Teledetección y Geodesia

UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN
CURSO
Geodesia Aplicada a la Ingeniería Vial

.CAPITULO 1: Teledetección Espacial
1 . 1 H i s t o r i a
1 . 2 I n s t r u m e n t o s E s p a c i a l e s
1 . 3 R e l a c i ó n c o n l a g e o d e s i a ,
1 . 4 R e d G e o d é s i c a N a c i o n a l
1 . 5 F u n d a m e n t o T e ó r i c o d e l a T e l e d e t e c c i ó n .
1 . 6 E s c a l a s d e t r a b a j o
1 . 7 P r o d u c t o s c o n t e l e d e t e c c i ó n : M o d e l o s d e e l e v a c i ó n d i g i t a l y
d e t e c c i ó n d e c a m b i o s .

Teledetección
Remote Sensing
Sensoriamente Remoto

Science and art of obtaining information about an object, area or phenomenon through an analysis of data acquired by a
device that is not in direct contact with the area, object or phenomenon under investigation.
Lillesand, Thomas M. and Ralph W. Kiefer, “Remote Sensing and Image Interpretation” John Wiley and Sons, Inc, 1979, p. 1
Es aquella tecnica que permite adquirir imagenes de la superficie Terrestre desde sensors instalados en plataformas
espaciales.
Emilio Chuvieco “Fundamentos de Teledetección”
Percepcion remota es la ciencia y arte de obtener informacion de un objeto, area o fenomeno a traves del
analisis de los datos adquiridos mediante algún dispositivo que no esta en contacto fisico con el objeto, area
o fenomeno investigados.

PIXEL
NIVEL DIGITAL
CUENTA DIGITAL

Una imagen satelital o imagen de satélite se puede definir como la representación
visual de la información capturada por un sensor montado en un satélite artificial.
Estos sensores recogen la información reflejada por la superficie de la Tierra que
luego es enviada de regreso a ésta y es procesada convenientemente
Una imagen satelital es el producto obtenido por un sensor instalado a bordo de de un
satélite artificial mediante la captación de la radiación electromagnética emitida o
reflejada por un cuerpo celeste, producto que posteriormente se transmite a estaciones
terrenas para su visualización, procesamiento y análisis.

Existen diferentes tipos de imágenes satelitales, dependiendo del tipo de sensor y de la finalidad
de captación con la que fue construído. Desde las primeras cámaras fotográficas montadas en
satélites en la década de los '60 hasta los más sofisticados y sensibles sensores
hiperespectrales del día de hoy, existe una muy amplia gama de tipos de imágenes satelitales
que hoy se utilizan en las más diversas áreas, dependiendo de su resolución espacial así como
de la información espectral que poseen; desde el espionaje militar, el monitoreo del cambio
climático, monitoreo de incendios e inundaciones, seguimiento de huracanes y tifones,
evaluaciones multiespectrales de vegetación, y hasta las que hoy tanto nos deslumbran al
"poder ver el techo de nuestra casa" con el ya célebre "google earth" (por nombrar las de más
pública notoriedad).

DEFINICION: Son todos aquellos procesos que tienden a eliminar cualquier
anomalía detectada en la imagen, ya sea su localización, ya sea en los ND de
los píxeles que la componen. Estas operaciones tienden a disponer los datos
de la forma más cercana posible a la adquisición idónea, tanto en la posición
como en la radiancia de los píxeles.

