Notas
 
Instituto Mexicano del Transporte
Publicación bimestral de divulgación externa

NOTAS núm. 138, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2012, artículo 2
Percepción remota aplicada al estudio del sector transporte en México
GONZÁLEZ Jonatan, MORALES Elsa y VÁZQUEZ Juan Carlos

Introducción

En la actualidad, la percepción remota ha permitido al hombre ampliar su capacidad visual y tener elementos propios de análisis enmarcados en el método científico, que le permiten resolver diversos problemas de investigación experimental.

El valor de las imágenes de satélite y la información extraída de ellas son evidentes. Ofrecen una visión global de objetos y detalles de la superficie terrestre que facilitan la comprensión de las relaciones que suceden en el espacio y no pueden verse a simple vista cuando estas se observan sobre la superficie terrestre.  El carácter "remoto" de la teledetección aumenta también este valor, ya que proporciona una visión más amplia del planeta sin tener que estar en contacto físico con el objeto de estudio.

Es importante mencionar que por primera vez se obtuvo una licencia multiusuario de imágenes de satélite, para un Gobierno Federal por parte de la empresa SPOT Image®,  mismas que son utilizadas por las dependencias e instituciones en los tres niveles de gobierno, así como por las universidades e instituciones públicas de nivel superior dedicadas a la investigación científica; La adquisición de las imágenes de los satélites SPOT, por parte del Gobierno Federal, representa una herramienta fundamental para el desarrollo y la modernización que el país requiere. 

Dentro de la visión del Instituto Mexicano del Transporte (IMT) se encuentra la investigación aplicada de excelencia que lo acredite como el brazo científico y tecnológico de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), es por ello que esta nueva “línea de investigación”, no puede quedar ajena a la evolución de la institución.

Objetivos

Evaluar y determinar el potencial de implementación y aplicación de imágenes de satélite del sensor SPOT, al estudio del sector transporte en el país.

Elaborar un mosaico de imágenes de satélite a nivel regional, que de sustento a las aplicaciones de las imágenes del sensor SPOT para los estudios del transporte en el país.

Programa spot

La constelación SPOT, son satélites artificiales desarrollados por el Centro Nacional de Estudios Espaciales de Francia (CNES) en colaboración con el gobierno de Bélgica y Suecia y fabricados por EADS Astrium. Spot Image® es una compañía de servicios de observación de la Tierra líder en su sector que ofrece productos y soluciones basados en imágenes a clientes de todo el mundo desde 1986. La sede central del grupo Spot Image® se encuentra en Toulouse, Francia. La distribución se realiza mediante una red internacional de socios y estaciones de recepción.

Con una constelación de cinco satélites, solo dos permanecen actualmente en servicio operativo: SPOT 4 y SPOT 5. Ambos en órbita polar, circular y helio sincrónica sobre la Tierra.

Su historia:

·           SPOT 1, lanzado en Febrero de 1986 (sin operar desde noviembre  de 2003).

·           SPOT 2, lanzado en enero de 1990 (sin operar desde julio de 2009).

·           SPOT 3, lanzado en Septiembre 1993, (sin operar por problema técnico desde 1996)

·           SPOT 4, lanzado en marzo de 1998

·           SPOT 5, lanzado en mayo de 2002

·           SPOT 6 y SPOT 7, Serán lanzados en Septiembre de 2012 y Enero de 2014 respectivamente para trabajar hasta el año 2023.

La constelación de satélites SPOT ofrece una capacidad operacional diaria de adquisición, prácticamente de cualquier punto del globo terráqueo con una resolución de diez metros. El Spot 5 transmite imágenes con una resolución de 2.5 metros en una franja muy amplia. Además, el instrumento HRS (High Resolution Stereo),  de SPOT 5 permite la adquisición simultánea de pares estereoscópicos para la generación de maquetas digitales en relieve para aplicaciones de cartografía tridimensional.

SPOT 6 y SPOT 7 transmitirán imágenes con una resolución de 1.5 metros por pixel en pancromático y 6 metros para multiespectral, y formarán parte de la nueva  constelación de satélites de observación de la Tierra diseñada para garantizar la continuidad de la disponibilidad de los datos de alta resolución y campo amplio hasta 2023. Incorporarán las innovaciones tecnológicas y operativas con las que cuenta actualmente, la constelación Pleiades (60 cm. de resolución) puestos en órbita en agosto y diciembre del 2011.

Convenio ERMEXS

El Gobierno de México, representado por la Secretaría de Marina (SEMAR) y la Secretaria de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA). Sumaron esfuerzos para llevar a cabo la instalación, custodia y operación de la Estación de Recepción México de la constelación SPOT (ERMEXS) en el año 2003; La cual consiste en una terminal avanzada para la recepción, almacenamiento, extracción y archivo de datos del sensor SPOT, así como su administración y procesamiento.

En su operación, ambas dependencias han integrado también a personal del Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática (INEGI) como un ejemplo de colaboración interinstitucional a fin de responder con prontitud y eficacia a las necesidades tecnológicas en obtención de imágenes de satélite.

