Tema 3 de Ciencias de la Tierra y Medioambientales

1. LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS EN
INVESTIGACIÓN DEL MEDIO
AMBIENTE

2. Introducción
 En los últimos 30 años el ordenador e internet se han
convertido en herramientas de gran aplicación en los estudios
medioambientales:
– Usos informáticos
– Usos telemáticos o de comunicación a distancia:
• Trabajo en red
• Aplicaciones multimedia (videoconferencias)
• Internet
• Telefonía móvil
 Todo ha contribuido a una mejora en la cooperación
internacional y la creación de comunidades virtuales de trabajo,
aunque el 79 % de los usuarios de internet se concentra en las
grandes ciudades de los países industrializados (14 % de la
población mundial).

3. FUENTES DE INFORMACIÓN
AMBIENTAL
 Se considera información ambiental cualquier
dato relacionado con alguna característica del
sistema Tierra.
 Las nuevas tecnologías se vienen utilizando en el
estudio del medio ambiente.
 Actualmente se obtiene un enorme volumen de
datos sobre variables de interés ambiental. Esta
información se archiva en bases de datos
gestionadas por instituciones diversas.
 Estas bases de datos generalmente son públicas y
se puede acceder a ellas a través de la red.

4. FUENTES DE INFORMACIÓN
AMBIENTAL
Estaciones fijas de medida
Instrumentos de medida móviles
Instrumentos a bordo de
satélites

5. TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN
AMBIENTAL
1. La información
se procesa
2. La información
se interpreta
3. La información
se almacena
en ordenadores
4. La información
se utiliza

6. PROGRAMAS INFORMÁTICOS DE
SIMULACIÓN MEDIOAMBIENTAL
 Pueden realizarse modelos numéricos para simular
sistemas ambientales como ecosistemas, terrenos
que se van a industrializar, zonas expuestas a un
riesgo…
 En estos modelos se utilizan ecuaciones en las
que una o más variables van cambiando su valor
generalmente con el tiempo.
 Estos modelos permiten abordar problemas en los
que están implicadas muchas variables.

7. SISTEMAS INFORMÁTICOS Y
SIMULACIÓN MEDIOAMBIENTAL
WORLD-2
 Desarrollado por Jay Forrester en el MIT.
 Modelo cuyas variables para determinar el
comportamiento del mundo son cinco:
– Población
– recursos naturales no renovables
– alimentos producidos
– contaminación y
– capital invertido.

8. La simulación de su comportamiento futuro se expuso
en el informe: ”Los límites de crecimiento”
(El Club de Roma)

9.  Conclusión: no podemos mantener por un
tiempo indefinido nuestro actual ritmo de
crecimiento (poblacional y económico).
 Podría conseguirse la estabilización del
sistema con una serie de reducciones:
– Tasa de natalidad: 50%
– Tasa de consumo de recursos naturales: 75%
– Alimentos producidos: 25%
– Tasa de contaminación: 50%
– Capital invertido: 40%

10. WORLD-3
Más allá de los límites del crecimiento
 Desarrollado por D.L.Meadows y D.H.Meadows
(1991).
 Se simulan diferentes escenarios en función de
decisiones políticas respecto al consumo de
recursos naturales.

11. WORLD-3

12. WORLD-3

13. WORLD-3
Más allá de los límites del crecimiento
 Si se continua con la tendencia actual:
– Crecimiento de la población.
– Industrialización.
– Contaminación.
– Producción de alimentos
– Consumo de recursos.

14. Escenario 1: Se mantiene la situación actual
 1ª Conclusión: Los límites del planeta se alcanzarán dentro
de los próximos cien años tras lo cual sucederá un declive
súbito e incontrolable.

15. Escenario 2: Se duplican los recursos disponibles mediante
desarrollo de nuevas tecnologías.
El colapso se produce de una manera más brusca
que en el escenario 1.

16. Escenario 3 : Se duplican los recursos y alimentos,
aumenta la eficacia en el uso de recursos y disminuye
erosión y contaminación.

17.  2ª conclusión: Es posible modificar las
tendencias de crecimiento y establecer
unas normas de estabilidad ecológica y
económica, que pueden ser mantenidas
por mucho tiempo de cara al futuro.
 3ª conclusión: Cuanto antes se empiece
a trabajar por esta alternativa mayores
posibilidades de éxito.

18. Críticas al modelo World-3:
 Modelo Maltusiano, que culpa al
incremento de la población de todos los
problemas ambientales (penaliza a los
países del “Sur”).
 Visión simplificada de la realidad que
representa tendencias y no la realidad.

