flir, lidar, radar

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Tecnología Satelital para Análisis del Territorio SESIÓN V. SENSORES NO FOTOGRÁFICOS EL VIDEO Aunque más grueso en resolución espacial que fotografía tradicional o imagen digital, las cámaras del video proveen una manera útil de adquirir datos oportunos y baratos e imágenes sonoras. Las aplicaciones con estos requisitos incluyen manejo de desastres naturales, (fuego, inundaciones), estimación de enfermedades y cosechas, control ambiental, y vigilancia policíaca. Las cámaras usadas para grabación del video miden radiación en lo visible, porción del infrarrojo cercano, y algunas veces la porción del infrarrojo medio del espectro EM. Los datos de imagen se registran en casete, y pueden ser observados inmediatamente. FLIR (Foward Looking Infrared) 1. Principios IR. La luz, al igual que una onda de radio (RF), es una onda electromagnética compuesta por un campo eléctrico y uno magnético. 1 Se diferencian debido a que en la primera, la energía es transportada por elementos llamados fotones y en la segunda onda de RF la cantidad de fotones es despreciable. Todos los cuerpos, cuya temperatura es superior a los 0 EK, actúan como fuentes de energía electromagnética en el espectro IR existiendo los siguientes tipos de irradiadores: a) Termales : Aquellos cuerpos que irradian en todo el espectro en forma continua. Un ejemplo de estos es el sol, los metales calientes que forman parte de una turbina, las superficies aerodinámicamente calentadas, los motores de los vehículos, las personas, los buques, etc. El largo de onda en el cual se genera la máxima intensidad de la emisión está determinado por la ley de Wien, tal como se muestra en la ecuación 1: Ecuación 1.: largo de onda de la señal de mayor intensidad (μm). a : constante empírica de valor 2898 μmEK. T : temperatura del cuerpo en EK (EK = 273 + EC). b) Selectivos: Aquellos cuya energía es irradiada con un ancho de banda angosto y en determinadas frecuencias. J. Arbe D.

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Tecnología Satelital para Análisis del Territorio

 

SESIÓN V. SENSORES NO FOTOGRÁFICOS

EL VIDEO

Aunque más grueso en resolución espacial que fotografía tradicional o imagen digital, las cámaras del video proveen una manera útil de adquirir datos oportunos y baratos e imágenes sonoras. Las aplicaciones con estos requisitos incluyen manejo de desastres naturales, (fuego, inundaciones), estimación de enfermedades y cosechas, control ambiental, y vigilancia policíaca. Las cámaras usadas para grabación del video miden radiación en lo visible, porción del infrarrojo cercano, y algunas veces la porción del infrarrojo medio del espectro EM. Los datos de imagen se registran en casete, y pueden ser observados inmediatamente.

FLIR (Foward Looking Infrared) 1. Principios IR.

La luz, al igual que una onda de radio (RF), es una onda electromagnética compuesta por un campo eléctrico y uno magnético.

1 1 

Se diferencian debido a que en la primera, la energía es transportada por elementos llamados fotones y en la segunda onda de RF la cantidad de fotones es despreciable. Todos los cuerpos, cuya temperatura es superior a los 0 EK, actúan como fuentes de energía electromagnética en el espectro IR existiendo los siguientes tipos de irradiadores: a) Termales:

Aquellos cuerpos que irradian en todo el espectro en forma continua. Un ejemplo de estos es el sol, los metales calientes que forman parte de una turbina, las superficies aerodinámicamente calentadas, los motores de los vehículos, las personas, los buques, etc. El largo de onda en el cual se genera la máxima intensidad de la emisión está determinado por la ley de Wien, tal como se muestra en la ecuación 1: Ecuación 1.: largo de onda de la señal de mayor intensidad (μm). a : constante empírica de valor 2898 μmEK. T : temperatura del cuerpo en EK (EK = 273 + EC).

b) Selectivos:

Aquellos cuya energía es irradiada con un ancho de banda angosto y en determinadas frecuencias.

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Por ejemplo, los gases de descarga provenientes de una turbina o desde el motor de un misil. Aún cuando no existe una definición universal para referirse a esta determinada región del espectro electromagnético, se puede decir que existen básicamente cuatro bandas IR, las cuales se indican a continuación. Las denominadas MWIR y LWIR son las de mayor uso en el ambiente militar. 1. Near infrared (NIR):

Cuenta con largos de onda comprendidos entre los 0,76 y 3 μm. Se ve afectada por la radiación solar y es capaz de captar la emisión de estructuras calientes tales como motores y turbinas.

2. Middle infrared (MWIR):

Cuenta con largos de onda comprendidos entre los 3 y 5 μm y se ve afectada por la radiación solar. En esta banda es posible detectar la radiación humana y la emisión de estructuras calientes tales como motores y turbinas. Es la banda con la cual se obtienen mejores resultados en aplicaciones navales. 2 2 

3. Far infrared o Long wave IR (LWIR):

Su largo de onda se encuentra comprendido entre los 8 y 12 μm. No se ve afectada por la radiación solar, se utiliza para detectar la radiación humana y en el plano militar, las instalaciones y transportes terrestres debido a que normalmente poseen temperaturas inferiores a los 100 EC.

4. Extreme Infrared (XIR):

Su largo de onda se encuentra comprendido entre los 15 y 1000 μm. No tiene un buen funcionamiento en la atmósfera debido a que se encuentra en el 4 límite con el espectro electromagnético de RF.

Cabe decir que a diferencia de las ondas de radio, el espectro infrarrojo se caracteriza utilizando el largo de onda debido a que las frecuencias son muy altas, siendo la unidad de medida el "micrón" (1 μm =10–6 metros).

3. Propagación Atmosférica.

A medida que una señal IR se propaga a través de la atmósfera terrestre, sufre los efectos de la atenuación generada por mecanismos tales como la absorción y a la dispersión. La absorción se produce debido a la menor temperatura, con respecto a la fuente, que poseen los elementos que forman el "aire" tales como el vapor de agua, el

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dióxido de carbono y el oxígeno; actuando como conversores selectivos de energía IR en calor para frecuencias características de cada elemento. La dispersión atmosférica más bien produce una redistribución de la señal IR que una pérdida, siendo producto de la existencia de partículas de sal, de pequeñas gotas de agua y de partículas que se encuentran en el aire. Este fenómeno es el responsable de la pérdida de contraste entre un blanco y el fondo, y de la detección de una señal fuera del lóbulo principal.

4. Propagación en el mar.

Este medio produce una gran atenuación en todo el espectro electromagnético, generando lo que se podrían denominar como dos "ventanas": una para las ondas de radio de baja frecuencia y otra mejor aún para la luz en el espectro visible, llamada ventana verde azul. Debido a lo anterior, el uso naval del espectro IR favorece las aplicaciones sobre la superficie del mar.

