análisis geográficos 40

Observación de la Tierra, una prioridad para Colombia

El conocimiento del entorno ha sido y será una necesidad básica del hombre para la realización de sus actividades. A medida que aumen-ta el desarrollo tecnológico la dinámica socioeconómica se torna más compleja, lo que hace necesario contar con herramientas cada vez más eficaces para lograr una observación del territorio integrada, que po-sibilite conocerlo, tomar decisiones relacionadas con su uso, proveer y prepararse ante situaciones adversas, además de planificarlo para ga-rantizar su sostenibilidad a futuro.

Los avances científico y tecnológico ha puesto a disposición numerosos instrumentos de medición que registran datos sobre la superficie terres-tre, el océano y la atmósfera; a través de estaciones hidroclimatológicas, boyas, buques, sondas y una serie de herramientas diseñadas para con-seguir datos in-situ de variables climáticas, hidrológicas, oceanográfi-cas, biológicas, productivas, físico-químicas, urbanas, etc.

Sin embargo, la obtención de datos in situ no es suficiente, razón por la que se han desarrollado tecnologías de sensores remotos capaces de re-gistrar información desde plataformas satelitales o aéreas, que al tiempo facilitan una visión periódica e integrada del territorio. Desde el espacio, los satélites de observación de la Tierra registran constantemente datos del océano, la atmósfera, la criósfera, la superficie terrestre, así como del campo magnético y gravitatorio. De esta forma, la posibilidad de obtener información útil se incrementa de manera acelerada, circuns-tancia que implica el perfeccionamiento paralelo de las aplicaciones que potencien el desempeño de este tipo de satélites.

Dada la complejidad de la información territorial que se requiere hoy en día, el desarrollo tecnológico en sí mismo es insuficiente para cumplir a cabalidad las tareas de observación de la Tierra. Si bien los datos son un insumo poderoso, la posibilidad de compartir información es una herra-mienta aún más poderosa así que a medida en que este procedimiento se incremente y efectivice, mayores serán los beneficios . Así, la obser-vación de la Tierra debe incluir el diseño de estrategias encaminadas a aunar esfuerzos en la producción de la información, al tiempo que de-ben determinarse los mecanismos para compartir y poner a disposición de los interesados todos los datos que de éstos se derivan.

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Proyecto satelital colombiano de observación de la Tierra / Comisión Colombiana del Espacio - CCE

Análisis Geográficos N.º 40

Otro aspecto relevante en cuanto a observación de la Tierra está relacio-nado con la investigación y el desarrollo de capacidades, tanto a nivel de las tecnologías como a nivel de procesamiento y aplicación de los datos, con miras a optimizar el uso de las imágenes y datos recopilados en el entendimiento, monitoreo y planificación del territorio, y también para satisfacer urgente necesidad de predecir, mitigar y subsanar los efectos del cambio climático global.

Teniendo en cuenta la importancia que reviste la investigación y apro-piación de las tecnologías espaciales para el desarrollo del país, se esta-bleció el Decreto Presidencial 2442 de 2006, mediante el que se creó la Comisión Colombiana del Espacio –CCE, como el órgano responsable de formular la política concerniente a ciencia y tecnología espacial en Co-lombia, así como de coordinar, planear y adelantar proyectos afines con este campo. Uno de los proyectos estructurantes de la CCE es el Acuer-do Especial de Cooperación, suscrito EN EL 2009 por COLCIENCIAS, el Instituto Geográfico Agustín Codazzi –IGAC y el Centro Internacional de Física –CIF. El objetivo del acuerdo es articular y asociar los esfuerzos técnicos, económicos y administrativos, necesario tanto para promover como para desarrollar el Programa de Investigación en Desarrollo Sateli-tal y Aplicaciones en el Tema de Observación de la Tierra.

Teniendo en cuenta los requerimientos acerca de observación de la Tierra, el Programa estableció una estructura organizacional confor-mada por tres grupos de trabajo que interactúan de forma multidisci-plinaria en la creación, fortalecimiento, administración y transferencia del conocimiento, para que Colombia optimice las capacidades técni-cas y científicas referentes a innovación tecnológica y aplicaciones en el tema de observación de la Tierra. Esta estructura incluye la investi-gación sobre ingeniería satelital, las aplicaciones de los datos suminis-trados por satelitales y el desarrollo de capacidades a través la gestión del conocimiento.

Como resultado de esta iniciativa se han implementado actividades que incluyen la administración del programa, el establecimiento de las es-trategias de cooperación y capacitación, así como el direccionamiento eficaz de la actividad investigativa. Igualmente, se han adelantado in-vestigaciones sobre ingeniería satelital como estrategia para acceder a las innovaciones tecnológicas actuales e incursionar en el desarrollo tecnológico propio. En el campo de las aplicaciones los datos de sen-sores remotos, se han priorizado las áreas temáticas en las que el país puede fortalecerse gracias al uso de datos de observación de la Tierra, desarrollando de forma paralela metodologías y procesamientos para su aplicación en temas específicos.

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La CCE y el Programa de Investigación en Desarrollo Satelital y Aplicacio-nes en el Tema de Observación de la Tierra, publican esta edición con el propósito de difundir los avances y resultados alcanzados, posibilitando que el país conozca el potencial de estas tecnologías, reconozca su importancia estratégica a nivel nacional y ayude de esta forma a conso-lidar un desarrollo integrado del uso de tecnologías espaciales para el conocimiento y planificación del territorio, en beneficio de todos y cada uno de los colombianos.

Siguiendo las tres líneas de trabajo del programa satelital, en primer lugar se reseñan las áreas temáticas definidas para el desarrollo de una misión satelital de observación de la Tierra en el país. Asimismo, como insumo básico en la definición de requerimientos y características de un satélite para Colombia, se presenta el estado del arte en las tecnologías de cada uno de los segmentos básicos de un sistema satelital: sensores, sistema de cómputo, sistema de control, simulación de la órbita, seg-mento de comunicaciones del satélite, sistemas de propulsión y poten-cia, así como el sistema estructural del satélite.

Seguidamente, se aborda el tema de las aplicaciones de datos provistos por sensores remotos, al presentar sus áreas temáticas de aplicación, identificadas como prioritarias para el país teniendo en cuenta el po-tencial de uso de la más reciente tecnología para la observación de la Tierra.

La publicación concluye con un aparte dedicado a mostrar aplicaciones puntuales concernientes al uso y métodos de procesamiento de imáge-nes provistas por sensores remotos.

Para finalizar, es importante agradecer al grupo de autores y demás colaboradores, cuya valiosa contribución estuvo motivada por el com-promiso ético e institucional de ofrecer productos de la más alta cali-dad, con los que se eduque a la ciudadanía y, en suma, se aporte a la construcción de un mejor país.

Iván Darío Gómez Guzmán Director General del Instituto Geográfico

Agustín Codazzi -IGAC y Secretario Ejecutivo de la CCE

Definición de las áreas temáticas para el planeamiento de una misión satelital de observación de la Tierra en Colombia

Resumen En este artículo se definen las áreas temáticas necesarias para hacer un planeamiento efectivo de la primera misión satelital colombiana de observación de la Tierra. Para ello, el grupo de Ingeniería Satelital del Centro Internacional de Física –CIF, estudió la información contenida en literatura especializada en misiones satelitales y se entrevistó con representantes técnicos de diferentes agencias espaciales. La definición de cada una de estas áreas ha sido el punto de partida para apoyar en términos técnicos y tecnológicos la posible adquisición de una platafor-ma satelital por parte del gobierno de la República de Colombia.

Palabras claves: tecnología satelital, percepción remota, comunicaciones, órbita, segmento terrestre, procesamiento de datos.

AbstractThis paper define the thematic areas necessary to do an effective plan-ning of the first Colombian space mission for Earth observation. Satellite Engineering Group of the International Centre of Physics-CIF has studied the information contained in the specialized literature about space mis-sions analysis and the Group has had interviews with representatives and consultechs of different spatial agencies. The definition of each one of these areas has been the first step in order to support the technical decision and technological details to acquire a satellite for Earth obser-vation by the government of Colombia.

Key words: space mission, space payload, orbit, ground system, spacecraft subsystem, ground system, data processing.

16 Análisis Geográficos N.º 40

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Introducción

La adquisición de tecnología satelital requiere de la conformación de un grupo científico y tecno-lógico con capacidad de investigación suficiente en cada uno de los subsistemas satelitales, a fin de tomar decisiones acertadas que satisfagan las necesidades del país en temas satelitales de observación de la Tierra. Así entonces, el Centro Internacional de Física –CIF, en cabeza del grupo de Ingeniería Satelital y en el marco del conve-nio 160 IGAC-CIF-COLCIENCIAS, realizó en el transcurso del año 2008 una investigación acer-ca del estado del arte en tecnologías satelitales de observación de la Tierra con el fin de dar un primer paso hacia la especificación de los pará-metros tecnológicos mínimos con los que debe contar la misión colombiana de observación de la Tierra.

Tras haber revisado la literatura satelital espe-cializada, el grupo de ingeniería satelital definió que es fundamental el estudio en las siguientes áreas temáticas para poder especificar las carac-terísticas de un satélite colombiano de observa-ción de la Tierra.

Características generales de un sistema de observación de la Tierra

Un sistema satelital de observación de la Tie-rra está integrado por tres componentes bási-camente: una plataforma puesta en una órbita baja que lleva a bordo la carga útil que será uti-lizada para mapear y monitorizar la superficie terrestre e incluso podrá registrar, dependiendo de su tecnología, procesos físicos y químicos que estén ocurriendo desde las capas interiores de la superficie y perfiles atmosféricos.

Así mismo, se debe contar con un segmento terrestre para la descarga de información cap-turada por la plataforma, la realización de la te-lemetría del satélite y el seguimiento del buen funcionamiento de la misión.

Como tercer componente se debe disponer de un centro de procesamiento, almacenamiento y administración de la información registrada por los sensores de percepción remota, ubicados en

Figura 1. Áreas temáticas desarrolladas.

GRUPO DE INGENIERÍASATELITAL

DISEÑO Y SIMULACIÓNDE LA ÓRBITA

SISTEMA DECÓMPUTO

SISTEMA DECONTROL

SISTEMAESTRUCTURAL

SISTEMAS DEPERCEPCIÓN REMOTA

SISTEMA DECOMUNICACIONES

SISTEMA DEPOTENCIA

SISTEMA DEPROPULSIÓN

Esquema pictórico realizado por el grupo de ingeniería satelital, 2008.

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la plataforma satelital. Esta infraestructura es de vital importancia para asegurar el máximo apro-vechamiento de los productos de la misión es-pacial y poder así cumplir los objetivos iniciales de la misión.

La potencialidad de las capacidades que pue-dan proporcionar los diferentes componentes de las infraestructuras satelitales, está ligada a la sinergia del capital humano proveniente de di-versas áreas del conocimiento, a saber: ciencias básicas, ingenierías, administración, economía y derecho.

Es por eso que para poder asegurar el desarro-llo y la sostenibilidad del sistema satelital, es necesario invertir en procesos de transferencia de conocimiento y de tecnología, con grandes institutos espaciales que entrenen a los futuros operarios y usuarios de las tecnologías satelita-les de observación de la Tierra.

Áreas temáticas de una misión satelital de observación de la Tierra

Para obtener imágenes satelitales es necesario contar con sistemas de percepción remota, tales como cámaras o tecnologías como el radar que registren la radiación reflejada y emitida por los cuerpos que componen al planeta Tierra como un sistema global (superficie, atmósfera, capas interiores, etc.). Analizar esta información re-

quiere contar con un sistema de cómputo que controle el almacenamiento y los enlaces entre el sistema de comunicaciones del satélite y los segmentos terrestres.

Debido a que el satélite no se encuentra en el vacío absoluto es necesario caracterizar todas las perturbaciones a la órbita del satélite provocadas por su entorno espacial, puesto que si los pará-metros orbitales (altitud, ángulo, etc.) cambian ello implica que la información registrada en el satélite va sufrir distorsiones que pueden dificul-tar el procesamiento de los datos en tierra.

Por esta razón, esta clase de satélites cuentan con sistemas de propulsión y dispositivos me-cánicos internos que operan siguiendo órdenes por parte del sistema de control de la platafor-ma satelital. Por último, todos estos sistemas deben ser alimentados por potencia y genera-ción eléctrica proveniente de paneles solares y baterías de alta capacidad. El grupo de ingenie-ría satelital del Centro Internacional de Física- CIF se concentró en cada uno de los aspectos que integran la infraestructura satelital descritos a continuación.

Sistemas de percepción remota

Estos sistemas tienen la capacidad de obtener información de objetos, áreas o fenómenos a través del análisis de datos adquiridos por ins-trumentos de percepción remota que no están en contacto directo con el objeto, área o fenó-meno bajo investigación. Operativamente, estos instrumentos se instalan en plataformas aéreas o satelitales para mapear, monitorizar e inven-tariar recursos naturales y artificiales. En otras palabras, se adquieren datos que contienen ca-racterísticas de la superficie terrestre captados a través de la emisión y reflexión de la energía electromagnética proveniente del Sol. En etapas finales, los datos se procesan y analizan con el objetivo de proveer información detallada de los recursos presentes en el área física de investiga-ción, y su distribución se convierte en un insu-mo indispensable para uso civil y militar.

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Sistema de comunicaciones

Un satélite de observación de la Tierra produ-ce gran cantidad de información que debe ser transmitida al planeta utilizando ondas de radio en las bandas de microondas. Esta información proviene de los sensores de percepción remota como también de los sistemas internos de te-lemetría y control del satélite. A su vez, el seg-mento terreno necesita transmitir órdenes de telemetría y control del satélite a través de ca-nales de comunicación de diferentes anchos de banda especificados para tal fin.

Diseño y simulación de la órbita

La fuerza dominante en el movimiento de un satélite que orbita la Tierra es la fuerza de atrac-ción gravitatoria. Sin embargo, para calcular di-cha órbita con mayor precisión existe otro tipo de fuerzas que, aunque tienen un efecto mucho menor, con el tiempo pueden llegar a cambiar la órbita. Este tipo de fuerzas recibe el nombre de fuerzas perturbativas.

El modelo físico que se ha planteado para simu-lar la dinámica orbital de un satélite sincrónico con el Sol tiene en cuenta las fuerza de atrac-ción gravitatoria terrestre y las deformaciones del campo gravitacional debidas a la forma de geoide del globo terráqueo (dicha contribución es la más importante en satélites de órbita baja y origina los fenómenos de precesión en satéli-tes sincrónicos con el Sol).

El tipo de órbita en la que los satélites de ob-servación de la Tierra son usualmente colocados es la llamada sincrónica con el Sol. Este tipo de órbita se encuentra entre los 600 km y los 1000 km de altitud con respecto al nivel del mar, pre-senta una inclinación entre los 96º y 100º y es definida teniendo en cuenta que la velocidad angular del plano orbital en torno al ecuador coincide con la velocidad angular de la Tierra al-rededor del Sol, de modo que la posición relati-va entre el sol y el plano orbital permanece fija.

La principal utilidad de las órbitas sincrónicas con el Sol radica en la capacidad de mantener estables en el tiempo los parámetros de revisi-ta y cobertura geográfica, lo cual garantiza que

las imágenes tomadas cuenten con condiciones de iluminación favorables y permite planificar la toma de imágenes y los enlaces de comunica-ciones con el satélite, de manera que se man-tengan uniformes a lo largo de la misión.

Estos parámetro físicos que determinan una ór-bita también deben tener en cuenta otras medi-das de diseño y simulación de la órbita, que son obtenidas utilizando modelos de simulación y que definen variables relacionadas con las co-municaciones, la toma de imágenes, la cober-tura geográfica y el tiempo que tarda el satélite en volver a pasar por un mismo lugar o periodo de revisita.

Sistema de control

El sistema de control de un satélite o sistema AD&CS (Attitude Determination and Control System), es el sistema encargado de mantener la órbita y de controlar la orientación (attitude) del satélite. El sistema de control se encarga de dos tareas que si bien están relacionadas utilizan di-ferentes aproximaciones y se rigen por políticas igualmente diferentes, a saber: determinación y control de la órbita o navegación, además de determinación y control de la orientación o ac-titud (attitude).

El control de navegación se encarga del movi-miento de traslación del satélite, de mantener la posición de éste alrededor de la órbita y de pro-porcionar elementos que permitan determinar en cualquier momento sus parámetros orbita-les, tales como su posición y velocidad. Conocer estos elementos es vital para el planeamiento de misiones así como para comunicarse con el sa-télite: ya sea para realizar acciones de control o para descargar información de los sensores del mismo.

El control de orientación o actitud (attitude) se encarga de determinar y controlar la orientación del satélite en el espacio. Conocer y poder ma-nejar la orientación del satélite en el espacio es importante no sólo para apuntar la carga útil (como en el caso particular de los sensores de observación de la Tierra) hacia donde se desee observar, sino para mantener las comunicacio-nes en la dirección de las estaciones terrenas, los paneles solares en dirección del Sol, el equi-

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po sensible a la radiación solar lejos del Sol, en-tre otros.

Sistema de cómputo

El buen desempeño de los sistemas de computo es fundamental para el éxito de misiones sate-litales, razón por la que son sometidos a rigu-rosas pruebas a fin de que se ajusten a los más altos estándares de confiabilidad y resistencia a fallos. Por otra parte, la resistencia a interferen-cias electromagnéticas conduce a que el tamaño de los circuitos limiten los niveles de integración en tecnología semiconductor.

Sistema de potencia

El subsistema de potencia para un satélite de observación de la Tierra incluye tres componen-tes fundamentales: las baterías, las celdas so-lares y el sistema de distribución de potencia. Es notoria la evolución que han tenido estos dispositivos en la última década, al punto que tanto su desempeño como eficiencia permiten la construcción de satélites con poca masa, esto debido sobre todo a la creación de materiales que facilitaron la construcción de baterías muy livianas y con alta capacidad de corriente, aparte de celdas solares con materiales policristalinos combinados con lentes especiales, los cuales han optimizado su eficiencia.

Sistema estructural

El sistema estructural del satélite está compues-to por todos los elementos que brindan soporte y a cada uno de los componentes operacionales del satélite. Está dividido en: estructura prima-ria, la cual es el esqueleto o columna vertebral del satélite y tiene la función de unificar todas las partes que componen el satélite incluyendo otras estructuras; estructuras secundarias, como es el caso de la estructura de la antena y del

panel solar; y estructuras terciarias que incluyen pequeños soportes, cajas y blindajes. Además de soportar los componentes del satélite, el sis-tema estructural debe estar en la capacidad de proteger los componentes del entorno de lan-zamiento, del entorno espacial y el operacional, así que es necesario conocer el ambiente al cual estará sometido el satélite para formular reque-rimientos estructurales. Los materiales para la fabricación de los elementos estructurales tie-nen como características baja densidad, alta resistencia mecánica, alta rigidez y bajos coefi-cientes de expansión térmica. Diversos tipos de estructuras se utilizan en la actualidad para la construcción de los satélites, y han sido adopta-das las estructuras cerradas para la construcción de satélites de observación de la Tierra por su buen desempeño.

Sistema de propulsión

Los satélites colocados en órbita baja pueden necesitar sistemas de propulsión para compen-sar la fricción generada por el rozamiento at-mosférico y así mantener la altura de la órbita inicial en la que fue colocado el satélite y así evi-tar que la misión cese de forma prematura. Los sistemas de control de attitude requieren tam-bién el empleo de pequeños propulsores (thrus-ters1 ) para el control directo o para ajustar el momento angular del satélite. Así mismo ase-gurar la re-entrada “de-orbit” del satélite hacia la atmósfera muy baja (alrededor de los 100km) implica el uso de los sistemas de propulsión.

Necesidad de definir líneas de investiga-ción

Estructurar una misión de observación de la Tie-rra demanda en principio la definición y apertu-ra de unas líneas de investigación, con el objeto de dar autonomía al desarrollo futuro de los sistemas satelitales. Por lo tanto, para el caso del programa espacial colombiano se han plan-teado las siguientes líneas: instrumentación, sistemas electrónicos, computación, control,

1 Con este nombre también se conocen los sistemas de propulsión de un satélite

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caracterización de la atmósfera para el territorio colombiano, propulsión electrónica de potencia y generación, comunicaciones satelitales, mate-riales compuestos y recubrimientos2.

Conclusiones

Las áreas temáticas con las que el grupo de ingeniería satelital se conformó a través de la investigación desarrollada en tecnología sateli-tal, se definieron con el objeto de especificar los términos de referencia de un satélite de obser-vación de la Tierra. Estas áreas son: sistemas de percepción remota, sistema de comunicaciones, diseño y simulación de la órbita; sistema de con-trol, sistema de cómputo, sistema de potencia, sistema estructural y sistema de propulsión.

La definición de una primera misión satelital para Colombia requiere de una concienzuda fase de estudio y planeamiento desde diversas áreas del conocimiento. En lo que se refiere a la parte de ingeniería satelital, la definición de cada uno de los subsistemas es decisiva en el éxito de la misión. Para lograr este objetivo se ha venido trabajando en la adquisición de tal conocimiento que deberá profundizarse en el tiempo para asegurar el funcionamiento de la misión durante siete años, así como propender por el desarrollo de las tecnológicas satelitales de observación de la Tierra en el país.

Estas tecnologías involucran un gran espectro de conocimiento tecnológico que en gran me-dida podrá ser transferido durante el proceso de adquisición del satélite y que posteriormente de-berá ser adelantado por universidades y centros de investigación del país. Como ha sucedido en otros países, este desarrollo permitirá construir partes del satélite de una segunda misión que desde ya se considera necesaria para completar el espectro de requerimientos de información acerca de percepción remota en Colombia.

2 Los detalles de cada línea se encuentran en los archivos documentales del Centro Internacional de Física CIF y del Instituto Geográfico Agustín Codazzi IGAC.

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Referencias bibliográficas

ASTINGS, D. y GARRET, H. Spacecraft Environment Interac-tions. First edition. Cambridge: Cambridge University Press. 2004.

BITETTI, G. y MARCHETTI, M. Degradation of the surfaces exposed to the space environment. DIAA. Roma: Uni-versity La Sapienza. ENEA. 2005.

BOAIN, R. ABCs of Sun - synchronous orbit mission design. California Institute of Technology. 2004.

CAPDEROU, M. Satellites Orbits and Missions. Springer Verlag, second edition. 2005.

CHOVOTOV, V. Spacecraft attitude dynamics and control. Original edition. Krieger Publishing Company. 1991.

FORTERESCUE, P. STARK, J. y SWINERD, G. Spacecraft Sys-tems Engineering. Third edition. 2003. (MEDIO DIGI-TAL)

GRIFFIN, M. y FRENCH, J. Space Vehicle Design. AIAA. Se-cond edition. 2004.

HA, T. Digital Satellite Communications. Mc Graw Hill, 1990. ISBN 0-07-025389-7.

HYDER, A. WILEY, R. HALPERT, G. FLOOD, D. y SABRIPOUR, S. Spacecraft Power Technologies. World Scientific Pu-blishing Company. 2000.

KIM, SHIN. S. et al., Rain Attenuation and Doppler Shift Compensation for Satellite Communications. Number 1, vol. 24. ETRI Journal. 2002.

KOLAWOLE, M. Satellite Communications Engineering. MARCEL, Dekker. 2002. ISBN 0-8247-0777-X.

LILLESAND, Thomas. Remote Sensing and Image Interpre-tation. Sixth edition. Wiley. 2008.

LUSH, D. Introduction to Microwave Remote Sensing. Mi-chigan State University, 1999.

MILLIS, M. “Assessing potential propulsion breakthroughs”, Annals New York Academy of Science. Volumen 1065, pp. 441–461, 2005.

Mission Geometry. Orbit and constellation design and ma-nagement. Space technology library. 2001.

PATEL, M. Spacecraft Power systems. CRC Press. 2005.

PORTILLA, G. Elementos de astronomía de posición. Uni-versidad Nacional de Colombia. Observatorio Astro-nómico Nacional. 2001.

SUP, S. Spacecraft Subsystems, Electrical power subsys-tems. Korea Aerospace Research Institute. 2007.

WERTZ, J. Space Mission Analysis and Design. Space Tech-nology Series. Third edition. 2007.

WIESEL, W. Spaceflight dynamics. Second edition. Mc GrawHill, 1997.

Sistemas de percepción remota, cómputo, control, diseño y simulación de la órbita; de satélites de observación de la Tierra

ResumenEn este artículo se muestra una aproximación al estado de la tecnología actual de los sistemas de percepción remota, control, cómputo y del diseño y simulación de la órbita. Para ello fue necesaria una exhaustiva búsqueda y discusión de la información en literatura especializada, ade-más de realizar programas computacionales. Como resultado principal, se encontró que la resolución espacial, definida como la mínima unidad superficial que puede ser mapeada, es hoy en día menor o igual a 1.0 metro en la banda espectral pancromática. Con respecto a la órbita los satélites de observación de la Tierra su altura va desde los 600km hasta los 1000 km y con una inclinación entre los 96º y 100º. Para la determi-nación de la orientación se utilizan sensores de estrellas y giróscopos; y ruedas de reacción y pequeños cohetes para el control de la orientación de la órbita. Finalmente, en los sistemas de cómputo se pueden encon-trar tamaños desde 1MB hasta 2GB de memoria de trabajo disponible para procesos de software principales a bordo.

Palabras claves: resolución espacial, bandas espectrales, periodo de revisita, control de orientación, simulación orbital.

AbstractThis article shows the state of the art in the remote sensing, orbit simu-lation and design, control and computing on-board systems in Earth observation satellites. For this purpose, it was necessary to search and discuss the information in specialized literature inside the Satellite En-gineering Group. Between the principal results, we found that spatial resolution is less than or equal to 1.0 meter in panchromatic band, the altitude range of this kind of satellites is between 600km to 1000km. Additionally, this Earth observation missions use sensors of stars and gyroscopes for attitude determination, reaction wheels and thrusters for attitude control. In computing capacity, the available memory for the principal storage can be estimated from 1MB up to 2GB for princi-pal processing tasks.

Key words: spatial resolution, spectral bands, revisit time, attitude control, orbit simulation.

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Introducción

Este artículo presenta cuatro de los sistemas más relevantes pertenecientes a los satélites de observación de la Tierra. La agrupación de estos sistemas se ha realizado teniendo en cuenta una estrecha interrelación entre ellos. De esta forma, el desempeño de los instrumentos de observa-ción dedicados a captar imágenes de la superfi-cie terrestre está determinado por el diseño de la órbita y el control de la plataforma, es decir, esto recae directamente en las condiciones de iluminación que reciben los instrumentos y la capacidad para escanear el terreno. De la mis-ma manera, la cantidad de información que se puede almacenar a bordo está limitada por los sistemas de computo que a su vez interviene de manera importante en todo el hardware para el control satelital.

Sistemas de percepción remota de satélites de observación de la Tierra

Percepción remota es la ciencia y el arte de ob-tener información de objetos, áreas o fenóme-nos, a través del análisis de datos adquiridos por instrumentos que no están en contacto di-recto con el objeto, área o fenómeno bajo in-vestigación. Así entonces, los instrumentos de percepción remota que cumplen esta misión se instalan en plataformas aéreas o satelitales para mapear, monitorizar e inventariar recursos natu-rales y artificiales.

Estos instrumentos adquieren datos que con-tienen características de la superficie terrestre, captados a través de la emisión y reflexión de la energía electromagnética originada principal-mente por el Sol. Los datos son procesados y analizados con el objetivo de proveer informa-ción detallada de los recursos presentes en el área física de investigación.

Desde los años 50 el desarrollo de la tecnolo-gía satelital ha puesto en órbita plataformas para observación de la Tierra. Tal es el caso de la serie Explorer, cuyo primer satélite fue lanza-do en 1958 con la misión principal de medir la

radiación proveniente del Sol, la intensidad de los rayos cósmicos, los campos producidos por las partículas cargadas en la ionosfera y detectar el impacto de micrometeroritos. El resultado de estas misiones fue el descubrimiento de los cin-turones de radiación de Van Allen.

Las primeras misiones para monitorizar la super-ficie terrestre fueron las plataformas LANDSAT 1-7, administradas por la NASA, y la U.S. Geolo-gical Survey. La primera fue puesta en órbita en el año de 1972 y llevaba a bordo dos instrumen-tos de observación: el principal, llamado Return Beam Vidicon (RBV), y el secundario, Multispec-tral Scanner System (MSS), durante el desarro-llo de la misión el instrumento secundario MSS resultó ser superior y los objetivos se centraron en obtener información de sus cuatro bandas espectrales: verde, rojo y dos infrarrojas.

Así mismo, a lo largo de tres décadas se toma-ron fotografías especializadas de los continen-tes, áreas costeras y marítimas, lo que permitió registrar gran cantidad parámetros del planeta para evaluar los cambios causados por proce-sos naturales y prácticas humanas. El impacto de esta actividad evidenció su importancia y en consecuencia fue desarrollada de la misma manera por otros países, los cuales lanzaron plataformas similares, como por ejemplo SPOT (Francia), ENVISAT (European Space Agency-ESA), ALOS (Japón), EROS (Israel/USA), CEBERS (China/Brasil), entre otros.

Es claro entonces que el deber prioritario de las plataformas de observación es suministrar un conocimiento del planeta como un sistema glo-bal, en constante monitoreo. Dicho en términos técnicos y tecnológicos, la cantidad y calidad de información recopilada del planeta está fuerte-mente determinada por el desarrollo y mejora constante de los instrumentos de observación y sus características técnicas, con el fin de cumplir los objetivos propuestos.

Las últimas innovaciones en sistemas de percep-ción remota están relacionadas con las plata-formas de última generación, ejemplo de ello es el satélite Astrosat 100 de tipo óptico y de fabricación francesa. Su instrumento tiene una

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masa de 50kg con volumen aproximado de 20m x 60m x 60m y un consumo de potencia de 50Watts; factores que lo diferencian en gran medida de su modelo predecesor, por ejemplo el SPOT-5 cuyo instrumento principal tiene una masa de 356kg, un volumen de 2.65m x 1.42m x 0.96m y consume una potencia máxima de 344Watts.

El desarrollo de la tecnología satelital de última generación ha sido posible gracias al uso de nue-vos materiales que reducen en forma considera-ble su peso, así como a los diseños innovadores capaces de mantener volúmenes pequeños sa-tisfaciendo los requerimientos mínimos de dise-ño de los telescopios de observación.

La resolución espacial, definida como la míni-ma unidad superficial que puede ser mapeada, es hoy en día menor o igual a 1.0 metro en la banda espectral pancromática. La resolución es-pacial en las bandas multiespectrales RGB y NIR pueden ser menores a los 4.0 metros; en la ban-da SWIR puede ser menor a los 8.0 metros, toda vez que el sensor SWIR debe estar refrigerado, y sus sistemas de control térmico también deben satisfacer los requerimientos de bajo consumo de potencia y poca masa.

Respecto a los avances en cuanto a detalle es-pectral, el número de bandas que se pueden alcanzar es del orden de las centenas1 posibi-litando la obtención de curvas de reflectancia mucho más detalladas; ejemplo de ello es uno de los tres instrumentos principales del satélite EO-1: el hyperion, que cuenta con 220 bandas y su rango espectral es de 0.4 a 2.5 micróme-tros.

Finalmente, en cuanto a los sensores CCD2 la tendencia indica que la tecnología CMOS3 tam-bién entrará a ser parte importante de los ins-trumentos de observación de la Tierra.

Ambas tecnologías pueden alcanzar rasgos electro-ópticos excelentes, a continuación se ci-tan los más relevantes:

La razón señal sobre ruido (SNR), una medida de la intensidad de la señal capturada con res-pecto al ruido circundante, debe ser al menos de 170dB.

El valor de la función de transferencia de modu-lación (MTF), una medida de la intensidad lumí-nica capturada con respecto a la real, debe ser al menos de 0.4.

La selección del dispositivo más adecuado de-pende tanto de características como de limita-ciones tecnológicas y funcionales, tales como el factor de llenado que puede ser cercano al 100%, foto-responsividad no uniforme alta-mente estable, así como degradaciones míni-mas en los elementos del sensor.

En síntesis, debido a que las resoluciones espa-ciales han aumentado de manera considerable y los instrumentos tienden a tener bandas es-pectrales de tipo hiperespectral, es evidente que con estas características se puedan obtener imá-genes con alto nivel de detalle; pero escoger el valor exacto en resolución espacial y el tipo de bandas espectrales depende de los objetivos de la misión, satisfaciendo siempre la calidad de las imágenes obtenidas independientemente de la definición de estos valores.

1. La tendencia actual radica en utilizar instrumentos hiperespectrales.2. CCD por sus siglas en inglés Charged Couple Device o dispositivo de carga acoplada, son sensores de estado sólidoque

transforman la radiación electromagnética en carga eléctrica, la característica principal es que la carga se transporta de manera paralela pixel a pixel.

3. CMOS es una tecnología usada ampliamente para la fabricación de circuitos integrados. Los CMOS usados como sensores de imagen tienen pixeles que son activos, es decir, a diferencia de la tecnología CCD, circuitos adicionales cercanos a cada foto-sensor (pixel) convierten la luz a señales de voltaje directamente.

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Diseño y simulación de la órbita de satélites de observación de la Tierra

La planeación de una misión satelital o “mission planning”, tiene en cuenta parámetros de dise-ño y simulación de la órbita, que son obtenidos a través de modelos de simulación que definen variables relacionadas con las comunicaciones, la toma de imágenes, la cobertura geográfica y el tiempo que tarda el satélite en volver a pasar por un mismo lugar o periodo de “revisita”.

En general, el tipo de órbita en el que los sa-télites de observación de la Tierra son puestos es sincrónica con el Sol. Ésta es un tipo de ór-bita baja por cuanto tiene una altura de hasta 1000 km y una inclinación entre los 96º y 100º. Una órbita de esta clase es definida porque la velocidad angular del plano orbital en torno al Ecuador coincide con la velocidad angular de la Tierra alrededor del Sol; de modo que la posi-ción relativa entre éste último y el plano orbital permanece fija.

La principal utilidad de las órbitas sincrónicas con el Sol radica en la capacidad de mantener estables en el tiempo los parámetros de revisita y cobertura geográfica, lo cual garantiza condi-ciones de iluminación favorables para la toma de imágenes, a la vez que permite planificar dicha toma de imágenes y de los enlaces de comuni-caciones con el satélite, de manera uniforme a lo largo del tiempo de vida de la misión.

La prioridad en el diseño de la órbita puede orientarse hacia dos aspectos: garantizar la co-bertura geográfica con imágenes tomadas al nadir, que son obtenidas cuando el eje de visión de la cámara apunta hacia el centro de la Tie-rra, o bien minimizar la revisita. Sin embargo, la optimización de uno de los dos parámetros implica la afectación del otro. Por ejemplo, para disminuir la revisita y poder garantizar la cober-tura geográfica es necesario tomar la mayoría de las imágenes fuera del nadir.

En el caso especial de una misión cuyo objetivo prioritario es monitorizar una región geográfi-ca con localización cercana al Ecuador, puede considerarse la posibilidad de optar por una ór-bita ecuatorial baja, la cual deja de ser sincróni-

ca con el Sol, debido a que para mantener esta condición con inclinaciones cercanas a 0º se re-quieren alturas orbitales del orden de 4000 km . Empero, a tales alturas los sensores disponibles no pueden tomar imágenes con las especifica-ciones requeridas.

La órbita baja ecuatorial prioriza la revisita pasan-do varias veces al día sobre una misma región, no obstante debido a las condiciones cambian-tes de la manera en la que el satélite recorre la Tierra, se originan características variables de iluminación y de sombras sobre las escenas to-madas, lo que dificulta el análisis posterior. Así mismo, se pierde la posibilidad de monitorizar el resto del mundo con miras a obtener infor-mación útil para el país y el establecimiento de convenios internacionales.

Adicional a estos inconvenientes, los demás pa-rámetros orbitales varían en el tiempo, haciendo necesario efectuar un análisis más complejo para la planificación de la misión. En la actualidad, el diseño de este tipo de misiones es objeto de análisis y existen muy pocas de ellas con órbita ecuatorial baja, a fin de evitar los inconvenien-tes mencionados que no justifican su beneficio y cuyos objetivos de misión estén enfocados exclusivamente hacia el monitoreo continuo de una zona.

Como alternativa para la optimización de este tipo de órbita se busca priorizar la revisita en su diseño y se trabaja en el perfeccionamiento de las herramientas de procesamiento de imágenes tomadas fuera del nadir.

El modelo físico a partir del que se hace el algo-ritmo de integración de las ecuaciones de mo-vimiento satelital alrededor de la Tierra, toma en cuenta como fuerza principal la gravedad terrestre y un conjunto de fuerzas adicionales denominadas fuerzas perturbativas, cuyo orden de magnitud es inferior a 10-3 veces la fuerza gravitatoria terrestre.

Dentro de estas perturbaciones se encuentran las debidas a la forma real no esférica de la Tierra,

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que como consecuencia induce variaciones en su campo gravitatorio. También, está la presión de radiación, el drag (fricción) atmosférico, el campo gravitatorio generado por la Luna y el Sol entre otros efectos de menos de 108 veces la magnitud de la fuerza de gravedad de la Tierra.

El efecto de estas perturbaciones consiste en inducir variaciones seculares, es decir, que aumentan o disminuyen continuamente en el tiempo además de causar cambios perió-dicos (cíclicos) en los elementos orbitales, tales como la inclinación, la altura, la excen-tricidad, la ascensión recta, el argumento del perigeo y la anomalía media, entre otros.

Las variaciones de los elementos orbitales causan cambios en los parámetros asocia-dos con el enlace satélite - estación terrena y viceversa, además de las características de las imágenes como por ejemplo resolución espacial y ancho de escena. Durante la mi-sión existen rangos de tolerancia de la va-riación de estos parámetros antes de hacer correcciones a la órbita, correcciones que no suelen hacerse con mucha frecuencia porque son costosas y acortan el tiempo de vida de la misión, en tanto que es limitada la can-tidad de propulsante disponible para hacer maniobras.

Con el propósito de llevar a cabo la simula-ción de la órbita se ha desarrollado una gran variedad de programas de cálculo a nivel mundial, tanto libres (g-predict) como co-merciales (Ixion Dixit, STK, entre otros). Ixion Dixit y g-predict están enfocados sobre todo hacia la simulación de la órbita sin conside-rar los demás aspectos de la misión, como las comunicaciones y la estación terrena; mien-tras que utilizando STK4 se puede simular casi la totalidad de la misión incluyendo las comunicaciones, la orientación del satélite, el lanzamiento, la estación terrena, etc.

Debido a las características especiales de la misión colombiana de observación de la Tie-rra, el grupo de ingeniería satelital desarrolló un programa propio escrito en lenguaje de

programación python, que ha validado sus simulaciones con los resultados obtenidos por los programas de cálculo anteriormente mencionados.

Sistemas de cómputo de satélites de observación de la Tierra

Los sistemas de cómputo son fundamentales para el éxito de misiones satelitales y por lo tan-to son sometidos a rigurosas pruebas de con-fiabilidad y resistencia a fallos. Por otra parte, la resistencia a interferencias electromagnéticas conduce a que el tamaño de los circuitos limi-ten los niveles de integración en tecnología de semiconductores. Las dos componentes que se favorecen más al utilizar mayores niveles de in-tegración son las unidades de procesamiento y las unidades de almacenamiento volátil y no-volátil.

La siguiente restricción que se encuentra es el consumo de potencia, el cual motiva el desa-rrollo de circuitos más eficientes en el uso de potencia y que a su vez logren el máximo des-empeño en su capacidad de procesamiento.

Debido a que cada misión satelital se conside-ra "one-of-a-kind" y por otra parte que el cos-to de una falla resulta demasiado alto, se han verificado dos tendencias existentes, a saber: la primera es utilizar tecnología comercial dise-ñada ante todo para las condiciones espaciales y que ha sido probada en vuelos previos; y la segunda es el desarrollo de tecnología propia con base en las necesidades de la misión. Los sistemas de cómputo diseñados a la medida son más comunes en las grandes misiones con ma-yores presupuestos y con inversiones destina-das a desarrollar dicha tecnología. Esto implica que los nuevos sistemas de cómputo vuelan en misiones previas especialmente diseñadas para probar los sistemas en condiciones que simulen las espaciales.

4 http://www.stk.com/products/desktopApp/odtk/

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En la actualidad se favorece la utilización de FPGAs (Field Programmable Gate Array) como plataforma base para las misiones ya que ésta posee una serie de características que favorecen su utilización en ambientes espaciales:

1. Circuitos de gran tamaño: favoreciendo la resistencia a interferencias externas

2. Altos niveles de redundancia: el circuito FPGA es redundante por diseño

3. Hardware reprogramable: al ser reprogra-mable se puede cambiar el propósito total o parcial de una FPGA dada, esto da flexibi-lidad y capacidad de respuesta a fallas, per-mitiendo trasladar operaciones en regiones defectuosas a otras regiones en buen estado de la FPGA.

4. Gran capacidad de cálculo: permite utilizar hardware dedicado a tareas especificas tales como liberar los procesadores de propósito general de tareas, así como aumentar la efi-ciencia en potencia.

5. Bajo costo y tiempo de desarrollo: es menos costoso en comparación con el flujo de de-sarrollo y costos habituales de un proceso ASIC/VLSI.

En cuanto a almacenamiento en memoria vo-látil o de trabajo, existen tamaños adecuados para la mayoría de tareas ya que pocas misiones las emplean. Dependiendo de la misión se pue-den encontrar tamaños desde 1MB hasta 2GB de memoria de trabajo disponible para el proce-sador principal. En cuanto a almacenamiento, la mayor demanda la exige la memoria no volátil, sobre todo para las misiones de observación de la Tierra.

Teniendo en cuenta que los dispositivos mecáni-cos utilizados en Tierra no son lo suficientemen-te resistentes para el entorno de lanzamiento y de vida espacial, se utilizan memorias de estado sólido con capacidad de redundancia y alma-cenamiento, además de códigos correctores de errores. Se espera que tengan una capacidad de entre 10GB hasta los 200GB de memoria de-pendiendo de la misión, la disponibilidad de es-pacio/peso y la necesidad de almacenamiento.

En la intención de optimizar el almacenamiento y canales de comunicación, se utilizan técnicas de compresión de información que varían según la aplicación, desde formatos de colores reduci-dos como GIF, pasando por compresión sin pér-

didas tales como GZIP y BZIP2 hasta formatos con compresión con pérdidas como JPEG-2000. No obstante, estos formatos son de propósito general y es posible encontrar formatos optimi-zados con el propósito de conservar la informa-ción más interesante para la aplicación, a costa de desechar los datos extra que contienen las mediciones efectuadas por el sistema.

Es común encontrar la utilización de protocolos estándar como TCP/IP con códigos de detección de errores, sin embargo estos protocolos asu-men mejores o diferentes condiciones de enlace a las que se tienen con un satélite, por lo que se prefiere otra clase de protocolos con códigos de corrección de errores que optimizan el uso del canal, por ejemplo UDP/IP con ReedSolomon como código de corrección de errores.

Para terminar, se han venido utilizando C y ADA como lenguajes de programación de los siste-mas operativos en misiones satelitales. ADA se caracteriza por inducir al programador a come-ter menos errores a costa de expresividad en el lenguaje.

Sistemas de control de satélites de observación de la Tierra

El sistema de control de un satélite o sistema AD&CS (por sus siglas en inglés), es el sistema encargado de mantener la órbita y de controlar la orientación del satélite. Éste se encarga de dos tareas que si bien están relacionadas, uti-lizan diferentes aproximaciones y se rigen por diferentes políticas: determinación y control de navegación y, determinación y control de orien-tación (attitude).

El control de navegación se encarga del movi-miento de traslación del satélite, de mantener la posición del satélite en una caja imaginaria de referencia alrededor de la órbita y de propor-cionar elementos que, junto a la propagación de las ecuaciones de movimiento de la órbita, permitan determinar los elementos orbitales del satélite o lo que es equivalente a su posición y velocidad, en cualquier momento. Conocer estos elementos es vital para la planeación de misiones y a fin de poder comunicarse con el sa-télite, bien sea para realizar acciones de control

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o para descargar información de los sensores del satélite.

El control de orientación (attitude) se encarga de determinar y controlar la orientación del sa-télite en el espacio. Conocer y controlar la orien-tación del satélite en el espacio es importante no sólo para apuntar la carga útil (en este caso los sensores de observación de la Tierra) hacia donde se desee observar, sino para mantener las comunicaciones en la dirección de las estacio-nes terrenas, los paneles solares en dirección del Sol, el equipo sensible a la radiación solar lejos del Sol, entre otros.

Control de orientación

Existen diferentes maneras de controlar la orien-tación de un satélite: se puede aprovechar la geometría del satélite y las fuerzas naturales ex-ternas para lograr un control que se denomina pasivo; o se pueden utilizar actuadores, es decir elementos activos, para lograr la orientación de-seada.

Actualmente, los satélites de observación de la Tierra tienen instrumentos con resoluciones es-paciales submétricas y precisiones en el apunta-miento del orden de los minutos o los segundos de grado.

Dadas las características de la misión de un sa-télite de observación de la Tierra, se requiere de un sistema de control activo que mantenga la orientación del satélite con respecto a la Tierra y permita maniobras rápidas con mínimos tiem-pos de estabilización; estos requisitos conducen a que el control de orientación para los satélites de observación de la Tierra sea un control de estabilización en los tres ejes (three axes stabi-lized).

Los requerimientos de precisión se logran uti-lizando sensores de estrellas (start trackers) y giróscopos (gyros) con el fin de determinar la orientación, y ruedas de reacción (reaction whe-els) y propulsores (thrusters) para el control.

Control activo de tres ejes

En esta configuración se puede controlar de manera autónoma cada eje del satélite, lo que aporta gran precisión en el apuntamiento, alta maniobrabilidad y versatilidad, a la misión. Las desventajas serían el peso y costo del hardware, así como el consumo de potencia [35]. A pe-sar de lo anterior, hoy en día estos costos han disminuido a la par que se tienen componentes más potentes, más eficientes y menos pesados.

Los controles de tres ejes se dividen en dos cla-ses:

a. De expulsión de masa: propulsoresb. De intercambio de momento angular: ruedas

de reacción y giróscopos de control de mo-mento (CMG —Control Moment Gyros—).

En los controles de tres ejes el ciclo límite de consumo de combustible es directamente pro-porcional a la inercia del vehículo. En caso de no existir perturbaciones o que éstas sean muy pequeñas, entre mayor inercia tenga el satélite mayor será el tamaño del propulsor requerido. Al agregar dispositivos de intercambio de mo-mento se prolonga la vida del sistema. El rango del empuje (thrust) de los propulsores para este tipo de tareas se ubica entre 0.05N y 22N, ade-más de la factibiliad de lograrse una operación eficiente con pulsos de duración entre 10ms<tc algunos segundos.

El impulso específico Isp utilizado en estas labo-res puede variar de los 60s a 290s, dependien-do del tipo de combustible que se haya usado. En los sistemas de intercambio de momento, el momento angular absorbido por las ruedas de reacción o por los CMGs puede ser transferido al satélite, lo que proporciona una mayor efi-ciencia en las maniobras finas de control que se realizan con los propulsores.

Este tipo de sistemas puede estar compuesto por un número de entre una y cuatro ruedas de reacción. En la actualidad, el estándar es utilizar cuatro ruedas de reacción, una para cada eje y

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una redundada. A diferencia de las ruedas de momento, las de reacción tienen velocidad no-minal cero y por lo tanto no tienen momento angular neto, lo cual provee la mayor precisión y flexibilidad suficiente para apuntar a cualquier punto en la Tierra o en el espacio.

El control de orientación activo de tres ejes ope-ra en diferentes etapas de la misión: la puesta en órbita, la fase de operación y la salida de órbita (de orbit). En una misión satelital típicamente existen los siguientes modos de control:

• Inserción en la órbita (orbit insertion): periodo durante y después del lanzamiento mientras su-cede la acomodación final en la órbita.

• Adquisición (adquisition): determinación ini-cial de la orientación y estabilización del vehí-culo.Operación normal o fase de operación (on sta-tion): el sistema se diseña principalmente para esta fase.

• Reorientación (slew): reorientación cuando se requiera

• Modo de seguridad o contingencia (contin-gency or safe): modo de emergencia que puede sacrificar el modo principal para atender proble-mas térmicos o de potencia.

• Especial: modo de operación en fases como el eclipse, en donde se pueden utilizar sensores diferentes a los del modo normal.

Una secuencia típica de operaciones de control desde Tierra es la siguiente:

• Adquisición del Sol: orientación de la direc-ción normal del satélite hacia el Sol

• Adquisición de la Tierra y una estrella: luego de adquirir el Sol, se rota lentamente hasta que los sensores de horizonte interceptan la Tierra.

• Establecimiento del ciclo límite normal: el ciclo límite hace referencia a la ventana de operación de un control on off .

• Reorientación y stationkeeping: a continua-ción se comparan las diferentes técnicas de con-trol y el uso de diversos actuadores:

VIÑETA

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Gradiente gravitacional: pasivo, dos ejes +-5 grados, orientación vertical hacia la Tierra Gradiente gravitacional y ruedas de momento residual: tres ejes +-5 grados, orientación vertical hacia la Tierra. Magnético pasivo: dos ejes +-5 grados, únicamente dirección norte surEstabilización de espín: +-0,1 grados a grado +-1 en dos ejes, se requiere propulsión para mover el vector de momento angular. Estabilización de espín dual: igual que el anterior, la exactitud depende de la sección que no

gira. Momento residual con una rueda: +-0,1 grados a grado +-1Momento residual con dos ruedas: +-0,1 grados a grado +-1 Momento cero con propulsores: +-0,001 grados a grado +-1 Momento cero con tres ruedas: +-0,001 grados a grado +-1Momento cero con giróscopos de control de momento: +-0,001 grados a grado +-1

Tabla 1. Propiedades de los principales actuadores usados para control de orientación

Actuador Rango de funcionamiento típico Peso (Kg) Consumo (W) Proveedores

Propulsores de gas ca-liente

0.5 a 10.000 N Variable N/A Primex, Astrium, TRW, Kaiser, Marquardt

Propulsores de gas frío < 5N Variable N/A Primex, Astrium, TRW, Kaiser, Marquardt

Ruedas de reacción y de momento

0.4 a 400 N.m.s. para las rue-das de momento entre 1.200 y 5.000 rmp. Máximo torque des-de 0.01 hasta 1 N.m.

2 a 20 10 a 110 Allied signal, Ithaco, Hone-ywell, Teledix, Ball aeroes-pace.

Giróscopos de control de momento

25 a 500 N.m. >40 90 a 150 Honeywell, Ball aeroespace.

Fuentes de torque mag-nético

10 a 4.000 A.m2 0.4 a 50 0.6 a 16 Ithaco, Fokker, ZARM /Micro-cosm

La Tabla 1 muestra las características de los principales actuadores utilizados en el control de orientación en satélites de observación de la Tierra.

Desde el punto de vista de la teoría del control el satélite se representa como un sistema de lazo cerrado, como se especifica a continuación:

Un conjunto de ecuaciones diferenciales mo-dela la dinámica del satélite. Sobre el sistema actúan diferentes perturbaciones tanto internas como externas. El control debe seguir una señal de referencia, es decir la orientación deseada, la cual se compara en cada ciclo de control con la variable real que está siendo controlada, en este caso es la orientación de un determinado eje y se mide con los sensores que determinan la orientación.

Con base en la diferencia existente entre la se-ñal de referencia y la señal medida, denominada error, y con el tipo de respuesta que se desea tenga el sistema; se generan señales para cam-biar (controlar) la orientación, lo cual se hace mediante los actuadores. En conclusión, el pro-pósito del control es mantener la orientación deseada a pesar de las perturbaciones.

En las etapas preliminares de diseño se utilizan modelos lineales y a medida que se avanza hacia su implementación se incorporan las no lineali-dades, que representan de manera más realista la dinámica del sistema. El control de tres ejes se puede desacoplar en cada uno de sus ejes y en el caso más simple es posible utilizar un control denominado PD (proporcional más derivativo), en el que el parámetro más importante es la ga-nancia de posición Kp, proporcional al ancho de banda del control.

En un esquema simple se pueden utilizar las medidas de los sensores directamente con la finalidad de realimentarlas al control, mientras que en los sistemas más complejos estas medi-das que contienen ruido se suavizan mediante un filtro de Kalman.