Fuentes de error en una imagen espacial: *Radiométricas y*Geométricas
CORRECCIONES
RADIOMETRICAS
CORRECCIONES
GEOMETRICAS

RADIOMETRIA POSICIÓN
Corrección geométrica
- Desviación de la órbita del satélite
- Variación de la escala
- Inclinación
- Rotación
Corrección radiométrica

Correcciones radiométricas: ESPECTRO ELECTROMAGNETICO

Campo radiativo: campo electromagnético transportado por una onda entre la fuente emisora y el
detector.
Energía asociada con la onda E.M.  Energía radiante: Q [J]
Energía radiante por unidad de tiempo: Flujo radiante f = dQ/dt [W] (W=J·s) (f: flujo del vector de
Poynting)
f no proporciona información sobre la distribución/dirección de la radiación
Magnitudes básicas
Conservación de la energía
fi = ft + fr + fa
i: incidente
t:transmitido
r:reflejado
a:absorbido

Densidad de flujo radiante: F=df/dS [Wm-2] (f que atraviesa un elemento dS)
Irradiancia (E): F cuando la superficie recibe la radiación
Emitancia (M): F cuando la radiación es emitida por una fuente
F no proporciona información acerca de la dirección
Intensidad radiante I = df/dW [Wsr-1] : flujo radiante transportado dentro de dW
I no es muy utilizada, sólo para caracterizar emisión fuentes puntuales
a) Magnitudes básicas
Radiancia
Flujo radiante (f) en un determinado dW que atraviesa una superficie perpendicular
(dScosq) a la dirección de propagación de la radiación.
2
2 1
d dI
L [Wm sr ]
d dScos dScos
f
q q
 
 
W

Magnitudes espectrales
Los mecanismos de interacción
dependen de la longitud de onda l

Las magnitudes definidas anteriormente son magnitudes espectrales!!!
(Ql, fl, Il, El, etc)
2
l
l 
 
  
 
dL W
L
d m sr m
Radiancia Espectral:
(En la práctica las magnitudes espectrales se miden para bandas muy estrechas)

Ley de Planck
Cuerpo negro:
Cavidad aislada a temperatura T constante: no puede existir ninguna diferencia de temperatura,
composición o persión en el interior (2º Ppo. Termodinámica)
Características del campo de radiación en esta cavidad:
-Isotrópico y no polarizado
-Independiente de la naturaleza y forma de las paredes de la cavidad
-Dependiente sólo de la temperatura T
 Radiación de Cuerpo Negro
radiador perfecto, absorbe y
convierte en calor toda la energía que recibe














l
l


l
1
kT
hc
exp
hc
2
M
5
2
,
n
Cuerpo negro: es lambertiano
M(T) = L(T)
Fundamental en teledetección térmica,
permite obtener valores de temperatura a
partir de valores de radiancia

• Spectral response depends on target
• Leaves reflect green and near IR
• Water reflects at lower end of visible
range

CORRECCIONES GEOMETRICAS RESAMPLE
Se refieren a cualquier cambio en la posición que ocupan los píxeles en la imagen original.
Aquí no se pretende corregir los ND sino sólo su posición, es
decir sus coordenadas geográficas.
¿PARA QUÉ?
•Para corregir cartográficamente una imagen.
Aquí se pretende encontrar una relación que transfiera los ND de la imagen a su posición
cartográfica en una proyección determinada por ejemplo la UTM, y así poder combinar con
otras imágenes o integrar a un SIG.
•Para ajustarla a otra imagen que se considera como referencia.

53
¿CÓMO?
1) CORRECCIONES GEOMETRICAS ORBITALES
Afecta a imágenes de baja resolución espacial (satélites meteorológicos) debido a:
Inclinación de la imagen debido al movimiento de rotación (ejemplo NOAA -AVHRR,
3000KM de lado).
Distorsión panorámica
Efecto de la curvatura terrestre (se debe tener en cuenta este factor ya que en 3000 km se
aprecia la esfericidad de la Tierra).

