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METODOLOGÍA PARA LA CARACTERIZACIÓN INFRARROJO – TÉRMICA DE LAS COBERTURAS TERRESTRES EN CUBA.
TEMÁTICA: Teledetección.
AUTOR: Ing. Rodolfo León Barrueto, Ing. Carlos Herrera Heredia. Ing. Evaristo Rafael González Hernández.

PONENTE: Ing. Rodolfo León Barrueto, Inv. Auxiliar.

INSTITUCIÓN: Centro de Ingeniería y Tecnología de la Construcción. (CITEC).

DIRECCIÓN: Primer Anillo y Carretera de Melena del Sur, Arrollo Naranjo, C. de la Habana

TELÉFONO: 57 80 61, 57 83 50.

MODALIDAD DE PRESENTACIÓN: ORAL.

Resumen


Se elaboró una metodología general que permite el estudio de numerosos fenómenos del tipo agroclimatológicos de gran incidencia en el desarrollo económico del país.

A partir de tecnologías de avanzada como la termografía terrestre, aérea y satelital y la termometría IR –Térmica se explica la concepción y desarrollo de una novedosa metodología para realizar la caracterización IR –Térmica de las coberturas terrestres de Cuba, apropiada a nuestras características y condiciones concretas.

La metodología está concebida en tres procedimientos principales, que se complementan entre sí a partir de los niveles de datos utilizados en cada caso, es decir; datos espaciales (imágenes térmicas de los satélites NOAA –HRPT), datos aéreos (imágenes térmicas tomadas con termovisores) y datos terrestres (mediciones puntuales de temperatura de radiación IR –Térmica tomadas con termómetros IR –Térmicos, y mediciones de temperatura de superficie tomada con sondas de contacto) e imágenes térmicas tomadas con termovisores desde el suelo y alturas dominantes.

Mediante la aplicación de los procedimientos elaborados, se determina la temperatura de los fondos y a partir de su zonificación espacial se elabora un mapa temático (espaciomapa), que posibilita el estudio de disímiles fenómenos relacionados con la sequía, los incendios forestales, la cuantificación y monitoreo de los cambios en las características físicas de las coberturas terrestres, etc.



Abstract


A general methodology was elaborated that allows the study of numerous phenomenon of the climatological type agriculture of great incidence in the economic development of the country.

Starting from technologies of advanced as the terrestrial, air thermograph and satellital and the thermometric to IR - Thermal it is explained the conception and development of a novel methodology to carry out the characterization to IR - Thermal of the terrestrial coverings of Cuba, appropriate to our characteristics and concrete conditions.

The methodology is conceived that is to say in three main procedures that are supplemented to each other starting from the levels of data used in each case, space data (thermal images of the satellites NOAA-HRPT), air data (thermal images taken with water heater finders) and terrestrial data (punctual mensurations of temperature of IR-thermal radiation taken with IR-thermal thermometers, and mensurations of surface temperature taken with IR-thermal thermometers and mensurations of surface temperature taken with contact probes) and thermal images taken with water heater finders from the floor and dominant heights.

By means of the application of the elaborated procedures, the temperature of the funds is determined and starting from its space zincification a thematic map is elaborated (space map) that facilitates the study of dissimilar phenomenon related with the drought, the forest fires, the quantification and monitored of the changes in the physical characteristics of the terrestrial coverings.




Introducción;

La temperatura de la superficie de la tierra (TST) es un factor importante que controla la mayoría de los procesos físicos, químicos y biológicos del planeta. El conocimiento de la (TST) es necesario para los estudios medio ambientales y actividades de monitoreo y control de los recursos de la Tierra. Por cuanto constituye un parámetro de entrada para determinar el balance hídrico en el sistema superficie – atmósfera.

Además para analizar el fenómeno de los cambios globales, la TST es una variable obligatoria a tener en cuenta en cualquier modelo de preedición.
La aplicación extensiva de la Temperatura Superficial de la Tierra (TST) a disímiles problemas de la ciencia, la técnica y la economía, constituyen la fuerza motriz que dirige el estudio de la TST en teledetección.

La teledetección ir-térmica, es la única posibilidad para determinar la TST en áreas extensas. Para monitorear los cambios espaciales de la temperatura de superficie a macro y micro –escalas, los termovisores diseñados para la detección en las bandas termales (3-5 µm) y (8-14 µm), se colocan en plataformas aerocósmicas fuera de borda, para la teledetección de los recursos de la Tierra desde el espacio.


