APLICACIONES AGRICOLAS DE LA TELEDETECCION POR SENSORES REMOTOS La teledetección y los sensores remotos La teledetección es la ciencia de adquirir información sobre objetos materiales por medio de instrumentos localizados en tierra o naves, sin estar en contacto directo con tales objetos. A los instrumentos utilizados se les llama sensores remotos y van emplazados en las plataformas de los satélites, globos o naves. Los sensores actuales recogen la información por ondas electromagnéticas y el tipo de sensor está en función de la onda utilizada, cubriendo un campo de 0,3 1.4m a 15 Hm que incluye longitudes de onda de la región ultravioleta y de la región llamada «térmica» dentro del infrarrojo. (Ver figura 1). Los sensores más comunes son cámaras fotográficas con filtros, barredores, radiómetros, radar, etc. o ci - 5.0 itt > - cc 1 Sensores fotográficos 1 I z I 1 FI 'i, I 111i I cc I Sensores barredores óptico-mecánicos Región Región reflexiva emisiva c..o S. cs Es O > 7_,- O '.3 a, 1: 7( ce :2.2 "8 12 o in.--- '1:75 rti.n- 19.1 w.c E cc E ci) E I 1 1 11111 1 1 1 1 11111 1 1 I 11 / 111 4 7 1,0 10 20 100).1.m Fig. 1. Porción de espectro electromagnético. Balance de energía en la atmósfera Los cuerpos reflejan parte de la energía recibida de otras fuentes e irradian energía electromagnética debida a su temperatura. La fuente de radiación natural es el sol. c 1 El proceso de intercambio de energía en el medio natural se esquematiza en la figura 2. Como puede observarse, la tierra, la atmósfera y los objetos emiten y reflejan radiaciones que se mezclan y entrecruzan, lo que complica su medición. La cantidad de energía reflejada desde la tierra depende de varios factores, tales como: El estado de la atmósfera. La naturaleza de los objetos. La inclinación del sol. El ángulo y el punto de observación. Por ello, al variar alguno de estos factores la reflectancia captada por los sensores será diferente. Características de la reflectancia y emisión térmica de las plantas Las características de la radiación reflejada y emitida por los diferentes cuerpos derivan de su naturaleza y estructura atómica y molecular. A lo largo de la representación gráfica del espectro la radiación determina una curva que se llama «signatura espectral». Los vegetales tienen una forma típica de signatura espectral, tal y como se representa en la figura 3 correspondiente a la región visible y a la zona infrarroja. Esta gráfica no incluye la región térmica (8-13 Hm), de la que se trata más adelante, que corresponde a emisiones de radiación relacionadas con la temperatura de las hojas. En la región visible (0,4-0,75 Hm), la absorción de la reflectancia viene determinada por la absorción de los pigmentos carotenoides, siendo el pigmento clorofílico el que más influye. La zona infrarroja se subdivide en dos. Una de estas zonas se denomina de «No absorción» y su reflectancia viene en función de la estructura interna de la hoja. En la otra zona 104
I 1 Y-) I I a, 1)- 1 15 Emisión VE térmica I I" de las \ plantas AMA / / /I // / / / /, / I / / / / / / / \ / / /. 01/ t/ // 2,1 / jf Dispersión 2,-1' / IP/ O / por partículas /.A> / <5/ atmosféricas / É/ / (t-/ /, / (10 -----.. //' / r r,e \a\ra _..---- 1/ / / /7 11.0:0`,',1-- - e --- r /, mk\,... 061s4-----.. 0 -- I P---" -- I ddir-- V, --., /9 ---, efie Jada / ---- de/. n Sgi -... / -. I 1 Fig. 2. Diagrama de fluio de energía en el medio ambiente. denominada «de absorción del agua» esta absorción está influida por la cantidad de agua que contiene el tejido, produciéndose unas fuertes absorciones en las longitudes de onda de 1,45 Hm y 1,95 Hm. Factores externos que influyen en la reflectancia y emitencia Hay factores que influyen en las características de la hoja variando su reflectancia. Los más importantes son: Falta de humedad del suelo. Nutrientes del suelo. Salinidad del suelo. Depósitos minerales. Enfermedades, plagas o accidentes. Variaciones estacionales. Variaciones diurnas. La reflectancia de la hoja varía con los cambios que hay en ella, como variaciones en la pigmentación, en la estructura del mesófilo, en el contenido de agua y en sus propiedades superficiales. 4 Visible-1.Z 4 Reflexiva infrarroja 80 70, I O < > cr Absorción Sin por > E4-- I> +---Absorción por el agua absorción pigmentos Fig. 3. PrinctPales regiones espectrales de respuesta en relación a la reflectancia de la hoja. 60 50 Absorción por la clorofila Absorción por la clorofila Absorción por el agua 40 30 Absorción por el agua 20 10 0 1 1 1 1 1 1 4 1.0 12 114 116 1 8 20 1 21 2 24 1 26 LONGITUD DE ONDA (pm)
Fig. 4. Barredor multiespectral. El barredor consta de once canales; cada cual ocupa una porción de banda espectral, habiendo ocho en la porción visible y tres en la infrarroja. Para la agricultura son interesantes todos los canales, según sea el estudio a realizar, pero los más adecuados parecen ser el 4, por estar incluido el máximo clorofílico; el 6 y 7, por ser de absorción del rojo, el 9, y 10, por ser los canales donde hay mayor absorción del agua y el 11, que es el de emisión de los cuerpos. El funcionamiento de este «barredor» se puede apreciar en las figuras 4 y 5. En la región térmica o de emisión de energía (8-13 1.4m), la emisión está relacionada principalmente con la temperatura del vegetal. Esta temperatura depende de varios factores; uno de los más importantes es el calor latente de la vaporización, originado por la transpiración en los estomas de las hojas. La transpiración de la hoja viene influida por la radiación solar, el déficit de agua en la hoja, la humedad relativa, los movimientos y la temperatura del aire, la salinidad del