Sistemas de información ambiental

TEMA 3

Guión tema

1. Introducción

2. Teledetección

3. Tipos de satélites

4. Sistemas globales de posicionamiento por satélite. GPS

5. Sistemas de información geográfica (SIG)

6. Programas de simulación ambiental

Sistemas (fuentes) de información ambiental

Teledetección

Sistemas globales de navegación por satélite

(p.ej. GPS)

Sistemas de información geográfica (SIG)

Programas informáticos de simulación ambiental

(p.ej. World -2)

Introducción

• En las últimas décadas se han desarrollado instrumentos técnicos que aportan información ambiental

• Permiten valorar el alcance de problemas ambientales

• De esta forma favorecen la toma de decisiones

TELEDETECCIÓN

• Teledetección: Conjunto de técnicas que permiten la obtención y tratamiento de imágenes de la superficie terrestre para su posterior interpretación.

• Las imágenes de la superficie terrestre son adquiridas mediante la captación, por medio de sensores, de radiación electromagnética emitida o reflejada por los objetos de la superficie terrestre

• Obtienen información a distancia de los objetos, sin que exista contacto material

• Las imágenes obtenidas pueden ser analógicas o digitales (integradas por pixeles)

Componentes de un sistema de teledetección • Sensor. Capta, codifica y transmite las imágenes de la superficie

terrestre. Este se situaría en un avión o satélite que actúa de plataforma.

• Flujo de energía detectada por los sensores. Según sea externa o interna los clasifica en: – Sensores pasivos. Recogen energía que procede del Sol y se

refleja en la superficie terrestre o bien energía procedentes de los elementos situados en la superficie.

– Sensores activos. Emiten un tipo de radiación y captan el reflejo de la misma por parte de la superficie terrestre.

• Centro de recepción. La imagen formada por los sensores se convierte en una información digital que se recoge con ayuda de antenas situadas en el radio de acción de algún satélite. Aquí se procesa y se corrige la información digital, se destacan los elementos de mayor interés para facilitar su interpretación y se distribuye a los interesados tanto en formato digital, como analógico o visual.

• Sistema de distribución. Suele ser de tipo telemático para facilitar el acceso a la información recogida para su estudio e interpretación de cara a extraer conclusiones y/o tomar decisiones.

Componentes de un sistema de teledetección

Resolución de un sensor • Medida de la capacidad de un sensor para discriminar los

detalles. Se distinguen varios tipos de resolución: – Resolución espacial. El área menor que puede distinguirse de

su entorno. Varía según los sensores llegando a 10 x 10 m – Resolución temporal. Frecuencia con la que se actualizan los

datos en un sensor. También varía según el satélite desde unos minutos (METEOSAT) hasta varios días.

– Resolución radiométrica. Capacidad de discriminar las variaciones de intensidad de la radiación emitida por los objetos y se mide por la cantidad total de niveles o tonos diferentes de gris que posee una imagen. Una resolución de 6 bits por píxel conllevará 64 tonos de gris diferentes.

– Resolución espectral. Se refiere a las longitudes de onda o diferentes bandas en las que es capaz de medir. La mayoría de los satélites poseen sensores que operan más de una banda del espectro y se denominan multibanda. Las imágenes correspondientes a cada una de las bandas tienen diferentes tonos de gris

• La detección remota se produce a través de sensores, bien situados en aviones o en satélites

• Dos técnicas fundamentales:

– Fotointerpretación

– Teledetección espacial

• Ambas técnicas presentan similares componentes, sólo se diferencian en el soporte del sensor (avión o satélite)

Fotointerpretación. Fotografía aérea

• A diferencia de la teledetección espacial, en este caso el sensor es una cámara fotográfica de alta resolución ubicada a baja altura (sobre avión generalmente)

• Se consigue una mayor escala que en teledetección espacial

• Pueden ser imágenes en blanco y negro o en color, oblicuas (inclinadas) o verticales

• Pares estereoscópicos; superposición parcial de fotografías aéreas para facilitar visión tridimensional (Ver libro, pág. 47)

• Ortofoto; fotografía aérea corregida, con deformaciones eliminadas y con todos los elementos a la misma escala