La Caracterización IR –Térmica de las coberturas terrestres, mediante la metodología propuesta, incluye como problema fundamental, la determinación de la temperatura superficial (TS) con el empleo de los métodos de la teledetección, a partir de imágenes térmicas aerocósmicas y mediciones en tierra, mediante termometría de contacto.

Para esta razón, los autores de la metodología concibieron la caracterización espectral de las coberturas (fondos de vegetación, suelos y elementos antrópicos) en tres niveles; cósmico, aéreo y la escena natural, por cuanto en la practica, la unión, análisis y empleo conjunto de la información de estos tres niveles de datos, permite aprovechar de manera más eficiente sus posibilidades de resolución geométrica, radiométrica, espacial, temporal y espectral, tanto de los fondos generales de todo el territorio nacional, como de las coberturas terrestres en un fondo a escala local.


Desarrollo;

La metodología para realizar la caracterización IR –Térmica de las coberturas terrestres con diversos fines, es el documento que describe los procesos aplicados a los datos de partida correspondientes a un territorio dado, con el fin de obtener de ellos los resultados (datos y productos), que reproducen su comportamiento espectral en la región del espectro ir–térmico.


La exigencia principal de esta metodología, es permitir su extensión a otros territorios, mediante la aplicación de una secuencia tecnológica ya probada, para obtener los resultados correspondientes. La misma incluye: los procedimientos, la secuencia de los procesos y acciones a desarrollar en éstos, así como las relaciones entre ellos y los resultados parciales y finales.
El contenido principal de la metodología, es la secuencia u orden en que se han dispuesto los diferentes procesos, considerando las dependencias tecnológicas y organizativas entre ellos, para alcanzar determinados resultados (ver esquemas tecnológicos procedimientos I, II y III, figuras 1,2 y 3).

En la metodología, se pueden distinguir tres procedimientos para obtener los resultados deseados. (ver esquemas tecnológicos figuras 1,2 y 3).



PRIMER PROCEDIMIENTO
: Utilizando imágenes de los satélites NOAA como datos principales.

SEGUNDO PROCEDIMIENTO: Utilizando imágenes termográficas aéreas como datos principales.

TERCER PROCEDIMIENTO: Utilizando información obtenidos en campo como datos principales.

Cada uno de los procedimientos abarca tres niveles metodológicos:

Nivel I DATOS

Nivel II PROCESOS

Nivel III RESULTADOS
A continuación se desarrolla la explicación general de los tres niveles por cada una de los procedimientos.

PRIMER PROCEDIMIENTO - Datos principales: Imágenes de los satélites NOAA –AVHRR.

Nivel I :DATOS

La información temática se capta de los datos. Estos se han dividido en dos categorías: Principales y Auxiliares.
Datos Principales:

Son los que aportan el mayor volumen de información sobre el contenido espacial y espectral de la temperatura de los fondos. En este caso, son las imágenes satelitales multiespectrales, en formato digital adquiridas por la estación rastreadora de satélites HRPT del sensor AVHRR de los satélites NOAA.


Estas imágenes multiespectrales (6 bandas, una en el espectro visible, dos en el IR cercano, una en el IR medio y dos en el IR –Térmico), abarcan todo el territorio cubano, mostrando una visión panorámica abarcadora, homogénea con una resolución temporal y espectral alta. Se obtienen imágenes durante todo el año, a diferentes horas del día y de la noche, en el espectro visible, el infrarrojo cercano y el infrarrojo térmico.
Esto posibilita realizar la caracterización térmica general de los principales fondos de vegetación y suelo desnudo de todo el país, en la época de verano e invierno, diariamente, durante las horas del día y de noche, lo cual complementa la información obtenida mediante los procedimientos 2 y 3, teniendo en cuenta que la resolución geométrica de las imágenes es de solo 1,1 Km. en el nadir.
Datos Auxiliares:

Son aquellos que brindan información para complementar los procesos realizados con los datos principales, permitiendo un mejor conocimiento de los territorios. En calidad de ellos, se emplean los mapas temáticos de vegetación y suelos, de los territorios de estudio a la escala (1:250 000 a 1:1 000 000); así como los mapas topográficos de escalas pequeñas (1:250 000 a 1:1 000 000).


Estos permiten un nivel de detalles acorde con las imágenes térmicas de los satélites NOAA –AVHRR , así como la selección de puntos de referencia y sus coordenadas, para el control de la georreferenciación de las imágenes cósmicas, a partir de su realización por los parámetros orbitales del satélite.

Lo ideal para la aplicación de esta metodología, es contar con un juego de estos mapas de toda el área de estudio.


