¿Qué es Geomática?

“Geomática comprende la ciencia, ingeniería y arte empleada en la colecta y manejo de información geográficamente referenciada. La información geográfica juega un papel protagónico en actividades tales como monitoreo ambiental, manejo de recursos terrestres y marinos, transacciones de bienes raíces, monitoreo de presas, campos petrolíferos y minas, navegación de embarcaciones y aeronaves, oceanografía, y turismo” [University of New Brunswick, Canada].

“Geomática es el campo de actividades en la cuales, usando un método sistemático, se integran los medios para adquirir y manejar datos espaciales requeridos como parte de las operaciones científicas, administrativas y legales involucradas en el proceso de producción de manejo de información espacial” [Canadian Instutite of Geomatics, Canada].

“Geomática es la ciencia y tecnología de obtención, análisis, interpretación, distribución y uso de información geográfica. Geomática comprende un amplio rango de disciplinas que pueden unirse para crear una visión detallada y comprensible del mundo real y nuestro lugar él” [Geomatics Canada, Canada].

“Geomática es el término científico moderno haciendo referencia a la integración de mediciones, análisis, manejo, almacenamiento y despliege de descripciones y localizaciones de datos terrestres, también conocidos cono datos espaciales. Estos datos provienen de multiples fuentes, incluyendo satélites artificiales, sensores en bases aéreas y marinas, y instrumentos de medición terrenos……(La geomática) es fundamental para todas las disciplinas goecientíficas que usan datos espacialmente relacionados” [University of New South Wales, Australia].

“La ingeniería de sistemas geomáticos sirven a la sociedad al colectar, monitorear, almacenar y mantener la infraestructura espacial nacional” [California State University, Fresno, EE.UU.].

“La geomática se preocupa por la medición, representación, análisis, manejo, recuperación y despliegue de datos espaciales concernientes tanto a las características físicas de la Tierra como a la estructura del medio ambiente. La geomática tiene sus fundamentos en la ingeniería topográfica pero hoy en día comprende una amplia gama en areas de las ciencias de medición y los sistemas espaciales de información” [University of Melbourne, Australia].

“Geomática es el término científico adoptado por la profesión agrimensora mundialmente. Se refiere a la integración de mediciones, análisis, manejo y desplegado de datos espaciales. La geomática es un campo de la ciencia aplicada que se interlaza con la geografía, el comercio, la computación, el desarrollo y planeación de suelos, y la legislación. La tecnología computacional es usada extensivamente en el proceso de medición así como en el análisis y representación” [University of Cape Town, Sudáfrica].

Geomática

Desde fines del siglo XX, la Geomática, como ciencia integradora, ha permitido estudiar y conocer el espacio geográfico, mediante diferentes técnicas como la Fotogrametría, la Geodesia, la Percepción Remota, la Cartografía, los Sistemas de Información Geográfica y el Sistema de Posicionamiento Global.

La Geomática tiene como elemento fundamental en su desarrollo teórico y práctico al análisis geográfico, constituyendo un soporte y un apoyo en el desarrollo de las Ciencias de la Tierra. Esta ciencia apoya, orienta y afina procesos de toma de decisiones y planeación estratégica para los sectores productivo, social, gubernamental e internacional. Su campo de acción es el estudio del espacio geográfico con una visión científica e integral.

Fotogrametría

Todas las fotos aéreas poseen una distorsión en su escala, sin embargo, la fotogrametría es la técnica que permite eliminar dichos errores, colocando las coordenadas geográficas sobre cuatro puntos, denominados puntos de control, estando la foto aérea georreferenciada.

Por medio del proceso fotogramétrico de restitución o estereodigitalización, se obtiene el dibujo cartográfico del terreno, utilizando la estereoscopía, proceso que permite observar en tres dimensiones (3D) o en relieve, para lo cual hacen uso del restituidor fotogramétrico.

Fotointerpretación

Técnica de estudio y análisis de fotografías aéreas. Interpretación de la superficie del terreno a partir de fotogramas.

Georreferenciación

Asignación de algún tipo de coordenadas a un punto.