19. SISTEMAS DE TELEDETECCIÓN
 Detección remota a través de sensores.
 Teledetección: técnica que permite la
observación a distancia y la obtención
de imágenes de la superficie desde
sensores en aviones o satélites.

20. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE
TELEDETECCIÓN
TELEDETECCIÓN PASIVA
TELEDETECCIÓN ACTIVA

21. COMPONENTES DE UN SISTEMA
DE TELEDETECCIÓN
 SENSOR: Cámaras situadas en aviones o satélites (+800km.)
En función de la ENERGÍA DETECTADA (radiación
electromagnética):
- Pasivos: Capta la radiación del sol reflejada por la superficie
observada o emitida por elementos terrestres.
- Activos: Emite energía y capta el reflejo producido por la
superficie terrestre.
 CENTRO DE RECEPCIÓN: Se transmite información digital a la
tierra. Se corrigen imperfecciones y se destacan algunos elementos.
 SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

22. RADIACIONES DETECTADAS POR LOS
SENSORES
 Radiaciones reflejadas:
– De origen natural (Sol)
– Emitidas por el sensor (sensores activos)
 Radiaciones emitidas
 Radiaciones absorbidas

23.  REFLEXIÓN. Firma espectral: Es el conjunto de radiaciones que
un objeto refleja. Los sensores comparan la radiación reflejada
por el objeto observado con la radiación solar que llega a la
superficie terrestre. La firma espectral es característica de cada
tipo de superficie.
Captación de radiación de origen
natural reflejada
VOLVER

24.  Radiación emitida. Espectro de emisión: Se
refiere a la radiación infrarroja térmica característica
que emiten los elementos naturales.
Captación de radiación
infrarroja térmica
VOLVER

25.  Radiación absorbida. Espectro de absorción: Los objetos
transparentes absorben parte de la radiación que reciben y el
abanico de radiaciones que sale es deficitario en las longitudes
de onda absorbidas. Estos datos también aportan mucha
información sobre el objeto.
Captación del espectro de absorción
VOLVER

26. HISTORIA DE LA TELEDETECCIÓN
 Teledetección aérea: Globos, pájaros, aviones…
– A mediados siglo XIX primeras fotografías aéreas tomadas desde
globo.
– Se desarrolla con finalidades estratégicas y militares durante el
siglo XX.
– Prospecciones geológicas y mineras, cartografía, mapas
topográficos, inventarios forestales…
 Teledetección espacial: Se mejora con el uso de
satélites espaciales
– Satélites científicos (HUBBLE)
– Satélites meteorológicos (TIROS, METEOSAT)
– Satélites medioambientales (LANDSAT, ERS)

27. HISTORIA DE LA TELEDETECCIÓN

28. RADIACIONES
ELECTROMAGNÉTICAS
 La atmósfera es un filtro para las radiaciones. Sólo
se utilizan aquellas radiaciones que atraviesan la
atmósfera: ventanas atmosféricas.

31.  Las radiaciones
electromagnéticas utilizadas
en detección son:
• Microondas
• Infrarrojos
• Radiación visible
• Ultravioleta

32. RADIACIONES EMPLEADAS EN
TELEDETECCIÓN
 Zona visible (V)
- Azul: (de 400-500nm) – B
- Verde: (500-600nm) – G
- Rojo: (600-700nm) – R
 Infrarrojo (IR)
- (IRP) infrarrojo próximo (700-1300nm) Detecta masas vegetales
- (IRM) infrarrojo medio (1300-8000nm) detecta humedad.
- (IRT) infrarrojo lejano o térmico (8000-140000nm) detecta calor
producido por el Sol, seres vivos, incendios.
 Microondas (1mm-1m)
- Utilizadas para tomar imágenes sin iluminación o con nubes.

33.  La proporción de energía reflejada, absorbida y transmitida
varía para los distintos componentes del terreno,
dependiendo del tipo de material y de su condición.
 En teledetección se mide la radiación reflejada por el objeto
comparada con la que refleja un papel blanco (considerado
como una superficie reflectante perfecta) en idénticas
condiciones de iluminación. Esto se llama reflectancia
relativa. Se denomina firma espectral a la variación de la
reflectancia en función de la longitud de onda.
 Estas propiedades específicas de cada cuerpo se
aprovechan en teledetección para establecer mecanismos de
identificación de los distintos elementos geográficos en su
ambiente.
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material121/index.htm

34. A V R IRC SWIR
80
70
60
50
40
30
20
10
0
L
reflejada
L
incidente
 
agua
vegetación
arena
nieve
0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4  (m)

35. IMÁGENES DE TELEDETECCIÓN
 Las imágenes pueden ser: analógicas o
digitales.

36. IMÁGENES DIGITALES
 Las imágenes digitales
están divididas en pequeños
recuadros: pixel que
corresponden a la superficie
mínima detectada sobre el
terreno. Tiene asociado un
valor, cifra o dígito.