• Para medo ambiente; habitual interpretación de fotografía aérea vertical y/o ortofotos

Aplicaciones de la teledetección

• Se emplea en el estudio de: – Avance y retroceso de los hielos o de los desiertos

– Cambio climático

– Agujero de ozono

– Fenómeno del Niño

– Usos, evaluación y deterioro del suelo

– Daños en la agricultura por plagas o fenómenos atmosféricos

– Riesgos de sequía o de incendios

– Impactos de las explotaciones mineras o presas

– Mareas negras

– Riesgos de volcanes o terremotos

Ventajas y aplicaciones de la teledetección espacial – Cobertura global y sinóptica

– Observación sistemática y actualización continua de datos

– Homogeneidad de los datos

– Formato digital de la información

Aplicaciones de la teledetección

• Meteorológicas. Se requiere baja resolución espacial y alta resolución temporal

Aplicaciones

• Ambientales. Resolución espacial media-alta y baja resolución temporal (salvo para seguimiento de incendios, que se requiere resolución espacial media y resol temporal media)

• Ejemplos de aplicaciones ambientales

– Tipo y el estado de los cultivos agrícolas

– Estado de los bosques para la planificación de su explotación

– Información sobre recursos hídricos

– Información y localización de espacios protegidos

– Localización de yacimientos minerales, impactos ambientales, transformación del territorio, etc.

– Captar información en tiempo real sobre evolución de incendios, plagas, etc.

Aplicaciones

• Ordenación del territorio (construcción, usos del suelo); muy alta resolución espacial. P.ej resolución 1 m (Quickbird, Ikonos)

RADIOMETRÍA

PÁG 50 LIBRO - FOTOCOPIA

Radiometría • Una disciplina complementaria de la teledetección es la

radiometría, de radio (radiación) y metría (medición), que comprende un conjunto de métodos, basados en los fundamentos físicos de la radiación electromagnética, que permiten obtener información de los objetos o fenómenos estudiados.

• Sus usos son los vistos en teledetección: estudios de vegetación, contaminación, meteorología…

• Ver pág. 50 libro (frecuencia y longitud de onda, concepto de píxel)

TIPOS DE SATÉLITES

Tipos de satélites

• Según su órbita

– Geoestacionarios

– Polares

• Según la altura de su órbita

– De órbita baja

– De órbita alta

• Según su tamaño

• Según su función

• Según su órbita – Geoestacionarios. Su movimiento, paralelo al Ecuador

está sincronizado con el de rotación de la Tierra, siempre observan la misma zona. Al estar a gran altitud (36.000 km) las imágenes abarcan zonas muy amplias. Útiles para el estudio de fenómenos globales.

• Según su órbita – Polares. Órbita circular perpendicular al Ecuador.

Observan diferentes zonas y al estar a menor altitud (800-1.500 km) abarcan una zona más pequeña pero con más detalle. Baja resolución temporal (ofrecen la misma región de la Tierra sólo una o dos veces al día)

• Según la altura de la órbita (LIBRO, PÁG. 49)

– De órbita baja (200- 1.200 km de altura). Generalmente de órbita móvil (satélites en movimiento, permiten cubrir la superficie terrestre en su totalidad). Obtención de información geográfica y ambiental en detalle. Ej; Landsat (EEUU), Envisat (UE)

– De órbita alta (hasta 35.800 km de altitud). De posición fija (posición fija), útiles para aplicaciones meteorológicas. Ej; Meteosat (Agencia Espacial Europea)

Otros satélites; ERC (UE), Terra (EEUU)

Teledetección

• Los satélites meteorológicos recogen datos de la atmósfera, la superficie terrestre y el mar, con los que elaboran la información meteorológica y predicciones climáticas. Los principales satélites meteorológicos son las series TIROS y GOES estadounidenses y la serie METEOSAT europea

• Los satélites medioambientales recogen observaciones de gran cantidad de variables físicas y químicas de la superficie terrestre y su atmósfera, incluyendo: el estado de la vegetación, los recursos y la contaminación.

