Imágenes satelitales

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Índice del artículo

¡Desarrollando la agricultura eficiente!

Las imágenes satelitales pueden ser definidas como una representación pictórica de datos de la superficie terrestre obtenidas por sensores que se encuentran posicionados en su órbita. Mientras, la teledetección o percepción remota es la ciencia que se encarga de adquirir estas imágenes a través de un sensor aerotransportado o satélite.

La percepción remota está estrechamente vinculada con los Sistemas de Información Geográfica (SIG) y el Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS). Estas ciencias trabajan en conjunto para generar información temática, atributiva y con ubicación espacial.

El uso de las imágenes satelitales permite estudiar los fenómenos físicos que ocurren en la superficie de la tierra, por lo que las tecnologías como Teledetección, SIG y GNSS son aplicables a cualquier profesión como los Agrónomos, Arqueólogos, Biólogos, Geógrafos, Epidemiólogos, Veterinarios, Militares, entre otros.

Específicamente la agricultura de precisión es una ciencia que reúne a un conjunto de tecnologías, datos e información que se encarga de estudiar las variables de los cultivos y sus interacciones entre sí como:

  • Suelos.
  • Clima.
  • Semillas.
  • Topografía.
  • Agua.
  • Maquinaria.
  • Agroquímicos.

imagen saltélital de cultivo

Todo esto con la finalidad de tomar decisiones correctas en el manejo agronómico para hacer eficiente la producción agrícola.

Las imágenes de satélite en la agricultura son de un gran valor estratégico, por este motivo desde hace varios años se ha estado trabajando en esta área. Estas son de gran utilidad para:

  • Obtener datos del pasado productivo.
  • Monitorear cultivos en curso.
  • Tomar decisiones dependiendo del contexto en que se encuentren los cultivos.

En la actualidad se puede observar la superficie terrestre de cualquier parte del mundo mediante el uso de las imágenes satelitales; existen diversas aplicaciones web usadas para dicho propósito. La más conocida de uso gratuito es Google Earth; Una herramienta que permite hacer análisis preliminares de uso de la tierra entre otras funciones básicas.

¿Cómo se originaron las imágenes satelitales?

Historia de las imágenes satelitales

Percepción remota

Las primeras experiencias de percepción remota se remontan al año 1859. Cuando Gaspar Félix de Tournachon fotografo, periodista, caricaturista y aeronautra frances, obtuvo las primeras fotografías de Paris desde un globo aerostático.

Curiosamente la primera fotografía aérea fue adquirida en 1909 por Wilbur Wright. El desarrollo tecnológico y la explotación de la teledetección se iniciaron en 1915 durante la primera guerra mundial; cuando se desarrolló la primera cámara aérea por el teniente de aviacion ingles  J.T.C. Moore.

Satélites artificiales

La carrera espacial se inició en 1957 cuando fue lanzado el primer satélite en el espacio por la Unión Soviética, el Sputnik 1. A partir de allí se colocaron en la órbita terrestre diversos satélites de comunicación, meteorológicos, navegación y observación terrestre.

Inicialmente este campo estaba dominado por EEUU y Rusia posteriormente se sumaron Alemania, Inglaterra, Japón, Francia, China, India, entre otros.

En Latinoamérica la actividad se inició en el año 2007 destacándose actualmente los países que poseen satélites de observación terrestre:

  • Venezuela.
  • Argentina.
  • Brasil.
  • Colombia.
  • Chile.
  • Perú.
  • Bolivia.
  • México.
  • Ecuador.
Sputnik 1
Satélite artificial Sputnik 1.

Importancia de las imágenes satelitales

Las imágenes satelitales son herramientas de trabajo de gran utilidad  para el desarrollo de diferentes áreas de interés, entre las cuales podemos mencionar:

Agricultura

  • Monitoreo de Cultivos y clima.
  • Diseño de los sistemas de riego.
  • Diseño y planificación de siembras.
  • Medir superficies sembradas y disponibles.
  • Ubicación de:
  • Pozos de agua.
  • Fuentes de agua superficiales.
  • Áreas afectadas por plagas.
  • Áreas afectadas por déficit de nutrientes.
  • Uso del suelo.

Ambiente

  • Estudios de impacto ambiental.
  • Monitoreo del ambiente.
  • Diseño de modelos ambientales.
  • Manejo de:
  • Cuencas.
  • Desechos tóxicos.
  • Zonas protegidas.

Cartografía

  • Generación de mapas.
  • Actualización de mapas.

Urbanismo

  • Zonificación.
  • Áreas de riesgo.
  • Uso del suelo.
  • Catastro.

Arqueología

  • Ubicación de áreas arqueológicas.
  • Diseño de zonas protegidas.
  • Inventario de reliquias encontradas.
  • Zonas de riesgo.