5. Detectores Infrarrojos.

Un detector IR es un elemento capaz de captar la energía electromagnética con largos de onda comprendidos entre 1 y 15 μm, convirtiéndola posteriormente en señal eléctrica de fácil utilización. 3 3 Existen básicamente dos tipos de detectores infrarrojos: termales y cuánticos. a) Detectores Termales:

Son elementos que ante la presencia de fotones -elementos más pequeños que forman la luz- responden con un aumento en la energía calórica. Los mecanismos termales de detección son el bolómetro, el piroeléctrico, la celda de Golay, la termocupla y el superconductor. En este tipo de detectores la disminución de la temperatura produce una mejoría sólo en un factor de %2, debido a que aún cuando es posible anular el efecto del ruido interno, no es posible hacer lo mismo con el ruido producido por los fotones recibidos desde el entorno.

b) Detectores cuánticos:

Son también llamados detectores semiconductores. Ante la presencia de fotones reaccionan aumentando el nivel de energía de los electrones que se encuentran en la banda de valencia, permitiendo que estos últimos pasen a la banda de conducción. Para optimizar su funcionamiento, los detectores cuánticos requieren de enfriamiento y son utilizados cuando el tiempo de respuesta es importante. Existen dos tipos de semiconductores utilizados, tal como se indica a continuación: b.1.) Semiconductor intrínseco:

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Se basa en las propiedades del material puro.

b.2.) Semiconductor extrínseco:

Se basa en los cambios de las propiedades químicas debido al uso deliberado de impurezas, alterando la respuesta del semiconductor, con el objeto que responda ante cantidades inferiores de energía, haciéndolo más sensible a señales con mayores largos de onda. El funcionamiento de los detectores está basado en la energía entregada por los fotones, la cual está determinada por las relaciones que se indican en las ecuaciones 2 y 3. En este sentido cabe decir que la energía total irradiada por un blanco depende de su temperatura, de un factor de emisividad y del ángulo desde el cual sea recibida su radiación. # Energía de un fotón (Joules): Ecuación 2 # Energía de un fotón (Electro-Volts):

4 Ecuación 3 donde: 4 h es la constante de Planck = 6,6 x 10-34 Js. c es la velocidad de la luz = 3 x 108 (m/s). es el largo de onda de la luz en μm (señal IR). v es la frecuencia de la luz (Hz). e = 1,6 x 10-19 coulombs por electrón. Por lo que al realizar los reemplazos se concluye que por ejemplo la energía de un fotón de 5,5 [μm] es de 0,22 [eV] y la de uno de 12,4 [μm], de 0,10 [eV], por lo que la energía aportada por los fotones depende de la frecuencia o largo de onda de la luz detectada. Tras observar los valores anteriores surge la siguiente pregunta ¿Para qué enfriar a 77 EK (-196 EC) un detector? La respuesta se encuentra en el hecho que los fotones generan portadores, pero la temperatura que posee el material hace que este último también los genere y los portadores producto de la temperatura del material puede esconder a los fotoelectrones debido ya sea al ruido o a la saturación. La relación entre el número de portadores (n) y la temperatura está determinada por la relación que se indica en la Ecuación 4: Ecuación 4 donde: n es el número de portadores. E el nivel de energía del electrón (J). T la temperatura (EK).

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k la constante de Boltzmann (W). En la Ecuación 4 es posible apreciar que la relación entre la densidad de portadores libres en el semiconductor aumenta exponencialmente con el aumento de la temperatura. Por lo que se concluye que al utilizar detectores cuánticos se mejora substancialmente el resultado al disminuir la temperatura del detector.

6. Elementos que forman un sistema FLIR.

Una de las aplicaciones más comunes que hace uso de los detectores IR son los FLIR ("forward looking infrared"), sistemas capaces de generar una imagen a partir de la radiación IR que todos los cuerpos emiten, similar a la obtenida por una cámara de video comercial. Los FLIR están compuestos por una serie de partes entre las cuales destacan las siguientes: a) Sistema generador de imágenes: Encargado de formar la imagen y que será descrito en detalle a continuación. b) Detector IR: El cual ya fue analizado y es el elemento encargado de convertir la energía IR en una señal de video. 5 5  c) Sistema de enfriamiento: Como su nombre lo indica, es el sistema encargado de enfriar el detector, en algunos casos a temperaturas cercanas a los –200 EC, con el objeto de mejorar su rendimiento. d) Scaner mecánico: Utilizado en los FLIR cuyos sistemas de formación de imagen lo requiere, permite al detector recorrer todo el plano focal. e) Unidades de control y amplificación: Corresponde a los sistemas electrónicos encargados de controlar el scaner y de amplificar las señales obtenidas por el detector. La utilización de los FLIR no está sólo limitada al ámbito militar, sino que se extiende al policial e industrial. Estos permiten ver con facilidad en horas de oscuridad y son de gran ayuda al momento de llevar a cabo el control del proceso de fabricación o en la detección de fallas, ya sea en tarjetas de componentes integrados o en motores, puesto que normalmente van asociadas a una variación en la distribución normal de la temperatura.

7. Sistema generador de imágenes.

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Existen diferentes maneras utilizadas por los sistemas FLIR para formar imágenes: primero surgieron los sistemas de escaneo paralelo, luego los de escaneo serial y finalmente los llamados FPA ("focal plane array"). Una larga y delgada parte de una imagen puede ser detectada situando una línea vertical de detectores en el plano focal de un lente transmisor IR. Si los detectores se sitúan dejando un espacio entre ellos, la imagen se verá de la misma manera (entrecortada verticalmente). Por lo tanto, para obtener la imagen completa en dos dimensiones se hace necesario escanear el plano focal en el eje horizontal y vertical a una velocidad suficientemente rápida (> 20 Hz). Este es el mecanismo de funcionamiento del FLIR de escaneo paralelo, en el cual un mayor número de detectores permite obtener un mejor VFOV ("vertical field of view"). Existe también un FLIR de escaneo serial en el cual se utiliza una línea de pocos detectores, esta vez dispuestos en forma horizontal, cada uno de los cuales recorre completamente el campo. Para formar la imagen, este vector de detectores escanea en forma horizontal y vertical el plano focal. En este sistema la imagen es obtenida sumando la señal de cada detector a través de una línea de retardo (TDI), de manera que la señal que se obtiene para cada punto, es la suma de la obtenida por cada detector.

6  6 Cada detector ve y por lo tanto forma lo que se llama un pixel ("picture element"), de modo que el tamaño del detector es el que determina la resolución del sistema (a menor tamaño, mejor resolución).

Ventajas escaneo paralelo Ventajas escaneo serial

Mayor sensibilidad. Mayor uniformidad. Mayor simplicidad en el mecanismo Señal de video de intensidad de escaneo. uniforme. Mayor confiabilidad. Más compacto. Cabe decir que en su momento, el escaneo paralelo fue preferido por el DoD (Departamento de Defensa de los Estados Unidos de Armérica) debido básicamente a la mejor sensibilidad y mayor confiabilidad que presentaba respecto al escaneo serial. Los FPA están formados por un conjunto de detectores dispuestos en forma de una matriz, diseñada para obtener la mejor resolución utilizando un gran número de detectores. Es posible diferenciar tres generaciones: a) Una primera generación en la cual el FPA está formado por una línea de

detectores con un "cable" por cada detector, la cual se escanea para cubrir el plano focal.