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Sensores de estrellas

Por mucho tiempo, los sensores de estrellas han sido por los que proporcionan mayor pre-cisión al determinar la orientación (attitude), con precisiones más allá de 0.01 grados. Se so-lía considerar que los sensores de estrellas eran demasiado costosos y complejos, con grandes requerimientos en términos de energía, peso y volumen; además, la complejidad asociada a estos dispositivos hacía necesario que se inclu-yeran sistemas de respaldo auxiliares de menor precisión como sensores de Sol y de Tierra. Sin embargo, de la mano con el desarrollo de los CCDs, los telescopios y los más capaces sistemas de procesamiento, los sensores de estrellas han evolucionado hasta convertirse hoy por hoy en los instrumentos estándar para determinar la orientación (attitude determination) en satélites de observación de la Tierra.

Un sensor de estrellas (start tracker) de CCD fun-ciona en esencia como una cámara que toma una imagen de las estrellas del fondo. Dicha imagen se compara con una base de datos o catálogo de las estrellas conocidas y a partir de la observación de las estas útimas se determi-na la orientación que debe tener el satélite con respecto a la Tierra. La imagen que se toma de las estrellas se desenfoca para aumentar el ta-maño de las que son menores al de un píxel, de manera que el centroide proporcione una mejor aproximación de la ubicación.

El resultado la medición con el sensor de estre-llas consiste en la obtención de las coordenadas de las estrellas en el campo de visión del sensor. La medición del sensor de estrellas se debe mul-tiplicar por la matriz de montaje para determi-nar su orientación en el marco de referencia del satélite; este resultado se debe multiplicar por otra matriz que lo transforma a una posición en el espacio inercial. La exactitud está limitada por las operaciones de redondeo y la exactitud del modelo de posición de las estrellas.

Giróscopos

Los giróscopos utilizan la conservación del momento angular para medir cambios en su orientación con respecto al espacio inercial. Los giróscopos se usan en conjunto con otros

elementos debido a la deriva que tienen con el tiempo y a que miden cambios en la orientación en lugar de la orientación absoluta. Los girós-copos modernos utilizan principios diferentes al generado por una rueda rotando, por ejemplo los generados por fibra óptica, interferometría, entre otros, con lo que extiende significativa-mente el tiempo de vida y las prestaciones con respecto a los giróscopos mecánicos.

Conclusiones

El desarrollo satelital de observación de la Tierra ha sido encaminado hacia el conocimiento del planeta como una sistema global, esta actividad humana ha impulsado un desarrollo tecnológi-co avanzado y robusto para dar respuesta a las exigencias y condiciones espaciales. A través de su transferencia, toda esta tecnología ha sido de gran beneficio en aplicaciones civiles e in-dustriales, lo que ha permitido que la sociedad contemporánea se beneficie de igual forma uti-lizando todos los dispositivos que se derivan de esta tecnología.

La órbita diseñada permite cubrir todo el pla-neta exceptuando una pequeña región en los polos, y asegura que las condiciones de ilumina-ción sobre las escenas tomadas sobre Colombia sean óptimas.

En este diseño la altura de la órbita es de 654, km en la cual el satélite se mueve con una velo-cidad de 7.5 m/s y pasa sobre el mismo punto de la Tierra cada 25 días.

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En este contexto el sistema de control hace refe-rencia al sistema que se encarga de mantener la orientación del satélite y las funciones de nave-gación, en otras palabras, rotación y traslación del satélite.

Actualmente, la mayoría de misiones satelitales de observación de la Tierra utilizan sensores de estre-llas y giróscopos para la determinación de la orien-tación, además de ruedas de reacción y cohetes para el control de la orientación de la órbita.

Como plataforma computacional base para las misiones satelitales de observación de la Tierra se están utilizando los FPGAs debido que po-seen circuitos de gran tamaño, altos niveles de redundancia, hardware reprogramable, gran capacidad de cálculo y bajo costo.Dependiendo de la misión satelital se pueden encontrar tamaños desde 1MB hasta 2GB de memoria de trabajo, disponible para el proce-sador principal de los sistema de computo del satélites de observación.

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BALOCH, S. ARSLAN, T. y STOICA, A. Radiation Hardened Coarse-Grain Reconfigurable Architecture for Space Applications. proccedings of parallel and distributed processing symposium-IEEE International. 2007.

BOAIN, R. ABCs of Sun – Synchronous orbit mission de-sign. California Institute of Technology.

2004.

CAPDEROU, M. Satellites Orbits and Missions. Springer Verlag, second edition, 2005.

CHOVOTOV, V. Spacecraft attitude dynamics and control. Krieger Publishing Company. original edition. 1991.

DANBY, J. Fundamentals of Celestial Mechanics. Second Edition, William Bell inc. 1998.

FOLKMAN, M. A, PEARLMAN, J. LIAO, L. B. y JARECKE, P. J. EO-1/Hyperion hyperspectral imager design, develop-ment, characterization, and calibration, Proccedings of SPIE,Volumen 4151. 2001.

LAMBERT, H. LIMOUZIN, G. The EADS Astrium Astrosat Product line, A New Generation of High Resoluition Small and Micro Satellites Embarking Innovative Tech-nologies, EADS Astrium, Toulouse France 2007.

LILLESAND, T. Remote Sensing and Image Interpretation. Sixth edition, Wiley 2008.

MAC WILLIAMS, F. and SLOANE, N. The Theory of Error-Correcting Code. New York: North

Holland Publishing Company. 1977.

MONTENBRUCK, O. E. Gill. Satellite Orbits models methods applications. Springer Verlag, 2005.

MORRISEY, Q.R. et al. Design of 3 micrometers pixel linear CMOS sensor for Earth observation. Nuclear Instru-ments and Methods in Physics Research A, 2003.

PORTILLA, G. Elementos de astronomía de posición”, Ob-servatorio Astronómico Nacional, Universidad Nacio-nal de Colombia. 2001.

RFC 768,. User Datagram Protocol. J. Postel, August 1980.

RUDORFF, B. Kono, J. Quintino, M, Shimabukuro Y. A Small Low Equatorial Orbiting Satellite - SSR For Monitoring The Amazon Region. Anais da Academia Brasileira de Ciências. 2002. 74(4): 717-725.

SAINT-PÉ, Oliver. et al, Space Optical instruments opti-misation thanks to CMOS image sensor technology. Proceedings of SPIE- Sensors, Systems, and Next-Ge-neration Satellites IX, vol. 5978. 2005.

SIYAN, Karanjit. Inside TCP/IP, New Riders Publishing. ISBN 1-56205-714-6. 1997.

WERTZ, J. Space Mission Analysis and Design, Space Tech-nology Series, Third Edition. 1999.

WERTZ, J. Mission Geometry; Orbit and constellation de-sign and management, Space Technology Library, 2001.

WIESEL, W. Spaceflight dynamics. Mc GrawHill, Second edition, 1997.

ZHOU, G. KAFATOS, M. Future Intelligent Earth Obseving Satellites. ISPRS. Special Session, FIEOS/ISPRS. Confe-rence Proceedings. 2002.

38



Referencias bibliográficas en Internet

Earth Observation Satellites and Sensors for risk and mana-gement. [En línea] Disponible en Internet: http://www.space-risks.com/SpaceData/index.php?id_page=8

NASA. History Landsat. 1. [En línea] Disponible en Internet: http://landsat.gsfc.nasa.gov/about/landsat1.html

NASA. The Landsat Program. [En línea] Disponible en Inter-net: http://landsat.gsfc.nasa.gov/

SMITHSONIAN, National Air and Space Museum: Objects: A19761109000, Satellite, Explorer7, Replica. [En lí-nea] Disponible en Internet: http://collections.nasm.si.edu/code/emuseum.asp?profile=objects&newstyle=single&quicksearch=A19761109000

Thermal Control Handbook, Volumen II: cryogenics. [En línea] Disponible en Internet: http://www.aero.org/publications/donabedian/donabedian-1.html

[En línea] Disponible en Internet: http://celestrak.com/NO-RAD/elements/

[En línea] Disponible en Internet: http://www.stk.com/pro-ducts/desktopApp/stkFamily/

[En línea] Disponible en Internet: http://www.jpeg.org/JPEG2000.htm

[En línea] Disponible en Internet: http://www.esa.int/TEC/Microelectronics/SEMUD70CYTE\_0.html

[En línea] Disponible en Internet: http://en.wikipedia.org/wiki/Ada_(programming_language)

[En línea] Disponible en Internet: http://en.wikipedia.org/wiki/VLSI

[En línea] Disponible en Internet: http://en.wikipedia.org/wiki/Radiation_hardened

Spot satellite programme. [En línea] Disponible en Internet: http://spot5.cnes.fr/gb/satellite/camerasHRS.htm

Sistemas de comunicaciones de satélites de observación de la tierra

ResumenEl sistema de comunicaciones permite la interacción entre los segmentos espaciales y terrestre tanto para la descarga de las imágenes producto de la observación de la tierra como para llevar a cabo el control y la telemetría de la plataforma satelital. En este artículo también se discuten algunos efectos que alteran las comunicaciones con el satélite como son la atenuación producida por la lluvia y el efecto Doppler. Otros aspectos contemplados en este artículo son: el radar y sus aplicaciones en diversos campos.

Palabras claves: estación terrena, radar, comunicaciones, atenuación por lluvia, efecto Doppler, ecuación de enlace.

AbstractThe communication system allows interaction between space and ground segments for the downloading of the product images of the observation of the earth and to carry out control and the satellite pla-tform telemetry. This article also discusses some effects which alter communications with the satellite that are caused by rain attenuation and Doppler effect and discusses its impact on communications. Other aspects covered in this article are the radar and its applications to se-veral fields.

key words: earth station, radar, communications, rain attenuation, Doppler effect, link equation

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Introducción

El estado del arte en cuanto a conceptos y tec-nologías relacionados con el sistema de comu-nicaciones presentes en las misiones satelitales de observación de la Tierra, puede abordarse teniendo en cuenta los componentes de un sistema de comunicaciones, a saber: enlace satélite-Tierra, antena, bandas de frecuencia y estación terrena.

Tipos de enlace satélite-Tierra

Un satélite de observación de la Tierra produ-ce gran cantidad de información que debe ser transmitida a Tierra utilizando ondas de radio en las bandas de microondas. Esta información proviene de los sensores de percepción remota como también de los sistemas internos de tele-metría y control del satélite, principalmente.

El enlace necesario para la comunicación es de tres tipos:

• uplinkoenlaceestaciónterrenaasatélite• downlinkoenlacesatéliteaestación terre-

na• crosslinkparalascomunicacionesentresa-

télites

Las frecuencias más empleadas por los sistemas satélites para comunicaciones son las siguien-tes:

Tabla 1. Valores de frecuencia típicos para transmisión y recepción de información satelital

Uplink Downlink

Frecuencia (GHz) Frecuencia (GHz)

5.925-6.426 3.700-4.200

7.900-8.401 7.250-7.750

14.00-14.51 11.70-12.20

27.50-31.00 17.70-20.20

(Bansal, 2002)

Ecuación de enlace

Esta ecuación, conocida también como la razón de la energía de bit a la densidad del ruido en el canal de información, es de vital importancia en el diseño de cada enlace de comunicaciones en-tre la estación terrena y el satélite. La ecuación se define mediante la siguiente expresión:

Cada uno de sus parámetros tiene el siguiente significado

1. Eb es la energía del bit en dB2. N0 es la densidad espectral del ruido en dB 3. P es la potencia del transmisor en dBW4. L1 son las pérdidas en la línea de transmisión

en dB 5. Gt es la ganancia de la antena del transmisor

en dB6. Ls son las pérdidas de propagación en espa-

cio libre 7. La son las pérdidas en la trayectoria de trans-

misión en dB 8. Gr ganancia del receptor en dB9. k es la constante de Boltzmann en dBW/

(Hz-K) 1,38 x 10-23 J/K10. Ts es la temperatura de ruido del sistema, medida en grados Kelvin 11. R es la tasa de datos en bits/segundo

Al diseñar sistemas de comunicación satelital se debe procurar un Eb/N0 pequeño en los recep-tores de banda base, con el objetivo de limitar la potencia de transmisión y el ancho de banda utilizados.

Tipos de antenas utilizadas en satélites

Las antenas utilizadas en satélites son de tipo helicoidal, bocina y parabólica:

Helicoidal: antena omnidireccional de polariza-ción circular consistente en un alambre conduc-tor arrollado en forma de hélice, utilizada para asegurar cobertura permanente (Figura 1).

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Bocina: antena directiva utilizada para crosslinks o enlaces entre satélites (Figura 2).

Parabólica: antena directiva de alta ganancia, usada en los enlaces de los satélites con las es-taciones terrenas (Figura 3).

Bandas de frecuencia

El segmento comprendido entre 1Ghz y 40 Ghz es utilizado para las comunicaciones satelitales. En la siguiente tabla se encuentran los nombres y frecuencias de las diferentes bandas en las que se divide este rango:

Tabla 2. Valores de frecuencia para cada una de las bandas utilizadas en las comunicaciones satelitales

Banda de frecuencia Rango (GHz)

L 1-2

S 2-4

C 4-8

X 8-12

Ku 12-18

K 18-27

Ka 27-40

(Bansal, 2002)

La estación terrena

Por su parte, la estación terrena es un conjun-to de equipos utilizados para comunicarse con el satélite y puede ser fija o móvil, de ahí que ofrezca medíosla posibilidad de transmitir la señal portadora de radiofrecuencia modulada hacia el satélite, mediante el espectro de fre-cuencia uplink y desde el satélite mediante el espectro de frecuencia downlink.

La estación terrena ofrece acceso al satélite para realizar no solo la descarga de los datos registra-dos por los sensores de percepción remota, sino también para hacer el control y la telemetría del satélite, a fin de asegurar el buen desarrollo de la misión. El siguiente diagrama de bloques (Fi-gura 4) muestra un esquema general de los sis-temas que constituyen una estación terrena:

Figura 1. Esquema pictórico de una antena helicoidal

D

L

Dirección dehelix axis

Kolawole, 2002

Figura 2. Esquema pictórico de una antena en forma de bocina

L

h

A

n

Kolawole, 2002

Figura 3. Esquema pictórico de una antena parabólica

Parabola axis

Ape

rtur

e d

iam

etre

D

f

a b

r

Kolawole, 2002

45



Criterios para la selección de la ubicación de la estación terrena

Los principales criterios usados en la selección del lugar de ubicación de la estación terrena son:

a. La topografía del sitiob. Cercanía con lugares que le faciliten la co-

nexión a Internetc. El lugar debe ser lo suficientemente grande

para acomodar la estructura de la antena, el edificio de control y permitir su expansión de ser necesario.

d. Bajos niveles de interferencia en la señal de radio

Parámetros del sistema

Existen tres parámetros que permiten evaluar el desempeño de la estación terrena:

La Potencia Isotrópica Irradiada Efectiva (EIRP), es el producto de la potencia de salida Pt del

amplificador de potencia (HPA) y la ganancia de la antena transmisora Gt, es decir:

La sensibilidad del sistema es el mínimo nivel de señal recibida para la que el sistema funciona sin exceder la tasa de error o la distorsión deseadas. La sensibilidad del sistema suele denominarse umbral y se especifica mediante la temperatura de ruido del sistema T y la ganancia de la ante-na receptora G. A la razón G/T se le denomina figura de mérito del sistema. La ganancia de la antena es determinada por su configuración y el tamaño de su apertura. Por otra parte, la tem-peratura de ruido del sistema se determina así:

Figura 4. Esquema pictórico de los elementos que componen una estación terrena

Albert, 2001

46



Donde:

L1 Pérdidas de potenciaTa Temperatura de ruido de la antenaT0 Temperatura ambienteTe2 Temperatura efectiva de ruido del LNATe3 Temperatura efectiva de ruido del down converterG2 Ganancia del LNA

El error de seguimiento es la desviación de la posición del lóbulo de radiación de la antena, la cual produce errores de apuntamiento ocasio-nados principalmente por la carga de viento so-bre la antena, además de la deriva del satélite.

La capacidad de tráfico del canal mide la canti-dad de información que puede transmitirse por el canal de comunicaciones.

Perturbaciones a las comunicaciones satélite-Tierra

Las comunicaciones entre una estación terrena con un satélite de órbita baja son afectadas por dos efectos perturbadores que deben ser toma-dos en cuenta en el dimensionamiento del enla-ce. Estas perturbaciones, que son en general el efecto Doppler y el efecto de atenuación debido a la lluvia, afectan tanto la potencia como el an-cho de banda. A continuación se mostrarán con más detalle las consecuencias de estos efectos sobre las comunicaciones entre el satélite y la estación terrena.

El efecto Doppler

Una de las características más importantes de los sistemas satelitales de órbita baja es la rá-pida variación de la geometría entre el satélite y la estación terrena. Esto significa que en la estación terrena un receptor experimenta una variación temporal del desplazamiento Doppler de la frecuencia portadora del canal de comu-nicaciones.

Este desplazamiento de frecuencia cambia a medida que el satélite pasa sobre la estación te-rrena y su valor depende de la posición de ésta.

En una órbita circular este desplazamiento Do-ppler está dado por:

Donde:

f0 es la frecuencia de la portadorac es la velocidad de la luzµ es la constante de gravitación universalrE es el radio de la Tierran es la altura de la órbita del satélite

es la elevación del ángulo de visión es el ángulo entre la línea proyectada

sobre el plano tangente al punto de la superficie terrestre sub-satélite.TR es el periodo de rotación de la Tierralt es la latitud de la estación terrena

El efecto Doppler es un factor crítico en la de-gradación de la eficiencia espectral, puesto que consiste en la variación de la frecuencia emiti-da por el transmisor del satélite, esto debido al movimiento relativo del mismo con respecto a la superficie terrestre. Si el satélite se aleja de la estación terrena, las ondas de radio emitidas por el transmisor experimentan un corrimiento hacia las bajas frecuencias y si el satélite se acer-ca hacia la estación terrena ocurre lo opuesto, esto es, las ondas sufren un corrimiento hacia las altas frecuencias.

Atenuación por lluvia

Otro efecto perturbador se refiere a la atenua-ción ocasionada por la lluvia que constituye uno de los factores de degradación de la señal de comunicaciones más importantes en las bandas de alta frecuencia, usadas para establecer los enlaces de comunicaciones de la estación terre-na con los satélites.

La atenuación por lluvia se modela utilizando la siguiente expresión:

47



Donde, a y b son coeficientes teóricos calcula-dos a partir de análisis de propagación electro-magnética en gotas esféricas y definidos como,

rr es la tasa de lluvia en mm/h y L es la longitud de la trayectoria de la lluvia

A continuación se mencionarán las nuevas tendencias en sistema de comunicaciones sa-telitales.

Comunicaciones ópticas

El desarrollo de las comunicaciones ópticas de espacio libre avanza para convertirse en una mejor alternativa a las comunicaciones que emplean microondas, puesto que ofrecen ve-locidades mucho más altas para la transmisión de datos, haces con menor divergencia y por lo tanto terminales más pequeñas, además de necesitar menos potencia que los transceivers (transceptores) de microondas tradicionales. Sin embargo, aún existen problemas por solucionar en la intención de mantener un enlace óptico confiable.

La comunicación denominada óptica se logra utilizando enlaces láser punto a punto. Para ini-ciar la comunicación las dos terminales necesi-tan saber la posición del otro para alinearse y para mantener la comunicación cada terminal debe hacer seguimiento preciso del otro para que el enlace no se pierda.

Existen algunas perturbaciones que afectan el alineamiento:

1. Perturbaciones en el movimiento de los ter-minales.

2. Movimientos relativos rápidos.3. Perturbaciones en el medio de propagación

del láser, entre otros.

La transmisión óptica de datos utilizando rayo láser se emplea para enlaces con gran ancho de banda, como en el caso de satélites con tecno-logía radar y con instrumentos ópticos con gran capacidad hiper-espectral.

El LCT (Tesat-Spacecom laser communications terminal) o terminal de comunicaciones láser en el satélite alemán para la observación de la Tierra, llamado TerraSAR-X, transmite datos a una estación terrena óptica controlada por DLR (German Aeroespace Center) . La estación terrena puede hacer seguimiento del satélite y recibir señales del terminal láser en el satélite. En la actualidad se plantea que el empleo del rayo láser permitiría la transferencia de datos a velocidades superiores a las que se obtienen hoy en día con los sistemas de comunicación con-vencionales en microondas.

La más reciente tecnología permite que los saté-lites de órbita baja se comuniquen con la esta-ción terrena durante 8 minutos por cada paso. Se estima que 5.6 Gigabits por segundo pue-den ser transferidos en cada uno de estos pasos, equivalentes a 70 DVDs, aproximadamente. Es-tas tasas de transferencia tan altas son posibles debido a que la frecuencia de la luz láser es más alta, lo que permite transmitir mayor informa-ción en la unidad de tiempo con una cantidad de energía inferior a la empleada con las micro-ondas (Figura 5).

Figura 5. Ejemplo de una estación terrena óptica

Fuente: DLR

Transmitir información de esta manera requiere un alineamiento muy preciso del receptor, toda vez que a pesar de la alta velocidad con la que se mueve el satélite a través del cielo, el haz de láser tiene una divergencia menor de un milésimo de grado. Esto significa que el foot print del rayo láser tiene un diámetro de tan solo unos metros, a una distancia de entre 500km y 2000 Km.

48



Esta tecnología ya ha sido probada en el pro-yecto germano-japonés KIODO (Kraris’s optical downlink to oberpfaffenhofen). En este proyec-to, en 2006 una estación terrena óptica alemana capturó en forma exitosa un rayo láser japonés llamado OICETS (Optical Interorbit Communica-tions Engineering Test Satellite).

Esquemas de modulación de alto orden

Los esquemas de modulación de alto orden, ta-les como UPSK y16 QAM, son más eficientes en ancho de banda pero a su vez son más sensibles a las no linealidades causadas por el amplifica-dor de salida en saturación. Dos esquemas de modulación de alto orden aptos para contra-rrestar el problema de saturación del amplifica-dor de salida son: 16APSK y 32 APSK.

APSK es eficiente tanto en ancho de banda como en potencia y está particularmente ade-cuado para canales no lineales. Con este esque-ma de modulación el canal lineal se acerca al del esquema 16QAM.

Radar

A diferencia de los dispositivos ópticos, los sen-sores de radar son sistemas activos que poseen su propia fuente de energía para “iluminar” la

Tierra. Esta característica le permite observar no sólo durante el día sino también durante la noche. La energía de la señal del radar está constituida por microondas, casi siempre en las bandas L, C ó X. Cada longitud de onda en una polarización dada interactúa en forma diferente con la vegetación permitiendo definir mejor sus partes constituyentes.

La penetración en la vegetación es proporcio-nal a la longitud de onda, razón por la cual la banda L puede penetrar más la cobertura de vegetación, circunstancia que permite obtener información del suelo pues las microondas son sensibles a la estructura de la vegetación y a su contenido de humedad.

Utilizando las nuevas técnicas polarimétricas es posible discriminar las especies de vegetación en el terreno, mientras que los nuevos métodos interferométricos posibilitan la realización de modelos digitales de elevación que determinan de manera precisa la altura de los árboles.

Una ventaja adicional de los sistemas de obser-vación que utilizan el radar, es que pueden pe-netran las nubes, una característica importante para la observación de territorios ubicados en la línea del ecuador, ya que facilita la observación sin que importen las condiciones presentes en el trópico húmedo.

Las anteriores son algunas de las ventajas del uso del radar para la obtención de imágenes sa-

Tabla 3. Ventajas y limitaciones en las diferentes aplicaciones

ÁREA DE APLICACIÓN VENTAJAS LIMITACIONES

METEOROLOGÍA Sensible a estructura de nubes Baja relación señal a ruido

AGRICULTURA DE PRECISIÓN Sensible a tipo de cultivo Deformación lateral

DIAGNÓSTICO DE CARRETERAS Alta resolución vertical Baja resolución horizontal

MONITOREO DE DESASTRES Funcionamiento en todo clima --------------------------

UTILIZACIÓN DE LA TIERRA Penetración de las nubes Baja resolución

MOVIMIENTO Y EVOLUCIÓN DE ESTRUCTURAS PRECIPITANTES

Sensible a velocidad y composición de las nubes --------------------------

FORESTAL Sensible a estructura de la vegeta-ción Alto costo

Tabla realizada por Iván López -integrante grupo de Ingeniería Satelital, 2008.

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telitales, no obstante este sistema de detección presenta algunos inconvenientes tales como la saturación resultada de la dispersión producida por grandes biomasas, la reducción de la resolu-ción debida al efecto Speckle (este efecto es un patrón de intensidades aleatorio producido por la interferencia mutua de un conjunto de fren-tes de onda), la baja relación señal a ruido que presenta, además del incremento en los costos que comporta su implementación en contraste con el método óptico tradicional (Tabla 3).

Finalmente, el volumen de información para analizar que es obtenido con sensores de radar, es más grande que el registrado en el caso ópti-co. Esto debido a que la tasa de muestreo de la señal de radar es mil veces mayor que en el caso del sensor óptico.

A continuación se muestran las ventajas y limi-taciones más relevantes de usar un radar en las principales necesidades colombianas en cuanto al tema de observación de la Tierra.

Conclusiones

El sistema de comunicaciones permite descargar las imágenes captadas por los sensores a bordo del satélite, además de hacer telemetría y con-trol del satélite desde tierra.

Para establecer la comunicación estación terre-na- satélite se emplean antenas de tipo parabó-lico, helicoidal y bocina.

Los efectos más importantes que afectan la co-municación satélite- estación terrena son: el co-rrimiento de frecuencia debido al movimiento del satélite y la atenuación por lluvia.

Debido a la necesidad de aumentar la cantidad de información que se descarga de los satélites de observación de la Tierra, para satisfacer las aplicaciones de las mismas, se están empleando técnicas ópticas que permiten descargar imáge-nes de alta resolución a tasas de transferencia muy altas.

Los sistemas de observación de la Tierra del tipo RADAR no son afectados por condiciones de alta nubosidad debido a que emplean micro-ondas para iluminar la Tierra, además poseen como ventaja la observación nocturna.

50




LUSH, D. Introduction to Microwave Remote Sensing. In-troduction to Microwave Remote Sensing.Michigan State University. 1999.

BANSAL, R. HandBook of Engineering Electromagnetics, ISBN 0-8247-5628-2, Marcel Dekker. 2004.

Ha T Digital Satellite Communications. ISBN 0-07-025389-7, Mc Graw Hill, 1990.

KOLAWOLE, M. Satellite Communications Engieering. ISBN 0-8247-0777-X ,Marcel Dekker. 2002.

HENDERSON, F. Principles and Applications of IMAGING RADAR. Jhon wiley and Sons Inc. 1998.

ALBERT, B. Ground Segment and Earth Station Handbook., Artech House. 2001.

Ali, I. et al. Doppler Characterization for LEO Satellites. IEEE transactions on communications. 1998. Vol. 46, no. 3. p. 309.

KIM, shin. S. et al. Rain Attenuation and Doppler Shift Compensation for Satellite Communications. ETRI Jo-urnal. 2002. vol. 24, no. 1

Referencias bibliográficas en internet

[En línea] Disponible en Internet: http://rst.gsfc.nasa.gov/Intro/Part2_23.html

[En línea] Disponible en Internet: http://envisat.esa.int/handbooks/asar/CNTR1-1-6.htm

[En línea] Disponible en Internet: http://www.dartcom.co.uk/

[En línea] Disponible en Internet:www.nlr.nl/id~4300/lang~en.pdf

[En línea] Disponible en Internet: www.emo.org.tr/resi-mler/ekler/05e2327a8ceada0_ek.pdf

[En línea] Disponible en Internet: http://www.dopsys.com/theory.htm

[En línea] Disponible en Internet: http://www.medana.uni-bas.ch/eng/tcd/tcd7.htm

[En línea] Disponible en Internet: http://www.dlr.de/en/DesktopDefault.aspx/tabid-1/86_read-14120/

Sistemas de potencia y propulsión de satélites de observación de la Tierra-EOS

RESUMENEn este artículo se muestra el estado de la tecnología actual de los sis-temas de potencia y propulsión de satélites de observación de la Tierra-EOS. Para ello fue necesaria una exhaustiva búsqueda de la información en literatura especializada. Se encontró que en la actualidad los siste-mas de potencia mas utilizados para alimentación de energía de saté-lites EOS son baterías de Litio-Ion que presentan consumos inferiores a 1kW. En el caso de los sistemas de propulsión se encontró que el mono-propulsante líquido, llamado Hydrazine (N2H4), es el tipo de propulsante más usado en la actualidad para los sistemas de propulsión de satélites de observación de la Tierra de órbita baja.

Palabras claves: batería, celda solar, impulsor, propulsante

ABSTRACTThis article shows the art tech of the power and propulsion system of satellite for Earth observation-EOS. For this reason was necessary to look for the information in specialized literature. We found that the best power system to give energy to the satellite payload is the litho-Ion battery. In the case of propulsion system we found that the monopro-pellant hydrazine (N2H4) was the best propellant.

Key words: battery, solar cell, thruster, propellant

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Introducción

Los sistemas de potencia y propulsión son fun-damentales para el mantenimiento de la misión satelital en órbita y el debido cumplimiento de los objetivos de la misma en los tiempos esta-blecidos. Los sistemas de potencia en cabeza de los paneles solares, proporcionan la energía ne-cesaria para el funcionamiento de la carga útil (principalmente de los sensores de percepción remota); por su parte, gracias a la ayuda de pro-pulsores (mejor conocidos como thrusters), los sistemas de propulsión permiten que el satéli-te mantenga sus parámetros orbitales iniciales, evitando así que la misión termine en un tiempo no planeado.

A continuación, se mostrará con mas detalle el estado actual de la tecnología de estos sistemas que están involucrados con el buen desarrollo de una posible misión colombiana de observa-ción de la Tierra.

Sistemas de potencia de satélites de observación de la Tierra

El subsistema de potencia para un satélite de observación de la Tierra incluye tres compo-nentes fundamentales, a saber: las baterías, las celdas solares y el sistema de distribución de potencia. El desarrollo de estos dispositivos ha evolucionado mucho en la última década y tanto su desempeño como eficiencia, permiten la construcción de satélites con poca masa, so-bre todo a razón del desarrollo de nuevos ma-teriales que han posibilitado la construcción de baterías muy livianas y con alta capacidad de corriente, además de celdas solares con mate-riales policristalinos combinados con lentes es-peciales que han aumentado significativamente su eficiencia.

Desde comienzos de la década de los 90 se lan-zó una variedad de satélites de gran tamaño y con necesidades energéticas superiores a 5kW, para los que se utilizaron baterías de Níquel-Cadmio y de Ni-H2, por su capacidad para so-portar miles de ciclos carga-descarga y manejar altas corrientes.

Las baterías de Ni-H2 continúan siendo vigentes pero su uso ha disminuido debido a la tenden-cia de construir satélites de poco tamaño y de bajo consumo. Las baterías utilizadas en la ac-tualidad para satélites con consumos inferiores a 1kW, son las baterías de Litio-Ion, tecnología que fue impulsada gracias a la telefonía celular y que ofrece varias ventajas para tecnología sa-telital respecto de las viejas baterías de Níquel-Cadmio, utilizadas unos diez años atrás.

Este tipo de baterías fue adoptado en pequeños satélites de observación de la Tierra por tener las siguientes ventajas:

a. Las baterías Litio-Ion de última generación presentan un nivel de tensión del orden de 3.6V, con una densidad energética de 120-140Wh-Kg, lo que permite reducir el espacio de empaquetado en la estructura del saté-lite y adicionalmente la posibilidad utilizar un banco de baterías de respaldo para au-mentar el tiempo de vida de la misión. En-contraste, las baterías de Ni-Cd trabajan a 1.2V y presentan a largo plazo un efecto de memoria que reduce su eficiencia.

b. Las baterías de Litio-Ion permiten hasta un 30% de profundidad de descarga para un aproximado de 20000 ciclos de vida útil. Asi-mismo, trabajan a la temperatura típica inter-na del satélite (20°C) y además son de bajo costo por ser producidas comercialmente.

Para mantener los requerimientos energéticos de los satélites se han utilizado como fuente pri-maria dos tecnologías diferentes: la química y la solar. La química utiliza celdas de combustible, es apropiada para misiones de corta duración y que requieran equipos de alto consumo energético. La solar se basa en el uso de celdas solares de material semiconductor y en la actualidad se uti-liza para la mayoría de las misiones satelitales.

En cuanto a las celdas solares de última genera-ción la tendencia es utilizar materiales que com-binen tres, cuatro o más estructuras cristalinas, para aumentar tanto su eficiencia como su den-sidad energética. Inicialmente las celdas solares se fabricaban con Silicio (Si) o con Arsenuro de

56



Galio (GaAs); hoy en día se producen paneles solares utilizando tecnologías de doble juntura y triple juntura, aunque en los últimos tiempos se emplean tecnologías de cuatro junturas. La com-binación típica es GaInP2/GaAs/Ge.

Las celdas policristalinas alcanzan densidades energéticas de hasta 330W/m² y eficiencias del 30%, en contraste con las celdas de GaAs: 185 W/m², cuya eficacia máxima es de 18%. Una de las ventajas de utilizar paneles solares eficien-tes y pequeños, es que se pueden acoplar di-rectamente a la estructura y forma del satélite aprovechando al máximo la radiación solar y disminuyendo el arrastre típico que produce un panel desplegado.

El sistema de distribución de potencia avanza de forma paralela con la última tecnología en electrónica de potencia. De esta manera tanto el sistema de carga de baterías como los regula-dores de tensión del bus alcanzan eficiencias de hasta el 98% [2]. Algunos componentes (senso-res y sistemas de comunicaciones) necesitan un completo aislamiento de la tensión del bus y en este caso siempre se han utilizado conversores DC-DC. En un principio, dichos dispositivos te-nían eficiencias inferiores al 40% [4], mientras que hoy en día, gracias al avance de las fuentes conmutadas y la tecnología MosFet, los conver-sores DC-DC logran eficiencias de trabajo del orden de 80%.

En cuanto a los sistemas de conmutación, éstos utilizan en gran medida relays de estado sólido en reemplazo de los relays electromecánicos, excepto en componentes muy críticos en donde una falla o un cortocircuito comprometan seria-mente la tensión del bus.

Sistemas de propulsión de satélites de ob-servación de la Tierra

Los satélites colocados en órbita baja pueden necesitar sistemas de propulsión a fin de com-pensar la fricción generada por el drag atmos-

férico y así mantener la altura de la órbita inicial en la que fue colocado el satélite y así evitar una muerte prematura de la misión. Los sistemas de control de attitude requieren también del em-pleo de pequeños propulsores (thrusters)1 para el control directo o para ajustar el momento angular del satélite. Finalmente, para asegurar la re-entrada (de-orbit) del satélite hacia la at-mósfera muy baja (alrededor de los 100km), se deben utilizar los sistemas de propulsión, los cuales están divididos en propulsores (thrusters), propulsantes y tanques2. Estos sistemas quedan caracterizados al encontrar el rango permitido para los siguientes dos parámetros, acorde con la misión satelital de estudio:

1. Thrust (Empuje)2. Impulso específico

El thrust F es la cantidad de fuerza aplicada al propulsor (thruster), basada en la expulsión de gases por parte del propulsor.

El impulso específico ISP se define matemática-mente como: ISP = F / mg

Tal como lo describe la fórmula anterior, el im-pulso específico es una medida del contenido de energía de los propulsantes, es decir, deter-mina qué tan eficiente es la conversión del pro-pulsante en thrust.

En la actualidad existen cuatro tipos de estos sistemas seguros para misiones espaciales de observación de la Tierra3: propulsión sólida, pro-pulsión de gas-frío, propulsión liquida, y pro-pulsión eléctrica4.

La primera es utilizada para realizar maniobras que impliquen grandes impulsos tales como la puesta en órbita de un satélite. Las tres restantes son utilizadas para realizar múltiples maniobras de pequeños impulsos como el mantenimiento de la trayectoria de satélites de observación de la Tierra y controlar que su amputamiento sea cada vez más precisa.

1. Con este nombre también son conocidos los sistemas de propulsión de un satélite.2. http://cs.astrium.eads.net/sp/3. http://www.lr.tudelf.nl/live/pagina.jsp?id=849b19e2-a5ce-4c5b-a116-c6c71ae0b977&lang=en4. http://rt.grc.nasa.gov/power-in-space-propulsion/propulsion-propellants/

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Los sistemas de propulsión líquidos se dividen en monopropulsantes, bipropulsantes y propul-santes en modo dual e híbridos. El monopro-pulsante líquido, llamado Hydrazine (N2H4), es el tipo de propulsor más usado en la actualidad para los sistemas de propulsión de satélites de observación de la Tierra (órbita baja)5.

A continuación se muestran algunos de los prin-cipales usos de los sistemas de propulsión en misiones satelitales.

Tabla 1. Usos de los diferentes tipos de propulsores de satélites de observación de la Tierra.

Tecnología de propulsión Inserción en la órbita es-cogida

Mantenimiento de la órbita Control de attitude

Gas frío X X

Sólida X

Líquida:MonopropulsanteBipropulsanteModo dualHíbrido

XXX

XXXX

XX

Eléctrico:ElectrotérmicoElectrostáticoElectromagnético X

XX

XX

(Wertz J. et al., 1999)

5. http://cs.astrium.eads.net/sp/SpacecraftPropulsion/Heritage/sc-files/intro.html

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La siguiente tabla consiste en un listado más detallado tanto de las ventajas como de las desventa-jas de los sistemas de propulsión más utilizados en misiones espaciales.

Tabla 2. Características específicas, ventajas y desventajas de los sistemas de propulsión más usados en misiones espaciales.

Tecnología de propul-sión Propulsante

Tipo de ener-gía del pro-ceso

Impulso especi-fico (en el vacío) (s)

Rango del thrust (N) Ventajas Desventajas

Gas frío N2,NH3,Freón, helio Alta presión 50-75 0.05 hasta

200

F u n c i o n a -miento sim-ple, Confiable y bajo costo

Pesado

Sólido

Polímeros orgáni-cos, perclorato de amonio, aluminio pulverizado

Química 280-300 50 hasta5x106

Simple, con fiable

Alto thrust,Altos estándares de seguridad

Líquido:Monopropulsant e

H2O2N2H4

Exotérmica 150-220 0.05 hasta0,5

Simple, con fiable bajo costo

Alto peso

LíquidoBipropulsante O2 y RP-1 Química 350 5 hasta

5x106Alto desem-peño Diseño complejo

O2 y H2 Química 450 “ “ Criogénico

N2O4 y MMH Química 300-340 “ “ Tóxico, peligroso.

F2 y N2H4 Química 425 “ “ “

OF2 y B2H6 Química 430 “ “ “

CIF5 y N2H4 Química 350 “ “ “

Modo Dual N2O4/N2H4 Química 330 3 -200 Buen Desem-peño “

Híbrido O2 y Polietileno Química 225 225 hasta 3.5x105

Requiere oxidar el sistema de com-bustible

ElectrotérmicoResistojet

N2,NH3

N2H4,H2

Calentamien-to óhmico1 150-700 0.005 hasta

0,5Bajo consumo de potencia

Interface muy complicada

ElectrotérmicoArcjet

NH3,NH4

H2

Calentamien-to de arco eléctrico2

450-1500 0.05 hasta 5 “ “

Electrostático

Ion Hg/A/Xe/Cs Electrostático 2000-60005x10-6

hasta0.5

Alto desem-peño

Alto consumo de potencia

Coloide Glicerina 1200 “ “ Diseño muy expe-rimental

Efecto hall trhuster Xenón 1500-2500 “ “ “

Electromagnético

MPD Argón Magnético 2000 25 hasta 200

Alto consumo de potencia, costoso

Plasma pulsado Teflón “ 15005x10-6

hasta0.005

“ Bajo thrust,

Fuente: Wertz J. et al., 1999

59



Futuras tendencias investigativas en cuan-to a sistemas de propulsión satelital

Desde 1996 la NASA viene adelantando una se-rie de proyectos enmarcados en un programa que han denominado The Breakthrough Propul-sion Physics. Este programa investiga acerca de sistemas de propulsión que no requieran gasto de ningún tipo de propulsante, que alcancen los máximos niveles de velocidad de los vehículos espaciales, además de investigar los tipos de dispositivos que puedan lograr esta tarea.

Los temas que se ha investigado incluyen expe-rimentos y teorías relativos al acoplamiento de la gravedad con el electromagnetismo y las fluc-tuaciones de la energía del vacío, entre otros .

60



Conclusiones

A lo largo de este documento se mostraron los diferentes tipos de baterías utilizadas en misio-nes satelitales y la preferencia actual por adoptar las baterías de Litio-Ion como fuente de energía secundaria en pequeños satélites de observación de la Tierra, por su alta capacidad energética y muy bajo costo de fabricación.

El uso de paneles solares como fuente primaria de energía en misiones satelitales se seguirá im-plementando por las ventajas que estos dispo-sitivos ofrecen en el ambiente espacial; además, las nuevas tecnologías que utilizan materiales policristalinos han permitido el desarrollo de celdas solares de alta eficiencia muy útiles en los minisatélites de observación de la Tierra que se están fabricando actualmente.

La variable decisoria para determinar qué tipo de propulsante es más adecuado para utilizar en una misión satelital, es el impulso específi-co, consistente en una medida del contenido de energía de los propulsantes, es decir, determina qué tan eficiente es la conversión del propulsante en thrust.

Dependiendo de las maniobras que requiera la misión satelital, así va ser el tipo de propulsante a utilizar. Sin embargo, es recomendable utili-zar propulsión sólida para tareas que impliquen grandes impulsos, tales como la puesta en órbita de un satélite. La propulsión líquida y eléctrica son recomendables para tareas de pequeños im-pulsos, como el ajuste de la altitud del satélite.

Se mostró que existe una variedad de sistemas de propulsión que son utilizados para el desarrollo de diferentes misiones espaciales. En el caso de una posible misión satelital de observación de la Tierra colombiana el monopropulsante líquido, llamado Hydrazine (N2H4), sería el tipo de pro-pulsor más conveniente, puesto que su impuso específico (en el vacío) de 150s-220s podría ha-cer el mantenimiento de su órbita baja.

61




ANDRINGA, J. HASTINGS, D. A systems study on how to dispose of fleets of small satellites. Tesis master in science, Department of Aeronautics and Astronautics, Massachussetts Institute of Technology. 2001.

GRIFFIN, M. and FRENCH, J. Space Vehicle Design. AIAA. Second edition. 2004.

HYDER, A.; WILEY, R.; HALPERT, G.; FLOOD, D. y SABRI-PUOR, S. Spacecraft Power Technologies. World Scien-tific Publishing Company, 2000.

MILLIS, M. Assessing potential propulsion breakthroughs. Annals New York Academy of Science. 2005. vol. 1065, p. 441-461.

PATEL, M. Spacecraft Power systems. CRC Press. 2005.

Sup, S. Spacecraft Subsystems, Electrical power subsys-tems, Korea Aerospace Research Institute, 2007.

WERTZ. J. Space Mission Analysis and Design, Space Tech-nology Series, Third Ed. 1999.


[En línea] Disponible en Internet: http://www.ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/Aeronautics-and-Astronautics/16-851Fall2003/9E3D57EC-1476-4ED6.../l3_scpower-sys_dm_done2.pdf

[En línea] Disponible en Internet: www.jhuapl.edu/techdi-gest/td1701/panneton.pdf

[En línea] Disponible en Internet: http://www.tudelft.nl/live/pagina.jsp?id=4f8343a4-bb73-4691-aaa7-15-e5b7e895ec

[En línea] Disponible en Internet: http://www.stormingme-dia.us/57/5732/A573203.html

[En línea] Disponible en Internet: : http://www.gltrs.grc.nasa.gov/reports/1998/CR-1998-206607.pdf

[En línea] Disponible en Internet: http://www.lss.mes.ti-tech.ac.jp/ssp/cubesat/subsystem/eps/index_e.html

[En línea] Disponible en Internet: http://www.csplab.kaist.ac.kr/ lecture/SatRec2007/lecture_notes/EE807_070322.pdf

[En línea] Disponible en Internet: www.eng.auburn.edu/users/vossjam/aero4740/Requirements.doc

[En línea] Disponible en Internet: http://rt.grc.nasa.gov/power-in-space-propulsion/propulsion-propellants/

[En línea] Disponible en Internet: http://www.lr.tudelft.nl/live/pagina.jsp?id=849b19e2-a5ce-4c5b-a116-c6c71ae0b977&lang=en

[En línea] Disponible en Internet: http://www.lerc.nasa.gov/WWW/bpp/index.html

[En línea] Disponible en Internet: http://cs.astrium.eads.net/sp/SpacecraftPropulsion/Heritage/sc-files/intro.html

[En línea] Disponible en Internet: http://cs.astrium.eads.net/sp/

Sistema estructural de satélites de observación de la Tierra

RESUMENEl sistema estructural del satélite está compuesto por todos los elemen-tos que brindan soporte y estabilidad a cada uno componentes ope-racionales del satélite. Está dividido en: estructura primaria, la cual es el esqueleto o columna vertebral del satélite; estructuras secundarias, como es el caso de la estructura de la antena y del panel solar; y es-tructuras terciarias que incluyen pequeños soportes, cajas y blindajes. Además de soportar los componentes del satélite, el sistema estructural debe estar en la capacidad de proteger los componentes del entorno de lanzamiento, del entorno espacial y el operacional, así que es necesario conocer el ambiente al cual estará sometido el satélite para formular los requerimientos estructurales. Los materiales para la fabricación de los elementos estructurales tienen como características baja densidad, alta resistencia mecánica, alta rigidez y bajos coeficientes de expansión térmica. Son usadas comúnmente las aleaciones de aluminio, titanio y berilio, y materiales compuestos como la fibra de carbono. Diversos tipos de estructuras se utilizan en la actualidad para la construcción de los satélites, y han sido adoptadas las estructuras cerradas para la cons-trucción de estructuras primarias en satélites de observación de la Tierra por su buen desempeño.

Palabras claves: entorno del satélite, materiales aeroespaciales, estructuras satelitales, materiales estructurales.

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Introducción

El presente artículo pretende dar a conocer as-pectos básicos, avances y tecnologías utilizadas hasta el momento, en cuanto a mecánica sate-lital y más específicamente relacionados con el sistema estructural del satélite. Se trata en prin-cipio del tema de los entornos o ambientes con los que interactúa el satélite, debido a que gran parte de los requerimientos que deben cumplir las estructuras dependen de los efectos produ-cidos por esta interacción.

Posteriormente, se abarca el área de los materia-les que son usados en la fabricación de estruc-turas para satélites; y también materiales para uso en algunos mecanismos y para protección de superficies. para terminar, se plantean los ti-pos de estructuras que son usados para la fabri-cación de estructuras primarias y secundarias.

Generalidades

En un satélite, al igual que en cualquier otra máquina, la estructura cumple la función de brindar el soporte y la estabilidad a todos los componentes, dispositivos y subsistemas que contribuyen al desarrollo de la función princi-pal. Asimismo, las estructuras deben proteger de forma integral al satélite de las condiciones dinámicas tanto del entorno de lanzamiento como del de operación.

Tales estructuras se dividen en tres tipos, a saber: la estructura primaria, considerada la columna vertebral o cuerpo del satélite, mantiene unidos y da soporte a todos sus subsistemas y compo-nentes, incluyendo otras estructuras; además de ser la interfaz entre los componentes del satéli-te y el vehículo de lanzamiento. De otro lado, las estructuras secundarias tienen objetivos más específicos, tales como dar soporte a la antena de comunicaciones y a los paneles solares del sistema de potencia.

Finalmente, las estructuras terciarias incluyen alojamientos de componentes como las cajas y demás soportes varios.

Ambiente de lanzamiento y espacial (Launch and Space Environment)

Una vez finalizada la integración del satélite y luego de haber sido emplazado en el vehículo de lanzamiento que lo pondrá en órbita, éste debe interactuar con dos escenarios ambienta-les: el ambiente de lanzamiento y el ambiente de operación o ambiente espacial. Factores exis-tentes en estos dos entornos afectan la vida y la operación de muchos componentes de la instru-mentación y bus del satélite, lo que los convier-ten en requerimientos que deben ser cumplidos para garantizar el desempeño de la misión.

Es bien sabido que la fase de lanzamiento ge-nera un entorno exigente para los componentes del satélite, debido ante todo a la dinámica del vehículo de lanzamiento. Por tal razón los fac-tores del ambiente generado por cada vehículo de lanzamiento deben estar especificados a pro-fundidad.

Los factores que hacen parte de las condiciones dinámicas de la fase de lanzamiento pueden ser determinados en la medida en que sean pará-metros medibles. Esta labor la realizan los di-señadores, fabricantes y administradores de los vehículos de lanzamiento. Dichos parámetros son los siguientes:

a. El estado estable de la aceleración: la máxima aceleración en el sentido de axial o lateral.

b. Las cargas combinadas: combinaciones más severas de carga. Para los vehículos de lanza-miento en general, las frecuencias de estas cargas combinadas están alrededor de 35 Hz en el eje axial y de 20 Hz en el eje late-ral. También son llamadas factores de carga para diseño.

c. El ambiente acústico y de vibración: presen-tan los máximos valores en el momento del despegue y en el de vuelo de régimen tran-sónico. Según se entiende, las condiciones de acústica y la vibración no deben afectar el diseño de la estructura primaria, pero sí el de las estructuras secundarias y terciarias.

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d. El ambiente de golpes: se produce debido a los dispositivos explosivos que son usados para la separación de etapas o de la coraza frontal. Su magnitud alcanza hasta 4500g en instantes de muy corta duración.

e. El ambiente térmico: los mecanismos de transferencia de calor están bien estableci-dos. El valor de la intensidad de flujo de calor hacia el satélite con la coraza frontal es cerca-no a 800 W/m2, y normalmente es de 1135 W/m2 cuando la coraza es desechada.

f. El ambiente de presión: es un ambiente de despresurización para el satélite. La tasa de despresurización, que depende del vehículo de lanzamiento, es un dato suministrado en las guías de lanzamiento de los vehículos.

Ambiente espacial o de operación

Al igual que sobre la superficie de la Tierra hay características tales como la temperatura y la hu-medad, encargadas de determinar el ambiente, se ha detectado que según la zona del espacio también existen ciertos factores que interactúan con el satélite y afectan su desempeño.

Durante varios años de estudios se ha deter-minado la existencia de principalmente cuatro entornos que intervienen en el funcionamiento del satélite en el espacio. Estos factores son: la atmósfera residual, la radiación del universo cer-cano, el plasma y las macropartículas.

Atmósfera residual

La atmósfera residual o neutral es un ambiente característico de órbitas LEO, donde aún existen remanentes de los componentes atmosféricos bajos. Las investigaciones han logrado determi-nar que los efectos generados por la atmósfera residual son causadas sobre todo por el drag at-mosférico, que depende de la forma del satélite, su masa y la densidad del ambiente que rodea al satélite.

Este drag afecta el tiempo de vida de la misión, definiendo las necesidades de combustible y los parámetros orbitales, tales como función del tiempo. Otro efecto es la sublimación (outgas-sing), consistente en un efecto de amplia ex-ploración a razón de la posibilidad de simularlo

en laboratorio. Un reflejo de esto es la base de datos de la NASA, con material apto para uso espacial por su baja tasa de outgassing.

La erosión por oxígeno atómico (AO), es el tercer efecto y al igual que en la sublimación, muchos experimentos se han realizado para clasificar materiales de acuerdo a su tolerancia e identifi-car cuáles son los más eficientes y resistentes.

Las características de la atmósfera residual en-tre las que se encuentran la densidad, que afecta directamente el drag, y la composición elemental, se sabe que fluctúan en función del comportamiento del Sol. Uno de los modelos más utilizados para determinar la densidad de la atmósfera es un modelo estadístico llamado MSIS (Mass Spectrometer and Incoherent Scat-ter), establecido en 1986 con base en la reco-pilación de datos medidos y que depende del índice geomagnético Ap y del flujo solar F10,7, es decir, de la actividad solar.

Ambiente de radiación

El ambiente de radiación está compuesto por un flujo de partículas subatómicas a gran velocidad (radiación corpuscular) y la radiación electro-magnética. Se tiene entendido que las fuentes del flujo de partículas son los cinturones de Van Allen, los Rayos Cósmicos Galácticos (GCR) y los eventos de actividades solares.

El modelo para los cinturones de Van Allen que predice el flujo de partículas es el AE8 y AP8, que está en función de la posición del satélite. El flujo de los GCR varía según la actividad solar y el campo EM de la Tierra actúa como un escudo contra esta radiación.