Geografía

  • Delimitación y actualización de límites políticos territoriales.
  • Generación de mapas.
  • Estudio de la relación de la tierra y del hombre.

Forestal

  • Inventario de material forestal.
  • Control de explotación de madera.

Militar

  • Estudio de fronteras.
  • Simulación de escenarios de guerra.
  • Inventario de recursos.
  • Espionaje.

Policial

  • Análisis de criminalidad.
  • Zonas de riesgo.
  • Ubicación de módulos policiales.

Marketing

  • Análisis de lugares óptimos para ventas.
  • Tendencias de ventas por zonas.
  • Estudios demográficos.
  • Estudio de mercado.
  • Ubicación de negocios y empresas.

Salud

  • Ubicación de:
  • Centros de salud.
  • Ambulancias.
  • Capacidad de respuesta a emergencias.
  • Identificación de zonas:
  • De riesgo.
  • De riesgo epidemiológico.
  • Con presencia de epidemias.
  • Con presencia de personas con alguna sintomatología.
imágenes satelitales
Arriba: representación de algunos sensores en el espacio. Abajo a la izquierda fotografía satelital del área 51 en EEUU, a la derecha Gimnasio Nacional de Yoyogui, en Shibuya, Tokio Japón.

Características de los satélites artificiales

Los satélites son colocados en el espacio mediante el uso de cohetes y ubicados en la órbita correspondiente seleccionada. Los mismos pueden ser clasificados de acuerdo al tipo de órbita, al tipo de sensor y tipo de resolución.

De acuerdo al tipo de órbita

Geoestacionarios ó geosíncronos

Los satélites geoestacionarios presentan las siguientes características:

  • Están ubicados en órbitas muy altas.
  • Están sincronizados con el movimiento de rotación de la tierra, es decir, giran a la misma velocidad y dirección de la tierra.
  • Se encuentran en la misma ubicación relativa con respecto a la tierra, observan siempre la misma zona.
  • Generalmente ésta orbita la usan los satélites de posicionamiento global, meteorológicos y de comunicaciones.
Órbita geoestacionaria
Órbita geoestacionaria de satélites.

Heliosíncrono ó Polar

Este tipo de satélite se caracteriza por girar alrededor de la tierra de Norte a Sur, aproximadamente perpendicular al Ecuador terrestre. Por esto, la plataforma se ubica siempre sobre un mismo punto cada cierto tiempo y puede observar toda la superficie de la tierra.

Órbita Heliosíncrono o Polar
Órbita Heliosíncrono ó "Polar" de satélites.

De acuerdo al tipo de sensor

Sensores activos

Estos sensores emiten un haz de energía que rebota en la superficie terrestre y posteriormente es capturada la información para su procesamiento. Algunos ejemplos de ello son los sensores radar, lidar y laser.

Sensores Pasivos

Los sensores pasivos son aquellos que solo reciben datos de los fenómenos que se encuentran en ese momento.

tipos de sensores para captar imágenes satelitales
Modo de recepción de ondas de los diferentes tipos de sensor.

De acuerdo al tipo de resolución

Espacial

Esta resolución indica la capacidad que existe para distinguir el objeto más pequeño sin distorsión de la imagen y puede ser medida en milímetros, centímetros o metros.

Resolución espacial de imagenes satelitales
Ejemplo de resolución espacial.

Espectral

Esta resolución se refiere a la anchura y el número de bandas espectrales.

Resolución espectral de imagen satelital
Resolución espectral de imágenes satelitales.

Radiométrica

La resolución radiométrica, es la que muestra el rango de valores que puede detectar el sensor de radiancia espectral.

Temporal

Esta, es la que describe el tiempo que tarda el sensor en pasar por una misma posición sobre la superficie de la tierra.

Los satélites hacen las capturas de las imágenes de la superficie terrestre. Luego, la información es enviada a las agencias espaciales seguidamente son procesadas e interpretadas por personal altamente calificado. Esto, con el fin de que la información llegue al usuario final. Algunos satélites disponibles de acuerdo a su resolución espacial son:

  • Landsat 7 ETM+: 30 m
  • Aster: 15 m
  • Spot 6: 1,5 m
  • Ikonos: 0,82 m
  • QuickBird: 0,61 m
  • Pleiades 1-A: 0,5 m
  • Worldview 2: 0,46 m
  • GeoEye-1: 0,41 m
  • Worldview 4: 0,31 m
satélites temporales
Algunos satélites en órbita.

Vida útil de los satélites

Generalmente la vida útil de los satélites oscila entre 5 a 15 años, esto depende de factores externos como:

  • La atmósfera.
  • Choques con basura espacial.
  • Disponibilidad de combustible.
  • Correcta operatividad de todos los equipos del satélite.

Curiosidades de los satélites artificiales

¿Sabes cuantos satélites artificiales hay en el espacio?

