Jefatura de Gabinete de Ministros martes, 29 de julio de 2014 Autoridad: Ing. Omar Judis
Geoinformación
Imágenes satelitales de alta resolución
Comparativa Fotos Aéreas con Google Earth

Hablar de alta resolución satelital hoy en día significa hablar de imágenes de hasta 60 cm de resolución, capaces de distinguir objetos como nunca antes se han observado. Satélites con tecnología capaz de registrar 1 millón de km2 por semana con una revisita de aproximadamente 3 días. ¿Cuándo comenzó el desarrollo de esta tecnología? ¿En qué situación se encuentra hoy y qué aplicaciones tiene? También es interesante preguntarse sobre las fotos aéreas y las  imágenes satelitales. Éstas últimas están ampliamente disponibles para visualización por Internet en Google Earth, MS Virtual Earth y NASA World Wind. Esta reciente disponibilidad está movilizando al sector de geoinformación y trayendo innumerables consecuencias benéficas a todo el mercado. ¿Cuántos de nosotros, hasta los que ya están envueltos en el tema, no se sorprendieron con la facilidad en visualizar nuestra casa o aquellos lugares que antes se podían mirar solamente en fotografías sacadas en viaje o en postales?



A la izquierda tenemos una foto aérea de 10 cm de resolución y a la derecha una de Google Earth de 60 cms.

Aunque cualquier lugar del mundo que se visita muestra imágenes diurnas y casi siempre en la misma estación del año, muchos creen fielmente que ellas se toman y visualizan en tiempo real, e incluso, que todas son originales exclusivamente de satélites. Las imágenes definitivamente no son en tiempo real. No se sorprenda si visualiza imágenes con dos años de antigüedad. Las imágenes con mejor calidad y resolución son las fotos aéreas y no las de satélite, como es el caso de las de grandes ciudades del mundo. Imágenes con esa calidad sólo pueden obtenerse por sensores aéreos o aerotransportados a una distancia mucho más próxima de la tierra que la de los actuales satélites en órbita. El Google Earth no informa qué tipo de imagen está en el monitor y sólo es posible deducir si la imagen es aérea o satelital a partir de sus características, resolución y nombre de su proveedor.

Algo de historia
La teledetección de alta resolución satelital tiene casi 50 años de existencia. Su surgimiento y primeros años, relacionados con objetivos militares de alta seguridad (de los gobiernos estadounidense y ruso principalmente), tuvieron poco provecho y difusión para la comunidad en general. En 1972 comienzan a lanzarse los primeros satélites con fines científicos (bajo tutela de los mismos gobiernos). Recién en 1993, se levantan las restricciones para la teledetección comercial, y desde ese año, varias empresas privadas (principalmente norteamericanas) construyen sus propios sistemas satelitales, en una carrera por liderar la avanzada de la alta resolución en información espacial (un mercado que mueve millones de dólares anuales y cuya tasa de crecimiento es más del 20% anual).

Satélites privados de Estados Unidos, Francia, India entre otros, relevan día tras día la superficie terrestre ofreciendo múltiples productos para sus usuarios, que se multiplican a medida que estas imágenes ofrecen nuevas aplicaciones para los más diversos sectores.

En 1999 se pone en orbita IKONOS, el primer satélite de resolución pancromática de 1 metro. Las imágenes llegaron a una escala de 1:3600 y revolucionaron todo lo conocido. Hoy la agencia espacial Digital Globe lidera el mercado de alta resolución satelital teniendo en órbita el satélite QuickBird (lanzado en octubre de 2001), el primero submétrico, con 60 cm de resolución pancromática por píxel y una escala máxima de 1:1700. La misma agencia espacial programa para este año el lanzamiento de un nuevo satélite de 46 cm de resolución por píxel.

La tecnología Radar también se sumó al desarrollo de la alta resolución. Las Imágenes de radar poseen ventajas competitivas respecto a las de satélites ópticos para algunas aplicaciones. Por no poseer el inconveniente de la nubosidad, son ideales para monitoreo ambiental. También son muy utilizadas para detección de manchas en el océano y elaboración de modelos de elevación digital.

En 1995, RADARSAT Internacional (hoy MacDonald Dettwiler and Associates), lanza RADARSAT- 1 el primer satélite de Radar de alta resolución, con 8 metros por píxel. Para este año la agencia anuncia el lanzamiento de un nuevo RADARSAT de 3 metros de resolución.

