El Transbordador Espacial con Misión Topográfica (SRTM) y alternativas de procesamiento con softwares libres.

Redacción Hacia el Espacio

Fecha: 2015-08-01


En el año 2000, la NASA lanza el transbordador espacial ENDEAVOUR con una misión para tomar imágenes espaciales con una tecnología interferométrica en Banda C y X y  durante 11 días , tomó imágenes tridimensionales del planeta tierra desde 56 grados sur hasta 60 grados norte  en dos resoluciones, 90 y 30 metros.
 
La información obtenida había quedado reservada para solamente Estados Unidos, sin embargo en el año 2014, a partir de la Cumbre Mundial del Cambio Climático, Estados Unidos anunció que toda la información del Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) quedaría abierta y libre para el uso del mundo.
 
 
 
Las información obtenida puede ser de gran utilidad y las aplicaciones va desde la seguridad de la aviación, ingeniería civil, topografía del terreno, procesos naturales, distribución de las comunidades vegetales,  animales y plagas  además que  permite crear patrones del tiempo, modelos de lluvias, flujo y almacenamiento de las aguas superficiales, medición y distribución de la mancha urbana entre otras.  Y los  datos ayudan a comprender mejor, predecir y  responder  a  inundaciones por fuertes de tormentas y las amenazas de inundaciones costeras asociadas con marejada, los tsunamis y el aumento del nivel del mar etc.. y como consecuencia actuar directamente en  el impacto del cambio climático.
 
SRTM fue un proyecto conjunto de la NASA, la Agencia Nacional de inteligencia geoespacial y las agencias espaciales alemana e italiana. Fue manejado por el  JPL de la NASA, Pasadena, California, para la dirección de misiones de ciencia.
 
Los productos de datos topográficos de 30 metros recién liberada y los de 90 metros, son distribuidos públicamente por el US Geological Survey (USGS). Estos datos están  disponibles mediante una interfaz fácil de usar en página web de Earth Explorer del USGS.   
 
En que consiste el SRTM
 
Para adquirir datos topográficos (elevación), la carga SRTM fue equipada con dos antenas de radar. Una antena se encuentra en la bahía de carga del transbordador, la  otra  en el extremo del mástil a  60 metros (200 pies) que se extendía una vez colocado el transbordador en el espacio
El instrumento con la misión de Radar topográfico consistió en tres secciones. La antena principal se encuentra en la bahía de carga del transbordador espacial Endeavour, el mástil estaba conectado con el sujetador de la antena principal, y una antena exterior conectada al extremo del mástil.
 
 
 
Con el fin de recopilar datos topográficos (elevación) de la superficie de la tierra, SRTM utilizó la técnica de INTERFEROMETRÍA
 
Como se muestra en la figura 2, cuando una señal de radar se transmite desde el transbordador y toca un objetivo en la tierra, parte de la señal se refleja hacia el transbordador. Un receptor en el transbordador mide la fuerza de la onda reflejada, y la amplitud de la onda tiene una relación directa con la distancia del objetivo.
 
 
Figura 2. Un Receptor

Si se cuenta con dos receptores separados por una distancia bastante grande (a 60 m en el caso de SRTM), éste fenómeno tienen los componentes de un interferómetro. Los dos receptores se dicen que en los extremos de la "línea de base interferométrica". Un interferómetro mide la diferencia de fase entre dos señales recibidas en los extremos de una línea de base, como se muestra en la figura 3. El interferómetro logra la fase de diferenciación comparando o "interferier" las señales en los dos extremos de la línea de fondo por una técnica de procesamiento de la señal llamada "correlación cruzada compleja."
 
Esta diferencia de fase se denomina la "fase interferométrica". La fase interferométrica se determina restando eficazmente la fase medida en cada extremo de la línea de base.
 
Cada fase recibida depende de la distancia entre el receptor y el destino (como en la figura 1), y la fase interferométrica es una medida de la diferencia entre las distancias de cada receptor en el destino.            
 
 
 
Para ver cómo la interferometría del radar es sensible a la topografía, que es la altura del objetivo, se muestra en la figura 4 en donde hay dos destinos diferentes en dos alturas diferentes. Se aprecia que la distancia diferencial de cada uno de estos objetivos entre los extremos de la línea de base depende de la altura del objetivo.
 
El mayor objetivo (objetivo 2), la distancia diferencial es mayor que el de una menor (objetivo 1). La fase interferométrica de objetivo 2, por tanto, es más grande que para el objetivo 1. Tenga en cuenta que la distancia diferencial obtiene más grande como el ángulo de incidencia (theta_1 < theta_2) en el cuadro el objetivo consigue más grande. La fase interferométrica puede estar relacionada con el ángulo de incidencia por la fórmula muy-casi-exacto.                     
 
