EL USO DE IMÁGENES SATELITALES FACILITACIÓN DE IMÁGENES SPOT V A LOS SOCIOS REGIONALES DEL PROYECTO PROYECTO PLANTEL junio del 2005

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1 EL USO DE IMÁGENES SATELITALES FACILITACIÓN DE IMÁGENES SPOT V A LOS SOCIOS REGIONALES DEL PROYECTO PROYECTO PLANTEL junio del ANTECEDENTES El Proyecto PLANTEL (Fortalecer la Planificación Territorial de Actores Locales) es un proyecto que tiene por objetivo fortalecer a los actores locales en su capacidad de planificación del territorio contribuyendo de tal manera al proceso de descentralización en el país. PLANTEL (Planificación Territorial Local) es un proyecto que cuenta como socios: CONCOPE (Consorcio de Consejos Provinciales del Ecuador); AME (Asociación de Municipalidades Ecuatorianas), V V O B (Asociación Flamenca de Cooperación al Desarrollo y Asistencia Técnica de Bélgica) EPN (Escuela Politécnica Nacional) Dentro del marco del proyecto se prevé trabajar sobre el análisis y optimización de los procesos de planificación territorial, tomando en cuenta las experiencias existentes en el país. En este campo, la misión esencial de Plantel es fortalecer la planificación territorial mediante la generación de herramientas metodológicas y tecnológicas que puedan servir de soporte y que eleven la capacidad de planificación de los actores locales involucrados. Consecuentemente con este planteamiento, se ha puesto en marcha la propuesta y se han determinado dos proyectos piloto ubicados en las zonas Manabí Central y Sierra Central. El proyecto PLANTEL aspira también establecer Consorcios Regionales en diferentes regiones del país. Estos Consorcios Regionales son instancias operativas conformados por entidades existentes (como universidades regionales, consejos provinciales, los municipios y las OTR de AME). Básicamente las tareas de estos Consorcios Regionales son de apoyar a los actores locales-regionales en las tareas de planificación territorial, capacitación y facilitar información (geográfica) integrada en (sub)sistemas de soporte a la planificación territorial. Para poder planificar el territorio es importante contar con un insumo indispensable: buena información (geográfica) y cartografía. PLANTEL está en un proceso de recopilación, generación y estructuración de este tipo de información, de tal suerte que los socios regionales del proyecto podrán contar con herramientas tecnológicas y podrán así mejorar su capacidad de planificación. En el año 2004 VVOB adquirió 14 imágenes satelitales del tipo SPOT V cubriendo las zonas piloto del proyecto PLANTEL. Cada una de estas imágenes tiene un valor comercial de 4.500, 00 USD y son productos de la más alta tecnología. PLANTEL quiere acompañar la entrega de las imágenes dando una impresión de lo que se puede hacer con ellas. Cómo no hay mucha experiencia en el tema se ha visto necesario dar esta primera introducción a través de este documento.

2 2 QUÉ ES UNA IMAGEN SATELITAL En la planificación del territorio es importante visualizar primero cómo está estructurada la zona. Para esto se necesitan ciertos insumos importantes y confiables, como son la cartografía o imágenes de la zona. Para este fin se puede aplicar diferentes instrumentos, por ejemplo mapas, esquemas y fotos. En los últimos años se usa cada vez mejor tecnología, ejemplo de esta es la teledetección. La TELEDETECCION es la medición o adquisición de información sobre alguna propiedad de un objeto o fenómeno, por un instrumento de registro que no está en contacto físico con el objeto o fenómeno bajo estudio. Para lograr esto hay ciertas posibilidades de medir (plataformas - naves cargadores): torre, globo, avión, satélites. El instrumento que se requiere para medir es un sensor. Existen dos tipos de sensores: Directo: capta datos directamente sobre un medio de almacenamiento en un formato de imagen, p.e. fotografía aérea Indirecto: capta datos vía algún tipo de sensor y los guarda sobre algún tipo de medio de almacenamiento. Imágenes son producidos en una fase posterior p.e una imagen satelital. La fotografía área tiene las siguientes características: Información detallada en formato analógico o digital Captura de reflectancia de luz visible hasta infrarrojo cercana Escala depende de la altitud de vuelo (p.e: m - 1:60.000) Deformación (georeferenciación con puntos de control) Traslape de las imágenes : 60 % según la línea de vuelo - 20 % entre líneas Vistas estereoscópicas de alta calidad Aplicaciones: Estudios catastrales Información básica de curvas de nivel Fotografía área Dentro de una foto hay desfiguración debido a: Inclinación del eje óptica Desplazamiento debido al relieve Distorsión del lente Encogimiento o expansión de la foto y papel Distorsión atmosférica Curvatura de la tierra