suelo y los cambios diurnos y estacionales. Algunos de estos factores están interrelacionados, pero el efecto neto es el de alterar el contenido de humedad de la planta. El Barredor Modular Multibanda (MMS) y otros Se hace mención especial de este sensor remoto por ser de grandes aplicaciones. En España dispone del mismo el Instituto Nacional de Técnica Aeroespecial (INTA). Canales espectrales Respuesta calibrada Fig. 6. Respuestas de energía. Respuesta sin calibrar El espejo barredor rota en una dirección perpendicular a la del vuelo, siendo la velocidad de rotación función de la velocidad del avión. Se recogen las energías de las zonas captadas en tierra, atravesando el prisma que dispersa la energía en diferentes bandas, de distintas longitudes de onda. La respuesta de cada banda se registra sobre una cinta magnética, habiendo una sincronización de los canales. En resumen, lo que se ha hecho es transformar la energía radiada en eléctrica. Otros detectores que suelen llevar los aviones son el termómetro de precisión, que toma la temperatura de los cuerpos a partir de la emisión y la cámara fotográfica con diversos filtros. Informaciones adquiridas Fig. 5. Esquema de detección. Los datos adquiridos por teledetección dan tres tipos de información: Espaciales: informan de la textura y estructura de la imagen. 106
Fig. 7. Imágenes obtenidas por la información de dos canales. La parcela señalada con una flecha blanca en el fotograma del canal 9 es una pradera. En ella puede observarse una banda incompleta de color más claro que corresponde a una zona donde el forraje ha alcanzado un buen desarrollo vegetativo y su producción será aprovechada por el ganado en fechas inmediatas. El resto de la parcela muestra áreas de color tanto más oscuro cuanto menos tiempo hace que el ganado ha pastado en ellas, siendo las de tonalidad grisácea aquéllas que empiezan a tener ya un desarrollo forrajero apreciable. La parcela que en la parte superior está contigua a la pradera es un alfalfar con una buena producción de forraje. Espectrales: con ellas se pueden reconocer los objetos, a partir de comparaciones con las respuestas en las distintas bandas espectrales. Temporales: permiten diferenciar los cambios a lo largo del tiempo. Los principales equipos donde se resuelven los datos son: ordenadores, equipos analógicos y sistemas híbridos. Tratamientos Es posible obtener la información proporcionada por el sensor en forma gráfica o en forma numérica, pero es preciso darle previamente algunos tratamientos. Los tratamientos que se hacen son: De composición: para tomar las partes del terreno que más interesan, eliminando las 107
Fig. 8. Fotogramas parciales del término de Per7afiel (Valladolid), correspondientes al mismo paraje, tomados en canales de distinta longitud de onda, concretamente en los canales 8, 9, 10 y 11 contando de arriba hacia abajo. 8
Fig. 9. Disposición en el avión de tres cámaras y un radiómetro. turbulencias atmosféricas y los posibles fallos en los sistemas electrónicos. De correcciones geométricas: para la corrección debida a giro y cabeceo del avión, altura, etc. De correcciones radiométricas: por causas debidas a saturación del sensor. Las técnicas de tratamiento de datos ayudan bastante para la interpretación de las cintas, pero es necesario el empleo de ordenadores por el gran volumen de información que llevan. 0,3 1,0 3,0 10,0 Longitud de onda en yirn..agua vegetación '4 suelo vegetación suelo agua Respuesta Fig. 10. Datos espectrales en varias dimensiones y clasificación de los mismos. X2 Una vez corregidos los datos, se hacen estudios de los mismo por intérpretes especializados en el tema que, en nuestro caso, son agrónomos. Generalmente, al hacer el vuelo se suele conocer ya perfectamente una zona testigo para poder comparar los datos del vuelo con la realidad del terreno, con el fin de saber si la clasificación hecha tiene una aceptable probabilidad de acierto. De ser así, es posible la clasificación de una comarca. Esta clasificación se denomina supervisada. En las clasificaciones sin supervisar, el ordenador diferencia las distintas clases y asigna los elementos que pertenecen a cada una. Después, se debe hacer una comprobación con el terreno. Posibles aplicaciones en la agricultura Las técnicas de la teledetección pueden ayudar mucho a la agricultura, pero son necesarios llevar a cabo trabajos de investigación para potenciar los diversos usos. Las principales aplicaciones pueden ser: Identificación de cultivos e inventario de áreas cultivadas. Conocimiento de las condiciones físicas y químicas que afectan a las condiciones del suelo para el desarrollo de los cultivos. Detección de accidentes, plagas y enfermedades y evaluación de las pérdidas. Detección de daños en los cultivos causados por factores físicos como viento, heladas, incendios, etc. Inventario de zonas agroclimáticas. Otros inventarios, como invernaderos. Mejor distribución de los recursos de agua para zonas regables. Mejor utilización de los suelos e información para adaptar las variedades óptimas, etc. Estos y algunos más son los usos posibles para aplicar a la agricultura, que en la C.E.E. y otros países se han investigado con gran acierto; no obstante, se están estudiando otras aplicaciones distintas de las antes mencionadas. Estas investigaciones se están haciendo también en España en coordinación con el organismo antes citado y otros. A causa del material empleado estas aplicaciones no están disponibles al nivel de la explotación agraria individual, pero si lo están a niveles comarcales y nacionales. José Luis Ardanza de la Cámara Ingeniero Agrónomo 109