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81$6(1&,//$35&7,&$(,17528&&,1$/$7(/((7(&&,1

Carmelo Alonso (*), Victoriano Moreno (*) y Elas Rodrguez (**)

calo@mdr.indra-espacio.es

(*) 'HSDUWDPHQWRGH7HOHGHWHFFLyQ,1'5$(VSDFLR&0DU(JHRQ6DQ)HUQDQGRGH+HQDUHV0$'5,'

(**) 0(&,QVWLWXWR9$/'(0252,,9DOGHPRUR0$'5,'

5(680(1Una de las principales dificultades que entraa la enseanza de la teledeteccin, especialmentecuando se dirige a alumnos con escasa formacin tcnica como son los de bachillerato, es la asimilacin de susconceptos fundamentales. En este sentido, la realizacin de prcticas de radiometra en el laboratorio o en elcampo con instrumentos sencillos son de gran ayuda en la didctica de esta disciplina en la enseanza secundaria.En esta comunicacin presentamos una prctica de radiometra, realizada en el laboratorio de Ciencias Naturalesdel instituto Valdemoro II, para los alumnos de bachillerato.

$%675$&7 One of the main difficulties inherent to remote sensing training, especially for secondary schoolstudents with basic technical skills, is the assimilation of its fundamental concepts. In this sense, the realization ofa radiometry practice in the laboratory or in the field with simple instruments are of great help in the didactics ofthis discipline in the secondary education. In this communication we present a radiometry practice, carried out inthe laboratory of Natural Sciences of the institute Valdemoro II, for the secondary school students.

3DODEUDVFODYH radiometra, teledeteccin, firma espectral, reflectancia.

,1752'8&&,1

Los sensores instalados a bordo de lossatlites destinados a la observacin de la Tierramiden la cantidad de radiacin reflejada o emitidapor sta. Son, por tanto, un tipo de radimetros. Paracada punto observado del terreno o pxel, la cantidadde radiacin reflejada o reflectancia se mide envarias bandas espectrales. El nmero de bandas quepuede discriminar el radimetro y su anchuradeterminan su resolucin espectral.

Los distintos tipos de coberturas terrestres(bosques, suelos cultivados, lminas de agua, etc.) sedistinguen por la energa que reflejan y emiten.Estos espectros que caracterizan el tipo de cubiertaobservada constituyen su firma espectral (figura 1).

Con el fin de poder analizar e interpretar losdatos adquiridos por dichos sensores, es necesariorealizar medidas radiomtricas en el laboratorio o enel campo. A partir de dichas medidas es posibledeterminar la relacin entre esas curvas dereferencia, que son la firmas espectrales, y lascaractersticas del objeto observado (Pinilla, 1995).

)LJXUD Firma espectral de distintas coberturasterrestres (adaptado de 6KRUW.

El objetivo que perseguimos con larealizacin de esta prctica es obtener diferentesfirmas espectrales para la vegetacin en distintascondiciones, de manera sencilla y asequible para losalumnos de bachillerato. Presentndoles, a la vez,los fundamentos de las tcnicas de teledeteccin ysus aplicaciones en el campo de las CienciasNaturales.

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/$%25$725,2

Se define por radiancia el cociente entre laintensidad luminosa emitida por una superficie y elrea aparente de la misma, para un observadorlejano. La radiancia se expresa en unidades dewatios / sterorradian m2. La radiancia de unaVXSHUILFLHGHSHQGHGH OD ORQJLWXGGH RQGD GH OD

luz. Por ello se define la UDGLDQFLD HVSHFWUDO / para una longitud de onda dada, como

$,

/

cos

VLHQGR HO ngulo formado por la normal a lasuperficie radiante y la direccin considerada.

La lectura del radimetro es proporcional ala radiancia del blanco observado, es decir a laintensidad de la radiacin en la direccin deobservacin y por unidad de superficie aparente delblanco. Si la superficie observada por el radimetroes homognea, el resultado de la medida esindependiente de la distancia del radimetro a lasuperficie y de las dimensiones del campo deobservacin. Por ello, la radiancia es una magnitudfundamental en teledeteccin.