Inclinación de la imagen debido al movimiento de rotación

Distorsión panorámica

2) CORRECCIONES A PARTIR DE PUNTOS
DE CONTROL
Procedimiento a seguir:
a) Localización de los puntos de control
b) Cálculo de las funciones de transformación
c) Transferencia de los ND originales a la posición corregida

57
a) Localización de los puntos de control
CORRECCIONES GEOMETRICAS RESAMPLE 2) CORRECCIONES A PARTIR DE PUNTOS
DE CONTROL

58
b) Cálculo de las funciones de transformación
entre las coordenadas de la imagen y las del
mapa (u otra imagen), cuales son las
coordenadas de un punto y en qué
columna y fila se identifica.
DE CONTROL

c) Transferencia de los ND originales a la nueva posición
definida por la función de transformación.
•Vecino más próximo
•Interpolación bilineal
•Convolución cúbica
DE CONTROL

•Vecino más próximo
DE CONTROL

61
•Interpolación bilineal
Promedia el valor original de los ND de los cuatro pixeles
más cercanos.
Tienen mayor peso los dos píxeles más cercanos de la
imagen original.
DE CONTROL

•Convolución cúbica
Promedia el valor original de los ND de los 16 pixeles más
cercanos.
DE CONTROL

¿CUÁNDO Y PORQUÉ ES CONVENIENTE HACER CORRECCIONES GEOMETRICAS?
• Si bien tradicionalmente se las realizaba previamente a cualquier interpretación se ha
llegado a la conclusión de que es conveniente dejarlas para la fase final del trabajo.
• En primer lugar porque en lugar de tener que corregir todas las imágenes basta con
corregir solamente la última que se consigue como resultado final, en segundo lugar
porque de ese modo se trabaja o se clasifican los valores originales, evitando cualquier
transformación.
• En definitiva las correcciones geométricas son necesarias aunque no siempre en la
fase previa a la interpretación.

Ojo Humano
Camara
Radiometro
Radar
Sonar
Laser
• Pasivo
• Activo
{
{

- Suelo basado
- Aviones
- Misiones Lanzadores
- Satelites

El GPS se utiliza para obtener una ubicación exacta en la superficie de la tierra, en tres dimensiones.
El GPS es una fuente de entrada de datos muy importante, que se utiliza para topografía, operaciones
militares, ingeniería, seguimiento de vehículos, navegación de vuelo, navegación de automóviles,
navegación de barcos, guía de vehículos no tripulados, agricultura y, por supuesto, cartografía.
Para el mapeo, un GPS nos dice "dónde" y nos permite ingresar "qué"

El GPS es un sistema mundial de radionavegación formado por 24 satélites y sus estaciones terrestres.
Utiliza satélites en el espacio como puntos de referencia para ubicaciones aquí en la tierra.
Las estaciones terrestres ayudan a los satélites a determinar su ubicación exacta en el espacio.
Hay cinco estaciones de monitoreo: Hawaii, Ascension Island, Diego García, Kwajalein y Colorado Springs.

El GPS deriva la posición relativa a los "puntos de referencia" de los satélites mediante triangulación.
La unidad de GPS en el suelo calcula su distancia a cada uno de varios satélites usando el tiempo que tarda
una señal de radio en viajar al satélite. Para ello, se debe conocer la posición exacta de los satélites en un
momento dado; de lo contrario, no pueden servir como puntos de referencia

Lecture Materials by Austin Troy © 2003
How does GPS work?
11,500 km
12,500 km
11,200 km

Necesitamos al menos 3 satélites como puntos de referencia para “triangular” nuestra posición.
Basado en el principio de que cuando conocemos nuestra distancia exacta desde un satélite en el espacio,
sabemos que estamos en algún lugar de la superficie de una esfera imaginaria con un radio igual a la distancia al
satélite.
Con dos satélites sabemos que estamos en el plano donde los dos se cruzan.
Con tres o más, podemos obtener dos puntos posibles, y uno de ellos suele ser imposible desde un punto de vista
práctico y puede descartarse.

Incluso después de todo esto, todavía existen muchos factores que pueden generar errores y reducir la precisión
posicional
Una de las mayores fuentes de error es el hecho de que la señal de radio no viaja a la velocidad exacta de la luz en
diferentes partes de la atmósfera como lo hace en el vacío del espacio.
Esto se puede solucionar en parte utilizando modelos predictivos de comportamiento atmosférico conocido.

