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1
Uno de los problemas más antiguos de la humanidad: la localización
? ¿Dónde estoy?
¿Dónde está lo que busco?
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2
Solución: mapa mental
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3
Problema: comunicar la localización
?
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Solución: dirección y distancia
50 pasos
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5
Otra solución: el mapa impreso
He inventado la cartografía
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6
Nuevo problema: hacer mapas
?
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Solución 1: distancia con flexímetro y rumbo con brújula
Ventajas: precio, simplicidad
Inconvenientes: errores grandes, que se acumulan y que son difíciles de
cuantificar
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Solución 2: topografía clásica; distancias y direcciones con goniómetros
Ventajas: precisión, control de errores
Inconvenientes: precio, complejidad, peso, visibilidad
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9
Solución 3: fotogrametría o teledetección aérea
Ventajas: precisión, control de errores, rapidez, cartografías
completas
Inconvenientes: precio, complejidad,
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Solución 4: teledetección espacial
Ventajas: precisión, control de errores, rapidez, cartografías
completas
Inconvenientes: precio, complejidad,
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Solución 5: nueva topografía, GPS
Ventajas: precisión, control de errores, rapidez, sencillez
Inconvenientes: precio
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Y otro problema: cada país hace su cartografía de una manera, ¿cómo
armonizarlas?
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Solución: geodesia
Geoide-superficie equipotencial terrestre
Elipsoide-aproximación a la forma terrestre
Sistema de proyección-fórmulas para convertir el elipsoide en un plano
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14SANTIAGO MANCEBO
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SISTEMA DE SISTEMA DE POSICIONAMIENTO POSICIONAMIENTO
GLOBALGLOBAL
GPS
SISTEMA DE SISTEMA DE LOCALIZACIÓN MUNDIALLOCALIZACIÓN MUNDIAL
GLOBAL POSITIONING GLOBAL POSITIONING SYSTEMSYSTEM
SPG
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CÓMO FUNCIONA
X YZ
TIEMPO
Lat LongAltitud
TIEMPO
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CÓMO FUNCIONA
Segmento espacial: 24 satélites
Satélite = SV (Space Vehicle)
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CÓMO FUNCIONA
Segmento de control: 5 estaciones monitoras
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CÓMO FUNCIONA
Segmento de usuario: receptor GPS
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CÓMO FUNCIONA
Posición del satélite conocida: se conoce su órbita - almanaque
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CÓMO FUNCIONALos satélites emiten varias señales de radio
Portadora: onda de radio L1 1.575,45 Mhz
Portadora: onda de radio L2 1.227,60 Mhz
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CÓMO FUNCIONALos SVs emiten códigos modulados
Portadora: onda de radio (L1)
Inserción (modulación) de código C/A 1,023 MHz 0 1 0 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12L1
C /A
Inserción (modulación) de código P 10,23 MHz
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CÓMO FUNCIONA
Portadora: onda de radio (L1), códigos modulados: C/A y PPortadora: onda de radio (L2), código modulado: PCódigo C/A: libre adquisición o civilCódigo P: preciso o militar – sólo receptores militares. Lo encriptan en el código Y por seguridad (Anti-Spoofing)
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CÓMO FUNCIONA¿qué hay en el código?
o PRN: Pseudo Random Noise – serie de 0s y 1s conocida pero aleatoria ≈ ♪♫ una canción
o Cada SV emite una canción distinta
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CÓMO FUNCIONA
¿Tiempo de viaje?
Se reciben las señales de los SVs
Desfase = tiempo de viaje
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CÓMO FUNCIONACon ellas se mide la distancia a los SVs
Desfase = t¿Velocidad de la onda?CC = 300.000.000 m/sen el vacíoD = v * t
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CÓMO FUNCIONACon la distancia a 1 SV, ya sabemos algo sobre nuestra posición
Estamos en la superficie de esta esfera
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CÓMO FUNCIONACon 2 SVs, ya sabemos algo más sobre nuestra posición
Estamos en una circunferencia
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CÓMO FUNCIONACon 3 SVs, ya casi conocemos nuestra posición
Haciendo un pequeño zoom…
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Estamos en uno de dos puntos
CÓMO FUNCIONACon 3 SVs, ya casi conocemos nuestra posición
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Como estamos cerca de la superficie de la tierra, uno de los puntos es el válido
CÓMO FUNCIONACon nuestra inteligencia, ya conocemos nuestra posición
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CÓMO FUNCIONAEntonces, ¿para qué cuatro satélites?
