Fundamentos y Aplicaciones de la Teledetección en la Agricultura de Precisión

1. Concepto de Teledetección

La teledetección, también conocida como Remote Sensing, es un método para obtener información de las propiedades de un objeto o superficie sin contacto físico directo.

• Incluye el concepto de LARS (Low Altitude Remote Sensing), que se refiere a la teledetección a baja altura (ej. drones).

Aplicaciones en Agricultura

La teledetección es fundamental para la gestión agrícola moderna, permitiendo:

• Determinar y manejar la heterogeneidad o variabilidad espacial en potreros o sectores de riego.
• Definir Zonas de Manejo Homogéneo (ZHM).
• Aplicar riego de precisión mediante el uso de Kc satelital o Kc NDVI.
• Orientar el muestreo en terreno (suelo y plantas).
• Detectar y localizar situaciones de estrés en cultivos (lo más común).
• Evaluar la eficacia de medidas correctivas.
• Evaluar variables agronómicas con alta correlación, tales como:
  • Estado nutricional y sanitario del cultivo.
  • Estado hídrico.
  • Producción relativa de la temporada.

2. Componentes de la Teledetección

Plataformas de Vuelo

Son los medios desde donde se instalan los sensores:

• Satélite.
• Dron (tripulado o no tripulado).
• Avioneta.
• Helicóptero.

Sensor Remoto

Dispositivo que capta la radiación:

• Cámaras (RGB, multiespectral, hiperespectral, termográfica).
• LiDAR (Light Detection and Ranging).
• SAR (Synthetic Aperture Radar).

Sistemas de Soporte

• GNSS (Global Navigation Satellite System): Sistema Global de Navegación Satelital (para posicionamiento).
• GIS (Sistema de Información Geográfica): Software que procesa y analiza datos geoespaciales.
• Aerofotogrametría: Reconstrucción 3D a partir de fotografías aéreas (Structure from Motion, SfM).

3. Plataformas de Adquisición

Plataformas No Tripuladas (UAV/UAS/RPAS)

Comúnmente conocidos como Drones. Se clasifican según su diseño:

• Ala fija.
• Ala rotatoria (monorotor / multirotor).
• Ala combinada.

Nombres utilizados: UAV (Unmanned Aerial Vehicle), UAS (Unmanned Aerial System), RPAS (Remotely Piloted Aircraft System).

Plataformas Tripuladas

• Avioneta.
• Helicóptero.

Plataformas Orbitales

• Satélite.

4. Tipos de Sensores

Los sensores se clasifican según la fuente de energía que utilizan para la medición:

• Pasivos: Capturan la radiación natural reflejada o emitida por la Tierra (ej. cámaras RGB, multiespectrales).
• Activos: Emiten su propia energía y miden el retorno de esta (ej. LiDAR, SAR).

5. Satélites

Clasificación Según Altitud Orbital

• LEO (Low Earth Orbit): Órbita baja. Ofrecen alta resolución y revisita rápida.
• MEO (Medium Earth Orbit): Órbita media. Usada principalmente por sistemas GNSS.
• GEO (Geoestacionaria): Permanecen fijos respecto a la Tierra. Ideales para monitoreo constante (ej. meteorología).
• SSO (Heliosíncronos): Órbita polar, el satélite pasa siempre a la misma hora solar local.
• GTO (Geostationary Transfer Orbit): Órbita de transición hacia la geoestacionaria.

Clasificación Según Propósito

• Observación Terrestre: Agricultura, gestión de desastres, monitoreo ambiental.
  • Ejemplos: Landsat, Sentinel, WorldView, Terra, Aqua, SPOT, PlanetScope.
• Meteorológicos: Clima y predicción del tiempo.
  • Ejemplos: GOES (EE.UU.), Meteosat (Europa), Himawari (Japón).
• Comunicaciones: TV, radio, internet, datos.
  • Ejemplos: Intelsat, Inmarsat, Starlink.
• GNSS: Posicionamiento y navegación.
  • Ejemplos: GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou.

Clasificación Según Tamaño y Peso

• Nanosatélites (1–10 kg): ej. PlanetScope, Lemu Nge (Chile).
• Microsatélites (10–100 kg): ej. RapidEye, FASat-Bravo.
• Minisatélites (100–500 kg): ej. Sentinel-2, FASat-Delta.
• Medianos (500–1000 kg): ej. Landsat 9.
• Grandes (1000–5000 kg): ej. GOES-R, Galileo.
• Megasatélites (>5000 kg): ej. Hubble.