El flujo de partículas provenientes del Sol ocurre en compañía de las llamaradas solares y de ma-nera esporádica. Los modelos existentes carecen de información suficiente para determinar con exactitud cada cuánto y durante qué periodo ocurrirá un evento de este tipo, así que es muy complicado predecir su aparición; sin embargo, J. Feynman y otros investigadores del JPL (Jet Propulsion Laboratory) de la NASA plantearon un modelo que determina la probabilidad de flujo de protones por año. En general, los mo-

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delos que predicen los flujos de radiación son estadísticos y se basan en información medida durante muchos años.

Los efectos generados por la radiación corpus-cular son conocidos, aunque no en su totalidad. Los SEU o eventos de perturbación son uno de estos efectos y ocurren cuando una partícula energética altera momentáneamente el estado lógico de los elementos electrónicos o hasta ge-nera un daño permanente. A causa del bom-bardeo de electrones de alta energía, la carga de materiales dieléctricos puede producir des-cargas hacia los elementos conductores cuando se supera el potencial de tolerancia del material. El último efecto generado es la degradación de los paneles solares, que a su vez es la primera causa del fallo de una misión satelital.

Debido a los efectos que produce el ambiente de radiación sobre los dispositivos electrónicos, materiales que componen la estructura del saté-lite, así como sobre las celdas solares, ocasiona que éstos deban ser seleccionados para sopor-tar las dosis de radiación; o que sea necesario diseñar blindajes casi siempre de aluminio, con un espesor óptimo calculado para la protección de los componentes en peligro.

Las principales fuentes de la radiación electro-magnética (EM) que interactúan con los satéli-tes son el Sol y los rayos cósmicos. Esta radiación abarca todo el espectro electromagnético desde la radiofrecuencia hasta los rayos X, pasando por la radiación visible e infrarroja.

Los efectos producidos por la radiación EM son: las cargas fotoeléctricas, la degradación de los materiales, ante todo los polímeros altamente susceptibles a los rayos UV; y también el ruido generado en las comunicaciones. Para terminar, la radiación es la responsable del aumento de la temperatura del satélite, así que es el factor de mayor importancia a la hora de realizar el dise-ño del control térmico del satélite.

Ambiente de plasma

El entorno de plasma debe su origen a la fotoio-nización de los componentes de la atmósfera por acción de la radiación UV, EUV y los rayos X. Se divide en tres capas según la composición

y densidad del ambiente, siendo la de más alta densidad la capa F cuya extensión comprende entre los 150 km hasta los 1.000 km.

El modelo utilizado para predecir las condiciones de la ionosfera de una órbita, es el International Reference Ionosphere o IRI, el cual determina la densidad de electrones ne, la densidad de iones ni, además de la temperatura de electrones Te y de iones Ti; en función de la posición, el número R de manchas solares y el tiempo. Está clara-mente establecido que la densidad de electro-nes es mucho mayor en un máximo solar que en un mínimo solar.

Acerca de los efectos producidos por el am-biente de plasma, se ha identificado que el pri-mordial es la carga de la superficie del satélite, seguido por los arcos eléctricos. A fin de evitar los efectos del plasma se planteó que la totali-dad de la superficie del satélite sea de materiales conductores.

Ambiente de partículas macroscópicas

Se puede decir que las fuentes de este ambiente son los meteoritos interplanetarios y la basura localizada (debris). El flujo de meteoritos sobre los satélites se predice introduciendo los pará-metros de trayectoria a modelos fase de den-sidad, que compilan la información obtenida acerca del número de partículas en el espacio, su velocidad y su localización.

Paralelamente, se realizan esfuerzos para in-ventariar la basura espacial, cuyo origen son los materiales y pedazos de piezas desechados du-rante las misiones o por los satélites, así como las sondas en desuso, y que ya supera las 20 to-neladas y los 8782 objetos en órbitas bajas. Para evitar el aumento de basura espacial producida intencionalmente se planteó el tratado de miti-gación IADC (por sus siglas en inglés), también adoptado por las Organización de las Naciones Unidas -ONU. También, modelos en función del tamaño, masa y velocidad, son empleados para determinar el daño que puede causar el impac-to de las micropartículas.

Los daños generados por el impacto de las par-tículas moviéndose a altas velocidades, pueden ser desde la erosión de las superficies por im-pacto de partículas microscópicas, abolladuras

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y hasta el daño total del satélite. La protección contra los impactos de partículas pequeñas son los blindajes, mientras que contra las partículas más grandes se procuran maniobras de evasión utilizando los sistemas de propulsión.

Materiales

Para fabricar las partes de satélite y naves espa-ciales, se han desarrollado infinidad de materia-les, sin embargo la tendencia es conservadora y se sugiere el empleo de materiales que ya se hayan usado en aplicaciones idénticas y pro-gramas similares. Así, metales, polímeros, cerá-micos y materiales compuestos, son utilizados para manufacturar las distintas piezas que con-forman los dispositivos de un satélite.

Los materiales de la industria aeroespacial de-ben contar con propiedades especiales. No es común utilizar materiales de tipo convencional debido a que su comportamiento en el ambien-te espacial puede no ser adecuado. Entonces, se deben realizar las pruebas necesarias para ca-racterizar el material y validar su uso, cualquiera que sea.

Uno de los criterios para seleccionar un material es la tolerancia a las condiciones del ambien-te espacial. Un material apto para uso espacial debe conservar sus propiedades en el ambiente térmico al que será expuesto, debe resistir a la dosis de radiación durante la misión, a la vez que debe ser resistente a la erosión por oxígeno atómico y es necesario que soporte las condi-ciones de vacío, entre muchas otras condiciones más.

Uno de los efectos generados por el ambiente es la sublimación (outgassing) del material. Se pre-senta una compilación de materiales aptos para uso espacial por su baja tasa de gasificación, los cuales se clasificaron según su aplicación.

Materiales estructurales

Los materiales con fines estructurales, además de ser validados para uso espacial, deben cum-plir con ciertos requerimientos específicos. Las

propiedades que debe tener un material para su adecuado uso en estructuras son:

a. Alta resistencia específicab. Alta rigidez específicac. Baja densidad, el peso es una restricción de

costo de la misión.d. Alta estabilidad dimensional, lo que se tra-

duce como bajo coeficiente de expansión térmica.

Las propiedades mecánicas, de compatibilidad, eléctricas, magnéticas y demás; de un material estructural deben ser conocidas y determinadas según pruebas.

En la actualidad, los materiales usados para la fabricación de estructuras pueden ser metálicos, como por ejemplo las aleaciones de aluminio, ti-tanio, y berilio. De igual manera, se proyecta con éxito el uso de las aleaciones de aluminio-berilio, a razón de sus excelentes propiedades.

También, se emplean con frecuencia materia-les compuestos tales como el carbón-epóxico (CFRP), uno de los compuestos más utilizados por su buen desempeño. Otros compuestos uti-lizan fibras de vidrio, aramida, boro y se usa car-buro de silicio en matriz metálica de aluminio, estructuras de alta estabilidad dimensional. El SiC-100 tiene los más altos valores de rigidez específica y estabilidad dimensional, entre los materiales para uso espacial. Por tales caracte-rísticas es el material de mayor funcionalidad usado en elementos ópticos.

En la Tabla 1 se comparan algunos de los mate-riales utilizados y su aplicación

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Tabla 1. Materiales con fines estructurales

Uso estructural Material (ref.) Comentarios

Cuerpo y tapas de estructura, componentes de entrama-dos,

Aleación de aluminio (2219-T8511, 6061-T62) Buena resistencia a la corrosión

Aleación de aluminio (7075-T73) Baja resistencia a la corrosión

Aleaciones de magnesio ( MG-AZ31B, ZK60A-35) Bajo pesoBaja resistencia a la corrosión

Compuesto B/Al Costoso

Compuesto grafito/epoxy Estructuras monocasco

Láminas para estructura de paneles

Aleación de aluminio (2014-T6, 7075-T73) Baja resistencia a la corrosión

Compuesto grafito/epoxy, kevlar Uso en estructura de paneles solares

Soporte de antena y compo-nentes ópticos

Berilio Alta rigidezBaja expansión térmica

Grafito/epoxy

Carburo de silicio (SiC-100)

Sarafin T. 2003

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Materiales usados para mecanismos

El rango de materiales empleados para la fabri-cación de mecanismos es también grande. Al igual que los materiales estructurales, los mate-riales de los mecanismos deben cumplir una se-rie de requerimientos específicos según su uso y por tal razón sus propiedades deben conocerse también a profundidad.

Fabricar elementos como los engranajes implica el uso de aleaciones de acero, aluminio, bronce y polímeros como nylon, según las exigencias mecánicas y demás. Para elaborar resortes se pueden usar aleaciones de acero y aceros inoxi-dables, pero su eficiencia no es la más alta, así que es preferible emplear aleaciones de titanio, específicamente la aleación Beta C, o aleacio-nes especiales como el llamado Elgiloy y la Ni-Span-C.

De otro lado, los rodamientos son fabricados casi únicamente con base en las aleaciones de acero AISI 440C y AISI 52100, aunque se pue-den emplear otras aleaciones metálicas como por ejemplo el berilio-cobre y materiales cerámi-cos como Si3N4 y la alúmina.

Películas y cubiertas

Con el fin de suplir las deficiencias en las propie-dades de algunos materiales, y en suma sobre-llevar las condiciones del entorno, es necesario implementar películas y cubiertas.

Por ejemplo, para evitar que superficies exterio-res susceptibles a la erosión por oxígeno ató-mico se degraden prematuramente, se emplean películas de polímeros fluorados como el FEP, Tedlar, y el Tefzel preferiblemente, aparte de re-cubrimientos o pinturas a base de silicio, que le proporcionan a la película Kapton mayor resis-tencia a la erosión por AO.

Para fortalecer los materiales expuestos en con-tra de la radiación y la sublimación generada por el vacío, se suelen usar cubiertas como el Kapton y Mylar. Éstas funcionan también como cubiertas térmicas que proporcionan a las su-perficies adecuados coeficientes de absorción y

emisión de radiación. Existe una amplia gama de cubiertas para distintas condiciones térmi-cas, como por ejemplo las FEP y las cubiertas aluminizadas, de plata u oro.

Otros materiales

El adhesivo más usado es el epóxico a razón de su fortaleza para soportar la temperatura (am-plio rango de trabajo) y por su resistencia, pero también se emplea silicona de grado espacial y, en menor cantidad, adhesivos de poliuretano y acrílico.

Es necesario el uso de lubricantes sólidos como el MoS2, WS2 y el NbSe2. Existen muchos otros tipos de lubricantes, entre los que cabe mencio-nar el Diamon-like Carbon (DLC), el cual es de alta dureza, baja fricción y bajo desgaste. Los avances tecnológicos en este sentido permiten que hoy en día se emplee lubricante con matriz DLC y embebidas nanocápsulas de lubricantes sólidos como los ya nombrados.

Estructuras

Una estructura espacial debe se capaz de sopor-tar las condiciones que implica una misión, ade-más de cumplir funciones específicas, tal como se detalla en la ref.

En un satélite se identifican tres niveles de estruc-turas: la estructura primaria, las secundarias y las terciarias. La primaria tiene como función brin-dar soporte a todos los componentes del satélite, mientras que las secundarias son las utilizadas para el soporte de antenas y paneles; y las tercia-rias son cajas y soportes destinados a funciones específicas. Es posible realizar su diseño a partir de las condiciones de carga generadas por la di-námica del vehículo de lanzamiento.

Las estructuras primarias para satélites de ob-servación de la Tierra se construyen cerradas debido a que una de sus funciones es brindar protección del medio a los componentes inter-nos. De manera tal que son usadas unas estruc-turas cilíndricas llamadas de “monochoque”, las cuales no tienen refuerzos radiales o axiales y

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son fabricadas en láminas de aleaciones de alu-minio, magnesio, compuestos grafito/epóxico rolado, o paneles tipo sándwich conformados.

Los paneles tipo sándwich, consistentes en dos láminas con un núcleo en el medio, ahora son típicamente usados en la fabricación de las es-tructuras satelitales. El panel honeycomb es el más representativo y se usa para la fabricación de estructuras modulares de toda clase de sa-télites. Estos paneles pueden ser hechos con diversos materiales: el núcleo es de aluminio y algunos casos de aramida, y las láminas pueden ser también de aluminio o compuestos de polí-meros reforzados con fibras.

Para las estructuras secundarias se pueden usar trusses o estructuras tubulares destinadas al so-porte de antenas y paneles, que a causa de las restricciones de espacio impuestas por los ve-hículos de lanzamiento, generalmente son es-tructuras desplegables, de tipo articulado o de tubos telescópicos. A partir de tales estructuras ya implementadas al inicio de la industria espa-cial, se han realizado múltiples desarrollos en este tipo de estructuras desplegables. En la ac-tualidad es cada vez mayor la tendencia a crear estructuras inflables, por cuanto se disminuye tanto el uso de mecanismos y es menor el espa-cio que ocupan plegadas.

Conclusiones

Los factores del entorno de lanzamiento son generados por el vehículos de lanzamiento, mientras que la información necesaria acerca de estos factores, que describen en sí la dinámi-ca del lanzamiento, es brindada por las guías de usuario, las cuales son suministradas por los operadores del vehículo. Los diseños de la es-tructura primaria y los de las estructuras secun-darias, son realizados con base en los valores suministrados por estas guías para los factores del entorno. Por ejemplo, el diseño de la estruc-tura primaria debe hacerse apoyándose en los valores de carga combinada y frecuencia natural ,que son proporcionados por la guía de usuario del vehículo de lanzamiento seleccionado para el posicionamiento del satélite en órbita.

El entorno de operación o entorno espacial pro-duce en el satélite efectos que degradan la fun-cionalidad de los componentes y generan en las estructuras requerimientos de protección para con las partes que pueden ser afectadas. Múlti-ples modelos, generalmente de tipo estadístico, desarrollados por grupos de investigadores con historiales de datos recolectados, ayudan a de-terminar la magnitud de los efectos producidos, y a que se tomen en cuenta para el diseño de estructuras que protejan los componentes fun-cionales del satélite.

Metales, polímeros, cerámicos y compuestos son utilizados para la fabricación de los componen-tes del satélite. En el campo estructural, la fa-bricación de estructuras primarias y secundarias requiere principalmente aleaciones de aluminio o compuesto CFRP, entre otros. Es importante resaltar que al momento de fabricar la estructu-ra del instrumento óptico, sobresale el uso del SiC-100, por tener la mayor estabilidad dimen-sional entre los materiales usados en estructu-ras. Aunque cualquier material se puede incluir en la elaboración de una pieza del satélite, se deben conocer a fondo todas su propiedades mediante las pruebas que sean necesarias, tal como lo indica la normatividad, que es un buen referente para descartar el uso o no de un ma-terial en especial.

En cuanto al tipo de estructura que debe usarse para satélites de observación de la tierra, es claro que la indicada es una estructura de caras ce-rradas, porque brinda la protección necesaria a los componentes internos. En la actualidad, los paneles o honeycomb son muy empleados para la construcción de este tipo de estructuras.

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ANDRINGA, J. HASTINGS, D. A systems study on how to dispose of fleets of small satellites. tesis master in science, Department of Aeronautics and Astronautics, Massachussetts Institute of Technology. 2001.

BITETTI, G. MARCHETTI, M. Degradation of the surfaces exposed to the space environment. DIAA. University La Sapienza, ENEA. Roma, Italia. 2005.

BUCHVAROVA, M. VELINOV, P.I. Modeling spectra of cos-mic rays influencing on the ionospheres of the earth and outer planets during solar maximun and mini-mun. Space Research Institute, Moskovska, Bulgaria. 2005.

CHRISTIANSEN, E.L. HYDE, J.L. BERNHARD, R.P. Space Shuttle debris and meteoroid impacts. Nasa Johnson Space Center and Lockheed Martin Space Operations, Houston TX, USA. 2002.

CONLEY, P. L. Space vehicle Mechanisms. Editorial John Wi-ley and Sons Inc. New York. USA. 1998.

CULVERHOUSE, A. Material Technologies for Space Struc-tures and Mechanisms. Head of Structures Design and Analysis. EADS Astrium Satellites. 2008.

DAROOKA, D. K. JENSEN, D. W. Advanced space structure concepts and their development. American Institute of Aeronautics and Astronautics. UT-USA, 2001.

DELTA, II. Payload Planners Guide. United Launch Aliance, 2006.

DIKAREV, V. GRüN, E. BAGGALEY, J. the New ESA meteo-roid model. Max Planck Institut für Kernphysik y otros, Alemania, 2004.

DURKIN, Craig. Low-Cost continuous production of carbon fiber-reinforced aluminum composites. Tesis de Grado “Master of Science in Materials Science and Enginee-ring”. Georgia Institute of Technology. 2007.

FIRST, Lieutenant. LEE, Philley Thomas Jr. Development, fa-brication, and ground test of an inflatable structure space-flight experiment. Department of the Air Force Institute of Technology. Ohio, USA. 2003.

FORTESCUE, P; STARK, J. and SWINERD, G. Spacecraft Sys-tems Engineering”, Third Edition, 2003.

FUJIMOTO, K. Shioya, T. Satoh, K. Degradation of carbon-based materials due to impact of high-energy atomic oxygen. Department of Aeronautics and Astronautics, The University of Tokyo. Japón, 2002.

GROSSMAN, E.GOUZMAN, I. Space environment effects on polymers in low earth orbit. Space Environment Division, Soreq NRC, Yavne, Israel. 2003.

HASTINGS, D. GARRET, H. Spacecraft Environment Interac-tions. Cambridge University Press. First edition, 2004.

HERVE, Lambert. GUY, Limouzin. The EADS ASTRIUM AS-TROSAT Product Line NEW GENERATION OF HIGH RESOLUTION SMALL AND MICRO SATELLITES EMBAR-KING INNOVATIVE TECHNOLOGIES. EADS Astrium, Toulouse, Francia. 2007.

73



HERVE, Lambert and GUYY, Limouzin. The EADS. Astrium astrosat. Product Line. New Generation of high Reso-lution Small and Micro Satellites Embarking Innovati-ve Technologies. 2007.

KEESEEK, J. The environment of Space. MIT Cour-seopenware. Lecture Notes.

Norma ECSS-E-ST-32-08C. Materials. ECSS-ESA, Holanda. 2008.

Norma ECSS-E-ST-32C. Structural general requirements. ECSS-ESA, Holanda. 2008.

Norma ECSS-Q-70B. Materials, mechanical parts and pro-cesses. ECSS-ESA. Holanda. 2008.

PALMERINI, G. PIZZIRANI, F. Design of the radiation shiel-ding for a microsatellite. Scoula de Ingegneria Aeros-paziale, Universitá degli Studi de Roma La Sapienza, Italia. 1999.

PATER, R. H. CURTO, P. A. Advanced materials for space applications. NASA Langley Research, Hampton-Virgi-nia, USA. 2006.

POTGIETER, M. Solar cycle variations and cosmic rays. Unit for Space Physics, North-West University. Potchefstro-om, South Africa. 2007.

ROETHLISBERGER, G. Phase C: Launch Environment. Space Center, EPFL, Switzerland, 2008.

SARAFIN, T. Spacecraft Structures and Mechanisms: From Concept to Launch., Space Technology Library. USA. 2003.

TIBERT, Gunnar. Deployable Tensegrity Structures for Spa-ce Applications. Royal Institute of Technology De-partment of Mechanics. Tesis Doctoral. Estocolmo, Suecia. 2002.

TURZO, Guy. Structural Materials. 8ème Rencontre natio-nale des mécaniciens. Centre National d’Etudes Spa-tiales. 2007.

XIN, Z. Wu Y, He S. An investigation on the atomic oxygen erosion resistance of surface sol–gel silica films. School of Material Science and Engineering - Harbin Institute of Technology, Key Lab for Supramolecular Structure and Materials - Jilin University. China, 2007.


[En línea] Disponible en Internet: http://outgassing.nasa.gov

Áreas de aplicación de las tecnologías de sensores remotos prioritarias para el país

RESUMENLa Comisión Colombiana del Espacio - CCE creada por Decreto 2442 de 2006, ha venido realizando un proceso de consulta e investigación tanto a nivel documental como interinstitucional, para identificar prio-ridades y áreas específicas de aplicación de los sensores remotos, con el propósito de beneficiar a todos los sectores del país. La determina-ción de estas áreas de trabajo permitirá definir las temáticas en las que el país debe enfocar sus mayores esfuerzos en cuanto a investigación, desarrollo y adquisición de datos; igualmente, brinda elementos para proponer un Plan Nacional de Observación de la Tierra.

Palabras claves: observación de la Tierra, sensores remotos, per-cepción remota, gestión ambiental, riesgo, recursos naturales, salud, seguridad y defensa, planificación urbano regional, sistemas produc-tivos, cambio climático, ordenamiento territorial, recursos minerales y energéticos.

ABSTRACTThe Colombian Space Commission (CCE), created in 2006 by decree 2442, has been conducting a process of documentary research and consultation with different institutions to identify priorities and specific application areas of remote sensing to benefit different sectors of the country.

The identification of these specific areas permit to define the issues on which the country must focus their efforts and resources on research, development and acquisition of data; and bring elements to propose a National Plan of Earth Observation.

Key words: Earth Observation, remote sensing, remote perception, environment management, risk, natural resources, health, security and defense, regional and urban planning, productive system, climate chan-ge, land planning, mineral and energy resources.

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Introducción

En la actualidad existen cerca de 100 misiones de satélites de observación de la Tierra (CEOS 2008) y un buen número de instrumentos aero-transportados que registran datos de las áreas continentales, el océano, la atmósfera, la criós-fera, la gravedad y los campos magnéticos; lo que posibilita monitorear el medio ambiente y los eventos que ocurren en la superficie de nues-tro planeta.

Los avances tecnológicos en el desarrollo de los instrumentos de percepción remota, la investi-gación y formulación de metodologías para el procesamiento de los datos derivados de los mismos, han posibilitado el uso de estas tecno-logías en múltiples campos de aplicación. Es así como en la actualidad es posible medir el im-pacto de un evento sísmico o realizar estudios de subsidencia en grandes extensiones de terre-no, algo que antes se consideraba imposible de conseguir con las tecnologías existentes.

Desde hace algunas décadas Colombia empe-zó a apropiarse de estas tecnologías y a realizar importantes desarrollos para procesar la infor-mación obtenida de los sensores remotos. Con ello se ha fortalecido la investigación y el desa-rrollo de aplicaciones para el cumplimiento de las funciones propias de cada entidad. De forma paralela, ha surgido la necesidad de obtener in-formación más confiable, actualizada, a menor costo y eliminar la duplicidad de información y trabajo en los diferentes sectores del país.

Consciente de las necesidades del país respec-to a los datos de sensores remotos, el gobierno nacional creó la Comisión Colombiana del Espa-cio -CCE, mediante el decreto 2442 del 18 de julio de 2006. La CCE se constituye como: “…la puerta de acceso para que Colombia, fortalezca el conocimiento sobre la Tierra y el espacio ultra-terrestre mediante la utilización de tecnologías modernas y se utilice la información provenien-te de satélites de comunicación, de observación de la Tierra y de navegación satelital, a fin de dinamizar el desempeño de los diferentes secto-res de la economía que demandan información geoespacial.”

Tomando en cuenta estas consideraciones y con el objeto de identificar las necesidades del país en cuanto a estas tecnologías, la CCE a través del Programa de Investigación en Desarrollo Sa-telital y Aplicaciones en el Tema de Observación de la Tierra, realizó una revisión documental de los datos registrados por los satélites de ob-servación de la tierra actualmente en orbita así como de las aplicaciones operativas y en investi-gación de la percepción remota nivel global, De forma paralela se desarrolló un proceso paralelo de interacción y consulta con las entidades que utilizan este tipo de información en Colombia. Este proceso permitió establecer las áreas temá-ticas de aplicación de los sensores remotos que son prioritarias para el país, con el propósito de enfocar la investigación y el diseño de planes, estrategias, proyectos y actividades hacia estos temas.

Metodología

Para definir las áreas temáticas de aplicación de los sensores remotos prioritarias, se tuvo en cuenta el contexto mundial en el tema de obser-vación de la Tierra y las necesidades esenciales del país en esa materia. A nivel mundial se re-visaron los enfoques, prioridades y temas desa-rrollados por diversos sistemas de observación de la Tierra y el estado del arte en aplicaciones de las tecnologías de sensores remotos.

A partir de esta revisión se identificó qué temas prioritarios para el país pueden apoyarse en el uso de sensores remotos, Para tal efecto, se tuvo en cuenta los planes, políticas y lineamientos de desarrollo contenidos en diferentes documen-tos gubernamentales, incluyendo el Plan Na-cional de Desarrollo 2006-2010, el Documento Colombia II Centenario: Visión 2019, CONPES, Objetivos del Milenio, documentos sectoriales, etc.; aparte de acuerdos y compromisos inter-nacionales suscritos por el país y las funciones de las entidades nacionales en diferentes secto-res nacionales.


Las áreas de aplicación definidas se validaron y ajustaron con diferentes sectores del país, me-diante la realización de talleres con las entidades nacionales que usan o son potenciales usuarias de los datos provistos por sensores remotos. En el desarrollo de esta consulta se consolidaron las áreas de aplicación, se identificó el uso ac-tual que dichas entidades hacen de los datos de sensores remotos, los temas prioritarios en los que se pueden emplear, además de los requeri-mientos para incrementar la aplicación de estas tecnologías, con miras a optimizar el desarrollo de sus funciones misionales.

Resultados y discusión

Tras validar la información con los diversos sec-tores prioritarios para el Estado, el grupo de aplicaciones de la CCE, definió 36 áreas temáti-cas de aplicación prioritarias, para el país,, agru-padas en ocho grandes áreas. (Figura 1.)

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Figura 1. Áreas temáticas de aplicación definidas para Colombia

CAMBIO CLIMÁTICO

ORDENAMIENTO TERRITORIAL

PLA

NIF

ICA

CIÓ

NU

RB

AN

O R

EGIO

NA

L Ecosistemas yBiodiversidad

Recurso Hídrico

Océano yZonas Costeras

SALU

D

Epidemiología

Salud Pública

EmergenciasSanitarias

SEG

UR

IDA

D Y

DEF

ENSA

Cultivos Ilicitos

Defensa

Ayuda Humanitaria

SIST

EMA

SPR

OD

UC

TIVO

S

Agrícola

Pecuario

Silvicultura

Piscicultura y Pesca

INFO

RM

AC

IÓN

BÁ

SIC

A

Geología yGeomorfología

Cartografía Base

Cobertura y usode la tierra

ProducciónEstadística

GES

TIÓ

N A

MB

IEN

TAL

Ecosistemas yBiodiversidad

Recurso Hídrico


Atmósfera -Meteorología - Clima.

Suelo

REC

UR

SOS

MIN

ERA

LES

YEN

ERG

ÉTIC

OS

Ecosistemas yBiodiversidad

Recurso Hídrico


Atmósfera -Meteorología - Clima.

Suelo

GES

TIÓ

N D

EL R

IESG

O

Remoción en masa

Inundaciones

EventosSismotectónicos

Volcanes

Sequía

FenómenosAtmosféricos

Incendios

Fuente: CCE

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Gestión ambiental

Los temas relacionados con la gestión ambien-tal constituyen una de las prioridades del país y han sido señalados en diversos documentos de lineamientos de política, tales como el Plan Na-cional de Desarrollo 2006-2010, la Visión 2019 II Centenario, documentos sectoriales CONPES; paralelamente, el país ha adquirido una serie de compromisos internacionales en temas ambien-tales. En Colombia se han creado estrategias para el fortalecimiento del sector, incluyendo la creación del Sistema Nacional Ambiental (SINA) y más recientemente del Sistema de Informa-ción Ambiental para Colombia (SIAC). en el que se busca producir y gestionar la información en temas ambientales para el país. Parte de esta información puede ser adquirida o complemen-tada con el uso de datos provenientes de tecno-logías de sensores remotos.

La percepción remota es una herramienta de apoyo utilizada a nivel mundial para la ges-tión y toma de decisiones relacionadas con la conservación, defensa, protección y mejora del medio ambiente, puesto que los instrumentos de los sensores remotos registran datos útiles para la investigación, comprensión y monitoreo de los recursos naturales y demás componen-tes ambientales. La integración de los datos de sensores remotos con datos tomados in-situ (estaciones meteorológicas, boyas, datos de campo, etc.) y la definición de metodologías, procesos, entidades y políticas, incrementa el al-cance de estas herramientas, haciendo posible estructurar verdaderos sistemas de observación de la Tierra.

ECOSISTEMAS Y BIODIVERSIDAD: los datos pro-vistos por sensores remotos permiten identificar y evaluar el estado de los ecosistemas; y realizar el seguimiento y monitoreo de los cambios na-turales o antrópicos a los que se ven sometidos, incluyendo la deforestación, la ocurrencia de in-cendios, la erosión y el cambio de uso del suelo, entre otros.

Las imágenes de sensores remotos que permiten reconocer coberturas y elementos de la Tierra, son un insumo importante tanto para identificar como para cuantificar la extensión de los eco-sistemas con diferente nivel de detalle. Por su

parte, los datos de reflectancia registrados por sensores multiespectrales e hiperespectrales po-sibilitan obtener curvas de los espectros caracte-rísticos de las coberturas y realizar la estimación de parámetros biofísicos que generan informa-ción sobre la vigorosidad, humedad y estado fe-nológico de la vegetación (ejemplo: índices de vegetación, índice de área foliar LAI, etc.)

Estos parámetros son de gran utilidad para identificar el tipo, estado de los ecosistemas y coberturas vegetales, incluso se han desarro-llado investigaciones puntuales para identificar especies o para realizar estimaciones de bio-diversidad. (Turner et al. 2003, Hagolle et al. 2004, Jiang et al. 2006, Hernandez-Stefanoni & Dupuy 2007). Igualmente, otros sensores re-motos registran datos climáticos, composición de la atmósfera e información topográfica que contribuyen al estudio de los ecosistemas.

RECURSO HÍDRICO: con los datos obtenidos a partir de tecnologías satelitales se puede ge-nerar información del estado de los cuerpos y corrientes de agua, tales como la superficie, vegetación asociada, evidencias de contami-nación, sedimentación e indicios que señalen la presencia y recarga de aguas subterráneas (GEOS 2005, Meijerink 2007).

Los sensores remotos ofrecen también infor-mación para la evaluación y monitoreo de las cuencas hidrográficas como unidad básica para la gestión del recurso. En este campo, a partir de imágenes de satélite es posible obtener información sobre la cobertura y uso del suelo, erosión, escorrentía y datos sobre la topografía del terreno.

OCÉANOS Y ZONAS COSTERAS: la implementa-ción de sistemas de observación de estas zonas es una necesidad prioritaria a nivel global, dada la función que cumplen los océanos en la regu-lación del clima y ciclos de nutrientes (incluido el carbono) la riqueza de ecosistemas, recursos bióticos y pesqueros que albergan, y la gran cantidad de actividades humanas que se desa-rrollan en estas zonas como la pesca, el turismo, el comercio, la infraestructura de transporte, la vivienda etc. (UNESCO 2004, 2006a).

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Como contribución a los sistemas de observa-ción de estos recursos, los sensores remotos en órbita registran actualmente datos oceanográfi-cos de temperatura superficial, corrientes super-ficiales, espectro de oleaje y nivel del mar (CEOS 2008). Estas variables junto con los datos regis-trados en Tierra y océano (estaciones climáticas, boyas, mareógrafos, datos in situ), además de los datos del clima atmosférico, permiten te-ner un mayor conocimiento de las interacciones clima-océano para el monitoreo y seguimiento de fenómenos de impacto global, tales como el cambio climático y el fenómeno del Niño.

Así mismo, las imágenes que permiten generar datos de color del océano y sólidos suspendi-dos, son utilizadas en la detección y seguimien-to de niveles de contaminación e identificación de áreas productivas para la pesca, tanto en la costa como en el océano abierto. En cuanto a costas, los sensores remotos pueden ser em-

pleados para identificar coberturas de las zonas costeras y aguas someras , así como datos de nivel del mar y topografía; esta información es de gran utilidad para la planificación y el mane-jo integrado de zonas costeras (Figura 2).

Figura 2. Imagen de satélite Landsat 7 TM del caribe colombiano, en el que se visualiza una descarga de sedimentos hacia el océano

Fuente: Global Land Cover Facility

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ATMÓSFERA – METEOROLOGÍA - CLIMA: En es-tas áreas se utiliza los datos provistos por senso-res remotos para la comprensión y monitoreo de fenómenos meteorológicos y climatológicos que suceden en la Tierra, incluyendo el seguimiento, y predicción del tiempo y estado de la atmósfera, así como de la calidad del aire. La atmósfera y el clima es uno de los campos pioneros en los que se ha especializado la observación de la Tierra ba-sada en percepción remota.

Los satélites meteorológicos que están en órbi-ta actualmente registran información a escala global y regional sobre: aerosoles, ozono, gases traza, radiaciones presupuesto, agua líquida y trazas de precipitación, tipo, composición y perfil de las nubes; así como temperatura, humedad y vientos atmosféricos (CEOS 2008). Las misiones satelitales que registran esta información tienen como parte de sus objetivos el entendimiento del sistema atmosférico y climático del planeta, el seguimiento del cambio climático global, ade-más del pronóstico y seguimiento de fenómenos atmosféricos de escala regional, tales como hu-racanes y ciclones.

Los datos de estos sensores en conjunto con las mediciones de las estaciones climatológicas terrestres y oceánicas permiten el seguimiento y pronóstico del tiempo para diversos campos como la agricultura, la navegación aérea y mari-na, el desarrollo de proyectos de infraestructura y la prevención de desastres.

SUELOS: la percepción remota brinda informa-ción útil para analizar del estado de los suelos y su vocación de uso. A partir de imágenes satelita-les y aerofotografías es posible determinar y mo-nitorear áreas degradadas sin cobertura vegetal, las cuales están sometidas a fenómenos de ero-sión o son potencialmente susceptibles a estarlo. De igual forma, los datos obtenidos a partir de radar, lidar y sensores con características este-reoscópicas permiten generar modelos digitales del terreno a diferentes escalas, incluso hasta ob-tener una resolución submétrica. Las tecnologías de radar han demostrado también ser útiles para caracterizar el estado de humedad superficial de los suelos. Esta información sumada al uso de pa-rámetros biofísicos de la vegetación son variables de gran utilidad para complementar los estudios de evaluación y vocación de los suelos.

Sistemas productivos

“Un sistema productivo es consecuencia de la integración de múltiples acciones de naturale-za dispar y en las que intervienen numerosos agentes, individuales y colectivos (Becattini y Rullani 1996). El hecho que dicha integración requiera proximidad física relacional, implica la configuración de unidades espaciales singulares en términos productivos, sociales, culturales, tecnológicos, políticos e institucionales (Lecop 1993)”.

Esta clase de sistemas deben ser analizados más allá del nivel netamente productivo o extractivo, y su estudio debe incluir los temas de conserva-ción y uso sostenible de la biodiversidad.

En términos generales, los objetivos de manejo adecuado de un sistema productivo deben in-cluir estrategias para maximizarla producción biológica y/o económica, maximizar la eficiencia productiva en un determinado escenario socio-económico, alcanzar determinados patrones de calidad, incluir criterios de sostenibilidad am-biental y garantizar competitividad al producto. De acuerdo con lo anterior, son ampliamente reconocidos los aspectos técnicos y científicos que permiten alcanzar los objetivos enunciados, a través del uso de datos obtenidos de las tec-nologías de sensoramiento remoto.

AGRÍCOLA: las imágenes tomadas por los sen-sores remotos ópticos multiespectrales y senso-res de radar con diferente polarización aportan información valiosa para la observación, segui-miento y monitoreo de los cultivos, en aspectos como vigorosidad, humedad y estado fenológi-co de la vegetación. La medición de estos pa-rámetros permite estimar la productividad de las áreas agrícolas y definir las mejores técnicas para el uso adecuado de las mismas; también, implica la aplicación de manejos en forma di-ferencial, de acuerdo a las condiciones de cada sitio de interés dentro del lote o unidad agríco-la, para el desarrollo de la agricultura de sitio específico.

La contribución de las tecnologías satelitales al campo de la agricultura consiste en un conjunto de actividades entre las que se incluyen la reco-

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lección y manejo de información para la toma de decisiones económicas y ambientalmente apropiadas para la producción de cultivos.

PECUARIO: el análisis de las aplicaciones para este sector proporciona elementos de juicio tanto para el seguimiento como para la esti-mación de la productividad de las pasturas y de los sistemas silvopastoriles de las grandes áreas de desarrollo ganadero. A través del análisis de imágenes de satélite multiespectrales se pue-den determinar parámetros como el estado de la vegetación, vigor y humedad del suelo, entre otros; como fuente de información para super-visar las áreas ganaderas, identificar los riesgos por erosión, planificar actividades de fertiliza-ción y otras labores complementarias para el manejo adecuado de esta actividad.

SILVICULTURA: analiza los sistemas productivos asociados al aprovechamiento de los bosques y plantaciones de árboles que, mediante el uso de sensores remotos faciliten los procesos de monitoreo, control y aprovechamiento. Actual-mente, las aplicaciones están enfocadas hacia el monitoreo de las plantaciones forestales, orde-namiento y manejo adecuado del bosque, se-guimiento de plagas y patologías que afectan la masa forestal, seguimiento y monitoreo de incendios forestales, entre otros.

PISCICULTURA Y PESCA: a través de la informa-ción generada por los sensores remotos mul-tiespectrales e hiperespectrales dedicados a la observación de la Tierra, se pueden definir y estudiar las zonas con mayor potencial en es-tos campos, tanto en la plataforma continen-tal como en el océano. Estas imágenes aportan datos sobre el color del océano con los que es posible inferir la distribución y composición de zonas marítimas de alta productividad, ricas en nutrientes y fuente de alimento para determina-das especies económicamente importantes para la industria pesquera.

Gestión del riesgo

La gestión del riesgo obedece a un proceso de orden social que abarca todas las etapas po-sibles ante amenazas de cualquier magnitud (prevención, atención y recuperación), así como el monitoreo constante de aquellos fenómenos

que puedan representar un riesgo para la po-blación y en general para toda la infraestructura que la soporta. (Lavell et al, 2003) Para tal fin requiere de estructuras organizacionales desde un nivel básico, como lo es el familiar y comuni-tario, pasando por iniciativas regionales que en suma harán parte de una estructura nacional y cuya articulación permitirá hacer frente a cual-quier desastre que ocurra en el territorio.

El decreto 919 de 1989 dio origen al sistema nacional para la prevención y atención de desas-tres, considerando la gestión del riesgo como una prioridad para el desarrollo sostenible del país, así como para mejorar las condiciones de vida de sus habitantes. Esta actitud empezó a verse reflejado en todas las iniciativas que el go-bierno generara en sus diversas instancias , lo que ha permitido que la comunidad tome con-ciencia de su entorno y actúe en consecuencia.

Precisamente, bajo estos lineamientos se plan-teó en el Plan Nacional de Desarrollo 2006-2010, la gestión del riesgo como una prioridad nacional, en aras de desarrollar las capacidades técnico-científicas en observación de la Tierra para el manejo de los diferentes eventos ame-nazantes que puedan suceder sobre el territorio colombiano. Resultado de lo anterior, la CCE es-tableció la línea de gestión del riesgo como una de sus áreas de aplicación, con siete temáticas de investigación acerca de los principales fenó-menos que amenazan al país.

REMOCIÓN EN MASA: este componente abar-ca deslizamientos, caídas de rocas, reptación, derrumbes, etc.; fenómenos en las que los sen-sores remotos han demostrado ser de alta efecti-vidad para prevenir y mitigar sus consecuencias. El uso de modelos digitales de elevación del te-rreno (MDT), junto con los datos de geología, geomorfología y condiciones climáticas, permi-te observar y modelar estos eventos para deter-minar su magnitud y área de influencia.

INUNDACIONES: las imágenes provenientes de sensores remotos han permitido hacer segui-miento y control de áreas inundables, realizar censos pre y post eventos, identificar llanuras de inundación y paleocauces, por lo que se consti-tuyen en herramientas muy útiles a la hora de determinar la dinámica fluvial, costera y en ge-neral de todos los agentes que intervienen en una inundación.

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EVENTOS SISMOTECTÓNICOS: los nuevos sen-sores implementados en plataformas satelitales permiten registrar datos que útiles para la medi-ción de eventos sísmicos y/o tsunamis. Empero, estos desarrollos se encuentran aún en etapas experimentales.

VOLCANES: La tecnología satelital permite ha-cer un monitoreo periódico y constante de los mismos, generando información precisa sobre el comportamiento de los flujos y productos de origen volcánico: Con esta herramienta, las au-toridades competentes pueden obtener datos específicos, que aportan información de suma importancia para los sistemas de alertas tem-pranas, planes de emergencia y contingencia destinados a las poblaciones en condición de vulnerabilidad.

SEQUÍAS: en la actualidad, la tecnología sateli-tal de observación de la Tierra registra variables importantes para el seguimiento de este fenó-meno, incluyendo condiciones meteorológicas, niveles de humedad del suelo y de la vegetación. Esta información permite hacer predicciones del tiempo, monitorear las condiciones de los cul-tivos, así como la cantidad de agua disponible para irrigación o los procesos de desertificación asociados a la ausencia de este recurso.

FENÓMENOS ATMOSFÉRICOS: esta categoría abarca fenómenos como heladas, tormentas, depresiones tropicales, lluvias torrenciales, ven-davales y granizadas. En estos escenarios los sensores remotos aportan datos que permiten realizar predicciones climatológicas, modela-mientos hidrológicos de escorrentía superficial e identificación de zonas de alta y baja presión en áreas susceptibles, a fin de emitir alertas tem-pranas para minimizar los efectos negativos.

INCENDIOS: el incendio de la cobertura vegetal es uno de los sucesos más estudiados mediante la percepción remota, a razón de la capacidad que tienen los sensores multiespectrales para identificar claramente las áreas afectadas por las conflagraciones. Asimismo, gracias a esta herramienta se optimiza hacer seguimiento al fenómeno y evaluar las pérdidas que éstos oca-sionan.

Es importante recalcar que los sensores remo-tos son usados en las tres fases de la gestión

del riesgo. En la prevención como herramienta para diseñar planes de mitigación y reacción, así como en el establecimiento de zonas sus-ceptibles ante determinado tipo de eventos. En la atención como herramienta para cuantificar perdidas, daños, zonas de atención prioritaria y afines, y en la recuperación como herramienta censal y de planificación para fortalecer las ca-pacidades de resiliencia de las poblaciones afec-tadas por tales desastres.

Recursos minerales y energéticos

Las aplicaciones de los datos obtenidos a partir de los sistemas de observación de la Tierra no están limitadas a estudios ambientales y meteo-rológicos, también pueden arrojar información útil que se puede enfocar hacia otros sectores, como por ejemplo los recursos minerales y ener-géticos. De acuerdo con GEO (2005): “la admi-nistración de los recursos energéticos se basa en múltiples aspectos de la economía y política social, tanto en los países desarrollados como los que están en desarrollo”. Las tecnologías geoespaciales combinadas con técnicas de es-tudio convencionales permiten obtener la car-tografía de recursos minerales y energéticos a diferentes resoluciones espaciales, información utilizada para realizar tareas de localización, delimitación, planificación y óptimo aprovecha-miento de los recursos naturales renovables y no renovables (Figura 3).

MINERÍA: en el mundo actual las imágenes sa-telitales son herramientas fundamentales para efectuar procesos de exploración y explotación de los recursos minerales de una nación; las tecnologías de sensores remotos tanto ópticos como de Radar se utilizan para la determina-ción de los rasgos geológico-geomorfológicos característicos de los tipo de depósito y/o mine-ralización, lo que contribuye a la identificación de determinados tipos de yacimientos.

HIDROCARBUROS: los hidrocarburos y sus deri-vados se han convertido en una materia prima básica para muchos sectores de la industria mo-derna. Por tal razón, el aprovechamiento y ma-nejo de este tipo de recursos es estratégico para el desarrollo del país. En este sector la informa-

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ción obtenida a partir de tecnologías de per-cepción remota es crucial para complementar datos de campo, modelar anomalías geofísicas, identificar estructuras geológicas y otros datos valiosos tanto para la extracción como para el manejo del recurso, ya sea en tierra firme o en mar abierto.

ENERGÍA HÍDRICA: debido a su ubicación geo-gráfica estratégica y a sus características climá-ticas, Colombia posee un gran potencial para el uso del agua como fuente de energía. En este contexto, cuantificar el recurso y determinar cambios en las áreas de recarga, hidrología e hi-dráulica superficial son factores importantes en el manejo sostenible de este recurso. La tecnolo-gía satelital genera constantemente información valiosa para medir dichas variables y planificar acciones que optimicen el uso del agua super-ficial.

Figura 3. Imagen de fotografía aérea digital para el seguimiento de canteras a cielo abierto en la Sabana de Bogotá (Colombia)

Fuente: IGAC 2007

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BIOCOMBUSTIBLES: debido a la disminución de las fuentes de combustibles fósiles convencio-nales, los biocombustibles se están convirtiendo en una alternativa para la obtención de energía. En las últimas décadas Colombia ha incrementa-do el cultivo de especies útiles en la producción de biocombustibles, principalmente de caña de azúcar y palma de aceite. La información que generan los sensores remotos permite cuantifi-car, censar y hacer seguimiento de estos culti-vos; así como determinar áreas propicias para el establecimiento de nuevos cultivos siguiendo criterios de sostenibilidad.

El uso de imágenes multiespectrales y medicio-nes de campo, permiten estimar la productivi-dad de los cultivos; de igual forma, las imágenes de alta resolución espacial facilitan la aplicación de métodos de agricultura de precisión para mejorar el rendimiento de los cultivos.

ENERGÍAS ALTERNATIVAS: la realidad ofrece que en la época actual se depende mucho de los combustibles fósiles, pues cada día se hace más grande la demanda energética para el fun-cionamiento residencial, comercial e industrial de las comunidades. Esta problemática crea la necesidad de utilizar otro tipo de energías lim-pias, baratas y renovables.

Actualmente, a nivel mundial se adelantan inves-tigaciones para obtener información desde los sensores remotos que apoyen los procesos de planificación y explotación de recursos geotérmi-cos, solares, eólicos, nucleares y mareomotrices.

Planificación urbano-regional

Para este caso se hace referencia a la ubicación en territorio de la infraestructura necesaria para sustentar las diferentes actividades humanas, la disposición y las principales características de es-tos objetos en el espacio geográfico, razón por la que los sensores remotos se convierten en im-portantes herramientas para la planificación con miras a propender por el desarrollo del país.

TRANSPORTE: las aplicaciones basadas en siste-mas satelitales para el transporte son variadas y van desde el control y seguimiento de las vías (Fi-gura 4), monitoreo de condiciones atmosféricas

para las empresas de carga que programan sus actividades en tiempos exactos, hasta la planifi-cación y localización de nuevas carreteras o de rutas alternas ante escenarios de congestión.

Los sensores remotos también apoyan activida-des aéreas, fluviales y marítimas, mediante el monitoreo de vientos, del estado del oleaje, de las condiciones de puertos y aeropuertos, entre otros muchos usos.

INFRAESTRUCTURA: los sensores remotos posi-bilitan hacer el seguimiento y control de la infra-estructura que soporta a la población humana y que trasciende lo local, como por ejemplo sistemas de acueducto, transmisión de energía, oleoductos y todos aquéllos que por su magni-tud no pueden ser incluidos dentro de un plan de ordenamiento territorial, ya sea por enverga-dura o por competencia. Gracias a la informa-ción obtenida de sensores remotos es posible realizar análisis para determinar la mejor ubica-ción y rutas óptimas de instalación para nueva infraestructura.

CATASTRO: los sensores remotos son usados en catastro para definir nuevas áreas urbanizadas así como la manera en que éstas se han desarro-llado. Hoy en día, estos datos han adquirido tal precisión que las dimensiones prediales se pue-den medir con un pequeño margen de error. Aunado a lo anterior, la información de geolo-calización, obtenida a través de instrumentos como GPS, facilita el seguimiento continuo de los usos del suelo y su distribución espacial, po-sibilitando la combinación de elementos para la realización de análisis multivariados, lo que ayu-da a las administraciones locales.

Salud

En 1946 la Organización Mundial de la Sa-lud -OMS definió la salud como “el estado de completo bienestar físico, mental y social, y no solamente la ausencia de afecciones y enfer-medades” (Acemi 2008). En este contexto la CCE destacó a la salud como una de las líneas de aplicación prioritarias, a la vez que definie-ron tres áreas temáticas para el uso de senso-res remotos: la epidemiología, la salud pública y las emergencias sanitarias.

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EPIDEMIOLOGÍA: hoy en día es posible utilizar variables ambientales registradas por sensores remotos , tales como humedad del aire, puntos de calor, dirección de vientos y tipo de la co-bertura vegetal, los cuales sirven como insumo para modelar el desplazamiento de vectores de enfermedades, descubrir los patrones de des-plazamiento de enfermedades o los factores del entorno que favorecen su propagación.

Es importante señalar que si bien es reciente la realización de estudios epidemiológicos me-diante sensores remotos, su uso se ha difun-dido ampliamente debido a la facilidad para adquirir datos, su cubrimiento y sobre todo para monitorear áreas específicas de forma pe-riódica.

SALUD PÚBLICA: esta aplicación fue diseñada pensando en las “políticas que garantizan la sa-lud de la población por medio de acciones di-rigidas a la colectividad y al individuo” (Acemi 2008). En este campo los sensores remotos son herramientas importantes en la definición de planes de saneamiento ambiental, zonas prio-ritarias para llevar a cabo brigadas médicas o

misiones humanitarias equipadas para acudir a áreas de difícil acceso.

También, permite medir el efecto que pueden tener las políticas a través del tiempo, lo que les ayuda a implementar medidas correctivas cuan-do sea el caso o diseñar nuevas acciones que complementen las ya existentes.

EMERGENCIAS SANITARIAS: es empleado por di-ferentes organizaciones humanitarias alrededor del mundo, que ante un fenómeno de desastre actúan de manera inmediata en áreas específicas de trabajo y con la mayor precisión posible, mi-nimizando el nivel de vulnerabilidad de la pobla-ción objetivo y aquélla prestadora de servicios.

Los sensores remotos de alta resolución espacial han sido utilizados por la Cruz Roja para la pla-nificación y manejo de los campos de refugia-dos asentados en países africanos, así como en la definición de áreas para la ubicación de cam-pamentos base y centros de comando, que ante una emergencia deben disponerse con pronti-tud preservando las condiciones de seguridad de los habitantes.

Figura 4. Ventana de una fotografía aérea digital de la Av. Caracas de Bogotá, tomada con la cámara digital Vexcel UltraCam del IGAC

Fuente: IGAC 2007


El campo de aplicación de los sensores remotos en la salud es todavía muy amplio y los desarro-llos e investigaciones recién empiezan a tomar forma para ser aplicados en diferentes escena-rios a nivel mundial.

Seguridad y defensa

Las tecnologías espaciales se han convertido en factores clave para la implementación de sistemas de seguridad y defensa, toda vez que posibilitan el acceso a imágenes con absoluta confidencialidad y máxima velocidad. A su vez, apoyan labores de reconocimiento, vigilancia marítima, identificación de amenazas, recono-cimiento y evaluación de daños, desarrollo de operaciones de mantenimiento de paz, aparte de labores de seguimiento y monitoreo en la erradicación de cultivos ilícitos.

El desarrollo de todas estas aplicaciones ha be-neficiado la capacidad operativa de las fuerzas armadas del mundo, por cuanto los sistemas dedicados al área de seguridad y defensa han contado con características muy superiores a los sistemas civiles, al haber manejado por más de veinticinco años imágenes de alta resolución es-pacial y otras tecnologías.

Las imágenes procedentes de satélites son útiles sobre todo para la consecución de información actualizada acerca de:

- Zonas escasamente cartografiadas o no car-tografiadas.

- Zonas de acceso difícil y/o peligroso- Ubicación de los refugiados durante su des-

plazamiento en situaciones de emergencia.- Localización de campamentos y asentamien-

tos de refugiados.- Organización interna de los campamentos

(gestión y coordinación de la protección y los servicios tales como los de salud y ense-ñanza).

- Aspectos logísticos (caminos, aeropuertos, etc.)