3 Por otro lado las imágenes satelitales tienen otras características. Una imagen satelital es un registro de los niveles de energía electromagnética reflejada o emitida por los elementos de la superficie. A través de una imagen satelital es entonces factible captar datos de diferentes bandas del espectro electromagnético, además algunos satélites de última generación logran una resolución espacial muy alta comparable con la resolución de las fotos aéreas. Características de imágenes satelitales:: Información en formato digital Puede captar la reflectancia en diferentes rangos del espectro electromagnético Diferentes satélites comerciales, con diferentes resoluciones espaciales: o Landsat (Estados Unidos) - o SPOT (Europa-Francia) - o EROS - o IRS (India) - o Ikonos (Estados Unidos) - o Quickbird - Spot Tres diferentes bandas (SPOT IV)

4 Lo más importante de las imágenes satelitales es su resolución espacial y el número de bandas del espectro electromagnético que contiene. La resolución espacial refiere al tamaño de píxel de la imagen. Por ejemplo si la imagen tiene un píxel de 1 metro, la resolución espacial es mejor que la de una imagen con píxeles de cinco o diez metros, y por consecuencia la imagen contiene información territorial más detallada. El número de bandas tiene que ver con el posible uso que se podrá dar a las imágenes. Se divide en dos tipos: el multiespectral (color) cada banda está relacionada a los colores, como por ejemplo: azul, verde, rojo, infrarrojo cercano e infrarrojo medio. En cada banda se pueden observar diferentes características del territorio el pancromático (blanco/negro). Esta banda es más general (como una foto) y tiene normalmente una mejor resolución, es más precisa. Es posible combinar esta imagen con las multispectrales, de tal suerte que el resultado final tenga más información del terreno y una mejor resolución (= fusión de imágenes). Las imágenes crudas no sin muy útiles sin procesamiento porque no tienen coordinadas de un sistema de referencia conocida. Lo mínimo que hay que hacer es entonces ubicarles en el territorio, es decir darles una corrección y calibración para obtener una representación más real de la superficie de la tierra. (Reestablecimiento de imágenes; georeferenciación): Esto se hace sobre la base de una referencia conocida, minimamente un mapa existente pero mejor usando puntos de control. La ortorectificación es una corrección adicional tomando en cuenta las alturas a través de un DEM (modelo de elevación digital), lo que es muy importante si se quiere tomar en cuanta el relieve de por ejemplo los espacios montañosos. Además de la corrección por relieve una imagen ortorectificada está radiométricamente calibrada, tiene corregidas las distorsiones debidas al sensor y a la plataforma y también debe estar representada en una proyección cartográfica. La información base del satélite se divide entonces en cuatro tipos: Cruda (sin corrección radiométrica y geométrica) Georeferenciación básica (proyección de mapa) Georeferenciación completa (puntos de control) Ortorectificación (corrección con DEM) 3 PROCESAMIENTO BASE En el procesamiento se puede distinguir tres operaciones. Depende del tipo del imagen (por ejemplo del numero de bandas) si es posible aplicar cierta técnica. 1. Realce de Imágenes. La modificación de imágenes para hacerles más apto para la visualización humana. Las técnicas principales son: Aumentar el contraste - stretch Generación de composiciones Filtros digitales para: o Corregir y restaurar los imágenes dañadas por mal funcionamiento del sensor o Realce de imágenes para interpretación visual o Extraer ciertos objetos específicos

