Una Introducci

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Una Introducción a la Percepción Remota
Curso de Capacitación en Percepción Remota
(NASA) Geo Latin America and Caribbean Water
Cycle capacity Building Workshop Cartagena,
Colombia, 28-29 de Noviembre, 2011
ARSET Applied Remote Sensing Education and
Training (Educación y Capacitación en Percepción
Remota Aplicada) Un proyecto del Programa de
Ciencias Aplicadas de la NASA
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Qué es la Percepción Remota?
El método de percepción remota es una manera de
obtener información sobre las propiedades de un
objeto que no está en contacto directo con el
dispositivo que toma las medidas.
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Por qué usar Percepción Remota para estudiar la
Tierra?

• Provee información visual global
• Complementa las observaciones de las redes de
  monitoreo terrestres o provee información donde
  no hay observaciones desde tierra.
• Permite advertir con anticipación eventos y
  desastres ambientales inminentes.

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Cómo obtienen las mediciones los Satélites?

• Los sensores satelitales pasivos miden la
  radiación reflejada o emitida por el sistema
  tierra-atmósfera
• Radiancia
• La Radiancia es convertida a un parámetro
  geofísico.
• Ejemplos
• Precipitación en forma de Lluvia Acumulada
• Cobertura de Nieve

Precipitación en forma de Lluvia Acumulada,
Guatemala
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Un Producto de Percepción RemotaRadar de
Precipitación de TRMM (Guatemala)
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Tipos de Orbitas Satelitales
Orbita Geoestacionaria Sobre la tierra
a 36000 km de altitud Medidas
frecuentes Cobertura Espacial Limitada
Baja Orbita Terrestre (LEO por sus siglas en
inglés) - Polar (Aqua, Terra) - No polar
(TRMM) Orbita circular alrededor de la tierra
a 160-2000 km de altitud Medidas menos
frecuentes (lt2 veces por día)
Cobertura Espacial Amplia (global)
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Baja Orbita Terrestre (LEO)
Baja Orbita Terrestre (LEO) Orbitan a una
altitud de 160-2,000 km.
Camino del Satellite
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Baja Orbita Terrestre (LEO)
Baja Orbita Terrestre Orbitan a una altitud de
160-2,000 km.
Camino del Satellite
Orbita Ascendente El satélite se está moviendo
del Sur al Norte cuando esa porción de la órbita
cruza el ecuador.
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Baja Orbita Terrestre (LEO)
Orbita Descendente El satélite se está moviendo
del Norte al Sur cuando esa porción de la órbita
cruza el ecuador.
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Aqua (órbita ascendente) durante el día
Baja Orbita Terrestre polar
Terra (órbita descendente) durante el día
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Orbita de Aqua

• Cercana a los polos, helio-sincrónica, orbita la
  Tierra cada 98.8 minutos, cruza el ecuador en
  dirección Norte (órbita ascendente de día) a la
  130 p.m. y en dirección Sur (órbita descendente
  de noche) a la 130 a.m.
• El camino de la órbita cambia todos los días pero
  se repite en ciclos de 16 días. Esto es cierto
  para Aqua, Terra, y TRMM

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Orbitas durante el Día
Aqua - Ascendente
Terra - Descendente
En una parte de la órbita, los dos sensores
producen imágenes con inclinaciones opuestas.
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Baja Orbita Terrestre no polar
TRMM (órbita ascendente)
La órbita baja de TRMM permite que sus
instrumentos se concentren en los trópicos. Esta
imagen muestra la mitad de las observaciones de
un día de TRMM.
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Satélites que Observan la Tierra
Tiempo de Cruce del Ecuador El tiempo local
aparente solar cuando el satélite cruza el
ecuador. Ejemplo Terra tiene un tiempo de cruce
del ecuador de 1030 am, y se le llama AM o
satélite de mañana.
Helio-Sincrónico El satélite siempre está en la
misma posición relativa entre la tierra y el sol..
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Campo de Visión de Baja Orbita Terrestre (FOV por
sus siglas en inglés)
La órbita permite un campo de visión en dirección
transversal a y a lo largo de la misma.
Dirección del Movimiento del Satélite
A lo largo
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Satélites que Observan la Tierra
Dirección del Movimiento del Satélite
En el Escaneo Transversal, un espejo de escaneo
oscila a lo largo de la trayectoria
sub-orbital. El sensor observa los píxeles
secuencialmente en dirección transversal y a lo
largo de la dirección del movimiento del satélite.
Escaneo Transversal
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Campo de Visión de Baja Orbita Terrestre
Dirección del Movimiento del Satélite
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Orbita de MODIS en 3D
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Resoluciones de Percepción Remota