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b) Una segunda generación en la cual el FPA está formado por una matriz de detectores con unos pocos cables, cuyo número no depende del número de detectores, y en la que el mayor número de líneas es aprovechado, al igual que en el escaneo serial, realizando una integración con desface en el tiempo TDI ("time delay integration") para mejorar la calidad de la imagen.

c) Otro FPA de segunda generación llamado Staring en la que la matriz cubre

completamente el plano focal, por lo que no requiere ser escaneada. En ésta el número de cables son pocos y no depende del número de detectores. Los mecanismos utilizados para extraer los electrones de los detectores, haciéndolos independiente del número de cables, son los que se indican a continuación: 1. CCD "charge coupled device" sistema en el cual los detectores van

montados sobre un material conductor a través del cual se "hacen correr" los electrones debido a las diferencias de fase de una señal de alimentación.

2. TED sistema desarrollado por los ingleses y denominado así en honor al que

fuera su creador, también se conoce como "SPRITE" ("signal processing in the element") y consiste en un solo detector largo, que reemplaza una línea o arreglo de detectores, en el cual se realiza la TDI.

7  7 3. CIR "charge injection readout" sistema a través del cual se inyecta un voltaje

en la posición (x,y) desde la cual se desea extraer señal, permitiendo el realizar un escaneo de un FPA en la posición deseada sin tener que barrer toda la superficie.

LIDAR

(LASER IMAGING DETECTION AND RANGING Ó

LIGHT DETECTION AND RANKING)

1. Introducción

La definición de modelos hidráulicos de cuencas hidrográficas obliga a disponer de Modelos Digitales del Terreno (DTM) de alta precisión, ya que sólo así se podría realizar análisis con cierto grado de fiabilidad. Estos Modelos Digitales del Terreno pueden ser obtenidos mediante diferentes técnicas, aunque hoy en día se impone cada vez con más fuerza el uso de Modelos Digitales del Terreno obtenidos a partir de la técnica LIDAR (Laser aerotransportado), ya que ofrece una serie de ventajas significativas respecto a las técnicas utilizadas tradicionalmente, destacando la precisión, fiabilidad, rentabilidad y el rapidez, asi como la posibilidad de obtener, al mismo tiempo, un Modelo Digital de Elevaciones (DSM).

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2. Descripción del sistema LIDAR:

LIDAR: Acrónimo de “Light Detection and Ranging”. Su traducción literal sería “detección y medición de la luz”, y se trata de un sistema láser de medición a distancia que se utiliza a menudo en los campos de ciencia e industria para la toma de medidas precisas en objetos lejanos e inaccesibles. Recientemente esta técnica se está introduciendo en el campo de la cartografía puesto que permite la modelización rápida del terreno en zonas con accesos difíciles. Este sistema es el equivalente óptico del sistema radar de microondas por lo que a menudo se le llama “radar láser” en la literatura anglosajona.

8 8 

El sistema LIDAR es un sistema complejo, compuesto por un emisor/receptor y un escáner láser muy potente, un receptor GPS que proporciona la posición y la altura del avión en cada momento, y un sistema inercial (IMU) que informa de los giros del avión y de su trayectoria. El elemento principal de un sistema LIDAR es el escáner láser, que va aerotransportado y emite pulsos de luz infrarroja que servirán para determinar la distancia entre el sensor y los puntos del terreno. La longitud de onda de estos pulsos varía entre 500 y 1500 nm, y su energía oscila entre los 3 5 10 10 ? y J. A partir del tiempo que ha tardado cada rayo en ir y venir y de la velocidad de la luz, se deduce con facilidad la distancia a la que está el objeto estudiado. La toma de datos puede hacerse desde un avión o desde un helicóptero, dependiendo del tipo de trabajo. En el primer caso se prima la productividad, se vuela más alto y se abarca una zona mayor, mientras que si se vuela la zona con un helicóptero, se puede volar más lento, a menos altura, y se obtiene mayor densidad de puntos. La altura máxima a la que puede volar un avión/helicóptero con un sistema LIDAR debería estar condicionada por la frecuencia de emisión del sistema láser, aunque en la práctica este intervalo de tiempo es suficientemente pequeño como para no ser el elemento determinante. El parámetro que establecerá el límite en la distancia será la pérdida de energía de la señal, que a partir de una cierta altura de vuelo no retornará

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al escáner láser. Durante el vuelo, se toman medidas en los tres subsistemas de los que dispone el LIDAR: GPS, IMU y ALS (Airborne Láser Scanning) de forma independiente pero con una etiqueta de tiempos acorde con el tiempo GPS. Estas etiquetas serán las que permitan sincronizar todas las medidas en postproceso.

9  9 

Esquema de los sistemas de referencia de los tres subsistemas: GPS, IMU, ALS.

Además de las medidas realizadas con el láser, es necesario conocer las coordenadas de la antena GPS y la posición del ALS respecto a esta antena para poder dotar de coordenadas WGS84 a los puntos del terreno.

Las coordenadas de la antena en cada instante se conocerán después de hacer el post proceso en la oficina y la distancia entre ambos sistemas se habrá medido previamente con una estación total o con un distanciómetro de precisión. Finalmente, la orientación entre la antena GPS y el centro del ALS vendrá dada por los sistemas inerciales.

Después del vuelo los datos GPS y los datos IMU se integran mediante un filtro Kalmann para determinar la trayectoria del vuelo y los giros en cada instante. Estos elementos más el ángulo de salida que ha formado el pulso láser con respecto a la vertical, se combinan para determinar la línea imaginaria que ha descrito el pulso láser en el espacio.

Finalmente la longitud del camino descrito por el rayo, los giros definidos por los sistemas inerciales, y la posición del escáner láser obtenida a partir de las medidas GPS, se utilizarán para determinar las coordenadas WGS84 de los puntos medidos.

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Una vez se ha llegado a este punto se tienen que realizar dos conversiones más, del sistema WGS84 al Datum nacional, y el paso de alturas elipsódicas a cotas ortométricas.

Para asegurar una correcta transformación entre sistemas de coordenadas, se calibrarán los diferentes subsistemas de forma individual y conjunta, tanto en el laboratorio como en el terreno antes del vuelo. Para el escáner deberán calibrarse tanto los elementos geométricos como radiométricos del láser y muy especialmente la posición relativa respecto al sistema inercial.

Hay que destacar que un sistema LIDAR, puede discriminar entre múltiples respuestas recibidas de un mismo pulso (hasta 5) permitiendo determinar las superficies intermedias, como líneas de tensión o coberturas vegetales. En la actualidad, hay escáneres de varios tipos: los que reconocen hasta 7 ecos, los que solo reconocen el primer pulso, los que solo reconocen el último, los que reconocen el primero y el último, etc. Dependerá el tipo de trabajo que desee realizarse para trabajar con un escáner u otro.