5 2. CLASIFICACIÓN de Imágenes. La clasificación de las imágenes tiene por objetivo seleccionar sobre la base de ciertas características alguna información de la imagen. Por ejemplo se puede hacer esto para localizar cierto tipo de uso de terreno (por ejemplo para distinguir cultivos, bosques o pastos). Obviamente cualquiera clasificación debe ser controlada en el campo. 3. TRANSFORMACIÓN de Imágenes La técnica de transformación de las imágenes tiene por objetivo extraer cierta información modificando la información base de las imágenes. Por ejemplo para quitar brillo o sombras que existen por la topografía. Hay diferentes técnicas: Cambiar el ratio de imágenes. TTC Transformación de Tasseled Cap. Este proceso ejecuta una transformación linear sobre las diferentes bandas utilizando un proceso de ortogonalización para extraer nuevos bandas con índices nuevas. El resultado de este proceso puede ser un índice que produjo las bandas Brillantez, Verdor y Humedad. NDVI Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada. El NDVI separa la vegetación verde de su brillantez de suelo. Es expresado como una diferencia entre las bandas infrarroja cercana y rojo normalizadas por la suma de estas bandas. Esta técnica tiene la habilidad de minimizar los efectos topográficos mientras produce una escala de medida lineal. PCA Análisis de Componentes Principales. PCA es una transformación ortogonal de datos n-dimensionales de la imagen, que produce un nuevo conjunto de imágenes componentes que no están correlacionadas entre sí y ordenadas con respecto a la cantidad de variación que ellos representan del conjunto de datos originales. El PCA es utilizado como una técnica de compresión de datos dentro de pocas bandas. 4 CARÁCTERÍSTICAS DE LAS IMÁGENES FACILITADAS El Sistema Spot V, es una fuente permanente de datos de información geográfica, que ofrece características destacadas en el campo de la detección remota: resolución espacial de 2.5 mts. a 20 mts. VVOB a través del proyecto PLANTEL adquirió en total 2x7 imágenes: 2x5 en Manabí y 2x2 en la Sierra Central. Las imágenes que PLANTEL facilita a los municipios y consejos provinciales tienen las siguientes características:

6 La Resolución Espacial Pancromática (blanco/negro). En este modo, el tamaño de los píxeles es de 5m. Multiespectral (color) En SPOT V los productos de 10m color corresponden al modo multiespectral, que se caracteriza por una observación realizada simultáneamente en cuatro bandas espectrales. Las bandas B1, B2 y B3 se adquieren con una resolución de 10m, la banda MIR adquirida de 20m es remuestreada a 10m. Esta resolución permite poder trabajar hasta una escala de 1: en pancromática y 1: en multiespectral Las bandas Pancromática. La banda pancromática de SPOT V esta comprendida entre 0,48 y 0,71 µm. Multispectrales. Las bandas Multispectrales son: o B1 verde (0,50 0,59 µm) o B2 rojo (0,61 0,68 µm) o B3 infrarrojo cercano (0,78 0,89 µm) o B4 MIR o infrarrojo medio (1,58 1,75 µm Imagen Pancromática Imagen Multiespectral

7 El procesamiento hecho: la ortorectificación Las imágenes han sido facilitadas con coordenadas a través de un proceso de ortorectificación. En este procesamiento se aplicaron los siguientes criterios técnicos: El número mínimo de puntos de control por cada imagen era de diez (10) y dependiendo de los ajustes logrados y la factibilidad de identificación de puntos, se han incluido puntos adicionales. Parte de los puntos de control, han sido de forma obligatoria seleccionados en las áreas de traslape de las imágenes, a fin de lograr un mejor ajuste global de las imágenes que cubren el área del proyecto. La exactitud promedio esperada de las imágenes ortorectificados es dentro de 1 píxeles (10 metros para las bandas multiespectrales y 5 metros para la banda pancromática). Sobre este proceso la empresa responsable ha elaborado un INFORME TÉCNICO de los trabajos ejecutados, el mismo que contiene un reporte del ajuste de cada imagen, que contiene la siguiente información: Listado de puntos usados con sus respectivas coordenadas para cada imagen y del sistema de referencia espacial usado y los valores de los residuales del ajuste. Valores de desviaciones estándar. Modelo de ajuste. Tamaño de celda luego del ajuste. Descripción del proceso metodológico utilizado, incluyendo la documentación de las novedades que se han presentadas. Proyección geográfica Las imágenes son proyectadas con los datum PSAD56 y WGS84. Ubicación y calidad de las imágenes adquiridas MANABÍ CENTRAL (vea el anexo 01 para la cobertura y datos de cada uno de las imágenes) Row/Colum: Pancromático 5 m. Multiespectral 10 m. Hora Fecha Calidad 1 635/352 X X /24/2004 EXCELENTE 2 636/351 X X /24/2004 BUENA 3 636/352 X X /24/2004 BUENA 4 637/351 X X /25/2004 EXCELENTE 5 637/352 X X /25/2004 EXCELENTE SIERRA CENTRAL vea el anexo 01 para la cobertura y datos de cada uno de las imágenes) Row/Colum: Pancromático 5 m. Multiespectral 10 m. Hora Fecha Calidad 1 640/352 X X /01/2005 MUY BUENA 2 640/353 X X /01/2005 MUY BUENA