Ortofoto

Imagen fotográfica del terreno con el mismo valor cartográfico que un plano, que ha sido sometida a un proceso de rectificación diferencial que permite realizar la puesta en escala y nivelación de las unidades geométricas que lo componen.

Cartografía

Es una disciplina que estudia los diferentes métodos, sistemas, operaciones científicas y técnicas que permiten representar en un plano la superficie terrestre y los fenómenos o hechos que se desarrollan sobre ella. El producto de la representación recibe el nombre de cartografía, mapa o plano, dependiendo de la escala a la cual se dibuje.

Geodesia

La palabra Geodesia deriva de los vocablos griegos geo que significa Tierra y desia que quiere decir división, por que etimológicamente significa "división de la Tierra". Como ciencia estudia la forma, dimensiones de la Tierra y el campo de gravedad asociado.

En palabras más formales, Geodesia es la ciencia que trata de la medida y representación de la Tierra, incluyendo su campo de gravedad, en un espacio tridimensional variable en el tiempo.

Percepción Remota

La Percepción Remota es una ciencia moderna que permite el estudio del territorio por medio del uso de imágenes satelitales. Éstas se obtienen básicamente de la energía o diferentes longitudes de ondas emitidas por los cuerpos, que son captadas por los sensores remotos montados en una plataforma, generalmente conocida como satélites artificiales.

El satélite artificial es un equipo o artefacto de fabricación humana, colocado en órbita alrededor de un cuerpo celeste, pudiendo ser un planeta o satélite natural. El primer satélite artificial fue el Sputnik I lanzado por la Ex - Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas el 4 de octubre de 1957.

Desde entonces se han puesto en órbita miles de satélites artificiales, destinados a muchos propósitos, como obtención de imágenes satelitales para estudios científicos del orden de la climatología, geodesia, geografía, geología, agronomía, medio ambiente, además de servir como transmisores para las señales GPS, o bien, trasmitir microondas para la TV, celulares, teléfonos satelíticos, entre otras tantas aplicaciones

La información remitida por el sensor remoto es enviada a modernos dispositivos computacionales que procesan la información cualitativa y cuantitativamente, distinguiendo diferentes rangos de ondas. Estos rangos representan diferente información del terreno, la que es graficada por medio de colores o texturas de blanco y negro. Esta graficación se denomina imagen satelital.

Sistemas de Información Geográfica (SIG)

Los Sistemas de Información Geográfica o SIG, son sistemas informáticos, es decir, hardware, software, datos digitales y usuario, que capturan, almacenan, manipulan, procesan y visualizan la información espacial. Esta información debe encontrarse georreferenciada, lo que significa que debe poseer coordenadas geográficas (latitud y longitud) que permitan graficarla en mapas.

Los SIG manejan la información digital del terreno en capas o niveles, es decir, descomponen la realidad en distintos temas, como por ejemplo, relieve, hidrografía, vías de comunicación y otros. Por medio del uso de estos sistemas, el usuario puede combinar la información para crear mapas de síntesis o análisis, según su uso y requerimiento.

Para un estudio del territorio, los SIG pueden entregar información de fenómenos geográficos diciendo qué existe, dónde se localiza, qué y cómo ha evolucionado y cómo se distribuye.

Los SIG constituyen una herramienta utilizada para la toma de decisiones, permitiendo al usuario decidir cómo manejar el territorio analizado, por medio del almacenamiento, procesamiento y análisis de la información.

Sistemas de Posicionamiento Global (GPS)

El Sistema de Posicionamiento Global o GPS (Global Position System) es un sistema satelital que permite conocer con bastante exactitud las coordenadas geográficas de un punto sobre la superficie. Fue creado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos de América y puesto a disposición de los usuarios en 1978.

El receptor GPS es un instrumento electrónico que recepciona señales de radio provenientes de la constelación NAVSTAR de 24 satélites que orbitan.

Existe, además, el sistema GLONASS, que corresponde a la red satelital de la Federación de Rusia y que actualmente se encuentra en proceso de integración con el sistema occidental.