Gracias a la recepción de los múltiples ecos y a la aplicación de filtros adecuados, se podrá analizar la información recibida, discriminando entre los diferentes pulsos e identificando el tipo de superficie objeto de la medición. 10 10 

A partir de la gran cantidad de pulsos recibidos (se emiten unos 80000 pulsos por segundo y se recibe el 95 % de los pulsos emitidos más sus ecos), se genera un modelo digital de elevaciones de altísima densidad. Como mínimo un DTM LIDAR es tres veces más denso que un DTM fotogramétrico. Se obtendrá una nube de puntos superabundante que permitirá modelar el terreno con el máximo detalle. Esta nube de puntos tendrá un ratio de “puntos medidos / espacio” mayor que con cualquier otra técnica existente.

3. Precisiones

Generalmente se habla de unas precisiones de 15 cm en altimetría y de 50-100 cm en planimetría, pero existen una serie de notas que hay que tener en cuenta cuando se habla de precisiones de un sistema lidar:

- Las especificaciones de las casas comerciales, se deducen de muestras estadísticas y se toman para valores de fiabilidad del 68 % (1?). No suele hablarse de valores de precisión para niveles de confianza del 90 % (1.6?) ó 95 % (2?), que es lo deseado en un proyecto real.

- Es común encontrarse las precisiones calculadas como media entre los valores obtenidos a partir del máximo y mínimo ángulo de escaneo, mientras que la precisión disminuye a medida que aumenta el ángulo de escaneo.

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- La precisión se obtiene a partir del sistema de referencia del GPS, y no se toman en cuenta los errores derivados del modelado del geoide.

- Los análisis de la precisión se obtienen de la comparación de las medidas de campo con los puntos de control, sin analizar cómo se han obtenido las coordenadas de éstos.

- Finalmente, decir que las precisiones de las que se habla en la mayoría de los casos son las altimétricas, mientras que no hay detalles de la planimetría.

Por todo esto, antes de trabajar con cualquier equipo, se recomienda un análisis detallado de las condiciones bajo las cuales se garantizan las precisiones que se nos ofrecen.

4. Producto Obtenido. DTM / DSM.

Una de las ventajas principales del LIDAR es que permite la obtención tanto de modelos digitales del terreno (MDT) como de modelos de elevaciones(MDE), y por lo tanto, que permitirá la cartografía de múltiples elementos que no era posible capturarlos de forma remota hasta el momento.

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Alzado de un levantamiento de una línea de alta tensión

La forma de obtener los diferentes modelos digitales es gracias a los múltiples ecos recibidos y analizados que dan información sobre las diferentes superficies que el rayo laser va encontrando a su paso. En la mayoría de los casos, los últimos pulsos definirán la superficie terrestre, mientras que los primeros corresponderán a elementos situados sobre dicha superficie.

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La misma imagen formada a partir de los primeros y los últimos ecos recibidos de cada señal

5. Aplicaciones del sistema LIDAR

Nos encontramos frente a un sistema de innumerables aplicaciones, gracias a la rapidez con la que pueden obtenerse los resultados y a la no-dependencia del trabajo de campo. Entre otras, citaremos aquí aplicaciones cuyo método más adecuado parece ser el sistema lidar:

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- Generación de MDE:

Se reduce el trabajo de campo de forma considerable, lo que conlleva una reducción de costes y de tiempos. Puesto que es un sistema remoto permite la generación de modelos digitales de zonas de difícil acceso.

- Estudios forestales:

La recepción de múltiples ecos permite el modelado de diferentes tipos de vegetación.

- Modelos tridimensionales urbanos:

Los modelos digitales de superficies de las ciudades tienen diversas aplicaciones como son las telecomunicaciones (telefonía móvil), estudio de visibilidades, gestión urbanística, etc.

- Cartografía de riesgos:

Gracias a la rapidez y precisión en la obtención de los resultados, esta técnica se convierte en una herramienta imprescindible para la cartografía de riesgos y desastres naturales.

- Zonas costeras:

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Tanto para zonas de arenas que son de difícil abordamiento desde la fotogrametría digital como para las zonas especialmente abruptas, de acantilados, etc.

- Cartografía de elementos lineales:

Cartografía con gran rapidez, para el diseños de vías de comunicación, líneas eléctricas, conducciones de gas...

- Cartografía de zonas de difícil acceso:

Las zonas de difícil acceso terrestre suelen ser zonas de un elevado interés medioambiental, y en estos casos la aplicación de técnicas topográficas o fotogramétricas es compleja debido a que es necesario un trabajo de campo importante. En estas situaciones el sistema LIDAR aporta grandes ventajas.

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- En el caso de estudios atmosféricos:

Se analiza la cantidad de señal que se emite y la que vuelve, de manera que se estudia la que se ha perdido. Utilizando las leyes de los gases, relaciones hidrostáticas y demás, se calculan las diferentes propiedades atmosféricas: dispersión elástica, temperaturas...

- Modificaciones del terreno por desastres naturales:

Los desastres naturales de más impacto ambiental, provocan alteraciones importantes del territorio que influirán en la planificación de rescate de los

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afectados. La rapidez de obtención de modelos digitales mediante sistema LIDAR permite la incorporación de los modelos actualizados en la planificación del auxilio a las víctimas.

6. Aplicación práctica. Obtención de un DTM preciso para la realización de un modelo

Hidráulico de la cuenca del Río Ebro

La finalidad del trabajo ha sido la obtención de un DTM preciso para la realización de un modelo hidráulico para la urgente reparación de daños producidos por la avenida en la cuenca del Río Ebro los días 4 a 10 de febrero de 2.003. Puesto que lo que el cliente necesita es un Modelo Digital del Terreno preciso de la zona indicada se han planteado todas las opciones posibles para abordar dicho trabajo.

Las principales opciones para realizar un DTM son: topografía clásica, fotogrametría, y LIDAR. La primera técnica propuesta, topografía clásica, ha quedado descartada por la extensión de la zona a levantar (46900 ha). La decisión final ha sido entre la fotogrametría digital y el sistema LIDAR. Finalmente se ha optado por realizar el trabajo mediante LIDAR, por ser una técnica novedosa que garantiza rapidez de resultado y un coste más ajustado que la fotogrametría (gran ahorro en el trabajo de campo). El sistema LIDAR garantiza unas precisiones de 15 cm en altimetría, valores adecuados para el trabajo requerido.

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El trabajo se extiende por la zona inundable del río Ebro entre Miranda de Ebro y Zaragoza, con una superficie de 46900 ha, y una longitud aproximada de 270 km.

En la imagen superior se aprecia como en el tramo de Miranda de Ebro a Calahorra la superficie levantada a ambas márgenes del río es inferior que en el tramo Calahorra Zaragoza, donde la orografía del terreno es mucho más suave.