Nivel II: PROCESOS

Los procesos son el conjunto de actividades o acciones desarrolladas para actuar sobre los datos con el fin de extraer de ellos la información requerida.

A continuación se describen los procesos, siguiendo el mismo orden en que están indicados en el esquema tecnológico (ver esquema tecnológico procedimiento I, figura 1).


Proceso I -1: Creación del Proyecto.

Para el procesamiento digital de las imágenes NOAA – HRPT, se emplea el programa HRPT Soft, elaborado por un colectivo de autores de Geocuba1.

En el software, el trabajo se organiza en proyectos, donde se incluyen las imágenes de interés y se define la ventana de trabajo en coordenadas geográficas.

A partir de este momento debe tenerse en cuenta, que la ventana será utilizada para todos los procesamientos que se realicen, a cada una de las bandas de la imagen. Esto posibilita ahorro de tiempo y recursos informáticos, por cuanto el procesamiento se limita al área enmarcada en la ventana.

El área del proyecto puede abarcar desde el territorio de un municipio, una provincia, incluso todo el territorio nacional, incluyendo el litoral y los cayos.

Proceso I -2: Preprocesamiento de la imagen.

La calibración de las imágenes del sensor AVHRR de los satélites NOAA comprende dos procesos fundamentales:



  • La identificación de los datos calibrados en los campos de cabecera de las imágenes (preprocesamiento).

  • Conversión de los valores digitales de la imagen a parámetros físicos (radiancia – temperatura).

El Preprocesamiento de la imagen consiste, en la identificación de los datos calibrados en los campos de cabecera de las imágenes, para determinar sus coeficientes de calibración, con el fin de convertir las imágenes de niveles digitales, en parámetros físicos de radiancia y temperatura de brillo.


El orden de trabajo para realizar el Preprocesamiento de la imagen es el siguiente; (ver esquema tecnológico procedimiento I, figura 1).


  • Determinación de la temperatura del cuerpo negro.

  • Calculo de los valores medios de lectura de los 4 termómetros del cuerpo negro.

  • Cálculo de la temperatura del cuerpo negro por canal y por termómetro.

  • Cálculo del valor medio de la temperatura del cuerpo negro por canal.

  • Determinación de los valores medios de los niveles digitales de salida del espacio profundo.

  • Determinación de los valores medios de niveles digitales de salida del cuerpo negro.

  • Determinación de la radiancia de cuerpo negro.

  • Determinación de los coeficientes de pendiente y de intersección de la imagen térmica.

El cálculo de los parámetros del cuerpo negro, los niveles digitales del espacio profundo y los valores de pendiente e intercepto de las bandas térmicas, se realiza automáticamente mediante el programa HRPT Soft, cuando se carga la imagen en el programa y éste lee los datos de cabecera de la misma.

Los resultado de este proceso, son los coeficientes de calibración siguientes; temperatura del cuerpo negro (canales 3 B, 4 y 5), radiancia del cuerpo negro (canales 3 B, 4 y 5), niveles digitales de salida del cuerpo negro (canales 3 B, 4 y 5), niveles digitales de salida del espacio profundo, así como la pendiente y el intercepto. Determinados mediante el algoritmo implementado en el programa HRPT Soft.



Proceso I -3: Georreferenciación de la imagen.

En el proceso de obtención de las imágenes de los satélites NOAA mediante la estación receptora HRPT, se producen errores que pueden ser notables en determinadas ocasiones.

Estos errores se derivan de distorsiones originadas por la plataforma (las desviaciones de la órbita del satélite); por la rotación, la curvatura y la superficie terrestres, errores provocados por el sensor; entre otros.

Para la eliminación o atenuación de estos errores y la orientación y ubicación de cada píxel en un sistema de coordenadas geográfico, se realiza la corrección geométrica y el método implementado para este fin se basa en el modelo físico de la órbita del satélite.



La georreferenciación se realiza a partir del algoritmo general elaborado por Machado2, el cual se implementó en el programa HRPT Soft, para el cálculo de las coordenadas geográficas punto a punto, de los datos escaneados por el sensor AVHRR, a bordo de los satélites NOAA en órbita, a partir del utilizado por Ellickson3, al cual se le hicieron algunas modificaciones para automatizar los cálculos referentes a la posición del planeta, y se le incluyó además, el cálculo de la posición del Sol, para poder procesar las imágenes obtenidas en horas del día.
Los resultado de este proceso, son las imágenes de niveles digitales visible e IR cercana (bandas 1, 2 y 3 A) georreferenciadas, así como las imágenes térmica de niveles digitales (bandas 3 B, 4 y 5 ) georreferenciadas. Determinadas todas, a partir del algoritmo implementado en el programa HRPT Soft.
Proceso I -4: Determinación de los parámetros físicos de la imagen.