37. http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material121/index.htm

38. Tipos de imágenes digitales
 Fotografías aéreas
– Verticales
– Oblícuas
 Imágenes estereoscópicas
 Imágenes anaglíficas

39. Fotografías aéreas oblicuas
(color real)
 Evaluación de impactos paisajísticos
 Seguimiento de explotaciones mineras, forestales, etc.
 Seguimiento de incendios y coordinación de tareas de extinción.
 Trabajos publicitarios.

40.  Ventajas:
– Visión panorámica.
– Se puede evaluar altura forma y volumen de los objetos por su
aspecto tridimensional.
 Inconvenientes:
– La escala no es uniforme por lo que no se pueden medir
distancias.
– Algunos objetos pueden quedar ocultos tras otros de mayor altura.

41. Fotografías aéreas verticales
 Ordenación del territorio:
– Medición áreas de terreno y superficies construidas.
– Detección construcciones ilegales.
– Control usos del suelo.
 Seguimiento de cultivos y estimación de volúmenes de
cosechas.
(color real)

42.  Ventajas:
– La escala es constante por lo que se pueden utilizar para
medir distancias y áreas.
 Inconvenientes:
– No se percibe el relieve ni las alturas de los objetos,
aunque se pueden estimar por las sombras.

43. Fotografías aéreas estereoscópicas
 Ventajas:
– Pueden utilizarse para realizar cálculos de distancias y
áreas, y son visibles todos los objetos pudiendo
apreciarse su altura.
 Inconvenientes:
– Complejas y caras de obtener

45.  Se obtienen fotografiando verticalmente el terreno a
intervalos regulares, de forma que cada dos fotos
consecutivas se solapan.
 Dos de estas fotos forman un par estereoscópico.

46. Imágenes anaglíficas
 Imágenes estereoscópicas generadas por
una imagen roja y otra azul.
 http://es.wikipedia.org/wiki/Anaglifo

47. Resolución de un sensor
 Es la medida de su capacidad para discriminar los
detalles:
- Resolución espacial. Representa el área menor que puede
distinguirse de su entorno.
- Resolución temporal. Frecuencia con que se actualizan los
datos.
- Resolución radiométrica. Capacidad para discriminar las
variaciones de intensidad y se mide por el número de tonos de
gris que posee una imagen (6 bits por pixel –> 26=64 niveles
gris)
- Resolución espectral. Longitudes de onda o bandas de
detección que se es capaz de medir.

48.  Resolución espacial.

49. 0,3 m 0,6 m 1,2 m
2,4 m 4,8 m 9,6 m

50. (Huracán Andrew,
1992).
Cortesía ESA
 Resolución temporal.

51. Satélites metereológicos
Imágenes obtenidas por el Meteosat
Luz visible Infrarrojo Infrarrojo térmico

52. Órbitas de los satélites
 Geoestacionaria: El
satélite está situado a
gran altitud, siempre
sobre el mismo punto,
moviéndose de forma
sincronizada con la
rotación de la Tierra.
 Órbita polar: El satélite
rota de forma circular
pasando por los polos a
baja altura.

53. Órbitas de los satélites
 Satélites GEO-ESTACIONARIOS (Meteosat)
– Altura 36.000 km
– Órbita ecuatorial, alrededor de la Tierra con la misma
velocidad angular que ella.
– Siempre ve la misma zona de la Tierra.
– Muestreo temporal cada 30 min.
– Bajo muestreo espacial.
 Satélites POLARES helio-sincrónicos
– Altura sobre 800 Km.
– Órbita polar.
– “Alta” cobertura espacial. Frecuencia temporal baja que
depende del ángulo de barrido y de las características de
la órbita.

57.  Resolución Radiométrica.
AREA 1: Areas
brillantes
AREA 2: Areas
oscuras
11 bits: 2048 8 bits: 256
(Cortesía Indra-Espacio)

58. IMÁGENES DIGITALES EN COLOR
 Las cámaras están compuestas por sensores
digitales que son sensibles a diferentes
bandas o longitudes de onda.
 Combinando tres de esas bandas y
asignándolas un color a cada una podemos
obtener diferentes tipos de imágenes:
– Color natural o RGB=321
– Falso color o RGB=432
– Otras como RGB=754, RGB=742 . . .

