miércoles, 19 de septiembre de 2007

Actualización Cartográfica Con Imágenes Satelitales



Dentro de los diferentes métodos de producción Cartográfica, los que se han ido mejorando a lo largo de los años, la Teledetección puede y es un gran aporte en la integración e innovación de las diferentes tecnologías referentes a la Información Territorial.

Es por esto, que este trabajo va dirigido a la aplicación de la Teledetección en el área de la Cartografía, principalmente y como titulo del tema en la Actualización Cartográfica con Imágenes Satelitales, específicamente del satélite Landsat ETM+ y un Modelo Digital de Elevación (MDE) del programa espacial SRTM.

En el desarrollo se verán los aspectos teóricos, técnicos y las metodologías que ocupa la Teledetección en el tratamiento de las Imágenes Satelitales, se trataran temas como por ejemplo, los fundamentos físicos de la Teledetección, sensores remotos, el programa espacial de Landsat, Imágenes Satelitales, Modelos Digitales de Elevación (MDE), sus errores y correcciones, se realizara y analizará una Ortorectificación a la Imagen Satelital para su aplicación Cartográfica. Todo con el propósito de la integración de esta Tecnología en los métodos tradicionales de generación Cartográfica, para obtener como resultado final un documento cartográfico llamado Espaciocarta y realizar un Estudio de crecimiento urbano específicamente en la comuna de Puente Alto.

Se busca finalmente en este trabajo de titulación, dejar a la Teledetección y a los productos provenientes de los programas espaciales como las Imágenes Satelitales y los Modelos Digitales de Elevación (MDE), como una alternativa a la Actualización y Generación de Cartografía.

1. Introducción

Gracias a los avances tecnológicos hoy en día se cuenta con satélites artificiales, producidos por el hombre, los que tiene la capacidad de tener una visión panorámica de toda la superficie terrestre. Ya sean, con fines de investigación, comercial o bélicos, estos satélites tienen la propiedad de ser una herramienta para el beneficio propio de la humanidad.

La carrera espacial tiene sus principios en la Guerra Fría, el primer satélite artificial fue puesto en orbita el 4 de Octubre de 1957, fue el Sputnik, lanzado por la ex Unión de Republicas Socialistas Soviéticas (URSS), con fines netamente militares. En 1960, la NASA lanza su primer satélite de la serie TIROS, con el objeto de detectar cambios meteorológicos, el que ha permitido el control de las condiciones atmosféricas o evitando posibles desastres naturales. Así como estos primeros satélites, muchos más han sido lanzados al espacio con diferentes objetivos y diferente tecnología, lo que ha permitido al ser humano, estudiar el espacio y sus fenómenos, mejorar la tecnología en telecomunicaciones y realizar un sin fin de estudios acerca del planeta Tierra.

1.2 Estado Actual en el Tratamiento del Problema

El Instituto Geográfico Militar es la institución que se preocupa de mantener la totalidad de la cartografía territorial en un constante proceso de actualización, de acuerdo a esto se puede notar que para realizar la actualización cartográfica, la teledetección puede ser una herramienta que puede aportar mayor rapidez y menor costo, por ejemplo, en estudios de crecimiento urbano, identificación de nuevas carreteras, suelos agrícolas, etc.

1.3 Hipótesis

A través de Imágenes Satelitales y un Modelo Digital de Elevación (MDE) se puede realizar una actualización cartográfica a escala 1:50.000.

1.5 Metodología del trabajo

Se darán tópicos obligatorios como son los Fundamentos de la Teledetección, Tipos de Sensores, Resolución de un Sensor, definición de lo que es una Imagen Satelital; esta primera parte tratara acerca de los conceptos generales de la Percepción Remota, conceptos importantes a la hora de trabajar con Imágenes Satelitales.

Dar una descripción completa del Programa del satélite Landsat ETM+ y todo lo correspondiente a este; el tipo sensor, las resoluciones, la geometría del sensor, bandas etc.

Procesamiento de correcciones de la imagen; Corrección radiométrica y geométrica, métodos de remuestreo, niveles de corrección en que vienen las imágenes Landsat ETM+. Modelo Digital de Elevación MDE; tipos de modelos de elevación; características de su construcción, ya sean, por distintos métodos de captura de datos o diferentes fuentes de información, y la importancia que este tiene para el uso en la ortorectificación.

Como este estudio trata también de Cartografía, irán conceptos relacionados con esta como son la forma de la tierra, tipos de coordenadas, escala, proyecciones cartográficas, Datum, etc. Información que los Ingenieros de Ejecución en Geomensura deben conocer bien a la hora de trabajar en todo lo que respecta a información geoespacial.