Se ha determinado que la altura de vuelo debería estar entorno a los 1200 m para conseguir un ancho de malla final de 2 m, y para ello se han empleado 13 días de

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vuelo efectivos, entre el 3 y el 11 de octubre.

Para poder georeferenciar el DTM, se han dispuesto de una serie de estaciones GPS en tierra, que han registrado observaciones satelitales al mismo tiempo que se efectuaba el vuelo. De esta forma, combinando las observaciones GPS de las estaciones base con las registradas por el receptor del avión, se obtiene la posición del emisor láser en cada momento. A partir de las estaciones REGENTE, vértices de la ROI y clavos NAP, se obtuvieron unos parámetros de transformación para la zona, para pasar del sistema de referencia global WGS84 (sistema de medición GPS) al sistema local ED50 (en el que debe estar el producto definitivo) y al sistema altimétrico local. El método utilizado ha sido el clásico de 7 parámetros.

Las coordenadas (X,Y y Z) de la nube de puntos que forma el terreno, están calculadas usando los datos de los procesamientos GPS, INS (Sistema Inercial de Navegación) y finalmente las medidas de distancias láser. Los puntos se clasifican, primeramente, en una malla de 0.5 m y con una resolución en altura de 0.01 m. Posteriormente se crea un malla de 2 m que es la que se entregará al cliente como producto.

El cálculo del DSM LE (modelo digital de la superficie, último eco) se realiza con los datos del último eco, que son los valores más bajos, de menor intensidad. De esta manera, el DSM calculado, contiene información de las alturas de los edificios, de la vegetación, del terreno y de otros rasgos.

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El ruido de los datos se elimina mediante un filtrado. El modelo puede mostrar manchas debido a la no reflexión de los rayos láser, dando como resultado áreas sin datos. Normalmente estas zonas son áreas de agua o superficies negras elevadas.

El DTM (modelo digital del terreno) se calcula a partir del DSM. Para obtener un modelo sin edificaciones ni vegetación es necesario filtrar los datos de forma que se deje el terreno libre de objetos no deseados, resultando del filtrado una superficie nítida..Los agujeros que aparecen del DTM filtrado, son eliminadas por interpolación. Este modelo recibe el nombre de FMDT (Modelo digital del terreno "lleno"). Habitualmente, el resultado es un archivo ASCII que contiene la posición de los puntos de la malla con su altura asociada.

RADAR

Introducción

El Radar es un sistema electrónico que permite detectar objetos y determinar la distancia a que se encuentran proyectando sobre ellos ondas de radio que son reflejadas por el objeto y que al ser recibidas de nuevo por la antena del radar permiten calcular la

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distancia a la que se encuentra el objeto, en función del tiempo que tardó en ir y volver la señal de radio.

De todos es conocida la utilización del radar en el control del tráfico aéreo y en el control policial de la velocidad en el tráfico rodado. Además, estos están siendo utilizados en sistemas especiales que permiten formar, mediante un elaborado procesado de la señal radar, imágenes de la superficie planetaria con resoluciones del orden de algunos metros.

Las aplicaciones potenciales de estos sistemas son innumerables: cartografía de zonas de alta nubosidad (inaccesibles mediante sensores ópticos), obtención de modelos topográficos a escala mundial de alta precisión, exploración de otros planetas o satélites con atmósfera, determinación de recursos hídricos, vegetación, clasificación de cultivos, etc.

El trabajo presentado a continuación presenta una visión detallada de lo que es "Un Sistema de Radar", el principio de funcionamiento de estos, los tipos existentes, entre otros tópicos que nos permitirán adentrarnos en tan importante campo de investigación.

Sistemas de Radar

La palabra radar corresponde a las iniciales de "radio detection and ranging", y fue utilizado por las fuerzas aliadas durante la IIª Guerra Mundial para designar diversos equipos de detección y para fijar posiciones. No sólo indicaban la presencia y distancia de un objeto remoto, denominado objetivo, sino que fijaban su posición en el espacio, su tamaño y su forma, así como su velocidad y la dirección de desplazamiento.

Aunque en sus orígenes fue un instrumento bélico, hoy se utiliza ampliamente para fines pacíficos, como la navegación, el control del tráfico aéreo, la detección de fenómenos meteorológicos y el seguimiento de aeronaves.

Es conocida la utilización del radar en el control del tráfico aéreo y el temido control policial de la velocidad en el tráfico rodado. Pero ¿cuándo se inventó el radar, cómo ha evolucionado hasta nuestros días y qué otras aplicaciones tiene?

Aunque no puede hablarse de una fecha precisa, los orígenes del Radar se sitúan a mediados de la década de los 30 . Estamos pues ante una disciplina con casi 60 años de vida, aunque existen algunos precursores anteriores. El propio Hertz en sus experimentos (1888) ya constató la perturbación que objetos de diversa naturaleza causaban en las ondas de radio.

En 1904, el alemán C. Hülsmayer patentó un sistema destinado a la detección radioeléctrica de barcos. No obstante, en aquella época el interés político e industrial en estos sistemas es escaso y no se va más allá de algunas experiencias aisladas.

La tensión internacional existente en los albores de la segunda guerra mundial, hizo que las administraciones de todos los países con tecnología propia en radio impulsaran el

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desarrollo de los primeros radares. Estos sistemas radiaban señales de onda continua o pulsadas en HF, VHF, UHF siendo capaces algunos de ellos de detectar y situar aviones a distancias del orden del centenar de kilómetros.

A principios de los 40, dos investigadores ingleses de la Univ. de Birmingham inventan el magnetrón de cavidad, capaz de generar potencias de kilowatios a frecuencias de microondas.

La posibilidad de lograr directividades elevadas con antenas pequeñas impulsó fuertemente el desarrollo tecnológico en esta banda hasta el punto de que gran parte de los dispositivos pasivos de potencia de microondas tal como los conocemos en nuestros días se desarrollaron en esta década. El entonces código secreto de denominación de las bandas de microondas: L (1-2 GHz), S (2-4 GHz),C (4-8 GHz),X (8-12.5 GHz),etc. se ha consolidado como el Estandard actual.

En esta época el radar fue aplicado fundamentalmente a intereses militares: vigilancia y localización aérea y marítima, control de tiro, etc., siendo aplicado también como ayuda a la navegación al creciente tráfico aéreo civil.

En los años 50 se profundizó en las bases teóricas del radar, consiguiéndose determinar los límites alcanzables en la detectabilidad, determinación de posición, velocidad, etc. Algunos conceptos fundamentales como el filtro adaptado, compresión de pulsos, teoría de la detección, etc. se desarrollan por radaristas de esta época, aplicándose posteriormente a los sistemas de telecomunicación.

La disponibilidad de los klystron, válvulas de potencia capaces de amplificar linealmente en el margen de microondas permitió la utilización de señales elaboradas de larga duración y gran energía, obteniéndose resoluciones de distancia comparables a impulsos mucho más cortos.