Las imágenes obtenidas por el escáner AVHRR de los satélites NOAA, que se desplazan por encima de la superficie terrestre a aproximadamente 800 Km. por horas, representan la intensidad de radiación recibida, desde un campo de visión instantáneo (IFOV), sobre la superficie terrestre.

Estas radiaciones visibles e infrarrojas de la superficie de la tierra, transitan hasta su conversión en niveles digitales a través de la atmósfera, y son captadas por el sensor en forma de imágenes, convirtiéndose esta información primaria en parámetros físicos, mediante la calibración radiométrica de los niveles digitales de la imagen.

Precisamente, mediante la calibración radiométrica de los datos de la imagen, a partir de los coeficientes obtenidos mediante el preprocesamiento de sus datos de cabecera, y el empleo de otros coeficientes de calibración suministrados por la NOAA, podemos convertir esa información primaria, en parámetros físicos de radiancia, reflectancia, y temperatura (ver esquema tecnológico, procedimiento I, figura 1).


Estos procesos se realizan de forma automatizada, a partir del algoritmos de cálculo implementado en el programa HRPT Soft.
Los resultado de este proceso son; las imágenes de radiancia visible, IR cercana (canales 1, 2 y 3 A), las imágenes de radiancia térmica (canales 3 B, 4 y 5), las imágenes de % de reflectancia y reflectancia (canales 1, 2 y 3 A), las imágenes de temperatura de brillo (canales 3 B, 4 y 5), así como las imágenes de temperatura de superficie (mar y tierra).
Proceso I -5: Creación de los compuestos de máximo valor (CMV) de Índice de Vegetación Normalizado (NDVI), Temperatura de Brillo y Temperatura de Superficie.
El CMV es una imagen sintética de un parámetro físico (temperatura, índice de vegetación normalizado, índice de verdor, etc.), que se obtiene a partir de una serie de imágenes diarias (10, 15, 30 días consecutivos), en la cual para cada píxel se extrae el valor máximo del parámetro físico, lo cual posibilita atenuar los efectos de la dispersión atmosférica (aerosoles y vapor de agua), así como los efectos de la absorción de la radiación térmica, por cuanto como son los valores máximos, se asume que esos valores están menos afectados por los efectos atmosféricos. Además, los CMV posibilitan solventar la pérdida de información por cobertura de nubes Chuvieco4.

El contraste de emisividad más importante, es el que se produce entre el suelo desnudo y el cubierto de vegetación. Por tanto una forma de estimar esa emisividad es conociendo que porciento de esa parcela de 1,21 km2, esta cubierta de vegetación.

Para ello se genera a partir de las bandas 1 y 2 del sensor AVHRR (rojo - infrarrojo cercano) una estimación de la cubierta verde, basándose en los valores de los compuestos de máximo valor CMV, observados para áreas completamente cubiertas y descubiertas de vegetación.

Cada CMV elaborado, corresponde a un período de 10 días, por cuanto ese lapso de tiempo es el recomendado por la mayoría de los autores Chuvieco5. Estos CMV son empleados en algoritmo del programa HRPT Soft, para determinar la emisividad en las imágenes térmicas de los satélites del tipo NOAA AVHRR, con el objetivo final de corregir las imágenes y determinar la temperatura de superficie de los fondos.

De igual forma, a partir de las series de imágenes diarias de NDVI, reflectancia y temperatura se generan los CMV de 10 días, mensuales y anuales.

Como resultado de este proceso, obtenemos las imágenes georreferenciadas, de CMV de NDVI, reflectancia y temperatura, determinados a partir de los algoritmos implementados en el programa HRPT Soft.


Proceso I- 6: Obtención de Espaciomapa de Temperatura de superficie.

El objetivo del proceso, consiste en dotar a la imagen georreferenciada de temperatura de superficie, de los elementos y símbolos cartográficos que posibilite mayor y mejor comprensión del producto representado, de forma tal que se pueda realizar la caracterización térmica general de los principales fondos de vegetación y suelo desnudo del territorio que comprende la imagen dada.


A partir de la imagen georreferenciada (CMV) de temperatura de superficie, obtenida mediante el programa HRPTSoft, se realiza el diseño, la edición y la salida cartográfica mediante herramientas del software Autocad Map 14 Ponvert6 , Geocuba7.
Como resultado de este proceso, obtenemos el espaciomapa de Temperatura de Superficie a escala 1: 500 000 –1: 1000 000, elaborado de acuerdo a lo establecido en (7 y 8).
Proceso I- 7: Captación de Elementos Cartográficos.