Desde de 1957 se han puesto en órbita aproximadamente 8.000 satélites de los cuales 4.922 están operativos. Los países con más satélites en el espacio son:

  • Rusia: 1421.
  • Estados Unidos: 1050.
  • Japón: 107.
  • China: 98.
  • Francia: 42.

La cantidad de satélites se está ampliando cada día gracias a la competencia que existe entre las agencias espaciales.

¿Cuál es el satélite artificial más antiguo en funcionamiento?

El Vanguard 1 se lanzó el 17 de marzo de 1958.

Satelite Vanguard 1
Satelite Vanguard 1 en órbita desde 1958.

¿Cuál es el satélite artificial más grande en órbita?

La Estación Espacial Internacional (International Space Station – ISS).

Estación Espacial Internacional
Estación Espacial Internacional.

¿Cuánto mide y pesa un satélite?

Los satélites varían según su fabricación y funciones a realizar:

  • Desde 30 centímetros hasta 20 metros.
  • Su peso desde 1 kilogramo hasta 10 toneladas.

Las nuevas tendencias es hacer los satélites de menor tamaño y más potencia a menor costo.

Fabricación de un satélite artificial
Fabricación de un satélite artificial.

¿Conoces el término basura espacial?

satélites en órbita y basura espacial
Ubicación de los satelites artificales en órbita y la basura espacial de tamaño considerable en el 2008, Fuente: Analytical Graphics INC., Google Earth, Universidad de Colorado, The New York Times.

También se conoce como "chatarra espacial" todos aquellos elementos y objetos artificiales sin utilidad presentes en la órbita terrestre; tales como satélites dañados, restos de cohetes y otros.

Las agencias espaciales estiman que hay aproximadamente 19.000 objetos dentro de la categoria basura espacial en órbita. Estos son considerados como proyectiles y representa un peligro constante; pudiendo causar gran daño tanto a los satélites en funcionamiento como a los astronautas que se encuentran en el espacio.

La basura espacial tiene un diámetro aproximado de 1 centímetro hasta los 10 metros y viajan aproximadamente a 27.000 Km/h. La NASA estima que actualmente hay alrededor de 7.600 toneladas de basura espacial en órbita.

El país que más basura ha aportado es Rusia seguidamente de los Estados Unidos. Recientemente se ha mencionado la existencia de varios proyectos para reducir la cantidad de la basura espacial de la órbita terrestre; estos son llevados por las agencias espaciales internacionales.

basura espacial
Izquierda basura espacial. Derecha proyección artistica de la basura espacial en órbita rodeando la tierra.

Marco jurídico del uso de uso de la órbita terrestre

El ente encargado de regular jurídicamente las actividades en la órbita terrestre es el Comité de Naciones Unidas para el Uso Pacífico de Espacio Exterior creada en 1967. Su línea principal establece que el espacio exterior es patrimonio de la humanidad y no podrán ser de apropiación internacional.

Los satélites artificiales como negocio

La agencia espacial europea (ESA) explica que la observación de nuestro planeta desde el espacio es también una oportunidad para generar negocios rentables. Sin duda los datos aportados por los satélites dan la posibilidad de que las inversiones obtengan un retorno multiplicado por diez.

“Los cálculos económicos realizados por estudios muy reconocidos hablan de que la inversión de un euro se corresponde con un retorno por diez en términos económicos; por los beneficios de la economía asociada a productos y servicios relacionados con los datos de los satélites. Por lo tanto, es la inversión con un retorno de diez”.

Hoy en día la tecnología en órbita es clave en:

  • Los pronósticos de las cosechas.
  • En la utilización de la tierra.
  • En la observación de la contaminación del aire.

Agencias espaciales

Las personas e instituciones encargadas de los lanzamientos, funcionamiento de los satélites y distribución de las imágenes se les conoce como agencias espaciales. Destacándose:

  • Estados Unidos: National Aeronautics and Space Administration (NASA).
  • Unión Europea: European Space Agency (ESA).
  • Rusia: Russian Federal Space Agency (Roscosmos).
  • Alemania: German Aerospace Center (DLR).
  • Japón: Japan Aerospace Exploration Agency (Jaxa).
  • Francia: Centre National d´Etudes Spatiales (CNES).
  • China: China National Space Administration (CNSA).

En Latinoamérica:

  • Venezuela: Agencia Bolivariana para las Actividades Espaciales (ABAE).
  • Argentina: Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE).
  • Brasil: Agencia Espacial Brasileira (AEB).
  • Colombia: Comisión Colombiana del Espacio (CCE).
  • Chile: Agencia Chilena del Espacio (ACE).
  • Perú: Comisión Nacional de Investigación y Desarrollo Aeroespacial (CONIDA).
  • Bolivia: Agencia Boliviana Espacial (ABE).
  • México: Agencia Espacial Mexicana (AEM).
  • Ecuador: Instituto Espacial Ecuatoriano (IEE).