¿Qué es la teledetección?

La teledetección es un modo de obtener información acerca de objetos tomando y analizando datos sin que los instrumentos empleados para adquirir los datos estén en contacto directo con el objeto.

Por ejemplo, si tomas una foto de tu casa y ves que en la foto la casa se compone de tejado, paredes y ventanas, todos de distintos colores, eso sería teledetección.

En teledetección hay tres elementos esenciales, estos son:.

1. una PLATAFORMA para sostener el instrumento

2. un OBJETIVO que se va a observar

3. un instrumento o SENSOR para observar el objetivo

Por ejemplo, cuando tomas una foto de tu casa, tú eres la plataforma, la cámara es el sensor y la casa es el objetivo.

Otro importante elemento es:

4. la INFORMACION que se obtiene con los datos de la imagen y cómo se emplea y almacena esta información.

En el ejemplo de la foto de tu casa, la información obtenida es todo lo que puedes identificar en la foto acerca de tu casa (por ejemplo: el color de las persianas, un agujero en el techo, una ventana abierta).  

Cuando los científicos hablan de teledetección, el objeto que se observa es la superficie de la Tierra o bien su atmósfera. Para ellos, la teledetección es es un intento de medir a distancia las propiedades de los objetos presentes en la superficie de la Tierra.

Para los científicos, las plataformas son los medios de estar “a distancia” de la superficie de la Tierra (por ejemplo, aviones y satélites). El objetivo es el mismo planeta, los sensores son todos los instrumentos empleados para observar la Tierra (cámara, escáneres, radares, etc.) y la información obtenida al final es todo aquello que amplía nuestro conocimiento sobre nuestro planeta (la nubosidad sobre Europa, la evolución del agujero de ozono, el avance de los desiertos, el progreso de la deforestación y otras muchas cosas más

Modelo de Elevación Digital ó Digital Elevation Model (DEM)

Un DEM es una representación tridimensional de la superficie terrestre que aporta cotas del terreno, relativas a una zona, en función de una malla regular; normalmente un DEM hace referencia a una zona de extensión media-grande y en consecuencia puede contener hasta millones de puntos. A causa de sus dimensiones los DEM vienen representados a través de las imágenes ráster en las cuales cada píxel representa, en función de las diferentes modalidades, la cota correspondiente.

Visualización

Cada DEM puede ser representado como imagen ráster de una de las siguientes maneras:

• mapa de las altimetrías;
• mapa de las exposiciones;
• mapa de las altimetrías/exposiciones;

Los mapas ráster pueden obtenerse a 256 colores, 65536 colores o bien a 16 millones de colores; la resolución de los mapas es personalizable.
Los mapas anteriores pueden también elaborarse a través de la visualización de las curvas de nivel. Es posible además visualizar una única porción del DEM.
Las escalas de los colores a aplicar para la representación de las distintas elevaciones, son completamente personalizables. Además del mapa ráster, es posible visualizar la retícula de los puntos.

¿Diferencia entre un DEM y un DTM?

Normalmente, el acrónimo DTM se refiere a la altitud del terreno propiamente dicho: un DTM considera el suelo que está debajo de los edificios y alrededor de las bases de los árboles. Por el contrario, el DEM incluye la máxima altitud en todos los puntos: los techos de los edificios, la copa de los árboles (también conocida como la “cúpula del follaje”). El procesamiento de imágenes estereoscópicas (espaciales o aéreas) produce naturalmente un DEM, porque ni el operador ni el software que usa pueden ver el suelo propiamente dicho a través de los techos y las hojas. Si se requiere realmente un DTM, se debe llevar a cabo un importante proceso de corrección, para borrar los árboles y los edificios, y de ninguna manera se puede garantizar la exactitud del resultado sin una comprobación en el terreno.

¿Qué es una imagen?

Una imagen de satélite es una matriz de "n" número de columnas por "m" número de filas que representan un área plana o geográfica, cada uno de los cuales es almacenado en un archivo de imagen, cada una de estas celdas contiene un valor único que representa la variación de características medidas a través de la región.