Estrechamente ligado al proceso anterior (se solapan), se realiza de forma paralela, los procesos de captación de los elementos cartográficos, así como el diseño y edición cartográfica del Mapa de Temperatura de Superficie de las Coberturas Terrestres a escala 1:500 000 –1 :1000 000.

Mediante este proceso, se representa la información de la zonificación general de los principales fondos del territorio, extraída de los mapas topográficos (bases de datos digitales a escalas 1:250 000 –1:1000 000), mapas temáticos de vegetación, de suelos, etc. de pequeñas escalas (1:250 000 – 1:1000 000), así como los atributos, símbolos y elementos cartográficos, que le confieren validez cartográfica al mapa temático de Temperatura de las Principales Coberturas Terrestres del área de estudio.
En dependencia de las exigencias del usuario, en cuanto al contenido del mapa temático de temperatura de las coberturas terrestres, se extrae la información complementaria, a partir de las bases cartográficas del tipo planimétrico (red vial, red hídrica superficial, vías férreas, ciudades y pueblos, etc) de los mapas topográficos a la misma escala que la del mapa temático, mediante las técnicas de digitalización en mesa.
Proceso I- 8: Diseño y edición cartográfica del mapa de Temperatura de Superficie de los Fondos a escala 1: 500 00 –1: 1 000 000.

El objetivo que se persigue con estos procesos, es representar en un mapa temático, la información principal y la complementaria, obtenido como resultado de la aplicación de esta metodología.


La información principal está conformada, por la imagen georreferenciada de temperatura de superficie del territorio de estudio, la cual constituye el contenido fundamental del mapa.

La información complementaria, está formada por el conjunto de datos cualitativos y cuantitativos que facilitan y complementan la representación cartográfica del objeto de estudio.


Los procesos de diseño del mapa de Temperatura de Superficie son;

  • Diseño y edición de la información temática.

  • Diseño y edición de la hoja del mapa.

  • Diseño y edición de la información complementaria.

Para realizar el diseño, la edición y la salida cartográfica del mapa temático se recomienda emplear las herramientas del software Autcad Map 14. de acuerdo con lo planteado en (7 y 8).


Nivel III : RESULTADOS.

Como resultado final del proceso, se obtiene el mapa (serie de mapas) de temperatura de las Coberturas Terrestres, a escala 1:500 000 –1:1000 000, el cual puede ser empleado para el estudio general del comportamiento térmico, por horas del día y épocas del año, del los principales fondos de vegetación, suelo y elementos antrópicos de un territorio dado, que puede abarcar todo un municipio, una provincia, incluso todo el territorio nacional, incluyendo la plataforma y los cayos adyacentes.


Esta información constituye un valioso complemento de la información térmica obtenida, mediante los procedimientos II y III de la presente metodología.

SEGUNDO PROCEDIMIENTO - Datos principales: Imágenes térmicas aéreas tomadas con termovisor.

Nivel I : DATOS

Datos Principales:

Son las imágenes aéreas del levantamiento térmico realizado desde una altura dominante o desde una plataforma aérea en formato digital, de las cuales se extrae la información temática de interés, que es la distribución espacial de la temperatura de los diferentes tipos de coberturas terrestres, mediante técnicas de procesamiento digital de imágenes térmicas y fotointerpretación visual, con el propósito de elaborar mapas temáticos de temperatura de las coberturas terrestres.


Datos auxiliares:

En calidad de datos auxiliares, se utilizan los mapas topográficos, temáticos y catastrales. Los primeros, para captar la información cartográfica que se agenciará al mapa temático, mediante técnicas de digitalización, así como para la selección de puntos de control y sus coordenadas, para realizar la georreferenciación de las imágenes térmicas. Los segundos, para obtener informaciones específicas, sobre las características de los principales tipos de fondos presentes en el área de estudio, y los últimos, para analizar aspectos del uso de la tierra necesarios para la representación cartográfica final.

Nivel II : PROCESOS.

Obtención de Mapas (Espaciomapas) de temperatura de los fondos.

A continuación se describen los procesos, siguiendo el orden en que están referidos en el esquema tecnológico procedimiento II, figura 2.


Proceso II-1: Levantamiento térmico y mediciones de campo.

El levantamiento térmico comprende las etapas de trabajo de; análisis de los materiales para la ejecución del levantamiento térmico, que incluye la definición de la región, tipo de levantamiento, exigencias técnicas del levantamiento, hora de realización etc.