Empresas proveedoras de imágenes satelitales

La venta y distribución de las imágenes de satelitales puede ser a través de las agencias espaciales o de empresas privadas. En efecto, los costos de las imágenes varían dependiendo de su resolución y superficie que abarquen; algunas pueden ser gratuitas.

En lo que respecta a las empresas más importantes que proveen imágenes satelitales se pueden mencionar:

  • DigitalGlobe: empresa que ofrece las imágenes de mayor resolución, ahora integrada con Maxar.
  • Planet: también ofrece imágenes de alta resolución.
  • USGS: institución que distribuye las imágenes gratuitas.

Esquema del funcionamiento del sistema de teledetección

Fuente de energía

Se refiere al origen de la radiación electromagnética que el sensor detecta clasificándose en dos formas:

Activas:

Cuando el sensor emite un haz energético y captura la información que recibe de ese haz.

Pasivas:

Cuando el sensor usa una radiación externa como el sol.

Superficie terrestre

Corresponde a todo lo que se encuentra visible en la totalidad de la superficie del planeta.

Sensor

Es el equipo que capta la energía de la superficie terrestre y lo envía al equipo receptor en la tierra.

Agencia receptora

Lugar donde reciben la información del sensor, la corrigen y distribuyen.

Especialista

Es la persona que procesa e interpreta la información proveniente de las imágenes para el estudio para cual trabaja.

Usuario Final

Es la persona que contrata al especialista para que procese la data y le entregue los resultados del estudio.

Elementos de la observación remota

Longitud de onda

Es la medida de la distancia que existe entre dos valores culminantes de ondas sucesivas.

Banda espectral

Se refiere a la selección de longitudes de ondas con comportamiento electromagnéticos similares.

El espectro electromagnético

Es la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas extendiéndose desde:

Radiación de menor longitud de onda:

Como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la radiación ultravioleta, la luz visible y la radiación infrarroja.

Radiación con mayor longitud de onda:

Como las ondas de radio.

La agrupación de la radiación electromagnética presenta distintas bandas definidas por la frecuencia o la longitud de onda; lo que hace que presenten un comportamiento similar.

Con la tecnología actual las bandas espectrales más usadas en la teledetección son las siguientes:

Espectro visible

Es la radiación que puede percibir el ojo humano como las bandas elementales (azul, verde y rojo).

Infrarrojo cercano

Es la región de longitud de onda más corta del espectro infrarrojo, situada entre la luz visible y el infrarrojo medio, aproximadamente entre 800 y 2.500 nanómetros.

Infrarrojo medio

Es donde se entremezclan los procesos de reflexión de la luz solar y de la emisión de la superficie terrestre.

Infrarrojo térmico

Detecta el calor proveniente de la superficie terrestre.

Microondas

Se utiliza para lugares donde existe alta nubosidad.

Requerimientos tecnológicos para trabajar con las imágenes satelitales

Para el procesamiento e interpretación de las imágenes satelitales generalmente se utilizan hardware y software avanzados. En consecuencia, hay que destacar que si bien existen programas "gratuitos", hay muchos otros que requieren la compra de licencia para su uso.

Algunos softwares más usados a nivel mundial son:

  • ESRI ArcGis (Requiere licencia).
  • Erdas Imagine (Requiere licencia).
  • Global Mapper (Requiere licencia).
  • Quantum GIS o QGIS (Licencia Libre).
  • GvSIG (Licencia Libre).

Equipos (Hardware) generalmente necesarios:

  • GPS de Precisión.
  • PC Desktop de alto rendimiento.
  • PC Laptop de alto rendimiento.
  • Impresora de planos (Plotter).

Adquisición de las imágenes satelitales

Existe una galería histórica de imágenes satelitales de toda la superficie terrestre. De hecho, cada sensor en órbita actualmente disponible posee su propia galería de imagenes. Del mismo modo, la adquisición de imágenes puede ser hecha para obtener capturas de fechas anteriores; o ser programadas a futuro considerando la periodicidad con la que pasan los sensores por el área de interés.

Es de gran relevancia contar con personal calificado para la adquisición de las imágenes satelitales del área de interes. Entre los pasos necesarios para adquirir las imágenes satelitales de interes se pueden mencionar:

  • Ubicar espacialmente las áreas bajo estudio por medio de equipos GPS.
  • Seleccionar el satélite a utilizar dependiendo del tipo de estudio a realizar, considerando los diferentes tipos de resoluciones.
  • Definido el satélite a utilizar contactar a la empresa proveedora.
  • Revisar las imágenes disponibles en la galería o hacer la programación para adquirir la imagen a fechas futuras.
  • La empresa envía las imágenes por medio de DVD o pueden ser descargadas por la web.
Portal de USGS para adquirir imágenes satelitales
Portal de USGS para adquirir imágenes de satelitales.