• Los principales satélites con aplicación ambiental son la serie LANDSAT y los satélites TERRA y EO–1 que vigilan aerosoles, temperatura, glaciares, contaminación, vegetación, incendios… y los satélites europeos ENVISAT y ERS en estudios oceánicos, meteorológicos, medioambientales (NOx, O3, O2…), exploraciones arqueológicas, análisis de desastres naturales, vigilancia de icebergs…

SISTEMAS DE POSICIONAMIENTO POR SATÉLITE

Sistemas de posicionamiento y localización por satélite

• Requiere conjunto de satélites de órbita constante

• Satélites emiten señales captadas por receptores en la Tierra

• Permite conocer la ubicación (altitud, latitud y longitud) con precisión, a partir de un mínimo de 3 satélites (para triangulación)

• GPS (Sistema de posicionamiento global). Único sistema global de posicionamiento operativo al 100%. Consta de 24-28 satélites. Creado por el Departamento de Defensa de los EEUU

• UE; en marcha proyecto Galileo (sistema de posicionamiento con previsión de 30 satélites). No operativo de momento

• Utilidad de sistemas de posicionamiento por satélite (aplicaciones):

– Navegación terrestre y marítima

– Rescate de personas

– Seguimiento de animales en estudio

– Localización de incendios, mareas negras, bosques

– Coordinación de trabajos de extinción

– Realización de mapas

SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG Ó GIS)

Sistemas de Información Geográfica

• Un SIG es una herramienta que se basa en la integración de información georreferenciada (información con referencia espacial, datos con su ubicación).

• Se basan en sistemas informáticos (hardware y software). Ejemplo software; Arcview, ArcGIS (ESRI)

• Habitualmente los datos integrados tienen información espacial obtenida mediante GPS, georreferenciados (de una misma referencia geográfica)

• También suele emplear imágenes procedentes de técnicas de teledetección (p.ej. Ortofotos)

• Integra la información en forma de capas temáticas que pueden superponerse (así se representan los datos)

• Permite el almacenamiento, procesamiento y elaboración de informes

Sistemas de Información Geográfica

Sistemas de Información Geográfica

• PAU; “Un SIG es un conjunto de programas informáticos que gestionan gran cantidad de datos de una misma referencia geográfica y permite su almacenamiento, procesamiento y elaboración de informes”

• Componentes de un SIG:

– Variables de estudio que conforman la base de datos (p.ej., usos del suelo)

– Sistema informático que gestiona los datos (software, p.ej. ArcGIS)

– Sistema de generación de informes como listados, gráficas o mapas.

• La información que se incluye en un SIG puede ser de dos tipos; – Raster. Información espacial en forma de celdas o retículas, a

modo de píxeles. Corresponden generalmente a imágenes digitales (p.ej. Ortofoto, imagen escaneada, etc.)

– Vectorial. Información en forma de líneas, puntos o polígonos

Sistemas de Información Geográfica • ¿Cómo se representan los datos en un SIG? Mediante superposición de capas temáticas (por ejemplo, de información ambiental como espacios protegidos, vegetación, etc.)

• Cartografía WMS Banco de Datos de Biodiversidad

Sistemas de Información Geográfica

Sistemas de Información Geográfica • ¿Cómo se representan los datos en un SIG? Mediante

superposición de capas temáticas

• INSERTAR IMÁGENES ARCVIEW-ARCGIS

Sistemas de Información Geográfica

Principales aplicaciones SIG en medio ambiente (IMPORTANTE) • Elaborar cartografía temática (mapas de vegetación, usos del

suelo, mapas de riesgo) • Ordenación territorial • Evaluación de impacto ambiental • Gestión de espacios naturales • Control y vigilancia sobre masas forestales • Inventario y distribución de recursos naturales • Etc….