La confección del proyecto para la realización del levantamiento térmico, que contiene; el análisis de las características técnicas del temovisor utilizado, los cálculos de las parámetros técnicos que comprenden; la determinación de la dirección del vuelo, la altura de vuelo, escala y dimensiones de la imagen, tamaño del píxel, los solapes, la cantidad de líneas de vuelo, el tiempo de vuelo, los cálculos para el posicionamiento y navegación aérea mediante GPS, durante el levantamiento térmico nocturno, etc.

La preparación en tierra de la tripulación para el cumplimiento de la tarea del levantamiento térmico nocturno, que comprende; el estudio de los datos iniciales, y la región del vuelo, las condiciones meteorológicas, la navegación nocturna por GPS, la determinación del orden y condiciones de realización del trabajo, la preparación y comprobación de la nave aérea, el termovisor, los medios de comunicación, el GPS de vuelo, e instrumentos para determinar los parámetros ambientales de humedad relativa y temperatura del aire dentro de la nave, así como la altura de vuelo.


Incluye además, la preparación y comprobación de la base aérea para la colocación de la cámara térmica y los accesorios, y el registro y control de los materiales del levantamiento térmico, memorias compactas, video casetes, CD, DVD, entre otros.
De forma simultanea con el levantamiento térmico, se realizan las mediciones terrestres, de los parámetros ambientales de temperatura del aire a 1.5 m del suelo y a 0,5 m por encima de los cultivos agrícolas y otros tipos de fondos de vegetación, así como se determina la humedad relativa y velocidad del viento en diferentes puntos del territorio, de manera que sean representativos del área de estudio. (ver esquema tecnológico procedimiento II, figura 2).

Para el cumplimiento de estas tareas, recomendamos utilizar equipos registradores de datos automatizados del tipo datalogger, como por ejemplo los testos modelo 454 con sondas de tres funciones (humedad relativa temperatura del aire y velocidad del viento), los testostoles modelos 171, 175, o instrumentos similares, para registrar los parámetros de temperatura del aire y humedad relativa, etc.


Además se determinan los valores de temperatura de superficie, de los principales tipos de fondos del área de estudio, con el empleo de termómetros digitales con sonda de contacto, con el objetivo de correlacionar los datos del levantamiento térmico, con mediciones terrestres de temperatura, para mejorar la calibración radiométrica de las imágenes, así como comprobar la exactitud en la determinación de la temperatura de superficie, mediante las imágenes térmicas.
Como resultado de este proceso, obtenemos las imágenes térmicas digitales tomadas desde plataformas aéreas o desde alturas dominantes, así como los datos de las variables ambientales y mediciones de temperatura en tierra, necesarios para la calibración radiométrica de las imágenes térmicas tomadas con termovisor.
Proceso II-2: Creación del Informe Térmico.

A partir de las imágenes térmicas tomadas con termovisor, desde la plataforma aérea o la altura dominante, se crea el informe térmico o proyecto, para el procesamiento digital de las imágenes y su calibración radiométrica, con la ayuda de los Software de procesamiento digital de imágenes térmicas Therma CAM Reporter 2000 Professional”, o Agema Report 5.4.1(ver esquema tecnológico procedimiento II, figura 2).

Proceso II-3: Corrección radiométrica.

La corrección radiométrica se realiza, para convertir los niveles digitales de la imagen térmica, en valores físicos de temperatura, a partir del conocimiento de la cantidad de radiación emitida por el objetivo y su emisividad. Mediante la formula de Plank se calcula la temperatura de la imagen.


La corrección radiométrica, empleando el programaTherma CAM Reporter 2000 Professional”, o Agema Report 5.4.1”.
Como resultado del proceso tenemos, las imágenes térmicas calibradas en temperatura, a partir de las correcciones por emisividad y por las condiciones atmosféricas fundamentalmente.
Proceso II-4 : Cargar puntos de control y corrección geométrica de la imagen térmica.

El objetivo de este proceso, es conferir a la imagen la validez cartográfica requerida, ajustándola al sistema de coordenadas seleccionado. Lo anterior se logra, identificando puntos homólogos entre la imagen térmica y el mapa a escalas mayores que la de la imagen.

Posteriormente, se aplica un polinomio de transformación y finalmente se procede al trasvase de los niveles digitales a su nueva posición, de acuerdo a la metodología planteada por Chuvieco (4). Este proceso se realiza en el software Envi 3.6 u otro similar, y el resultado final, es la imagen corregida geométricamente. (ver esquema tecnológico procedimiento II, figura 2).
Proceso II-5: Mosaico georreferenciado

El mosaico es el arte de combinar múltiples imágenes en una sola imagen compuesta.