1. Desarrollo

3.1 Análisis de los Materiales

Consideraciones Previas

Cabe recordar que para todo el procesamiento digital de imágenes satelitales, es necesario antes de realizar cualquier procedimiento, tener en cuenta cual(es) son el(los) objetivo(s) final(es) del trabajo en que se requiera ocupar la imagen, en este caso, la Actualización Cartográfica con Imágenes Satelitales, pretende obtener el mayor provecho de una imagen satelital, en este caso Landsat, con el objetivo de actualizar cartografía específicamente de la Región Metropolitana de Chile.

Teniendo claro lo anterior se realiza el análisis del material con que se pretende trabajar en el proceso de actualización, y de acuerdo a esto, comenzar a realizar todos los procedimientos y procesamientos respectivos en pos del resultado final.

3.1.1 Imagen Landsat

1.- Imagen Landsat ETM+ nivel L1G

El primero de estos materiales es la imagen Landsat ETM+, anteriormente ya fueron nombradas las características principales del satélite y del sensor (ver capitulo 2,10), de acuerdo con todo eso, el primer paso vendría a ser el análisis del archivo texto que viene con la imagen. Algunos de los datos que vienen en el Metadato de la imagen son por ejemplo:
La fecha de adquisición: año, mes, día (2003-01-19).
Tipo de producto: se refiere al nivel de procesamiento que tiene la imagen.
El Satélite y el Sensor: en este caso Landsat ETM+.
El WRS Path and Row: el que viene a ser la columna y fila (233, 083) en que es tomada la imagen.
Las coordenadas del centro y de los bordes de la imagen, en Latitud y Longitud, además en coordenadas de mapa.
Mínimos y Máximos de radiancia por cada banda de la imagen y de valores de los píxeles.
Calibración radiométrica
Parámetros de proyección en el que la imagen fue corregida, el tamaño del píxel, el método de remuestreo (importante a la hora del efecto que produce en la imagen respecto de la posición de los píxeles), que en este caso estaba con el método del vecino mas cercano.

Esas son las características generales del archivo de texto en las imágenes satelitales, también existen archivos de texto para las bandas termales (HTM), para la banda pancromática (HPN) y para las otras bandas del espectro visible y del infrarrojo (HRF).

El nivel de corrección que viene con la imagen L1G, corresponde esta según la ficha técnica de Landsat al nivel 5 en el que consiste en una imagen con correcciones sistemáticas, pero que se referencia utilizando las efemérides del satélite y la geometría del sensor a través de una computadora abordo que graba los datos de captura.

Altitud, efemérides y parámetros de actitud del satélite, descritos en el archivo Payload Correction Data (PCD) y en el archivo Calibration Parameter File (CPF) son los componentes fundamentales para la generación de imágenes de Nivel 5 que garantizan la fidelidad geométrica general de la imagen.

La imagen que se ocupara dentro de este proyecto específicamente esta en la zona central de Chile, la escena tiene como coordenadas centrales Geográficas -70.4409243 W y -33.10405166 S, coordenadas UTM 338155.625 y 6327646.500 o bien posición de coordenadas en Píxel 3668 y 3464, Proyección UTM, Elipsoide WGS84 y Datum WGS84, huso 19.

Conclusiones

Si bien en un principio y como hipótesis se propuso actualizar cartografía a escala 1: 50.000 la que luego fue descartada por la escala 1: 100.000, es necesario primero que todo, tener en consideración antes de proponer la escala a utilizar, el tipo de Imagen Satelital, el tamaño del píxel y las características del sensor a bordo del satélite, información muy valiosa porque de ella depende el resultado final.

Gracias a las ventajas de las imágenes satelitales, es posible desarrollar gran variedad de análisis de información territorial, los que pueden ser complementarios a todo lo existente e incluso generar información que no existía anteriormente, lo que quiere decir que gracias a estos avances tecnológicos, es posible implementarlos para actualizar la cartografía existente de manera mas rápida, eficiente y con resultados de mejor calidad, lo que da paso a que instituciones encargadas de la Cartografía Nacional como es el caso del Instituto Geográfico Militar, integre esta tecnología en beneficio del desarrollo del país.

Uno de esas tecnologías o productos son los Modelos Digitales de Elevación del programa SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), realizado por el NGA (Agencia Nacional Geoespacial) y la NASA; que fue capaz de generar la representación mas completa del relieve de la tierra, a través de un satélite por el método de la Interferometría.