescopio y óptica de detección, que configuran el sistema emisor y captador de señales. Desde un punto de vista operativo, su funcionamiento es similar al RADAR. Es decir, un pulso de radiación es enviado a la dirección deseada, son detectados y analizados para obtener información acerca de lo que hay.
Figura.. Modificado de esrl.noaa.gov
Es un sistema que permite obtener una nube de puntos del terreno tomándolos mediante un escáner láser aerotransportado (ALS). Para realizar este escaneado se combinan dos movimientos: uno longitudinal dado por la trayectoria del avión y otro transversal mediante un espejo móvil que desvía el haz de luz láser emitido por el escáner.
Los componentes del LIDAR son:
• ALS Escáner Láser Aerotransportado. Este instrumento produce la emisión de radiación infrarroja en pulsos que servirán para determinar la distancia entre el sensor y el terreno.
• GPS Diferencial. Calcula la posición y altura del avión utilizando un receptor en el avión y colocando estaciones de control terrestre con coordenadas conocidas.
• INS Sistema Inercial de Navegación. También conocido como IMU (Inertial Measurement Unit) Entrega datos de giros y trayectoria del avión en su navegación.
• Cámara de video digital (opcional), que permite obtener una imagen de la zona de estudio, que servirá para la mejor interpretación de los resultados. Esta puede montarse en algunos sistemas junto al ALS.
• El vehículo es un avión o un helicóptero. En los relevamientos de superficies importantes se usa el avión, y si se necesita buena densidad de puntos se usa el helicóptero, debido a que este puede volar más lento y bajo.
Las medidas obtenidas por los tres componentes principales, ALS, GPS e IMU, se toman con una misma etiqueta de tiempos acorde con el GPS. De esta forma después se pueden relacionar fácilmente en el cálculo posterior.
El sistema Lidar obtiene también la siguiente información.
• Por cada pulso emitido puede captar 2 o más ecos. Esto nos permite recoger información a diferentes alturas. Por ejemplo, si estamos sobrevolando una zona arbolada, el primer eco puede responder a la copa de los árboles y el último a la superficie terrestre.
• La intensidad reflejada. Puede ser muy útil para la clasificación posterior.
Tomado de Aeroterra S:A.
Modificado de ESRI: Manual Análisis Lidar en
ArcGis 9.3.1. para aplicaciones forestales
El LIDAR es la única técnica de teledetección capaz de detectar simultáneamente el terreno y la vegetación. Es sencillo obtener un modelo de altura de la vegetación, calcular la altura predominante de una zona o detectar los árboles más altos.
En el ejemplo de arriba, el primer retorno es un rango de valor de la copa de los
Primer retorno
árboles; el último retorno mide el valor del suelo. El sistema LIDAR puede captar múltiples retornos para cada punto del terreno, y cada uno de ellos registra también la intensidad reflejada.
Tipos de lidar según el escaneado:
Lineal: Está construido con un espejo rotatorio en un solo sentido que va desviando el haz láser. El resultado es una serie de líneas paralelas en el terreno como patrón de escaneado. Adolece de problemas como ser que el giro del espejo en una sola dirección no siempre efectiviza mediciones.
LIDAR de escaneado lineal
http://lidar.com.es/2010/09/15/airborne-altimetric-lidar-principle-data-collection- processing-and-applications/
Zig Zag: Aquí el espejo es rotatorio gira en dos sentidos (ida y vuelta), realizando líneas en zigzag como patrón de escaneado. Tiene la ventaja de que siempre esta midiendo pero al tener que cambiar de sentido de giro la aceleración del espejo varia según su posición. Esto hace que en las zonas cercanas al limite de escaneado lateral (donde varia el sentido de rotación del espejo), la densidad de puntos escaneados sea mayor que en el nadir.
Escaneado en zigzag. Fuente: http://forsys.cfr.washington.edu/JFSP06/lidar_technology.htm
Elíptico (Palmer): Aquí la trayectoria del haz láser es desviada por dos espejos que producen un patrón de escaneado elíptico. La ventaja consiste en que el terreno es a veces escaneado desde diferentes perspectivas aunque el tener dos espejos incrementa la dificultad al tener dos medidores angulares.
Aspecto de una imagen lidar de posproceso
www.jrcanmap.com/images/lidar-sample
Captura de pantalla de datos lidar de arbustos bajos antes y después del tratamiento. wgsair.com
BIBLIOGRAFIA
www.wikipedia.org/.../European_Remote_Sensing_Satellite
www.wikipedia.org/wiki/LIDAR