Principios de teledetección

aplicados a la agricultura

Fernando Luis Sánchez CasadoGeólogo y técnico en teledetección.

Es una cortesía de:

Bits Online, S.L.Travesía de Torrecaballeros, 1, 40196 La Lastrilla (Segovia)

Teléfono: 620 435 747

Correo electrónico: info@aeromapas.es

www.aeromapas.es / www.clinicadelsuelo.es

Figura de portada: prueba de concepto para la utilización del índice de color ExG como ayuda para la cartografía geológica.

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Definición de teledetección (*)Definición de teledetección (*)

La teledetección es la ciencia y la técnica de:

� Obtener información sobre un objeto, zona o fenómeno,

� mediante el análisis de los datos adquiridos por un dispositivo que

� no está contacto con el objeto, zona o fenómeno bajo estudio.

_____________

(*) Traducido de Lillesand, T.M; Kiefer, R.W. & Chipman, J.W (2007). Remote sensing and image interpretarion (6ª Ed). John Wiley

&Sons, Inc.

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Un poco de perspectivaUn poco de perspectiva

En los últimos años, el marketing asocia teledetección con revolución tecnológica.

https://www.youtube.com/watch?v=SaztuWuDEsg

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Un poco de perspectivaUn poco de perspectiva

Afortunadamente, no es del todo así.

https://www.parrot.com/es/profesional/parrot-sequoia

• Cámara multiespectral: Parrot Sequoia• Comercializada: julio de 2016

http://images.slideplayer.com.br/3/1242936/slides/slide_35.jpg

http://www.milsatmagazine.com/story.php?number=2061273721

• Satélite: Landsat 1• Lanzado: 23/7/1972

• Desactivado: 6/1/1978

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Un poco de perspectivaUn poco de perspectiva

Tenemos a nuestra disposición el amplísimo conocimiento científico y

técnico sobre teledetección, publicado durante décadas.

Primera publicación del informe redactado en

diciembre de 1973, que describe la definición del

que vendría a llamarse NDVI:

Rouse, J.W, Haas, R.H., Scheel, J.A., and Deering, D.W.

(1974) Monitoring Vegetation Systems in the Great Plains

with ERTS. Proceedings, 3rd Earth Resource Technology

Satellite (ERTS) Symposium, vol. 1, p. 309-313.

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El quid de la cuestión: hacer los datos comparables El quid de la cuestión: hacer los datos comparables

� La mayor parte de los trabajos de teledetección parten del estudio de la luz reflejada (λ < 3 µm) en la superficie terrestre.

� La interacción de la radiación solar con la atmósfera y con los objetos sobre la superficie terrestre (reflexión, absorción y transmisión) varía en función de la longitud de onda y no es lineal.

� Esto afecta a:

• La intensidad de la señal registrada por el sensor.

• La composición espectral de la radiación registrada.

� El problema de las condiciones de iluminación cambiantes se atenúa trabajando en valores de reflectividad (ρλ).

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Reflectividad espectral (ρλ): la materia prima de la teledetección (*)Reflectividad espectral (ρλ): la materia prima de la teledetección (*)

______________

* Cuando estudiamos la luz reflejada

Balance de energía

EI = ER + EA + ET

ER = EI - EA - ET

ρ: Reflectividad

ρ =E�

E�

Propiedades de la reflectividad espectral (ρλ)

• Proporción de la luz reflejada en una superficie

respecto a la luz incidente, para cada longitud de onda.

• Se suele expresar en tanto por uno (0,1).

• Es una característica de cada superficie y por tanto,

una magnitud con significado físico.

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Firmas espectralesFirmas espectrales

La curva que representan la reflectividad en función de cada longitud de onda de la luz reflejada por la superficie de un objeto se denomina firma espectral.

� Es característica para cada tipo de superficie.

� Al representar reflectividades, es independientemente de las condiciones de iluminación.

http://www.geol-amu.org/notes/m1r-1-8.htm

� Su forma, permite caracterizar, cartografiar y estudiar la variabilidad de la superficie terrestre, mediante el análisis de las características

espectrales locales.

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Firmas espectrales y coberturas del sueloFirmas espectrales y coberturas del suelo

La forma de la firma espectral de cada pixel en un imagen nos permite identificar con alta probabilidad la cobertura del suelo observado.

Rojo (R)

Verde (G)

Infrarrojo cercano (NIR)

1

1

1 2

2

2

Imagen R-G-NIR en valores de reflectividad, adquirida con una cámara Tetracam ADC, embarcada en un dron.

http://www.geol-amu.org/notes/m1r-1-8.htm

1R

▪

1G

▪

1NIR ▪

De acuerdo con la forma que muestra la firma espectral deducida a partir de la imagen multiespectral para la zona 1, podemos afirmar que se trata, muy probablemente, de un zona cubierta por vegetación verde.

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Firmas espectrales y coberturas del sueloFirmas espectrales y coberturas del suelo

Rojo (R)

Verde (G)

Infrarrojo cercano (NIR)

1

1

1 2

2

2

Imagen R-G-NIR en valores de reflectividad, adquirida con una cámara Tetracam ADC, embarcada en un dron.

http://www.geol-amu.org/notes/m1r-1-8.htm

2R

▪1G

▪

2NIR

▪

De acuerdo con la forma que muestra la firma espectral deducida a partir de la imagen multiespectral para la zona 2, podemos afirmar que se trata, muy probablemente, de un zona de suelo desnudo.