Satélites Pequeños Modulares

• CubeSat: Módulos de 10x10x10 cm (1U), hasta 12U.
• PocketQube: Aún más pequeños, 5x5x5 cm (1P).

Nota sobre Chile: El país ha operado satélites como FASat-Alfa, Bravo, Delta (FACh) y Lemu Nge (privado).

6. Procesamiento de Imágenes Satelitales

Las imágenes satelitales se entregan en diferentes niveles de procesamiento, que determinan su preparación para el análisis:

• Nivel 1C: Ortoimágenes, reflectancia aparente (TOA, Top of Atmosphere). No corregidas atmosféricamente.
• Nivel 2A: Corrección atmosférica aplicada, reflectancia real (BOA, Bottom of Atmosphere). Incluye clasificación de elementos (nubes, agua, suelo, nieve, vegetación).
• Nivel 4: Analysis Ready Data (ARD). Datos listos para análisis directo.

Complemento: Sen2Cor es una herramienta que convierte imágenes de Nivel 1C a Nivel 2A.

7. Resoluciones en Teledetección

La calidad y utilidad de los datos de teledetección se definen por cuatro tipos de resolución:

Resolución Espacial (Geométrica)

Se refiere al tamaño del píxel en el terreno (GSD, Ground Sample Distance).

• Ejemplos: 10 m/píxel (Sentinel), 3 m (Planet), drones: 5 mm–10 cm.

Criterios de Observación

• Detección de objeto: Posible si el tamaño del objeto es aproximadamente GSD × 3. (Ej: GSD 1,6 m → detecta objetos ≥ 4,8 m).
• Identificación de objeto: Posible si el tamaño del objeto es aproximadamente GSD × 20–25. (Ej: GSD 0,2 m × 21 = 4,2 m).

Pansharpening: Técnica que mejora la resolución espacial combinando imágenes pancromáticas con multiespectrales.

Resolución Temporal

Frecuencia con que el satélite observa la misma área (tiempo de revisita).

• Alta: <1–3 días.
• Media: 4–16 días.
• Baja: >16 días.

Ejemplo: Sentinel-2 A y B tienen una revisita combinada de 5 días.

Enemigos principales: Nubes y sombras, ya que limitan la observación.

Otras Resoluciones Clave

• Resolución Espectral: Cantidad y ancho de las bandas espectrales que mide un sensor.
• Resolución Radiométrica: Capacidad para distinguir diferencias de intensidad de energía (medida en bits).

8. Glosario de Términos Clave

Teledetección

Técnica para obtener información de objetos o superficies sin contacto físico directo, usando sensores remotos.

LARS (Low Altitude Remote Sensing)

Teledetección a baja altura (ej. drones).

ZHM (Zonas de Manejo Homogéneo)

Áreas con características similares dentro de un campo, esenciales para el manejo de precisión.

Kc satelital/NDVI

Coeficientes de cultivo o índices derivados de imágenes satelitales para ajustar riego y monitorear el vigor vegetal.

Plataforma

Medio desde donde se instalan sensores (satélites, drones, avionetas, helicópteros).

Sensor remoto

Dispositivo que capta radiación (RGB, multiespectral, hiperespectral, térmica, LiDAR, SAR).

GNSS

Conjunto de satélites que permiten ubicación precisa (GPS, Galileo, BeiDou).

GIS

Software que procesa y analiza datos geoespaciales.

Aerofotogrametría (SfM)

Reconstrucción 3D a partir de fotografías aéreas.

UAV/UAS

Drones no tripulados, controlados a distancia.

Sensores pasivos

Captan radiación natural (ej. cámaras).

Sensores activos

Emiten energía y miden su retorno (LiDAR, SAR).

Constelación satelital

Conjunto de varios satélites que trabajan en red (ej. PlanetScope).

Nivel 1C (TOA)

Imágenes con reflectancia aparente, no corregidas atmosféricamente.

Nivel 2A (BOA)

Imágenes corregidas atmosféricamente, reflectancia real.

Nivel 4 (ARD)

Datos listos para análisis directo (Analysis Ready Data).

GSD (Ground Sample Distance)

Tamaño del píxel en terreno (resolución espacial).

Pansharpening

Técnica para mejorar la resolución espacial combinando imágenes pancromáticas y multiespectrales.