Las señales también pueden rebotar en elementos, como edificios altos, acantilados y montañas, lo que da
como resultado un "error de trayectoria múltiple", donde golpea una señal directa, seguida de un montón de
señales "rebotadas" que pueden confundir al receptor.
Los buenos receptores tienen algoritmos que pueden lidiar con esto determinando qué cuenta como una señal
de múltiples rutas y eligiendo el primero como la señal a usar.
También hay otros errores, como resultado de cosas como distorsiones ionosféricas e inexactitudes de los
satélites.

Esta es una forma de aumentar drásticamente la precisión del posicionamiento GPS a unos pocos metros, utilizando
conceptos básicos de geometría.
Esto se usó en el pasado para superar SA, pero ahora se usa para reducir el error de 30 m.
DGPS utiliza un receptor fijo y otro móvil para ayudar a superar los diversos errores en la señal.
Al usar dos receptores que están cerca uno del otro, dentro de unas pocas docenas de km, están obteniendo
esencialmente los mismos errores (excepto los errores del receptor)

GPS DiferenCial
• Se mejora la exactitud.
Source: http://www.furuno.com/news/saoff.html

Como trabaja el DGPS
Puede hacer esto porque se conoce la ubicación precisa del receptor estacionario y, por lo tanto, también se conoce la
ubicación del satélite.
Una vez que conoce el error, determina un factor de corrección y lo envía al otro receptor.

Lecture Materials by Austin Troy © 2003
GPS Uses
•Trimble Navigation Ltd., breaks GPS uses into five
categories:
•Location – positioning things in space
•Navigation – getting from point a to point b
•Tracking - monitoring movements
•Mapping – creating maps based on those positions
•Timing – precision global timing
•You can learn about all these applications at these web links, but we mainly care
about mapping

Los usos de la cartografía GPS son enormes. A
continuación, se muestran algunos ejemplos:
• Líneas centrales de carreteras
• Características hidrológicas (a lo largo del tiempo)
• Ubicaciones de nidos / colonias de pájaros (a lo
largo del tiempo)
• Perímetros de fuego Mapas de senderos
• Mapas geológicos / mineros
• Vegetación y hábitat

Es un Sistema conformado por la red geodésica horizontal oficial y la red geodésica vertical oficial,
implementada y administrada por el instituto geográfico nacional (IGN); constituye el sistema de
referencia único a nivel nacional.
Está materializado por puntos localizados dentro del ámbito del territorio nacional, mediante monumentos
o marcas, que interconectados permiten la obtención conjunta o por separado de su posición geodésica
(coordenadas), altura o del campo de gravedad, enlazado al sistema de referencia nacional.

Es la red geodésica geocéntrica nacional (reggen), a cargo del instituto geográfico nacional; la misma
que tiene como base el sistema de referencia geocéntrico para las américas (sirgas) sustentada en el
marco internacional de referencia terrestre 2000. La red geodésica geocéntrica nacional está
conformada por la red geodésica activa y pasiva distribuidos dentro del ámbito del territorio nacional, los
mismos que constituyen bienes del estado.

Es la red geodésica de nivelación nacional, a cargo del instituto geográfico nacional, la misma que tiene
como superficie de referencia el nivel medio del mar, conformado por marcas de cota fija (mcf) o bench
mark(bm) distribuidos dentro del ámbito del territorio nacional a lo largo de las principales vías de
comunicación terrestre, los mismos que constituyen bienes del estado.

