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Satélites Sentinel 2 para teledetección en agricultura

Siguiendo en la línea de los artículos sobre agricultura de precisión y las posibilidades de los índices de vegetación, hoy vamos a hablar de una de la series de satélites de financiación pública más actuales y modernos que nos permitirán hacer teledetección con coste 0 en la adquisición de imágenes. Veamos en qué consiste el programa Copernicus y en especial los satélites Sentinel 2.

¿Qué el programa Copernicus de la ESA?

Antes de hablar de teledetección satelital y de los satélites Sentinel 2 y su aplicación para agricultura empezaremos hablando de la ESA. Una agencia europea que sorprendentemente es poco conocida por los propios ciudadanos. La ESA (European Space Agengy) fundada en 1975 por 10 países de la UE,  tiene ya un recorrido histórico en la exploración espacial mundial que no vamos a mencionar en este artículo. Hoy en día ya hay 22 estados de la UE financiando y colaborando para crear programas espaciales muy ambiciosos. Uno de ellos, el de exploración y observación terrestre a todos los niveles es Copernicus en el que también colaboran otras instituciones mundiales. Un programa para poner en órbita una serie satélites con multitud de sensores y para realizar estudios en un gran número de disciplinas científicas. Básicamente se dividen en 6 grandes grupos:

  • Gestión del suelo (donde entran recursos hídricos, forestales y agricultura (que es lo que nos ocupa en este bog).
  • El medio marino
  • Respuesta ante situaciones de emergencia (incendios, por ejemplo).
  • Seguridad
  • La atmósfera
  • Cambio climático

Para ello, el programa pondrá 6 satélites de vanguardia llamados Sentinel, que captarán imágenes e información con diferentes sensores embarcados en cada uno de ellos. Resumiendo brevemente:

  • Sentinel-1: Pareja de satélites 1A y 1B en órbita polar proporcionando imágenes de radar que pemriten monitorizar tanto de día como de noche las condiciones climáticas tanto en tierra como en los océanos.
  • Sentinel-2: Otra pareja de satélites 2A y 2B en órbita polar también para proporcionar imágenes ópticas (multiespectrales) de alta resolución que permitirán monitorizar la vegetación entre otros estudios.
  • Sentinel-3: También proporciona datos de radar y ópticos de alta precisión pero en esta ocasión con un enfoque más relacionado con la topografía de continentes y océanos midiendo por ejemplo la temperatura de la superficie terrestre y marina y altimetría. Se lanzó el primero de ellos (3-A) en 2016 y se tiene previsto el lanzamiento del 3-B para 2017
  • Sentinel-4: Este tiene como misión monitorizar la composición atmosférica y sobre todo la calidad del aire midiendo parámetros como óxidos de nitrógeno, ozono dióxido de azufre, formaldeidos… La gran baza de esta serie de satélites es su frecuencia de revisión que será ¡cada hora! Proporcionando series temporales de gran precisión temporal.
  • Sentinel-5: Tiene otros sensores distintos a los Sentinel-4 pero trabajarán conjuntamente ya que esta serie también monitorizará la composición atmosférica con una alta frecuencia de revisión.
  • Sentinel-6: Tiene por objeto el estudio del nivel del mar. Ese es su gran cometido.

Sentinel 4 se planea lanzar en 2019. Sentinel 5 y 6 se planean lanzar para 2020.

¿Y qué tiene que ver esto con la agricultura?

sentinel 2De los satélites aquí presentados, el que realmente nos interesa para los cutlivos es la serie de Sentinel-2 cuyos satélites ya están orbitando a nuestro alrededor proporcionándonos imágenes multiespectrales cada 5 días de forma totalmente gratuita. Son dos satélites gemelos en una órbita de 10 días cada uno.

Por supuesto, no son los únicos satélites en órbita que dan esta información pero sí serán los más precisos y modernos en darla de forma gratuita. Otros programas que también proporcionan imágenes multiespectrales en la actualidad son:

Serie LANDSAT: Concretamente los satélites LandSat 7 y 8. También gratuitos pero con resoluciones 3 veces menores a los Sentinel. También son públicos y las imágenes son de adquisición gratuita.