? Para sincronizar el reloj del receptor con el de los SVs
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CÓMO FUNCIONAla onda viaja a la velocidad c (300.000.000 m/s)El receptor lleva un reloj de cuarzo con precisión 10-6 sEso supone un error D = error T * c =10-6 * 300.000.000 = 300 metros
Los SVs llevan relojes atómicos– Los más antiguos (bloque I), de rubidio, 10-12 s– Los siguientes (bloque II), de cesio, 10-13 s– Y los más modernos (bloque IIr), de hidrógeno, 10-14 s
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CÓMO FUNCIONAEn 2D, con dos SVs y un receptor preciso
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CÓMO FUNCIONAEn 2D, con un receptor preciso, un 3er SV es redundante
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CÓMO FUNCIONAEn 2D, con 2 SVs y un receptor impreciso (real)
Rojo: impreciso
Verde: preciso
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CÓMO FUNCIONAEn 2D, con 3 SVs y un receptor impreciso (real)
No se intersectan. Se corrige el reloj del receptor hasta que se intersectan. Reloj sincronizado.
Rojo: imprecisoVerde: reloj sincronizado
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CÓMO FUNCIONA
Y en 3D, lo mismo, pero con 4 SVs y echándole mucha imaginación…
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CÓMO FUNCIONA
X YZ
TIEMPO
Lat LongAltitud
TIEMPO
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QUÉ NOS OFRECE
X,Y / Lat, Long
Altitud
X,Y / Lat, Long
Altitud
Atributos
Navegación
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PARA QUÉ SIRVEUso militar
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42
PARA QUÉ SIRVENavegación
Navegación terrestre
Navegación marítima
Navegación aérea
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PARA QUÉ SIRVE
LEVANTAMIENTOS
REPLANTEOS
Topografía
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PARÁMETROS
SVPDOP
ELEVACIÓN
SNR
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45
PARÁMETROS
SVPDOP
ELEVACIÓN
SNR
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PARÁMETROS
Mala>8
Muy Buena<4
ELEVACIÓN
SV
SNR
PDOP
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47
PARÁMETROSSVs separados, PDOP buena, rombo de error pequeño
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48
PARÁMETROSSVs cercanos, PDOP mala, rombo de error grande
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PARÁMETROSDOP: dilusion of precision – dilución de la precisiónHDOP: horizontal dilusion of precision: planimetría, X e YVDOP: vertical dilusion of precision: altimetría, ZPDOP: position dilusion of precision: plenimetría y altimetría, X, Y y ZTDOP: time dilusion of precision: tiempo, TGDOP: global dilusion of precision: planimetría, altimetría y tiempo, X, Y, Z y T
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50
PARÁMETROS
> 15º
SVPDOP
ELEVACIÓN
SNR
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51
PARÁMETROSSV en el cenit, atraviesa poca atmósfera
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52
PARÁMETROSSV en el horizonte, atraviesa mucha atmósfera
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53
PARÁMETROSFuerza de
la señalSVPDOP
ELEVACIÓN
SNR (Signal to Noise Ratio)
Mala
<5
Muy buena
>6
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5 54
ESQUEMA DE TRABAJOPreliminares
Reconocimiento de campoDiccionario de datos (levantamiento)Puntos de paso (replanteo)Transferencia del ordenador al receptorPlanificación: elevación - SV - PDOP
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4 55
ESQUEMA DE TRABAJOToma de datos
Configuración del receptorCaptura de posiciones (levantamiento)Indicación de posición (replanteo)Navegación (replanteo)
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4 56
ESQUEMA DE TRABAJOGabinete o postproceso
Transferencia del receptor al ordenadorObtención de datos baseCorrección diferencialExportación a un SIG
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57
CONFIGURACIÓN
MÁSCARA PDOPMÁSCARA DE ELEVACIÓN
Levantamientos
MÁSCARA SNR INTERVALOS DE CAPTURA
PROYECCIÓNELIPSOIDE
DATUMReplanteos
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58
Fuentes• Referencia básica • Dibujos propios basados en el manual antes
citado• Fotos de Mancebo, S.