La imagen depende de la respuesta de longitud de onda del instrumento sensor (resolución radiométrica y
espectral) y los espectros de emisión o reflexión del objetivo (la señal).
1. Resolución radiométrica
2. Resolución espectral
La imagen depende del tamaño de los objetos (resolución espacial) que se pueden discernir
3. Resolucion espacial
El conocimiento de los cambios en el objetivo depende de la frecuencia con la que se observa (resolución
temporal) el objetivo.
4. Resolución temporal

Resolución radiométrica es igual a
corrección radiométrica
No es igual.
Se refiere a una característica de adquirir datos del instrumento. Y
la otra a corregir lo que ya adquirido el instrumento

Resolución Radiométrica
Número de sombras o niveles de brillo en
una longitud de onda determinada •
Cambio más pequeño en nivel de
intensidad que puede ser detectado por el
sistema de detección

Resolución Espectral
TM Band 3 (Red) TM Band 4 (NIR)

Resolución Espacial
OJO: Toda Empresa que tiene satélites pone a disposición imágenes Multiespectrales y Pancromáticas. La fusionadas
nacen del procesamiento de ambas

E L S I S T E M A P e r ú S A T - 1

63,000 km2
(300 imágenes)
10 años
mínimo
Observación de la tierra
400 kg
31,975
0.7 m Banda X: 310 Mbps
Carburo de Silicio
14.5 km
4,421
440 W
768 Gb (5.7 seg)

RESOLUCIÓN ESPECTRAL
RESOLUCIÓN ESPACIAL
RESOLUCIÓN RADIOMETRICA
RESOLUCIÓN TEMPORAL
Capacidad de adquirir
imágenes estéreo
para elaborar DEMs
0.70 m
AGENCIA ESPACIAL
DEL PERU

Movimiento del satelite
N
F
B
Mf Mb
G
M
Prism image taken by 3 channel
camera is mapped on to flat
earth plane because there is no
information on land feature in
the satellite system when the
image is mapped.
Due to the mapping system, an
object which has height from the
flat earth plane is mapped at a
different point from an object on
flat earth plane.
G is mapped on the same
position in each image
plane of 3 channel camera.
On the other hands, M is
mapped at a different
point from G on oblique
channel image while it is
mapped at a same point
with G on nadir looking
channel.

El problema de las tomas convergentes
a
Par Estereo Par convergente
a>15° Falta estereoscopia
POSSIBLE SOLUTIONS WITH STEREOMETRIC PRO
MONOSCOPIC PLOTTING EPIPOLAR RESAMPLING

Geometria Epipolar
ORIGINAL IMAGES NORMALIZED IMAGES
PARALLELISM OF THE EPIPOLAR LINES
STEREOSCOPIC PLOTTING

M=G
M
Nadir image
G
M
Parallax
Forward image
Satellite
motion
In the nadir image mapping position is not affected on satellite image motion direction.
On the other hands, high position is mapped to shift in satellite motion direction.
Position of G (zero height point) is calculated from pixel address to latitude and
longitude conversion table and inverse table provided in Leader file of Prism
data.( Paddressnadir->Lat/Long->Paddressoblique).

Nadir Forward
In this Dem evaluation system, conjugate point of a nadir image pixel must be
searched and evaluated on Oblique channel image.
Evaluation method of conjugate is to calculate correlation factor of squared area
put on oblique image and find maximum correlation point in the search.

1) Error de posición de la semilla (error de punto de inicio)
2) Error de baja intensidad de la imagen de origen o saturación de la imagen (factor de correlación bajo)
3) Error por ambigüedad del patrón de imagen
Estos errores pueden eliminarse recalculando el punto conjugado a partir de datos de semillas más fiables o
mediante una simple interpolación utilizando valores DEM vecinos.

124
Cloud polygon must be
created so that both cloud
and shadow must be
included in the polygon.
After creating polygons to cover
all cloud area, save the polygon
data to file under a name, for
example, “Cloud＿Region”. Save current polygons to a file.
Nubosidad

Otros: Ríos, lagos, cuerpos de agua.

La pendiente pronunciada en el DEM procesado suele ser una indicación de error. Verificando la pendiente y selecciona
la pendiente pronunciada y enmascarando en azul en la figura.
16 8
32
Low density Moderate High density

Al aplicar "corte " (ya sea en escena completa o en polígonos seleccionados), se borra el dato errado en el área
enmascarada y se produce "interpolación de área".