A partir de aquí, los satélites Worldview 1-4, SPOT, DEIMOS etc son todos de iniciativas privadas y las imágenes tienen un coste. La gran ventaja de estos es su resolución que aun siendo más “viejos” que los Sentinel 2 dan resoluciones muy superiores, de hasta 0.3 m/pixel en el caso del Worldview-4 por ejemplo.

Volviendo a los Sentinel 2, podemos decir que gracias a sus imágenes, podremos hacer a partir de ahora estudios interesantes sobre teledetección en agricultura desde casa y sin coste (salvo tu tiempo y el consumo de tu ordenador). Veamos un poco más en profundidad qué ofrecen sus sensores.

Hablemos de bandas del Sentinel 2

Los dos satélites de la serie Sentinel 2 captan varias capas de la misma imagen. Su sensor multiespectral es capaz de recoger infomración en 13 bandas del espectro electromagnético a una determinada resolución que luego veremos. Si todavía no tienes claro qué es una banda del espectro y esto de multiespectral te suena a chino, te recomendamos que leas el artículo que publicamos hace poco sobre índices de vegetación utilizados en agricultura de precisión.

Una banda no es más que un rango o intervalo de longitudes de onda. El sensor MSI del Sentinel 2 capta 13 bandas o 13 intervalos de longitudes de onda que especificamos en la siguiente tabla.

BandasResolución espacial (m)Resolución espectral (nm)
Banda 1 (Aerosol)60443
Banda 2 (Azul)10490
Banda 3 (Verde)10560
Banda 4 (Rojo)10665
Banda 5 (NIR)20705
Banda 6 (NIR)20740
Banda 7 (NIR)20783
Banda 8 (NIR)10842
Banda 8a20865
Banda 9 (Vapor de agua)609945
Banda 10 (Cirrus)601375
Banda 11 (SWIR)201610
Banda 12 (SWIR)202190

Dentro de las bandas proporcionadas por el satélite, en principio en agricultura las que nos interesan son las del Infrarrojo cercano, el rojo, el rojo cercano y el verde. El azul también es interesante para las composiciones RGB que nos dan el color real de la imagen y porque en algunos índices como el EVI (Enhanced Vegetation Index), la banda del azul también se utiliza.

Hablemos de resoluciones

En teledetección, sea del tipo que sea (satelital, RPAs o aviones tripulados) hay una serie de resoluciones que son las que definen la precisión de la imagen multiespectral.

Resolución espacial

Es la precisión que puede alcanzar el sensor por pixel, es decir, el área real de tierra respresentada en un nivel digital de información (pixel). Sentinel 2, en según qué bandas (mirar tabla anterior) consigue resoluciones de 10m /pixel. Esto quiere decir que un pixel representa 10×10 = 100 m2 de terreno.

Resolución espectral

Esta resolución hace referencia a las bandas o rangos del espectro que el sensor es capaz de capturar. En el apartado anterior ya hemos hablado de las bandas del Sentinel 2.

Resolución radiométrica

La medida de una imagen multiespectral se expresa en reflectancia, es decir, la cantidad de radiación electromagnética que refleja un cuerpo al incidir la radiación procedente del sol. Cada nivel digital o pixel tendrá un valor de reflectancia o radiancia (no son lo mismo pero son equivalentes).  La resolución radiométrica es, por tanto, la capacidad del sensor de poder discriminar intervalos de radiancia. Por ejemplo, Landsat 8 tiene una resolución radiométrica de 256 niveles (8 bits). Sentinel 2 por ejemplo consigue un valor de 4096 niveles de intensidad (12 bits).

Resolución temporal

Y por último habalremos de su resolución temporal, un factor de gran importancia para los estudios en agricultura. Hasta ahora, (salvo pagando) se podían obtener imágenes gratuitas de Landsat sobre una porción específica de terreno cada 16 días. Esto, en según qué cultivos y momentos del cultivo puede ser insuficiente para un estudio concreto.

Sentinel 2 con sus 2 satélites gemelos, proporcionan una resolución temporal de 5 días, aumentando considerablemente su frecuencia de revisión por un mismo punto.

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