La reflectancia, R, de una superficie sedefine fsicamente como el cociente entre la potenciade la radiacin reflejada y la potencia total recibidapor la misma. Dado que la cantidad de radiacinreflejada por la superficie siempre ser menor oigual que la potencia recibida, la reflectancia tendrvalores comprendidos entre 0 y 1. Normalmentesuele expresarse en porcentaje.

La reflectancia es una magnitudcaracterstica del medio y, por tanto, es estamagnitud la base para el reconocimiento desustancias. Al igual que la radiancia, la reflectanciatambin depende de la longitud de onda, R(

En la realizacin de esta prctica hemosprocurado que el objeto estudiado fuera iluminadohomogneamente. En estas condiciones,comparamos, para una banda espectral dada y parauna misma direccin de observacin, la radianciaHVSHFWUDOGHODVXVWDQFLDHVWXGLDGD/ SRUXQODGR

y la radiancia espectral de una superficie blanca dereferencia, L0 SRURWURODGR

Para la realizacin de la prctica hemosutilizado un sencillo radimetro de campo de lamarca JEULIN. Se trata de un instrumento que

funciona mediante corriente continua suministradapor una pila de 9 voltios. Su elemento principal es elfotodetector, que puede considerarse prcticamentepuntual (2.7 mm x 2.7 mm), situado en el extremoms elevado del tubo del radimetro. En el extremoinferior, un diafragma permite seleccionar tresaberturas de campo diferentes: una cuadrada de 1 cmx 1 cm, y dos circulares de distintos dimetros.

La dimensin del campo de observacin esproporcional, por un lado, a la distancia entre elfotodetector y el objeto a estudiar, d, y por otro ladoal tamao de la abertura del diafragma. De estaforma, por ejemplo, para d = 18 cm, correspondientea la altura mxima del radimetro con respecto a subase, el campo de observacin para la aberturacuadrada del diafragma es de aproximadamente 6 x6 cm2. Para las otras dos aberturas, el tamao delcampo es considerablemente inferior.

Este instrumento es capaz de medir laradiancia en un determinado intervalo espectral obanda. Gran parte de los radimetros utilizados encampo son multicanal, es decir, capaces de efectuarlecturas de radiancia en ms de una banda. Con ellopueden abordarse estudios de correlacin entre algnfenmeno de inters y la radiancia medida, porejemplo la existente entre el cociente de lasradiancias en el infrarrojo prximo y en el rojo y elvigor de la vegetacin.

El radimetro dispone de un disco porta-filtros con 6 filtros diferentes que nos permiteseleccionar distintas bandas del espectroelectromagntico (tabla 1).

5()(5(1&,$ ),/752 HQQP

O Cerrado -

SF Sin Filtro -

B Azul 400 - 500

V Verde 500 - 600

R Rojo 600 - 700

RF R. Lejano 700 -800

RC R. Completo 600 - 800

IR Infrarrojo 800 - 11007DEOD Canales de deteccin del radimetro

JEULIN

Estos canales del radimetro secorresponden con las diferentes bandas espectrales(Tabla 2) en que pueden obtener informacindistintos sensores embarcados en los satlites deobservacin de la Tierra, que son muy utilizados enla obtencin de parmetros medioambientales apartir de la teledeteccin.

6DWpOLWH 6HQVRU %DQGD HQQP

066 500 - 600

066 600 - 700

066 700 - 800

066

066 800 - 1100

70 450 - 520

70 520 - 600

70 630 - 690

/$1'6$7

70

70 760 - 900

;6 500 - 590

;6 610 - 6806327 +59

;6 790 - 8907DEOD Canales de observacin de diferentes

sensores utilizados en teledeteccin.