Esto supera todos los límites imaginados hace 50 años. Efectivamente, la incorporación de imágenes satelitales para muchas aplicaciones geoespaciales se veía dificultada por impedimentos como: la baja resolución espacial (para usos en catastro y forestación), los largos períodos para la obtención de imágenes (para uso en monitoreo ambiental y de obras), la dificultad en el manejos de formatos, el costo elevado y el difícil acceso.

Si analizamos hoy en día, una a una estas dificultades, podemos decir que casi todas han sido superadas por las nuevas tecnologías en teledetección comercial. Como ya hemos señalado, la resolución ha aumentado hasta valores inferiores al metro, ampliando el abanico de posibilidades para la visualización de objetos antes sólo visibles en fotografías o relevamientos en campo. Los períodos entre tomas son cada vez más cortos, y la posibilidad de programar la toma a pedido del usuario sobre su área de interés (además de poder elegir entre múltiples parámetros) han reducido los problemas temporales anteriores. También se ha evolucionado en el manejo de los formatos de las imágenes. Hoy las agencias espaciales entregan sus imágenes en formatos universales, y los distribuidores ofrecen posibilidades de conversión a todos los formatos actuales para información de tipo satelital. Empresas de software especializado han acompañado el desarrollo satelital y ofrecen poderosos módulos para el manejo de las imágenes y el aprovechamiento integral de toda la información que contienen. Los costos también han disminuido, y la posibilidad de adquirir áreas reducidas (y no una escena completa, como en los primeros satélites) permite a cada usuario adaptar sus recursos al uso de imágenes.

Características espectrales de los satélites de alta resolución
Los satélites de alta resolución (IKONOS, QuickBird) tienen cinco bandas: una pancromática (60 cm en QuickBird, 1m en IKONOS) y cuatro multiespectrales Azul, Verde, Rojo, e Infrarrojo Cercano: (2,4 m en QuickBird y 4 m IKONOS). La combinación de estas cinco bandas genera distintos productos que ofrecen a los usuarios la posibilidad de personalizar su pedido según sus necesidades.

En los productos QuickBird, por ejemplo, estas combinaciones son:
Blanco y Negro
60 cm de Resolución
Banda: Pancromática

Multiespectral
2.40 m de Resolución
Bandas: Rojo, Verde, Azul, Infrarrojo Cercano

Color Natural:
60 cm de Resolución
Bandas: Fusión de Pancromática, y Rojo, Verde, Azul

Color Infrarrojo (Falso Color Compuesto)
60 cm de Resolución
Bandas: Fusión de Pancromática y Verde, Rojo, Infrarrojo Cercano

Bundle (todas las Bandas por separado)
60 cm de Resolución para la banda Pancromática
2,40 m de Resolución para las bandas Multiespectrales
Bandas: Pancromática, Rojo, Verde, Azul, Infrarrojo Cercano 

Aplicaciones
Desde su aparición, las imágenes satelitales han sido de gran utilidad para la realización de estudios regionales, medioambientales, meteorológicos, de seguimiento de catástrofes o avance de la degradación del suelo. Estos estudios regionales, debido a las características de la primera generación de satélites, eran factibles en áreas de cientos o miles de kilómetros. Hasta fechas muy recientes, para realizar estudios a nivel local (áreas más reducidas, mayor nivel de detalle) era necesario utilizar fotografía aérea, ya que con la resolución espacial de los primeros satélites ópticos era imposible alcanzar escalas por debajo de 1:20.000. Pero este panorama ha cambiado. La aparición y el continuo perfeccionamiento de los satélites de alta resolución se traduce en mayor nivel de detalle y mayor información. En la mayoría de los casos el uso de imágenes se traduce en una reducción de costos, tiempo de trabajo y prevención de problemas. Todo lo anterior ha generado un incremento en la utilización de estas imágenes en nuevas áreas de aplicación, como ser:

Agricultura de precisión: hoy en día el uso de imágenes satelitales, (junto con los sistemas de información geográfica (SIG) y los de posicionamiento global (GPS) se ha hecho imprescindible como parte de las herramientas del agricultor. Ahora es posible monitorear con mayor precisión el estado de los cultivos y calcular más acertadamente los volúmenes de cosecha. Las imágenes de alta resolución son útiles para: medición de campos, desperdicios, fletes, identificación y medición de cultivos, estudios de la salud y crecimiento de los cultivos, información para mejor uso efectivo del agua, fertilizantes, herbicidas y pesticidas, predicción de rendimientos, la determinación de disponibilidad forrajera, tasación de daños por granizo, estudio de la heterogeneidad de cultivos (relacionada con estrés hídrico, mala distribución del riego, ataque de plagas y enfermedades en el cultivo o irregular distribución de fertilizantes).