• Resolución Espacial
• Resolución Temporal
• Resolución Espectral
• Resolución Radiométrica

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Resolución Espacial

• Resolución Espacial una definición simple es
• tamaño de pixel que las imágenes satelitales
  cubren.
• La información en las imágenes satelitales se
  organiza en filas y columnas (raster imagery),
  donde cada pixel tiene una resolución espacial
  determinada.

IFOV
FOV
Tamaño de pixel en la dirección del Nadir
Tamaño de pixel fuera de la dirección del Nadir
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Perspectiva del satélite vs. proyección de mapa
proyección cilíndrica isotrópica
Efecto BowTie
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Resolución Espacial de Productos de Datos
Satelitales de la NASA

• Resolución Espacial Alta
• 250x250m 500x500 m 1x1 km 0.05x0.05 grados
• Ejemplo Imágenes en Color Verdadero - MODIS
  (RGBs)
• Resolución Espacial Moderada
• 0.25x0.25 grados
• Ejemplo productos de precipitación de TRMM
• Resolución Espacial Baja (Nivel 3)
• Principalmente a una resolución de 1 x 1 grados -
  derivado de cada producto de resolución original
  del conjunto de datos.
• Ejemplo temperatura de la superficie del aire -
  AIRS

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Un ejemplo de un Producto de Alta Resolución
Espacial de la NASA
Resolución de 2x2 km MODIS TERRA Imagen de
Color Verdadero sobre el Sur de California 4 de
Enero 2009 Fuente NASA GSFC Rapidfire AERONET
Subset de Fresno, CA
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Un ejemplo de un Producto de Resolución Espacial
Moderada de la NASA
0.25x0.25 grados TRMM Precipitación en forma de
Lluvia acumulada sobre Guatemala
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Un ejemplo de un Producto de Resolución Espacial
Baja de la NASA
MERRA Precipitación de agua en forma de lluvia
por mes 1.25 x 1.25 grados
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Resolución Temporal de los Datos de Percepción
Remota

• La frecuencia con la que los datos son obtenidos
  es determinada por
• El tipo y altura de la órbita
• El tamaño de la franja de observación

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Resolución Temporal de Satélites en Orbita
PolarEjemplos Terra, Aqua

• Las observaciones están disponibles solamente en
  el momento en que pasa el satélite.
• Observaciones basadas en IR disponibles 2 veces
  por día (AIRS)
• Observaciones en el rango visible disponibles 1
  vez por día
• Las regiones polares pueden tener varias
  observaciones por día

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Resolución Temporal de Satélites en Orbita no
PolarEjemplo TRMM

• Las observaciones están disponibles solamente en
  el momento en que pasa el satélite.
• Observaciones disponibles menos de 1 vez por día
• Nota productos derivados disponibles cada 3 horas

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Percepción Remota Resoluciones
Resolución Espectral Número y rango de bandas
espectrales. Más bandas Más
información Resolución Radiométrica Ancho de
banda de cada banda espectral individual.
Importante para evitar o aprovechar las ventanas
atmosféricas
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Niveles de Procesamiento de los Datos Satelitales
y Formatos
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Niveles de Procesamiento de Datos
Nivel 1 Datos Fuente L1a son cuentas de radiancia sin calibrar y L1b son radiancias calibradas (después de aplicar la calibración a L1a)
Nivel 2 Variables geofísicas derivadas a la misma resolución y posición que los datos fuente de Nivel 1 (después de aplicar corrección atmosférica, etc.)
Nivel 2G Datos guardados de Nivel 2 proyectados en una grilla uniforme de espacio y tiempo (Ejemplo NO2 Troposférico de OMI a una resolución de 0.25x0.25 grados)
Nivel 3 Variables geofísicas proyectadas en una grilla uniforme de espacio y tiempo en resoluciones espaciales y/o temporales derivadas (Ejemplo Temperatura de MODIS a una resolución de 1x1 grados)
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Niveles de Procesamiento de Datos y Resolución
Espacial