8 5 POSIBLES PRODUCTOS DERIVADOS DE LAS IMÁGENES SATELITALES (SPOT V) Los procesos de planificación territorial de PLANTEL abarcan zonas bastante grandes. Son los sistemas territoriales zona metropolitana Alfaro (Manta-Portoviejo) y el eje económico Panamericana en la Sierra Central (Latacunga-Ambato-Riobamba). La cuenca del río Chone (Sucre-Chone) es una zona piloto dónde el proceso se ha postergado. Sin embargo, las imágenes de esta zona sí han sido adquiridas. En estas zonas la planificación se hace con cartografía hasta 1: y en algunos casos hasta 1: Para poder trabajar en escalas más precisas, por ejemplo a nivel de una zona urbana se requiere imágenes de una mejor resolución o foto s áreas. Las imágenes satelitales pueden ser usado por un lado para actualizar y mejorar información existente y por otro lado para generar nueva información. IMPORTANTE: Para evitar duplicación de esfuerzos y despilfarro de recursos se ruega a los socios del convenio marco del proyecto PLANTEL y a los socios regionales de los procesos piloto de planificación del mismo proyecto de COORDINAR cada iniciativa de elaborar trabajos y productos derivados de las imágenes satelitales SPOT V facilitados con el centro matriz del proyecto PLANTEL. 5.1 Productos relacionados a la actualización de información En el caso que se quiera usar las imágenes para actualizar y mejorar cierta información existente, hay que sobreponer la información existente sobre la imagen, tomando en cuenta la exactitud y precisión geométrica. Se puede pensar en actualización de: a) Información Base Red Vial Red Hidrográfica Centros Poblados Centros Urbanos b) Información Temática Catastro rural Cobertura vegetal Uso del Suelo Infraestructura de servicios (agua potable, electricidad, etc.)

9 5.2 Productos relacionados a la generación de información Las imágenes satelitales pueden ser usadas para hacer un análisis, así generando nueva información. Aquí solo se dan algunos ejemplos de los posibles productos. En el anexo 02 se ha incluido más información de la empresa SPOT sobre algunos de estos productos. Cartografía para uso en procesos de planificación (territorial) y ordenamiento territorial (uso de suelo) Generación de mapas para el Catastro (rural) (Re)Forestación. o Determinación de bloques forestales o Clasificación de especies forestales Erosión hídrica y eólica, salinización, anegabilidad (estudio multitemporal) Agricultura. o Clasificación de cultivos o Avance de la frontera agrícola Gestión de riesgos. Mapeo de impactos de desastres (erupciones volcánicas, inundaciones, sequías, Fenómeno del Niño, etc.) Mapeo de impactos ambientales (industria petrolera, maderera, minera, etc.) Defensa, inteligencia y seguridad Aplicaciones marítimas Telecomunicaciones Energía y minas 6 REQUERIMIENTOS HACIA LA INFRAESTRUCTURA, EL SOFTWARE Y EL PERSONAL 6.1 La infraestructura Una imagen satelital es un archivo digital muy pesado, fácilmente se llega a unos 200 Mb para cada una. Esto significa que es necesario usar computadoras con procesadores rápidos y una memoria (interna y externa) grande. Para la impresión de los productos es necesario contar con una impresora o plotter a color. 6.2 El software Para el procesamiento de imágenes satelitales se requiere software especializado y generalmente bastante caro. En el mercado hay diferentes alternativas. Este documento no tiene el objetivo de compararles o seleccionar el mejor. Se puede analizar uno por uno en sus respectivos sitios web. IDRISI - ILWIS -

10 TNTmips - PCI Geomatica - ERDAS ARCGIS SPRING En el sitio web se encuentran más vínculos hacia diferentes empresas de software. 6.3 El personal El manejo de imágenes satelitales requiere personal con un perfil muy especializado. Puede ser un geógrafo, geólogo, ingeniero civil, etc.. pero siempre cuando tiene una especialización específica para la teledetección. En vez de adquirir software o contratar personal especializado obviamente hay la posibilidad de contratar servicios de empresas especializadas. Esta alternativa lógicamente tiene costos relativamente altos. Además en el mercado Ecuatoriano no hay (todavía) muchas empresas que pueden procesar imágenes satelitales. PARA ESTE DOCUMENTO SE HA USADO MATERIAL DE: Curso Teledetección EPN-UNISIG, Wibold Jongsma, 2003 Sitio Web SPOT (en español): Información general y vínculos: Información general sobre el uso y procesamiento de imágenes satelitales: