Principios de teledetección aplicados a la agricultura

Transcripción

1 Principios de teledetección aplicados a la agricultura Fernando Luis Sánchez Casado Geólogo y técnico en teledetección. Es una cortesía de: Bits Online, S.L. Travesía de Torrecaballeros, 1, La Lastrilla (Segovia) Teléfono: Correo electrónico: info@aeromapas.es / Figura de portada: prueba de concepto para la utilización del índice de color ExGcomo ayuda para la cartografía geológica.

2 Definición de teledetección (*) Diapositiva 2 de 19 La teledetección es la ciencia y la técnica de: Obtener información sobre un objeto, zona o fenómeno, mediante el análisis de los datos adquiridos por un dispositivo que no está contacto con el objeto, zona o fenómeno bajo estudio. (*) Traducido de Lillesand, T.M; Kiefer, R.W. & Chipman, J.W (2007). Remote sensing and image interpretarion(6ª Ed). John Wiley &Sons, Inc.

3 Un poco de perspectiva PRINCIPIOS DE TELEDETECCIÓN APLICADOS A LA AGRICULTURA Diapositiva 3 de 19 En los últimos años, el marketing asocia teledetección con revolución tecnológica.

4 Un poco de perspectiva PRINCIPIOS DE TELEDETECCIÓN APLICADOS A LA AGRICULTURA Diapositiva 4 de 19 Afortunadamente, no es del todo así. Satélite: Landsat 1 Lanzado: 23/7/1972 Desactivado: 6/1/ story.php?number= parrot-sequoia Cámara multiespectral: Parrot Sequoia Comercializada: julio de

5 Un poco de perspectiva PRINCIPIOS DE TELEDETECCIÓN APLICADOS A LA AGRICULTURA Diapositiva 5 de 19 Tenemos a nuestra disposición el amplísimo conocimiento científico y técnico sobre teledetección, publicado durante décadas. Primera publicación del informe redactado en diciembre de 1973, que describe la definición del que vendría a llamarse NDVI: Rouse, J.W, Haas, R.H., Scheel, J.A., and Deering, D.W. (1974) MonitoringVegetationSystemsin thegreat Plains with ERTS. Proceedings, 3rd Earth Resource Technology Satellite(ERTS) Symposium, vol. 1, p

6 Diapositiva 6 de 19 El quid de la cuestión: hacer los datos comparables La mayor parte de los trabajos de teledetección parten del estudio de la luz reflejada (λ < 3 µm) en la superficie terrestre. La interacción de la radiación solar con la atmósfera y con los objetos sobre la superficie terrestre (reflexión, absorción y transmisión) varía en función de la longitud de onda y no es lineal. Esto afecta a: La intensidad de la señal registrada por el sensor. La composición espectral de la radiación registrada. El problema de las condiciones de iluminación cambiantes se atenúa trabajando en valores de reflectividad (ρ λ ).

7 Diapositiva 7 de 19 Reflectividadespectral (ρ λ ): la materia prima de la teledetección (*) Balance de energía E I = E R + E A + E T E R = E I - E A - E T ρ= E E ρ: Reflectividad Propiedades de la reflectividad espectral (ρ λ ) Proporciónde la luz reflejada en una superficie respecto a la luz incidente, para cada longitud de onda. Se suele expresar en tanto por uno(0,1). Es una característica de cada superficie y por tanto, una magnitud con significado físico. * Cuando estudiamos la luz reflejada

8 Firmas espectrales PRINCIPIOS DE TELEDETECCIÓN APLICADOS A LA AGRICULTURA Diapositiva 8 de 19 La curva que representan la reflectividad en función de cada longitud de onda de la luz reflejada por la superficie de un objeto se denomina firma espectral. Es característica para cada tipo de superficie. Al representar reflectividades, es independientemente de las condiciones de iluminación. Su forma, permite caracterizar, cartografiar y estudiar la variabilidad de la superficie terrestre, mediante el análisis de las características espectrales locales.

9 Diapositiva 9 de 19 Firmas espectrales y coberturas del suelo La forma de la firma espectral de cada pixel en un imagen nos permite identificar con alta probabilidad la cobertura del suelo observado. 1 2 Verde (G) 1NIR 1 2 Rojo (R) 1G 1R 1 2 Infrarrojo cercano (NIR) Imagen R-G-NIR en valores de reflectividad, adquirida con una cámara Tetracam ADC, embarcada en un dron. De acuerdo con la forma que muestra la firma espectral deducida a partir de la imagen multiespectral para la zona 1, podemos afirmar que se trata, muy probablemente, de un zona cubierta por vegetación verde.

10 Diapositiva 10 de 19 Firmas espectrales y coberturas del suelo 1 2 Verde (G) 1 2 Rojo (R) 2R 1G 2NIR 1 2 Infrarrojo cercano (NIR) Imagen R-G-NIR en valores de reflectividad, adquirida con una cámara Tetracam ADC, embarcada en un dron. De acuerdo con la forma que muestra la firma espectral deducida a partir de la imagen multiespectral para la zona 2, podemos afirmar que se trata, muy probablemente, de un zona de suelo desnudo.

11 Correlación y causalidad PRINCIPIOS DE TELEDETECCIÓN APLICADOS A LA AGRICULTURA Los datos de observación de la tierra (teledetección) están correlacionados con diversos procesos que pueden o no darse en cada caso. Diapositiva 11 de 19 A partir de datos de teledetección resulta muy difícil el inferir la causa de aquello que observamos en una imagen (correlación causalidad). Para dar este último paso (pasar de datos sobre coberturas del suelo, a datos sobre usos del suelo), requerimos un modelo de la realidad muy robusto, construido a partir de verdad terreno. Jones, H.G; Vaughan, R.A. (2010). Remotesensingof vegetation. Principles, techniques and applications. 1ª Ed. Oxford University Press. A partir de la observación directa, sobre el terreno, durante el día del vuelo (verdad terreno), puedo conocer la causa de la variabilidad observada: La zona 1(cobertura del suelo: vegetación verde) es un campo de trigo (uso del suelo). La zona 2(cobertura del suelo: suelo desnudo) es un campo arado (uso del suelo).

12 Diapositiva 12 de 19 La teledetección proporciona: Capacidad para la observación directa de un objeto o fenómeno (en este caso, vigor de la vegetación), de manera: Global. Escalable. Mapa de NDVI a partir de imagen multiespectral adquirida desde un dron (arriba), el mismo día que la imagen Sentinel 2A mostrada. Elaboración propia. Mapa de NDVI a partir de imagen Sentinel 2A (arriba) y ampliación del mismo (izquierda). Elaboración propia.

13 Diapositiva 13 de 19 La teledetección también nos proporciona: Capacidad para la observación directa de un objeto o fenómeno, de manera continuada en el tiempo. Resultado de una búsqueda de imágenes Landsat 8, para una zona y un intervalo de tiempo decididos por el usuario. Estos datos son de acceso libre.

14 Diapositiva 14 de 19 Qué puede aportar la teledetección a la agricultura? Proporciona información directa y en tiempo real sobre la heterogeneidad del suelo y de los cultivos, para ayudar en la toma de decisiones tácticas y estratégicas. Permite generar históricos de variabilidad y de diversos parámetros biofísicos a nivel de parcela, explotación, comarca, etcétera, para la planificación y control de cultivos, elaboración de modelos predictivos, valoración de fincas, seguimiento de variedades, etcétera. Clasificación y control de cultivos a nivel regional, mediante imágenes de satélite y datos de verdad terreno. (Elaboración propia) Seguimiento de sectores de riego y humedad en el suelo a partir de imágenes de satélite. (Elaboración propia)

15 Diapositiva 15 de 19 Qué puede aportar la teledetección al técnico de campo? Información directa de: las coberturas del terreno y el estado de la vegetación, en tiempo real y mediante un registro histórico, para el establecimiento de hipótesis de zonificación a partir de la caracterización de la heterogeneidad a nivel de parcela y de explotación, con el fin de: Planificar campañas de muestreo (suelo, análisis foliar, plagas). Determinar la ubicación óptima de redes de sensores. Seguimiento de medidas correctoras y de pautas de manejo agronómico. Veamos un ejemplo en la siguiente diapositiva

16 Diapositiva 16 de 19 Propuesta de zonificación para una campaña de muestreo en una parcela agrícola de secano Estadio anterior a una propuesta de zonificación elaborada en gabinete, a partir del análisis de varios índices de vegetación correlacionados con el contenido en determinados pigmentos, con el vigor de la vegetación y con el grado de humedad en la superficie de la parcela. (Fuente: elaboración propia)

17 Diapositiva 17 de 19 A modo de resumen Mediante el tratamiento de imágenes (registro de niveles de energía) adquiridas utilizando distintas plataformas, la teledetección permite la observación directa de una cubierta o fenómeno sobre la superficie terrestre, para hacer visibles potenciales anomalías o caracterizar su variabilidad y poder ubicarlas en el tiempo y en el espacio, determinar sus límites y seguir su evolución en tiempo real y en toda su extensión. La existencia y la naturaleza de esas anomalías o heterogeneidad debe ser confirmada por el propio técnico en teledetección o por los agentes de campo mediante datos de verdad terreno. El criterio para fijar los umbrales de qué se considera anómalo o heterogéneo dependen de los objetivos de cada trabajo y del resto de circunstancias que concurran en cada caso. Veamos un último ejemplo de trabajo de teledetección en la siguiente diapositiva:

18 A modo de resumen PRINCIPIOS DE TELEDETECCIÓN APLICADOS A LA AGRICULTURA Diapositiva 18 de 19 Utilizando la misma combinación de variables, hemos utilizado la teledetección (nos permite la observación directa de la cubierta vegetal) para establecer dos zonificacionesdistintas, a base de fijar unos umbralesde heterogeneidad intraparcelaque resultan significativosy útiles para cada una de las tareasque se llevan a cabo en la parcela.

19 Diapositiva 19 de 19 Si desea más información: Bits Online, S.L. Travesía de Torrecaballeros, La Lastrilla (Segovia) Teléfono: Correo electrónico: info@aeromapas.es /