Un pixel es la abreviación de la palabra "picture element", es la parte más pequeña de una fotografía digital o imagen.

Tipos de imágenes continuas o temáticas:

Los archivos imagen pueden ser de dos tipos: continuo y temáticos. Los archivos temáticos generalmente contienen pixeles que pueden ser colocados en distintas categorías. Los datos continuos contienen pixeles que pueden representar múltiples valores de archivo de los datos.

Imágenes continuas (cuantitativos).

Estos tienen pixeles que pueden contener múltiples valores de archivo. Cuando se despliega una imagen continua tu puedes seleccionar que banda y capas quieres ver en cada cañón de color RGB. Los valores de archivo en una imagen continua son cuantitativos y relacionados, los valores de brillo en el mapa de colores son también cuantitativos y relacionados.

Imágenes temáticas (cualitativos).

Estas generalmente contiene pixeles clasificados en categorías o dentro de archivos de datos llamados "clases". Una imagen temática solo puede almacenar una clase por cada pixel. Cuando se despliega una imagen temática automáticamente se crea una tabla de color con valores de brillo rojo, verde y azul y expresa el rango de color de acuerdo con los valores de archivo de los datos.

Imágenes de sensores remotos:

Las imágenes de satélite se pueden dividir en dos tipos: aquellas con una sola capa y aquellas con múltiples capas.

Pancromáticas y multiespectrales

Imágenes pancromáticas. Se captan mediante un sensor digital que mide la reflactancia de la energía en una amplia parte del espectro electromagnético. para los sensores pancromáticos mas modernos, esta única banda suele abarcar la parte visible y de infrarojo cercano del espectro. Los datos pancromáticos se representan por medio de imágenes en escala de grises.

Imágenes multiespectrales. Se captan mediante un sensor digital que mide la reflectancia en muchas bandas. Por ejemplo un conjunto de detectores puede medir energía roja reflejada dentro de la parte visible del espectro mientras que otro conjunto mide la energía del infrarojo cercano. Es posible incluso que dos series de detectores midan la energía en dos partes diferentes de la misma longitud de onda. Estos distintos valores de reflectancia se combinan para crear imágenes de color los satélites de teledeteccion multiespectrales de hoy en día miden la reflectancia simultáneamente en un número de bandas distintas que va de tres a siete.

Imágenes de sensores activos y pasivos

Todas las referencias que hemos hecho sobre los sistemas de imágenes pancromáticas y multiespectrales se engloban en los llamados sensores electro-ópticos, que son el tipo mas corriente que llevan a bordo los satélites de teledeteccion. Existe otro sensor llamado radar de apertura sintética (SAR) que es cada vez mas conocido por los usuarios.

Los sensores electro-ópticos (pasivos) son instrumentos pasivos de captación de imágenes que miden la energía electromagnética proveniente, sobre todo del sol y que rebota en la superficie terrestre. Se llaman pasivos porque no disponen, para transmitir, de su propia fuente de energía, por lo que solo funcionan con luz diurna

Los sensores SAR(activos) son sistemas activos de imágenes, lo cual significa que transmiten una señal de radar en la parte del espectro correspondiente a las microondas y miden la intensidad y otras características de la señal de retorno reflejada desde la superficie terrestre. Las imágenes SAR contienen información que difiere, en distintos aspectos, de la información espacial y espectral de las imágenes obtenidas por medios electro-ópticos. Dado que los SAR son activos y funcionan en longitudes de onda superiores a estos últimos, captan imágenes a través de nubes, niebla, brumas y obscuridad.

Las imágenes SAR tiene algunas aplicaciones comunes con los sistemas electro-ópticos, pero se adaptan mejor que estos, a determinados usos específicos. No es casual que proliferen las aplicaciones SAR en las nubosas regiones ecuatoriales, litorales brumosos y zonas polares con frecuencia oscuras.

Resolución

La resolución puede ser definida como la información mínima que puede ser registrada por un sensor remoto en términos de tiempo, espacio o energía electromagnética.