Procesamiento de las imágenes satelitales

Las imágenes poseen distorsiones debidos a factores internos y externos del satélite que requieren tratamiento. Dependiendo de la causa que provoca dicha distorsión se clasifican de la siguiente manera:

  • Satélite: se deben a mínimas variaciones en la velocidad, orientación y altitud.
  • Sensor: las imágenes de gran superficie poseen variaciones en los extremos de las imágenes.
  • Rotación de la tierra: el movimiento de la superficie terrestre afecta la captura de la imagen.
  • La atmósfera: el vapor de agua, gases y aerosoles afectan la imagen.

Correcciones de las imágenes de satélite

Los problemas anteriormente mencionados son corregidos por las empresas encargadas de la venta de las imágenes. Sin embargo, el usuario final con frecuencia debe realizar algunas correcciones adicionales, las más comunes son:

1. Corrección Geométrica

Se fundamenta en modificar cualquier cambio en la ubicación espacial que ocupan los píxeles de la imagen por errores causados por el sensor; para esto, se seleccionan lugares visibles en la imagen y se establecen puntos de control medidos con GPS de precisión.

En tal sentido pueden presentarse variaciones dependiendo de la superficie y extensión del área bajo estudio, posteriormente se realiza el ajuste de la imagen.

2. Corrección Radiométrica

Consiste en modificar los niveles digitales (ND) de la imagen con la finalidad de acercarlos a los que habrían presentes en la imagen en una recepción ideal, estas correcciones derivan del mal funcionamiento del sensor.

3. Corrección Atmosférica

La finalidad de esta corrección es eliminar en la imagen las distorsiones causadas por gases y partículas en suspensión presentes en la atmósfera.

Ventajas y desventajas del uso de las imágenes satelitales

Vanguard 1
Ingenieros norteamericanos realizan inspección al Vanguard 1.

Ventajas

  • Permite el acceso a cualquier zona sobre la superficie terrestre.
  • Capacidad de estudiar pequeñas y grandes extensiones dependiendo de la escala de trabajo seleccionada.
  • Posibilidad de estudiar los cambios del uso del suelo en zonas de interés a lo largo del tiempo.
  • Permiten hacer varios tipos de estudios gracias a la cantidad de data que ofrecen.
  • Permite ubicar con precisión lugares de interés.

Desventajas

  • Las imágenes de alta resolución son de alto costo.
  • Las imágenes de baja resolución no permiten trabajar con escalas detalladas.
  • La presencia de nubes son un factor que limita la adquisición de la imagen.
  • Los satélites pasan por el mismo lugar cada cierto tiempo, limitando a ese periodo la toma de la imagen deseada.
  • Requiere de personal y equipos calificados para procesar la data.

Uso de imágenes satelitales en la agricultura

Las imágenes de satélite en la agricultura juegan un papel importante en la planificación agrícola. Si se considera el hecho de que la demanda de producción de alimentos aumenta cada vez más motivado al crecimiento desmesurado de la población mundial, se puede considerar "imprescindible".

En este sentido, la producción agrícola ha evolucionado significativamente gracias al desarrollo de la agricultura de precisión. Esta ultima, ha permitido el desarrollo de importantes mejoras en los siguientes aspectos:

  • El incremento de los rendimientos en cultivos.
  • Un uso más eficiente de agroquímicos y del agua.
  • La disminución del impacto negativo que tiene la agricultura en el ambiente.
  • Uso de técnicas y estrategias que representan para el agricultor mayor producción y ganancia económica.

Del mismo modo, el uso de estas tecnologías ha permitido un crecimiento económico importante para los productores agrícolas modernos. Lo que se traduce casi automáticamente con el pasar del tiempo en un aventajado desarrollo agrícola; países como EEUU, Canadá, Alemania, Francia, Israel y Brasil son ejemplo de las ventajas que poseen quienes hacen un uso constante de la teledetección.

Un apoyo significativo para el agricultor

Las imágenes satelitales permiten detectar problemas de:

  • Fertilidad.
  • Enfermedades.
  • Sequias.
  • Vigor de las plantas.
  • Cambio de uso del suelo.

Sin embargo, para la fecha todavía existen productores agrícolas renuentes a invertir en la aplicación de estas nuevas tecnologías. Estos, creen que solo pueden revisar el estado de las siembras visitándolas y haciendo una supervisión visual. Por supuesto, eso está muy bien, pero el problema de este método aparece cuando las superficies sembradas son grandes extensiones; provocando que una supervisión precisa rápida y confiable sea poco factible.