Sistemas de Información Geográfica

Dónde obtener datos ambientales (bases de datos ambientales) • Corine (UE) • Red EIONET (UE) • Banco de Datos de la Naturaleza (Ministerio de Agricultura,

Alimentación y Medio Ambiente) BDN • Confederaciones hidrográficas • Administraciones autonómicas • Instituto Geográfico Nacional • Instituto Geológico y Minero de España • Etc. • Ejemplo - Visor cartografía ambiental de la Comunidad de

Madrid

PROGRAMAS INFORMÁTICOS DE SIMULACIÓN AMBIENTAL

Simulación ambiental PAG. 53 LIBRO

• Se emplean modelos de representación de la realidad • Se parte de escenarios y se obtienen simulaciones • Ejemplos

– World-1, World-2. World-3 – Modelos depredador-presa de Lotka-Volterra – Modelos del IPPC

Modelos World

• Modelos de simulación terrestre; World -1, World-2, World-3 , diseñados por Forrester y desarrollados por Meadows (pág. 19 libro)

• Estos modelos consideran cinco variables; población, recursos naturales, producción industrial, producción de alimentos y contaminación

Simulación ambiental PAG. 53 LIBRO

• World-1, World-2. World-3

World3 Escenario que parte de abundantes recursos

• Conclusiones World-3

Las conclusiones en el informe Más allá de los límites del crecimiento (1991): • Si se continúa con la tendencia actual de crecimiento de la

población mundial, la industrialización, la contaminación, la producción de alimentos y el consumo de recursos, los límites del planeta se alcanzarán dentro de los próximos cien años. El resultado sería un declive súbito de población y de capacidad industrial. Si se modifican las variables el sistema puede llegar a estabilizarse.

• Es posible modificar las tendencias de crecimiento y establecer unas normas de estabilidad ecológica y económica que pueden ser mantenidas por mucho tiempo en el futuro.

• Si los pueblos de la Tierra se deciden por esta segunda alternativa, cuanto antes se empiece a trabajar a favor de ella mayores serán sus posibilidades de éxito.

• Críticas a los modelos

• Son maltusianos; culpan al aumento de población de todos los problemas ambientales y con ello a los países del Sur que son, por otra parte, los que menos recursos consumen.

• Se trata de modelos, es decir, de versiones simplificadas de la realidad y representan tendencias posibles no evolución real.

Simulación ambiental PAG. 53 LIBRO

• Modelos depredador presa Lotka-Volterra

Bucle negativo (CORREGIR LIBRO)

Simulación ambiental PAG. 53 LIBRO • Modelos IPPC sobre cambio climático

Ejercicios

• Libro, Tema 3, actvs. 6, 9, 13, 14, 24, 28, 31. CORRECCIÓN JUEVES

• Libro, “Actividades de síntesis” (pág. 62-63), actvs. 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10

• Hoja de ejercicios PAEU; 6, 7, 23, 24.1, 26

PAG. 49, ACTV. 6

Busca una ventaja que caracterice al sistema satelital de órbita geoestacionaria y otra para el de órbita móvil sobre la superficie terrestre. Relaciona ambas ventajas con los usos posibles de estos satélites

PAG. 51, ACTV. 9 Un centro de análisis ambiental tiene que realizar un trabajo sobre la ubicación de las grandes masas de bosque de tipo taiga en Siberia. Puede elegir entre imágenes satélite con una resolución espacial de 30 metros y otras con una resolución de 300 metros. ¿Cuál elegiría y por qué? La resolución espacial es el área menor de un territorio detectada por un sensor (unidad mínima píxel) Elegiría la imagen de resolución espacial de 300 metros, dado que para grandes masas de bosque no se necesita una resolución que permita un detalle del terreno de tan solo 30 × 30 metros.

PÁG. 52, ACTV. 13

(Ver libro)

PÁG. 53, ACTV. 14

PÁG. 53, ACTV. 14

El modelo que se ajusta mejor a los datos observados es el primero; un modelo de simulación que utiliza los datos de causas debidas conjuntamente a procesos naturales y antropogénicos. Los gráficos validan la postura de responsabilidad de las acciones humanas en el proceso del calentamiento global (emisiones de gases de efecto invernadero), a las que hay que sumar los efectos naturales existentes.

PÁG. 57, ACTV. 24.

Una empresa agrícola que opera en la vega de un valle cumple con los criterios operativos de Daly acerca de la tasa de explotación de los recursos agrícolas y del suelo, y sobre la emisión de residuos.

Sin embargo, las laderas del valle han sido deforestadas y degradadas, de forma que aparecen serios problemas de deslizamientos de tierras e inundaciones, así como falta de insectos polinizadores que cumplan su función en los cultivos del valle. ¿Por qué sucede esto? ¿Qué criterio se está incumpliendo para que el uso del territorio se vuelva insostenible?