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59SANTIAGO MANCEBO
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TELEDETECCIÓN
REMOTE SENSINGREMOTE SENSINGEspacialEspacial AéreaAérea
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61
Procesos físicos
Sensores pasivos
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62
Procesos físicos
Sensores activos: radar y lidar
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63
Procesos físicos: ondasVelocidad: c (300.000.000 m/s en el vacío)
Longitud de onda: λ
Frecuencia: ν = c / λ
Mayor ν, menor λ, más energía: E=h ν
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64
Procesos físicos:espectroelectromagnético
metros
Ray
os γ
Rayos X
Bla
ndos
Dur
os
Ultr
avio
leta
IR té
rmic
o
Infra-rojo
10-1110-13 10-7 10-310-5 10-1 10 10310-9 10510-1010-12 10-6 10-210-4 1 103 10410-8
microondas
UHF VHF LFMFHF
radar
IR p
róxi
mo
IR m
edio
Vis
ible
Azul Verde Rojo0,5 0,70,4 0,6 µm
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65
El cuerpo negroLa materia, por encima del cero absoluto, emite energía
Gráficas de emisión en función de la temperatura
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
1,E+04
1,E+05
1,E+06
1,E+07
1,E+08
0,1 1 10 100
T 200T 300T 500T 1000T 2000T 3000T 4000T 6000
Longitud de onda (µm)
Em
itanc
ia(W
/m2
µm)
Sol
Tierra
Espectro visible
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66
Interacción de la radiación con la materia
Фi Фe
Фr
ФaФt
Фi= Фr+Фa+ Фt
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67
Tipos de reflexión
Perfectamente difusa
seudoespecularespecular
difusa
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68
Interacción de la radiación con la atmósfera
Фi Фe
Фr
ФaФt
Фi= Фr+Фa+ Фt
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69
Transmitividad atmosférica
Longitud de onda (µm)0,1 1 10
UV
(fot
o)A
zul
Ver
deR
ojo
IR (f
oto)
50
UV Visible IR proximo y medio
IR térmico IR lejano
Sensores opto-eletrónicos
Sol
La atm. es transparente a las MW, zona del radar
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70
Tipos de sensores:sensores pasivos
Pancromático (B/N) Color
Sensores fotográficos
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71
Tipos de sensores:sensores pasivos
Verde-Rojo-IRp IRt
Sensores opto-electrónicos
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72
Tipos de sensores:sensores activos
Radar
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73
Resolución de los sensores
• Espacial• Espectral• Radiométrica• Temporal
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74
Resolución espacial
Píxel de 10 metrosPíxel de 1metro
Tamaño del píxel o celdilla
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75
Resolución espectral
Tres bandas: rojo, verde y azul
Una banda: pancromática
Número de bandas y su longitud de onda
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76
Resolución radiométrica
1 bit (0 ó 1)
8 bits (0 a 255)
Resoluciones más comunes:7 (0 a 127), 8 (0 a 255) y 10 (0 a 1023) bits
Número de niveles digitales (ND)
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77
Resolución temporal
• Periodicidad en la obtención de las imágenes
• Los satélites presentan una resolución alta, entre minutos y días
• Los aviones presentan una resolución muy baja y no fija
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78
Relación entre las resoluciones
• Cuando aumenta una de las resoluciones espacial, temporal o espectral, las otras disminuyen
• Si se intenta aumentar todas a la vez, el problema es la transmisión de los datos
• Hoy en día se usan constelaciones de satélites de comunicaciones para mitigar el problema anterior
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79
Plataformas de teledetección espacialLANDSAT
SV y añoR. TemporalSensorR. EspacialR. Espectral
R. Radiom.Escena
LANDSAT 1 (1972) y 2 (1975)18 díasRBV80 metros3 bandas (Verde;Rojo;IRp) del 1
al 3
185 Km
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80
Plataformas de teledetección espacialLANDSAT
SV y añoR. TemporalSensorR. EspacialR. Espectral
R. Radiom.Escena
LANDSAT 1 (1972) y 2 (1975)18 díasMSS79 metros4 bandas (Verde;Rojo;IRp;IRp)
del 4 al 77 bits, 6 para la cuarta185 Km
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81
Plataformas de teledetección espacialLANDSAT
SV y añoR. TemporalSensorR. EspacialR. Espectral
R. Radiom.Escena