Resolución espectral

La resolución espectral se define como la capacidad de un sensor remoto para registrar cierto número de bandas del espectro electromagnético y su rango de valor en el mismo. Esta resolución depende de la capacidad del sistema óptico en cuanto a la estructuración de lentes y filtros y del sistema óptico-eléctrico que registre los rangos y valores de longitud de onda o hertcios.

La importancia de la resolución espectral radica en la definición de una o varias coberturas como son: suelo, rocas, vegetación, agua, terreno húmedo, hielo y nieve en función de su respuesta espectral debido a su capacidad de reflexión de energía incidente menos los valores de energía absorbida y transmitida.

La energía que reflejan las diferentes coberturas y que son registradas por un sensor espectral puede ser definida en un rango de radiación especifica como su "firma espectral".

Se define como la relación que existe entre la energía electromagnética captada por un sensor y su fuente de energía electromagnética captada por un sensor y su fuente de emisión desde la superficie terrestre en términos de área cubierta que representa el detalle mínimo que puede ser visualizado. Entre mas fina es la resolución, mas bajo es el número. Por ejemplo, una resolución de 79 metros es mas gruesa que una resolución de 10 metros. El termino a gran escala o baja escala se refiere a la resolución espacial. Escala es la fracción de la distancia del mapa y su relación con la distancia real sobre el terreno. Las escalas grandes en percepción remota se refiere a aquellas imágenes en las que el pixel representa una superficie peque?a sobre la tierra.

Resolución temporal

La resolución temporal se define como el conjunto de datos que un sensor remoto puede obtener de una parte de la superficie terrestre en un periodo determinado, el conjunto de datos que un sensor obtiene en un tiempo o un instante definido se le denomina "toma de escena" o simplemente fecha de toma. Si el lapso de una escena y otra del mismo lugar de la superficie terrestre es muy corta entonces se dice que la resolución temporal es grande.

La importancia de la resolución temporal radica en la factibilidad de evaluar un recurso natural muy dinámico como puede ser el mar, la atmósfera o fenómenos como incendios, volcanismo, deslizamiento de tierra, contaminación, etc., es decir, eventos de ocurrencia muy rápida que requieren un estudio multitemporal.

Resolución radiometrica

La resolución radiometrica esta definida en términos de la sensibilidad de los foto detectores y del sistema óptico de un sensor para registrar la energía electromagnética que proviene de una escena con sus variaciones en el espectro. El conjunto de niveles de variación de dicho espectro constituye la resolución radiometrica la cual es el resultado de la transformación de intervalos de frecuencia en rangos digitales a través de un traductor instalado en el satélite. Las variaciones de 256 códigos pueden observarse en un despliegue en pantalla y están agrupados en 8 bits.

Resolución estereoscópica

Se define como la capacidad de un sensor de adquirir una misma escena con dos ángulos de visión diferentes en un tiempo relativamente corto. Esto proporciona la ventaja de visualizar estereoscopicamente una imagen fotointerpretable.

Espectro Electromagnético

Este se define como la organización de longitudes de onda en una representación de rangos dentro de las cuales se trasmite la energía electromagnética.

La continuidad de la serie varia desde las longitudes de onda de unidades angstroms(10 micrómetros) de los rayos gamma y ’’x’’ hasta las unidades de metros y kilómetros de las ondas de televisión.

Los rangos son denominados "bandas" las que pueden ser definidas por frecuencia en hercios.
Las bandas que van del infrarrojo cercano, medio y térmico y de microondas radáricas.

Las bandas de radio tienen longitudes de onda comprendidas entre 0.1 y 10 m que son utilizadas por sensores de radio, como son los datos proporcionados por los satélites de radar, altímetros, y radiómetros pasivos.

Las bandas ó región de microondas contienen longitudes de con rangos menores a un milímetro y son utilizadas por sistemas de microondas de radiómetros, espectrómetros y sistemas de radar.

Las bandas que van desde el infrarrojo cubren la región espectral de 1 milímetro a 0.7 micrómetros es conocida como la región del infrarrojo emisivo y esta la mayoría de los satélites de teledetección miden la energía en longitudes de onda del espectro muy especificas y bien definidas.