Por el contrario, muchos de los productores modernos están trabajando asesorados por agrónomos especialistas en teledetección; con la finalidad de lograr la máxima eficiencia en el monitoreo de siembras. En consecuencia, ingenieros agrónomos con estudios de postgrado en el área de geomática han logrado el aprovechar al máximo el uso de estas tecnologías.

Cabe destacar que el uso de las imágenes satelitales permite hacer estudios de:

  • Desertificación.
  • Salinidad y fertilidad de los suelos.
  • Uso de los suelos.
  • Selección de emplazamientos.
  • Diseño de sistemas de riego.
  • Impacto sobre el ambiente causado por la agricultura y ganadería.
Imagen satelital de cultivos en Francia
Imagen satelital de diversos cultivos en Francia.

Procesos más comunes con imágenes satelitales en la agricultura

NDVI

El proceso más usado para estudiar los recursos naturales es el "índice de vegetación de diferencia normalizada" o por sus siglas en inglés NDVI (normalized difference vegetation index).

Este es un índice usado para estimar la cantidad, calidad y desarrollo de la vegetación con base a la medición. Es obtenido mediante la utilización de sensores de la intensidad de la radiación de ciertas bandas del espectro electromagnético que la vegetación emite o refleja.

El NDVI permite medir la diferencia normalizada entre las reflectancias del rojo y del infrarrojo cercano de la imagen de satélite. Por ello, con este cálculo se pueden ver los cambios en la fotosíntesis en las plantas a través a la luz que reflejan por causa de la clorofila.

De esta forma, la aplicación práctica principal que se le da en la agricultura a estas imágenes es la determinación de la salud de las plantas.

NDVI = (NIR reflectancia – RED reflectancia) / (NIR reflectancia + RED reflectancia)

Donde:

NIR reflectancia = Reflectancia de la banda infrarroja cercana.

RED reflectancia = Reflectancia de la banda roja.

Los valores del NDVI comprenden 0 – 1

Imagen NDVI
Imagen NDVI

El análisis multitemporal

Es un método que consiste en detectar los cambios de la superficie terrestre visual o digitalmente a través de imágenes satelitales entre dos o más fechas. Un ejemplo práctico sería la determinación del crecimiento urbano en las zonas agrícolas.

Aplicaciones de las imágenes satelitales en la agricultura

Monitoreo de cultivos

Los satélites pasan por la misma zona con una periodicidad determinada dependiendo del satélite. Esto, permite programar la adquisición de imágenes a lo largo de todo el ciclo del cultivo bajo estudio.

Para siembras en grandes extensiones el uso de esta tecnología es la ideal para ver o monitorear la evolución del cultivo. Asimismo, permite detectar a tiempo posibles problemas para tomar las medidas correctivas necesarias; o para hacer el seguimiento de los cultivos midiendo la efectividad del manejo agronómico.

  • Los entes gubernamentales utilizan esta tecnología para tomar decisiones sobre la seguridad agroalimentaria.
  • Otros entes de financiamiento como los bancos la usan para estudiar la factibilidad de invertir capital en la producción de empresas agrícolas.
  • Y los ingenieros agrónomos la emplean para tomar decisiones en el manejo de los cultivos.

El monitoreo o seguimientos de cultivos lo conforman técnicas como:

  • Cálculos de NDVI.
  • Datos meteorológicos.
  • Clasificación de cultivos.
  • Clasificación uso del suelo.
  • Cálculos de predicción de:
  • Cosechas.
  • Desastres naturales.
  • Presencias de plagas.

Si quieres saber más sobre el uso de las tecnologías disruptivas del siglo XXI en la agricultura no dejes de ver nuestro artículo sobre agricultura de precisión.

Determinar el tipo de vegetación o cultivo en un área de interés

El uso de teledetección e imágenes satelitales también permite:

  • Determinar cuáles cultivos o tipo de vegetación están presentes en una zona determinada.
  • Es usado por los entes de seguridad para determinar si existen cultivos ilícitos.
  • Los agricultores modernos lo utilizan para distinguir el crecimiento vegetación no deseada.

Usando las firmas espectrales de las imágenes de satélite se pueden discriminar los tipos de cultivos, suelo desnudo y cuerpos de agua.

firma espectral imagen satelital
Firma espectral.

Delimitar las áreas de siembras por rubros

A través de interpretación visual de la imagen y usando las herramientas de medición del software permite establecer los límites de las áreas de interés como:

  • La superficie que se desea sembrar o para cualquier otro uso.
  • Dividir áreas para realizar siembras de diferentes rubros.

Estas delimitaciones son guardadas en un formato vector que incluye las distancias y las respectivas ubicaciones espaciales. Estas, posteriormente son materializadas en campo usando equipos GPS.