En esta década empiezan a consolidarse algunas aplicaciones civiles del radar como ayuda a la navegación aérea y marítima, radares meteorológicos proporcionando información en tiempo real sobre precipitaciones, vientos, etc. y los radares de apertura sintética (SAR) ideados para formar imágenes de alta resolución de la superficie terrestre.

A partir de los años sesenta hasta la actualidad, el radar ha impulsado y se ha beneficiado del gran progreso tecnológico en materia de estado sólido, circuitos y procesadores digitales, amplificadores de potencia y bajo ruido, agrupaciones de antenas de fase controlada, etc.

Estos avances han permitido construir sistemas altamente complejos como los radares tridimensionales capaces de situar y seguir centenares de blancos en distancia, acimut y elevación, o los radares transhorizonte que al trabajar en HF poseen alcances del orden de 2000 km. También se han desarrollado nuevos sistemas concebidos para el sondeo

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geológico subterráneo o radares laser (lidares) para la medida de aerosoles y contaminantes en la atmósfera.

Indudablemente los intereses de defensa han seguido iniciando y financiando el desarrollo del radar, los avances e innovaciones se han transferido en pocos años a los ámbitos civil y comercial del radar y las telecomunicaciones. Sin embargo, esta situación ha empezado a cambiar recientemente al dedicarse un creciente esfuerzo científico y dotación de recursos directamente a programas de observación de la Tierra con técnicas de teledetección.

La monitorización de parámetros geofísicos en un momento de creciente preocupación por la estabilidad climática y biológica de nuestro planeta, está impulsando el desarrollo de nuevos sensores radar aerotransportados o embarcados en satélites.

Aunque los sensores tradicionales utilizados en teledetección son ópticos (Meteosat, Landsat, Spot, etc.), puede afirmarse que el radar se ha convertido en el centro de atención: en los últimos dos años más de la mitad de los trabajos publicados en una de las revistas de teledetección más prestigiosas se centran en el estudio de las aplicaciones del radar.

¿Qué Información puede Ofrecer el Radar sobre Nuestro Entorno?

Al margen de algunas aplicaciones ya consolidadas como la meteorología radar, sondeo ionosférico y del subsuelo, etc., los trabajos de I+D actuales se centran en tres tipos de sensores embarcados en satélite: altímetros, radares de apertura sintética (SAR) y dispersómetros .

Los Altímetros permiten determinar con una precisión del orden del centímetro la superficie promedio de mares y océanos (geoide), de la que puede obtenerse por ejemplo la topografía submarina a escala mundial.

Los Radares de Apertura Sintética permiten formar, mediante un elaborado procesado de la señal radar, imágenes de la superficie planetaria con resoluciones del orden de algunos metros. Las aplicaciones potenciales de estos sistemas son innumerables: cartografía de zonas de alta nubosidad (inaccesibles mediante sensores ópticos), obtención de modelos topográficos a escala mundial de alta precisión, exploración de otros planetas o satélites con atmósfera, determinación de recusos hídricos, vegetación, clasificación de cultivos, etc.

Los Dispersómetros permiten obtener información sobre la naturaleza de las superficies observadas o del viento sobre el mar a partir de la medida precisa de la reflectividad radar.

En 1978 la NASA lanzó el Seasat, un satélite destinado fundamentalmente a la observación del mar dotado de los tres sensores radar citados. La vida del satélite quedó reducida a tres meses debido a una avería en su sistema energético, sin embargo el

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enorme volumen de datos suministrado (aún hoy en dia no ha concluido su análisis) permitió evaluar las aplicaciones previstas e idear otras nuevas.

En estos últimos años todas las administraciones espaciales están dedicando inversiones considerables al desarrollo de sensores radar:los EEUU han utilizado su lanzadera para realizar varias campañas de medidas SAR: SIR A, SIR B y la próxima SIR C. La misión SAR del Magallanes (Magellan) a Venus ha cartografiado con éxito la totalidad del planeta. En paralelo están desarrollando una gran plataforma espacial (El Earth Observation Sytem) dotada de sensores de variada naturaleza entre ellos el radar.

La Agencia Espacial Europea (ESA) está explotando desde 1991 el Satélite ERS-1 dotado como el Seasat de los tres tipos de sensores, y se dispone a lanzar próximamente una versión mejorada: el ERS-2, a la vez que ya está diseñando nuevos sistemas de concepción más avanzada.

Japón puso en órbita en JERS-1 en 1992 un satélite SAR dedicado fundamentalmente a aplicaciones geológicas. Hacia finales de 1994 Canadá pondrá en órbita su satélite RADARSAT con un SAR especializado en monitorización de hielos y zonas forestales.

Rusia posee también dos satélites SAR Almaz I y II, y curiosamente está comercializando los datos obtenidos a través de una agencia en EEUU.

¿Qué vamos hacer con todos estos datos y como van a afectar la vida del ciudadano de a pie?

En primer lugar la explotación comercial de estos sistemas aún en fase de investigación es aún limitada. Se espera una utilización progresiva de estas técnicas en los próximos años por parte de las administraciones medioambientales, de planificación de recursos, territorio, etc. que a su vez tomarán decisiones políticas que nos afectarán a todos.

En el ámbito de la ciencia y la ingeniería el desarrollo de estas técnicas se traduce en oportunidades de trabajo en la industria de alta tecnología y espacial y también en el sector de servicios añadidos derivados de los datos.

Procesamiento de Imágenes de Radar

El término Radar ("Radio Detection And Ranging") ha sido utilizado de forma genérica para clasificar los sistemas que operan en la región de frecuencias del microondas. Estos sistemas fueron utilizados inicialmente con fines militares durante la Segunda Guerra Mundial y posteriormente con fines civiles a partir de la década del 70.

La creciente utilización del uso de imágenes de la región de microondas se debe a las características propias del sistema de captación de estas imágenes, ya que la región espectral de operación permite una alta transmisión de las ondas electromagnéticas en la atmósfera independiente de la iluminación solar, e inclusive durante precipitaciones o condiciones de nubosidad, pudiendo generar imágenes bajo las condiciones más adversas.

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La transmisión de las ondas electromagnéticas por un medio es directamente proporcional a la longitud de onda, de esta forma cuanto menor es la frecuencia del radar mayor será su penetración. Esta facilidad permite la obtención de imágenes donde los sistemas que operan en la región del visible y del infrarrojo se muestran ineficientes, principalmente en situaciones de extensa cobertura de nubes como es la región amazónica.

La figura a seguir presenta la curva del porcentual de transmisión de las ondas por longitud de onda, que abarca la región del visible, infrarrojo y microondas.

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La extensión de la penetración depende de la humedad, de la densidad de la vegetación, bien como de la longitud de onda. De esta manera, longitudes de onda menores interactúan con los estratos superficiales de la vegetación y las longitudes de onda más largas con los estratos inferiores de la vegetación, pudiendo en algunos casos hasta interactuar con el suelo o inclusive con el subsuelo.

