Fundamentos de la Teledetección y sus Aplicaciones en Agricultura de Precisión

Teledetección: Conceptos Fundamentales

Definición y Objetivo

La teledetección es una técnica que utiliza sensores a bordo de satélites, drones o aviones para captar información de la superficie terrestre sin contacto directo.

La variable clave es la radiación electromagnética reflejada, absorbida o emitida por los objetos.

El objetivo principal es caracterizar, clasificar y monitorear recursos naturales (suelo, agua, cultivos, bosques).

Tipos de Resolución en Teledetección

La calidad y utilidad de los datos de teledetección dependen fundamentalmente de cuatro tipos de resolución:

1. Resolución Espacial

• Es el tamaño del píxel (GSD: Ground Sample Distance).
• Indica el área real representada por cada píxel.

Ejemplos de GSD:

• Landsat: 30 m.
• Sentinel-2: 10 m (en RGB y NIR).
• Dron con cámara multiespectral: 0,7–5,5 cm.

Importancia en agricultura: A menor tamaño de píxel, mayor detalle, lo cual es útil para el manejo de cultivos a escala de parcela.

2. Resolución Temporal

• Es el tiempo transcurrido entre dos imágenes consecutivas del mismo lugar.
• Depende de la órbita del satélite.

Ejemplos:

• Landsat 8/9: 16 días.
• Sentinel-2: 5 días (combinando dos satélites).

Aplicación: Monitoreo de cambios dinámicos (crecimiento de cultivos, sequías, incendios, inundaciones).

3. Resolución Espectral

• Es la capacidad del sensor de distinguir longitudes de onda específicas del espectro electromagnético.

Factores clave:

• Número de bandas: Pocas bandas (multiespectral); muchas bandas (hiperespectral).
• Ancho de cada banda (medido en nanómetros, nm).

Ejemplos de bandas:

• RGB (Visible): 400–700 nm.
• NIR (Infrarrojo Cercano): 700–1.300 nm.
• SWIR (Infrarrojo de Onda Corta): 1.300–3.000 nm.

Aplicación: Diferenciar cultivos, estimar estrés hídrico, detectar plagas o enfermedades.

4. Resolución Radiométrica

• Es el número de niveles digitales (ND) en que se almacena la intensidad de radiación captada.
• Depende de la profundidad de bits del sensor:

Niveles digitales según los bits:

• 8 bits → 256 niveles.
• 10 bits → 1.024 niveles.
• 12 bits → 4.096 niveles.

Una mayor resolución radiométrica implica una mayor capacidad para detectar variaciones sutiles en la intensidad de la energía. Ejemplo: distinguir dos tonos de verde en una plantación de maíz.

Fundamentos Físicos de la Captura

• Experimento del prisma (Newton, 1666): La luz blanca se divide en los colores primarios Rojo, Verde y Azul (RGB).
• Espectro solar: Emite energía en forma de radiación de onda corta entre 0,2–3,0 μm (200–3.000 nm).
• Transmitancia atmosférica: No todas las longitudes de onda atraviesan la atmósfera; solo lo hacen a través de las denominadas ventanas atmosféricas.

Plataformas y Sensores

🚀 Satélites

• DEIMOS-1 (España, 2009–2019): Resolución 22 m.
• Landsat 8/9 (OLI-2 + TIRS-2): Combina bandas ópticas y térmicas.
• Sentinel-2: Resolución 10–20 m, 13 bandas espectrales.

🚁 Drones (UAS/RPAS)

• Utilizan cámaras multiespectrales (Green, Red, RedEdge, NIR).
• Resolución: 0,7–5,5 cm/píxel.
• Ventajas: Vuelos a demanda, alta precisión espacial.

📷 Cámaras Multiespectrales

• Capturan imágenes por bandas específicas.
• Cada píxel contiene datos de reflectividad (%).

Ejemplo de reflectividad en vegetación:

• Hoja sana: NIR ≈ 81%, Red ≈ 8%.
• Hoja estresada: NIR bajo, Red alto.

Procesamiento y Obtención de Información

📐 Aerofotogrametría y SfM (Structure from Motion)

Técnicas utilizadas para la reconstrucción 3D del terreno a partir de múltiples fotos solapadas. Es útil en topografía, cálculo de volúmenes y estructura de cultivos.

🌿 Firmas Espectrales

Cada material tiene un “patrón de reflectancia” propio que permite su identificación.

Ejemplos de patrones:

• Vegetación: Alta reflectancia en NIR, baja en Red.
• Agua: Alta absorción en NIR y Red.

Este concepto permite la clasificación de coberturas terrestres.

📊 Índices Espectrales

Son operaciones matemáticas entre bandas que resaltan características específicas de los objetos.

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)

Fórmula:

$$NDVI = \frac{NIR - Red}{NIR + Red}$$

Valores típicos:

• 0,6–0,9: Vegetación sana y vigorosa.
• 0,2–0,5: Vegetación estresada o escasa.

Otros Índices Relevantes

• NDRE (Red Edge): Útil para detectar estrés precoz en cultivos.
• GNDVI (Green): Relacionado con el contenido de clorofila.

Ejemplos Prácticos en Agricultura

La teledetección es fundamental para la agricultura de precisión, permitiendo:

• Monitoreo continuo del crecimiento de cultivos.
• Detección temprana de estrés hídrico.
• Identificación de plagas y enfermedades localizadas.
• Estimación de biomasa y rendimiento potencial.
• Generación de mapas de vigor para la aplicación variable de insumos.