A partir de las imágenes térmicas tomadas con termovisor, desde las plataformas volantes, se crean los mosaicos, con el objetivo de elaborar espaciomapas o para su composición cartográfica, durante la creación de los mapas temáticos de temperatura de las coberturas terrestres.
Para realizar este proceso, se utiliza el software ENVI 3.6, u otro similar, mediante las técnicas de mosaico basada en píxeles (mosaico virtual), y técnicas de mosaico georreferenciado, con línea de corte (cutline) y degradado (feathering). De acuerdo a lo planteado en8 y Frassia9.
Como resultado de este proceso, tenemos los mosaicos de temperatura de superficie georreferenciados de las áreas de estudio, los cuales constituyen la materia prima fundamental, para la elaboración de los espaciomapas térmicos de las coberturas terrestres.
Proceso II- 6 y 7: Fotointerpretación y elaboración del mapa (espacio mapa) preliminar de las coberturas terrestres

Los Espaciomapas son documentos que reflejan con mucha objetividad, el paisaje natural de una determinada área geográfica. Por su operatividad y facilidad de obtención, se justifican sobre todo para estos fines, donde los métodos de cartografía tradicional resultan muy costosos por la complejidad del mismo.

A partir del mosaico térmico del área de estudio, se aplicarán técnicas de fotointerpretación visual para identificar las tipos de fondos presentes en la misma. Para ello es necesario auxiliarse de los mapas topográficos de grandes escalas, fotos aéreas actualizadas, mapas temáticos de vegetación, suelos y catastrales existentes, (Cruz Díaz10), y (Ponvert –Delisles11).

Una vez identificadas los tipos de fondo mediante estas técnicas, corresponde trazar los límites de los mismos sobre el mosaico térmico. De acuerdo con las necesidades y exigencias del usuario, se captan los elementos cartográficos o capas necesarias, mediante técnicas de digitalización directamente sobre la imagen, o de otra fuente, utilizando los software de edición cartográfica, tales como: Autocad Map.14 o Mapinfo Profesional, de acuerdo con lo indicado en (7 y 8),

El mapa temático o el espaciomapa térmico, con la representación cartográfica de los fondos interpretados, constituye el Mapa preliminar de las coberturas terrestres, que es el resultado parcial del proceso (ver esquema tecnológico procedimiento II, figura 2).

Proceso II -8: Comprobación de campo

El objetivo de este proceso, es evidenciar la validez cartográfica del espaciomapa obtenido, rectificar los errores y completarlo en campo. Es conveniente emplear un GPS para estas tareas, con vista a garantizar la rapidez y precisión del trabajo.
Proceso II–9, II–10 y II–11: Elaboración del Mapa (Espaciomapa) de las Coberturas Terrestres, Procesamiento digital de las imágenes térmicas y determinación de la temperatura de los fondos.

De forma paralela con los trabajos de elaboración del mapa temático (espaciomapa) de las coberturas terrestres, se procede a realizar el procesamiento digital de las imágenes térmicas, con el objetivo de determinar la temperatura de los fondos de vegetación, suelo y elementos antrópicos, identificados en las imágenes térmicas y en el espaciomapa, (ver esquema tecnológico procedimiento II, figura 2).

Estos procesos se ejecutan con el programa “Therma CAM Reporter 2000 Professional”, o “Agema Report 5.4.1.
Como resultado del proceso, tenemos el mapa (espaciomapa) de las Coberturas Terrestres, a los cuales se les ha asociado la temperatura, mediante el procesamiento digital de las imágenes térmicas.
Proceso II -12: Diseño, edición y salida cartográfica del mapa (espaciomapa) de temperatura de las coberturas terrestres, del área de estudio.

El proceso consiste, en asociar el contenido cartográfico correspondiente al Mapa (Espaciomapa de las coberturas terrestres), con la información temática de la temperatura de los diferentes fondos del área de estudio, obtenida mediante el procesamiento de imágenes, mediante los programas “Therma CAM Reporter 2000 Professional”, o “Agema Report 5.4.1”.


Para realizar el diseño, la edición y la salida cartográfica, se utilizan herramientas del software Autcad Map 14.
Nivel III : RESULTADOS.

Como resultado final del proceso, obtenemos el Mapa (Espaciomapa) de Temperatura de las coberturas terrestres. Este mapa (espaciomapa) constituye un valioso documento, para el estudio del comportamiento termográfico de un área de estudio con diversos fines.