PÁG. 57, ACTV. 24.

Una empresa agrícola que opera en la vega de un valle cumple con los criterios operativos de Daly acerca de la tasa de explotación de los recursos agrícolas y del suelo, y sobre la emisión de residuos.

Sin embargo, las laderas del valle han sido deforestadas y degradadas, de forma que aparecen serios problemas de deslizamientos de tierras e inundaciones, así como falta de insectos polinizadores que cumplan su función en los cultivos del valle. ¿Por qué sucede esto? ¿Qué criterio se está incumpliendo para que el uso del territorio se vuelva insostenible?

• Porque no se cumple el principio de conservación del capital natural de los ecosistemas.

• Aunque la empresa cumple con los criterios operativos de Daly, el uso humano de los recursos naturales está reduciendo este capital natural hasta el punto de verse afectadas su capacidad de regeneración, su capacidad de asimilación y su viabilidad ecológica.

• Así, la alteración del entorno también afecta a la viabilidad o sostenibilidad de la empresa agrícola, por más que trate de cumplir los otros principios del uso sostenible.

• PÁG. 60, ACTV. 27

• (Ver solución en el libro)

PÁG. 60, ACTV. 28

PÁG. 60, ACTV. 31 a) La primera y la tercera imágenes son fotografías de

satélite, mientras que la segunda es una fotografía aérea.

b) La menor resolución es la que permite distinguir menos detalles, debido a que los píxeles son de mayor tamaño; esto supone tener una imagen menos detallada o de peor resolución o detalle. Por lo que la tercera imagen es la que tiene menor resolución.

c) Quiere decir en realidad que todo lo que tenga menor tamaño lo mezclará con lo de alrededor, ofreciendo una misma imagen o color para cada unidad de terreno que tenga esa dimensión (90 × 90).

d) Un píxel es la celdilla cuadrada que, en una imagen digital, contiene un único tipo de información. La suma de píxeles compone la imagen final.

EJERCICIOS ADICIONALES DEL LIBRO

PÁG. 51, ACTV. 12

Queremos estudiar las características de un gran incendio forestal y disponemos de imágenes satelitales del momento en el que se produjo. ¿Con qué tipo de banda de radiación nos interesará especialmente contar: ultravioleta, visible-azul, visible-verde, visible-rojo o infrarrojo? ¿Por qué?

• Infrarrojo, dado que nos informará de forma precisa de la extensión del fuego y de las zonas calientes, que emiten este tipo de radiación.

PÁG. 60, ACTV. 30 a) Es una imagen del lago Gairdner (Australia), donde

distinguimos en azul las zonas con agua; en marrón, el terreno árido, y en blanco, los depósitos de sal producidos por la evaporación del agua.

b) Imagen obtenida por el satélite Landsat (banda de espectro visible e infrarrojo). El satélite envía imágenes que corresponden a ocho bandas de radiación que pueden combinarse para obtener imágenes en falso color o en el color natural. Estas combinaciones se indican por los números de las bandas en la imagen de color con los colores RGB. En este caso, la combinación utilizada es 321.

c) Esta composición cromática ofrece una imagen real (visible), que en este caso es útil para diferenciar lo que interesa, es decir, las tierras áridas, la sal y el agua, puesto que las tres superficies tienen colores visibles muy diferentes.

PÁG. 60, ACTV. 33

• En el primer cuadrante (aumentan el bienestar socioeconómico, pero por medios ambientalmente perjudiciales): c y g.

• En el segundo cuadrante (aumentan el bienestar socioeconómico de forma ambientalmente adecuada): a y f.

• En el tercer cuadrante (reducen el bienestar socioeconómico y son ambientalmente dañinas): e y h.

• En el cuarto cuadrante (reducen el bienestar socioeconómico, pero son ambientalmente beneficiosas): b y d.

EJERCICIO

• PÁG. 39, ACTV. 27

EJERCICIO

• PÁG. 39, ACTV. 27

EJERCICIO

• PÁG. 39, ACTV. 27

ACTIVIDADES DE SÍNTESIS – BLOQUE I