59. Imágenes en color real
 Color natural o RGB (321). Con distintas
intensidades según el tono de gris que posean
en cada caso:
 los píxeles tomados en la banda 3 serán rojos,
 los de la banda 2 serán verdes, y
 los de la 1 serán azules.
 El resultado será la combinación de los tres
colores. Y quedará definido por tres dígitos.
 El total de colores diferentes será de 16 millones.

60. IMÁGENES EN FALSO COLOR
 Con la imágenes de falso color se consiguen
imágenes de la tierra que corresponden a energías
(reflejadas o emitidas), que nuestros ojos no
detectan, pero que proporcionan información sobre el
tipo de vegetación, o la composición principal de un
suelo o tipo de roca, ya que según la composición
química y la estructura física de un objeto, se
reflejará o emitirá la energía en las distintas regiones
del espectro electromagnético.

61. Imágenes en falso color
 RGB (432).
– El color rojo corresponderá a la imagen obtenida
en la banda 4,
– El verde a la banda 3, y
– el azul a la 2.
 Este tipo de imágenes realza los detalles y facilita el
estudio de masas vegetales y su vigor, recursos
mineros, zonas ocupadas por el agua y espacios
urbanizados.
 Existen otras como RGB=754, RGB=742, etc.

62. Azul
Verde
Rojo
Síntesis coloreada

63. Imágenes originales Bandas en tonos de color
Composición coloreada

64. Distintas composiciones en color
sobre la misma imagen
4/5/3
3/2/1
4/3/2 4/7/1

65. MECANISMOS DE TELEDETECCIÓN
 Sensores de barrido multiespectral:
– Los sensores hacen un barrido de la
superficie de forma perpendicular al
movimiento del satélite.
– Las radiaciones son separadas según
su longitud de onda y convertidas en
una señal digital.
 Sensores de microondas:
– Pasivos : captan la radiación emitida
por nieve o hielo (cuerpos fríos)
– Activos: RADAR. Se emite el pulso de
microondas y se recoge.La señal de
microondas se distorsiona por la
diferente reflexión de la cubiertas
terrestres.

66. Explorador de Barrido
Óptica
Dirección de
Barrido
Dirección
de la
trayectoria

67. Sensores de radar
 Los sensores de radar son útiles:
– En el estudio del relieve
– Cuando el cielo está cubierto o es de noche
– Para detectar movimiento en la superficie del
mar o en la tierra
– Para comprobar el vigor de la vegetación,
crecimiento de cosechas, estado de bosques
– Valoración del alcance de mareas negras.
 Radarmetría: Los sensores radar nos dan
información sobre la altitud del terreno (Fig
3.26.).

68.  Imagen radar del Envisat del derrame de
crudo del Prestige

69. Imagen radar del volcán Pinatubo la sensación de color se logra
combinando 3 señales recogidas (total, vertical y horizontal) y
asignándoles 3 colores.

70. GPS
Sistema de posicionamiento global
 Sistema formado
por unos
dispositivos que
nos permiten
conocer nuestra
posición exacta
sobre la
superficie
terrestre, gracias
a la triangulación
de las señales
emitidas por
satélites.

72. Sistema GPS

73. Sistema Galileo
Previsto que estuviera disponible en 2008
Primeros dos satélites lanzados en octubre 2011, se
prevé que este disponible en 2019 (nueve años
después de los previsto)

74. Sistemas telemáticos apoyados en
la teledetección
 SIG: sistemas de
información geográfica.
 Base de datos con
información geográfica.
 Programas informáticos que
contienen una gran cantidad
de datos de una zona
organizados en capas.
 Se puede gestionar
fácilmente toda la
información sobre un
territorio.

75.  Superposición de capas de
un SIG
Información integrada
Toponimia
Vías de comunicación
Red fluvial
Edificaciones
Base cartográfica
Modelo tridimensional

76.  Google Earth es una aplicación informática que
accede a sistemas de información geográfica (SIG)
 El programa permite calcular rutas, acercar o alejar
la imagen, cambiar su orientación o inclinarla, etc.

78. Proyecto Corine

79. http://dataservice.eea.europa.eu/atlas/default.asp?refid=2D511360-
4CD0-4F20-A817-B3A882ACE323