- Identificación de recursos hídricos- Condiciones ambientales

Proyecto satelital colombiano de observación de la Tierra / Comisión Colombiana del Espacio

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La Organización de las Naciones Unidas – ONU, ha empleado esta tecnología en determinadas operaciones, como por ejemplo la emergencia en Kosovo, en la cual se utilizaron fotos aéreas e imágenes de satélite para estimar rápidamen-te los daños las consecuencias de los ataques y bombardeos, con el propósito de facilitar el regreso de los refugiados y evaluar sus necesida-des. También, se acude a la interpretación visual de imágenes de alta resolución a fin de planificar mejor la rehabilitación de poblaciones que han sido atacadas y semi-destruidas en combate.

CULTIVOS ILÍCITOS: los sensores remotos son de utilidad para la identificación, censo y se-guimiento de los cultivos ilícitos en el país. Esta información es útil para fortalecer el monitoreo de la dinámica, evolución y producción de estos cultivos, aportando datos que contribuyen a te-ner una perspectiva clara acerca del impacto de las políticas contra la oferta de drogas ilícitas.

Hoy en día el monitoreo de cultivos ilícitos en el país se realiza principalmente con imágenes Landsat 7 ETM+, Spot y Aster; insumos con los que se realiza la identificación visual de los cultivos de coca. Empero, en muchas zonas del país es difícil llevar a cabo tal procedimiento ya sea por la ubicación de los cultivos ó porque las condiciones atmosféricas no permiten obtener imágenes útiles. Por esta razón, las entidades encargadas de esta labor siguen desarrollando, investigando y comparando metodologías para disminuir las dificultades.

AYUDA HUMANITARIA: actualmente la tecno-logía satelital de observación de la tierra pone a disposición satélites que permiten obtener imágenes de alta resolución espacial (entre 0.65 m – 2.5 m), temporal (imágenes al menos cada tres días) y con capacidad de maniobra para la toma de imágenes de un sitio específico en un momento dado.

Estas imágenes proporcionan información espa-cial actualizada que sirve de referencia y apoyo en la toma de decisiones, preparación y respues-ta ante eventos relacionados con catástrofes na-turales, conflicto armado y orden público en los cuales la población civil se pueda ver afectada.

Los datos provenientes de sensores remotos es-paciales dan soporte a la coordinación de las

actividades de los organismos encargados de atender estas situaciones, permitiendo una res-puesta oportuna, adecuada y una asignación de recursos en las situaciones relacionadas. La utili-zación oportuna de esta información puede apo-yar las tareas de localización de campamentos de refugiados, coordinar los aspectos logísticos ne-cesarios para garantizar la seguridad y bienestar de la población afectada entre otros aspectos.

Información básica

Esta área temática hace referencia a la informa-ción cartográfica y estadística que se considera fundamental para el desarrollo de las activida-des y funciones de las entidades sectoriales del país, con el fin de apoyar los procesos de plani-ficación del territorio nacional.

Los sensores remotos permiten obtener datos de una manera periódica y confiable, al tiempo que se reducen costos y se aumenta la calidad de la información básica generada para el país.

GEOLOGÍA Y GEOMORFOLOGÍA: los sensores remotos pueden tomar imágenes de grandes extensiones de terreno con un alto grado de precisión permitiendo identificar características geológicas y geomorfológicas a nivel regional para el análisis de patrones de deformación de la superficie terrestre (fallas, pliegues, estratifi-cación, etc.), Algunos sensores remotos como radar, lidar y los ópticos con capacidad de toma de imágenes estereoscópicas, permiten generar modelos digitales de elevación del terreno (DTM) que aportan información para la caracterización morfológica y morfodinámica de la superficie.

La información geológica y geomorfológica constituye una de las capas de información bá-sica fundamental para diferentes actividades del país, incluyendo la exploración de los recursos minerales y energéticos, la planificación y ubi-cación de infraestructura,, la gestión del riesgo, entre otros.

PRODUCCIÓN ESTADÍSTICA: la información es-tadística, el cálculo de indicadores sectoriales, los censos, inventarios y en general la medición de parámetros asociadas al territorio, constituye información valiosa para priorizar, planificar y

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tomar decisiones respecto al desarrollo econó-mico y social del país.

Las imágenes registradas por los sensores remo-tos permiten cuantificar variables del territorio úti-les en la estimación de indicadores y estadísticas tales como la superficie de sistemas productivos (pastos, cultivos, minas a cielo abierto, plantacio-nes forestales, etc.), ubicación y cuantificación de infraestructura, inventarios de recursos naturales (bosques, cuerpos de agua, etc.), vías, catastro, crecimiento de áreas urbanas, y en general la su-perficie por cada cobertura y uso del suelo.

La tecnología en sensores remotos ofrece datos con diferentes niveles de detalle, actualmente es posible obtener desde imágenes con resoluciones espaciales muy bajas a escala de kilómetros, has-ta otras que alcanzan una precisión submétrica; de esta forma existe una capacidad tecnológica para generar información de las variables de in-terés tanto a escalas nacionales, como regionales o locales.

CARTOGRAFÍA BASE: la cartografía base del terri-torio nacional es un elemento indispensable para la representación de cualquier elemento y fenó-meno del territorio. La disponibilidad de imáge-nes de sensores remotos de forma periódica y con diferentes resoluciones espaciales, permite la elaboración y actualización de la cartografía a di-ferentes escalas, mejorando el nivel de precisión y exactitud temática, a la vez que se reducen los tiempos y costos de los procesos cartográficos.

Cambio climático

En la definición de las áreas temáticas prioritarias para el país, el cambio climático se ha considera-do como un tema transversal, puesto que cada uno de los temas anteriores (ambiental, riesgo, infraestructura, salud, etc.) incide o es afectado por éste.

Con el propósito de identificar las causas del cambio climático, analizar los posibles impactos, prever eventos extremos (inundaciones sequías e incrementos de la temperatura) y evaluar las opciones de adaptación a las nuevas condicio-nes, es necesario analizar una gran cantidad de variables, con datos tanto in situ como registra-

dos mediante el uso de tecnologías de sensores remotos.

Muchos de los grandes sistemas de observa-ción de la Tierra se estructuran alrededor de esta temática, como es el caso de GTOS (Global Terrestrial Observing System), GCOS (Global Cli-mate Observing System), GOOS (Global Ocean Observing System), WMO (World Meteorologi-cal Organization), NOOA (National Oceanic and Atmospheric Administration), etc. Igualmente, un buen número de las misiones satelitales en órbita o planeadas, tienen como objetivos re-copilar información del océano, la atmósfera y la Tierra, útil para el entendimiento, monitoreo, mitigación y adaptación al cambio climático.

La composición de la atmósfera, el monitoreo continuo de la variabilidad y fluctuaciones del tiempo atmosférico, el seguimiento de los ciclos del agua y del carbono, las modificaciones en los ecosistemas, la cobertura y el uso del suelo, son algunas de las variables esenciales para las investigaciones acerca del cambio climático que pueden ser monitoreadas parcial o totalmente con los satélites de observación disponibles o planeados (CCSP 2008).

Ordenamiento territorial

El Artículo 5º de la Ley 388 de 1997, establece que: “El ordenamiento del territorio municipal y distrital comprende un conjunto de acciones político-administrativas y de planificación física concertadas, emprendidas por los municipios o distritos y áreas metropolitanas, en ejercicio de la función pública que les compete, dentro de los límites fijados por la Constitución y las leyes, en orden a disponer de instrumentos eficientes para orientar el desarrollo del territorio bajo su jurisdicción y regular la utilización, transforma-ción y ocupación del espacio, de acuerdo con las estrategias de desarrollo socioeconómico y en armonía con el medio ambiente y las tradi-ciones históricas y culturales”.

De acuerdo con este postulado, el ordenamien-to territorial es otro de los temas transversales relacionado con todas las áreas temáticas de aplicaciones de sensores remotos para la ob-servación de la Tierra en Colombia. Desde esta

91Análisis Geográficos N.º 40

perspectiva, la utilización de sensores remotos en el proceso de planificación del territorio di-namiza significativamente la fase de inventario cartográfico, la actualización de la información y el monitoreo continuo de zonas críticas o prioritarias. La utilización de sensores remotos aporta al ordenamiento del territorio en aspec-tos como:

- Información de zonas extensas de difícil ac-ceso en las que el trabajo de campo resulte muy costoso y posibilidad de actualización periódica de la información.

- Observación periódica de la cobertura, uso del suelo y otras variables derivadas.

- Seguimiento de la dinámica temporal de fe-

nómenos como el cambio del uso del suelo, la expansión urbana, el crecimiento en in-fraestructura, eventos de desastres natura-les, etc.

- Inventario, evaluación y monitoreo de recur-sos naturales, poblaciones e infraestructura.

Conclusiones

Las 36 áreas temáticas de aplicación de los pro-ductos de sensores remotos definidas reflejan un conjunto de temas prioritarios de acuerdo a las políticas y organización de los diferentes sectores del país, y en las cuales existen desarro-llos para el uso de estas tecnologías, incluyendo aplicaciones operativas y en fase de investi-gación. De esta forma se hace posible que la investigación, desarrollo y apropiación de las tecnologías, métodos y capacidades en la utili-zación de los datos de los sensores remotos se ajusten a las tendencias mundiales a la vez que benefician y apoyan temas de importancia para el desarrollo proyectado del país y se mejora considerablemente el conocimiento y genera-ción de información del territorio nacional.

La identificación de los diferentes campos de acción genera la posibilidad de que en el mar-co de los objetivos de desarrollo en temas es-paciales que busca el país a través de la CCE, las instituciones públicas, privadas, académicas y de investigación concentren sus esfuerzos o

Proyecto satelital colombiano de observación de la Tierra / Comisión Colombiana del Espacio


incursionen en la investigación y uso de estas tecnologías en temas comunes de importancia para el país.

A partir de datos de sensores remotos se puede obtener una gran cantidad de información en estas 36 áreas que puede ser utilizada y com-plementada por diferentes sectores de acuerdo a su área de trabajo y que puede ser potenciada mediante las estrategias de producción y ges-tión de información geográfica que ya se ade-lantan en el país a través de la Infraestructura Colombiana de Datos Espaciales y otras iniciati-vas sectoriales de manejo de la información.

Igualmente, el conocimiento de la capacidad de uso de los sensores remotos permite el desarro-llo de estrategias adecuadas para obtener infor-mación del territorio, incluyendo la adquisición de un satélite propio de observación de la tierra, de forma que se posibilite un incremento de la investigación, desarrollo y aplicación de estas tecnologías acorde con las los temas prioritarios para el país.


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INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI. Análisis de las aplicaciones de los productos de sensores remo-tos para la gestión ambiental en concordancia con los requerimientos y prioridades del país. Bogotá: IGAC, 2008. 59p.

INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI. Análisis de las aplicaciones en minas y energía por sensores re-motos en concordancia con los requerimientos del país. Bogotá: IGAC, 2008. 24p.

INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI. Diagnostico del uso, aplicaciones y necesidades de productos de sensores remotos para el país. Bogotá: IGAC, 2008. 83p.

INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI. Necesidades y aplicaciones de los productos de sensores remotos en gestión del riesgo. Bogotá: IGAC, 2008. 44p.

JIANG, Z., HUETE, A. R., CHEN, J., CHEN, Y., LI, J., YAN, G. & X. ZHANG. Analysis of NDVI and scaled differen-ce vegetation index retrievals of vegetation fraction. En: Remote Sensing of Environment 101 (2006).366–378p.

LAVELL, Alan Michel. La gestión local del riesgo: nociones y precisiones en torno al concepto y la práctica. Edit PNUD. Costa Rica 2003.. 101 p.

LECOP, B. 1993: “Proximité rationalité econimique”, en Revue d’Economie Regionale et Urbaine, nº 3-4, pp. 321-342.

MEIJERINK, A. Remote Sensing Applications to Grounwater. Vol. 16. París: UNESCO, 2007. 304p.

SELLEY, Richard C. 1998. Elements of petroleum geology, second edition. 89-120p.


BECATTINI, G. y Rullani, E. “Sistemas productivos locales y mercado global”. En: ICE. Revista de Economía, 1996 nº 754, pp. 11 a 24.

COMISIÓN COLOMBIANA DEL ESPACIO. “Marco regula-torio de la Comisión Colombiana del Espacio”. En: Análisis Geográficos revista del Instituto Geográfico Agustín Codazzi, 2007 nº 35, pp. 12 a 51

COLOMBIA, CONGRESO DE LA REPÚBLICA DE COLOMBIA. Ley 388 (Julio 18 de 1997). Por la cual se modifica la ley 9 de 1989 y la ley Tercera de 1991 y se dictan otras disposiciones. Capítulo 5: Clasificación del suelo.

COLOMBIA, PRESIDENCIA DE LA REPUBLICA. Visión Co-lombia 2019 II Centenario. Resumen Ejecutivo.

CHUVIECO, EMILIO. Satellite Technology, principles and applications. New Jersey: Ariel, 2006. 228 p.

GROUP ON OBSERVATION EARTH (GEO). 10 year imple-mentation plan reference document - Systems of sys-tems Observation earth Group (GEOSS). Países Bajos. 2005. 120 p.

HAGOLLE, O., LOBO, A., MAISONGRANDE, P., CABOT, F., DUCHEMIN, B. and A. De PEREYRA. Quality as-sessment and improvement of temporally composited products of remotely sensed imagery by combination of VEGETATION 1 and 2 images. En: Remote Sensing of Environment No. 94 (2004): 172-186.

HERNÁNDEZ-STEFANONI J. L. & J. M. DUPUY. Mapping species density of trees, shrubs and vines in a tropical forest, using field Measurements, satellite multiespec-tral imagery and spatial interpolation. En: Biodiversity and Conservation No. 16 (2007):3817–3833.

95



SERRATO, Pedro. “Propuesta metodológica para la de-finición, clasificación y zonificación de los cañones colombianos: una visión geográfica”. En: Análisis Geográficos revista del Instituto Geográfico Agustín Codazzi, 2007 nº 38, pp. 94 a 112

TURNER, W., SPECTOR, S., GARDINER, N., FLADELAND, M., STERLING, E., & M. STENINGER. Remote sensing for biodiversity science and conservation, En Trends in Ecology and Evolution. Vol 18 No. 6 (2003).

UNESCO. Plan de Diseño Estratégico Integrado para el Mó-dulo de Observaciones Oceánicas Costeras del Sistema Mundial de Observación de los Océanos. Informe del GOOS No. 125; Serie de documentos de Información de la COI N°1183; Resumen ejecutivo. 2004.

UNESCO. A Coastal Theme for the IGOS Partnership — For the Monitoring of our Environment from Space and from Earth. Paris,2006a. (IOC Information document No. 1220). 60 p.

UNESCO. A Handbook for Measuring the Progress and Outcomes of Integrated Coastal and Ocean Manage-ment. IOC Manuals and Guides, ICAM. 2006b. 46p.


ACEMI Asociación Colombiana de Empresas de Medicina Integral [En línea] Disponible en:http://www.acemi.org.co/index.php?option=com_content&task=view&id=10&Itemid=1 [Citado en 12 de Agosto de 2008].

ANH Agencia Nacional de Hidrocarburos. [En línea] Dispo-nible en: http://www.anh.gov.co/es/index.php?id=8# [Consultado en 8 de Octubre de 2008]

COMISIÓN COLOMBIANA DEL ESPACIO [En línea] Disponi-ble en: http://www.cce.gov.co/web/guest/quienesso-mos [Citado en 14 de Noviembre de 2008].

CLIMATE CHANGE SCIENCE PROGRAM CCSP – US. Re-search Elements & Cross-Cutting Activities. [En línea] Disponible en: http://www.usgcrp.gov/usgcrp/default.php. [Citado en 18 de Noviembre de 2008].

CEOS. Earth Observation Handbook: Climate Change Spe-cial Edition. [En línea] Disponible en: http://www.eohandbook.com/eohb2008/. [Citado en 25 de octu-bre de 2008].

FAO - Global Terrestrial Observing System (GTOS). Terres-trial Essential Climate Variables: Biennial report su-pplement for Climate Change Assessment, Mitigation and Adaptation. Roma. 2008. [En línea]. Disponible en: http://www.fao.org/docrep/011/i0197e/i0197e00.htm [Citado en 28 de noviembre de 2008]

GMES. 2008 [En línea]. Disponible en: http://www.gmes.info/ [Consultado el 27 de Octubre de 2008].

IDEAM Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia. [En línea] Disponible en: http://www.ideam.gov.co/sina/index4.htm [Consulta-do en 20 de junio de 2008].

INGEOMINAS Instituto Colombiano de Geología y Minería. [En línea] Disponible en: http://www.ingeominas.gov.co/content/view/659/85/lang,es/ [Consultado en 20 de junio de 2008].

World Health Organization. Constitución de la organiza-ción mundial de la salud. [En línea] Disponible en: http://www.who.int/governance/eb/who_constitu-tion_sp.pdf. [Consultado en 20 de junio de 2008].

Clasificación de sensores remotos y tecnologías para observación de la Tierra

RESUMENExiste una amplia variedad de sistemas sensores utilizados para la ob-servación de la Tierra, entre los que se encuentran los sensores pasivos, como es el caso de los sensores ópticos que miden la radiación electro-magnética emitida o reflejada por los objetos de la superficie terrestre. Además, se cuenta con los sensores activos, tales como las tecnologías de radar o de lidar, consistentes en sistemas capaces de emitir una señal y posteriormente captar la señal reflejada por los objetos. Gracias a las diversas características técnicas de los sensores se ha logrado capturar una gran cantidad y variedad de información, lo que ha conllevado al desarrollo de distintas aplicaciones en observación de la Tierra.

Palabras claves: sensores ópticos, sensores activos, radar, lidar, observación de la Tierra

ABSTRACT A considerable number of sensors for earth observation have been de-veloped. Basically, there are two kinds of technologies available: passive and active sensors. Passive sensors, like optical sensors, record the radia-tion emitted or reflected by the objects on Earth surface. On the other hand, active sensors are systems able to emit electromagnetic radiation and measure the intensity of the return signal, as in the case of radar and lidar technology. The diverse technical characteristics of the sensors have made possible to produce a large quantity and variety of informa-tion, and develop different applications for Earth Observation.

Key words: optical sensors, active sensors, radar, lidar, earth observation

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Introducción

En la teledetección espacial, técnica que permite adquirir imágenes de la superficie terrestre desde sensores instalados en plataformas espaciales, es posible diferenciar dos tipos de detección depen-diendo del sistema sensor empleado. En primer lugar se encuentran los sensores pasivos, los cua-les detectan la radiación que es emitida o refleja-da por los objetos bajo observación. Usualmente, la fuente de radiación más común medida por esta clase de sensores es la luz solar reflejada. En-tre los ejemplos de sensores remotos pasivos se incluyen los sistemas de escaneo óptico-mecáni-cos y los radiómetros, entre otros (Figura 1).

En segundo lugar se ubican los sensores activos, encargados de emitir energía con el propósito de escanear los objetos para posteriormente medir la radiación que es reflejada o retrodispersada desde el objetivo. La tecnología de radar es un ejemplo

Figura 1. Tipos de sensores a bordo de satélites de observación de la Tierra

SENSORES

ACTIVOS PASIVOS

ESCANEO

IMAGEN

ESCANEO PLANO DE

OBJETOS

RADAR DE

APERTURA REAL

RADAR DE

APERTURA SINTÉTICA

ESCANEO PLANO

DE IMÁGENES

RADAR DE ARREGLO

DE FASE PASIVA

ESCANEO PLANO DE

OBJETOS

ESCANEO ÓPTICO

MECÁNICO

ESCANEO PLANO

DE IMÁGENES

COLOR NATURAL

CÁMARA DE

VIDEO

ESCANER

SÓLIDO

IMAGEN

ESCANEONO ESCANEO

NO IMAGEN

ALTÍMETRO DE

MICROONDAS

SISTEMA LÁSER

(LIDAR)

RADIÓMETRO

DE MICROONDAS

INFRARROJO

RADIÓMETRO DE

MICROONDAS

SENSOR

MAGNÉTICO

GRAVÍMETRO

MONOCROMÁTICA

ESPECTRÓMETRO

DE FOURIER

IMAGEN

NO IMAGEN

NO ESCANEO

Adaptado de Maini y Agrawal, 2007

de un sensor remoto activo, la cual mide el retra-so en el tiempo entre la emisión y el retorno de la señal, estableciendo de esta forma la localización, altura, velocidad y dirección del objeto.

Tanto los sensores activos como los pasivos pue-den ser clasificados dependiendo de si utilizan o no un sistema de escáner, y a su vez si generan o no imágenes en el proceso de detección (Maini y Agrawal, 2007).

En este documento se hace una revisión de los diferentes sistemas sensores disponibles para observación de la Tierra y que son empleados en los sistemas satelitales. Para ello se presentan en primer lugar los sensores remotos pasivos y pos-teriormente los sistemas activos, a los que se les describen sus principales características y aplica-ciones, para luego clasificarlos teniendo como

100



punto de partida la clasificación según el sistema de escaneo y si producen o no imágenes.

Sensores remotos pasivos

Los sensores pasivos están compuestos gene-ralmente por un arreglo de sensores o detec-tores, que registran la cantidad de radiación electromagnética reflejada y/o emitida desde la superficie terrestre y los objetos sobre ella. La radiación electromagnética reflejada está rela-cionada con la radiación solar reflejada por la superficie terrestre, mientras que la radiación electromagnética emitida está relacionada con la temperatura propia de la superficie terrestre y de los objetos sobre ella.

Los sensores pasivos tienen la capacidad de re-gistrar radiación electromagnética entre la región correspondiente al espectro visible, el infrarrojo cercano y el infrarrojo medio de onda corta. És-tos se pueden clasificar de acuerdo con la ma-nera en que exploran la superficie terrestre en dos clases: la primera está definida en función de la exploración del campo de la imagen en una sola toma, como es el caso de los sistemas que no utilizan escáner; y la segunda está definida por la exploración del campo de la imagen rea-lizando un escaneo secuencial hasta completar la imagen, proceso que se obtiene a través de la superposición de imágenes individuales.

• Sensores que no utilizan sistema de escáner

Los sensores pasivos que no utilizan sistema de escáner se pueden distinguir entre los que no generan imágenes y los que sí las generan.

• Sensores que no utilizan escáner y que no generan imágenes

Por las características propias de los datos que captan, este tipo de sensores no producen imá-genes pero los datos que proveen permiten generar información cartografiable a través de su tratamiento estadístico y otros análisis ma-temáticos. Estos sensores registran la radiación recibida de todos los puntos en el objetivo de-tectado sobre la superficie terrestre, siendo la

radiancia un atributo cuantitativo de los objetos presentes sobre ella. La información cuantitativa captada por estos sensores es tomada en una sola longitud de onda.

Entre los sensores de este tipo se encuentran los radiómetros de microondas, los sensores mag-néticos, los gravímetros y el espectrómetro de Fourier.

a. Radiómetro de microondas

Son sensores pasivos que registran la radiación electromagnética procedente de la superficie terrestre en el intervalo espectral de las micro-ondas, aproximadamente entre 1 mm y 30 cm. Este tipo de sensores aprovechan las propieda-des especiales de la radiación de onda larga, que no es afectada por la atenuación atmosfé-rica y tiene la capacidad de penetrar a través de las nubes, niebla, etc., a excepción de la lluvia de gran intensidad.

Dadas las características propias de la energía registrada por estos sensores, se obtiene una intensidad de señal baja en comparación con las longitudes de onda del rango óptico, razón por la cual el campo de visión debe ser suficien-temente amplio con miras a detectar suficiente energía para registrar una señal. Debido a ello, los sensores de microondas se caracterizan por su baja resolución espacial y son comúnmente utilizados en estudios a escala global.

La radiación que registra un sensor de micro-ondas procede conjuntamente de la emisión de la atmosfera, la reflexión de la superficie, la emisión de la superficie y la energía transmitida desde el subsuelo. Los sensores de microondas trabajan con una antena larga que recoge la se-ñal. Esta señal se compara con las fuentes de calibración a bordo del satélite, la diferencia de intensidad se relaciona con la temperatura y la señal se amplifica y se registra (Sobrino y Rais-souni, 2000).

Los radiómetros de microondas pasivos obser-van la radiación termal emitida por la superficie del mar en la porción de microondas del espec-tro. A esas longitudes de ondas largas no existe dispersión por aerosoles, niebla, polvo o peque-ñas partículas de agua en las nubes, por lo que son dispositivos para todo tipo de clima (CCCP, 2008).

101



Los radiómetros de microondas siguen las mis-mas leyes que los sensores que miden emisividad en frecuencias ópticas (un cuerpo emite energía si está a más de 0ºK) y normalmente sirven para corregir los datos de los sensores ópticos.

Las aplicaciones de estos sensores son muy am-plias y se centran en el campo de la metereolo-gía, hidrología y oceanografía. La cartografía de la capa de hielo y nieve es uno de los usos prin-cipales, debido a que estos sensores son muy sensibles a las altas temperaturas y a que logran penetrar las capas nubosas.

Entre los satélites con este tipo de tecnologías se encuentra el satélite TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) que cuenta con el sensor TMI (TRMM Microwave Imager), el cual es un radiómetro de microondas pasivo que contiene canales de baja frecuencia requeridos para recu-perar la TSM. La recuperación de la TSM a partir de microondas puede ser medida a través de las nubes, por ser transparentes en esta región del espectro.

Otro ejemplo es el satélite NIMBUS–7 (Figura 2), el cual tiene instalado un radiómetro de mi-croondas Barredor de Multicanales (SMRR). Este proporciona información de numerosos pará-metros, particularmente de la temperatura de la superficie del mar y de la cubierta de hielo del mar.

b. Sensores magnéticos

Este tipo de sensores permite determinar la in-tensidad del campo magnético terrestre en sus tres direcciones, realizando mediciones de la fuerza y de la dirección de los campos magné-ticos internos y externos de la tierra, con gran precisión y sensibilidad.

Existe otro tipo de sensores magnéticos, los cuales se disponen de forma conjunta con las cámaras, con el fin de garantizar que la cámara permanezca alineada con la superficie terrestre y se mantenga el ángulo de toma programado para la captura de las imágenes. Otro tipo de sensores magnéticos integran sistemas de nave-gación abordo y cumplen la función de contro-lar la actitud y órbita del satélite.

Dentro de las aplicaciones principales en mate-ria de observación de la Tierra para este tipo de sensores, se encuentran la medición del geoide, la determinación cuantitativa absoluta de las co-rrientes oceánicas, la estimación del grosor de las capas de hielo polar y sus variaciones, aparte de la investigación de los vínculos entre los terre-motos y las variaciones del campo magnético.

c. Gravímetros

Este tipo de instrumentos se ha desarrollado para obtener la medición de diferencias muy pequeñas en la gravedad terrestre, así como mediciones en las variaciones de la fuerza de gravedad. Igualmente, estos sensores detectan anomalías de gravedad que se traducen en dife-rencias de densidad del terreno.

Figura 2. Imagen del satélite NIMBUS-7 / SEASAT

Fuente: FAO, 2008

102



El campo de aplicación de estos sensores es muy amplio dentro de las temáticas estudiadas en la geología y la geofísica, algo que en la actuali-dad es materia de investigación y desarrollo. Los estudios realizados hasta el momento han defi-nido que la utilización de estos sensores puede permitir la identificación de grandes cuerpos mineralizados debido a que estos pueden au-mentar la gravitación en una región determi-nada a causa de rocas de mayor densidad que aumentan la aceleración (Griem y Griem-Klee, 2007).

Por otra parte, la determinación de las diferen-cias de la fuerza de gravedad permite obte-ner datos muy importantes en la investigación de la dinámica y la estructura de la Tierra. Por ejemplo, un déficit de gravedad (baja densidad) puede corresponder a domos de sal e hidro-carburos, mientras que un exceso de gravedad (alta densidad) puede corresponder a un cuerpo altamente mineralizado. Además, a partir de di-ferencias de gravedad local es posible inferir la densidad y composición mineral, así como las formaciones geológicas.

d. Espectrómetro de Fourier

El espectrómetro de Fourier consiste en un mó-dulo óptico que posee dos sensores, uno de onda corta que realiza mediciones en el rango de los 1.2 a 5 micrones, y el sensor de onda larga que realiza mediciones en el rango entre 7 y 50 micrones.

Una de las principales características de este instrumento es que permite trabajar el espec-trómetro en el dominio del tiempo. En este do-minio las técnicas son altamente eficientes ya que todas las frecuencias de luz se detectan de forma simultánea. La señal es muy compleja y debe ser transformada mediante el análisis de Fourier al dominio de frecuencia para obtener el espectro normal.

Sus aplicaciones generales se encuentran en el campo de la meteorología y están basadas en mediciones de la atmósfera, sobre todo en el análisis de la radiación infrarroja emitida. Ade-más, este tipo de sensores tiene la capacidad particular de realizar mediciones verticales de presión y temperatura, aparte de perfiles de dióxido de carbono.

Asimismo, la Agencia Espacial Europea está usando este instrumento abordo del satélite “Mars Express” para la exploración de Marte, teniendo como objetivo la medición de com-puestos menores incluidos en la atmósfera como monóxido de carbono, metano, agua y formaldehído, entre otros.

El desarrollo de dichos sensores se está inves-tigando ampliamente para aplicaciones en as-tronomía, y observación de la Tierra y otros planetas.

• Sensores que no utilizan escáner y que generan imágenes

Estos sensores registran información cuantitati-va de la superficie terrestre y trabajan en varias longitudes de onda, produciendo la imagen a través de la excitación de los electrones sobre una sustancia específica sensible a la radiación que compone el sensor. En este tipo de sensores es posible diferenciar las cámaras métricas aná-logas de las digitales.

a. Cámaras métricas análogas

Las cámaras métricas análogas registran la ener-gía reflejada por los elementos en la superficie terrestre sobre emulsiones fotosensibles, las cuales han sido dispuestas en una película foto-gráfica de gran formato, y cuenta con el apoyo de un sistema óptico que permite controlar las condiciones de exposición. Esta configuración básica posibilita establecer numerosas variantes en función de cuatro elementos: tipo de pelícu-la, número de objetivos, ángulo de observación y altura de la plataforma.

Respecto a las cámaras digitales, las cámaras analógicas son más económicas, más robustas, tienen pocos componentes y son menos sensi-bles. De igual forma, poseen una elevada reso-lución geométrica (40-60 líneas/mm) que aún no ha sido igualada por las cámaras digitales, y tienen una geometría estándar y ampliamente conocida (MappingInteractivo, 2006).

Además, las cámaras análogas tienen un alto rango de escalas y cubren más superficie para la misma escala ya que tienen un FOV (Field

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of View) alto, es decir, gran ancho de banda. Los chasises (receptáculo para la película) son intercambiables y por tanto se pueden llevar en el avión películas de diferentes sensibilida-des. Los costos de almacenamiento de los ma-teriales sensibles son muy bajos y el sistema de almacenamiento es más duradero que el digital.

De acuerdo con el tipo de película, los obje-tivos, la óptica y filtros utilizados, se pueden obtener fotografías aéreas pancromáticas, a color natural, infrarrojas, o infrarrojas a color. Las pancromáticas recogen todo el espectro visible sobre una misma emulsión, de tipo blanco y negro. Las fotos a color natural em-plean un tipo de película en la cual se mezclan distintas capas foto-químicas, cada una de las cuales es sensible a una banda del espectro visible.

En el caso de las fotos infrarrojas, éstas uti-lizan un tipo de película infrarroja en blanco y negro sensible a las longitudes de onda del espectro visible comprendidas entre los 700 y los 1200 nanómetros. Además de una pelícu-la sensible se deben utilizar filtros infrarrojos con los que se excluye la radiación ultravioleta y la totalidad o gran parte del espectro visible, dejando pasar sólo el espectro infrarrojo a tra-vés del objetivo de la cámara.

Por último, en las fotos infrarrojas a color se desplaza la escala de color natural, situándo-se entre el verde e infrarrojo cercano. En vez de aplicar los colores azul verde y rojo a las respectivas bandas del espectro, en este tipo de imágenes se aplican a las bandas el verde, rojo y el infrarrojo cercano, respectivamente.

b. Cámaras métricas digitales

El término de cámara digital hace referencia a las cámaras fotográficas o de video de estado sóli-do, que ofrecen señales de salida digital (Figura 3). Una cámara digital es una cámara óptico-electrónica que realiza en su interior al menos la conversión de señal analógica a digital.

Estas cámaras se destacan por la precisión ra-diométrica del sensor, la captura de información multiespectral, la elevada resolución radiomé-trica como consecuencia de un mayor rango dinámico, así como la precisión espacial de la

imagen digital debida a la geometría de la ima-gen digital, la cual es muy estable y no se defor-ma con factores externos (Lerma, 2002).

En cuanto al factor tiempo, con las cámaras di-gitales el flujo de trabajo puede ser continuo, desaparece la digitalización de los fotogramas o de las fotografías y es posible lograr la au-tomatización del proceso productivo, con los consiguientes beneficios en ahorro de tiempo. En cuanto al factor económico, desaparecen los costos del material fotográfico y se eliminan los gastos relativos a la digitalización de fotogra-mas o fotografías.

Además, las cámaras digitales dinamizan la captura de imágenes y la mayoría permiten la visualización inmediata. Por consiguiente, el operador puede cotejar in situ la bondad de la toma y repetirla en caso de ser necesario.

Figura 3. Imagen de una cámara digital

Fuente: Cartesia, 2004

Sensores que utilizan sistema de escáner

• Sensores que utilizan escáner y generan imagen

Entre los sensores que utilizan sistema de escá-ner se pueden diferenciar aquellos que realizan un escaneo plano de la imagen y los que reali-zan un escaneo plano de los objetos.

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a. Escaneo plano de la imagen

Entre los sensores que realizan escaneo plano de la imagen es posible mencionar las cámaras de vídeo Vidicón, además de los escáneres só-lidos. Las cámaras de vídeo Vidicón son utiliza-das en misiones de larga duración, gracias a su tecnología que permite obtener fotografías en el intervalo espectral entre 0.35 y 1.1 micrones, sin necesidad de la utilización de película.

La radiación incidente es recogida en una placa fotoconductora donde se forma una réplica de la imagen óptica. Tan pronto como la imagen es tomada se registra en una banda magnética o se transmite a una estación receptora, y segui-damente es posible tomar una nueva imagen. Este tipo de cámaras se ha utilizado en la ma-yoría de misiones llevadas a cabo desde saté-lites, empleándose inicialmente en los satélites meteorológicos pioneros (Tiros – 1) y posterior-mente en la serie LANDSAT (1-3).

b. Escaneo plano de objetos

En este tipo de sensores es importante destacar los escáneres mecánico-ópticos, entre los que se encuentran los rastreadores de barrido y los rastreadores de empuje.

• Rastreadores de barrido

En este caso la imagen se obtiene mediante el barrido que realiza un espejo móvil (Figura 4). Tal espejo refleja la radiación de un área cua-drada de la superficie de la Tierra, dependien-do tanto el tamaño del área escaneada como la resolución espacial de las características ópticas del satélite (EDUSPACE, 2008). La radiancia me-

dida es convertida a señal eléctrica y posterior-mente digitalizada.

El escáner se emplea sobre la Tierra, en aviones o a bordo de satélites. Los detectores de cada escáner están diseñados para recibir radiaciones de canales específicos. El número de canales, su longitud y situación en el espectro electro-magnético varía para cada sensor, con lo que se obtienen características distintas de resolución espectral y espacial. Estas combinaciones de factores determinan los usos para los que van a ser adecuadas las imágenes del sensor.

Figura 4. Rastreador de barrido

Fuente: Chuvieco E, 2002

En comparación con el sensor fotográfico, el escáner multiespectral capta radiación en el in-frarrojo térmico, además de en el rango visible e infrarrojo cercano, como los sensores fotográfi-cos. Igualmente, los escáneres multiespectrales tienen gran facilidad de calibración y corrección radiométrica, permiten realizar coberturas siste-máticas y de grandes espacios, transmiten datos en tiempo real y la grabación digital de la infor-mación facilita su fiabilidad y el tratamiento por ordenador.

Un ejemplo de este tipo de sensores es el sen-sor MSS utilizado por los primeros satélites de la serie LANDSAT, los cuales incorporaron un escáner multiespectral consistente en un dispo-sitivo de barrido mecánico que tomaba datos de la superficie de la Tierra en cuatro bandas espectrales de manera simultánea, obteniendo la información por medio de un espejo oscilante

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plano que realizaba el rastreo en sentido Este – Oeste, perpendicular al movimiento del satélite. La energía captada era reflejada a un grupo de detectores que producía un voltaje de acuerdo con la cantidad de energía recibida.

• Rastreadores de empuje

Los exploradores de empuje no utilizan un es-pejo sino una cadena de detectores que permite registrar la energía de una línea de rastreo en forma simultánea. Las líneas están orientadas en forma perpendicular a la línea de vuelo o de trayectoria del satélite. Esta cadena de detecto-res son un conjunto de dispositivos de acopla-miento por carga (CCDs) que permiten registrar una línea en forma simultánea. Cada banda es-pectral requiere de su propia cadena de detec-tores, lo cual permite que cada detector pueda recibir durante más tiempo la energía reflejada por la superficie terrestre, y por lo tanto tenga una razón señal/ruido mayor. Esto se traduce en una mayor resolución espacial sin sacrificar la resolución espectral.

En comparación con el escáner de barrido, el sistema rastreador de empuje aumenta la re-solución espacial y disminuye los problemas geométricos por asincronismo entre espejo mó-vil y plataforma, si bien tiene como inconvenien-te la dificultad de calibración homogénea de la línea de detectores.

Sensores remotos activos

En el caso de los sensores activos, es posible diferenciar también entre los que utilizan y los que no utilizan escáner.

• Sensores remotos activos que no utilizan escáner

Entre los que no utilizan escáner se pueden mencionar el altímetro de microondas, la tec-nología Lidar y el radiómetro de microondas, entre otros.

• Altímetro de microondas

El altímetro de microondas transmite pulsos de microondas al objeto y mide el tiempo de vuel-ta de la señal para determinar la distancia del objeto al sensor. Este instrumento generalmente mira directamente en vertical, en el nadir, y así mide la altura o elevación del objeto, si la altitud de la plataforma se conoce de forma precisa.

Se ha utilizado en plataformas aéreas y a bordo de plataformas espaciales, en las que se utiliza para realizar perfiles topográficos paralelos a la trayectoria del satélite.

Hasta la fecha, la mayoría de los altímetros es-paciales son sistemas de apertura amplia que operan en órbitas bajas. Estos son útiles en su-perficies relativamente suaves como los océa-nos, pero no son efectivos sobre la superficie continental de acusado relieve. El éxito de las mediciones depende de determinar con preci-sión la altura orbital.

A partir de la información proporcionada por los altímetros se puede inferir una gran variedad de parámetros como la topografía del océano, la extensión de la capa de hielo marino y la altu-ra de los grandes icebergs sobre el nivel del mar, la topografía de la Tierra, de los mantos de hielo y de los fondos marinos, la velocidad del viento sobre la superficie del mar, la altura del oleaje, e incluso mediciones útiles para determinar con exactitud el geoide (Sobrino y Raissouni, 2000).

• Lidar

El LiDAR (Ligh Detection and Ranging) es un sis-tema activo destinado en principio al estudio de la atmósfera, el cual se vale de un emisor láser para emitir pulsos de luz polarizada entre el ul-travioleta y el infrarrojo próximo. El efecto pro-ducido por la interacción atmosférica se recoge a través de un sistema óptico en un detector que envía la señal al sistema de almacenamien-to para su posterior estudio informatizado.

Existen sistemas LiDAR específicos para cada tipo de dispersión atmosférica, pudiéndose ca-racterizar la composición en aerosoles de la at-mósfera y la cantidad de contaminantes sólidos, establecer medidas de la temperatura, humedad

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y presión del aire; así como una estimación de la velocidad del viento.

Sensores remotos activos que utilizan escáner

• Radar de Apertura Real (RAR)

Los RAR son equipos en los que el tamaño de la antena es controlado por la longitud física de la antena (Figura 5). También son conocidos como radares no coherentes (CIAT, 2008).

La ventaja de los equipos RAR radica en su di-seño simple y en el procesamiento de los datos. Sin embargo, su resolución es pobre para el ran-go cercano, misiones de baja altitud y longitu-des de onda baja. El uso de estos datos estaría limitado para longitudes de onda más corta y sería difícil aplicarlos a estudios atmosféricos o

de dispersión, debido a que las emisiones vue-lan a baja altitud y su cobertura es pequeña.

La resolución de la imagen es limitada por la longitud de la antena ya que ésta necesita tener varias veces el tamaño de la longitud de onda para reducir el ancho de banda de la señal emi-tida. Sin embargo, no es práctico diseñar una antena suficientemente grande como para pro-ducir datos de alta resolución.

• Radar de apertura sintética (SAR)

Es un radar activo que emite energía en el in-tervalo de frecuencias de microondas en un periodo pequeño de tiempo y recibe los ecos provenientes de reflexiones de la señal en los objetos dando lugar a una apertura sintética, hecho que ocurre debido a la gran velocidad de desplazamiento del vehículo espacial (7.5 Km/s aproximadamente), lo que convierte a la ante-

Figura 5. Radar de apertura real

Fuente: MinDefensa, 2008

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na del dispositivo SAR en una virtual de mayor tamaño.

El blanco permanece durante unos instantes en el haz de la antena y es observado por el ra-dar desde numerosos puntos a lo largo de la trayectoria de satélite, lo que es equivalente a prolongar la longitud real de la antena (Plato-nov, 2002).

El dispositivo SAR puede ser instalado a bordo de un avión o de un satélite. El procesamiento de datos obtenidos por SAR es complicado de-bido al gran volumen de información correspon-diente a cada imagen. Al final de este complejo procesamiento se obtienen imágenes en tonos de gris de 100*100 Km con una resolución de 25 m (ERS) o entre 12.5 m y 200 m (RADARSAT) por píxel, dependiendo del tipo de radar y de las necesidades de usuario.

Entre los problemas que presentan las imágenes SAR para su interpretación, se encuentran, en primer lugar la distorsión de la imagen debido al ángulo de incidencia oblicuo, ya que el sen-sor mide el “eco” de la distancia del punto al sensor; y segundo el efecto speckle o moteado, que corresponde al “eco” proveniente de cada píxel y es obtenido por la suma vectorial de los que proceden de cada punto perteneciente al píxel. Además, se generan problemas por el movimiento relativo de la escena observada, a razón del movimiento de rotación de la Tierra y movimiento de la escena respecto a la Tierra.

Conclusiones

El importante desarrollo tecnológico alcanzado por la teledetección espacial, ha conllevado un progreso notable tanto en la cantidad como en la variedad y calidad de la información disponi-ble para distintos campos de aplicación.

Las características de las tecnologías desarro-lladas han permitido la captura de información tanto en las regiones visibles del espectro como en las no visibles. Tal es el caso de los sensores ópticos-electrónicos, los cuales facilitan imáge-nes sobre tipos de energía que no son accesi-bles al ojo humano o la fotografía convencional, como es el caso de infrarrojo medio y térmico o las microondas.

Aunado a lo anterior, gracias a las características técnicas del desarrollo de sensores activos, se ha superado el problema de limitaciones atmosféri-cas como la presencia de nubes, principalmente.

La amplia variedad de tecnologías disponibles ofrece un rango bastante extenso de posibili-dades tanto en lo referente a la posibilidad de obtener información, como a las distintas apli-caciones que se pueden llegar a desarrollar con los datos adquiridos.

Las necesidades y requerimientos del usuario determinan entonces el tipo de tecnología para cumplir con sus actividades de observación de la Tierra.

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COMISIÓN COLOMBIANA DEL ESPACIO. Campos de apli-cación de las tecnologías espaciales y aéreas de acción de de la política espacial. Revista Análisis Geográficos 35, p. 51-60. 2007.

COMISIÓN COLOMBIANA DEL ESPACIO. Beneficios eco-nómicos y sociales de la aplicación de tecnologías espaciales. Revista Análisis Geográficos 35, p. 64-74. 2007.

LERMA, José. Fotogrametría moderna: analítica y digital. Universidad Politécnica de Valencia. España. 2002.

MAINI, Anil y AGRAWAL, Varsha. Satellite Technology. Principles and Applications. Wiley, 2007.

SOBRINO, José y RAISSOUNI, Kerr. Teledetección. Universi-tat de València. España. 2000.


CARTESIA. TASA adquiere la primera cámara digital fo-togramétrica en España. 2004 En Cartesia [En línea] Disponible en Internet: http://www.cartesia.org/ar-ticle.php?sid=163 [Consultado 13 de Noviembre de 2008].

CENTRO CONTROL CONTAMINACIÓN DEL PACÍFICO (CCCP). Tecnología satelital para el estudio de la CPC. 2008. En Centro Control Contaminación del Pacífico. [En línea] Disponible en Internet: http://www.cccp.org.co/modules.php?name=News&file=article&sid=180 [Consultado 13 de Noviembre de 2008]

CIAT. Teoría de radar. 2008. En CIAT [En línea] Disponible en Internet: http://www.ciat.cgiar.org/dtmradar/ra-dar1.htm [Consultado 13 de Noviembre de 2008]

EDUSPACE. Remote Sensing Principle. History of Earth Ob-servation. 2008. En EDUSPACE [En línea] Disponible en Internet: http://www.eduspace.esa.int/subtopic/default.asp?document=296&language=es#multi [Consultado 13 de Noviembre de 2008]

FAO. Aplicación de la tecnología de percepción remota a las pesquerías marinas: manual introductorio. Sección 5: Satélites ambientales. 2008. En Depósito de Docu-mentos de la FAO. [En línea] Disponible en Internet: http://www.fao.org/DOCREP/003/T0355S/T0355S00.HTM#toc [Consultado 13 de Noviembre de 2008]

GRIEM, Wolfgang y GRIEM-KLEE, Susanne. Apuntes Geolo-gía General. 2007. En Geovirtual [En línea] Disponible en Internet: http://www.geovirtual.cl/geologiagene-ral/geogenap.html [Consultado 13 de Noviembre de 2008]

MAPPING INTERACTIVO. Cámaras fotogramétricas aéreas digitales. Ventajas e inconvenientes. Influencias en la ejecución de cartografía catastral. 2006 . En Map-ping Interactivo. [En línea] Disponible en Internet: http://www.mappinginteractivo.com/plantilla-ante.asp?id_articulo=1345 [Consultado 13 de Noviembre de 2008]

MINISTERIO DE DEFENSA DE ESPAÑA (MINDEFENSA). 2008 . En Ministerio de Defensa de España [En línea] Disponible en Internet: http://www.mde.es/Home [Consultado 13 de Noviembre de 2008]

PLATONOV, Alexei. Aplicación de imágenes de satélite SAR, en los estudios de contaminación marina y de diná-mica de las aguas en el mediterráneo noroccidental. 2002. En Centre de Supercomputación de Catalun-ya. [En línea] Disponible en Internet: http://www.tdcat.cesca.es/TESIS_UPC/AVAILABLE/TDX-0905102-135541/ [Consultado 13 de Noviembre de 2008].

Clasificación digital de la cobertura del suelo urbano, usando algoritmos de redes neuronales artificiales

ResumenEl mapeo continuo y actualizado de la cobertura y el uso del suelo, tanto en el ambiente urbano como en el rural se constituye en una necesidad apremiante para optimizar diversas labores de planeación y or-denamiento del territorio. Por este motivo, en el CIAF se está investigando la aplicación de nuevas técnicas y algoritmos de clasificación digital, que permita ob-tener de manera eficiente esta información a partir de utilizar tecnologías tales como los sensores remo-tos y los sistemas de información geográfica.

Este trabajo presenta los alcances de un estudio comparativo de diferentes clasificadores convencio-nales y algoritmos de redes neuronales artificiales, para la extracción de la cobertura del suelo urbano en una zona piloto de la ciudad de Bogotá, a partir de una imagen de alta resolución espacial QuickBird. Como resultados se obtuvieron los tiempos com-putacionales de procesamiento y la evaluación de exactitud temática a través del uso de diversos datos auxiliares y herramientas de procesamiento digital de imágenes..

Palabras claves: algoritmos de redes neuronales artificiales, clasificación de coberturas urbanas, percepción remota, procesamiento digital de imágenes satelitales, retropropagación de errores, mapas auto-organizados de Kohonen, máxima verosimilitud, QuickBird

AbstractContinuous and updated land cover and land use mapping in urban and rural environments is a great need for planning and land management tasks, in this way CIAF has been researching the application of new techniques and digital classification algorithms which qualifies efficiently and precisely this informa-tion from the use of technologies such as Remote Sensing and Geographic Information Systems.

The present work is carried out a comparative study between different classifiers conventional and artifi-cial neural network algorithms for the classification of land cover in an urban area pilot in Bogota city from a high spatial resolution QuickBird image. As results and analysis are obtained times computatio-nal processing and evaluation of thematic accuracy with the implementation of various auxiliary data and tools digital image processing.

Key words: artificial Neural Networks algorithms, urban land cover classification, remote sensing, satellite image processing, Backpropagation algorithm, Self Organizing Maps, Maximum Likelihood, QuickBird.

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Introducción

La implementación de una metodología de cla-sificación de cobertura y uso del suelo en zonas urbanas es una alternativa necesaria además de económica para obtener información precisa sobre los comportamientos y dinámicas, tanto en tiempo como en espacio, sobre el uso del suelo de las ciudades en especial de países como Colombia, donde predomina la interpretación a partir de fotografías aéreas casi que exclusiva-mente, a la vez que se carece de cubrimientos espaciales más homogéneos y continuos en el tiempo.

Las imágenes satelitales de alta resolución espa-cial como IKONOS o QuickBird, experimentadas en varios países del mundo, han demostrado no sólo ofrecer un nivel de detalle muy cercano al de una fotografía aérea (60 cm - 100 cm), sino también permitir la obtención eficiente de registros y patrones en conjunto con los algo-ritmos de clasificación, a fin de apoyar las labo-res de actualización cartográfica, planificación ambiental y ordenamiento territorial; aparte del seguimiento y monitoreo de planes de ordena-miento territorial urbano.

Como parte del proceso de investigación que impulsa el IGAC a través del Centro de Investi-gación y Desarrollo en Información Geográfica – CIAF, en la actualidad se adelantan estudios en cuanto a percepción remota, relacionados con diversas técnicas y algoritmos de clasificación digital que permitan extraer de manera más efi-ciente la cobertura y uso del suelo a partir de imágenes provenientes de sensores remotos, así como la integración con los sistemas de infor-mación geográfica.

En este artículo se resume el trabajo realizado en el Grupo de Percepción Remota y Aplicacio-nes Geográficas del CIAF, en la implementación de clasificadores digitales basados en algoritmos de redes neuronales artificiales, para extraer la cobertura del suelo urbano a partir de imágenes de alta resolución espacial, tales como Quick-Bird, IKONOS y recientemente GeoEye.

La clasificación es uno de los procesos más im-portantes de la percepción remota toda vez que posibilita la obtención de mapas temáticos a partir de imágenes de sensores remotos.

Por tradición este proceso se realiza mediante interpretación visual, sin embargo, la tendencia de aplicaciones y las propuestas de muchos in-vestigadores se enfocan hacia la interpretación asistida por computador ya que ofrece facilidad y rapidez al obtener resultados (Costa, 1999 y citado por Paes et al., 2005).

Esta tarea de clasificación digital de imágenes de sensores remotos ha sido abordada ante todo por medio de métodos convencionales estadís-ticos, que realizan supuestos sobre los datos de respuestas espectrales de las clases temáticas, pero al constituirse como métodos paramétri-cos y casi siempre lineales se ven limitados mu-chas veces en las tarea de clasificación, debido a una ganancia de la resolución de los nuevos sensores remotos como la espacial, espectral, radiométrica y temporal, ejemplo son las imá-genes de los sensores IKONOS y QuickBird, que permite identificar y mapear objetos en la su-perficie terrestre de forma detallada.

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No obstante, esta ganancia causa una alta varia-ción espacial y espectral en algunas clases (Paes et al., 2005). Aunado a lo anterior, la inclusión de nuevos datos no espectrales como informa-ción auxiliar, limitan la clasificación de imágenes con métodos tradicionales.

Como alternativa de clasificación de imágenes se han propuesto investigaciones y aplicacio-nes con varias técnicas avanzadas, con miras a obtener clases particulares de cobertura y uso del suelo empleando diferentes imágenes de sensores remotos, entre los que se encuentran las Redes Neuronales Artificiales (–ANN, por sus siglas en inglés), Máquinas de Vectores de So-porte (–SVM, por sus siglas en inglés), Sistemas Difusos (Fuzzy Systems) y Algoritmos Genéticos (–GA, por sus siglas en inglés) (Jin y Cao, 2005; Seetha y MuraliKrishn, 2000).