 
 
fase interferométrica = B sin(θ) /wave longitud
 
donde B es la longitud de la línea de base. Para una altura dada, puede calcularse la θ (theta) y la fase interferométrica puede utilizarse también para comenzar con la fase interferométrica medida y solucionado Theta y luego encontrar la altura topográfica. Conceptualmente, esto es como interferometría SRTM determina la altura topográfica.
 
Imágenes de SRTM de México
 
Esta imagen de sombreado del relieve de la península de Yucatán de México  Fig 5 muestran una sutil pero inconfundible, indicación del cráter de Chicxulub. La mayoría de los científicos están de acuerdo en que este impacto fue la causa de la extinción de Cretatious-terciario, hace 65 millones años que marcó la extinción repentina de los dinosaurios, así como la mayoría de la vida entonces en la tierra.
 
 
 
La península de Yucatán es una meseta compuesta principalmente de piedra caliza y es una zona de muy bajo relieve con elevaciones varían por menos de unos pocos cientos de metros (500 pies). En esta imagen mejorada por computadora la topografía ha sido exagerada para resaltar un canal semicircular, la línea de arco verde más oscuro en la esquina superior izquierda de la península. Este canal es sólo de 3 a 5 metros (10 a 15 pies) de profundidad y unos 5 km (3 millas) de ancho, tan sutil que si entraste a través de ella probablemente no notaría, y es una expresión superficial del límite exterior del cráter. Los científicos creen que el impacto, que estaba centrado cerca de la costa del Caribe, altera las rocas submarinas que preferentemente se erosionaría los sedimentos de piedra caliza sobrepuesta, que forman más tarde y se erosionan fácilmente, en las proximidades del borde del cráter. Esto formó el canal, así como numerosos cenotes  que son visibles como pequeñas depresiones circulares.
 
 
 
Se utilizaron dos métodos de visualización para producir la imagen: sombreado y poli cromática de altura topográfica. La imagen de la sombra fue derivada al computar pendiente topográfica en dirección noroeste-sureste, así aparecen brillantes laderas norte y vertiente sur aparece oscuro. Códigos de color está directamente relacionado a la altura del levantamiento topográfica, con verde en las elevaciones más bajas, subiendo a través de amarillo y bronceado, blanco en las elevaciones más altas.
 
La foto inferior es la misma zona, vista por el satélite Landsat y fue hecha por Mapeo Temático en la  banda 7 (infrarrojo medio), banda 4 (infrarrojo cercano) y banda 2 (verde) como rojo, verde y azul. Estos colores fueron elegidos para maximizar el contraste entre diferentes tipos cubierta de la vegetación y la tierra, con vegetación autóctona y mostrando las tierras cultivadas como verde, amarillo y magenta y las zonas urbanas como blanco. El área circular blanca cerca del centro de la imagen es Mérida, una ciudad de unas 720.000 habitantes. Note que en la imagen superior que es la de SRTM, muestra solamente la topografía, la ciudad no es visible, mientras que en la imagen Landsat, que no muestra las elevaciones, el canal no es visible.
 
Este es solo un ejemplo de una inmensas posibilidades que se pueden desarrollar para que sirvan a la sociedad apoyándose con imágenes del pasado y ver cómo va cambiando el entorno, al igual que al aplicarle criterios de filtrado, identificación de formas etc. Pueden representar herramientas de apoyo para actuar ante el inminente cambio climático y disminuir las consecuencias desastrosas.
La figura siguiente muestra un ejemplo de una zona de Tabasco y el sitio USGS permite adquirir imágenes de cada repasada del satélite en diversas bandas y diversas posibilidades de satélites y SRTM.                   
 
 
 
Las imágenes gratuitas tanto de SRTM como de una gran variedad de satélites de percepción remota como el Lansat 8 y 7 entre otros se encuentran accesibles previo registro en :
 
http://earthexplorer.usgs.gov/
 
Software para procesar las señales.
Existen una gran variedad de softwares para el procesamiento de las imágenes, pero considerando que la adquisición está sin costo, recomendamos se utilicen aplicaciones de software libre
El primero fue desarrollado por el Instituto de Pesquisas Espaciales de Brasil INPE , se llama Terra View y lo pueden encontrar en la siguiente dirección electrónica .
 
http://www.dpi.inpe.br/terraview/index.php
 
El segundo , el utilizado por la Universidad de Oklahoma  QGIS esta accesible en:
 
http://qgis.org/es/site/
 
 
 

 



Etiquetas: ENDEAVOUR,NASA,Transbordador,Misión,Topográfia,desarrollo,espacio,imágenes

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