TERCER PROCEDIMIENTO: Utilizando datos obtenidos en campo como datos principales.
Nivel I : DATOS

Datos Principales:

Son las mediciones termométricas efectuadas con termómetros digitales, de radiación IR –Térmicas y sondas de contacto, complementadas (o no, en dependencia de la existencia de un termovisor), con imágenes térmicas tomadas desde el suelo, o desde una altura dominante. Con el fin de realizar el estudio termográfico de las coberturas terrestres de la escena real, generalmente en un área de pequeñas dimensiones.
Datos auxiliares:

En calidad de datos auxiliares, se utilizan los mapas topográficos de escala 1:10 000 –1:25 000, e información técnica del objetivo.


Nivel II : PROCESOS

Este procedimiento metodológico es el que más se recomienda utilizar en polígonos de investigación –desarrollo de experimentos, aplicación de tecnologías y metodologías para el análisis termográfico de las coberturas en pequeñas áreas con diversos fines.

Se realiza generalmente desde el suelo, empleando termómetros digitales (con sondas para medir temperatura de superficie o termómetros IR –Térmicos), estas mediciones se pueden complementar, con tomas de imágenes termográficas desde el suelo, o desde alturas dominantes, a distancias que permitan obtener con la máxima resolución posible las coberturas existentes en la escena real.

El esquema tecnológico de este procedimiento, parte de la escena real, en la cual se encuentran las coberturas terrestres objeto de estudio y está conformado por procesos, a partir del empleo de termovisores (procesos III –1 al III –5 y el III –7 ), así como el empleo de termómetros digitales (procesos III –1, III –2 –4), esquema tecnológico III, figura 3.


Nivel III : RESULTADOS.

Como resultado final del proceso, se obtiene un plano (mapa) de gran escala en el cual se identifican las coberturas terrestres y los valores de temperatura de superficie de las mismas.


Conclusiones:

Como resultado final de la metodología, se obtienen mapas a diferentes escalas con la información térmica de las coberturas terrestres objeto de estudio. Esta información es sumamente valiosa para el estudio de disímiles problemas del medio ambiente, las geociencias, y problemas de los cambios globales entre otros.




Literatura;
1 León, Barrueto, R., “y otros”. Manual de Usuario HRPT Soft. Sistema para el procesamiento de imágenes NOAA. (V. 1.0). Geocuba. Ciudad de la Habana. Cuba. 2002. [Inédito].
2 Machado, Mederos. E., Formulación de algoritmo para la georreferenciación de imágenes digitales obtenidas de satélites polares NOAA. Geocuba. Ciudad de la Habana. Cuba. 2003. [Inédito].
3 Ellickson, James. K., Formulation of a Generic Algorithm for Earth Locating Data From NOAA Polar Satellites. Appendix C. Science Systems and Applications, INC Agosto 31, 1988.
4 Chuvieco, E., Fundamentos de Teledetección Espacial, Ediciones RIALP, S.A, 2da. Edición, Madrid, España. 1995, 449 pp.
5 Chuvieco , E., “y otros”. Estimación del peligro de incendio forestales mediante imágenes NOAA. AVHRR. Memorias del VII Simposio latinoamericano de percepción remota. SELPER, MÉXICO. 601-610,1995.
6 Ponvert-Delisles, B., “Metodología para realizar la caracterización espectral y cromática de las coberturas terrestres en Cuba” Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas, Instituto Técnico Militar, La Habana, Cuba. 2000.
7 Geocuba., Mapas temáticos y espaciomapas a partir de imágenes espaciales. Ciudad de la Habana, Cuba, 1999.

8 Resear Systems., ENVI User’s Guide Version 3.6. USA. 2002, 1042 pp.
9 Frassia, Mercedes., Guía sobre ENVI, clase 4 Mosaico. 2002, 13 pp.
10 Cruz Díaz, R. O. “Tecnología para la Creación de Mapas Especiales con la Utilización de la Información Aerocósmica e Inter-ramal en Interés de la Defensa” Resumen de la Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas, Instituto Técnico Militar, La Habana, Cuba. 1989, 30 pp.


1 León, 2002.

2 Machado, 2003.

3 Ellickson, 1988.

4 Chuvieco, 1995.

5 Chuvieco, 1995.

6 Ponvert, 2000.

7 Geocuba, 1999.

8 Envi user´s Guide Versión 3.6.

9 Frassia, 2002.

10 Cruz, Díaz, 1989.


11 Ponvert –Delisle, 2000.





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