Muchas veces aparecen puntos en el DEM que requiere ser eliminado con un filtro

Error por nieve
129
Image DEM in gray scale

Geoeye1,
Worldview2
0.5 m 1:2,000 1:1,500 1:10,000
Ikonos,
QuickBird,
Compsat2, Eros B
1 m 1:4,000 1:2,000 1:20,000
Spot5, Formosat 2.5 m 1:10,000 1:5,000 1:50,000
Spot5, IRP6,
RapidEye
5 m 1.20,000 1:10,000 1:100,000
Spot5, Spot4 10 m 1:40,000 1:20,000 1:200,000
Landsat ETM+ 15 m 1.60,000 1:30,000 1:300,000

Las escalas 1: 10 000 y 1: 2000, no cuentan con normativa vigente, sin embargo, de lo citado se puede
elaborar la siguiente tabla:
un producto válido no debe tener más del
10% puntos que superen la tolerancia de
escala.
Escala
1/x
Norma
aplicada Error Máximo
Admisible (m)
100 000
1:100
000 30
50 000
1:50 000
15
25 000
1:25 000
7.5
10 000 1:5 000 2.5
5 000 1:5 000 1.25
2 000 1:1 000 0.4
1 000 1:1 000 0.2

Objetivo:
Discriminar los cambios en la superficie (cobertura, composición, estado) durante el periodo de estudio,
seguimiento de procesos dinámicos (fenología, actualización de mapas
La sumataria de varios productos de detección de cambios permite elaborar un estudio multitemporal:
Es importante adquirir imágenes de un mismo sensor, misma resolución (espacial, espectral y radiométrica),
misma geometría de adquisición, misma hora, mismo periodo del año, registrados entre si con el menor
eror posible

Forma:
Muchas características naturales y creadas por
el hombre tienen formas únicas
A menudo se utilizan adjetivos como lineal,
curvilíneo, circular, elíptico, radial, cuadrado,
rectangular, triangular, hexagonal, estrella,
alargado y amorfo.

Sombra:
La reducción de sombras es una preocupación en la
teledetección porque las sombras tienden a oscurecer los
objetos que de otro modo podrían ser detectados. Sin
embargo, la sombra proyectada por un objeto puede ser la
única pista real de su identidad.
Las sombras también pueden proporcionar información sobre
el altura de un objeto cualitativa o cuantitativamente

Tono y color:
Una banda de EMR grabada por un instrumento de
detección remota se puede mostrar en una imagen en
tonos de gris que van del negro al blanco.
Estos tonos se denominan "tonos" y se pueden
denominar cualitativamente como oscuros, claros o
intermedio (los humanos pueden ver 40-50 tonos) .
El tono está relacionado con la cantidad de luz
reflejada de la escena en un intervalo de longitud de
onda específico (banda).

Textura:
Textura se refiere a la disposición del tono o
color en una imagen.
Útil porque las características de la Tierra
que exhiben tonos similares a menudo
exhiben texturas diferentes.

Patrones:
Patrón es la disposición espacial de los objetos en
el paisaje.
Las descripciones generales incluyen aleatorias y
sistemáticas; natural y hecho por el hombre. Las
descripciones más específicas incluyen circular,
ovalada, curvilínea, lineal, radiante, rectangular,
etc.

Altura y profundidad:
Como se discutió, las sombras a menudo pueden
ofrecer pistas sobre la altura de los objetos.
A su vez, las alturas relativas se pueden utilizar para
interpretar objetos.
De manera similar, las profundidades relativas a
menudo pueden interpretarse. intermedio y corto;
profundo, intermedio y superficial.

Asociación:
Esto es muy importante cuando se trata de
interpretar un objeto o actividad.
Asociación se refiere al hecho de que ciertas
características y actividades casi siempre están
relacionadas con la presencia de ciertas otras
características y actividades.

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