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Penetración de las señales de Radar en vegetación. Fuente: Ulaby et al (1981a) 21 21 

Mientras que en la porción del espectro óptico la interacción ocurre a nivel de resonancia molecular en la superficie de contacto, en microondas la respuesta está condicionada por la geometría y la profundidad de las grandezas dieléctricas de la superficie.

La combinación de imágenes de microondas y del espectro óptico permite comprender mejor los diferentes albos ya que se pueden inferir las diferentes propiedades de los mismos.

Los sistemas de radar pueden ser agrupados en imageadores (o generadores de imágenes) y los no imageadores (Ulaby et al., 1981a). Los imageadores comprenden los sistemas de antena rotatoria, los radares de vista lateral de abertura real (SLAR) y los radares de vista lateral de abertura sintética (SAR). Entre los no imageadores se destacan los escaterómetros, los espectrómetros y los altímetros.

Sistemas y Aplicaciones

Los SLAR-RAR (Radares de Vista Lateral de Abertura Real) fueron los primeros sistemas imageadores por microondas, los cuales fueron utilizados durante la II Guerra Mundial como auxiliares a bombardeos nocturnos.

El SLAR posee una antena que ilumina lateralmente los albos con un haz que es amplio verticalmente y estrecho horizontalmente. El barrido para la obtención de la imagen es

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producido por el propio movimiento de la aeronave durante el paso sobre el área a ser recubierta. Este radar presenta el inconveniente de que su resolución azimutal es directamente proporcional a la distancia entre la antena y el albo imageado, e inversamente proporcional a la longitud de onda de la antena utilizada para el imageamiento. De esta forma, para obtener una mejor resolución azimutal es preciso disminuir la distancia entre el radar y el albo o aumentar la longitud de la antena.

Con el desarrollo del Radar de Abertura Sintética (SAR) en la década del 50, fue solucionado el problema descrito antes, ya que la resolución azimutal de este nuevo sistema no depende de la distancia entre el radar y el albo. La utilización para uso civil de estos radares, se inició en la década del 70, cuando fueron realizados algunos programas utilizando imágenes de radar a bordo de aeronaves.

La utilización de radar a nivel orbital se inició con el lanzamiento del SEASAT en 1978 y con base en sus datos, la NASA comenzó el Programa SIR ("Shuttle Imaging Radar"), que consistió en una serie de vuelos de corta duración.

Dentro de este programa fueron lanzados el SIR-A, el SIR-B en 1981 y 1984 respectivamente y el SIR-C en 1994. Las misiones con una duración mayor, se iniciaron con el lanzamiento del ALMAZ-1 en 1981, ALMAZ-2 en 1991, ERS-1 en 1991 y JERS-1 en 1992, ERS-2 en 1995 y el RADARSAT en 1995.

Principales Aplicaciones de Sistemas de Radar

Geología

Análisis de estructuras geológicas (fracturas, fallas, pliegues y foliaciones); litotipos, geomorfología (relieve y suelos) e hidrografía para investigación de recursos minerales; evaluación del potencial de los recursos hídricos superficiales y subterráneos; identificación de áreas para prospección mineral.

Agricultura

Planeamiento y monitoreo agrícola; Identificación, mapeo y fiscalización de cultivos agrícolas; Determinación relativa de la humedad de los suelos; eficiencia de sistemas de irrigación.

Cartografía

Levantamiento planimétrico (escalas 1:20.000 a 1:50.000); Levantamiento altimétrico (interferometría).

Bosques

Gerencia y planeamiento de bosques; Determinación de grandes clases de bosques; Identificación de la acción de determinadas enfermedades; Elaboración de cartografía

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referente a deforestación; Identificación de áreas de corte selectivo; Estimativa de biomasa.

Hielo y nieve.

Mapeo/clasificación de hielo; Monitoreo del deshielo-inundaciones.

Hidrología

Gerencia y planeamiento de los recursos hídricos; Detección de la humedad del suelo; Interpretación de parámetros hidrológicos: transmisividad, dirección de flujo, permeabilidad, entre otros.

Medio Ambiente

Planeamiento y monitoreo ambiental; Identificación, evaluación y monitoreo de recursos hídricos y de los procesos físicos del medio ambiente (intemperismo, erosión, deslizamientos, entre otros); Identificación y análisis de la degradación causadas por mineralizaciones, deposición de residuos, acción antrópica, entre otros; Identificación, análisis y monitoreo de riesgos ambientales.

Oceanografía

Monitoreo del estado del mar, corrientes, frentes de viento; Espectro de ondas para modelos numéricos de previsión; Mapeo de la topografía submarina (condiciones específicas); Polución marina causada por derrames de petróleo;

Detección de barcos - pesca ilegal; Apoyo para el establecimiento de rutas marítimas.

Uso de la Tierra

Planeamiento del uso de la tierra; Clasificación de suelos; Clasificación del uso de la tierra; Inventario, monitoreo (detección de cambios), planeamiento; Patrones de irrigación/déficit hídrico; Salinización de suelos.

Radares Meteorológicos Doppler

Los radares meteorológicos son los únicos equipos capaces de seguir y predecir el comportamiento de eventos meteorológicos significativos como fuertes tormentas, tornados, granizadas, lluvias, etc .

Estos eventos se caracterizan por afectar áreas pequeñas pero con importantes daños y se desarrollan y evolucionan muy rápidamente por lo que debe contarse, para alertar sobre los mismos, con instrumentos de medición en tiempo real dentro de áreas relativamente pequeñas.

En los últimos 10 años el costo de un radar doppler se ha reducido en mas de 5 veces por lo que en la actualidad, es posible, incluso para empresas privadas, la instalación y

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operación de un radar doppler para prevenir inconvenientes de origen meteorológico en sus actividades. Empresas de pesca, petroleras, centros de deportes invernales, entre otras, pueden reducir drásticamente los inconvenientes en sus actividades con la utilización de un radar doppler, evitando perdidas, daños al medio ambiente y riesgos a la vida humana.

IMÁGENES RADARICAS

El radar se usa comúnmente en sistemas de control del tráfico aéreo, que guían a los aviones cualesquiera que sean las condiciones meteorológicas. La mayoría de los barcos que navegan por los mares llevan radar a bordo. Todos estos radares se usan para medir distancias y ángulos relativos para conocer la situación. Pueden detectar, aunque no reconocer, objetos concretos. Para producir una imagen de radar se necesita un tipo especial de sistema.

Estos sistemas se instalan en aviones o satélites. Los satélites ERS construidos y lanzados por la Agencia Espacial Europea son algunos de ellos. El radar a bordo del satélite puede obtener imágenes detalladas de la superficie de la Tierra.

El radar es un sistema activo, que ilumina la superficie terrestre y mide la señal reflejada. Por este motivo, se pueden adquirir imágenes por el día y por la noche, con total independencia de la luz solar. Esto es particularmente importante en las altas latitudes, donde el largo invierno polar impide que los satélites tradicionales puedan tomar ningún dato durante seis meses del año. Además, la señal de radar penetra fácilmente en las nubes, por lo que se pueden obtener imágenes independientemente de las condiciones meteorológicas.