Aunque muchos de estos métodos fueron di-señados para cumplir con las tareas de proce-samiento y han demostrado ser superiores en casos de clasificación limitados por los métodos convencionales, aún no han sido completamen-te aplicados en el mundo de los sensores remo-tos (Backer, 2002 y citado por Gelelete y De Sa, 2007).

Dentro de estas tecnologías, en los últimos 15 años se reporta un importante incremento de aplicaciones de Inteligencia Artificial (AI) en muchas disciplinas prácticas. Varios de dichos desarrollos se han evaluado y aplicado a tecno-logías como el reconocimiento de patrones en imágenes y en los SIG. Una de las técnicas que más ha motivado investigaciones y está basada en la rama conexionista de la AI, es la técnica denominada Redes Neuronales Artificiales, ge-neralmente referidas como ANN por sus siglas en inglés (Artificial Neural Networks).

Como modelo no paramétrico y sistema de pro-cesamiento adaptivo y flexible, las ANN pueden ofrecer muchas ventajas sobre los métodos tra-dicionales, en particular las técnicas estadísticas en las que se exhibe cierta linealidad y limitantes de supuestos sobre los datos de entrada.

Este artículo tomó como base los fundamentos de los algoritmos de ANN, tratados en el capítulo dos del trabajo de grado en modalidad de inves-tigación titulado “Clasificación de la cobertura y el uso del suelo urbano, usando algoritmos de

redes neuronales artificiales”, desarrollado por Samuel F. Mesa y Ricardo Cuítiva Baracaldo, di-rigido por el profesor Iván A. Lizarazo Salcedo, adscrito a la Universidad Distrital Francisco José de Caldas (Mesa y Cuítiva, 2006).

El área de estudio fue una sección de la zona trabajada en el proyecto de grado, en la que se hizo un estudio más detallado gracias a los recursos que puso a disposición el IGAC a través de la oficina CIAF, y se utilizaron algunas versio-nes más recientes del software.

Fundamentos de los algoritmos de Redes Neuronales Artificiales

De acuerdo a Haykin (1998) una ANN es un sistema de procesamiento de información en paralelo y distribuido, que simula ciertas ca-racterísticas del cerebro humano. Según esta definición las ANN se constituyen en modelos matemáticos que generalizan de forma simpli-ficada el proceso de aprendizaje fundamentado en la forma como las redes neuronales biológi-cas procesan la información a través de proce-sadores elementales, conocidos como neuronas y las relaciones que se constituyen entre ellas. El tipo procesamiento en paralelo de las ANN permite incrementar la exactitud de la clasifica-ción en un 10-30% comparado con las técnicas de clasificación convencional (Carpenter et al., 1997 y citado por Rollet et al., 1998).

El modelo biológico

El elemento fundamental de este sistema com-plejo es la neurona. A diferencia del resto de las células del organismo, la neurona posee un cuerpo celular del que sale una rama principal llamada axón y varias ramas cortas llamadas dendritas. A su vez, del extremo del axón na-cen otras ramificaciones mediante las cuales la neurona se comunica con otras neuronas, pro-duciendo la sinapsis (Figura 1).

A través de sus dendritas y el axón, las neuronas transportan señales eléctricas, pequeños impul-sos provenientes de otras neuronas o de ellas mismas si son neuronas externas. Ellas integran

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de alguna forma todas las señales que llegan y pueden excitarse, provocándole un impulso simplemente, o bien inhibirse, con lo que ate-nuarían el impulso recibido o lo anularían. Así, la neurona recibe señales inhibidoras como exci-tadoras cada instante, provenientes de su sinap-sis. La integración de tales efectos excitadores con los inhibidores (podría entenderse como las suma de sus entradas) determina si la neuro-na será o no estimulada, es decir, si emitirá un impulso o un tren de ellos y a qué velocidad, o si no lo emitirá; de esta forma se constituye el aprendizaje y se fundamenta en las relaciones de las millones de neuronas del cerebro (Wi-dow, 1998).

Figura 1. Estructura básica de una neurona natural

Fuente: adaptado de Palacios (2003)

El modelo artificial

La estructura de las redes neuronales ha sido desarrollada de acuerdo con la comprensión del sistema nervioso biológico. Un modelo estándar es similar a la primera neurona artificial clásica desarrollada por el neurofisiólogo Warren Mc-Culloch y el matemático Walter Pitts, definida como un procesador elemental en el sentido en que procesa un vector de X={x1,x2..,xi,..,xl}y pro-duce una respuesta o salida única yi (Figura 2).

Los elementos clave de una neurona artificial se pueden observar en la Figura 2 y según Rao (2000), Martín y Sanz (2001) y Palacios (2003), son los siguientes:

Figura 2. Estructura básica de una neurona artificial de tipo MacCulloch-Pitts

Fuente: adaptado de Martín y Sanz (2001)

• Las entradas (dendritas): reciben los datos de otras neuronas xi(t) .

• Los pesos sinápticos de la neurona j,wji: al igual que una neurona biológica se estable-cen sinapsis entre las dendritas de una neu-rona postsináptica j y el axón de otra neuro-na presipnática i. En una neurona artificial, a las entradas que vienen de otras neuronas se les asigna un peso o factor de importancia; este peso, que es un número, se modifica durante el entrenamiento de la red neuronal y por tanto es aquí donde se almacena la información que hará que la red sirva para un propósito u otro.

• La regla de propagación : proporciona el valor del potencial postsináp-tico de la neurona j en función de sus pesos y sus entradas. Esta regla generalmente se cal-cula sobre el resultado de sumar las entradas teniendo en cuenta la importancia de cada una (el peso sináptico asociado a cada entra-da), lo que se conoce como suma pondera-da, aunque también es posible efectuar otras operaciones.

• La función de activación o función de trans-ferencia yj(t)=fj(hj(t)): proporciona la salida global de la neurona yj en función de la re-gla de propagación hj(t). Las funciones de activación más comunes son la de tipo sig-moide, gaussiana, identidad, escalón, entre otras.

El proceso matemático de una neurona sim-ple puede interpretarse de la siguiente ma-nera: dado un vector de entrada X, se cal-cula el producto escalar XW y se le resta denominado bias (parámetro adicional que

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significa umbral) aunque debe tenerse en cuenta que no se trata de un umbral de dis-paro sino de un parámetro que proporciona un grado de libertad con un valor de entrada constante de 1. Si el resultado es positivo la neurona produce una respuesta y si es ne-gativo produce otra, cuando se aplica una función de activación .

El aprendizaje en la Red Neuronal Artificial

El entrenamiento es un proceso en el que la red modifica los pesos de sus conexiones en función de una entrada alimentada (ejemplo las bandas de una imagen) y una salida deseada (clase de cobertura terrestre), ampliando el concepto también para un conjunto de vectores de en-trada, con sus respectivos vectores de salida de-seada. En otras palabras, la red va modificando los valores de los pesos entre cada conexión de tal forma que el vector obtenido en la capa de salida corresponda al vector de salida deseado, y esto para cada uno de los vectores de entrada los cuales forman el “grupo de entrenamiento” (Martín y Sanz, 2001).

La forma de efectuar el entrenamiento difie-re en los algoritmos de aprendizaje, los cuales se agrupan en tres esquemas principales (Fyfe, 1997):

• Entrenamientosupervisado: con este tipo de aprendizaje se suministran a la red los datos de entrada y las respuestas correctas, esto es, qué salidas se desea obtener proporcio-nándole los datos de entrada. Éstos últimos son transmitidos hacia adelante a través de la red hasta que la activación alcance las neuronas de salida. Puede compararse la respuesta que la red ha calculado con la que se desea obtener. Si la respuesta es co-rrecta no es necesario realizar cambios en la red, pero si por el contrario la red da una respuesta diferente a la deseada, entonces se ajustan los pesos para asegurar que ésta proporcione respuestas cercanas a la correc-ta si en adelante se presentan los mismos (o similares) datos de entrada.

El algoritmo más común correspondiente a este esquema es el de retropropagación de errores (Backpropagation), aunque también

se encuentran los algoritmos de Counterpro-pagation, Adaline, entre otros.

• Entrenamientono supervisado: en este tipo de aprendizaje se proveen a la red los datos de entrada solamente. La red auto-aprende (o se auto-entrena) dependiendo de la estruc-tura de los datos de entrada. El más emplea-do de este esquema es el algoritmo de Mapas auto-organizados de Kohonen (–SOM, por sus siglas en inglés), también pueden encon-trarse el Learning Vector Quantizer (LVQ, por sus siglas en inglés), Cognitron/Neocognitron y Teoría de Resonancia Adaptiva (ART, por sus siglas en inglés), entre otros.

• Entrenamiento reforzadoohíbrido: es una forma intermedia entre las dos anteriores, así: se proveen a la red los datos de entra-da y se propaga la activación hacia adelante, pero sólo se le informa a la red si ha pro-ducido una respuesta correcta o errónea. Si ésta ha producido una respuesta incorrecta entonces se ajustan los pesos hasta que se entregue una respuesta correcta o similar.

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El algoritmo de retropropagación de errores (Backpropagation – BP, por sus siglas en inglés)

El Perceptron multicapa con aprendizaje BP (o algunas de sus variantes) es un algoritmo de aprendizaje para redes neuronales unidireccio-nales multicapa más conocidas como Percep-tron Multicapa (Multi-Layer Perceptron – MLP por sus siglas en inglés) y es el modelo neuro-nal más empleado en las aplicaciones prácti-cas, demostrando muy buenos resultados (se estima que el 70% de los desarrollos con re-des neuronales usan algunas de sus variantes) (Fyfe, 1997; Gadeon, 1995 y citado por Martín y Sanz, 2001).

El algoritmo de retropropagacion (BP) utiliza un entrenamiento supervisado, lo cual signifi-ca que se proporcionan patrones de ejemplo o de entrenamiento , donde x se refiere al vector de entradas y t a las salidas objetivos (salidas deseadas) que se desea que la red aprenda y luego se calcula un error como diferencia entre las salidas calculadas por la red y las objetivos. El entrenamiento inicia con pe-sos aleatorios y el objetivo es ajustarlos hasta que el error sea mínimo, para lo que se basa en el descenso del gradiente en la hipersuperficie de errores.

El algoritmo de Mapas Auto-organizados de Kohonen (Self-Organizing Maps – SOM por sus siglas en inglés)

Son redes caracterizadas por tener un apren-dizaje no supervisado en el que las neuronas compiten y cooperan para llevar a cabo una ta-rea dada. Con este tipo de aprendizaje se busca que cuando se presente cierto grupo de datos en la capa de entrada (estímulos) sólo una de las neuronas de salida de la red se active. Por lo tanto, las neuronas compiten por activarse, quedando cada una por grupo (Acosta et al., 2000).

Finalmente, la red es la encargada de construir cada una de las clases o categorías (clústeres), puesto que en un aprendizaje no supervisado dichas clases se construyen a partir de las corre-laciones existentes entre los datos de entrada, por cuanto la información que sea de la misma clase para la red debe quedar en la misma neu-rona de salida (Montaño y Jiménez, 2002).

Clasificación digital de la cobertura urbana con algoritmos de redes neuronales artificiales en una zona piloto de Bogotá D.C.

Como parte del proceso de investigación del CIAF comprende el estudio de nuevas meto-dologías y técnicas aplicadas a los ambientes geográficos colombianos, se desarrolló la im-plementación, evaluación y análisis de algorit-mos de clasificación convencional frente a los algoritmos de Redes Neuronales Artificiales para extraer la cobertura del suelo urbano a partir de una imagen satelital de alta resolu-ción espacial QuickBird en una zona piloto de la ciudad de Bogotá D.C.

Un segmento del campo investigativo del CIAF está relacionado con el estudio de nuevas me-todologías y técnicas aplicadas a los ambientes geográficos colombianos. En este sentido se efectuó la implementación, evaluación y análi-sis de algoritmos de clasificación convencional, frente a los algoritmos de redes neuronales ar-tificiales para extraer la cobertura del suelo ur-bano a partir de una imagen satelital de alta resolución espacial, QuickBird, en una zona pi-loto de la ciudad de Bogotá D.C.

Zona de estudio

La zona de estudio se ubica en el casco urbano de la ciudad de Bogotá D.C., entre las coordenadas geográficas con longitudes 74°06’28.24” Oeste a 74°51’08.33” Oeste y latitudes 4°38’50.44” Norte a 4°40’05.94” Norte. Esta zona, ubicada al occidente de la capital, tiene una extensión total de 500 Ha, y forma parte de las localidades de Barrios Unidos, Teusaquillo, Engativá y Fonti-bón (Figura 3).

En esta área se encuentran grandes institucio-nes como el Parque Simón Bolívar, un complejo multiservicios de la Caja de Compensación Fa-miliar -Compensar, la Biblioteca Virgilio Barco, parte del Centro Administrativo Nacional -CAN, los parque de diversiones Salitre Mágico y Cici Aquapark, además de construcciones unifami-liares y multifamiliares como los barrios la Esme-ralda, Pablo Sexto y El Salitre.

La característica particular de la zona es la hete-rogeneidad de coberturas terrestres, lo que cau-

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sa una alta variabilidad espacial y espectral en las imágenes satelitales, entre las que se encuentran principalmente diversidad de materiales de las construcciones (concreto, asfalto, materiales ar-cillosos, etc), vías, grandes extensiones de cober-turas vegetales y cuerpos de agua. En la Figura 3 se puede observar la zona de estudio vista desde una imagen LANDSAT TM y QuickBird.

Datos y herramientas

El proceso de clasificación se realizó sobre una imagen satelital QuickBird con fecha de adqui-sición de Febrero de 2005. Como características la imagen QuickBird ofrece en el modo pancro-mático de 60 - 70 cm de resolución espacial y multiespectral (4 bandas) de 2.4 a 2.8 metros cubriendo una superficie de 16.5 Km x 16.5 Km. Las bandas multiespectrales abarcan los rangos del espectro visible y parte del infrarrojo cercano y posee una resolución radiométrica de 11 bits por píxel, así como una resolución temporal de 3 a 7 días dependiendo de la latitud de la zona.

Para llevar a cabo el procesamiento digital de las imágenes, la clasificación por métodos con-

vencionales, redes neuronales artificiales y la evaluación de exactitud temática, se utilizaron varias herramientas de manera complemen-taria. En lo referente a implementación de los diferentes algoritmos de redes neuronales artifi-ciales y clasificadores convencionales, se evalua-ron las siguientes herramientas comerciales: ITT ENVI v4.4, PCI Geomatics v10 e IDRISI ANDES v15. Sin embargo, cabe destacar que a nivel de software existen otras alternativas de acceso académico o libre que implementan algoritmos de ANN, como es el caso de SPRING GIS, SOV, HidroSIG, IVICS, NNSAT, SNNSraster Manager, PIT y Spectral Python (Spy).

Metodología de clasificación

La metodología seguida en el proceso de clasi-ficación de coberturas urbanas se muestra en la Figura 4, donde se especifican las diferentes fases del procesamiento de imágenes y clasifica-ción digital con algoritmos convencionales y de redes neuronales artificiales.

Dentro de la fase de procesamiento digital de imá-genes se encuentran los mejoramientos visuales

Figura 3. Vista de la zona de estudio desde una imagen satelital Landsat TM y QuickBird

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y correcciones, a través de realces de contrastes y corrección geométrica a partir del proceso de georreferenciación con apoyo de ortofotos y car-tografía de la zona, con los que se obtiene como resultado un RMS de 0.25 píxeles.

Figura 4. Metodología de clasificación por ANNEl paso siguiente consistió en definir la leyenda desde un esquema de clasificación a partir del reconocimiento de la zona, las diferentes imá-genes y con apoyo de clasificaciones no super-visadas. El sistema seleccionado corresponde al del Servicio Geológico de Estados Unidos –USGS (Anderson et al., 1976), toda vez que ofrece un nivel detallado para la identificación de objetos sobre la superficie terrestre urbana; su adapta-ción y configuración corresponde al nivel de de-talle III y con base en las características propias de las coberturas de la zona objeto de estudio.

Se definieron en total nueve (9) clases de cober-tura urbana entre las que se encuentran: (181) vías y cubiertas de asfalto, (182) vías y cubiertas de concreto, (183) materiales arcillosos, (184) cubiertas metálicas, (185) materiales imper-meabilizantes, (311) pastos tipo I – predominan los pastos en buen estado vegetativo, (312) pas-tos tipo II – pastos que no están en buen estado vegetativo y predominan los suelos descubiertos por algún grado de poda, (325) árboles y arbus-tos, y (521) cuerpos de agua.

A partir del proceso y análisis de la clasificación no supervisada, de la definición de la leyenda, del análisis de las estadísticas y firmas espectra-les, así como del trabajo preliminar en campo; se logra definir las áreas o muestras de entre-namiento para clasificadores supervisados tra-dicionales y de redes neuronales artificiales. Un total de 88 muestras de entrenamiento con una extensión de 5.18 Ha, es decir, cerca del 1% del total de la extensión abarcada por la zona de estudio..

Se evaluaron el algoritmo estadístico de máxima verosimilitud (MLC), ISODATA y los algoritmos de redes neuronales SOM y Backpropagation (BP). En la fase de clasificación se agregaron va-rias bandas como información auxiliar entre las que se encuentra el cálculo de textura basado en la matriz de co-ocurrencia, sobre la banda de Infrarrojo cercano con medidas como Mean, Variance, Homogeneity, Contrast, Dissimilarty, Entropy, Second Moment, Correlation; también se adicionó información de índices de vegeta-ción – Normalized Differencia Vegetation Index (NDVI) y Normalized Difference Water Index (NDWI), y filtros de detección de bordes como SOBEL. Los índices son indicadores numéricos que permiten diferenciar coberturas y el estado de la vegetación o los cuerpos de agua.

Figura 4. Metodología de la clasificación por ANN

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La última fase consistió en evaluar la exactitud temática en las diferentes salidas de las clasi-ficaciones no supervisadas ISODATA, SOM y supervisadas de máxima verosimilitud y de red neuronal artificial Backpropagation. Se llevó a cabo la verificación a partir de un muestreo aleatorio estratificado por clases con 100 pun-tos de evaluación. Los estadísticos que se utiliza-ron como reporte de la evaluación de exactitud temática fueron la exactitud global, la matriz de confusión y el estadístico Kappa.

La estructura de red neuronal artificial empleada en el proceso de clasificación, corresponde a una red unidireccional (feedforward) con topología de tres capas: la primera obedece a la capa de entrada con cuatro neuronas de entrada, una por cada banda de la imagen QuickBird, y neu-ronas adicionales de entrada por cada banda de información auxiliar (textura, índice de vegeta-ción, etc.); la segunda es la capa oculta y como guía general se recomienda que el número de neuronas o procesadores elementales sea igual o mayor que el número de nodos de la capa de en-trada (Lippman, 1987 y citado por Richards y Jia, 1999). En este caso de estudio se utilizó el mismo número de neuronas que en la capa de salida, lo que quiere decir que se emplearon l nueve nodos en total, uno por cada clase de cobertura.

En lo que refiere a parámetros de la red neuro-nal de entrenamiento y criterios de parada, cada software de procesamiento digital empleado en la clasificación con Redes Neuronales Artificia-les ofrece diferentes parámetros de entrada en

el algoritmo de backpropagation. Las diferen-tes herramientas implementan en común un clasificador de tipo Perceptron Multicapa uni-direccional, función de activación sigmoide, la posibilidad de trabajar con una capa oculta y definición de los diferentes criterios de parada sea por RMS global, número de iteraciones o validación cruzada.

Los siguientes son los parámetros mínimos de-finidos para el clasificador por redes neuronales artificiales Backpropagation: una capa oculta, nueve neuronas en la capa oculta, tasa de apren-dizaje ( =0.2), factor de momento (μ=0.9) y función de activación: sigmoide con constante c = 1. En los parámetros de los criterios de pa-rada del entrenamiento: 1000 iteraciones y un Error Medio Cuadrático (RMS=0.1).

Presentación y análisis de resultados

En las Figuras 5a y 5b se muestran los mejores resultados de los clasificadores por ANN, a partir de la implementación del algoritmo de entrena-miento no supervisado SOM en el software ITT ENVI, además del algoritmo de entrenamiento supervisado BP en el software de IDRISI.

Clasificación no supervisada

El proceso de clasificación no supervisada se lle-vó a cabo en dos programas de procesamiento digital de imágenes, a saber: el primero fue en IDRISI Andes Edition v15, en donde se utilizaron

Figura 5. Vista de la zona de estudio desde una imagen satelital Landsat TM y QuickBird

121



los algoritmos de Mapas Auto-organizados de Kohonen (SOM) e ISODATA; el otro programa fue ENVI + IDL v4.4, empleando el algoritmo SOM desarrollado en el lenguaje IDL por el Doc-tor Mort Canty, el cual arroja el resultado en las dimensiones RGB y sin agrupación de clases si-milares, lo que hizo necesario llevar postproceso de RGB clustering y reclasificación. El clasificador no convencional con objeto de comparación fue el algoritmo Clustering Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique (ISODATA).

Los reportes de evaluación de exactitud temáti-ca, son los siguientes: para el algoritmo ISODA-TA, la exactitud global fue del 61%, superior a la que obtuvo SOM en IDRISI con un valor del 60%. El mayor resultado de exactitud lo reportó SOM en ENVI, un 72%, debido en gran medida a que este algoritmo genera una clase por cada neurona en la capa de salida, encontrando 252 clases por reclasificar, un proceso bastante te-dioso mas generó buenos resultados.

De acuerdo a la matriz de confusión de la cla-sificación de cobertura con el algoritmo SOM en ENVI, se encontró una gran confusión de la clase asfalto (181) con todas las demás clases y también otro problema con los árboles y arbus-tos (325) y el pasto tipo I (311). Pero en general, se pudo mostrar una buena discriminación de las clases, ya que reflejaron una exactitud temá-tica superior a la obtenida por los demás clasifi-cadores no supervisados.

Clasificación supervisada

Para la clasificación de la cobertura del suelo a partir del algoritmo de entrenamiento Bac-kpropagation, se utilizaron tres diferentes pro-gramas de procesamiento digital de imágenes: ENVI + IDL v4.4, IDRISI Andes Edition v15 y PCI Geomatics v10. El propósito fue comparar los resultados de cada uno de los programas uti-lizando las mismas zonas de entrenamiento, los parámetros de entrada similares (debido a que cada software permite definir parámetros adicionales de entrada) y los mismos puntos de evaluación de exactitud temática. Como objeto de comparación se utilizó el clasificador esta-dístico de Máxima Verosimilitud (MLC, por sus siglas en inglés).

En lo que se refiere a resultados de tiempo de procesamiento computacional, se observó que los algoritmo más eficientes fueron los imple-mentados en las herramientas de PCI Geoma-tics e IDRISI, con alrededor de dos minutos en el entrenamiento y clasificación. Empero, este segundo consiguió entrenar la red con valores de parada más robustos, con diferencia en el tiempo y una mayor exactitud RMS en el entre-namiento alcanzado.

El reporte de exactitud temática de MLC en IDRI-SI arrojó una exactitud global del 78%. El algo-ritmo BP en PCI reflejó una exactitud temática del 81%. Finalmente, el algoritmo BP en IDRISI arrojó una exactitud temática del 82%.

Para el caso del algoritmo BP en IDRISI, se pudo observar en la matriz de confusión que, simi-lar a los resultados de los otros clasificadores supervisados, el asfalto (181) presenta los ma-yores problemas de confusión con el concreto (182), seguido de otras coberturas pero en me-nor proporción, como la presente entre árboles y arbustos (325), el pasto tipo I (311) y el pasto tipo II (312).

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Conclusiones

De acuerdo con el trabajo desarrollado de im-plementación y evaluación de los algoritmos de redes neuronales artificiales frente a los conven-cionales, en la clasificación de coberturas urba-nas de una zona piloto de Bogotá D.C., a partir de imágenes de alta resolución espacial, se con-cluye que:

1. Son numerosas las aplicaciones que a nivel internacional implementan algoritmos de redes neuronales artificiales para diversas ta-reas de procesamiento digital de imágenes. Como demuestra el desarrollo del estado del arte y bibliografía utilizados en el presente trabajo, se recopiló alrededor de 200 artí-culos y decenas de libros sobre el tema de estudio.

2. El mejor resultado de clasificación no su-pervisada se obtuvo al utilizar el algoritmo SOM, desarrollado en el lenguaje de IDL por el doctor Mort Canty, donde se obtuvo un 72% de exactitud global, superando al SOM de IDRISI que obtuvo 60% y también el va-lor de exactitud fue superior al de ISODATA, consistente en un 61%. Sin embargo, este script de IDL para SOM tiene como desven-taja que requiere de un largo trabajo de postclasificación y reclasificación.

3. Las redes neuronales con algoritmos de en-trenamiento supervisados particularmente el Retropropagación de Errores (BP) demostró mejores resultados o similares en lo que re-fiere al valor de exactitud temática obtenido. En el presente estudio la inclusión de infor-mación auxiliar en el clasificador de redes neuronales (BP) obtuvo los mejores resul-tados de exactitud global 82% obtenida en el software IDRISI, 81% en el software PCI Geomatics frente a un 78% del clasificador de Máxima Verosimilitud obtenida en el soft-ware de IDRISI.

4. Con base en el estudio de los tiempos de cla-sificación elaborado se puede concluir que el tiempo de procesamiento de la informa-ción utilizando el algoritmo BP no se podría considerar una limitante, gracias al excelen-te desempeño que presenta el algoritmo en

IDRISI y también a la notoria mejoría que ha tenido la implementación de este algoritmo en PCI Geomatics versión 10, con respecto versiones anteriores.

5. La inclusión de la información auxiliar como banda adicional en el proceso de clasifica-ción por BP, permitió solucionar inconvenien-tes frecuentes relacionados con la confusión entre sombras y agua, además de ayudar a delimitar visualmente las clases de cobertura terrestre.

6. Una desventaja de la red neuronal artificial con entrenamiento supervisado es la carencia de reglas exactas para definir la arquitectura de la red y los parámetros de entrenamien-to. No obstante, es importante destacar que se pueden entregar múltiples resultados que quedan a criterio de selección del experto.

7. Además de los algoritmos de entrenamiento de redes neuronales más empleados como BP y SOM, existen otras alternativas que combinan clasificaciones supervisadas y no supervisadas con algoritmos de lógica difu-sa, LVQ, métodos estadísticos o estrategias de evolución, para optimizar los parámetros del clasificador que sería importante incluir en estudios futuros.

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PAES, Regiane Maria; SOARES, Vicente Paulo y OLIVEIRA, Carlos Antônio. Avaliação de métodos de classificação de imagens IKONOS para o mapeamento da cober-tura terrestre. Goiânia (Brasil): Ponencia en: Anais XII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 2005. En: DPI INPE (En línea).

PALACIOS, Francisco. Herramientas GNU/Linux para Estu-diantes Universitarios. 2003 (consultado 10 agosto 2007). En: AUGCyL (en línea). Disponible en: http://es.tldp.org.

RAO, Govindaraju. Artificial Neural Networks in Hidrology. En: Journal of Hidrologic Engineering, vol. 5, no. 2, pág. 115-123. 2000.

RICHARDS, Jhon y JIA, Xiuping. Remote Sensing Digital Image Analysis, páginas 200–220. Berlín (Alemania): Springer, 3ra ed. 1999.

ROLLET, R et al. Image classification algorithm based on the RBF neural network and K-means. En: Internatio-nal journal of Remote Sensing. Vol. 19, No. 15 (Octu-bre 1998); p. 3003 – 3009.

SEETHA, M.; MURALIKRISHNA, I. y DEEKSHATULU, B. Comparison of Advanced Techniques of Image Clas-sification. Hyderabad (India): Ponencia en Map World Forum, 2000 (consultado 22 Agosto 2007). En: GIS Development (En línea).

WIDOW, Cristián. Redes Neuronales Artificiales: Potencial Desarrollo Militar. 1998 (consultado 10 de noviembre 2007). En: Revista Marina Armada de Chile (en línea).

Referencias Bibliográficas

ACOSTA, María Isabel; SALAZAR, Harold y ZULUAGA, Ca-milo. Tutorial de Redes Neuronales Artificiales, 2000 (Consultado 15 de Octubre de 2007). En Universidad de Pereira (en línea).

MESA, Samuel y CUITIVA, Ricardo. Clasificación de la co-bertura y el uso del suelo urbano usando algoritmos de redes neuronales artificales, 2006. Bogotá (Colom-bia): Tesis de grado para obtener el título de Ingeniero Catastral y Geodesta de la Universidad Distrital Fran-cisco José de Caldas, dirigido por LIZARAZO, Iván.

FYFE, Colin. Artificial Neural Networks. Escocia (Paisley), The University of Paisley, 1997.

GELELETE, Claudio y DE SÁ, Carlos Frederico. Análise do potencial de classificação do uso e cobertura do solo por meio de rede neural. Florianópolis (Brasil), 2007. En: DPI INPE (En línea).

HAYKIN, Simon. Neural Networks - A Compherensive Foun-dation. Prentice Hall PTR, 2 ed, 1998. 0132733501.

JIN, Ya-Qiu y CAO, Guangzhen. The BP- ANN-GA Algorithm For Data Fusion of Landsat ETM and ERS SAR In Urban Area. Shanghai (China): Fudan University, 2005 (con-sultado 14 Agosto de 2007). En: ISPRS (En línea).

MARTÍN, Bonifacio y SANZ, Alfredo. Redes Neuronales y Sistemas Borrosos. Madrid (España), RA-MA Editorial, 2 ed, 2001.

MONTAÑO Palmer y JIMÉNEZ J, Tutorial sobre redes neu-ronales articiales: Los mapas autoorganizados de ko-honen, 2002.

Nuevos elementos conceptuales para la clasificación fisiográfica del terreno

ResumenEn este artículo se presentan nuevos elementos conceptuales condu-centes a mejorar la clasificación fisiográfica del terreno creada por el CIAF, empleada para delinear unidades del terreno por medio de la in-terpretación de imágenes de sensores remotos: satelitales, de radar y fotografías aéreas. Esas unidades, establecidas mediante una síntesis biofísica o análisis integrado de la geomorfología, el material litológico superficial, la vegetación natural y la red de drenaje, se enmarcan dentro de las condiciones climáticas definidas, y son hoy en día el punto de par-tida de los levantamientos de suelos a cualquier nivel de detalle (excepto los muy detallados) y de los proyectos de zonificación física de tierras; a la vez, su clasificación jerárquica cumple con los requerimientos de una base de datos dentro de un sistema de información geográfica. Se dan entonces los criterios para la definición de nuevas geoformas en este sistema y, adicionalmente, las listas de los términos usados en cada categoría.

Palabras claves: fisiografía, geomorfología, suelos, clasificación del terreno.

AbstractIn this approach is described a new conceptual elements to improve the physiographic classification of terrain created by CIAF, used for draw units derived by interpretation of remote sensing imagery like satelli-te images, radar mosaics and aerial photographs. Such units which are established trough a biophysics synthesis or integrated analysis, of geomorphology, surface litology, natural vegetation, drainage network, are located within defined climatic conditions, and are today the first step for soil surveys of varying scale, as for projects of physical land zonation (without very detailed surveys). Their hierarchic classification fulfills the requirements of a data base under a geographic information system GIS. They give the criteria for definition of new landforms in this system and the lists of used terms within each category are also provided.

Key words: phisiography, geomorphology, solis, terrain classification

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Introducción

De acuerdo con Villota,1997 desde la creación del Centro Interamericano de Fotointerpretación – CIAF en 1967 (hoy Centro de Investigación y Desarrollo de Información Geográfica – CIAF), la anterior Unidad de Suelos, vino desarrollando un sistema de clasificación del terreno basado en los conceptos de Fisiografía esbozados ini-cialmente por su cuerpo de profesores holan-deses D. Goosen, E. Elbersen, E. Nieuwenhuis y ajustados y complementados posteriormente por sus reemplazos colombianos P. Botero y H. Villota q.e.p.d.

Más recientemente, su discípulo Pedro Karín Serrato realizó un largo el ejercicio de fotoin-terpretación no sólo en Colombia sino además en las repúblicas de Panamá, Guatemala y el Ecuador; trabajo que fue complementado con varias investigaciones. Dicho proceso le permi-tió proponer la inclusión de nuevos elementos conceptuales y geoformas para consolidar esta metodología.

El propósito que animó al grupo de expertos del CIAF fue el de contar con un sistema de clasificación del terreno multicategórico que in-volucrara la mayoría de los factores medioam-bientales comprometidos en la génesis (origen, evolución, composición) de las geoformas y de los suelos que contienen, como punto de par-tida tanto para los diferentes órdenes de levan-tamientos de suelos y de zonificación ecológica que se apoyan en la interpretación de imágenes de sensores remotos, como para los proyectos de zonificación física de las tierras encaminados hacia la planificación de las áreas rurales, bien sean estas cuencas hidrográficas o territorios adscritos a una corporación regional o munici-pio (Villota, 1997).

El desarrollo, prueba de la aplicabilidad y ajus-tes del sistema, se llevaron a cabo dentro de los cursos de especialización en “Interpretación de Imágenes de sensores remotos aplicada a levan-tamientos edafológicos y rurales” que, desde el año 1968 y hasta 1992 dictó la Unidad de Sue-los a profesionales de Latinoamérica. Además, se aprovecharon las propias experiencias de los

docentes acumuladas durante la ejecución de numerosos levantamientos de suelos y de zoni-ficación ecológica dentro del marco de la ecolo-gía del paisaje propuesta por el ITC de Holanda y otros planes de investigación dentro de los cuales se puede destacar el proyecto SIG-PAFC liderado por la Subdirección de Geografía del IGAC, además de la asesoría y consultoría que el CIAF realizó en Colombia y en otros países de la región, principalmente a lo largo de la décadas de los 80 y 90 (Villota,1997).

Hoy en día, este sistema de clasificación se si-gue enseñando en el CIAF dentro del módulo de planificación en los cursos de especialización en SIG, y en el módulo básico de inventario de recursos dentro de los cursos de geomática apli-cada al ordenamiento de cuencas hidrográficas, además de que se incluye en el programa de la especialización en el manejo de cuencas hi-drográficas de la Universidad Santo Tomás. En estas instancias académicas, este sistema se ha consolidado como una herramienta eficaz para la zonificación ecológica y la planificación del territorio.

De otro lado, también se han hecho algunas aplicaciones en estudios de consultoría del CIAF dentro de los que se pueden citar el plan de or-denamiento territorial del municipio de Paipa (IGAC, 2000); el de estructuración de una base de datos geográficos para el desarrollo de un SIG en la región del Páramo de Sumapaz y sus alrededores (IGAC, 2001); elaboración de la car-tografía temática del Parque Entrenubes en el Distrito capital de Bogotá (IGAC, 2003).

A continuación, para ilustrar al lector que no conoce aún esta metodología se presenta en-tonces el esquema del sistema estructurado por los profesores Hugo Villota y Pedro Botero, a fin de discutir los criterios establecidos para la definición de nuevos elementos, con listas de los elementos formadores. Igualmente, en esta oportunidad el autor describe las nuevas geo-formas a un nivel categórico general y otras a un nivel más detallado.

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La fisiografía y el análisis fisiográfico

Etimológicamente la palabra fisiografía (Physios = naturaleza; Graphos=descripción) se refiere a la “descripción de las producciones de naturale-za”, entendiéndose por naturaleza el conjunto, orden y disposición de todas las entidades que componen el universo (Villota, 1997).

Restringiendo el concepto a nuestro planeta, la naturaleza comprende el conjunto, orden y disposición de las entidades que componen el globo, como: la litósfera, hidrósfera, biósfera y atmósfera, cuyo punto de contacto es la super-ficie terrestre. Por consiguiente, la fisiografía no sólo describe los aspectos relativos a la litósfera (relieve, materiales, edad de las formaciones su-perficiales) como lo hace la geomorfología, sino también aquéllos relativos al agua, el clima y los seres vivos (Villota, 1997).

Ahora bien, analizando la fisiografía desde un punto de vista aplicado, ésta comprende el es-tudio, descripción y clasificación de las formas del terreno, considerando para ello aspectos de geomorfología, geología, clima pasado y actual, hidrología e indirectamente aspectos bióticos (incluida la actividad humana) en la extensión en que ellos pudieran incidir en la caracteriza-ción edafológica de esas formas, o al menos, en su aptitud para uso y manejo y, que por ende pudieran conducir al delineamiento práctico del patrón de suelos (Villota, 1997).

En cuanto al análisis fisiográfico, se trata de un método moderno de interpretación de imáge-nes de la superficie terrestre que se basa en la relación paisaje-suelo. Se asume aquí, tal como lo hace el Manual de levantamientos de sue-los (USDA, 1951), que “los suelos son perfiles tanto como paisajes”. De una parte, el suelo es un componente del paisaje fisiográfico pero sus características morfológicas, físicas, químicas, mineralógicas, resultan de la interacción de los restantes componentes de ese paisaje, como son: su relieve (léase morfología externa), su material

o materiales litológicos y su cobertura vegetal, todos actuando bajo un mismo clima, en un lap-so de tiempo determinado (Villota, 1997).

Clasificación fisiográfica del terreno

Con los criterios anteriores se estableció un sis-tema de clasificación fisiográfica del terreno, mediante el que es posible jerarquizar cualquier zona rural, de lo general a lo particular, en di-ferentes categorías. Ello con el objeto de poder utilizarla en el análisis fisiográfico sobre distin-tas imágenes de sensores remotos a diferente escalas y para diversos niveles de detalle de los levantamientos en los que aquél se utilice.

De acuerdo con Villota, 1997 este sistema tiene una estructura piramidal, en cuyo vértice está la categoría denominada geoestructura (ver Fi-gura 1), correspondiente a los territorios geoló-gicos mayores en un continente: cordillera de plegamiento, escudo o cratón, megacuenca de sedimentación.

A partir de las anteriores se establecieron cinco categorías fisiográficas, a saber:

1. Provincia fisiográfica2. Unidad climática3. Gran Paisaje4. Paisaje5. Subpaisaje

A continuación, se definen cada una de estas categorías exponiendo los criterios adoptados para su establecimiento y se incluye en cada caso un listado de las geoformas correspondientes.

129



Figura 1. Sistema de clasificación fisiográfica CIAF

GEOESTRUCTURA

PROVINCIA FISIOGRÁFICA

UNIDADCLIMÁTICA

GRAN PAISAJE

SUBPAISAJE

Megarelieve considerado a nivel continental Ejemplo : ORÓGENO, ESCUDO,

MEGACUENCA.

• Región morfológica con características de macrorelieve, macroclima, geología

definidas Ejemplo: CORDILLERA ORIENTAL, AMAZONÍA, ORINOQUIA, DEPRESIÓN

O VALLE GEOGRÁFICO DEL RÍO MAGDALENA.

• Unidad con homogeneidad en temperatura promedio anual y

humedad disponible que determina una pedogénesis específica, cobertura vegetal,

y uso de la tierra.

• Unidad con similitud en geogénesis, clima, litología y topografía general. Las formas generales del mesorelieve han

sido originadas por procesos endógenos o exógenos; vulcanismo, erosión,

disolución, depositación fluvial marina o lacustre.

• Porciones de la tierra con geogénesis específica, y con igual característica en material litológico, y/o edad: ESPINAZO,

CRESTA RAMIFICADA, ABANICO, TERRAZA, PLANO DE INUNDACIÓN.

• División con base en la posición (cima, ladera, falda) orillares, basín, albardón.

Fuente. Villota, 1997


Provincia fisiográfica

Es la primera categoría del sistema, corresponde aproximadamente a una región natural (hoy en día nombrada mejor como región morfológica), en la que puede prevalecer una o más unidades climáticas, estando constituida por conjuntos de unidades genéticas de relieve con relaciones de parentesco de tipo geológico, topográfico y espacial (Villota, 1997).

Las relaciones de parentesco de tipo geológico se refieren principalmente a la litología y estruc-turas predominantes en los relieves iniciales, ligadas a los procesos endógenos (tectodiná-micos) que los originaron. Las relaciones topo-gráficas se consideran a nivel de macrorelieve, o sea, a nivel regional; y las relaciones espaciales tienen que ver con la disposición de la unidad en el contexto medioambiental.

Para Colombia se han establecido las siguientes provincias fisiográficas (y algunas subprovin-cias) dentro de la correspondiente geoestruc-tura (Figura 2).

Estructuras geológicas y provincias (subprovincias) fisiográficas

Cordillera de plegamiento

• CordilleraOccidental• CordilleraCentral (altiplano nariñense, altiplano antioqueño)• CordilleraOriental (altiplano cundi-boyacense)• SerraníadelBaudó–Darién

Escudos o cratones

• BasamentodelGuainía–VaupésySerraníade Naquen

• SerraníadelaMacarenayChiribiquete



Megacuencas de sedimentación

• Amazonia• Orinoquia• DepresióndelMagdalena(AltoyMedio)• Depresión Cauca-Patía (Altiplano de Popa-

yán; Valle del Patía; Valle del Cauca)• DepresiónAtrato–SanJuan• CostadelPacífico• CostadelCaribe• PenínsuladelaGuajira• DepresióndelCatatumbo(oMaracaibo)

En los levantamientos de suelos de nivel ex-ploratorio y esquemático, que se llevan a cabo con apoyo en imágenes satelitales (LANDSAT, SPOT) ymosaicos de radar de escalas inferio-res a 1:200.000, normalmente se establecen las delineaciones cartográficas a nivel de provincias fisiográficas, ocasionalmente subdividas en una o dos de las categorías inferiores. En levanta-mientos generales se recomienda mencionar al menos la provincia o provincias en donde está ubicada el área de estudio correspondiente (Vi-llota, 1997).


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10. Depresión Cauca- Patía11.DepresiónAtratoSanJuan12. Costa del Pacífico13. Costa del Caribe14. Península de la Guajira15. Depresión del Catatumbo

1.CordilleraOccidental2. Cordillera Central3.CordilleraOriental4. Serranía del Baudó

5. Basamento Guainá Vaupés Naquen6. Serranía de la Macarena y

Chiribiquete7. Amazonia8.Orinoquia

9. Depresión del Magdalena

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Figura 2. Estructuras geológicas y provincias fisiográficas de ColombiaFuente: Villota, 1997.

Unidad climática

Es la segunda categoría del sistema de clasifi-cación fisiográfica. Comprende aquellas tierras cuya temperatura promedia anual y la humedad disponible son los suficientemente homogéneas como para reflejarse en una génesis específica de los suelos y también desde luego, en la es-tructura y especies vegetales, como también en la ocupación del espacio geográfico a través del uso actual de la tierra.

La aplicación de la zonificación de esta es ideal para los terrenos montañosos cordilleranos de la franja intertropical, con considerables diferen-cias en altitud y en la orientación y configuración de su relieve, debido a que tales características tienen una fuerte incidencia sobre las diferen-cias de temperatura y precipitación que allí se suceden de un sitio a otro, a menudo en dis-tancias muy cortas; y a la vez, esos parámetros climáticos, con una indiscutible repercusión en la pedogénesis y en la zonificación de la vegeta-ción natural y de los cultivos (Villota,1997).

Para el establecimiento de provincias o unidades climáticas, basadas en la temperatura ambiental y la lluvia efectiva, puede recurrirse a cualquier sistema internacional o nacional de clasificación del clima, inclusive a aquéllos que involucran otros parámetros climáticos como: radiación solar, vientos, entre otros (Villota, 1997).

En esencia, son la temperatura y la humedad las que marcan con mayor firmeza el clima en una zona determinada. En cuanto a la temperatura, esta se define en los países tropicales median-te los pisos bioclimáticos. En sentido práctico, la cartografía básica es un buen recurso para aproximarse a demarcar estos límites.

En efecto, se pueden tomar las planchas to-pográficas de la zona a estudiar, a la escala re-querida, y se resaltan sobre éstas las curvas de nivel correspondientes a los límites de los pisos térmicos altitudinales (sistema de Caldas), es decir, las de 1000, 2000, 3000 y 3400 metros. Enseguida, se transfieren éstas a las fotografías

aéreas o imágenes utilizadas, con ayuda de un pantógrafo óptico, un sketch master o, a falta de estos implementos, se recomienda comparar detalles de las planchas e imágenes satelitales (Serrato, 2007).

Con relación a los límites de los pisos bioclimáti-cos, se debe advertir que los valores que se han mencionado con anterioridad no son estricta-mente los definitivos, ya que el clima no tiene un límite rígido ni obedece a modelos matemá-ticos, sino que más bien se registra de manera local condicionado por efectos orográficos que hacen que las corrientes de convección, es decir el aire caliente ascienda por los cañones hasta el sitio donde localmente la topografía y el grado de confinamiento lo permita.

De otro lado, es necesario advertir que la ma-nifestación de la temperatura ocurre de mane-ra gradual en zonas de transición. Para ajustar mejor estas delineaciones, es necesario emplear otros elementos de estudio como son la expre-sión que brinda en las fotos la estructura de la vegetación, y el uso e la tierra, con lo cual esta aproximación se hace sobre una base natural más cercana a la realidad (Serrato, 2007).

Si bien es cierto que es posible utilizar cualquier sistema d clasificación climática, en este contex-to se ha adoptado en esta propuesta metodo-lógica, una clasificación del clima que combina los pisos térmicos bioclimáticos: cálido, medio, frío, muy frío(subpáramo), Extremadamente frío(páramo) y subnival, con las provincias de humedad disponible así: perhúmedo, húmedo, semihúmedo, subhúmedo, seco, semiárido y árido, cuya estimación puede hacerse de ma-nera cuantitativa mediante balances hídricos y definición de índices de humedad (Fórmulas de Thortwaite o de Lang...).

Es pertinente anotar en cuanto a la humedad, que la información de estaciones meteoro-lógicas es escasa en nuestro medio y apenas representativa para un sector bajo el área de in-fluencia cercana a una estación, además de que las variaciones topográficas y la influencia de vientos hace que por ejemplo en los cañones se

Im (Thorntwaite) = (100.Exc.) – (60.defic)

E.T.P. (prom. Anual)

Ih (Lang) = Prec.Prom.anual

Temp.prom.anual

134



presente una gran variedad de contrastes, que sólo se pueden justificar y demostrar cuantitati-vamente con datos estadísticos si se cuenta con una buena red de estaciones.

También es cierto que algunas estaciones se si-túan en microclimas muy locales cuya informa-ción no se puede extrapolar. Para subsanar este inconveniente, es factible recurrir de manera cualitativa al tipo de vegetación como indicador climático, además, el tipo de cultivos implanta-dos en la zona de estudio, y rasgos debidos a la erosión, los cuales tiene una buena expresión en las imágenes de sensores remotos. De esta manera, el intérprete puede descifrar el com-portamiento de las masas nubosas empujadas por los vientos en zonas montañosas para darle

Tabla 1.Clasificación del clima empleada en la clasificación fisiográfica del terreno.

Región Climática(Caldas Modificada)

Provincia Climática(Ih = Lang)

Unidad climática(Ih = Thorntwaite) Código

CÁLIDA

Lluviosa = +60 a 160

Seca = 00 a 60

Muy húmeda =>100Húmeda = +60 a 100Semihúmeda = +20 a 60Subhúmeda = +00 a 20Semiárida = -20 a 00Árida = -40 a –20Muy árida a desértica =<-40

CI1Cl2CI3CI4Cs1Cs2Cs3

MEDIA

Lluviosa = + 60 a 160

Seca = 00 a 60

Muy húmeda >100Húmeda +60 a 100Semihúmeda +20 a 60Subhúmeda +00 a 20Semiáida –20 a 00Árida –40 a –20Desértica <-20

MI1MI2MI3MI4Ms1Ms2Ms3

FRÍALluviosa +60 a 160

Seca 00 a 60

Muy húmeda >100Húmeda +60 a 100Semihúmeda +20 a 60Subhúmeda +00 a 20Semiárida –200 a 00Árida –40 a –20Desértica <-40

FI1FI2FI3FI4Fs1Fs2Fs3

MUY FRÍA LluviosaSeca

IdenIden

SISs

EXTREMADAMENTE FRÍALluviosaSeca

No se justifican las divisiones inferioresPISs

SUBNIVAL-NIVAL --- No se justifican las divisiones inferiores N1/Ns

Fuente: modificado de Villota, 1997

una explicación lógica a la presencia de micro-climas locales. De igual manera, puede resultar muy valiosa la información acerca del número de cosechas/año de cultivos transitorios posibles de obtener, la cual se puede indagar con los ha-bitantes de la región (Serrato, 2007).

De acuerdo con Villota, 1997 en la Tabla 1 se presenta una propuesta para clasificación del clima en tres categorías para ser usadas respec-tivamente en levantamientos exploratorios (co-lumna 1), levantamientos generales (columnas 1 y 2) o en levantamientos semidetallados y deta-llados (columnas 1 y 3). En la Tabla 2 se presen-tan las unidades climáticas propias de la zona intertropical, junto con los parámetros utilizados en este contexto para su definición.

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Tabla 2.Unidades climáticas de la zona intertropical.

Piso térmico altitudinal yHumedad disponible

Altitud y TemperaturaMedia anual

Índice Hídrico(Thorntwaite)

- Cálido perhúmedo

0 – 1000 m

>24°C

> 100

- Cálido Húmedo 60 a 100

- Cálido semihúmedo 20 a 60

- Cálido subhúmedo 00 a 20

- Cálido seco -20 a 00

- Cálido semiárido - 40 a-20

- Cálido árido o desértico <-40

- Medio perhúmedo

1000 – 2000m

18 – 24°C

> 100

- Medio húmedo 60 a 100

- Medio semihúmedo 20 a 60

- Medio subhúmedo 00 a 20

- Medio seco -20 a 00

- Medio semiárido - 40 a-20

- Medio árido <-40

- Frío perhúmedo

2000 – 3000 m

12 – 18°

> 100

- Frío húmedo 60 a 100

- Frío semihúmedo 20 a 60

- Frío subhúmedo 00 a 20

- Frío seco -20 a 00

- Frío semiárido - 40 a-20

- Frío árido <-40

- Muy frío perhúmedo

3000 – 3600 m

8 – 12°C

> 100

- Muy frío húmedo 60 a 100

- Muy frío semihúmedo 20 a 60

- Muy frío subhúmedo 00 a 20

- Muy frío seco -20 a 00

- Muy frío semiárido - 40 a-20

- Muy frío árido <-40

- Paramuno húmedo

3600 – 4200 m

4 – 8°C

> 100

- Paramuno semihúmedo 60 a 100

- Paramuno seco 20 a 60

- Paramuno árido a semiárido00 a 20

-20 a 00

- Subnival y nival* >4200m<4°C

* Carece de importancia desde el punto de vista fisiográfico-pedológico.Fuente: modificado de Villota, 1997

136



Gran paisaje (o unidad genética de relieve)

La tercera categoría del sistema corresponde en términos geomorfológicos con la unidad genéti-ca de relieve o ambiente morfogenético, la cual de acuerdo con la estructura de este sistema de clasificación, debe estar necesariamente cubier-ta jerárquicamente por una unidad climática.

Bajo las condiciones anteriores, el Gran Paisaje comprende asociaciones o complejos de pai-sajes con relaciones de parentesco de tipo cli-mático, geogenético, litológico y topográfico (Villota,1997).

El parentesco geogenético implica que la morfo-logía del relieve se debe a los procesos geomor-fológicos endógenos y/o exógenos mayores que lo originaron, tales como: plegamiento, volca-nismo, denudación; sedimentación fluvial linear torrencial, sedimentación-erosión simultánea, sedimentación fluvial tranquila por desborda-miento lateral, sedimentación fluvial por dise-minación. (Villota, 1997).

El parentesco litológico se entiende a nivel de grupos de rocas: sedimentarias, volcánicas, plu-tónicas y metamórficas. Por su parte, las relacio-nes topográficas se dan a nivel de mesorelieve y se refieren a la morfología general del relieve ligada a su origen.

Esta categoría suele corresponder al nivel más bajo de clasificación fisiográfica en los levanta-mientos de suelos de nivel exploratorio.

Los nombres básicos de los Grandes Paisajes que se manejan en la clasificación fisiográfica con las nuevas adicciones son nueve: relieve montañoso; relieve colinado o lomerío; altipla-nicie; altiplano; altillanura; superficie de aplana-miento; piedemonte; planicie o llanura y valle (agradacional).