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Correlación y causalidadCorrelación y causalidad

� Los datos de observación de la tierra (teledetección) están correlacionados con diversos procesos que pueden o no darse en cada caso.

� A partir de datos de teledetección resulta muy difícil el inferir la causa de aquello que observamos en una imagen (correlación ≠ causalidad).

� Para dar este último paso (pasar de datos sobre coberturas del

suelo, a datos sobre usos del

suelo), requerimos un modelo de la realidad muy robusto, construido a partir de verdad terreno.

Jones, H.G; Vaughan, R.A. (2010). Remote sensing of vegetation. Principles,

techniques and applications. 1ª Ed. Oxford University Press.

A partir de la observación directa, sobre el terreno,

durante el día del vuelo (verdad terreno), puedo

conocer la causa de la variabilidad observada:

• La zona 1 (cobertura del suelo: vegetación

verde) es un campo de trigo (uso del suelo).

• La zona 2 (cobertura del suelo: suelo desnudo)

es un campo arado (uso del suelo).

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La teledetección proporciona:La teledetección proporciona:

Capacidad para la observación directa de un objeto o fenómeno (en este caso, vigor de la vegetación), de manera:

� Global.

� Escalable.

https://visibleearth.nasa.gov/view.php?id=8622

Mapa de NDVI a partir de imagen Sentinel 2A (arriba) y ampliación del mismo (izquierda). Elaboración propia.

Mapa de NDVI a partir de imagen multiespectral adquirida desde un dron (arriba), el mismo día que la imagen Sentinel 2A mostrada. Elaboración propia.

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La teledetección también nos proporciona:La teledetección también nos proporciona:

Capacidad para la observación directa de un objeto o fenómeno, de manera continuada en el tiempo.

Resultado de una búsqueda de imágenes Landsat 8, para una zona y un intervalo de tiempo decididos por el usuario. Estos datos son de acceso libre.

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¿Qué puede aportar la teledetección a la agricultura?¿Qué puede aportar la teledetección a la agricultura?

� Proporciona información directa y en tiempo real sobre la heterogeneidad del suelo y de los cultivos, para ayudar en la toma de decisiones tácticas y estratégicas.

� Permite generar históricos de variabilidad y de diversos parámetros biofísicos a nivel de parcela, explotación, comarca, etcétera, para la planificación y control de cultivos, elaboración de modelos predictivos, valoración de fincas, seguimiento de variedades, etcétera.

Clasificación y control de

cultivos a nivel regional,

mediante imágenes de

satélite y datos de

verdad terreno.

(Elaboración propia)

Seguimiento de sectores

de riego y humedad en

el suelo a partir de

imágenes de satélite.

(Elaboración propia)

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¿Qué puede aportar la teledetección al técnico de campo?¿Qué puede aportar la teledetección al técnico de campo?

Información directa de:

� las coberturas del terreno y el estado de la vegetación,

� en tiempo real y mediante un registro histórico,

para el establecimiento de hipótesis de zonificación a partir de la caracterización de la heterogeneidad a nivel de parcela y de explotación, con el fin de:

� Planificar campañas de muestreo (suelo, análisis foliar, plagas).

� Determinar la ubicación óptima de redes de sensores.

� Seguimiento de medidas correctoras y de pautas de manejo agronómico.

Veamos un ejemplo en la siguiente diapositiva.

1

4

2

3

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Propuesta de zonificación para una campaña de muestreo en una parcela

agrícola de secano

Propuesta de zonificación para una campaña de muestreo en una parcela

agrícola de secano

Estadio anterior a una propuesta de zonificación elaborada en gabinete, a partir del análisis de varios índices de vegetación correlacionados con el contenido en determinados pigmentos, con el vigor de la

vegetación y con el grado de humedad en la superficie de la parcela. (Fuente: elaboración propia)

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A modo de resumenA modo de resumen

� Mediante el tratamiento de imágenes (registro de niveles de energía)

adquiridas utilizando distintas plataformas, la teledetección permite la

observación directa de una cubierta o fenómeno sobre la superficie

terrestre, para hacer visibles potenciales anomalías o caracterizar su

variabilidad y poder ubicarlas en el tiempo y en el espacio, determinar sus

límites y seguir su evolución en tiempo real y en toda su extensión.

� La existencia y la naturaleza de esas anomalías o heterogeneidad debe ser

confirmada por el propio técnico en teledetección o por los agentes de

campo mediante datos de verdad terreno.

� El criterio para fijar los umbrales de qué se considera anómalo o

heterogéneo dependen de los objetivos de cada trabajo y del resto de

circunstancias que concurran en cada caso.

Veamos un último ejemplo de trabajo de teledetección en la siguiente

diapositiva:

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A modo de resumenA modo de resumen

Utilizando la misma combinación de variables, hemos utilizado la teledetección (nos permite la observación

directa de la cubierta vegetal) para establecer dos zonificaciones distintas, a base de fijar unos umbrales de

heterogeneidad intraparcela que resultan significativos y útiles para cada una de las tareas que se llevan a cabo

en la parcela.

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