• Los productos de datos de Nivel 1 y Nivel 2
  tienen las resoluciones espaciales y temporales
  más altas.
• Los productos de Nivel 3 son productos derivados
  con resolución espacial y temporal igual o menor
  a la de los productos de Nivel 2. Están
  disponibles por hora, por día, y algunos por mes.

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Niveles de Procesamiento de Datos
Productos de Nivel 1
Datos Orbitales
Productos de Nivel 2
Datos Orbitales
Usados para producir
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Niveles de Procesamiento de Datos
Productos de Nivel 1
Datos Orbitales
Usados para producir
Productos de Nivel 2
Datos Orbitales
Usados para producir
Productos de Nivel 3
Combinaciones globales de productos de Nivel 2
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Ejemplo de Nivel 2 Radar de Precipitación en
Guatemala TRMM (4x4 km)
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Ejemplo de Nivel 3 TRMM Precipitación en forma
de Lluvia Acumulada
0.25x0.25 grados TRMM Precipitación en forma de
Lluvia Acumulada sobre Guatemala
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Términos Importantes para Productos de Nivel 2 y
Nivel 3
Reprocesamiento Aplicación de un algoritmo nuevo
a un conjunto de datos. Procesamiento hacia
adelante Aplicación del algoritmo presente a
nuevos datos adquiridos.
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Versiones de Datos

• Para algunos productos de datos de la NASA puede
  haber más de una versión disponible
• Nota los productos de Giovanni son la versión de
  datos más reciente disponible al público
• Para cada nivel de procesamiento, se publican
  nuevas versiones de datos periodicamente con la
  mejora de algoritmos de obtención de datos u
  otras fuentes de información, e.g. V001, V002,
  V003

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Formatos de Datos

• Texto/ASCII
• Ventajas son fáciles de leer y permiten examinar
  los datos directamente (se pueden leer con
  herramientas como Excel y software GIS)
• Desventajas archivos de datos grandes
• Binario HDF, NetCDF
• Ventajas ocupan menos espacio, entra más
  información (metadata,SDS)
• Desventajas se necesitan herramientas
  específicas o códigos para interpretar los datos
• KML o KMZ (zipped KML)
• Ventajas sencilla visualización de los datos en
  2D y 3D a través de herramientas gratis como
  Google Earth. Los datos son de bajo volumen.

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Formatos de Datos HDF
HDF es el formato standard para la mayoría de los
datos de la NASA Archivos de datos en formato
HDF contienen data y metadata SDS - se le llama
SDS (Conjunto de Datos Científico) a cada
parámetro en un archivo en HDF. Se debe hacer
referencia precisamente de acuerdo al nombre
cuando se analizan los datos con el código propio
del usuario.
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Accediendo a diferentes formatos de datos
(Ejemplo Página web Giovanni)
GIF KMZ HDF NetCDF ASCII
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Juntando todo nombres de archivos de datos
3B42.110630.21.6A.HDF.Z
Nivel 3
Hora GMT 21
Producto de Datos Tasa de lluvia cada 3 horas
(mm/hra)
Formato de Datos (HDF5)
Fecha (30 de Junio, 2011)
Versión 6
El formato de datos es HDF5 El nivel de
procesamiento es L3 Versión 6
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Conclusiones

• Los formatos de los datos satelitales de la NASA
  son variados y la elección de los más apropiados
  depende de las necesidades de cada usuario
• Los formatos de datos disponibles incluyen
  ASCII, HDF, NetCDF, y KMZ
• Los datos satelitales varían en la resolución
  espacial dependiendo de las características de
  los instrumentos y el nivel de procesamiento (L2,
  L2G, L3)