Calcular las superficies de las siembras

Cuando se tienen definidas las superficies de las siembras se pueden calcular sus áreas a través de la interpretación visual de la imagen. Usando las herramientas de medición del software la aplicación de esta tecnología permite:

  • Medir con alta precisión las áreas de interés.
  • Realizar el cálculo de las superficies sembradas o de cualquier superficie.

Determinar áreas en los cultivos afectados por plagas.

Cuando las plagas atacan las siembras disminuyen el vigor de las plantas y en algunos casos es imperceptible para el ojo humano. En efecto, esta tecnología (la imagen satelital) permite observar y detectar estas anomalías a tiempo para hacer las correcciones necesarias oportunamente.

Un ejemplo claro de manejo de plagas a través del uso de imágenes satelitales es el proyecto llevado a cabo por los investigadores de la Agencia Espacial Europea (ESA) y expertos en el combate de la plaga de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO).

Este equipo trabaja en conjunto para combatir a la voraz langosta del desierto que puede destruir los cultivos y dañar la seguridad alimentaria; plaga que por ahora se encuentra principalmente en el Sáhara, la Península Arábiga y la India.

Así pues, los enjambres se forman después de un periodo de sequía cuando llegan lluvias abundantes y la existencia de crecimiento rápido de la vegetación. En particular mediante el uso de las imágenes de satélite se puede:

  • Detectar la humedad del suelo disponible para el crecimiento de la vegetación.
  • Determinar las condiciones favorables para la reproducción de las langostas.
  • Prever la presencia de insectos con una anticipación de entre 2 y 3 meses.

Adicionalmente, usando el NDVI se puede determinar las áreas afectadas por plagas debido a que presentan cambios en la vegetación.

Determinar áreas en el suelo afectadas por falta o exceso de agua

La falta o el exceso de agua son detectadas facilitando:

  • La determinación de la superficie afectada.
  • Hacer mejoras en esas zonas.

Además, se pueden generar mapas de los niveles de humedad presentes en la superficie bajo estudio.

Debe señalarse que la NASA creo mapas (actualizados semanalmente) que permiten evaluar la humedad del suelo en cualquier lugar del mundo. Esto, representa una herramienta valiosa que permite seguir la evolución de sequías a detalle.

Determinar áreas en los cultivos con deficiencia de algún nutriente

Una aplicación de gran importancia es el monitoreo y determinación en los cultivos de la ausencia de algún nutriente a lo largo de su ciclo.

Por consiguiente, el agricultor puede aplicar de manera efectiva fertilizantes en las zonas donde se presentan esas carencias obteniendo los siguientes beneficios:

  • Incremento de la eficiencia en la fertilización.
  • Uso de menor cantidad de fertilizante.
  • Menor daño al ambiente.

Finalmente, una vez procesada la data e identificadas las áreas que presentan deficiencias en los nutrientes se elaboran mapas de fertilidad indicando las áreas exactas donde aplicar los agroquímicos.

Predecir los rendimientos en cultivos

La predicción de los rendimientos es una aplicación relativamente reciente. Es usada principalmente por entes públicos y privados para la planificación económica, logística y social que deriva de la producción de determinados rubros agrícolas.

Se trata de una tecnología que permite estimar los rendimientos de los cultivos bajo estudio 2 a 3 meses antes de la cosecha con un acierto entre el 80 a 90 %.

En la medida que se requiere tener definida toda la agenda de trabajo deben tomarse en cuenta lo siguientes aspectos:

  • Programar la adquisición de imágenes de satélite a lo largo del ciclo del cultivo de interés; específicamente en los diferentes estados fenológicos.
  • Las imágenes deben cubrir el área exacta donde se encuentra el cultivo.
  • Contar con información de los rendimientos promedios históricos de los diferentes lotes sembrados.

Ahora, para las imágenes de satélite se usan los valores de reflectancia con toda esta data se hace un modelo de regresión lineal, la metodología varía dependiendo del cultivo.

En la actualidad los principales cultivos donde se han realizado este estudio son maíz (Zea mays) y soja (Glycine max (L.) Merrill).

imagen satelital de pivorte central
Imagen satelital de cultivos en sistema de pivote central.

Monitoreo del clima

Este monitoreo permite ver el comportamiento en tiempo real de los cambios del clima. Así, estos satélites permiten ver si se aproxima lluvias, huracanes, inclusive la temperatura promedio de la superficie terrestre.

imagen satelital de monitoreo del clima.
Monitoreo del clima con imagen satelital.

Generación de mapas temáticos

Son todos aquellos mapas temáticos generados a partir de las imágenes de satélite y los sistemas de información geográfica, con la finalidad de realizar un mapa de interés del usuario que requiera, por ejemplo:

  • Mapas de suelos.
  • Los Mapas hidrológicos.
  • Mapas viales.
  • Mapas de población.
  • Los Mapas de riesgos.
  • Mapas urbanos.
  • Mapas climatológicos.
Taxonomía de los suelos en Venezuela mapa
Mapa temático de taxonomía de los suelos en Venezuela.

