sistemas de información geográﬁca · 2005. 6. 8. · sistemas de información geográﬁca tema...

Bases físicasSatélites y sensores

Obtención de información espacial

Sistemas de Información Geográfica

Tema 10. Teledetección

Tema 10. Teledetección Sistemas de Información Geográfica



Fundamentos

Teledetección es la técnica que permite obtenerinformación a distancia de objetos sin que exista uncontacto material.

En el caso de la teledetección utilizando imágenes desatélite, la interacción consiste en un flujo de radiación queparte de los objetos y se dirige hacia el sensor.

La teledetección se utiliza para generar nuevas capas deSIG apoyándose, en muchos casos, en capas de SIGpreexistentes




Naturaleza de la radiaciónInteracción de la radiación con los cuerposSignaturas espectrales

Naturaleza de la RadiaciónLa naturaleza de la radiación electromagnética puede ser explicada a partirde dos modelos aparentemente contradictorios pero en el fondo comple-mentarios:

Modelo de onda

Modelo de partícula





Naturaleza de la RadiaciónLa naturaleza de la radiación electromagnética puede ser explicada a partirde dos modelos aparentemente contradictorios pero en el fondo comple-mentarios:

Modelo de onda

Modelo de partícula

h = 6.626x10−34Js

c = 300000m/s

σ = 5.67x10−8J/sm2K 4





Espectro electromagnético y técnicas de teledetección





Reflexión, absorción y transmisiónEn la naturaleza todos los cuerpos:

emiten energíareciben energía, que a su vez puede:

reflejarse ρabsorberse αtransmitirse τ

α + ρ + τ = 1





Absorción atmosférica





Tres posibilidades al diseñar un sensor

Captar radiación solar reflejada por la Tierra en unaventana atmosférica ND = f (ρ)

Captar radiación emitida por la Tierra en una ventanaatmosférica ND = f (T )

Captar radiación solar reflejada por la Tierra en una zonade absorción del espectro electromagnético paradeterminar la concentración de un determinado gasND = f (concentracion)





Tres posibilidades al diseñar un sensor: Meteosat





Signaturas espectrales.1

Como reacciona las distintas coberturas de la superficieterrestre ante la radiación solar.





Signaturas espectrales.2

Diferentes factores ambientales pueden alterar la signaturaespectral de una misma cobertura




Sensores

Sensor R.espacial Tamaño R.temporal R.Radiométrica R.EspectralMeteosat 2500 m Toda la esfera 0.5 horas 256 ND V,Ic,ItNOAA AVHRR 1100 m 2700 x 2700 Km 12 horas 1024 ND 2V,Ic,ItLandsat TM 30 m 185x185 Km 16 días 256 ND 3V, 3Ic,ItSPOT HRV 20 m 60x60 Km 20 días 256 ND 2V, IcSPOT Vegetation 1150 m 2200x200 Km 1 día 1024 ND 2V, 2IcMODIS 250 m 2330x2330 Km 1 día 1024 ND 36 bandasIRS 15 m 24 días 128 ND 3V,IcIKONOS 4 m 100x100 Km a petición 2048 ND 3Vis, Ic




Meteosat

Sensor R.espacial Tamaño R.temporal R.Radiométrica R.EspectralMeteosat 2500 m Toda la esfera 0.5 horas 256 ND V,Ic,It




NOAA

Sensor R.espacial Tamaño R.temporal R.Radiométrica R.EspectralNOAA AVHRR 1100 m 2700 x 2700 Km 12 horas 1024 ND 2V,Ic,It




Landsat-TM

Sensor R.espacial Tamaño R.temporal R.Radiométrica R.EspectralLandsat TM 30 m 185x185 Km 16 días 256 ND 3V, 3Ic,It




SPOT-HRV

Sensor R.espacial Tamaño R.temporal R.Radiométrica R.EspectralSPOT HRV 20 m 60x60 Km 20 días 256 ND 2V, 2Ic




SPOT-Vegetation

Sensor R.espacial Tamaño R.temporal R.Radiométrica R.EspectralSPOT Vegetation 1150 m 2200x200 Km 1 día 1024 ND 2V, 2Ic




MODIS

Sensor R.espacial Tamaño R.temporal R.Radiométrica R.EspectralMODIS 250 m 2330x2330 Km 1 día 1024 ND 36 bandas




IRS

Sensor R.espacial Tamaño R.temporal R.Radiométrica R.EspectralIRS 15 m 24 días 128 ND 3Vis, Ic




Ikonos

Sensor R.espacial Tamaño R.temporal R.Radiométrica R.EspectralIKONOS 4 m 100x100 Km a petición 2048 ND 3Vis, Ic




VisualizaciónObtención de variablesClasificación

Visualización de imágenes





Visualización de imágenesReflectividad en el rojo





Visualización de imágenesReflectividad en el verde





Visualización de imágenesReflectividad en el azul





Visualización de imágenesR=Rojo G=Verde B=Azul





Visualización de imágenesR=IR cercano G=Verde B=Azul





Visualización de imágenesComposición con las bandas del infrarrojo





Transformaciones

El objetivo es obtener nuevas variables, en función de lareflectividad de las bandas, que se consideran factores de esareflectividad.Tipología:

Se sabe lo que se buscaIndice Normalizado de Vegetación (NDVI)Transformación tasseled cap

No se sabe lo que se buscaAnálisis de Componentes Principales





Indice Normalizado de Vegetación (NDVI)

NDVI =ρir − ρr

ρir + ρr





Indice Normalizado de Vegetación (NDVI)





Transformación tasseled cap

brillo =6∑

k=1

ckbρk

verdor =6∑

k=1

ckvρk

humedad =6∑

k=1

ckhρk

Componente TM1 TM2 TM3 TM4 TM5 TM7Ckb 0.3037 0.2793 0.4743 0.5585 0.5082 0.1863Ckv -0.2848 -0.2435 -0.5436 0.7243 0.0840 -0.1800Ckh 0.1509 0.1973 0.3279 0.3406 -0.712 -0.4572





Análisis de Componentes Principales






Primer componente






Segundo componente






Tercer componente






Cuarto componente






Quinto componente






Sexto componente





Clasificación

Asignación de píxeles a un conjunto de clases en funciónde sus valores de ND o reflectividad.

Clasificación no supervisada: Se deja a un procedimientoestadístico definir las clases

Clasificación supervisada: Las clases se definen a priori





Clasificación

Caracterización de las clases





Clasificación

Clases en el espacio de variables: Distancia





Clasificación

Clasificación no supervisada: Método de aglomerados





Clasificación

Clasificación supervisada





Clasificación: Asignación a clases

Mínima distancia






Paralelepípedos






Máxima verosimilitud





Métodos basados en la IA

Redes neuronales






Lógica borrosa






Clasificación contextual





Validación de la clasificación

Evaluar una estimación teórica del error en función de lascaracterísticas del algoritmo de clasificación.

Analizar una serie de áreas test obtenidas del mismomodo que las áreas de entrenamiento y calcular la matrizde confusiones.

Matriz de confusiones con 6 clases

A B C D E F Ni ni/Ni nici niicA 50 3 0 0 2 5 60 83.3 10 21B 4 62 3 0 0 1 70 88.5 8 10C 4 4 70 0 8 3 86 81.4 19 6D 0 0 0 64 0 0 64 100.0 0 3E 3 0 2 0 71 1 78 91.0 6 10F 10 3 1 3 0 33 50 66.0 17 10

408 85.8 60 60


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