La ERMEXS, se ubica en las instalaciones de la SEMAR, en la ciudad de México, y  es operada por un consejo directivo en el que participan la SEMAR y el INEGI bajo la coordinación del Servicio de Información Agroalimentaria y Pesca (SIAP) dependiente de la SAGARPA. Cada uno de los satélites pasa dos veces al día sobre el territorio nacional y pueden enviar hasta cien fotografías diariamente. Cada toma cubre áreas de hasta 3 mil 600 kilómetros cuadrados, por lo que con 822 imágenes se puede tener la cobertura total de la superficie terrestre del país.

Figura 1. Instalaciones de la ERMEXS en la SEMAR

Fuente: http://www.semar.gob.mx/sitio_2/informacion-sector/ciencia/ermexs.html

Entre los principales usuarios de la APF están, las secretarías de estado, los gobiernos de las entidades federativas, centros de investigación y universidades públicas. Cabe señalar que el servicio a estas instituciones se entrega de manera gratuita con base en convenios firmados.

En Noviembre del 2009,  el IMT firmó un convenio de colaboración para designar a los autores de este artículo, como gestores oficiales ante el programa ERMEXS, para el uso exclusivo e irrestricto de imágenes de satélite de este sensor. En Febrero de 2011, el IMT solicitó el 6to cubrimiento nacional, con nivel de procesamiento 1A,  y desde entonces se ha trabajado sobre el desarrollo y aplicación que beneficie de cualquier manera al sector transporte en el país.

Desarrollo de aplicaciones

Contando con imágenes de satélite y con la infraestructura necesaria para el desarrollo y explotación de las mismas, se procedió a la incursión de esta nueva línea de investigación  por parte de la USIG dentro del IMT, documentando algunas aplicaciones existentes en el mundo con este tipo sensor, tales como: Defensa, Seguridad, Ordenamiento Ecológico, Catastro, Agricultura, Hidrología, Hidrografía, Geografía, entre otras.

De lo anterior, surge la necesidad de definir procedimientos de foto-identificación de infraestructura existente y/ó determinación de firmas espectrales (si fuera el caso) para la clasificación de elementos de transporte de manera semi-automatizada aplicados a imágenes de satélite.

Una de las primeras actividades fue la realización de una imagen satelital georreferida a través de la unión de varias escenas. Se comenzó con la elaboración de un mosaico a nivel estatal, se eligió al estado de Querétaro (estado donde se localiza el IMT), el cual serviría de base y referencia para la foto-identificación de caminos rurales, ubicación y obtención de su trazo, así como la corrección geométrica de los vectores de las carreteras que fueron capturados en campo vía GPS, y que en gabinete presentan algún tipo de anomalía,  que suceden cuando el receptor GPS se encuentra en una zona de afectación y/ó mala recepción de la señal, por lo que no está claramente definido dicho trazo, una imagen orto-rectificada sirve de apoyo para la obtención de la información que no fue posible su captura en campo.

Figura 2. Imagen que ilustra la corrección geométrica del trazo de una carretera, con ayuda de un mosaico de imágenes de satélite de fondo a manera de guía.
Fuente: Elaboración propia

El mosaico elaborado del estado de Querétaro en imágenes SPOT, está conformado por 12 escenas, tomadas en Julio del 2010, por el Satélite 5, en pancromático, con nivel 1A de procesamiento.

Figura 3.  Imagen que ilustra el mosaico SPOT del estado de Querétaro, formado por 12 escenas, encima de color rojo, el polígono del estado de Querétaro. Fuente: Elaboración propia

Se utilizaron las carreteras del Inventario Nacional de Infraestructura para el Transporte (INIT) 2007 del IMT, como puntos de control para hacer su corrección geométrica de los elementos, junto con la red geodésica nacional del INEGI. El software gestor de imágenes de satélite utilizado fue ENVI. Vr. 4.6 con su módulo de Rigurous rectification y se utilizó la proyección UTM zona 14 con datum WGS84.  El tamaño del mosaico del estado de Querétaro, resultó ser de 95304 columnas X, 105649 renglones Y, con un peso aproximado de 10 Gb. En tamaño real a 8 bits (255 grises), pero se utilizó el compresor ER-Mapper, quedando un archivo, ECW a 700 Mb.

Figura 4. Imagen del Aeropuerto Internacional de la Ciudad de Querétaro (AICQ), encima los vectores del INIT 2007, para comprobar la calidad de la información capturada en campo, vía GPS.
Fuente: Elaboración propia

La realización de este tipo de estudios es de suma importancia para la USIG, debido a que anteriormente a la incursión de las imágenes de satélite, esta tarea (apoyo a la digitalización y corrección del trazo carretero en gabinete) se realizaba a través del servicio WMS de ortofotos del INEGI.  http://antares.inegi.gob.mx/cgi-bin/map4/mapserv_orto?