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Las imágenes de radar tienen un aspecto similar a las fotografías, aunque su interpretación es muy diferente. Veamos cómo de diferente:

Primero: Los radares son sistemas activos: la escena que se va a "fotografiar" se ilumina, no con luz sino con señales electromagnéticas de una longitud de onda de microondas determinada. Las imágenes de microondas proporcionan información sobre las propiedades geométricas y dieléctricas de la superficie o volumen estudiado, que depende principalmente de la rugosidad que tiene una superficie (ver más abajo), el tipo de material (p. ej., hierro, hormigón, madera, orgánico) y su contenido de humedad.

Los satélites pueden llevar radares o sensores ópticos, que pueden adquirir distintos tipos de imágenes. Las imágenes ópticas se distinguen de las de radar porque no pueden funcionar de noche ni ver a través de las nubes

Segundo: Las imágenes de radar son en blanco y negro, pues se han adquirido usando una sola longitud de onda electromagnética de 5,3 cm.

Se puede producir imágenes de radar en color combinando tres imágenes independientes de fechas distintas (por ejemplo, con 35 días de separación) formando una imagen compuesta multitemporal.

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Cada dato/imagen individual se muestra en uno de los tres colores usados para en la formación de cualquier imagen en color, es decir, el rojo, el verde y el azul. Las distintas cantidades de color de cada dato se combinan para producir otros colores que puedan interpretarse por procesadores expertos de imagen.

Tercero: Lo que el radar 've’ es diferente a lo que observan tus ojos. Imagínate que estás en la playa y que miras hacia el mar. El agua puede estar en calma o tener olas (según la velocidad del viento). En cambio, para el sensor, cuanto más rugosa sea la superficie del agua, mayor será la reflexión de la energía de microondas que se registre, por lo que el agua aparecerá más brillante (más blanca) en la imagen.

Una vez el radar ha emitido la señal de microondas, se mide la potencia con que un objeto ha reflejado la señal. Esto se denomina retrodispersión. Cuanto mayor sea la superficie del agua, mayor será la retrodispersión y el brillo de la imagen (echa un vistazo a las flechas verdes de la ilustración de arriba; su tamaño indica el brillo de la imagen). Un mar en calma aparecería negro en una imagen en blanco y negro; un mar en medio del viento y la tormenta aparecería brillante debido a la altura de las olas.

Los barcos también aparecen como puntos brillantes porque están hechos de metal y tienen muchos ángulos rectos que reflejan la energía de microondas mejor que el agua. Existen, por supuesto, otros factores que intervienen, como veremos en algunos otros ejercicios.

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La interpretación de las imágenes es similar en muchos sentidos. Las ciudades son superficies muy rugosas y suelen aparecer muy brillantes. Se pueden ver casas individuales como puntos brillantes (elevada reflexión) si no se encuentran construidas demasiado juntas (la segunda imagen de arriba muestra una composición en color de la ciudad de Bucarest tal y como la ve el radar a bordo del satélite ERS-1).

Los bosques también salen brillantes, con niveles de grises bastante elevados y uniformes. Por otra parte, los prados son superficies lisas y salen oscuras en la imagen de radar. (La tercera ilustración muestra parte de la selva amazónica cerca del río Branco, en Brasil; la deforestación provocada por el hombre también puede verse como rectángulos oscuros).

Las pistas de aterrizaje y las carreteras son aún más lisas, por lo que se ven casi negras. La ilustración adjunta muestra una imagen de satélite por radar de un área cultivada de los Países Bajos en la que se puede ver claramente una red de carreteras en forma de líneas oscuras. Puede que también veas una la línea fina y brillante. ¿Sabes qué es? Pues claro, es una vía de tren, hecha de hierro, que refleja una gran cantidad de energía microondas.

Más aplicaciones

En la práctica, ¿qué pueden hacer los satélites de radar?

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Los datos de los satélites de radar nos ayudan a monitorizar nuestro entorno, las 24 horas del día y en condiciones meteorológicas desfavorables, cuando otros satélites no pueden funcionar.

Podemos emplear estos satélites para detectar mareas negras los mares antes de que lleguen a las costas. En aguas de poca profundidad, la información de los radares muestra las corrientes marinas. Se emplean también para confeccionar mapas de peligrosos bancos de arena ocultos y para cartografiar la topografía del fondo del mar.

Además, gracias a estos satélites podemos medir las olas del mar (que se emplean en los partes meteorológicos) y trazar las marítimas que sean más económicas y seguras.

De forma similar, los ingenieros de las prospecciones petrolíferas en alta mar necesitan este tipo de información para planificar sus obras y para proteger a las numerosas personas que trabajan en estas islas artificiales en medio de mares frecuentemente tormentosos.

La información de radar procedente de los satélites es también muy útil para los rompehielos que navegan por los hielos de los océanos Ártico y Antártico. Estos barcos emplean las imágenes para encontrar rutas óptimas que eviten las peligrosas capas gruesas de hielo que pueden atrapar a los barcos, y lo hacen incluso de noche y con niebla

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En tierra firme, los datos de los radares se emplean en la monitorización de inundaciones y pueden emplearse en operaciones de socorro (las inundaciones suelen ocurrir en situaciones meteorológicas muy húmedas y las nubes pueden imposibilitar a otros satélites o aviones).

Las áreas con riesgo de corrimientos de tierras, terremotos o incluso volcanes también pueden monitorizarse mediante técnicas especiales (denominadas de interferometría) con las que podemos medir pequeños movimientos de la Tierra. Estas mediciones sirven de señal para emitir comunicados de alerta. Usando una técnica similar se pueden generar mapas a partir de los datos procedentes de los satélites.

En los trópicos el cielo se encuentra a menudo cubierto de nubes, por lo que los satélites con radar son los únicos que pueden ofrecer imágenes de la superficie. Las imágenes procedentes de los satélites de radar se emplean a menudo en agricultura, especialmente para predecir la producción de arroz. Los campos se pueden ver claramente en las imágenes, pudiéndose medir sus dimensiones y calcular la cantidad de arroz que se va a cosechar.

Para proteger y a la vez explotar los bosques de manera sostenible se necesita la vigilancia por radar. Los satélites pueden detectar pequeñas áreas destroncadas, permitiendo así el control de las actividades de tala o deforestación.

Para finalizar, los satélites de radar como el ERS y el ENVISAT nos ayudan no sólo a comprender sino también proteger nuestro entorno tanto a escala local como mundial.

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IMÁGENES DEL SATELITE RADAR “TERRASAR-X“:

Chile Atacama

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USA, Las Vegas

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Italia

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Australia, Sydney

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Bibliografía

www.elgeomensor.cl

www.stereocarto.com

www.grupotrafico.es/pdf/drls.pdf