LANDSAT 3 (1978)18 díasRBV40 metros1 banda (pancromática) 1
185 Km
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82
Plataformas de teledetección espacialLANDSAT
SV y añoR. TemporalSensorR. EspacialR. Espectral
R. Radiom.Escena
LANDSAT 3 (1978)18 díasMSS79 metros (240 m la 8ª)5 bandas (Verde;Rojo;IRp;IRp;
IRt) del 4 al 87 bits, 6 para la cuarta185 Km
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83
Plataformas de teledetección espacialLANDSAT
SV y añoR. TemporalSensorR. EspacialR. Espectral
R. Radiom.Escena
LANDSAT 4 y 516 díasMSS79 metros4 bandas (Verde;Rojo;IRp;IRp)
del 4 al 78 bits185 Km
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84
Plataformas de teledetección espacialLANDSAT
SV y añoR. TemporalSensorR. EspacialR. Espectral
R. Radiom.Escena
LANDSAT 4 y 516 díasTM30 metros (120m la 6)7 bandas (Azul;Verde;Rojo;IRp;
IRp;IRt;IRm) del 1 al 78 bits185 Km
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85
Plataformas de teledetección espacialSPOT
SV y añoR. TemporalSensorR. EspacialR. Espectral
R. Radiom.Escena
SPOT26 días (2-3 días, mira lateral)HRV20 metros (10m la P)4 bandas (Verde;Rojo;IRp;
pancromático) XS1, 2 y 3 y P8 bits (6 bits la P)185 Km
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86
Plataformas de teledetección espacialTiros-NOAA
SV y añoR. TemporalSensorR. EspacialR. Espectral
R. Radiom.Escena
Tiros (1960) y NOAA (1979)0,5 díasAVHRR (entre otros)1.100 metros5 bandas (Rojo;IRp;IRm;IRt;
IRt) del 1 al 510 bits3.000 Km
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87
Plataformas de teledetección espacialMETEOSAT
SV y añoR. TemporalSensorR. EspacialR. Espectral
R. Radiom.Escena
METEOSAT (1977)30 minutosVISSR o MSR2,5 Km (5 Km para WV e IRt)3 bandas (Pancromática;IRm;
IRt) Vis, WV e IRt
12.500 Km
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88
Plataformas de teledetección espacialMOS
SV y añoR. TemporalSensorR. EspacialR. Espectral
R. Radiom.Escena
MOS17 díasMESSR (entre otros)50 m4 bandas (Ver;Rojo;IRp; IRp)
del 1 al 4
100 x 90 Km
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89
Plataformas de teledetección espacialERS
SV y añoR. TemporalSensorR. EspacialR. Espectral
R. Radiom.Escena
ERS 1 (1991) y 2 (1995)3 a 176 díasVarios
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90
Plataformas de teledetección espacialIRS
SV y añoR. TemporalSensorR. EspacialR. Espectral
R. Radiom.Escena
IRS22 díasLISS I y II72,5 (I) y 36,25 (II)4 bandas (Azul;Verde;Rojo;IRp)
del 1 al 4
148 Km (I) y 74 (II)
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91
¿Qué sensor elegir?
Depende de la aplicación
• ¿Cuál es la escala de trabajo?• ¿Presupuesto?• ¿Se hará un análisis multitemporal?• ¿Qué bandas necesitamos?
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92
¿Qué sensor elegir?Dos grandes grupos:
• Cartografía temática, análisis geológicos, contaminación: alta resolución espacial y espectral; LANDSAT-TM, SPOT-HRV, MOS-MESSR, IRS-LISS,…
• Observación atmosférica y oceánica, estudios de la vegetación y ecología terrestres: bandas en IRp, IRm e IRt, grandes superficies; METEOSAT, NOAA-AVHRR, MOS-VTIR, MOS-MSR, ERS,…
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93
Preparación previa
Imagen no georreferenciada Imagen
georreferenciadausando carreteras
Mapa de referencia
georreferenciado1
1
22
33
4 4Puntos de controlCorrecciones geométricas
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94
Preparación previaCorrecciones radiométricas
Filtro corrector
Imagen LANDSAT-TM sin “stripping”
Imagen LANDSAT-TM con “stripping”
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95
Clasificaciones: usos del sueloSupervisadas
Imagen LANDSAT-TM
Imagen clasificada
1
2
34
Identificación de zonas homogéneas
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96
Clasificaciones: edafologíano supervisadas
Imagen LANDSAT-TM
Imagen clasificada
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97
Estudios multitemporales
1992
1987
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98
Estudios climatológicos
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99
Fuentes• Chuvieco, E.; Teledetección espacial (1985) • Pinilla, C.; Elementos de teledetección
(1995)• Imágenes: ejemplos de Erdas© Imagine 8.5,
e imágenes del Dpto. de Construcción y Vías Rurales de la UPM
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100SANTIAGO MANCEBO