Catastro Rural: Tareas de catastro que antes se debían realizar, sí o sí, con fotografías aéreas o relevamientos en campo se ven simplificadas y abaratadas por esta tecnología, por ejemplo inventarios de las unidades de producción agropecuaria, la individualización de las parcelas y el valor de las mismas.

Planificación y catastro urbano y desarrollo local: para estos sectores, una imagen que permite distinguir casas, calles, espacios verdes y su estado de conservación, es una herramienta de especial potencial. Las imágenes de alta resolución permiten analizar atributos poblacionales, realizar tareas de planeamiento desarrollo y construcción, seguimiento de proyectos o mapeo del uso de la tierra, (por ej: áreas residenciales versus áreas industriales, ubicaciones de negocios competitivos, etc.) evaluación continua de las infraestructuras, del crecimiento urbano, y del retroceso de los hábitat naturales, de la necesidad de nuevas vías de comunicación, del grado de utilización de áreas industriales, y de la distribución y extensión de los espacios verdes. Si bien las imágenes anteriores permitían identificar las áreas sometidas a proceso de cambio, con las imágenes de alta resolución se pueden identificar las causas del cambio.

Grandes Infraestructuras, Obras Públicas y Servicios: Entre las aplicaciones específicas en el sector de la construcción todas las referentes a ingeniería y gestión de vertederos, tendidos eléctricos, vías férreas, carreteras, oleoductos, gasoductos, conducciones de agua y a todo tipo de instalaciones.

Telecomunicaciones y transportes: La precisión de las imágenes de alta resolución es fundamental para el diseño, planificación y construcción de las redes de telecomunicaciones, al permitir determinar la localización más idónea para los receptores, el uso del suelo urbano y hasta la altura de los edificios. En el sector del transporte se utilizan imágenes de alta resolución para gestión de flotas, planificación de rutas, logística de la distribución, planificación de Servicios de Emergencia y Protección Civil.

Exploración Petrolera, Minera y Gasoductos: estos proyectos de exploración se ven facilitados, particularmente en áreas remotas donde la información cartográfica disponible es nula o defectuosa. Una vez que las áreas de Alto Potencial son identificadas, las imágenes de Alta Resolución son usadas para planeamiento, desarrollo y monitoreo de recursos naturales e infraestructuras.

Medio ambiente: Las imágenes permiten seguimiento de los fenómenos de erosión, deforestación, lluvia ácida, vertidos tóxicos, derrames de crudo y fugas incontroladas, y determinar su impacto a largo plazo sobre la vida silvestre y la vegetación. Los científicos ambientalistas están utilizándolas para predecir tendencias en áreas de elevada fragilidad ambiental.

Prevención y Monitoreo de Catástrofes: Fenómenos como inundaciones, incendios, terremotos, tormentas, pueden ser estudiados, monitoreados y hasta prevenidos mediante el uso de imágenes de alta resolución. Muchos de los parámetros con influencia en la evaluación de los efectos producidos por una inundación pueden ser analizados con el uso de estas técnicas: geomorfológicos y .fisiográficos (estructuras geológicas, redes de drenaje, orientación de los valles, disposición de terrazas y terrenos aluviales, etc.), topográficos (pendientes y microrrelieves), cobertura del suelo (cultivos y zonas boscosas) y parámetros socioeconómicos (habitabilidad del suelo, intensidad del uso, redes de comunicación, etc.). Incluso resulta posible delimitar claramente el área afectada por la avenida e identificar y cartografiar los efectos de la misma en las zonas inundadas (erosión del suelo, acumulación de materiales).
Con tomas a pedido, luego de los sucesos o programas de suscripción periódicos, se obtienen elementos para el análisis con los que antes no se contaba.

Contaminación: alto potencial para su control dentro del territorio. Puede servir de apoyo a la definición de planes nacionales, especialmente los interregionales, a la valoración de los agentes contaminantes de aguas litorales o continentales, o a la simulación de actuaciones de saneamiento y su impacto. En especial, en el tema aguas, las situaciones de concentración de contaminación debidas a vertidos o pérdidas pueden detectarse y seguirse utilizando imágenes multiespectrales de satélite.