),50$6 (63(&75$/(6 '( /$

9(*(7$&,1

Aqu nos vamos a centrar en la firmaespectral de la vegetacin verde. Esta se caracterizapor presentar un claro contraste entre las regionesdel espectro correspondientes al rojo del visible y alinfrarrojo cercano (Lobo, 1995). Mientras en laregin visible, los pigmentos de la hoja absorben lamayor parte de la luz que reciben, en el infrarrojocercano estas sustancias son bastante transparentes.Por esta razn, la vegetacin sana ofrece bajareflectividad en la banda roja del espectro (entre 600y 700 nm) y alta en el infrarrojo prximo (entre 800y 1000 nm), de manera que cuanto mayor sea elvigor que presenta la vegetacin, mayor ser elcontraste entre los valores de reflectancia captadosen ambas bandas. Bajos valores de reflectancia en elinfrarrojo prximo pueden indicar una vegetacin

enferma o con una falta importante de humedad(figura 5).

Hemos realizado las medidas sobre hojas deplantas cultivadas y controladas en el laboratorio y,por tanto, de fcil acceso para los alumnos. Lasmedidas se tomaron en hojas recin cortadas(verdes), tanto por la parte del haz (figura 2) comopor la del envs (figura 3), y para hojas secas (figura4), con el fin de determinar la dependencia de lacurva espectral de la vegetacin con las diferentespartes de la hoja y con su estado.

En la regin del visible (entre 400 y 700nm), la respuesta espectral de la vegetacin estcaracterizada por el papel fundamental quedesempean los pigmentos de la hoja en la absorcinde la energa. Mientras que las propiedades de lasuperficie de la hoja son, en parte, responsables de lareflectancia en dicha superficie, la absorcin estgobernada principalmente por la estructura interna,esto es, composicin, concentracin y distribucinde los pigmentos (la clorofila, el caroteno y laxantofila). De ellos, el ms importante es laclorofila, que es responsable de dos bandas deabsorcin, una en el azul y otra en el rojo. Esto setraduce en un mximo de reflectancia en torno a los550 nm (Figura 2). En esta regin del espectro seproduce la fotosntesis, proceso que implica laabsorcin de energa. En sntesis, esta regin secaracteriza por una escasa reflectancia (

)LJXUD Valores de reflectancia espectralobtenida para el haz de una hoja verde.

)LJXUD Valores de reflectancia espectralobtenida para el envs de una hoja verde.

)LJXUDValores de reflectancia espectralobtenida para una hoja seca.

)LJXUDComparacin entre los valores dereflectancia espectral para la vegetacin sana y la

vegetacin seca.

&21&/86,21(6

En la bibliografa suelen encontrarsebastantes trabajos sobre medidas radiomtricas paradiferentes coberturas y en diferentes condiciones.Sin embargo, muy pocos son asequibles para losalumnos que comienzan a introducirse en el campode la teledeteccin.

A lo largo de nuestra modestacomunicacin, nuestro inters se ha centrado en eldiseo de una practica de laboratorio que ponga alalcance de los alumnos de bachillerato losfundamentos de la teledeteccin espacial y susaplicaciones en los campos de la agricultura y laecologa. En este sentido es fundamental ladeterminacin experimental de la respuestaespectral de la vegetacin, como paso previo alanlisis de las imgenes de satlite.

%,%/,2*5$)$

Lobo, A. 1995. /D REVHUYDFLyQ UHPRWD GH ORVHFRVLVWHPDV. En Anlisis de la variabilidadespacio-temporal y procesos caticos en cienciasambientales. Geoforma Ediciones. Logroo.

Pinilla, C. 1995. (OHPHQWRV GH WHOHGHWHFFLyQ Ra-ma. Madrid.

Short, N. M. 1997. 7KHUHPRWHVHQVLQJWXWRULDO$QRQOLQH KDQGERRN, en CD-ROM. NASA/GoddardSpace Flight Center.

5HVSXHVWDHVSHFWUDOGHXQDKRMDYHUGHHQYpV

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&RPSDUDFLyQGHODUHVSXHVWDHVSHFWUDOSDUDODKRMDYHUGH

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0102030405060708090

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