Figura 5.  Imagen que ilustra el mosaico SPOT de la ciudad de Querétaro, con vectores del INIT 2007, para comprobar la calidad de la información capturada en campo vía GPS.
Fuente: Elaboración propia

Conclusiones

El acceso a las imágenes de satélite de la antena ERMEXS ha generado expectativas para la generación de proyectos a nivel regional y nacional. México es el único país en el mundo que cuenta con una multi-licencia, lo que significa contar con amplias ventajas en costos para la utilización de dichas imágenes.

La obtención de imágenes SPOT, sin cargo por parte de ERMEXS ha permitido el desarrollo de estudios y proyectos que por el costo de las imágenes hubieran resultado poco factibles de desarrollar. Esto ha favorecido la optimización de los recursos financieros institucionales de la APF al reducirse el costo de los proyectos y se ha evitado la duplicidad de adquisición de este tipo de información.

Se ha incrementado la calidad de los estudios y proyectos al disponer de imágenes actuales y de mayor resolución, así como el desarrollo de metodologías más ágiles para su procesamiento y obtención de resultados en intervalos más reducidos de tiempo.

Si bien es de utilidad directa para las instituciones de gobierno y académicas, el beneficio es para la población en su conjunto; particularmente para el sector agropecuario, forestal, pesquero, de recursos naturales, del medio ambiente y de  telecomunicaciones y transporte, que obtienen información geoespacial de primer nivel para la toma de decisiones que impactan en el desarrollo nacional.

Para el caso específico del transporte, está más que probado que las técnicas de Percepción Remota  tienen el potencial de proveer información detallada de caminos y redes de transporte y puede ofrecer una forma más económica y rápida para mejorar las prácticas comunes para la observación y el inventario de la red de transporte (Jensen and Cowen 1999, Usher 2000). La cartografía digital debido a que está geo-referenciada, se liga fácilmente a variables censales e indicadores socioeconómicos y ambientales. De tal suerte que facilita la extracción de información y la construcción de indicadores de calidad de vida y desarrollo.

Con respecto al sensor específicamente de SPOT para esta aplicación, se concluye, que a pesar de sus 4 bandas espectrales, muchas de las posibles aplicaciones de las imágenes de satélite al transporte necesitan de diferentes tipos de sensores (mayor resolución espacial y espectral) que las que ofrece SPOT, (con todo y la pancromática de 2.5 m). Dentro de su continua evolución, habrá que esperar los productos que se obtengan de los satélites SPOT 6 y SPOT 7, con 1.5 m de resolución espacial, así como la constelación de satélites Pleiades, lanzados en 2011 con resoluciones sub-métricas de 60 cm.

Los costos para  la obtención tanto de licencias comerciales (software gestor de imágenes de satélite) como de imágenes de satélite  es aún muy elevado, se necesita abaratar aún más estos costos, y/ó buscar otras alternativas, llámese software libre (existente). Así como la búsqueda de nuevos sensores remotos menos comerciales, como satélites, japoneses, hindúes, griegos, ó rusos.

Agradecimientos

Se agradecen los comentarios emitidos por el  Mtro. Luis Miguel Morales Manilla, coordinador del Laboratorio de Análisis Espacial del Centro de Investigación en Geografía Ambiental (CIGA) de la UNAM. Al Instituto Mexicano del Transporte por el  financiamiento para la realización de este estudio; Al Ing. Tristán Ruíz Lang, coordinador de Ingeniería Portuaria y Sistemas Geoespaciales del IMT,  por las gestiones realizadas para el beneficio de las actividades relacionadas con el proceso y desarrollo de la investigación, así como al Programa ERMEXS, por la facilidades otorgadas para la obtención de las imágenes de satélite.

Referencias

Backhoff, M. A. 2005. Transporte y espacio geográfico. Una aproximación geoinformática.  UNAM. México.

Campbell, J.B. 1987.  Introduction to Remote Sensing. The Guilford Press, New York, USA.

Canada Centre for Remote Sensing (CCRS). 2000. Fundamentals of Remote Sensing Vancouver, Canada.

Lilles, T.M. y  Kiefer, R.W. 1994.  Remote Sensing and Image Interpretation. John Wiley and Sons Inc., New York, USA.

Lira J. 1995. La percepción remota: nuestros ojos desde el espacio. Fondo de Cultura Económica, México. 

Sensores Remotos & SIG (SRGIS). 2006. Guía básica sobre Imágenes Satelitales y sus productos. Colombia.

Transportation Research Board. 2003.  Remote Sensing for Transportation: Products and Results Washington, D.C. Report of a conference, conference proceedings Num. 29 ISBN 0-309-08551-9

http://www.spotimage.com

http://www.astrium-geo.com/es/

http:// www.digitalglobe.com

http://www.geoeye.com

http://www.ittvis.com/

http://www.semar.gob.mx/sitio_2/informacion-sector/ciencia/ermexs.html

http://www.mapas.gob.mx

GONZÁLEZ Jonatan
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MORALES Elsa
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VÁZQUEZ Juan Carlos
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