Recursos Forestales: El manejo de bosques nativos e implantados también se ve facilitado por las nuevas tecnologías. Con una resolución de 60 cm, es posible identificar y contar los árboles individualmente, clasificarlos por especie, (ITC, Individual Tree Clasification), conocer su estado de desarrollo y planificar su aprovechamiento. Cartografía y SIG: La detección de objetos de dimensiones métricas y submétricas, permite la elaboración de documentos cartográficos a escala muy grande (mejor que 1:2000). Estos sistemas consiguen crear mapas precisos y con gran cantidad de información. Para los usuarios de Sistemas de Información Geográfica la integración de imágenes obtenidas por teledetección supone grandes ventajas porque incrementan la utilidad de la información proporcionada por un mapa vectorial clásico. La teledetección espacial y los Sistemas de Información Geográfica han tenido un desarrollo paralelo. Por las características que ya hemos resaltado, las nuevas imágenes de alta resolución abren innumerables posibilidades para su trabajo integrado con vectores, y capas de información.


Las imágenes satelitales de alta resolución han transformado el mundo de la geoinformación y se han incorporando como herramientas clave en sectores que no hacían uso de estas tecnologías. Su desarrollo y perfeccionamiento por parte de las agencias espaciales no se detiene.

Ahora veamos que la topografía, la aerofotogrametría y el procesamiento de imágenes satelitales siempre tuvieron áreas de superposición de aplicaciones, o sea, áreas donde el producto de una u otra tecnología puede atender indistintamente las necesidades de determinado usuario. El marketing siempre fue más fuerte en lo que a imágenes de satélite se refiere, quizás porque es el que más necesita convencerse técnicamente. El hecho de estar asociado a los términos “espacial” y “satelital” despierta en casi todos nosotros interés y simpatía, haciendo que nos acordemos de alguna película de ficción y así  sobreestimar su potencial.

La topografía y la aerofotogrametría en el pasado tenían áreas de superposición de aplicaciones y conflictos. Hoy sabemos lo que se puede esperar de cada una de estas técnicas. Con los avances tecnológicos y el permiso de los gobiernos para que los satélites tengan órbitas cercanas a 400 Km. y por lo tanto, pudiendo mapear con mayores resoluciones, las imágenes satelitales vienen disputando cada día parte del mercado que antes sólo lo explotaba la aerofotogrametría.

Aunque muchos desean que los satélites puedan mapear la tierra con resolución equivalente al aerolevantamiento, esto todavía no es posible por mucho tiempo, puesto que las fotos aéreas son realizadas en vuelos con alturas a partir de 500 metros del suelo. Cuanto menor es la distancia entre el sensor y el suelo, mejor podrá ser la calidad de la imagen. Toda la tecnología de mapeamiento que se utiliza en un satélite se embarca también en una aeronave, con las ventajas de encontrarse más cercana a la superficie terrestre y de ser pasible de mejoras constantes en el hardware, lo que casi no ocurre con los satélites después de lanzados. De lo contrario, la posibilidad de movilizar una aeronave en condiciones meteorológicas favorables, de tomar fotos aéreas con la mejor resolución sin depender de la coincidencia del tiempo favorable y de la luminosidad en el pasaje del satélite, termina siendo la opción más barata en muchos casos. El intervalo de tiempo entre dos pasajes consecutivos del satélite puede ser de varios días.

Microsoft con el Virtual Earth, está buscando una posición más destacada en el mercado. Realizó varios movimientos. Entre ellos, adquirió un importante fabricante de cámaras aéreas digitales con la finalidad de no perder tiempo en los intentos de alcanzar a su principal competidor: el Google Earth. El Virtual Earth tiene como propósito el disponer de modelos virtuales tridimensionales, generados a partir de imágenes aéreas con resolución entre 10 y 20 cm, de las principales ciudades del mundo y muchas otras informaciones relacionadas geográficamente. Hoy en día, la mejor resolución de una imagen de satélite es de 60 cm y en un futuro próximo será de 40 cm. Por otro lado, el World Wind de la Nasa si bien es muy interesante y sofisticado, no se volvió una “moda” como ocurrió con el Google.

Es muy pronto para poder preveer cuál será el impacto real que el Google, el Virtual Earth y otros van a promover en el mercado, pero con seguridad el cambio será grande en los próximos años.

Lo cierto es que el Google Earth y sus competidores, además de ser grandes actores y contratantes de la industria, están divulgando, por todo el mundo, datos que hasta hace poco tiempo estaban restringidos al sector de la geoinformación.