Conclusión

Las imágenes de satélite en la actualidad son vitales para la planificación, toma de decisiones y desarrollo agrícola. Siendo la tendencia, su uso por parte de los agricultores debido a la precisión y calidad obtenida en las siembras.

Esta tecnología avanza constantemente y se desarrollan con fines específicos, en el área de la agricultura el objetivo es:

  • Hacer eficiente y no contaminante el uso de los agroquímicos.
  • Aumentar los rendimientos.
  • Aprovechar el recurso hídrico eficientemente.
  • Minimizar costos.
  • Facilita a los técnicos en la toma de decisiones.
  • Reduce el impacto ambiental por el uso de agroquímicos.
  • Optimiza la planificación agrícola.
  • Hace eficiente el uso de los agroquímicos.
  • Permite hacer estimación de cosechas con 2 a 3 meses de anticipación a la cosecha.
  • Permite determinar zonas donde exista problemas de humedad, plagas, fertilidad, vigor de las plantas.

Links de Interés

Agencias espaciales

National Aeronautics and Space Administration (NASA): https://www.nasa.gov

European Space Agency (ESA): https://www.esa.int

Russian Federal Space Agency (Roscosmos): en.roscosmos.ru

German Aerospace Center (DLR): https://www.dlr.de

Japan Aerospace Exploration Agency (Jaxa): https://global.jaxa.jp

Centre National d´Etudes Spatiales (CNES): https://cnes.fr

China National Space Administration (CNSA): https://www.cnsa.gov.cn

Agencia Bolivariana para las Actividades Espaciales (ABAE): www.abae.gob.ve

Comisión Nacional de Actividades espaciales (CONAE): www.conae.gov.ar

Agencia Espacial Brasileira (AEB): www.aeb.gov.br

Comisión Colombiana del Espacio (CCE): https://www.cce.gov.co

Agencia Chilena del Espacio (ACE): www.agenciaespacial.cl

Comisión Nacional de Investigación y Desarrollo Aeroespacial (CONIDA): https://www.conida.gob.pe

Agencia Boliviana Espacial (ABE): https://www.abe.bo

Agencia Espacial mexicana (AEM): https://www.gob.mx/aem

Instituto Espacial Ecuatoriano (IEE): https://www.institutoespacial.gob.ec

DigitalGlobe: https://www.digitalglobe.com

Planet: https://www.planet.com

USGS: https://www.usgs.gov

Compilador.

Ing. Agr. Michael Zambrano

Referencias consultadas

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Ciencia plus – Europa press. Misiones espaciales (en línea, sitio web). Consultado 02 de Junio de 2020. Disponible en https://www.europapress.es/ciencia/misiones-espaciales/noticia-basura-espacial-sigue-creciendo-supera-19000-pedazos-orbita-20181206124332.html

DigitalGlobe. Versatility and value (en línea, sitio web). Consultado 02 de Junio de 2020. Disponible en http://www.digitalglobe.com/products/satellite-imagery

Analytical Graphics INC. 2008, Google Earth, Universidad de Colorado, The New York Times. Consultado el 11 de septiembre de 2008.

Euronews. La importancia de los satélites en la observación de la tierra (en línea, sitio web). Consultado 02 de Junio de 2020. Disponible en https://es.euronews.com/2016/08/11/la-importancia-de-los-satelites-en-la-observacion-de-la-tierra

FAO. Nuevas imágenes satelitales permiten prever mejor las plagas de langosta (en línea, sitio web). Consultado 02 de Junio de 2020. Disponible en http://www.fao.org/news/story/es/item/896126/icode/

Muy Interesante. ¿Qué es la basura espacial? (en línea, sitio web). Consultado 02 de Junio de 2020. Disponible en https://www.muyinteresante.es/curiosidades/preguntas-respuestas/ique-es-la-basura-espacial.

Ponvert D.; Lau A. 2013. Uso de las imágenes de satélites y los SIG en el campo de la Ingeniería Agrícola. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias. Vol. 22, No. 4. Universidad Agraria de La Habana Fructuoso Rodríguez Pérez La Habana, Cuba. (en línea, sitio web). Consultado 02 de Junio 2020. Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=93231386013

Satellite Imaging Corporation. Agricultura (en línea, sitio web). Consultado 02 de Junio de 2020. Disponible en https://www.satimagingcorp.com/applications/natural-esources/agriculture/agricultura_es/

The ArcGIS Imagery Book. La naturaleza de la teledetección (en línea, sitio web). Consultado 02 de Junio de 2020. Disponible en https://learn.arcgis.com/es/arcgis-imagery-book/chapter2/

Imágenes satelitales y teledetección. Usos para la agricultura de precisión.EN 2 MINUTOS

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