No obstante, el número real de grandes paisajes puede der mayor y ello depende del ambien-te morfogenético específico o sucesión de am-bientes morfogenéticos bajo los cuales se han originado y han evolucionado hasta el presente. Estas subdivisiones se muestran en la Tabla 3.

Tabla 3. Grandes paisajes y su subdivisión por ambientes morfogénéticos.

Gran Paisaje Ambiente morfogenético

Relieve MontañosoGlaciárico, Glacifluvial, Glacio-estructural, Glacio – Volcánico, Estructural-erosional, Volcano-erosional, Fluvio-erosional

Relieve colinado (lomerío) Disolucional, Fluvio-erosional, Volcano-erosional, Disolucional.

Altiplanicie Estructural-erosional, Volcánica

Altiplano Lacustre, Fluvio-lacustre, Hidro-volcánico

Altillanura Aluvial, Aluvio-diluvial

Superficie de aplanamiento Denudacional-residual

Piedemonte Aluvial, Coluvial, Diluvial, Aluvio-coluvial, Aluvio-diluvial, Coluvio-diluvial, Glaci-fluvial, Fluvio-volcánico

Planicie o llanura Marina, Lacustre, Aluvial, Fluvio-marina, Fluvio-lacustre, Eólica Volcánica

Valle Aluvial , Glacial, Glaci-fluvial, Aluvio-coluvial, Aluvio-diluvial, Coluvial, Flu-vio-volcánico


137



Criterios de diferenciación

Según Villota, 1997 para el reconocimiento de grandes paisajes sobre fotografías aéreas, mo-saicos de radar e imágenes de satélite se deben tener presentes las siguientes características di-ferenciantes:

a) Que constituyan unidades geográficas inde-pendientes y claramente definidas con rela-ción a las unidades circundantes.

b) Que sean de extensión regional, con decenas de kilómetros de superficie o longitud (como el caso de los valles)

c) Que conserven en un 50% o más de su ex-tensión. Los rasgos morfológicos originales, a pesar de haber sido afectados por procesos activos de denudación. Una antigua altiplani-cie o un piedemonte fuertemente disectados, quizás conformen hoy en día un lomerío.

Clases nuevas en este nivel

Si bien es cierto que los lineamientos metodo-lógicos y conceptuales que han construido esta metodología fueron cimentados por los valio-sísimos aportes de los profesores Hugo Villota y Pedro Botero, el autor ha segregado el gran paisaje del altiplano y altillanura de la altiplani-cie. En efecto, etimológicamente estas tres pala-bras pueden resultar similares, sin embargo, en términos geomorfológicos su génesis, sustrato e incidencia en los paisajes, los suelos y aún de la vegetación, hacen que amerite su discrimi-nación. Para entender mejor esto, se presenta a continuación una definición de cada una de ellas.

• Altiplano

Es una unidad genética de relieve de extensión regional, con una configuración plana y elevada que se originan a partir de depresiones o fosas de origen tectónico (graven), resultantes de los diferentes procesos endógenos de plegamien-to, vulcanismo, fallamiento y posterior levanta-miento, y que luego fueron ocupadas por lagos desde el final del Terciario y durante el Cuater-nario, con lo cual fueron rellenadas por material bien sea de origen lacustre, aluvial piroclástico,

sedimentario, glaciar y/o glaci-fluvial y también torrencial.

En estudios realizados por el autor en La Repú-blica de Guatemala, particularmente, en el de-partamento de Chimaltenango, el fallamiento del Neógeno (falla de Guacalate) y posterior le-vantamiento, creo una fosa tectónica que luego en el Pleistoceno se rellenó por material piroclás-tico del tipo pomez y tephras, resultando un al-tiplano con un modelado muy suave confinado entre montañas volcánicas (ver Figura 3).

En la actualidad, muchos de los altiplanos ya no alojan cuerpos de agua, ya que estos se han de-secado de manera natural y por mano del hom-bre, si se tiene en cuenta que son terrenos con una buena oferta ambiental hídrica y edáfica, lo que incide en una alta ocupación del espa-cio geográfico desde tiempos prehispánicos. De igual manera, estos altiplanos han estado some-tidos, por diferentes períodos y con distintas in-tensidades, a un ataque gradual del conjunto de procesos degradacionales, incluída una fuerte meteorización y desarrollo pedogenético y, pos-teriormente, la erosión fluvial, hasta transformar su morfología inicial ya subdividiéndolas en por-ciones menores separadas por valles y cañones, o bien disectádolos mediante una intensa red de drenajes.

Figura 3. Disposición del Gran paisaje de altiplano hidro-volcánico en una fosa tectónica.

Fuente: Serrato, 2007b

Ríos & Flórez, 2000, (citado por Flórez, 2003) adelantaron un inventario de estos altiplanos en Colombia, según su estadio evolutivo. Así por ejemplo, en un estadio lacustre se encuentran los altiplanos de Guamués en Pasto (Nariño) y Tota en Aquitania (Boyacá) donde el proceso de

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sedimentación ocurre en los bordes. Igualmente, este autor reporta otros recientemente sedimen-tados con algunos pantanos y lagunas residua-les, tales como el altiplano: Cundi-Boyacense en las ciudades de Tunja, Duitama, Sogamoso (Boyacá) y Bogotá (cundinamarca), Sibundoy (Putumayo), La Lejía en Pamplona(Norte de San-tander), La Magdalena en San Sebastián (Cauca), El Estero en Pasto (Nariño), Berlín en Tona (San-tander), Gabriel López-Totoró en Totoró (Cauca), Paletará en Paletará (Cauca) y Balsillas (Huila). Finalmente, Flórez(2003), relaciona los altipla-nos ya sedimentados donde la red de drenaje ejerce una disección apreciable y con sítomas de degradación son: Las Papas en San Sebastián (Cauca), Santa Rosa en Santa Rosa de Viterbo y Cerinza (Boyacá), Pasto (Nariño), Túquerres en Túquerres e Ipiales (Nariño).

• Altiplanicie

Es una Antigua planicie estructural, puesta en posición alta generalmente por efecto tectó-nico, lo que ocasiona un encajamiento de los cursos de agua. Constituida principalmente por plegamiento de las rocas superiores de la cor-teza terrestre y que aún conservan rasgos reco-nocibles de las estructuras originales a pesar de haber sido afectadas en diverso grado por los procesos de denudación.

Son elevaciones con algunos basculamientos, las cuales involucran formaciones sedimenta-rias o volcánicas estratificadas de diferente edad que han conservado una estructura tabular. La erosión ha afectado estas geoformas a tal pun-to que se encuentran hoy en día como cerros, mesa, serranías, o tepuis (término utilizado en Venezuela).

Las altiplanicies más importantes en Colombia son: La Mesa de los Santos en Los Santos (figu-ra 4), y la Mesa de Ruitoque en Floridablanca y Girón (Santander), las serranías de La Macarena en Vista Hermosa (Meta), Araracuara en la po-blación del mismo nombre(Amazonas) y Angos-turas (Caquetá) y Chiribiquete en el Rosal y Dos Ríos (Guaviare).

• Altillanura

Es una extensión amplia y relativamente plana, pero caracterizada por la incisión o entalle de valles encajados o de cañadas. Se trata por lo

tanto de un antiguo piedemonte constituido por sedimentos no consolidados, puesto en posición alta generalmente por efecto tectónico, lo que ocasiona un encajamiento de los cursos de agua. El conjunto mantiene una topografía tabular o ligeramente ondulada. Con este término se co-noce la gran porción de de terreno elevado, ubi-cado al oriente y sur del río Meta, limitada en su parte sur con el río Guaviare y al oriente con el ríoOrinoco,cubriendolosterritoriosdelosmu-nicipios de Puerto López, Puerto Gaitán (Meta) )(figura 5)y Puerto Carreño (vichada).

Figura 4. Gran paisaje de altiplanicie en la denominada Mesa de los Santos (Santander).

Fuente: Google Earth, 2006.

En cuanto a la génesis de este gran paisaje, es importante agregar que el patrón de sedimen-tación en el antiguo piedemonte de la Cordillera Oriental fue típicamente fluvial y comprendíauna vasta llanura que se extendía desde la cor-dillera hasta el ríoOrinoco, y por el sur hastael río Guaviare o Vaupés. Durante y después de su depositación, estos sedimentos fueron afec-tados por movimientos tectónicos menores que ocasionaron cambios muy recientes en los pa-trones de drenaje y discordancias en los niveles de terraza. Al suroeste entre Villavicencio, San Martín y el río Metica, ocurrieron dos series de fallas locales, unas con dirección W-E y otras con dirección NW-SE, razón por la cual, las terrazas que se presentan en esta área no guardan una correlación absoluta entre la edad y los niveles (Goosen, 1971; Botero y López, 1982). En este sentido, El río Meta desde su confluencia con el río Manacacías, hasta los límites con Venezuela, corre a lo largo de una falla, la que constituye el límite oriental de la zona de hundimiento. (Go-osen 1971).

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Es preciso anotar, que como efecto de estos pe-queños movimientos tectónicos, los primeros sedimentos de la cuenca provienen de la Cor-dilla Central y por lo tanto es posible que al ser levantados algunos “bloques”de laOrinoquíay Amazonía, estos primeros sedimentos hayan sido exhumados y estén formando parte de los materiales parentales de los suelos actuales en algunas localidades.

Como resultado de los movimientos tectónicos han quedado una serie de escarpes de falla que varían entre diez y sesenta metros como los lo-calizados inmediatamente al este del río Meta y este del río Manacacías, altos de Menegua en Puerto López y Neblinas en Puerto Gaitán res-pectivamente.

Finalmente, es importante aclarar que dado que el análisis fisiográfico es una labor técnica muy especializada, para una caracterización específi-ca de grandes paisajes, se recomienda al lector consultar el texto: “Geomorfología aplicada a levantamientos edafológicos y zonificación físi-ca de tierras” del profesor Hugo Villota, publica-do por el IGAC en el año 2005.

Paisaje fisiográfico

Este corresponde al cuarto nivel de generaliza-ción del sistema, y es la unidad fisiográfica fun-damental de los levantamientos semidetallados, generales y exploratorios de suelos, por cuanto es este nivel al que se definen las clases de sue-

los (taxones) con características y propiedades comunes; es igualmente en este nivel donde se esperan comunidades vegetales relativamente homogéneas o usos similares de la tierra (Villo-ta, 1997).

El paisaje fisiográfico, que no debe confundir-se con el paisaje geomorfológico u otras con-cepciones de paisaje, se establece dentro de un Gran Paisaje en base a su morfología específi-ca, determinada por los procesos tecto y mor-fodinámicos activos, a la cual se le adicionan como atributos diferenciadores: el material(es) litológico(s) subyacente y/o la edad, esta última en términos relativos (muy antiguo, antiguo, su-breciente, reciente, suactual, actual) o en, térmi-nos de niveles (superior, medio,inferior), como sería el caso de las terrazas.

Por consiguiente, el paisaje fisiográfico compren-de porciones tridimensionales de la superficie terrestre, resultantes de una misma geogéne-sis, que pueden describirse en términos de unas mismas características climáticas, morfológicas, de material litológico y de edad, dentro de las cuales puede esperarse una alta homogeneidad pedológica, así como una cobertura vegetal o un uso de la tierra similares.

En los paisajes fisiográficos de carácter deposi-tacional (volcánicos, diluviales, aluviales, etc) se usan como atributos criterios morfocronológicos diferenciadores, en términos de edad relativa o de niveles. En los paisajes de cordilleras, serra-nías y superfices colinado—alomado-onduladas se utiliza el (los) material(es) litológico(s), y en

Figura 5. Gran paisaje de altillanura en Puerto Gaitán (Meta).

Fuente: Elaboración propia

140



ocasiones la edad relativa (muy antiguo, anti-guo, subreciente, reciente, subactual, actual) como atributos de esos paisajes.

Los cañones en este nivel categórico

Los cañones siempre han estado incluidos en este nivel categórico, solo que rara vez se apli-can en la clasificación fisiográfica del terreno, dado que su definición y reconocimiento es muy ambiguo en la comunidad científica y académi-ca, especialmente en el territorio colombiano. Son muy pocos los cañones que se mencionan salvo algunas menciones relacionadas con el ca-ñón del río Chicamocha por se el más grande y espectacular y el cañóndel río Juanambúporsus fuertes pendientes y paisaje insondable que impresiona a la vista.

Conociendo el vago conocimiento acerca de los cañones en Colombia, el autor logró abordar una investigación en este tema, estableciendo una conceptualización de su significado y los criterios y factores relevantes para su clasifica-ción y zonificación geomorfológica, con el fin de conocer las relaciones funcionales de estas geoformas con la ocupación del espacio geo-gráfico.

En este orden de ideas, el autor quiere de mane-ra sucinta dar a conocer en este artículo algunos elementos conceptuales nuevos para el estudio de los cañones.

• Criterios de clasificación de los cañones

De acuerdo con Serrato, 2007 para estructurar la propuesta de clasificación, se pueden selec-cionar los criterios morfométricos (profundidad, área de la sección); morfoestructura y morfodi-námica (control estructural, litología, procesos y morfología).

El criterio morfométrico es quizá el más genera-lizado en la descripción y reconocimiento de los cañones, como quiera que sea en realidad esto lo más evidente y lo que más atrae a científicos y turistas en el mundo entero. Para tal fin se habla de parámetros tales como: profundidad, ancho, longitud y base. Al respecto, para saber si un valle se puede considerar como un cañón,

se ha propuesto el índice de disección Id, el cual se obtiene de dividir la profundidad sobre el an-cho. En este sentido, si dicho índice tiene un valor entre 0.17 y 2.86, el valle será un cañón. En el caso de que el índice sea mayor a 2.86 se puede hablar de un valle de montaña ligera-mente disectado y si es menor de 0.17 sería un barranco (Serrato, 2007).

Otro criterioquepuede servir comoelementoclasificador de los cañones es la geología, como quiera que el proceso de disección de la red de drenaje para formar los cañones, se da sobre el esqueleto que forman las cordilleras, influencia-do por la litología, las estructuras y la litología. En este criterio se pueden emplear las variables: morfoestructura, control estructural y litología (Serrato, 2007).

Con estos atenuantes, se puede hacer una cla-sificación de cañones en Colombia, tal como se muestra en la Tabla 4.

• Definición de cañón

De acuerdo con los criterios comentados, la de-finición estructurada de los cañones de acuerdo con Serrato, 2007 es la siguiente:

Los cañones son geoformas resultantes de la disección profunda de una red fluvial, acompa-ñada de procesos de remoción en masa, como consecuencia del efecto combinado de tecto-génesis y cambios climáticos, hasta el punto de generar sectores en catena con una ocupación diferencial del espacio.

Como puede deducirse, esta definición atiende más a la génesis que a la morfología, igualmen-te es neutra, si se tiene en cuenta que no habla de un sitio geográfico en especial como lo hacen otros autores, ni se restringe a un determinado tipo de sustrato o ambiente morfogenético.

En síntesis, de acuerdo con los criterios anali-zados, un cañón debe necesariamente cumplir con los siguientes parámetros:

• Evolucióndesectoresgeomorfológicosdife-renciables

• Profundidadmayorde100metrosyuníndi-ce de disección entre 0.17 y 2.86

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• Pendientesensuconjuntoentre35°y85º.• Unaocupacióndiferencial,enloscasosdon-

de el hombre ha colonizado.

Con relación a los sectores geomorfológicos, se establece un mínimo de tres, teniendo en cuenta que el cañón es lo suficientemente evolucionado como para originar al menos una secuencia en catena. Estos sectores o geoformas dentro de los cañones se comentarán más adelante dentro del nivel categórico del sub-paisaje.

Para dar una idea al lector en cuanto a las posi-bilidades que encuentra un intérprete en el sis-tema de clasificación fisiográfica del terreno, en la Tabla 5 se incluye un listado de los principales paisajes fisiográficos de las zonas intertropicales dentro de sus respectivos grandes Paisajes, don-de se incluyen entre otros los cañones.

VIÑETA

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Tabla 4. Propuesta de clasificación de Cañones en Colombia

Criterio Parámetro Clases Especificaciones Ejemplos de Cañones

Morfométrico

Profundidad(mts)

ligeramente profundos 100 - 500 Chupepe, Reyes truandó, Curiche

profundos 500- 1000 Palomino, don Diego, Bu-ritaca

muy profundos > 1000 Chicamocha, Patia, Cauca

Área de la sección(Km²)

pequeños < 500 Don Diego, San Jorge, Ver-de

medianos 500 -1000 Sinú, Penderisco, Suárez

Extensos 1000- 4000 Cauca, Guáitara, Chicamo-cha

Geológico

Morfoestructura

Sinclinal Siguiendo el eje Seco, Guadero, Sumapaz

Anticlinal En comba excavada Suárez, Iguaque, Chonta-les

Homoclinal En estratos inclinados Suárez, Catatumbo

En Fosa En depresión de bloques fallados Cauca, Chicamocha

Control estructuralLineales Más del 80% de su dis-

tancia siguiendo una falla Porce, Nus

No lineales < 30% de control Guarinó, Pasto

Litología

EscalonadosEn estratos sedimentarios horizontales o flujos vol-cánicas.

Chicamocha (Villanueva), Suárez, Fonce

En V En rocas ígneas, sedimen-tarias y metamórficas.

Juanambú, GualíCauca, Patía, Pasto

CompuestosComplejo de rocas íg-neas, metamórficas y se-dimentarias.

Fuente: modificado de Serrato, 2007

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Tabla 5. Paisajes fisiográficos dentro de cada gran paisaje

Gran paisaje Paisaje

1. Relieve montañoso estructural-erosional

Montaña anticlinal simpleMontaña anticlinal compuestaSinclinal colganteDomoCresta homoclinalCrestón homoclinalCuesta homoclinalEspinazo homoclinalBarras homoclinalesCañón, cañada o barranco, escarpe mayorVallecito coluvialColuvio, glacis coluvialPedimento, glacis de erosióncañón

2. Relieve montañoso dislocado

Pilar o horstFosa rift o grabenCañón cañadaescarpe mayor

3. Relieve montañoso volcánico-erosional

Cono estravolcánicoVolcán escudoCúmulo –domoDomo-tapón, neckCono de escoriasCono de piroclástios recienteCono de piroclástios subrecienteCono de piroclástios antiguoColada de lava actualColada de lava recienteColada de lava antiguaColada de laharCono de lavasBarranco, cañadaManto de piroclástioscañón

4. Relieve montañoso glaciárico, glacio-volcánico, gla-cio-estructural, glaci-fluvial.

Cumbre de artesas o cumbre alpinaCampo de morrenasCampo de drumlinsColada de gelifluxiónCono o talud de derrubios (de gelifracción)Abanico proglaciario o glaci-fluvialSuperficie de acanalamientoArtesa glaci-fluvialcañón

5. Relieve montañoso disolucional, estructural-disolu-cional

-Cerros cársicos, carst cónicoPoljes o poljasTorres-laberintos cársicosCañón, cañadaCarso copularCampo de depresiones cársticascañón

Fuente: Villota, 1997

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Tabla 5. (Continuación) paisajes fisiográficos dentro de cada gran paisaje


6. Relieve montañoso fluvio-erosional

Crestas ramificadas, montañas ramificadasBad-lands, campo erosionadoEscarpe mayorColinasLomasPeniplanoPedimentoColinas concordantesCañón, cañada, barrancoLomas concordantesVallecito cóncavoVallecito plano-cóncavoVallecito indiferenciadoColuvioCono coluvialcañón

7. Relieve colinado o lomerío estructural-erosional

Loma anticlinalSinclinal colganteCresta homoclinalBarras homoclinalesEspinazo homoclinalDomoVallecito cóncavoVallecito plano cóncavoPedimentoGlacis coluvial

8. Relieve colinado volcano-erosional

Cúmulo-domoDomo-tapónCono de escorias, actual, reciente, antiguoColada de lava actual, reciente, subrecieneColada de laharConito de lavasManto de pirosclásticos

9. Relieve Colinado glaci-fluvial

Campo de morrenas Campo de drumlinsEskersSuperficie de acanalamientoColada de gelifuxión

10. Relieve colinado dosolucional

Campo de depresiones cársticasCarso cónicoCarso copularCarso de torres-laberintosPoljes

11. Relieve colinado fluvio-erosional

Colinas ramificadasColinas, lomasBad-lands, tierras erosionadasGlacis coluvialVallecito cóncavoVallecito plano-cóncavo


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12. Altiplanicie: estructural, volcánica, marina, fluvio-marina, lacustre, fluvio-lacustre, hidrovolcánica

Cuesta homoclinalMesa, mesetaColinasCañón cañada escarpe mayorLomaPeniplanoSuperfice abancalada (Slump)Bad-landsBute, colina residualPedimentoVallecito cóncavoVallecito plano-cóncavo

13. Altiplanicie disolucional

Mesa, mesetaLomas, cerros cársticosTorres-laberintos cársticosCampo de depresiones cársticasCañón, cañada, escarpe mayorSuperficie abancalada

14. Altiplano

Plano de inundaciónTerraza agradacional, nivel inferiorTerraza agradacional, nivel medioTerraza agradacional, nivel superiorTerraza erosional, nivel superiorTerraza erosional, nivel 2Terraza erosional, nivel 3Terraza erosional, nivel 4Terraza erosional, nivel 5 inferiorPlano de inundación de río trenzadoPlano de inundación de río meándricoGlacis coluvialCono de deyecciónAbanico aluvialLomas Colinas

15. Altillanura

Mesa, mesetaColinasescarpe mayorLomaVallecito Campo de médanos, dunas


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16. Superficie de aplanamiento

PeniplanosLomas concordantesColinas concordantesCañónEscarpe mayorCerros residuales, monte-isla, inselbergVallecito cóncavoVallecito plano-cóncavoPediplano, pedimentoGlacis de erosiónBajadaGlacis mixto (erosión – acumulación)Wadi, vallecito secoPlaya

17. Piedemontes: aluvial, aluvio-coluvial; diluvio-coluvial; diluvial; diluvio-aluvial; glaci-fluvial

AbanicoAbanico actualAbanico subactualAbanico recienteAbanico subrecienteAbanico – terraza antiguoAbanico – terraza muy antiguoAbanico de lodoAbanico deltáicoAbanico proglaciarioBad-lands CañónAbanico de lodo y aluvionesColada de lodo Colada de laharColinasLomasColuvio, cono aluvialCono o talud de derrubiosCono de deyecciónGlacis coluvialVallecito plano-cóncavoEscarpes de abanico.

18. Planicie o Llanura aluvial

Plano de inundación de río trenzadoPlano meándrico de inundaciónPlano de desborde, fluvio-deltáicoTerrazaTerraza agradacional, nivel 1 superiorTerraza agradacional, nivel 2Terraza agradacional, nivel 3Terraza agradacional, nivel 4Terraza agradacional, nivel 5Terraza agradacional, nivel 6Terraza agradacional, nivel 7Terraza agradacional, nivel 8Terraza agradacional, nivel 9 inferiorEscarpes de terraza


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19. Planicie marina, lacustre

Delta arqueado, lobulado, aguzadoDelta digitadoEstuarioPlano de mareaPlataforma costera, plano litoralPlataforma de abrasiónTerraza litoralTerraza litoral inferiorTerraza litoral mediaTerraza litoral superiorAcantilado, cantilArrecife coralino.

20. Planicie eólica

Campo de arena, mar de arenaCampo de médanos, dunasManto de loess

21. Planicie glaciárica

Plano de ablaciónSuperficie acanaladaDelta kameEskerDrumlinsCampo de morrenas

22. Valle aluvial; coluvio-aluvial; coluvial; glaci-fluvial; fluvio-volcánico

Plano de inundaciónTerraza agradacional, nivel inferiorTerraza agradacional, nivel medioTerraza agradacional, nivel superiorTerraza erosional, nivel superiorTerraza erosional, nivel 2Terraza erosional, nivel 3Terraza erosional, nivel 4Terraza erosional, nivel 5 inferiorPlano de inundación de río trenzadoPlano de inundación de río meándricoGlacis coluvialCono de deyecciónAbanico aluvialLomas Colinas


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Nivel categórico de subpaisaje

Es la última categoría del sistema, correspon-diente a una división de los paisajes fisiográficos, hecha con propósitos prácticos relacionados con el uso y manejo de los suelos. Esta puede ser co-rrelacionaconlallamadaFORMADELTERRENOdel sistema de clasificación de Zinc, 1987 de cla-sificación del relieve (Villota, 1997).

Este nivel categórico se establece generalmen-te recurriendo a criterios morfométricos tales como la posición dentro del paisaje (ej. cima, ladera, rellano; ápice, cuerpo; albardón, basín, orillares), calificada con uno o más atributos, de una u otra manera relacionados con los proce-sos morfogenéticos activos, a saber:

• Laformay/ogradodelapendiente(verCla-sesdependientesdeUSDAoFAO).

• Tipoygradodelaerosiónacelerada-remo-ción en masa.

• Clasedecondicióndedrenaje(enllanuras)

Esta categoría es factible de establecerse en le-vantamientos generales, semidetallados y de-tallados que se apoyan en la interpretación de fotografías aéreas de escala 1:100.000 y mayo-res, especialmente cuando la extensión de es-tos sub-paisajes es considerablemente extensa o mapeable. Sin embargo, estas geoformas son prácticamente imposibles de delinear mediante interpretación monoscópica de imágenes de ra-dar y satelitales, ya que no se puede apreciar de manera tridimensional.

Cuando los subpaisajes resultan de la división de un paisaje fisiográfico homogéneo en su com-posición litológica, por lo general ellos solo re-flejan diferentes condiciones para el manejo de los suelos; en cambio, cuando proceden de la subdivisión de un paisaje con material parental complejo, es factible que contenido pedológico resulte parcialmente diferente.

De otra parte, se han incluido a nivel de subpai-saje las geoformas encontradas por Serrato, 2007 y que hacen parte del paisaje de los caño-nes, clase considerada desde la versión anterior en Villota, 1997. Estas son: Gargantas, Vertien-tes cóncavas de retroceso, vertientes residuales convexas y cuchillas de disección mayores, las

cuales se describen de manera breve a continua-ción:

En la Tabla 6 se incluye un listado de los subpai-sajes de mayor ocurrencia dentro de cada Gran Paisaje. Como recomendación, se sugiere al lector interesado en el tema, explorar las carac-terísticas morfogenéticas y mofográficas de los paisajes en Villota, 2005.

Elementos nuevos en este nivel categórico.

Como ya se indicó, en los cañones se han pro-puesto nuevas geoformas las cuales se comen-tan a continuación.

• CuchillasdedisecciónS1Estageoformahacereferencia a la parte superior o cima de un sistema montañoso. Estas pueden ser agu-das, subagudas o semi-redondeadas de con-figuración convexa. Normalmente se pueden confundir con lomas en los caso cuando los cañones son labrados a partir de una su-perficie de aplanamiento, o una altiplanicie. Es una expresión ampliamente utilizada en nuestro país por los pobladores de área rural y algunos técnicos (Figura 6).

• VertientesconvexasresidualesS2Lavertientees una pendiente o superficie inclinada ha-cia la base del cañón, presentando un relieve convexo y prominente pero rebajado, pro-ducto de la erosión sobre ella, dejando como resultado un modelado y evolución con la configuración que hoy en día se puede apre-ciar y con suelos superficiales (figura 6).

• Vertientes cóncavas de retroceso S3 Songeoformas de topografía suave y forma cón-cava, donde generalmente se acumulan los productos de la denudación de las vertientes convexas residuales, por tal razón, se pre-senta con frecuencia abundante rocosidad y pedregones en superficie y los suelos más profundos dentro del cañón.

• GargantasS4Lagargantaporsuparte,sere-lacionan con una geoforma estrecha de pa-redes muy abruptas o superficies verticales, generalmente rocosa y que esta directamen-te influenciada en la actualidad por la acción directa lateral del río que drena al cañón.

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• Lecho del río S5 Es la geoforma que tienecontacto directo con el río. Es generalmente estrecha y do fondo plano, aunque puede ser escalonada causando turbulencia en forma de torrentes de gran fuerza. Es susceptible a inundaciones periódicas, y en tramos pue-de ensancharse permitiendo la ocurrencia de otras geoformas asociadas, tales como: vega, orillares, islotes y algunas sobre-vegas.

Flórez, 2003 hace alusión al lecho del río como un eje de fracturación que ocupa el lecho del río principal, compuesto por afloramientos rocosos que es afectado por disección activa o erosión fluvial que a veces se facilita cuando existe una falla a lo largo del cauce.

Adicional a esto, se advierte que en casi en to-dos los cañones existen otras geofórmas me-nores asociadas a las anteriores, tales como las terrazas, los conos terraza y los conos de con-fluencia, los cuales se han originado gracias a eventos catastróficos ocurridos principalmente en el Pleistoceno, y cuyos vestigios, materializa-dos en estas geofórmas, persisten o están allí de manera transitoria dentro del cañón debido a condiciones muy particulares (Serrato, 2007).

Figura 6. Sectores geomorfológicos a nivel de subpaisaje en un cañón

Fuente: Serrato, 2007

Figura 7. Ubicación de otras geoformas en los cañones: 1 Terrazas; 2 Conos terraza y 3 conos de

confluencia.


150



Tabla 6. Ocurrencia de Subpaisajes de acuerdo con los grandes paisajes fisiográficos

Gran Paisaje fisiográfico Subpaisaje

1. En relieve montañoso y colinado estructural.

Cima o cumbre convexaLadera estructural o de buzamientoEscarpe, cornizaContrapendiente, ladera erosionalLadera subestructuralChevrón o flatirónCuchillas de disecciónVertientes cóncavas de retrocesoVertientes residuales convexasGargantaLecho de río estrecho

2. En relieve montañoso dislocado

Cima irregularCima tabularCima convexaEscarpes de la fallaLaderas erosionalesCuchillas de disecciónVertientes cóncavas de retrocesoVertientes residuales convexasGargantaLecho de río estrecho

3. En relieve montañoso y colinado volcánico

CráterPared de calderaFondo de calderaCima o cumbreHombro o ladera superiorLadera intermediaFalda o repié, ladera inferiorRellano, resaltoBarranco, ravínCirco de deslizamiento activoCirco de deslizamiento estabilizadoDeslizamiento rotacional, sup. AbancaladaCuchillas de disecciónVertientes cóncavas de retrocesoVertientes residuales convexasGargantaLecho de río estrecho

4. En relieve montañoso y colinado fluvio-erosional.

Laderas (en general)CimaLadera superiorLadera mediaLadera inferiorRellano o resaltoCirco de deslizamientoDeslizamiento rotacionalEscarpe menorCuchillas de disecciónVertientes cóncavas de retrocesoVertientes residuales convexasGargantaLecho de río estrecho


151



Tabla 6. (Continuación) Ocurrencia de Subpaisajes de acuerdo con los grandes paisajes fisiográficos


5. En cumbres glaciáricas

Olla u ombligoDepresión pantanosaHombreraLaderas (rocosas o no) de circo y artesaMorrena lateral, centralMorrena terminal, arco morrenicoMorrena de fondo, de abrasiónMorrena latero-terminalFondo de circo y artesaLaderas (en general) Cuchillas de disecciónVertientes cóncavas de retrocesoVertientes residuales convexasGargantaLecho de río estrecho

6. En relieve montañoso y colinado disolucional.

Dolina, uvala, valle ciegoLapiaz o lenaresCerro, mogote, torreLaderas (en general)Vertientes cóncavas de retrocesoVertientes residuales convexasGargantaLecho de río estrecho

7. En altiplanicies

Banco, caballónDepresión, bajo, morichalLaderasRellanoCaño erosionalZurales, tatucosEscarceos, camellones de solifuxiónDepresión de sofusiónVertientes cóncavas de retrocesoVertientes residuales convexasGargantaLecho de río estrecho

8. En superficie de aplanamiento

Banco DepresiónLaderas (en general)Caño erosionalNiveles interfluvialesCuchillas de disecciónVertientes cóncavas de retrocesoVertientes residuales convexasGargantaLecho de río estrecho

9. En piedemontes

Ápice, parte proximalCuerpo, parte mediaBase, parte distalCaño. Cárcava aisladaCauce abandonadoEscarpe de abanico-terrazaTalud de abanico-terrazaPlano de abanico-terrazaLaderas (en general)Niveles interfluviales


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Tabla 6. (Continuación) Ocurrencia de Subpaisajes de acuerdo con los grandes paisajes fisiográficos


10. En valles y llanuras aluviales de río trenzado

Vega baja, barras de cauceVega mediaSobrevegaPlano de terrazaEscarpe de terrazaTalud de terrazaCárcava aislada activaCárcava aislada estabilizadaDepresión de sofusiónCaño erosionalLecho abandonado

11. En valles y llanuras aluviales meándricas de inunda-ción

Orillares o barras de meandro activasOrillares no activosMeandro abandonado colmatadoLago semilunar, en herraduraSobrevegaPlano de terrazaTalud de terrazaEscarpe de terrazaCárcava aislada, caño erosionalPlayones

12. En llanura aluvial de desborde

Playones e islotesOrillares Dique natural, albardón mayorDique de difluenteExplayamientos, brazo deltaicoManto o napaCubeta de decantación, basínCauce abandonado, madre viejaZurales, tatucosCamellones de solifluxión, escarceos

13. En llanura marina, lacustre Reborde de deltaReborde de esteroCubetaPlayón-isloteEsteroBancoPlano de terrazaEscarpe de terrazaPlaya arenosaPlaya pedregosaMarisma, albúferaBarras de playaCordón litoral, flecha, espigón, tómboloArrecife marginalArrecife barreraAtolón

14. En llanura eólica Duna longitudinalDuna parabólicaBarchán o barjanaNebkaBanco, caballónDuna transversalYardangHoyo o depresión de deflaciónPavimento de desierto


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Bibliografia

BENNEMA,J.yGELENS,H.P.Interpretacióndefotografíasaéreas para los levantamientos de suelos. Internatio-nal Institute for Aerospace Survey and Earth Sciences- ITC. Enschede .1969.

BOTERO,Pedro.yLÓPEZDaniel.LosSuelosdelosLlanosOrientales(unavisióngeneralsintetizada).En:SuelosEcuatoriales. Sociedad Colombiana de la Ciencia del Suelo. 1982. vol. 12, no. 2, p. 18-26.

BOTERO,Pedro.Guíasparaelanálisisfisiográfico.CentroInteramericano de Fotointerpretación- Centro de In-vestigación y Desarrollo en Información Geográfica. Bogotá. 1977.

BOTERO,Pedro.Fisiografíayestudiosdesuelos.CentrodeInvestigación y Desarrollo en Información Geográfica. Bogotá. 1977.

GOOSEN,D. Interpretaciónde fotos aéreas y sus impor-tancia en el levantamiento de suelos N° 6. F. A. O.Roma. 1968.

FLÓREZ, Antonio. Colombia. evolución de sus relieves ymodelados. Editorial Unibiblos Universidad Nacional. . ISBN: 958-701-312-3. Bogotá. 2003.

GOOSEN, Doeko. Physiography and soils of the LlanosOrientales, Colombia. ITC Publication B64, p.198 .Enschede.1971.

GOOSEN,Doeko.Interpretacióndefotografíasaéreasysuimportanciaenlevantamientosdesuelos.FAO.Roma.1968.

INSTITUTOGEOGRÁFICOAGUSTÍNCODAZZI.AtlasdeCo-lombia. Imprenta Nacional de Colombia: Editolaser. 321 p Bogotá. 2002

INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI. Ecosiste-mas continentales, costeros y marinos de Colombia. IDEAM, IGAC, IAvH, Invemar, I. Sinchi, IIAP. Imprenta Nacional de Colombia. 275 p. Bogotá .2007.

INSTITUTOGEOGRÁFICOAGUSTÍNCODAZZI.Cartografíatemática del Parque Entrenubes (mapa de fisiografía). Convenio Departamento Administrativo del Medio Ambiente- DAMA – IGAC- CIAF. Bogotá. 2003.

INSTITUTOGEOGRÁFICOAGUSTÍNCODAZZI.Estructura-ción de una base de datos geográficos para el desa-rrollo de un SIG en la región del páramo de Sumapaz y sus alrededores. CIAF. Bogotá. 2001.

INSTITUTOGEOGRÁFICOAGUSTÍNCODAZZI.PlandeOr-denamiento Territorial Paipa 2000-2009. Centro de Investigación y Desarrollo en Información Geográfica –CIAF. Bogotá. 2000.

NIEUWENHUIS, Elbersen. Fotointerpretación para levanta-mientos de suelos. CIAF. Bogotá. 1969.

NIEUWENHUIS, Elbersen. y BOTERO, Pedro. Observacio-nes sobre leyendas de mapas de suelos. CIAF.Bogotá. 1977.

SERRATO, Pedro. Los cañones colombianos: una síntesisgeográfica. Instituto Geográfico Agustín Codazzi. IGAC. CIAF. Bogotá. 2007.

SERRATO, Pedro. Geomorfología del departamento deChimaltenango, República de Guatemala. Guatemala : Ministerio de Agricultura, Ganadería y Pesca -MAGA. Guatemala. 2007b.

VANSLEEN,L.A.andGOSEN,D.PhysiographyandsoilsI.Lecture notes. ITC.Enschede. 1974.

VAN ZUIDAM, R. A. Aerial photo-interpretation in terrain analysis and geomorphologic mapping. Smith Publis-chers. The Hague. 1986.

VILLOTA,Hugo.Geomorfologíaaplicadaalevantamientosedafológicos y zonificación física de tierras. Instituto Geográfico Agustín Codazzi. CIAF. Bogotá.2005.

VILLOTA,Hugo.Unametodologíaparaelanálisisfisiográ-fico en las zonas montañosas del trópico. Tesis M.Sc. ITC. Enschede.1980.

VILLOTA,Hugo.Técnicasmodernasdemapeodesuelosdeladera.InstitutoGeográficoAgustínCodazzi.OficinaCIAF. Bogotá.1983.

VILLOTA,Hugo.ElsistemaCIAFdeclasificaciónfisiográficadel terreno. En: Revista CIAF. vol. 13, No. 1 p. 55-70. Santa Fe de Bogotá. 1992.

VILLOTA,Hugo.Unanuevaaproximaciónalaclasificaciónfisiográfica del terreno. En: Revista CIAF Vol. 15. No. 1 p. 83-117. Santa Fe de Bogotá. 1997.

ZINCK, A. Aplicación de la geomorfología al levantamiento de suelos en zonas aluviales y definición del ambiente geomorfológico con fines de descripción de suelos. Instituto Geográfico Agustín Codazzi. Subdirección de Agrología. Santa Fe de Bogotá. 1987.


USDA. Soil Survey Division Staff. Soil survey manual. Soil Conservation Service. U.S. Department of Agriculture Handbook 18. 1993. [En línea] Disponible en Internet: http://soils.usda.gov/technical/manual/download.html

Estadística aplicada a teledetección

ResumenEn esta investigación se aplicaron métodos esta-dísticos a imágenes satelitales con el fin de proveer nuevos elementos de análisis para el procesamiento digital de imágenes. Con este propósito se genera-ron dos proyectos, a saber: El primer proyecto tuvo por objetivo restaurar imágenes satelitales con ban-deamiento de Landsat 7, mediante la estimación de los píxeles no captados por el sensor, debido al daño en el detector del satélite a partir del año 2003. Para ello se utilizó el método de interpolación Kriging.

Por otro lado, con el segundo proyecto se preten-día adelantar estudios que permitieran identificar imágenes más óptimas para realizar la clasificación, teniendo en cuenta la estructura y la tendencia de los datos, así como la correlación y la separabilidad entre bandas.

En el primer proyecto se usaron métodos de estima-ción de variables espaciales mediante modelos de interpolación geoestadísticos. En el segundo se em-plearon indicadores de tendencia central y pruebas de normalidad, con el fin de evaluar el comporta-miento de los datos; así mismo se usaron pruebas de separabilidad entre firmas espectrales para encontrar las mejores combinaciones entre bandas, que per-miten discriminar espectralmente diferentes tipos de cobertura terrestre.

Palabras clave: Estadística, Imágenes Satelitales, Geoestadística, Bandeamiento, Separabilidad, Correlación, Clasifica-ción de coberturas

Abstractin order to provide new elements of analysis for the digital processing of images and therefore two pro-jects were created. The first project had the objective of restoring satellite images with banding of Landsat 7 by means of the estimation of pixels not received by the sensor. This was caused by the damage to the satellite’s detector since the year 2003. The Kriging method of interpolation is used to do this.The second project was trying to advance studies that allowed identification of optimum images to undertake the classification, taking into account the data structure and trend, as well as the correlation and the separability between bands.

In the first project, methods for estimating spatial variability by geostatistical interpolation models were used. In the second project, indicators of central tendency and normality testing were used in order to evaluate the behavior of the data, and separabi-lity tests were used between spectral signatures to find the best combinations between bands, which allowed the spectral distinguishing of different types of vegetation cover.Keywords: Statistical, Satellite images, Geostatistics. Banding, Separability, Correlation, Vegetation Clas-sification.

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Restauración de imágenes satelitales landsat 7 con bandeamiento, mediante interpoladores Kriging

El satélite LandSat 7 fue lanzado en abril de 1999, se encuentra localizado a una altura de 705 km, tiene un periodo de 16 días y cuenta con un sensor llamado ETM+ (Enhanced The-matic Mapper Plus). Este sensor posee una ban-da pancromática de 15m de resolución espacial y un canal térmico infrarrojo con 60m de reso-lución espacial.

El sensor comenzó a presentar problemas el 31 de mayo del 2003, cuando en las imágenes to-madas por el sensor empezaron a aparecer lí-neas negras. Como consecuencia del problema del LandSat 7, las imágenes carecen de informa-ción que graficamentese detecta líneas oblicuas de color negro a través de toda la imagen; las imágenes LandSat están disponibles y general-mente son utilizadas reemplazando la infor-mación faltante con otros datos de Landsat 7 seleccionados por el usuario.

Es así como se hizo relevante desarrollar un mé-todo que facilitara la interpretación de imágenes tomadas después del 2003 y que modificara los Niveles Digitales con valor 0, además de asignar nuevos valores que se acercaran a los que de-bería tener la imagen si el detector no estuviera descalibrado.

El objetivo principal de esta investigación fue en-tonces emplear interpoladores Kriging para esti-mar la información perdida por el bandeamiento en las imágenes satelitales LandSat 7 y determinar su nivel de confianza. Igualmente, se pretenderá proveer nuevos elementos que facilitaran la co-rrección e interpretación de imágenes satelitales tomadas con el sensor LandSat 7 a partir de mayo de 2003, con miras a evaluar la confiabilidad de la estimación en zonas heterogéneas en donde se encontraban diversos tipos de reflectancias.

Materiales y métodos

La ejecución de este proyecto se realizó aplican-do la metodología desarrollada en el trabajo de investigación “Estimación de información oculta por nubes y sus sombras en Imágenes Satelita-les empleando Métodos Geoestadísticos”1.

Esta metodología se basa en las etapas del análisis Geoestadístico las cuales son necesarias en cual-quier trabajo de esta índole. Sin embargo, para poder iniciar esta fase fue necesario realizar un tratamiento previo a los datos, pues las imágenes de satélite manejan una gran cantidad de datos.

Inicialmente, se seleccionó una subescena cuyo tamaño no fuera demasiado grande. La imagen Landsat 7 seleccionada corresponde a la Saba-na de Bogotá (Path – Row: 8-57), tomada en marzo de 2007. Para este caso en particular se consideró una subescena que abarcara la parte suroccidental de la capital del país.

La escena seleccionada abarcaba 11884,5 m de alto (417 filas) por 11970 m de ancho (420 columnas). La zona que abarcaba la imagen se caracterizaba por el tejido urbano predominan-te, así como los mosaicos de cultivos y pastos limpios. El bandeamiento dificultaba la inter-pretación e imposibilitaba tanto la clasificación supervisada como la no supervisada.

Cada línea oblicua que correspondía al daño en el detector del satélite, abarcaba aproxima-damente 12 píxeles de alto por 478 píxeles de ancho, aproximadamente 4.659 Km2 en terre-no, los cuales no son captados por el sensor en cada línea. Si se sumara cada línea de la imagen original, se obtendría una gran franja negra de extensión cercana a la mitad de la imagen.

Preparación de los datos: una vez elaborado el recorte de la imagen Landsat, se procedió a rea-lizar la conversión de formatos, al exportar cada banda desde Erdas a un archivo en formato Grid, para así obtener un archivo con coorde-

1. BERNATE, María; GAMBA, Mónica; PINEDA, Aura; RIVERA, Bibiana. Estructuración de la línea de Investigación en Estadística Espacial para el CIAF y su Implementación en la primera etapa a través de la estimación de información oculta por nubes y sus sombras en Imágenes Satelitales empleando Métodos Geoestadísticos. Trabajo de grado (Ingeniería Catastral y Geodesia) Universidad Distrital Francisco José de Caldas. 2007 – 2008.

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nadas X y Y correspondientes al centro de cada píxel y su respectivo valor digital. Finalmente, se generó una base de datos.

Análisis Exploratorio de los Niveles Digitales: con los datos listos para ser manipulados, se inició el análisis geoestadístico, que comienza con el aná-lisis exploratorio y estructural de los niveles digita-les. En esta etapa se estudiaron las características de los niveles digitales de cada banda, de forma tal que se obtuviera la mayor información posible.

Para que el análisis geoestadístico fuera válido era necesario que los datos cumplieran una se-rie de requisitos, de manera tal que se explora-ran las características de la muestra con el fin de modificar, en la medida de lo posible, aquéllas que no satisficieran los requisitos exigidos. Y decidir cuál procedimiento sería más adecuado antes de la estimación espacial.

En el análisis exploratorio se incluyeron los si-guientes estadísticos: media, mediana, varian-za, desviación típica, mínimo, máximo, curtosis, asimetría y moda.

En la Tabla 1 se presentan las estadísticas ob-tenidas para cada banda mediante SPSS 15.0, además se realizaron gráficos estadísticos como el diagrama de caja y bigotes, el Q-Q plot, el diagrama de tallo y hoja; también se realizó la prueba de Kolmogorov-Smirnov para analizar la normalidad en la distribución de los datos.

Después de realizar los análisis pertinentes para cada banda, se identificó que ninguna de ellas se distribuía normalmente. En consecuencia, la variable regionalizada (ND) fue corregida me-diante la transformación Box-Cox. Las potencias calculadas mediante el software JMP 6.0 son las siguientes:

Tabla 2. Potencias Transformación Box –Cox

Banda 1 y 2 3 4 5 6 7

Potencia ( ) -0,9 0,2 0,13 0,3 0,2 -0,2

Fuente: PINEDA Aura, RIVERA Bibiana, BERNATE María, POSADA Elena. Estadística Aplicada a Teledetección

IGAC 2007.

Tabla 1. Resumen Estadísticas Descriptivas para cada Banda

ESTADISTICO BANDA 1 BANDA 2 BANDA 3 BANDA 4 BANDA 5 BANDA 6 BANDA 7

Tamaño (N) 142668 143244 143788 143348 145972 145400 144669

Media 87,05 79,13 87,40 66,99 103,94 80,28 62,70

Intervalo de confianza para la media al 95%

Límite inf. 86,98 79,06 87,30 66,91 103,82 80,15 62,64

Límite sup. 87,12 79,21 87,51 67,06 104,06 80,40 62,75

Mediana 85,00 77,00 85,00 68,00 104,00 78,00 63,00

Varianza 186,548 209,322 419,752 210,560 539,381 572,330 102,196

Desv. típ. 13,658 14,468 20,488 14,511 23,225 23,923 10,109

Mínimo 61 48 41 27 23 16 25

Máximo 213 213 253 129 255 255 156

Rango 152 165 212 102 232 239 131

Asimetría 1,543 1,622 1,065 ,061 ,589 1,224 ,724

Curtosis 6,910 7,054 3,789 -,732 2,268 5,110 4,372

Moda 75 73 80 79 109 70 66

Fuente: PINEDA Aura, RIVERA Bibiana, BERNATE María, POSADA Elena. Estadística Aplicada a Teledetección. IGAC 2007

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Análisis estructural de los datos: tendencia y anisotropía

Análisis de Tendencia: el análisis de tendencia arrojó la existencia de ésta en la banda 4, para el resto de bandas la tendencia no era represen-tativa razón por la cual se decidió aplicar Kriging ordinario, a excepción de la banda 4 en donde la variable (nivel digital) no es estacionaria debido a la presencia de tendencia espacial en el valor me-dio de la variable, por lo que se aplicó el Kriging universal que resulta ser el más conveniente en este caso.

Como en este tipo de kriging, los datos pueden ser modelados por una forma matemática, en este caso se eligió un polinomio de grado dos, por cuento la tendencia presenta forma parabólica.

Análisis de Anisotropía: en el análisis estructural se estudia la continuidad espacial de la variable a estudiar. La determinación de dependencia es-pacial entre los datos medidos de una variable se puede realizar mediante el uso de tres funcio-nes: el semivariograma, covariograma o el co-rrelograma. Para analizar la anisotropía de cada banda se realizaron semivariogramas direccio-nales en cuatro direcciones: 0°, 45°, 90° y 135°, con un ángulo de tolerancia de 45º. En cuanto a los intervalos, fue importante elegir el tamaño de intervalo (lag size) apropiado que permitiera que la estimación fuera consistente.

Si el tamaño del rezago era demasiado alto, se perdería la correlación espacial de los datos, si dicho tamaño era demasiado bajo, no se con-seguirían muchos pares de puntos para el se-mivariograma. En este caso, los intervalos se escogieron teniendo en cuenta que los semi-variogramas generalmente no son validos más allá de ½ la distancia máxima entre los puntos conocidos.

El contraste del semivariograma en las cuatro direcciones, permitió determinar la existencia de anisotropía zonal para todas las bandas a excepción de la banda 4, ya que para las seis restantes (bandas 1, 2, 3, 5, 6, y 7) los alcances y mesetas de los variogramas fueron significati-vamente diferentes. Aunque la banda 4 presen-taba un poco de anisotropía, ésta se considero insignificante y en consecuencia isotrópica

Los semivariogramas calculados para las siete bandas, confirmaron que el gradiente más fuer-te se presentaba en 45° y 135°, donde la disper-sión de los datos aumentó. Este patrón refleja que la distribución de cobertura y topografía a lo largo de la sabana de Bogotá, es decir, que en lugares muy cercanos, los valores de radiancia pueden ser muy diferentes. Así mismo, se observó que el valor del efecto pepita comparado con la meseta parcial, repre-sentaba un porcentaje alto, dado que, los datos fueron bastante heterogéneos; al aumentar el tamaño del rezago, el nugget alcanzó más del 50% sobrepasando la meseta parcial, por lo cual sólo se modelaría ruido si se eligiera un tamaño grande del lag.

Modelamiento del Semivariograma: para las siete bandas se evaluaron cinco modelos teó-ricos: modelo circular, esférico, exponencial, gausiano y estable; en la tabla 3 se presentan los parámetros de cada modelo así como los estadísticos de ajuste. Para todos los modelos el alcance no sobrepasó los 250 m, por lo tan-to, la zona de influencia fue de ocho píxeles aproximadamente, a partir de los que los datos dejan de estar correlacionados.

Teniendo en cuenta los estadísticos de ajuste basados en mínimos cuadrados (Mean, Root-Mean-Square, Average Standard Error, Mean Standardized y Root-Mean-Square Standardi-zed) se eligió el mejor modelo. Así pues se selec-cionó el Root-Mean-Square Standardized, cuyo valor fue el más cercano a 1, adicionalmente, se tuvieron en cuenta los siguientes criterios: la Media del error (Mean) debía ser cercana a 0, seleccionar el valor mas pequeño de la Raíz del EMC (Root Mean Square), el Promedio del error estandarizado (Average Standard Error) debía ser cercano a 0, finalmente, la Raíz del EMC es-tandarizado (Root-Mean-Square Standardized) debía ser cercana a 1.

A excepción de las bandas 2 y 4 en donde los mejores modelos resultaron ser el estable y es-férico, se consideró que el modelo gaussiano era el mejor toda vez que la dependencia espa-cial se desvanecía cuando la distancia tendía al infinito, además se caracterizaba por su com-portamiento parabólico cerca al origen respecti-

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vamente. Como se observa en la Tabla 3, todos los modelos tienen buen ajuste.

Generación de las Superficies de Interpolación: con el modelo óptimo se realizó la interpolación de los datos para exportar la superficie de inter-polación a Raster para obtener una imagen digi-tal. Por último, se procedió a analizar la calidad de la imagen obtenida, así como los beneficios y limitaciones del método kriging.