Ortoimagen

Una ortoimagen es una imagen digital que ha sido procesada para corregir desplazamientos debido a la perspectiva del sensor y al  relieve.

La ortorectificación puede ser generada mediante dos métodos:

• Monoscópico: utiliza una imagen 2D y un modelo digital de elevación 1D (DEM)

• Estereoscópico: utiliza un par estéreo 2D+2D

En el caso monoscópico, la ortorectificación se realiza correspondiendo puntos de la imagen con un DEM. El resultado de este proceso es una imagen digital planimétricamente corregida que tiene una proyección ortogonal y se puede sobreponer sobre un mapa u otros datos georeferenciados.

Como en un mapa, las coordenadas cartográficas de X e Y se pueden extraer de las ortoimágenes, ésto permite que las imágenes sean utilizadas como información base exacta para análisis geoespacial. Sin embargo las ortoimágenes no contienen ningun valor de altura o de la información de Z, que si es posible obtener directamente del MDE.

En contraste con el método monoscópico, en el método estereoscópico puede usar un par estéreo directamente para extraer las coordenadas cartográficas de X, de Y y de Z de la superficie a partir del modelo estéreo "virtual ". En este caso se tiene más información y consecuentemente provee información suplementaria para extraer las coordenadas X, Y y Z.

El proceso de rectificación de la ortoimagen (método monoscópico) es dependiente de la exactitud del DEM. Los errores del DEM se propagarán a través de la generación de la ortoimagen y del proceso de extracción de información de los datos. El remuestreo (resampling) es parte de la generación de la ortoimagen, agregando otra fuente del error al proceso, puesto que puede degradar la radiometría y la geometría de la imagen de tal modo que reduzca la interpretabilidad.

Corrección radiométrica

Por corrección radiométrica, se entiende el proceso que consiste en igualar el registro de los detectores mediante un modelo generalmente lineal. Actualmente, la mayoria de las empresas ponen en el mercado imágenes básicamente tratadas con este nivel de precisión.

Corrección geométrica

La corrección geométrica consiste en eliminar de la imagen el efecto sistémico, panorámico, de rotación y curvatura de la tierra y de la variación de altitud del satélite con respecto al elipsoide de referencia. El proceso de corrección consiste en operar un re-muestreo al paso indicado por la resolución geométrica del propio satélite. Actualmente, este nivel de corrección es ofrecido por las empresas de venta de imágenes al nivel de compra básico.

NDVI

La principal herramienta de que disponen las imágenes de satélite es la información de las propiedades radiométricas de las superficies. En este sentido cabe destacar la posibilidad de caracterizar el estado fotosintético de la vegetación a partir de la combinación de dos bandas espectrales situadas en el espectro visible –concretamente en el rojo- y en el infrarrojo próximo. Es en estas dos zonas espectrales donde aparece la principal diferencia entre la vegetación sana y vigorosa, con alto contenido de humedad y la vegetación enferma sin mostrar actividad fotosintética.

Estas propiedades se pueden representar en la signatura o firma espectral que muestra la reflectancia de cualquier cubierta en función de la longitud de onda. La figura 1 representa la gráfica de la firma espectral de tres cubiertas. La curva que toma los valores más altos corresponde a la hierba verde y húmeda, la curva intermedia es la reflectancia que muestra un tipo de pino forestal representativo y la tercera curva corresponde a la hierba seca con poca actividad fotosintética.

Figura Nro1: Firma espectral del pino y la hierba húmeda en comparación con la hierba seca.

De acuerdo a estos resultados, la base de los estudios de peligrosidad de incendios forestales está desempeñada por el NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), definido como:

Donde Rred y Rinf son los valores de reflectancia de los canales 1 y 2 correspondientes a 0.68 micrómetros y 0.72 micrómetros respectivamente.  Valores altos del NDVI indican vegetación sana ya que provienen de una muy alta reflectancia en el infrarrojo próximo y baja en el visible

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