Para cada modelo de semivariograma se gene-ró una superficie de interpolación, un total de 35 superficies entre las cuales se eligieron siete correspondientes a las más confiables según los resultados de la validación cruzada. Consideran-do las características de estacionariedad, como se mencionó anteriormente, la interpolación se realizó mediante Kriging ordinario para las ban-das 1,2,3,5,6 y 7; en el caso de la banda 4 se empleó Kriging universal ya que éste remueve la tendencia presente en los datos.

En dichas superficies se distinguieron claramen-te la concentración de niveles digitales, tanto valores altos como bajos. Los valores de refla-ctancia altos en la imagen correspondieron a tonos claros con alto brillo, mientras que los valores bajos a tonalidades oscuras.

El bandeamiento en la imagen fue eliminado como consecuencia de la interpolación, la in-formación estimada tomo valores similares a los píxeles vecinos, teniendo en cuenta la zona de influencia del semivariograma. A partir de estas superficies se procedió entonces a realizar la ex-portación a formato raster.

Análisis y resultados

Los resultados de la interpolación se muestran en la Figura 1.

• Las imágenes resultantes concordaron conlas superficies de interpolación generadas, en las que se observó un alto contraste en sus tonalidades, por otro lado se puedieron apreciar los patrones de las zonas de cultivo y tejido urbano, así como la textura presente en la parte urbana cuya respuesta espectral es típica en este tipo de coberturas, es decir, tonalidades claras y brillantes al igual que los patrones lineales en toda la imagen.

• Uncasoparticularocurrióenlabanda2,enla que el modelo con mejor ajuste no resultó ser el mejor a nivel visual, por tanto se com-paró con el modelo gausiano que resultó ser

Tabla 3. Modelos seleccionados para las 7 bandas. RMS: Raíz del error medio cuadrático, PSE: Promedio del error estandarizado, MS: Media estandarizada, RMSS: Raíz del error medio cuadrático estandarizado

Banda Tend Anisot ModeloParámetros Ajuste

Rango Meseta Nugget Media RMS PSE MS RMSS

Banda 1 NO SI Gausiano 223,77 0,00000218 6,9868e-7 -0,0150 4,173 4,296 -0,0143 0,957

Banda 2 NO SI Estable 233.02 0,00000546 1,73e-7 -0,0119 3,264 3,24 0,0023 0,9829

Banda 3 NO SI Gausiano 179,36 0,11977 0,029772 -0,0117 5,967 6,378 -0,0023 0,9195

Banda 4 SI NO Esférico 178,54 0,049947 0,006205 0,01514 3,307 4,329 0,0048 0,7636

Banda 5 NO SI Gausiano 152,28 0,44006 0,15324 0,00436 9,086 10,44 0,0018 0,8757

Banda 6 NO SI Gausiano 175,80 0,223973 0,074245 -0,0466 9,211 9,373 -0,0095 0,9898

Banda 7 NO SI Gausiano 182,06 0,00193 0,001431 0,02221 4,658 5,574 -0,0052 0,8518

Fuente: PINEDA Aura, RIVERA Bibiana, BERNATE María, POSADA Elena.

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el mejor para el resto de bandas y, además, presentaba un buen ajuste al igual que el modelo estable.

• Los resultados finales se reflejaron en lacombinación de falso color 4, 5, 3; donde se aprecia la distribución espacial, la forma e inclusive la textura de las coberturas (figura 2). En la imagen de la derecha se muestra el realce en color de la imagen obtenida.

• Encuantoa las líneasdebandeamientoseobtuvo un buen resultado, aunque en al-gunas zonas la definición de los contornos fueron confusas (círculos en azul). En gene-ral, las coberturas se pueden identificar cla-ramente y ello permite generar cartografía a una escala general de 1:100.000.

Figura 2. Imagen original vs. imagen interpolada

Figura 1. Resultados de la interpolación, (a) banda 1, (b) banda 2, (c) banda 3, (d) banda 4, (e) banda 5, (f) banda 6 (g).


Conclusiones:

La interpolación geoestadística constituye una buena opción para la estimación de informa-ción no disponible.

En el caso de imágenes satelitales se comprobó la efectividad del método Kriging y su bondad de ajuste, verificando la estimación de las cober-turas en toda el área de estudio.

Se comprobaron las ventajas del Kriging con respecto a los métodos de interpolación que son incluidos comúnmente en los software para el procesamiento digital de imágenes satelita-les, pues además de tener en cuenta la variación espacial y la estructura de correlación, propor-cionan suficientes puntos para estimar la infor-mación de los píxeles perdidos, caso opuesto a la transformada de Fourier que no remueve bandeamiento en proporciones significativas.

Los resultados del análisis geoestadístico de-mostraron con un margen de confiablidad alto, superficies heterogéneas que concuerdan con las coberturas presentes en la escena .Cabe se-ñalar que la elección de un adecuado tamaño del rezago permitió obtener resultados confia-bles al igual que el modelamiento de tendencias o anisotropías existentes.

Con la imagen obtenida se cumplieron los ob-jetivos propuestos, no obstante la imposibilidad de definir algunos elementos que no alcanzaron a ser determinados con la interpolación, tales como los contornos o elementos líneales, a cau-sa de la suavización y homogenización de los píxeles teniendo en cuenta los pixeles vecinos. A pesar de lo anterior, fue posible identifica as coberturas con claridad, lo que permitió realizar una una clasificación para generar cartografía a escala general de 1:100.000.



Análisis estadístico en imágenes satelitales (landsat tm) originales y derivadas, para la estimación de calidad en el proceso de clasificación

El propósito de métodos estadísticos para la interpretación de Imágenes Satelitales que per-mitan realizar el proceso de clasificación sobre estas imágenes, al igual que la comparación entre el comportamiento visual y el comporta-miento de los ND de las imágenes, antes y des-pués de realizar el procesamiento digital.


Para desarrollar este proyecto se contó con una imagen Landsat TM Path: 8 Row: 57, del año 1997. Para el procesamiento digital de imáge-nes se utilizó el software Erdas Imagine V9.0, para el análisis exploratorio de los datos se usó el software SPSS V 15.0. y como software de apoyo para la transformación de formatos se utilizó el software Surfer V 8.

Selección del área de trabajo:

La selección del área de trabajo se realizó te-niendo en cuenta la disponibilidad de imágenes satelitales, además de las características de la zona. En este caso se eligió la zona Sur Occiden-tal de la Ciudad de Bogotá, así como un seg-mento de los municipios de cundinamarqueses de Soacha y Mosquera respectivamente.

Análisis exploratorio del recorte sobre el área de trabajo y realces aplicados:

El análisis exploratorio para cada una de las bandas de la imagen Landsat y el análisis ex-ploratorio para los realces aplicados sobre esta imagen, se presenta a continuación:

Banda 1: la primera banda de la imagen corres-ponde a la banda azul. Presentó una media de 78,46 la mediana muy próxima a este valor co-rrespondió a 80 y una moda de 81. El histograma


de frecuencias presentó que los datos no poseían una distribución normal y el Q-Q plot no presen-tó normalidad, ya que la muestra no se acerco a la recta, exceptuando los datos centrales.

Banda 2: la banda dos corresponde al visible verde. En esta banda pueden ser evaluados as-pectos relacionados con vegetación vigorosa y diversos tipos de roca. Presentó una media igual a 38,26 la moda iguala 36 y la mediana 37, los valores de tendencia central son muy cercanos, por lo tanto se pudo consideran simetría en los datos. El Q Q plot y el histograma de frecuen-cias presentaron una distribución normal de los datos.

Banda 3: la banda tres corresponde a la banda del rojo, en esta banda resulta fácil identificar algunos tipos de cobertura y en general diversos tipos de roca con alto contenido de limonita. Las medidas de tendencia central media, media-na y moda, tuvieron valores de 45,84; 45 y 43 respectivamente, son valores muy cercanos. El histograma y el Q Q plot presentaron una distri-bución normal.

Banda 4: la banda cuatro corresponde a la ban-da del Infrarrojo cercano, se usa con mayor fre-cuencia para identificar contenido de biomasa, delimitación de cuerpos de agua y clasificación de rocas, también es usado para indicar el con-tenido de humedad del suelo. Los valores arro-jados presentaron una media de los datos en 59.49, una mediana de 56 y el valor de la moda 42, lo que comprueba una gran variación de los mismos datos.

Esta banda presentó asimetría a la derecha. El histograma de frecuencia arrojó que los datos no tienen una distribución normal. El Q Q plot presentó la distribución de los puntos sobre la recta. Para terminar se pudo apreciar que la pri-mera parte de la muestra está muy alejada de la recta

Banda 5: esta banda corresponde a valores den-tro del infrarrojo. En estos valores es más fácil identificar algunos tipos de cobertura y la hu-medad del suelo. El valor de la media se encon-tró en 89.35, la moda en 80 y la mediana en 85. Se pudo visualizar una varianza significativa de datos en el histograma de frecuencias, pues ahí un pico muy alto y también presenta una leve

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asimetría a la derecha. El Q Q plot mostró una distribución que se aleja de la curva normal.

Banda 6: la banda seis es la banda térmica para Landsat TM. Los valores de tendencia central arrojaron un valor para la media de 137.31, la mediana 137 y para la moda 136. El histogra-ma mostró que estos datos se acercan mucho a la distribución normal. Sin embargo existe una pequeña agrupación de los datos con valores cercanos a 155.

El Q Q plot grafica el acercamiento de los da-tos a la recta normal, mostrando efectivamen-te una distribución normal para la mayor parte de los datos, a excepción de los extremos. De igual forma, el histograma también presento un apuntalamiento específicamente en los valores cercanos a la media.

Banda 7: la banda siete corresponde al infrarro-jo medio. Esta banda permite determinar zonas de vegetación y diferenciar algunos tipos de suelos de acuerdo a su contenido de humedad. Presentó unos valores para la media, mediana y moda de 47,67; 46 y 43 respectivamente. La Banda no presentó una distribución normal, consecuencia de la distribución que presentan los datos extremos.

El Q Q plot confirmó la distribución normal en los datos cercanos a la media, en los extremos, los datos se alejan de la recta normal. El con-traste de esta banda es bajo, puede variar de tonos muy grises a grises, debido a la ubicación del histograma es posible inferir que se trata de una banda con tonalidades muy oscuras.

Componentes Principales: en este proceso de transformación se obtienen nuevas imágenes con correlación mínima y una máxima varian-za entre los datos, de las que se obtiene más información para la interpretación. Las prime-ras bandas contienen la mayor cantidad de in-formación, mientras que las últimas contienen ruido.

CP 1: la primera Componente Principal contie-ne la mayor cantidad de información. Los valo-res arrojados reflejaron un valor de la media en 145,177, el valor de la mediana es 138,202 y la moda con un valor de 127,22.

La distribución de los datos no es normal de acuerdo al Q Q plot, el cual muestra que los da-tos no son cercanos a la recta normal. Presentó un pico pronunciado en valores cercanos a 130. Esta banda tiene un alto contraste debido a que el rango de los datos va desde 20 a 250 aproxi-madamente, resultando una imagen con tonali-dades desde gris muy claro a gris muy oscuro.

CP 2: en la segunda componente principal se pudo observar el valor de la media en 5,14, la mediana tiene un valor de 0,093 y la moda se encuentra en -16,04. El rango de los datos varía debido a la transformación realizada. El histo-grama mostró una distribución asimétrica y es evidente que no existio normalidad en los datos. Hay un pico relativamente alto, lo que demues-tra la posición de la moda dentro de la muestra. Este valor se aleja de la mediana y de la media. El Q Q plot muestra claramente que los datos no se aproximan a la recta normal.

CP 3: la tercera componente principal presentó un valor para la media de -5,30, la mediana con un valor de -6,29 y la moda se encuentra en -81,99, alejándose un poco a los demás valores de tendencia central. El Q Q Plot muestra que los datos presentaban una distribución normal, pero los datos de los extremos no se acercaban a la recta normal. La imagen tiene un contraste muy bajo.

Ndvi: es el índice más usado para las diferen-tes aplicaciones en teledetección. Este índice de vegetación muestra claramente la cobertura vegetal y su vigorosidad. La vegetación densa y sana se puede identificar por tonos oscuros. Los cuerpos de agua, hielo o nieve generalmente se reflejan en tonos claros.

El índice de vegetación normalizado que se obtu-vo para esta escena, posee una distribución mul-timodal con un pico relativo más alto que el otro. El valor de la media es 0,0379, la mediana se en-contró con un valor de 0,0379 y la moda igual a 0. Los datos mostraron una distribución normal, algo que se comprueba con el Q Q plot. Rgb a Ihs: esta transformación permite significar la imagen en función de sus propiedades: inten-sidad, matiz, saturación. La banda de intensidad simboliza el brillo en función de la reflectividad,

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la banda de matiz recoge la longitud de onda de donde se produce la máxima reflectividad del objeto o rasgo, la saturación representa la pureza del color.

Intensidad: la banda que representa la intensidad no posee una distribución normal de los datos. La media tuvo un valor de 0,26, la mediana uno de 0,25 y la moda uno de 0,23, los valores de tendencia central fueron muy próximos entre sí. El Q Q plot permite inferir que no existia normali-dad.Unpicomuyaltosevisualizóenelhistogra-ma de frecuencias, lo que puede asumirse como un tipo de cobertura predominante en los datos. El contraste de esta banda es medio, los tonos pueden variar de gris oscuro a gris claro.

Matiz: la banda que enseña el matiz, tuvo una media de 225,28, la mediana es 235,00 y la moda 240,00; los valores de tendencia central fueron muy cercanos. Ésta posee una varianza de 752,12, lo cual es un valor muy alto. Los datos no presentaron distribución normal. No existió normalidad en los datos, esto pudo evidenciarse con el Q Q plot. Esta banda mostró un contraste medio.

Saturación: la banda de saturación presentó una media de 0,34, una mediana de 0,31 y una moda de 0,33. El histograma de los datos mostró una distribución tiene una distribución normal y el Q Q plot confirma que lo datos no presentan normalidad.

Tasseled Cap: con esta transformación se obtiene un nuevo conjunto de bandas mediante la com-binación lineal original, a fin de resaltar rasgos de interés en la escena. Generalmente con esta transformación se pretende destacar el compor-tamiento espectral de la vegetación a partir de nuevos ejes creados.

Brillo: la banda que representa el brillo tuvo una media igual a 143,95, una mediana igual a 38,65 y la moda igual a 1,18. El histograma presentó una distribución de los datos muy cercana a la normal pero con un valor de kurtosis muy alto. No existtó normalidad y esto se comprueba en el Q Q plot, donde los valores extremos, especial-mente los que se encuentran al final de la mues-tra, estaban alejados de la recta de normalidad.

Verdor: la banda que simboliza el verdor tuvo una media de -14,74, la mediana un valor de

-22,95 y la moda de -29,14. El histograma de frecuencias mostró una distribución asimétrica. El Q Q plot presentó que los datos no siguen la recta normal.

Humedad: la banda de humedad presenta una media de los datos igual a -31,12, una mediana igual a -28,26 y una moda de -26,20. El histo-grama de frecuencias describe una distribución de los datos cercana a la curva normal, sin em-bargo existe un pico en valores cercanos a la media. El Q Q plot muestra que los datos no siguen una distribución normal, debido a que no se acercan a la recta normal, en especial los datos del extremo inferior.

Bruma: la banda que representa la bruma tuvo una media de 40,58, una mediana de 41,22 y una moda de 435,07 el histograma mostró que los datos no presentaban normalidad, existe una distribución que se podría considerar como bimodal, donde hay dos picos, el primero cerca-no a valores de 30 y el segundo con valores cer-canos a 45, de esto se pudo inferir que existían dos tipos de cobertura dominantes. El Q Q plot mostró que no existe normalidad en los datos.

Análisis de correlación entre bandas

Para analizar la correlación entre las bandas de la imagen original con las bandas de las imágenes derivadas, se realizó una matriz de 17 bandas o variables, estructurada de la siguiente forma:

• Banda1Landsat(Azul)• Banda2Landsat(Verde)• Banda3Landsat(Rojo)• Banda4Landsat(Infrarrojocercano)• Banda5Landsat(Infrarrojomedio)• Banda6Landsat(Infrarrojotermal)• Banda7Landsat(Infrarrojomedio)• Banda8ComponentesPrincipales(CP1)• Banda9ComponentesPrincipales(CP2)• Banda10ComponentesPrincipales(CP3)• Banda11NDVI,Banda12RGB–IHS (Intensidad)• Banda13RGB–IHS(Matiz)• Banda14RGB–IHS(Saturación)• Banda15TasseledCap(Brillo)• Banda16TasseledCap(Verdor)• Banda17TasseledCap(Humedad)• Banda18TasseledCap(Bruma)

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Esta matriz permitió determinar la correlación entre bandas, identificando cuales de éstas tie-nen la menor correlación a fin de conseguir la mayor información posible.

Entre las bandas 8, 9 y 10 existe una correlación de cero (0), debido a que son las bandas corres-pondientes a la transformación a Componentes Principales. El objetivo de esta transformación es extraer el máximo posible de información de cada banda, su correlación con las demás es re-lativamente baja y por lo tanto es posible reali-zar cualquier combinación que las incluya.

Se recomienda incluir la Primera Componente Principal, debido a que es la que contiene más información. La segunda y la tercera también poseen información pero en menor porcentaje, debido a que se mezcle con ruido proveniente de la imagen original.

La banda NDVI puede ser combinada con la primera banda infrarroja media de la imagen original y con una componente principal. Dicha mixtura podría resultar muy útil para resaltar co-bertura vegetal. Entre las bandas del espectro visible y las infrarrojas, la combinación entre las bandas 4, 5 y 3 provee gran cantidad de infor-mación debido a la baja correlación. Las bandas correspondientes a la transformación RGB a IHS, poseen baja correlación al igual que con la pri-mera componente principal y con las bandas de la transformación Tasseled Cap. Cada combina-ción diferente sirve para resaltar las coberturas. Las bandas correspondientes a la transforma-ción Tasseled Cap poseen baja correlación con la banda infrarroja de la imagen original y con las de la transformación RGB IHS. Con base en el anterior análisis se conforman diferentes com-binaciones, en las que puede ser analizada la separabilidad entre firmas espectrales.

Obtención de la clasificación de cobertu-ras según la metodología de Corine Land Cover

Teniendo en cuenta la metodología para clasifi-cación de coberturas terrestres de Corine Land Cover, se realizó una selección preliminar de los principales tipos existentes en la imagen (Figura 3). De esta manera se obtiene una idea general de las coberturas que se encuentran en el área

de trabajo y sobre las cuales se debe tomar una muestra para poder ser analizada. Se generó un muestreo de coberturas sobre las imágenes donde se extrae la firma espectral para cada tipo de cobertura presente en la imagen.

Figura 3. Coberturas tomadas para el análisis

Clases

1. Mosaico cultivos2. Pastos limpios3. Zona verde urbana4. Instalaciones recreativas5. Zona industrial6. Tejido urbano continuo7. Zona pantanosa8. Arbustos y matorrales9.Mosaico, pastos y especies naturales10. Pastos enmalezados y enrastrojados11. Tejido urbano discontinuo12. Mosaico cultivos, pastos, especies naturales.

Fuente: imágen Landsat TM 008-057. Ciudad de Bogotá. ERDAS IMAGINE

Análisis y resultados

El análisis de separabilidad se realiza sobre las diferentes combinaciones a fin de conocer la mejor combinación para clasificación de co-berturas. Los resultados obtenidos al usar el método de divergencia transformada en la evaluación de separabilidad para las diferentes combinaciones, se clasificaron en tres rangos de acuerdo a los valores obtenidos,así: de 0 a 1700 existe separabilidad entre firmas ya que presenta un valor bajo, valores medios de 1700 a 1900 presentan separabilidad media y cuando los valores son mayores a 1900 se asume que no existe separabilidad entre firmas espectrales,

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Tabla 4. Estadísticas Descriptivas Bandas originales y derivadas

Banda 1 Banda 2 Banda 3 Banda 4 Banda 5 Banda 6 Banda 7 Banda 8 Banda 9

N 222.984 222.984 222.984 222.984 222.984 222.984 222.984 222.984 222.984

Media 78,46 38,26 45,84 59,49 89,35 137,31 47,67 145,17716 5,41274

Mediana 80 37 45 56 85 137 46 138,20239 0,093649

Moda 81 36 43 42 80 136 43 127,2284 -16,0483

Desv. típ. 13,759 8,674 13,779 18,05 24,142 5,348 16,146 33,053664 21,14213

Varianza 189,31 75,231 189,864 325,814 582,823 28,601 260,701 1.092,55 446,99

K-S 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Banda 10 Banda 11 Banda 12 Banda 13 Banda 14 Banda 15 Banda 16 Banda 17 Banda 18

N 222.984 222.984 222.984 222.984 222.984 222.984 222.984 222.984 222.984

Media -5,302344 0,120637 0,265091 225,28698 0,345506 143,95978 -14,74296 -31,12184 40,581723

Mediana -6,299292 0,037975 0,25098 235 0,310924 138,64961 -22,9549 -28,2641 41,222599

Moda -81.994,00 0 0,2333 240 0,3333 1.188.329 -29,1425 -26.206,00 435.077,0

Desv. típ. 8,9908489 0,203997 0,067081 27,424903 0,108429 29,152291 21,216338 16,18546 6,0816435

Varianza 80,835 0,042 0,004 752,125 0,012 849,856 450,133 261,969 36,986

K-S 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Fuente: PINEDA Aura, RIVERA Bibiana, BERNATE María, POSADA Elena. Estadística Aplicada a Teledetección. IGAC 2007.

por lo tanto las coberturas tienden a confundir-se. En la tabla 4 se presentan las combinaciones analizadas.

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Tabla 5. Combinaciones que serán analizadas

Combinación 1 Rojo Infrarrojo cercano Infrarrojo medio

Combinación 2 Rojo Infrarrojo cercano Comp. Principal 1

Combinación 3 Azul Verde Rojo

Combinación 4 Comp. Principal 1 Comp. Principal 2 Comp. Principal 3

Combinación 5 Rojo Infrarrojo cercano NDVI

Combinación 6 Infrarrojo cercano Comp. Principal 1 Tasseled Cap - Verdor

Combinación 7 Comp. Principal 1 NDVI Tasseled Cap - Bruma

Combinación 8 Azul Comp. Principal 1 IHS - Saturación

Combinación 9 NDVI IHS - Intensidad Tasseled Cap - Humedad

Combinación 10 Rojo Comp. Principal 1 Comp. Principal 2

Fuente: PINEDA Aura, RIVERA Bibiana, BERNATE María, POSADA Elena. Estadística Aplicada a Teledetección. IGAC 2007

Combinación 1: rojo, infrarrojo cercano e infra-rrojo medio

En esta combinación no fue posible distinguir con claridad entre las coberturas de “instalacio-nes recreativas” y “mosaico de cultivos, pastos y espacios naturales”, ya que el valor de sepa-rabilidad entre sus firmas espectrales, según la prueba de divergencia transformada, era menor a 1700. Por otro lado, se observó también que la cobertura de “zona verde urbana” no pudo diferenciarse totalmente de coberturas como “instalaciones recreativas” y “mosaico de culti-vos, pastos y espacios naturales”. De la misma manera se pudo observar que valores medios no son muy bajos, tales coberturas pueden diferenciarse. Esta combinación es usada fre-cuentemente para realizar clasificación sobre imágenes Landsat para identificar límites entre coberturas.

Combinación 2: rojo, infrarrojo y componente principal 1

En esta combinación no existen valores críticos. Las coberturas de “zona industrial” y “tejido ur-bano discontinuo”, poseían un índice de separa-bilidad medio, pero era relativamente bueno. Se

consideró que la combinación era óptima para diferenciar entre los diferentes tipos de cobertu-ra presentes en la imagen. En esta combinación se incluyó la banda correspondiente al rojo, un infrarrojo y el NDVI, por lo tanto es muy fácil la identificación de los diferentes tipos de cobertu-ra vegetal dentro de la imagen. El resultado del análisis demostró que hay una deficiencia en la separabilidad entre coberturas no vegetales.

Combinación3: azul, verde y rojo

Esta combinación utiliza las tres bandas corres-pondientes al espectro visible: la banda azul, la banda del rojo y la verde. Presentó gran canti-dad de coberturas con índices de separabilidad críticos, por lo tanto no es una óptima imagen para realizar clasificación. La “zona verde urba-na y la “zona industrial”, fueron los dos tipos de cobertura que presentaron los valores más bajos de separabilidad, es decir, que tienden a confundirse con más frecuencia para esta com-binación.

Esto tiene explicación en la matriz de correlacio-nes. Las tres bandas del visible están altamente correlacionadas, por lo tanto la información que suministran es muy similar, de ahí que no se re-

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comiende usar esta combinación para realizar el proceso de clasificación.

Combinación 4: componente principal 1, com-ponente principal 2 y componente principal 3

Esta combinación usa los tres componentes prin-cipales. A pesar de que la correlación entre estas bandas tiene un valor de cero, la separabilidad no es la más apropiada para todos los tipos de cobertura presentes. En esta combinación hubo un valor crítico en las coberturas de “instalacio-nes recreativas” y “mosaico de cultivos, pastos y espacios naturales”. Dentro de las coberturas con valores medios de separabilidad estaba la “zona verde urbana”, la cual podía confundirse fácil-mente con “instalaciones recreativas” y algunas veces con “cultivos”. También, detectó un índice de separabilidad bastante bajo entre las cobertu-ras de “mosaico de pastos y espacios naturales” y la “cobertura de pastos enmalezados y enrras-trojados”.

Combinación 5: rojo, infrarrojo cercano y NDVI

Conformada por las bandas del rojo, infrarrojo cercano y el NDVI, esta combinación se realiza para identificar con más precisión los diferen-tes tipos de cobertura vegetal; de igual manera, sirvieron para determinar el contenido de hu-medad en la vegetación y su vigorosidad. Sin embargo, el resultado que arrojaron los índices de separabilidad demostró que esta combina-ción presenta valores críticos para los tipos de cobertura de “zona verde urbana”, “mosaicos de pastos y cultivos” y “pastos enmalezados y enrrastrojados”. El valor más crítico lo presenta-ron las coberturas no vegetales como la “zona industrial” y el “tejido urbano discontinuo”. Es-tas mismas coberturas presentaron los índices medios de separabilidad.

Combinación 6: infrarrrojo cercano, componen-te principal 1 y tasseled cap - verdor

La combinación está compuesta por la banda del infrarrojo cercano, la primera componente principal y la banda correspondiente al verdor de la transformación Tasseled Cap, lo que la hace óptima para identificar coberturas vegetales. El índice más crítico fue el que se encontró entre las coberturas de “tejido urbano continuo” y “arbustos y matorrales”. Los valores medios se suelen presentarse en las coberturas de “zona

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industrial”, “tejido urbano continuo” y “tejido urbano discontinuo”

Combinación 7: componente principal 1, NDVI y tasseled cap - bruma

Para esta combinación se usan las bandas Com-ponente principal 1, NDVI y Bruma, con el fin de identificar diferentes características en la cla-sificación de coberturas vegetales. Los valores críticos se encuentran en coberturas clasificadas como “territorios artificializados”. De la mis-ma manera, los valores que se encuentran en un nivel medio de separabilidad corresponden a coberturas de “territorios artifilizados” versus algunas coberturas de tipo vegetal como “culti-vos, pastos y zonas verdes”.

Combinación 8: azul, componente principal e IHS - saturación

Con esta combinación se pretende resaltar las características más relevantes de los diferentes tipos de coberturas antrópicas, como “zonas in-dustriales”, “tejido urbano continuo” y “tejido urbano discontinuo”. El valor crítico encontra-do en esta combinación correspondió a “zona verde urbana” y “tejido urbano discontinuo”. Los valores medios corresponden a cobertura vegetales como “mosaico de cultivos, pastos y espacios naturales” y “arbustos y matorrales”, comparados con “zona verde urbana” y “zonas pantanosas”. Se pudo observar entonces que para las coberturas de tipo “territorios artificia-lizados” la separabilidad es óptima. Las cober-

Figura 4. Combinaciones que presentan mejores índices de separabilidad. a) R: Rojo, G: Infrarrojo, B: Componentes principales. b) R: Azul, G: Componente Principal 1, B: IHS - Saturación.

Combinaciones que presentan los índices más bajos de separabilidad. c) R: NDVI, G: IHS – Intensidad, B: Tasseled Cap – Humedad. d) R: Azul, G: Verde y B: Rojo

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turas vegetales también presentaron un nivel bueno de separabilidad. A pesar de haber en-contrado algunas coberturas dentro del rango de separabilidad media, estos valores se acerca-ron al nivel óptimo.

Combinación 9: NVI, IHS – Intensidad y Tasseled Cap - Humedad

En esta combinación se encuentran las ban-das NDVI, la componente de Intensidad de la transformación RGB a IHS y la componente de Humedad de la transformación Tasseled Cap. Para esta combinación se presentó una gran cantidad de valores críticos, tanto en cobertu-ras vegetales como en coberturas de “territorios artificializados”, los valores medios también se encuentran en una cantidad representativa. Se puede determinar entonces que esta combina-ción no permite diferenciar entre los diferentes tipos de cobertura.

Combinación 10: rojo, componente principal 1 y componente principal 2

Esta combinación esta formada por las bandas del Rojo, la Primera Componente Principal y la Segunda Componente Principal. Esta combina-ción presentó un análisis de separabilidad con tres valores críticos, la “zona verde urbana” tie-ne un índice muy bajo al ser comparada con la cobertura de “tejido urbano discontinuo”, lo mismo sucedió entre la cobertura de “ins-talaciones recreativas” y “mosaico de cultivos, pastos y espacios naturales”, y por último entre “zona pantanosa” y “arbustos y matorrales”. Estos valores y los índices de separabilidad me-dia presentan que esta combinación pude ser usada para realizar clasificación, sin embargo es posible confundir las firmas espectrales que se generan.

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berturas de tipo Áreas húmedas y Superficies de agua.

La Figura 4(b) presenta la combinación entre las bandas Azul, Componente Principal 1 e IHS – Sa-turación. Esta combinación facilitó resaltar las co-berturas de tipo Territorios artificializados, el valor crítico se presentó entre las coberturas de “zona verde urbana” y Tejido urbano discontinuo.

La Figura 4(c) y (d) mostró las combinaciones que presentaron los índices de separabilidad más bajos, visualmente estas combinaciones no aportaron mucha información acerca de las coberturas presentes. La combinación mostrada entre las bandas del visible presentó un contras-te muy bajo, de ahí que no fue posible identifi-car entre las coberturas de Territorios agrícolas y de Bosques y Áreas semi naturales y las cobertu-ras de Áreas húmedas y Superficies de agua.

En cuanto a esta combinación existe una rela-ción directa entre la correlación entre las ban-das y los índices de separabilidad. La correlación entre estas bandas fue muy alta, hubo valores de correlación de 0,955 entre la banda uno y la dos, entre la banda dos y tres fue de 0.938 y finalmente, entre las bandas dos y tres el valor fue de 0.983, cuya aproximación a uno (1) fue significativa.

La prueba de separabilidad mostró que ésta es la combinación que presentaba mas valores crí-ticos y medios.

A manera de recomendación, se sugiere que para optimizar los efectos del estudio, se desa-rrolle esta metodología en un área de trabajo que contenga diversidad de coberturas y que para cada tipo de coberturas se establezca una mayor cantidad de información.

Conclusiones

Después de realizar el análisis se pudo concluir que la combinación que presentaba mejor sepa-rabilidad entre las diferentes firmas espectrales, fue la existente entre las bandas Rojo, Infrarrojo y Componente Principal 1; y en segundo lugar, la combinación entre las bandas Azul, Componen-te Principal 1 e IHS – Saturación. La combinación que presentó menores índices de separabilidad entre firmas espectrales, fue la combinación en-tre las bandas NDVI, IHS – Intensidad y Tasseled Cap – Humedad. La combinación que presen-tó los índices mas bajos y las mayor cantidad de valores críticos fue la combinación entre las bandas azul, verde y rojo. A continuación se muestran las combinaciones:

El análisis de separabilidad entre las diferentes firmas espectrales no necesariamente se rela-cionaba con el análisis de correlación entre las bandas que componían la combinación que se pretendía analizar. La combinación que presen-tó la más baja correlación entre las bandas, fue la combinación entre las tres componentes prin-cipales, los índices de separabilidad que arrojó el análisis mostraron un valor crítico y varios va-lores medios.

Para realizar un análisis visual de las combina-ciones entre bandas que presentaron los mejo-res índices de separabilidad, se hizo evidente la posibilidad de identificar las coberturas presen-tes en la imagen.

La Figura 4(a), muestra la mejor combinación resultante. En esta combinación se pudo dis-tinguir fácilmente entre los tipos de coberturas vegetales presentes, el valor medio de separa-bilidad se mostró entre las coberturas de “zona industrial” y “tejido urbano discontinuo”, con esta combinación fue posible realizar una clasi-ficación de forma más acertada para los tipos de cobertura, tales como los Territorios agrícolas, que incluían los Cultivos anuales o transitorios, Cultivos permanentes, Pastos y Áreas agrícolas heterogéneas (Mosaicos); de la misma forma, los tipos de cobertura de Bosques y Áreas semi naturales, como los Bosques, Áreas con vegeta-ción herbácea y/o arbustiva, Áreas abiertas, sin o con poca vegetación. Con esta combinación también se hicieron bastante notables las co-


Bibliografía

ANSELIN, L., Exploratory Spatial Data Analysis and Geogra-phic Information Systems en Painho, M. (ed.), New Tools for Spatial Analysis, (Luxemburgo: Eurostat), 1994

BERNATE, María. GAMBA, Mónica. PINEDA, Aura y RIVERA, Bibiana. Estructuración de la línea de Investigación en Estadística Espacial para el Centro de Investigación y Desarrollo en Información Geográfica y su Implemen-tación en la primera etapa a través de la estimación de información oculta por nubes y sus sombras en Imágenes Satelitales empleando Métodos Geoestadís-ticos. Anteproyecto trabajo de grado. 2006

CHUVIECO, Emilio. Teledetección Ambiental, la observa-ción de la tierra desde el espacio. España – Editorial Ariel, S.A. Mayo 2002.

GIRALDO HENAO, Ramón. Introducción a la Geoestadísti-ca. Teoría y aplicación. Departamento de Estadística. UniversidadNacionaldeColombia.Bogotá.2002.94p.

RODRÍGUEZCHÁVEZEduardo.Manualparaelmanejo yprocesamiento de imágenes satelitales obtenidas del sensor remoto MODIS, aplicado a estudios de Inge-niería Civil, Bogotá, 2005, 230 h. Trabajo de grado (Ing.Civil).PontificiaUniversidad Javeriana.Facultadde Ingeniería. Departamento de Ingeniería Civil.

ESRI. Inc. ERDAS. Field Guide. Cap 5 - 10. 27 de junio de 2007.

Referencias bibliográficas internet

Elementos de Geoestadística. www.monografías.com. [En línea] Disponible en Internet: http://www.monogra-fias.com/trabajos14/geoestadistica/geoestadistica.shtml [Consultado 27 de Junio de 2007]


MATHERON, Georges. La teoría de las variables regio-nalizadas y sus aplicaciones. Traducido al Español por ALFARO, Marco. Los cuadernos del Centro de Morfología Matemática de Fontainebleau. p. 126. [En línea] Disponible en Internet: http://cg.ensmp.f r /b ib l io theque /2005/MATHERON/Ouvrage /DOC_00536/MATHERON_Ouvrage_00536.pdf.

LABORATORIO INTEGRADO DE SISTEMAS. [En línea] Dis-ponible en Internet: http://bochica.udea.edu.co. [Consultado 4 de Julio de 2007]

UNIVERSIDADCOMPLUTENSEDEMADRID.ChiCuadrado.[En línea] Disponible en Internet: http://www.ucm.es/info/genetica/Estadistica [Consultado 6 de Julio de 2007 ]

CURSO“GEOMÁTICA,GESTIONDEINFORMACIONYTEC-NOLOGÍA”, Modulo Geoestadística. Instituto Geo-gráfico Agustín Codazzi – Universidad Nacional deColombia (Facultad de Agronomía).

MARROQUÍNZALETA,JoséLuís;GALLORAMÍREZ,ElyJ.R.yBRECEDA, Aurora M. Centro de Investigación en Ma-temáticas Centro de Investigaciones Biológicas del No-roeste [En línea] Disponible en Internet: http://www.ugm.org.mx/pdf/geos02-2/SRSIG02-2.pdf [Consulta-do 5 de Septiembre de 2007]

“Teledetección” www.wikipedia.org. [En línea] Dis-ponible en Internet: http://es.wikipedia.org/wiki/Teledetecci%C3%B3n

“Definiciones PDI”. [En línea] Disponible en Internet: http://www.innovanet.com.ar/gis/TELEDETE/TELEDETE/tra-diimg.htm

Practicas de Teledetección, transformaciones globales, De-partamento de Ingeniería Cartográfica, Geodesica y Fotogrametría ,UniversidadDe Jaén, [En línea]Dis-ponible en Internet: <http://www.ujaen.es/huesped/pidoceps/tel/archivos/Prac_Tel_2006_6.pdf>

174



A. Stein; W. G. M. Bastiaanssen; S. De Bruin; A. P. Crac-knell; P. J. Curran; A. G. Fabbri; B. G. H. Gorte; J. W. Van Groenigen; F. D. Van Der Meer; A. Saldana International Journal of Remote Sensing, Volumen http://www.informaworld.com/smpp/title~content=t713722504~db=all~tab=issueslist~branches=19 - v1919, Artículo 9 June 1998 , pages 1793–1814. [En línea] Disponible en Internet: <http://www.informaworld.com/smpp/content~content= a713859710~db=all~order=page> [Consultado 5 de Septiembre de 2007]

QING, Dong; HUADONG, Guo; YUN, Shao; ZHEN, Li;CHANGLIN,Wang.Variograms:practicalmethodtoprocess polarimetric SAR data. En: Geoscience and Remote Sensing Symposium, 24, 25 de Julio de 2003. IEEE International. 2007. vol. 2, pp. 932. [En línea] Dis-ponible en Internet: http://ieeexplore.ieee.org/Xplore/login.jsp?url=/iel5/9010/28602/01293968.pdf.

AHMAD ROMSHOO, Shakil. Geostatistical analysis of soil moisture measurements and remotely sensed data at different spatial scales Environmental Geology Sprin-ger Berlin, Volume 45, Number 3,enero de 2004. Pgs 339-349. [En línea] Disponible en Internet: http://www.springerlink.com/content/dg2nh74rn819kvnn/ [Consultado 4 de Septiembre de 2007]

AHMAD ROMSHOO, Shakil. Geostatistical analysis of soil moisture measurements and remotely sensed data at different spatial scales Environmental Geology Sprin-ger Berlin [online]. 2004 vol. 25, no. 3. pp. 339-349. [En línea] Disponible en Internet: http://www.sprin-gerlink.com/content/dg2nh74rn819kvnn/.

WALLERMAN, Jörgen. Remote Sensing Aided Spatial Pre-diction of Forest Stem Volume. Department of Forest Resource Management. Tesis Doctoral. 2003. 4 de Septiembre de 2007. [En línea] Disponible en Internet: http://diss-epsilon.slu.se/archive/00000190/01/91-576-6505-2.fulltext.pdf/

W. Shi; Y. Tian; K. Liu, International Journal Of Remote Sen-sing .Volumen http://www.informaworld.com/smpp/title~content=t713722504~db=all~tab=issueslist~branches=28 - v2828, Artículo 6. Enero de 2007. Pág. 1355–1371. [En línea] Disponible en Internet: http://www.informaworld.com/smpp/content~content=a773285619~db=all~order=page [Consultado 5 de Septiembre de 2007]

Charles W. Emerson; Nina Siu-Ngan Lam; Dale A. Quat-trochi, International Journal of Remote Sensing, Vo-lumen http://www.informaworld.com/smpp/title~content=t713722504~db=all~tab=issueslist~branches=26 - v2626, Artículo 8. Abril 2005, Pág. 1575 – 1588. [En línea] Disponible en Internet: http://www.informaworld.com/smpp/content~content=a714033192~db=all~order=page [Consultado 5 de Sep-tiembre de 2007]

J.Zhang;G.M.FoodyInternationalJournalofRemoteSen-sing, Volumen http://www.informaworld.com/smpp/title~content=t713722504~db=all~tab=issueslist~branches=22 - v2222, Artículo 4 Marzo 2001, Pág. 615–628. [En línea] Disponible en Internet: http://www.informaworld.com/ smpp/content~content=a713861097~db=all~order=page [Consultado 5 de Septiembre de 2007]

A-M. Flygare International Journal of Remote Sensing, Vo-lumen http://www.informaworld.com/smpp/title~content=t713722504~db=all~tab=issueslist~branches=18 - v1818, Artículo 18 Diciembre 1997, Pág. 3835–3842. [En línea] Disponible en Internet: http://www.informaworld.com/smpp/content~content=a713861097~db=all~order=page [Consultado 5 de Septiembre de 2007]

H.Erol;F.AKDENlZ.InternationalJournalofRemoteSen-sing, Volumen http://www.informaworld.com/smpp/title~content=t713722504~db=all~tab=issueslist~branches=16 - v1616, Artículo 9 June 1995, Pág. 1599–1616. [Consultado 5 de Septiembre de 2007] [En línea] Disponible en Internet: http://www.infor-maworld.com/ smpp/content~content=a777861869~db=all~order=page>

175



ZAWADZKI, Jarek;CIESZEWSKI,Chris J., LOWE,RogerC.;ZASADA,Michal.UseofSemivariances forStudiesof Landsat TM Image Textural Properties of Loblolly Pine Forests. Proceedings of the Fourth Annual Forest Inventory and Analysis Symposium, 2002. [En línea] Disponible en Internet: http://ncrs.fs.fed.us/pubs/gtr/gtr_nc252/gtr_nc252_129.pdf/

GARRIGUES Sébastien, ALLARD Denis, and Frédéric Ba-ret Using First- and Second-Order Variograms forCharacterizing Landscape Spatial Structures From Remote Sensing Imagery. [En línea] Disponible en In-ternet: http://www.avignon.inra.fr/valeri/documents/sgarriguesIEEE45tgsr6_2007.pdf/ [Consultado 5 de Septiembre de 2007 ]

JAKOMULSKA,A., CLARKE, K. C. variogram-derivedmea-sures of textural image classification: Application to large-scale vegetation mapping En: geoENV III – Geos-tatistics for Environmental Applications, Proceedings of the Third European Conference on Geostatistics for Environmental Applications held in Avignon, Fran-ce, 22-24 Noviembre de 2000, Institut National de la Recherche Agronomique. [En línea] Disponible en Internet: http://geog.ucsb.edu/~kclarke/Papers/Jaka-mulska.pdf [Consultado 5 de Septiembre de 2007]

Dinámica fluvial de la parte baja del río La Miel

RESUMENEste trabajo es el resultado del análisis de la dinámica fluvial del río La Miel, elaborado a partir generar la cartografía temática de unidades geomorfológicas y del lecho del río en estudio, como parte de la investigación realizada en el marco del convenio establecido por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi -IGAC y la Empresa de Servicios Públicos -ISAGEN. Fotografías aéreas tomadas durante los años 1995, 2000, 2003 e imágenes satelitales del año 2005, fueron el insumo básico de esta investigación.

La información generada sirvió para realizar el estudio multitemporal de varios periodos y obtener la cobertura temática de dinámica fluvial del río así como de su grado de afectación en las unidades geomorfológicas, referentes a superficie total y parcial. La obtención de mapas, implicó realizar una interpretación visual de las imágenes provistas por sensores remotos, que tras ser verificadas en campo, se trabajaron en formato digital en programas especializados. Las aerofotografías e imágenes utilizadas fueron proporcionadas por el IGAC, así como por ISAGEN.

Palabras claves: dinámica fluvial, geomorfología fluvial, río La Miel, Teledetección.

ABSTRACTThe present work is a result of study about the fluvial dynamic of the La Miel River, to prepare by the generation of thematic cartography of geomorphologic unites and the channel form in this study. They have been to take from the base of information air photos corresponding to the years 1995, 200, 2003 and satellite images by 2005.

The information generated served to carry the multitemporal study the many periods and this it way obtain the thematic cover of fluvial dynamic of the river and the affectation grade that this dynamic produced in the geomorphologic unites about their partial and total surface. To make these maps, we carry a previous visual interpretation under the mention remote sensing images, which after a field check, was work on digital format with special software. The air photos and satellite images used, was give by Agustin Codazzi Geographic Institute IGAC, and the electrical generate company ISAGEN as well.

Key words: fluvial dynamic, fluvial geomorphology, La Miel River, teledetection.

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Introducción

Con el fin de prevenir o mitigar los efectos ne-gativos que las grandes obras infraestructurales ejercen sobre el ambiente y los sistemas so-cioeconómicos, las autoridades ambientales ge-neran una serie de lineamientos que deben ser cumplidos por el sector empresarial del país. En este orden de ideas, el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, solicitó a ISA-GEN que adquiriera una imagen de satélite o fotos aéreas a escala 1:10.000 del río La Miel, a fin de evaluar el impacto ambiental que la cons-trucción de un embalse generador de energía eléctrica ejerció sobre la cuenca de este río.

El Centro de Investigación y Desarrollo en Infor-mación Geográfica - CIAF, adscrito al IGAC, es un organismo oficial reconocido ampliamente a nivel nacional e internacional, que realiza nume-rosos estudios relacionados con la percepción remota y sus aplicaciones para el monitoreo y metodologías empleadas en el levantamiento de los recursos naturales. Por tal razón, se firmó un convenio de cooperación de mutuo beneficio, encaminado a fortalecer la gestión ambiental y social de la empresa, así como el desarrollo de la investigación aplicada.

El presente estudio tuvo como objetivo princi-pal analizar la dinámica del río La Miel, espe-cialmente su comportamiento a través de los años, luego de haberse construido la Central Hidroeléctrica Miel I. Como punto de partida se realizó un estudio geomorfológico y un aná-lisis multitemporal de un tramo, en el que se identificaron algunos procesos geomorfológicos (morfodinámica) que ha sufrido aguas abajo de la Central Hidroeléctrica, para crear una base de datos que permitiera evaluar estos parámetros mediante un Sistema de Información Geográ-fica (SIG), que sirviera como base de estudios posteriores.

Antecedentes

La dinámica fluvial es un proceso en el que la acción de los ríos modifica de alguna manera el relieve terrestre. Éste es un concepto fundamen-tal en el análisis de la hidrografía y en el estu-

dio de las aguas continentales. Tal investigación es uno de los proyectos incluidos en los planes de desarrollo de los años 2007 y 2008, que fue consolidado en la agenda del CIAF como parte de los proyectos adelantados por el grupo de percepción remota y aplicaciones geográficas.

El primer trabajo desarrollado por el IGAC en este sentido, se tituló: Morfología fluvial del río Magdalena en el sector San Pablo – Badillo, presentado en el primer seminario sobre el cua-ternario en Colombia, celebrado en 1980. De otra parte, existen estudios sobre el contexto geomorfológico de la evolución del río Magda-lena entre 1923 y 1981, realizado en 1985. Otro análisis que data de ese mismo año fue el efec-tuado en el tramo Barrancabermeja – El Banco, referido a su dinámica fluvial y evolución.

Una de las obras más recientes en materia de geomorfología y que aplican para este estudio, es el libro: Geomorfología aplicada a levanta-mientos edafológicos y zonificación física de tierras, de 2005. El año anterior, Pedro Serra-to, investigador del CIAF, lideró un trabajo en la materia, cuyos resultados fueron publicados en el libro: Los cañones colombianos: una síntesis geográfica.

Objetivo general

Desarrollar un análisis multitemporal a escala 1:10.000 de la dinámica fluvial del río La Miel, durante los periodos comprendidos entre 1995, 2000, 2003 y 2005, en la zona Aguas Abajo de la Central Miel I, utilizando imágenes de satélite SPOT e información disponible en ISAGEN y en el IGAC, tales como fotos aéreas e información secundaria de tipo biofísico.

Objetivos específicos

• Generar cartografíageomorfológicadel ríoLa Miel a partir de los productos de sensores remotos, específicamente imágenes SPOT.

• Producirmapassobreladinámicafluvialdelrío La Miel entre 1995 y 2000, 1995 y 2003,

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1995 y 2005, 2000 y 2003, 2000 y 2005, así como del periodo comprendido entre 2003 y 2005; en formato análogo y digital.

• Redactar unamemoria técnica con la des-cripción de las unidades geomorfológicas delimitadas y los procesos morfodinámicos verificados.

• DiseñareimplementarunaplicativoSIGparavisualización y consulta de los cambios ocu-rridos en la dinámica fluvial del río La Miel

Ubicación del río La Miel

Está localizado en el oriente del departamento de Caldas, en la vertiente oriental de la cordillera Central. Esta arteria fluvial pertenece a la gran cuenca del río Magdalena y su nacimiento se ubica en La Cuchilla de La Picota, aproximada-mente a 3000 m.s.n.m. Esta circunstancia hace que el río limite con siete municipios, así como con los departamentos de Antioquia y Caldas, cerca de su confluencia con el río Samaná.

El área de estudio se localiza en la zona baja del río La Miel, contigua a la Central Hidroeléctrica en cuestión y que corresponde a una franja de 40 kilómetros de largo por dos de ancho, que abarca parte de los municipios de Norcasia y La Dorada en el departamento de Caldas, y su des-embocadura en el río Magdalena, que queda en el municipio de Sonsón.

Se incluye una zona al suroeste, donde se ubi-ca el Embalse Amaní, de la Central Miel I. Los cambios en la morfología del río La Miel se han observado en su confluencia con el río Samaná, coordenadas 927.000 m E y 1´122.000 m N.

Características hidrológicas

Los primeros drenajes de flujo continuo que dan origen al río La Miel provienen de las quebradas: El Salto, El Jordán y el río Salado en la naciente de la cuenca. El río tiene un recorrido en direc-ción suroeste – noreste. Desde la Central Hidro-eléctrica La Miel I, hasta su desembocadura en el río Magdalena. Por la margen derecha (vertiente oriental) no existen grandes aportes de ríos, sólo pequeñas quebradas; por la vertiente izquierda

se encuentra con el río Tenerife localizado aguas arriba de la Central Hidroeléctrica, mientras que aguas abajo recibe los aportes de los ríos Manso y Samaná, algunas corrientes pequeñas (COR-POCALDAS, 2005).

A partir de la presa de la Central, el cauce del río se aloja en un Cañón siguiendo un control netamente estructural de configuración si-nuosa. En las coordenadas 923.457,454 m. E y 1.117.612,977 m. N, el río Manso une sus aguas al río La Miel, por la margen izquier-da y en las coordenadas 926.742,198 m. E y 1.122.062,743 m. N, lo hace el río Samaná. De la cota 175 metros hacia abajo, aparece la pla-nicie aluvial de San Miguel y Buena Vista, donde el río cambia su forma de sinuoso a meándrico para luego desembocar en el Magdalena.

Cobertura vegetal y caracterización florística

De acuerdo a los resultados del estudio de co-bertura de la tierra realizado para ISAGEN, las coberturas vegetales presentes en la cuenca se pueden describir por sector. La parte baja de la cuenca está cubierta principalmente por pastos limpios, arbustos y matorrales, pastos enmale-zados o enrrastrojados y algunos fragmentos de bosque natural denso.

El relicto de la parte baja de la cuenca corres-pondiente a la reserva de río Manso, es el más significativo de la zona cya importancia radica en ser el último reducto de bosque húmedo tropi-cal con características de primario, que persiste por iniciativa privada en el Valle del Magdalena, localizado en territorio caldense. A causa de la gran tranformación del bosque es necesario em-prender acciones tendientes a su recuperación (Corpocaldas, 2005). Algunas de las especies presentes en esta parte de la cuenca baja son: Yarumo (Cecropia sp.), Matarratón (Gliricidia sepium), Mora (Maclura tinctoria), Laurel (Nec-tandra sp.), Tuno (Miconia sp.), Tachuelo (Xan-thoxylum sp.), Gúacimo (Guazuma ulmifolia), Guacharaco (Cupania cinerea), Almendro de rio (Andira inermis), Mango (Mangifera indica), Aguacate (Persea americana), Chaparro (Curate-la americana), Caracolí (Anacardium excelsum),

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Punta de lanza (Vismia vaccifera), Laurel (Nec-tandra sp.), Escobillo blanco (Xilopia aromatica), Campanita (Lantana camara), Aceituno (Mauria sp.) y Limoncillo (Siparuna sp.).

Central Hidroeléctrica Miel I

Se ubica en el municipio de Norcasia (ver Figura 1) y forma parte del potencial hídrico del oriente caldense. La Central tiene una capacidad insta-lada de 396 MW en tres unidades, la cual en operación aislada puede generar una energía firme de 1.135 GWh/año y promedio de 1.460 GWh/año, con los caudales naturales del río (ISAGEN, 2007).

El área de estudio abarca el muro de la Central y sigue aguas abajo del lecho del río. A lo lar-go de su trayecto, éste cuenta con dos grandes afluentes, a saber: el río Manso y el río Samaná; que influyen en la dinámica fluvial que ocasiona los cambios en la geomorfología del cinturón meándrico, hasta su desembocadura en el río Magdalena, al que aporta un caudal medio de 239 m3/seg , tercero en caudal en relación con los demás ríos (Figura 1).

Figura 1. Ubicación geográfica de la zona baja del río la Miel

Fuente: www.isagen.com.co

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Aspectos hidrológicos y situación ambiental de la cuenca del río La Miel

La cuenca del río La Miel contiene los ecosiste-mas boscosos de mayor importancia de Caldas, entre éstos los que se encuentran dentro del recientemente creado Parque Nacional Natural Selva Florencia . Tales ecosistemas boscosos son considerados estratégicos para la preservación de la fauna y flora de la región, dados los altos niveles de precipitación, humedad relativa, va-riabilidad de zonas de vida y su rango altitudi-nal, sin embargo, estos relictos boscosos están fragmentados y en parte conectados mediante franjas forestales protectoras de ríos y quebra-das con el páramo de Sonsón. En este sentido, es necesario garantizar su conexión con los bosques de los Andes del Norte mediante co-rredores biológicos. El bosque de Florencia, por ejemplo, es un ecosistema ideal para la diver-sidad de herpetofauna a nivel mundial, sobre todo las ranas (Cruz, et al, 2007).

Desde el punto de vista hidrológico esta cuen-ca tiene una forma elongada en dirección NE, hace parte de la gran cuenca del río Grande del Magdalena, al que entrega sus aguas en el co-rregimiento de Buenavista, municipio de La Do-rada, a 150 metros sobre el nivel del mar. Su altura máxima se ubica a los 3600 metros en la divisoria de aguas que lo separa de la cuenca del río Guarinó. La cuenca del río La Miel limita al sur con la cuenca del río Guarinó, al oriente con el río Grande del Magdalena y la línea de di-vorcio de aguas que lo separa de los “afluentes directos al Magdalena” y al Noroccidente con la cuenca del río Samaná Sur.

Un análisis histórico hecho a la cuenca del río La Miel desde 1970 hasta 1.995, arrojó varia-ciones de precipitación entre 6000 y los 7500 milímetros de promedio anual, siendo la zona de máxima precipitación la ubicada en el muni-cipio de Samaná y en los límites entre Samaná y Pensilvania, hasta alcanzar los 2.000 a 2500 mm/año en el valle fluvial del río Magdalena, (Gonzáles, 1997).

La zona media de la cuenca ha sido impactada con la construcción de la Central Hidroeléctrica

Miel I, que empezó operaciones en diciembre de 2.002. Las zonas media y baja de la cuen-ca están dedicadas a la actividad pecuaria, con excepción de la zona cafetera en la que se rea-lizan otras prácticas agrícolas tradicionales. El mayor impacto de las actividades productivas se detecta en microcuencas abastecedoras de acueductos, donde los procesos erosivos se de-sarrollan frecuentemente a razón de prácticas agropecuarias inadecuadas, factor que sumado a la existencia de fuertes pendientes y lluvias in-tensas, desencadenan movimientos en masa y avenidas torrenciales en los municipios de Sa-maná y Pensilvania (CORPOCALDAS, 2005).

La calidad de las corrientes superficiales es afec-tada a nivel local por los vertimientos de aguas residuales domésticas, pero sus condiciones de torrencialidad y su capacidad de autodepuración hacen que sea buena la calidad de las aguas del río La Miel hasta el sitio de presa, zona donde se reduce ostensiblemente el oxígeno disuelto, cambia el pH y la turbiedad del agua, debido a la descomposición de la materia orgánica en el baso del Embalse. Aguas abajo del túnel de fuga, el agua recobra el oxígeno perdido y se inicia un proceso de recuperación. Por su parte, el río Manso diluye la carga contaminante del río aunque el Samaná aporte una cantidad sig-nificativa de sólidos, lo cual reduce su capacidad de autodepuración (CORPOCALDAS, 2005).

En la zona baja de la cuenca se llevan a cabo artes prohibidas de pesca, circunstancia que im-pacta su ictiofauna. También, hay grandes ex-tensiones de suelo apto para agricultura que se dedica a la ganadería. La cacería es una práctica generalizada en la cuenca, pero tiene como fin último la seguridad alimentaria (CORPOCAL-DAS, 2005).

Morfología del río La Miel

Se refiere a la forma de la trayectoria del río, bien sea sinuosa o meándrica. Según IGAC (2005), la sinuosidad es entendida como el cociente entre la longitud del río y la longitud del Valle en un determinado tramo (Figura 2). Esto permite de-terminar que el tramo inicial, que empieza en la presa y llega hasta el punto denominado La Garrucha, presenta un trazado sinuoso a causa

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de estar alojado en un cañón así como condi-cionado por un control estructural. A partir de ese punto y hasta su desembocadura en el río Magdalena, presenta un trazado meándrico ocasionado por la presencia de curvas cerradas (meandros) en su recorrido, además de la divi-sión de su cauce en brazos que dan origen a islas y vuelve a unirse más abajo.

Figura 2. Relación entre la longitud del rió A - B y la longitud del valle C-D.

Fuente: IGAC, 2005.

Según IGAC (2005) para propósitos de defini-ción suele recurrirse a la relación entre la lon-gitud del canal AB y la longitud del valle CD, medidas entre dos puntos (Figura 2). Esta rela-ción se conoce como sinuosidad y varía en los ríos de 1 a 4 o más. Los ríos cuya sinuosidad es de 1.5 o mayor se denominan meándricos, mientras que aquéllos con sinuosidad inferior a 1.5 y superior a 1 son sinuosos, y los ríos con si-nuosidad igual a 1 se denominan rectos. Para el caso de la parte baja del río La Miel, dicha rela-ción sería de 5.2 teniendo en cuenta los 136 ki-lómetros en el tramo AB (longitud del río) sobre 26.2 kilómetros tramo CD (longitud del valle).

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Unidades geomorfológicas de la zona estudiada

El río La Miel transcurre por una serie de pai-sajes que son producto del levantamiento de las cordilleras y simultáneamente por el efec-to de modelado a expensas de los agentes de cambio como el agua, el viento y la gravedad. En la zona de estudio se reconocen los paisajes de superficie de aplanamiento, cañón y llanu-ra aluvial meándrica, los cuales se describen a continuación.

Superficie de aplanamiento

Es un paisaje que se extiende ampliamente des-de el nororiente del Tolima, el oriente de Caldas y Antioquia y el sur de Bolívar. Presenta un relie-ve montañoso relativamente bajo, y un bascula-miento que se va elevando gradualmente hacia el occidente. Su parte superior está conformada por lomas y colinas que tienen una pendiente suave (Figura 3). Este relieve muy uniforme es in-terrumpido por los cañones de los ríos Samaná,

Sonso y La Miel. De acuerdo con Page & James (1981), este relieve fue formado a una elevación diferente a la actual que se registró posiblemen-te en el Mioceno y el Pleistoceno. El fallamiento asociado con el levantamiento de la cordillera Central, estuvo restringido a deslizamientos re-lativamente pequeños a lo largo de la zonas de falla más antiguas. Estas fueron principalmente el sistema de fallas Palestina - Jetudo en el lado este de la cordillera. El sustrato o esqueleto de este paisaje está conformado por un saprolito bastante espeso que proviene de esquistos ver-des, aluminios, cuarzosos y feldespáticos, los cuales se encuentran en un estrato duro y cohe-rente en profundidad y que es apreciable en las gargantas de los cañones.

De acuerdo con IGAC (2004), los suelos de este paisaje hacen parte de la asociación cerro Gordo (CM), los cuales son bien drenados, profundos y de texturas arcillosas a francas. Igualmente, estas tierras están dedicadas a la ganadería extensiva, aunque en algunos sectores existen cultivos de fríjol, caña, maíz y cacao (Figura 3). Los bosques

Figura 3. Superficie de aplanamiento al norte de Norcasia

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que cubrían totalmente estas áreas fueron tala-dos, luego de esto, estos terrenos fueron some-tidos a un uso intenso lo cual ha acelerado los procesos de degradación de los suelos.

Cañón del río La Miel

Para la descripción de este sector del río La Miel hemos recurrido a los resultados recientes que la oficina CIAF del IGAC ha desarrollado alrededor de este tema (Serrato, 2007). Los cañones son geoformas resultantes de la disección profunda de una red fluvial, acompañada de procesos de remoción en masa, como consecuencia del efec-to combinado de tectogénesis y cambios climáti-cos, hasta el punto de generar sectores en catena con una ocupación diferencial del espacio.

De acuerdo con IGAC (2007), en un estudio minucioso de los cañones colombianos y con ayuda de los mapas geológicos, se comprobó que más del 80% del trayecto de los ríos en los cañones tiene un control estructural que puede manifestarse bien sea a través o en el sentido longitudinal de la corriente. Este comportamien-to se presenta también el cañón del río La Miel, si se tiene en cuenta que este tiene una orienta-ción en sentido sur – norte muy rectilínea desde Venecia hasta el municipio Norcasia, a partir del cual vira en sentido suroeste - noreste, aún en su llanura aluvial meándrica, siguiendo el trazo del sistema de fallas de Palestina. El cañón del río La Miel se puede apreciar en la Figura 4.

Las fallas inciden considerablemente en el com-portamiento de la red hídrica, dentro de una cuenca. Para citar algunos otros ejemplos, el río Chicamocha sigue la falla de su mismo nombre, el río Negro en Cáqueza, va por el trazo de la falla de Machetá y el río Guarinó que sigue la falla de su mismo nombre, además de la falla de Palestina y Santa Bárbara. Igualmente, se tienen los cañones de los ríos Nare y Guatapé, los cuales siguen en una de sus partes un trazo totalmente rectilíneo de 23 y 19 kilómetros res-pectivamente (Serrato, 2007).

Los cañones son geoformas resultantes de la disección profunda de una red fluvial, acompa-ñada de procesos de remoción en masa, como consecuencia del efecto combinado de tecto-génesis y cambios climáticos, hasta el punto de

generar sectores en catena con una ocupación diferencial del espacio.

De acuerdo con IGAC (2007), en un estudio minucioso de los cañones colombianos y con ayuda de los mapas geológicos, se comprobó que más del 80% del trayecto de los ríos en los cañones tiene un control estructural que puede manifestarse bien sea a través o en el sentido longitudinal de la corriente. Este comportamien-to se presenta también el cañón del río La Miel, si se tiene en cuenta que este tiene una orienta-ción en sentido sur – norte muy rectilínea desde Venecia hasta el municipio Norcasia, a partir del cual vira en sentido suroeste - noreste, aún en su llanura aluvial meándrica, siguiendo el trazo del sistema de fallas de Palestina. El cañón del río se puede apreciar en la Figura 4.

Las fallas inciden considerablemente en el com-portamiento de la red hídrica, dentro de una cuenca. Para citar algunos otros ejemplos, el río Chicamocha sigue la falla de su mismo nombre, el río Negro en Cáqueza, va por el trazo de la falla de Machetá y el río Guarinó que sigue la falla de su mismo nombre, además de la falla de Palestina y Santa Bárbara. Igualmente, se tienen los cañones de los ríos Nare y Guatapé, los cuales siguen en una de sus partes un trazo totalmente rectilíneo de 23 y 19 kilómetros res-pectivamente (Serrato, 2007).

De acuerdo con el mismo estudio, las geofor-mas típicas que son susceptibles de sectorizar y que pueden variar en número según el estadio de evolución del cañón, se pueden apreciar en la figura 5 y son las siguientes:

• C1:cuchillasdedisección• C2:vertientesconvexasresiduales• C3:vertientescóncavasderetroceso• C4:gargantas• C5:lechodelrío

En cuanto a los nombres de los sectores geomor-fológicos, es importante anotar que para su se-lección, se partió de la necesidad de que fueran claros y de fácil comprensión, sin apartarse del lenguaje propio de la geomorfología.

La vertiente es una pendiente o superficie fuer-temente inclinada de un relieve que termina a menudo en la garganta. Los frutos de la erosión sobre esta, son su modelado y evolución.

186



La palabra cuchilla, hace referencia a la parte superior o cima de un sistema montañoso. En el caso del cañón del río La Miel, la cuchilla es sustituida por las lomas de la superficie de apla-namiento.

La garganta por su parte, se relacionan con una geoforma estrecha de paredes verticales o muy abruptas y que ésta directamente influenciada por la acción del río que drena al cañón. Esta circunstancia determina que los suelos estén au-sentes, dando lugar a un estrato rocoso.

Las vertientes residuales convexas C2, Tienen una configuración prominente y con una exten-sión considerable, pendientes muy escarpadas de área extensa. De acuerdo con IGAC, 2004, los suelos hacen parte de la asociación Moro (RR), estos suelos del tipo entisol, son bien dre-nados, superficiales a muy superficiales, limi-

Figura 4. Cañón del río la Miel en el sector de Norcasia

tados por roca y de texturas franco arenosas. Estas vertientes están afectadas por algunos movimientos en masa de diferentes tipos, espe-cialmente relacionados con solifluxión generada por el sobrepastoreo en praderas donde se ha deforestado.

Las vertientes cóncavas de retroceso C3, son geoformas de topografía suave, forma cóncava y configuración estrecha, con suelos profundos francos, de buena retención de humedad, alto contenido de materia orgánica y fertilidad mo-derada aunque existen numerosos fragmentos de roca en superficie. El calificativo de retroceso se refiere al continuo avance que hace la geofor-ma hacia arriba a expensas de los procesos de remoción en masa que ocurren en las vertientes residuales convexas. En la Figura 5 se aprecian los sectores geomorfológicos (Serrato, 2007).


Figura 5. Sectores geomorfológicos principales en un cañón


Como ya se ha mencionado, el cañón del río La Miel está labrado sobre una superficie antigua de erosión o de aplanamiento, conformada por migmatitas, anfibolitas, y neises del Paleozoico, aunque afloran también rocas ígneas Cuarzodi-ritas más recientes en el llamado “Stock de Nor-casia” y que se pueden apreciar en el trayecto entre Norcasia y La Central Miel I.

Dada las condiciones de relieve abrupto, difi-cultad de acceso y clima húmedo que facilita la regeneración natural, el cañón del río La Miel presenta una alta variedad ecosistémica donde dominan estratos arbóreos y herbáceos densos. Como evidencia de esto, los ecosistemas del tramo del río La Miel aguas abajo del embase (figura 6) presenta una alta capacidad de recu-peración, se evidencia que se han presentado procesos de restauración natural, presentando un mejoramiento en la dinámica, estructura y composición de los ecosistemas, que sin duda han incidido en el restablecimiento la estabili-dad de las vertientes, así como en la genera-ción de hábitats para el restablecimiento de las poblaciones de varias especies animales, luego de que estos terrenos fueran ocupados intensa-mente por la colonización antioqueña.

Llanura aluvial meándrica del río La Miel

La naturaleza nos exhibe una gran variación de diferentes ríos que además cambian continua-mente en su apariencia. Las características de un río dependen de una cantidad de factores como por ejemplo: el régimen del río, el gra-


188



diente y el material de que consiste el lecho. Los cambios continuos del lecho de un río se rela-cionan sobre todo con el carácter dinámico del movimiento del agua y de sedimento. La llanura aluvial del río La Miel, entre el sitio de La Ga-rrucha y Buena Vista tiene un desarrollo de tipo meándrico, en el cual el río ha construido geo-formas típicas de este régimen. Las geoformas reconocidas son:

• Terrazaaluvial

Es una superficie más o menos llana y horizontal que constituye parte de la antigua llanura de inundación del río La Miel, la cual al iniciarse o encajarse, abandona estas posiciones quedando situadas a un nivel más alto (1.5 a 2.5 metros) con relación al nivel actual del río. Los sedimen-tos de las terrazas son del periodo Cuaternario.

De acuerdo con IGAC 2004, estas superficies están cartografiadas en la asociación Guarinó (GR) caracterizada por presentar suelos bien drenados, profundos, de texturas franco areno-sas, distribución irregular de carbono orgánico y moderada fertilidad.

Los suelos presentes en estas geoformas y su topografía, hacen de estas posiciones terrenos aptos para la agricultura con cultivos de bana-no y papaya además de ganadería de engorde, principal fuentes de ingresos para los habitantes de la zona (Figura 7).

Figura 6. Regeneración natural de las especies vegetales en el cañón del río la Miel

189



• Orillaressubactuales

Son zonas bajas de depositación de arena y li-mos, ubicadas dentro de la vega, en la margen inmediata al cauce del río La Miel. El desarrollo de los suelos es muy incipiente, lo cual hace que se restrinja su uso, influenciado también por la susceptibilidad de estas geoformas a las inunda-ciones. Generalmente, están cubiertas por her-bazales y arbustales dispersos, con una escasa capacidad de regeneración, debido a las limita-das condiciones ambientales (Figura 8).

• Playasoplayones

Se refieren a los orillares actuales del río, es de-cir zonas donde se manifiesta la actividad actual del río en el proceso de sedimentación. Está ubi-cada en las curvas internas de los meandros y están formadas de arenales y pedregales. Dada su condición de aporte continuo del río, estas posiciones no presentan suelos ni vegetación lo cual facilita su identificación por su tono blanco en fotos aéreas e imágenes satelitales. La figura 9 muestra este tipo de geoforma.

• Islasoislotes

Son porciones de tierra bajas (0.90 metros) ro-deadas de agua del río por todos los lados (ver figura 10a). Hacen parte la vega, situación que las hace especialmente vulnerables, ya que este las puede erosionar u ocupar total o parcial-mente, así estas presenten una oferta edáfica suficiente para las actividades agropecuarias (fi-gura 10b).

Figura 7. Terraza aluvial del río la Miel en el sitio La palmera

Figura 8. Orillares subactuales

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• Cubetasdedecantación

Son zonas bajas situadas en las partes margi-nales de los orillares y terrazas. Presentan alto riesgo de inundación y retiene agua por enchar-camiento.

• Meandrosabandonadosinundados

Comprende tramos del lecho de un río corres-pondientes a una curva de meandro abierto o cerrado, cuyo corte y aislamiento ocurre cuando la corriente puede acortar su curso, incremen-tando localmente su pendiente, tal como ocurre entre la Hacienda Singapur y la Moya de la Gua-yabera (ver figura 11). El taponamiento de sus extremos es rápido y tiene lugar por la acumu-lación de sedimentos del propio lecho. El proce-so de estrangulamiento de los meandros del río para generar meandros abandonados se puede apreciar en la secuencia de la figura 13.

• Lomasycolinas

Son paisajes caracterizados por una secuencia relativamente baja en altura, compuesta por pe-queñas elevaciones asociadas geográficamente a la llanura aluvial del río La Miel. Estas geoformas se originaron en el Terciario y están compuestas por conglomerados, areniscas y arcillolitas. Los suelos según IGAC (2004) hacen parte de la aso-ciación Honda (HO), caracterizados por son pro-fundos, bien drenados, de colores claros debido a los bajos contenidos de materiales orgánicos.

Figura 10a. Islote en la zona de La Habana en el río La Miel

Figura 10b. Islote en la zona de La Habana en el río La Miel

Figura 11. Meandro abandonado del río La Mielen la Hacienda Singapur.

Figura 9. Playas o playones en las riberas del río La Miel

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En este estudio se han subdividido bajo el nom-bre de laderas inferiores, debido a que son las geoformas que hacen contacto directo con el río y son modeladas por este. Estas colinas están ocupadas principalmente en ganadería extensi-va, sin embargo, en sus partes escarpadas que dan con el cauce del Río La Miel, la ocupación se restringe, propiciando el desarrollo de vege-tación arbórea como se ve en la Figura 12.


Con el fin de alcanzar los objetivos del proyec-to se desarrollaron de manera secuencial las si-guientes actividades:

- Selección del material fotográfico, cartográfico y de imágenes de sa-télite de la zona de estudio.

- Interpretación visual de ortofo-tos e imágenes de satélite.

- Trabajo de campo y ajustes a la in-terpretación visual realizada.

- Restitución digital de fotografías aéreas periodo 1995 y 2003 (Fuente IGAC).

- Transferencia de la informa-ción al mapa base.

- Digitalización de la información requerida.- Diseño del Sistema de Información Geo-

gráfica.- Análisis de los resultados obtenidos.- Elaboración del informe, edición y ploteo de

mapas resultantes.

• Seleccióndelmaterialfotográfico, cartográfico e imágenes de satélite.

Las imágenes de satélite seleccionadas para el desarrollo de este estudio son del sensor SPOT del año 2005 se ilustran en la Figura 13 y co-rresponden a:

- Imagen SPOT 644_339 con una resolución espacial de 5 metros (2005).

- Imagen SPOT 644_338 con una resolución espacial de 5 metros (2005).

Figura 12. Laderas inferiores de las lomas aledañas al río La Miel.

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En cuanto a las fotografías aéreas, en la tabla 1 se muestra el material fotográfico disponible para hacer el estudio multitemporal en formato digital. Este corresponde a los vuelos realizados por el IGAC en los años indicados.

Figura 13. Ubicación de las imágenes de satélite utilizadas para el estudio

Fuente: Proyecto IGAC - ISAGEN

Tabla 1. Relación de fotografías aéreas en la zona de estudio

VUELO AÑO No. SERIE DE FOTOGRAFÍAS ESCALAAPROXIMADA No Fotos

C-25 491995

122 a 126 1:57.000 5

140 a 144 1:44.800 5

245 a 249 1:44.600 5

C-2565 182 a 184 1:43.600 3

C-2679

2003

142 a 148 1:40.580 8

149 a 156 1:41.300 6

C-2680

022 a 026 1:40.300 5

032 a 035 1:41.800 4

076 a 078 1:40.800 3

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Con relación a las planchas escala 1:100.000, La zona de estudio esta considerada dentro de las del formato IGAC para esta escala corresponden a los números: 168, 188 y 207. De otro lado, las Planchas escala 1:25.000 son: 168-IV- (A, B, C, D) 188- I- (B,D); 188- II- (A,B,C,D); 188- III- (B,D); 188- IV- (A).

• Interpretacióndefotografíaseimágenes de satélite

Para la obtención de la información temática se utilizó primero el método de interpretación visual. La interpretación y clasificación de la geomorfología aledaña al río La Miel al igual que su cauce, ha sido realizada mediante mé-todo de visión estereoscópica de fotografías y la interpretación visual monoscópica sobre las imágenes de satélite, efectuando delineaciones en calco transparente, mediante los criterios de interpretación geomorfológica del sistema ITC de Holanda. Esto con el fin de hacer una pri-mera aproximación al estudio y verificación en campo.

Posteriormente, esta labor se realizó de manera digital empleando para ello el programa Leica Photogrammetry Suite (LPS) de la empresa Lei-ca en el caso de las fotos aéreas y ARGIS de la corporación ESRI para el caso de la imagen sa-telital.

• Trabajodecampoyajustesala interpretación visual realizada

Se evaluó la validez de la interpretación inicial sobre las fotografías existentes, haciendo los ajustes respectivos. Igualmente, se levantaron puntos de verificación temática con la referencia GPS, anotando datos de erosión fluvial, forma del terreno, cobertura vegetal, uso de la tierra y nombre del sitio geográfico. Esta labor fue complementada con la toma de fotografías pa-norámicas de las geoformas y los procesos mor-fodinámicos activos que causa el río a lo largo de todo su recorrido, registrando su ubicación en las fotos aéreas con el símbolo cartográfico correspondiente.

• Transferenciaydigitalizaciónde la información temática

Con base en las imágenes de satélite del año 2005 y a la información obtenida en campo, se procedió a la digitalización de la misma con el software ARCGIS 9, este proceso se realizó a una escala 1: 5000 teniendo en cuenta que el mapa resultante tendría una escala 1 : 10.000. Se digitalizo información espacial de tipo lineal, puntual y poligonal.

Dentro de la información de tipo puntual, esta catalogada la información obtenida en campo

Tabla 2. Unidades geomorfológicas del transecto del Río la Miel, comprendido entre la Central Hidroeléctrica Miel I y su desembocadura en el río Magdalena

TIPO DE RELIEVE FORMA DEL TERRENO SIMBOLO

Cañón C

Cimas o cuchillas mayores C1

Vertientes convexas residuales C2

Vertientes cóncavas de retroceso C3

Gargantas C4

Llanura AluvialMeándrica

Terrazas T

Orillares Subactuales Po

Islotes Pi

Meandros Abandonados Pm

Playas o barras de cauce Pp

Cubetas de decantación Pb

Lomas en areniscas y limolitas Laderas inferiores L

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con ayuda del GPS (ver Figura 14), que materia-lizan puntos sobre el río La Miel en aquellos lu-gares donde se manifiesta el proceso de erosión y de sedimentación, de igual forma, aquellas zo-nas donde la cobertura vegetal ofrece una me-jor resistencia al proceso de desgaste o erosión ocasionada por el río. Dentro de la información de tipo lineal esta incluida la referida a los dre-najes simples. La información espacial de tipo poligonal está relacionada con el drenaje doble (río), poblaciones y las coberturas geomorfoló-gicas circundantes al río. Para la obtención de las coberturas pertenecientes al periodo 1995 y 2003, se procesaron las fotografías aéreas correspondientes a esta región, para ser some-tidas a digitalización con el software LPS y rea-lizar la restitución de la zona de estudio. Para el caso del año 2000, ISAGEN proporcionó un ortofotomosaico, el cual fue digitalizado en el programa ArcGis 9.2, acogiendo los mismos cri-terios para la digitalización de las coberturas del periodo 2005.

Toda la información necesaria para la captura de datos (fotografías aéreas, archivos digitales, imágenes de satélite, puntos de control, planos ploteados y archivos de datos estadísticos refe-ridos a caudales, precipitaciones, etc.) fue pro-porcionada por la empresa ISAGEN. La edición y estructuración de la información digital se reali-zó bajo ambiente CARTALINX versión 1.8.

• DiseñodelSistemadeInformación Geográfica

Para alcanzar uno de los objetivo del estudio es decir, conocer la Dinámica Fluvial del río La Miel entre los períodos comprendidos en los años 1995, 2000-2003 y el año 2005, se utilizó un Sistema de Información Geográfica, el cual permite recolectar, clasificar, almacenar, evaluar, validar, actualizar, manipular e integrar datos geográficos.

El diseño del modelo cartográfico incluye el proceso en el que se sobreponen sucesivamen-te las capas de información obtenidas en cada año para obtener los resultados esperados. Este es complementario al diseño realizado de una base de datos en su etapa de modelo concep-tual. Estos dos modelos permiten realizar el

análisis y modelamiento de los datos obtenidos de diferentes fuentes y así obtener mapas de la dinámica fluvial de los períodos señalados ante-riormente.

El diseño de la base de datos que permitiera re-lacionar las entidades identificadas en el traba-jo y la entrada, el almacenaje, procesamiento y despliegue de información espacial y no espacial, se ha hizo de acuerdo con los siguientes compo-nentes:

• Diseño del modelo conceptual o Entidad-Relación.

• Diseñodelmodelo lógicode laBasedeDa-tos.

• Diseñodelmodelo físicode laBasededa-tos.

Los equipos empleados para la ejecución de este trabajo son los siguientes:

• Equipode restitucióndigitalDELL,pantallapolarizada y tarjeta de doble monitor.

• GPSTHALESMeguellan.• ComputadorDELLcon las siguientescarac-

terísticas procesador 1.GHZ, 2GB de RAM y 232 GB de disco duro.

Figura 14. Imagen de satélite y puntos de observación temática obtenidos en el trabajo de campo

Fuente: elaboración propia

195



Por su parte, los programas utilizados fueron:

• Erdas,ArcGis9.2,LPS (Leyca Photogrametrics Suite).• CARTALINX.• MicrosoftWord.

Resultados

Los resultados obtenidos en el desarrollo de la presente investigación se dividen en cuatro ítems, que fueron parte del proceso para el aná-lisis de la dinámica fluvial del río La Miel, estos son: fotointerpretación, puntos de observación temática, procesos morfodinámicos y análisis multitemporal. A continuación se presentan los principales resultados en cada uno de los aspec-tos mencionados.

Fotointerpretación

Como resultado de la fotointerpretación visual de las fotografías aéreas y las imágenes de sa-télite se identificaron las unidades geomorfo-lógicas que son comunes en ambos periodos analizados y que se jerarquizan en la Tabla 3.

Es importante tener en cuenta que muchos de los contornos de las geoformas reconocidas al-rededor del río, son modificados de un periodo a otro dada su condición cambiante. Sin em-bargo la leyenda no cambia en ninguna de sus categorías.

Puntos de observación temática

El trabajo de campo desarrollado tuvo como fi-nalidad primordial determinar puntos de ubica-ción de aquellas zonas que presentaban niveles de erosión y de sedimentación importantes (ver tabla 3).

Tabla 3. Puntos levantados en campo con información temática

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Puntos de observación temática

El trabajo de campo desarrollado tuvo como fi-nalidad primordial determinar puntos de ubica-ción de aquellas zonas que presentaban niveles de erosión y de sedimentación importantes (ver Tabla 3).

Procesos morfodinámicos

En términos generales, un proceso morfodinámi-co es un evento natural mediante el cual una geo-forma es afectada o modelada en algunas de sus partes, bien sea por acción del agua, del viento o de la gravedad. La morfología del cauce del río La Miel, responde a la interacción del caudal líquido con los caudales erosionables del contorno y ori-llas del mismo. El balance entre los procesos de erosión, transporte y sedimentación efectuados, dan lugar a las diferentes formas, tamaños y tra-zados que se observan en la actualidad.

Una variable fundamental en estos procesos es la velocidad del agua en sus diferentes tramos. Asociada a esta variación de la velocidad de es-tas secciones, esta la presencia de flujos secun-darios y trayectorias helicoidales de las líneas de corriente las cuales influyen en la generación de meandros y en la formación de rápidos y reman-sos importantes para los sistemas bióticos exis-tentes en el río. Los procesos morfodinámicos encontrados en el trabajo de campo fueron:

• Erosiónfluviallateral:

Consiste en el efecto de corte del agua y sus sedimentos en la base o zona de contacto de una geoforma, originando un socavamiento. Los procesos de erosión dependen de variables tales como la velocidad del río, el tamaño de las partículas de arrastre y la susceptibilidad o vulnerabilidad de las orillas, la cual depende de la composición del suelo, el sustrato y la cober-tura terrestre que sirve de anclaje o amarre del sustrato que la soporta.

En este sentido, las actividades del hombre en las tierras aledañas, se constituye en un factor funda-mental en la erosividad del río La Miel. De acuer-do con estos criterios, se verificó por ejemplo que los suelos arenosos y de baja consistencia dedi-cados a pastoreo en terrazas son más fácilmente erosionables, como se muestra en la Figura 15.

Aquellos sitios que presentan coberturas vegeta-les de bosques en sustratos firmes del Terciario en las lomas, son más resistentes más al proceso erosivo de las aguas (Figuras 16 y 17).

Figura 15. Erosión fluvial lateral con socavamiento en terrazas

Figura 16. Erosión fluvial lateral en suelos firmes poco erosionables

Figura 17. Erosión fluvial lateral en suelos firmes poco erosionables protegidos por vegetación arbórea.

197



• Desplomes:

Son los colapsos de suelos o sustrato que ocu-rren en las orillas desestabilizadas por la acción de la erosión fluvial. Estas dependen de la vulne-rabilidad del sustrato o suelo y el poder de ama-rre que le ofrezca la vegetación (Figura 18).

• Marmitas:

Son microgeoformas caracterizadas por tener una forma cóncava labrada por el agua y sus se-dimentos en la roca, por efecto de la erosión flu-vial en forma de remolinos. Pueden tener desde unos pocos centímetros a varios metros de diá-metro. Estas marmitas ocurren principalmente en la garganta del cañón del río La Miel (Figura 19).

• Caídadeagua/rápido

Es un cambio en el nivel del lecho del río el cual obedece a cambios estructurales o efectos de se-dimentación transitorios (Figura 20). Puede tener un desnivel que va de unos pocos centímetros a varios metros. Cuando es mayor de un metro se considera como cascada o caída de agua. Los rápidos se reconocen en el campo por el brillo y agitación del agua, los cuales incluso se pueden apreciar en fotografías aéreas de escala grande en tonos muy claros. Los rápidos de un río son si-tios donde el trabajo del agua es mas intenso en cuanto a su profundización o disección vertical.

• Sedimentación:

La sedimentación ocurre en sectores donde es menor la velocidad del río, ocasionando que las partículas arrastradas que vienen en suspensión y luego se sedimenten por el peso de las mismas en ambientes más tranquilos (Figura 21).

Efecto del control de la vegetación sobre la erosión fluvial

La cubierta vegetal disminuye el aporte de se-dimentos en suspensión a la fuente hídrica, lo que incide en la disminución del peso específico de la corriente y por tanto su tensión tractiva. El control que la vegetación presenta sobre la escorrentía es muy significativo, ya que mejora las condiciones edáficas de infiltración, gene-

Figura 18. Desplomes por efecto de erosión fluvial lateral en suelos arenosos fácilmente erosionables.

Figura 19. Marmitas en la garganta del cañón del río La Miel.

Figura 20. Rápidos en la zona de La Habana

Figura 21. Sedimentación en las curvas internas de los meandros del río la Miel

198



rando un mayor soporte, principalmente por el efecto de las raíces. Por lo tanto, la presencia de cubiertas vegetales circundantes a las márgenes hídricas, generan un efecto primordial de con-trol de la erosión, especialmente disminuye los procesos de erosión fluvial lateral, desplomes y sedimentación. En este sentido, es necesario que en procura del mejoramiento de las condiciones ambientales de la cuenca, se inicien labores de restauración y protección de las márgenes hí-dricas, especialmente en aquellos sitios que se encuentran más desprotegidos y que sean más susceptibles a la erosión fluvial.

Análisis multitemporal

La comparación de la información de cada año, permitió identificar cambios en las unidades geomorfológicas producidos por la dinámica fluvial del río La Miel. De acuerdo con esto, se relacionan a continuación algunos puntos im-portantes:

El aplicativo SIG permite la visualización y con-sulta de la información GEOMORFOLOGICA de los periodos en estudio, así mismo, para la DI-NAMICA FLUVIAL, mediante una interfaz de fá-cil manejo y empleo.

El proceso morfodinámico se produce mayor-mente en el tramo donde el río abandona el ca-ñón, dado que el sustrato de su garganta esta compuesto de roca muy dura y consolidada muy difícil de erosionar.

Los cambios en las unidades geomorfológicas producidos por la dinámica fluvial por ejemplo para el periodo 2000 – 2005 presentan varia-ciones importantes principalmente en la parte baja, las cuales se muestran en porcentaje de cambio en cuanto al área o superficie en la Fi-gura 22. Según los resultados obtenidos, las unidades geomorfológicas que han sufrido la mayor afectación son las Terrazas y los Orilla-res subactuales, mostrados gráficamente en los mapas. El motivo por el cual estas unidades reci-bieron con mayor rigor los efectos de la erosión, es por la escasa cobertura vegetal de bosques consolidados y la presencia de suelos de consis-tencia baja y textura arenosa.

Conclusiones

La información cartográfica obtenida fue el re-sultado de la aplicación de las técnicas de tele-detección, en las que se incluyen los procesos de restitución digital, interpretación visual y digitali-zación de fotografías aéreas de los periodos 1995, 2000, 2003 y de la imagen de satélite SPOT del año 2005 con una resolución de 5 metros.

Mediante el modelamiento por sobreposición en un SIG, se lograron obtener los mapas de dinámi-ca fluvial, planteados en los objetivos del trabajo.

Mediante el estudio multitemporal es posible corroborar que efectivamente el río, durante los

Figura 22. Diagrama de cambios geomorfológicos en hectáreas en el período 2002-2005

199



periodos 1995, 2000, 2003 y 2005, ha sufrido cambios moderados en su cauce. Sin embargo, estos no se deben a la modificación en la regu-lación del caudal por el efecto del embalse del río La Miel. En este sentido, es preciso afirmar que los cambios en la morfología de un río meándrico como el río La Miel suceden de manera natural a través del tiempo por procesos de meandrificación que el hombre no puede detener.

La dinámica fluvial del sector del río La Miel corres-pondiente al cañón, que se encuentra entre el sitio de presa y la hacienda La Palmera, prácticamen-te es invariable, dada la naturaleza y dureza del sustrato que trabaja el río. Por tal razón las varia-ciones se dan en periodos muy largos, abarcando miles de años con cambios apenas milimétricos en el curso y forma del cauce.

El sector comprendido entre la hacienda la Palme-ra y el río Manso no presenta efectos considerables en cuanto cambios en el curso, salvo el registrado entre La Habana y la desembocadura de la quebra-da La Pardo, donde las evidencias registradas por las fotografías aéreas demuestran una morfología cambiante y compleja por procesos naturales. Con la operación de la Central, las aguas ocupan de manera normal los cauces entrelazados de este tramo, según sean los caudales turbinados.

Los cambios fundamentales en el curso del río La Miel ocurren principalmente en la desembocadura del río Samaná y aguas abajo de su desembocadu-ra. En este punto, ocurre el cambio más notable, ya que la confluencia varió 500 metros más hacia el norte. En efecto, las evidencias mostradas en las fotografías aéreas demuestran que en el año 1995, la entrega de las aguas de este río se efectuaba de manera oblicua en un ángulo de 60 grados y afec-taba una loma de sustrato firme, mientras que en la actualidad el caudal de río Samaná está atacan-do su margen derecha (oriental) de manera frontal (90 grados) con un proceso de erosión fluvial late-ral fuerte, ante el cual, la terraza y banca donde se encuentra el carreteable que comunica a Norcasia con San Miguel esta colapsando rápidamente, a tal punto, que de 6 metros de ancho que tenía la vía, esta se ha reducido a la fecha (11 de diciembre de 2007) a 2.4 metros.

En cuanto al tramo abajo del río Samaná, se obser-va la reducción de los terrenos en el sitio La Atarra-ya por efecto del avance del estrangulamiento del meandro que tiene dirección sur-este. Igualmente,

se evidencia el estrangulamiento total del antiguo meandro en la hacienda Singapur (Figura 12) y su consecuente cambio en el curso del río.

La cuantificación de los cambios en su afectación a las unidades geomorfológicas, en cuanto a su extensión, ubicación, distribución y tendencias de cambio fue posible. En este sentido, las unidades geomorfológicos más afectadas por la dinámica fluvial son las terrazas y los orillares subactuales por su naturaleza de suelos blandos y arenosos y por la vegetación y uso al cual está sometido. Esto ocurre principalmente en la parte baja, aunque se intensifica en el tramo donde confluyen los ríos Manso y Samaná donde el caudal se incrementa y en choque transversal de estas corrientes direc-ciona la fuerza de la corriente hacia puntos vulne-rables.

De acuerdo con esta investigación, se demostró que existe consistencia entre la información levan-tada en campo y los resultados obtenidos de la interpretación de las imágenes de satélite SPOT de 2005 y las fotografías aéreas.

De acuerdo a los resultados del estudio se pudo apreciar la influencia directa de la vegetación en el control de la erosión, especialmente en las már-genes hídricas, por lo anterior es recomendable iniciar procesos de restauración ecológica (natu-ral o activa), con el fin de aumentar los beneficios que la vegetación proporciona para el control de la erosión superficial, que a su vez puede influir sobre la incidencia de crecientes súbitas, inunda-ciones y pérdida de suelo.

Los mecanismos de consulta o interfaz del usuario implementado en el aplicativo SIG, permiten des-plegar la información en forma rápida y fácil para quienes quieran acceder este tipo de información.

Recomendaciones

Si bien el SIG y los sensores remotos brindan una ayuda valiosa en este tipo de estudios, deben com-plementarse con el trabajo de campo, tal como se hizo en este estudio y mediante el cual no se podría constatar visualmente los procesos erosivos (morfodinámica) y de sedimentación de un río, al igual que la verificación de la cobertura y uso de la tierra en los puntos relevantes del río.

200



El análisis multitemporal exige visitas de campo frecuentes para poder establecer el avance de la erosión fluvial lateral en unidades de medida más precisa (centímetros) con ayuda de un GPS, espe-cialmente entre periodos donde no se dispone de imágenes satelitales ni fotografías aéreas para su registro. En otras palabras, además de disponer de un registro en el tiempo de la dinámica fluvial del río La Miel en un periodo que puede abarcar dos o más años, se puede contar con datos de pe-riodos más cercanos en semanas y meses los que incluso ofrezcan la posibilidad de establecer la ve-locidad de avance de la erosión fluvial en un sitio en centímetros por semana o mes. Este tipo de información atendería la respuesta en sitios don-de el fenómeno erosivo esté amenazando obras civiles, casas y demás infraestructura, pero como se explicó no son causados por la operación de la Central Miel I.

De acuerdo con la información secundaria analiza-da y las reuniones técnicas, el grupo de trabajo del CIAF manifiesta que ISAGEN ha realizado estudios morfológicos de secciones transversales mediante levantamientos topográficos, que son complemen-tarios a los análisis de gran visión hechos mediante fotos aéreas o imágenes de alta resolución.

Los estudios que se adelantan con sensores re-motos son pertinentes en este tipo de estudios en una escala de tiempo bianual, siempre y cuando la magnitud del problema sea de diez a cientos de metros, lo que es irrelevante en el tramo influido por la operación de la Central Miel I. Sin embargo se recomienda a las autoridades municipales de La Dorada monitorear el cambio en la dinámica flu-vial del río La Miel, principalmente por su afluente el río Samaná.

Como medida de mitigación se recomienda a las entidades ambientales como CORPOCALDAS e IN-VÍAS entre otras, emprender un proceso de res-tauración ecológica asistido, en las orillas del río en zonas altamente vulnerables a la erosión y que de alguna manera puedan afectar cultivos e infra-estructura, que desafortunadamente se encuen-tran ubicadas en las riberas del río.

Un problema encontrado en el área de estudio, como lo ocurrido en muchos ríos colombianos, se presenta por la ocupación y alteración de zo-nas aledañas a los cauces (plano de inundación o vega) que por naturaleza le pertenecen al río y que han sido intervenidas por el hombre, especialmen-

te siendo afectadas por el cambio en el uso del suelo. Esta es una situación que debe atenderse por las autoridades pertinentes, para reglamentar el uso del suelo en estos lugares y poner las dispo-siciones en práctica posteriormente.

En actividades de investigación donde el problema de erosión sea apreciable, se recomienda trabajar con estereoscopio para apreciar las fotos o si se quiere un software de tres dimensiones para me-jorar la calidad y la exactitud de la información, especialmente en la definición de las geoformas alrededor del río y su posición relativa como los subniveles de terrazas por ejemplo.

El software empleado en este caso fue el LPS (Leica Photogrametric Suite) que es un módulo del pro-grama ERDAS, especializado en fotogrametría. Sin embargo, como ya se comentó, es factible llegar también a este mismo resultado con otros progra-mas de similares características.

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CRUZ, R. ROJAS, O. ROSALES, C. Análisis de la dinámica fluvial del río la Miel, aguas abajo de la Central Hi-droeléctrica Miel I, mediante sistema de información geográfica. Tesis de grado para optar el título de: Es-pecialización en SIG. Convenio: Universidad Distrital Francisco José de Caldas e Instituto Geográfico Agus-tín Codazzi. CIAF. Bogotá. 2007.

CORPOCALDAS. Plan de ordenación y manejo de la cuenca hidrográfica del río la Miel. Manizales. 2005.

DÍEZ, ANDRÉS. Geomorfología e hidrología fluvial del río Alberche: modelos y S.I.G. para la gestión de riberas. Universidad Complutense de Madrid. 2001.

INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI-IGAC. CEN-TRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE INFOR-MACIÓN GEOGRÁFICA-CIAF. Estudio Multitemporal de la Cobertura y Uso de la Tierra del Distrito Capital, Bogotá. 2003.

INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI-IGAC. CEN-TRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE INFORMA-CIÓN GEOGRÁFICA-CIAF. Geomorfología y Dinámica Fluvial de un Sector de los ríos Casanare, Cusiana, Ma-nacacías y Pauto. 2002. p. 27.

INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI -IGAC. Es-tudio general de suelos y zonificación de tierras del Departamento de Caldas. Subdirección de Agrología. (Cd-Rom). 2004. Bogotá.

INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI-IGAC. CEN-TRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE INFOR-MACIÓN GEOGRÁFICA-CIAF. Geomorfología aplicada a Levantamientos Edafológicos y Zonificación Física de Tierras. Segunda Edición. 2005.

KHOBZI, Jack. Evolución del río Magdalena entre 1923 y 1981 en relación con el contexto geomorfológico. En: Revista Centro de Investigación y Desarrollo Geográfi-ca-CIAF. 1985. vol. 10(1), p. 73-85.

PAGE.W.D. & JAMES M.E. The antiquity of the erosion sur-faces and late cenozoic deposits near Medellin, Co-lombia: Implications to Tectonic and erosion rates. En: Revista Revista Centro de Investigación y Desarrollo Geográfica-CIAF. 1981. vol.6 (1-3), p. 421.

ROBERTSON, Kim. Dinámica Fluvial y Evolución del río Magdalena en el Tramo Barrancabermeja–El Banco Durante el Holoceno Superior. En: Revista Centro de Investigación y Desarrollo Geográfica-CIAF. 1985. vol. 10 (1), p. 87-97.

SERRATO, P. Los cañones colombianos: Una síntesis Geo-gráfica. INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI-IGAC. CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA-CIAF. Bogotá. 2007.

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Anexos

EVENTOS

El Plan de Difusión 2009-2012, tiene por fina-lidad dar a conocer los eventos realizados por la Comisión Colombiana del Espacio y plantear a futuro estrategias para cooperación e inter-cambio de conocimiento con distintas institu-ciones no solo del sector público, sino con el sector académico, privado y a la comunidad en general.

¿Por qué una carrera espacial en Colom-bia?

La Comisión Colombiana del Espacio -CCE par-ticipó en un conversatorio realizado entre el 2 y el 6 de marzo de 2008 en Maloka, cuyo ob-jetivo era estimular el interés de la ciudadanía por las ciencias astronómicas mediante espacios de diálogo, participación, intercambio de ideas y experiencias.

Rueda empresarial y de negocios AGESCOL

El pasado 17 de abril de 2008 se llevó a cabo la Rueda Empresarial y de Negocios para el Desa-rrollo de la Industria Espacial Colombiana, a la que asistieron delegados de la Comisión Colom-biana del Espacio -CCE, quienes presentaron la estructura de la Comisión, su marco regulatorio, la interacción con iniciativas del sector privado, además de los mecanismos de vinculación a la misma.

La CCE visita al departamento de Nariño

Representantes de la Comisión Colombiana del Espacio -CCE, visitaron en abril del año anterior el Observatorio Astronómico de la ciudad de Pasto y la Universidad de Nariño, con el propósi-

to de conocer los proyectos que tales institucio-nes están adelantando en el campo espacial. De igual forma, se llevó a cabo la presentación de la CCE y la Infraestructura Colombiana de Datos Espaciales -ICDE.

V Reunión Plenaria CCE

El 23 de julio de 2008 se reunieron los grupos de trabajo de la Comisión a fin de presentar los avances respecto al Plan de Acción 2007 -2010. Así mismo, se evaluaron los acuerdos 9, 10 y 11, sobre designación de la Secretaría Ejecutiva de

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la CCE para el período 2009 – 2010, ingreso y mecanismos de participación de nuevos miem-bros, y fortalecimiento del Plan de Acción para el período 2009 – 2012, respectivamente.

Congreso Colombiano de Astronomía y Astrofísica – COCOA

Espacio en el que la comunidad creciente de as-trónomos y astrofísicos colombianos se reunie-ron para organizarse, encontrar oportunidades de colaboración entre sus instituciones, alimen-tar bases de datos de profesionales, trabajos, oportunidades y vincularse con otras comuni-dades astronómicas en el país. La Comisión Co-lombiana del Espacio hizo su presentación en este evento realizado los días 12, 13, 14 y 15 de agosto de 2008.

Encuentro Nacional de la Red de Astrono-mía de Colombia- RAC

Evento realizado entre el 15 y el 18 de agosto de 2008 en las instalaciones de la Universidad Tecnológica de Pereira (UTP), en conmemora-ción del vigésimo aniversario del planetario de la UTP. Así mismo, se inauguró el Observatorio Astronómico y el Parque de la Ciencia cons-truido dentro del campus universitario elegido como “Astronomía del Futuro”.

XVII Convención Científica Nacional de Transferencia de Conocimientos y Tecnolo-gía – ACAC

La CCE realizó su presentación con el fin de transferir conocimientos a distintas entidades y recibir cooperación para sus proyectos. La con-vención se llevó a cabo del 23 al 26 de septiem-bre del 2008.

V Encuentro Científico Colombo Brasilero

Evento realizado entre el 17 y 18 de septiem-bre de 2008, en el que participó la CCE con el objetivo de desarrollar acciones de cooperación entre las instituciones que representan a los go-biernos de Brasil y Colombia, y fortalecer capa-cidades en temas relacionados con proyectos satelitales.

Talleres sectoriales de articulación en el marco del Proyecto satelital colombiano

Talleres realizados con el objetivo de articular los distintos sectores con los procesos que adelanta la Infraestructura Colombiana de Datos Especia-les – ICDE, y la Comisión Colombiana del Espa-cio – CCE.

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Sector Ambiental – taller realizado el 29 y 30 de septiembre del presente año en las instalaciones del CIAF - IGAC.

Sector Agropecuario – taller realizado el 03 de octubre del 2008 en las instalaciones del CIAF-IGAC.

Sector Riesgo – taller efectuado el 06 de octubre del 2008 en las instalaciones del CIAF-IGAC.

Sector Transporte – taller efectuado el 10 de octubre del 2008 en las instalaciones del CIAF-IGAC.

Sector Minas y Energía - taller efectuado el 14 de octubre del 2008 en las instalaciones del CIAF-IGAC.

Sector Defensa - taller realizado el 09 de diciem-bre del 2008 en las instalaciones del CIAF-IGAC.

2do Congreso Internacional de Ciencia y Tecnología Aeroespacial – CICTA

Evento llevado a cabo los días 16, 17 y 18 de octubre de 2008 con el objetivo de ofrecer un es-pacio de intercambio científico y de divulgación a investigadores y miembros de la comunidad académica, industrial y estatal de Colombia, y fortalecer los vínculos y la cooperación interna-cional alrededor de los proyectos que impulsan el desarrollo tecnológico en las áreas temáticas del Congreso.

Conferencia sobre Radar

Conferencia dirigida por el Geólogo Henry Ville-gas, con el fin de profundizar sobre “Las Expe-riencias prácticas en la utilización de Imágenes de satélite ópticas y de radar”. La conferencia se realizó el 30 de octubre de 2008 en el auditorio CIAF-IGAC.

Conferencia Aplicaciones y Usos de Imáge-nes

Conferencia realizada por la Ingeniera Liliana Pérez, cuyo objetivo fue ilustrar las diferentes aplicaciones y usos que se le dan a las imágenes de satélite en diversos estudios ambientales y de gestión territorial, así como brindar una pers-pectiva de las temáticas de investigación a nivel gubernamental y universitario en temas relacio-nados con percepción remota. La conferencia se llevó a cabo el 30 de octubre de 2008 en el auditorio CIAF.

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Visita Ingeniero Lorza Pitt

Taller sobre Tecnologías Espaciales para Obser-vación de la Tierra, realizado los días 14,15 y 18 de noviembre de 2008 en el Auditorio CIAF. En este taller se recopiló y entregó la información de los estándares de la ECSS presentados por el Ingeniero Lorza Pitt a los grupos del proyecto satelital.

I Congreso de Ingeniería Universidad Ser-gio Arboleda – CINUSA

Taller sobre las misiones espaciales, con el fin de tener el conocimiento del proyecto llevado a órbita por la Universidad Sergio Arboleda, Li-bertad 1. Evento efectuado los días 25, 26 y 27 de noviembre, en las instalaciones de la Univer-sidad Sergio Arboleda.

análisis geográficos 40

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