1. INTRODUCCIÓN
En los últimos
30 años, el ordenador se ha convertido en una herramienta de uso general, con
aplicaciones en todos los campos. El ordenador se emplea tanto para usos
informáticos como telemáticos o de comunicación a distancia a través del ordenador.
El acceso a
Internet, la telefonía móvil y la contribución aportada por los satélites han
conseguido una notoria reducción del tiempo empleado en las comunicaciones y un
acercamiento entre espacios geográficamente muy distantes, lo que crea
nuevas oportunidades de trabajo,
colaboración y desarrollo humano, y ha aportado nuevas maneras con las que
entender mejor el funcionamiento del medio ambiente. Además, el acceso a
Internet ha permitido la elaboración de nuevos métodos de cooperación
internacional y la creación de comunidades virtuales de trabajo, usando las
nuevas comunicaciones como son la Web, el e- mail y las redes sociales, que han
hecho posible la interconexión y colaboración de múltiples grupos de personas
de todo el planeta y la creación de foros de discusión.
Las
posibilidades de los sistemas telemáticos se han ampliado de forma muy notoria
en los últimos años con la creación de las videoconferencias, que permite la
telepresencia, el teletrabajo corporativo (CSCW, Computer Supported Coperative
Work) y las redes de servicio (Cloud Computing), con lo que se refuerza el
trabajo en equipo. Todo esto se le ha denominado Web 2.0, en la cual las
aplicaciones y servicios se han centrado más en las personas que en los
ordenadores.
En la actualidad
solo una minoría de los habitantes del planeta dispone de estos avances. El 79%
de los usuarios de Internet se concentra en los núcleos urbanos de las grandes
ciudades de los países desarrollados, que supone solo el 14% de la población
mundial, es decir, una minoría privilegiada. La posibilidad de acceso a estas
tecnologías por parte de los países menos desarrollados contribuiría al alcance
del nivel de desarrollo que necesitan.
2. SISTEMAS INFORMÁTICOS Y SIMULACIÓN MEDIOAMBIENTAL
Las principales
tecnologías empleadas en los estudios del medio ambiente son los sistemas
informáticos, la teledetección, los GPS, los SIG y otros sistemas telemáticos.
Vamos a ver
ahora los dos modelos del mundo encargados por el club de Roma (organización
formada por centenares de personalidades que en 1968 decidieron poner en marcha
un proyecto sobre la Condición humana, con el fin de examinar el vasto conjunto
de problemas que preocupan a la humanidad y así poder aportar soluciones dentro
de un marco global), que fueron pioneros en aplicar la simulación a los
estudios del medio ambiente: World-2 y World- 3. Ambos se basan en explicar de
forma global el funcionamiento del mundo.
2.1. WORLD- 2
Fue desarrollado
por Jay Forrester. Se basa en la dinámica de sistemas. Los elementos o variables
que determinan el comportamiento del mundo son cinco:
- Población: No puede estar más claro el significado de esta variable:
pretende representar el número de habitantes de
- Capital invertido: Para representar la
acumulación de capital, teniendo en cuenta cómo se genera y se deprecia.
Se mide en unidades de capital y se supone que la inversión de capital per
cápita en el año 1900 era 1/4 de unidad respecto a una unidad en el año
1970. Así, el valor inicial del capital invertido es 4·108
unidades.
- Recursos naturales: en este nivel, se incluyen las materias primas y los fondos
de energías no renovables. Se asigna una unidad de recursos naturales per
cápita para el año 1970. Los recursos naturales sólo pueden disminuir y el
modelo estima que, si se mantiene el ritmo de consumo, se agotarán
transcurridos 250 años. Como la población alcanza 3.600 millones de
habitantes el año 1970, al multiplicar por 250 años, obtenemos el valor
inicial de 9·1011 unidades de recursos.
- Alimentos producidos:
- Contaminación: Se pretende representar el nivel de contaminación activa en
el medio ambiente entre su generación y su disipación. Como valor inicial
se toma para 1900 la fracción 1/8 de la contaminación per cápita en 1970,
resultando 0'125·1'6·109 = 2·108 unidades de
contaminación.
Al simular con ayuda de ordenador su comportamiento
o evolución futura (desde 1900
a 2100) se expusieron unas conclusiones, recogidas en el
informe Los límites del crecimiento, en las que se determinó que no
podemos mantener por un tiempo indefinido nuestro actual ritmo de crecimiento
(en tanto que hablamos de población como de economía).
Al realizar modificaciones en los diferentes
valores de las variables iniciales, se constató que el escenario a partir del
cual se podría conseguir la estabilización del sistema era aquel que se partía
de una serie de reducciones en todos los parámetros inciales: 50% T. N, 75%
tasa de consumo de recursos naturales, 25% en la cantidad de alimentos
producidos, 50% en la tasa de contaminación y 40% en la tasa de inversión de
capital.
2.2. WORLD- 3
Fue desarrollado
con posterioridad por Dennis y Donatella Meadows y otros discípulos de
Forrester y con el trataron de perfeccionar y enriquecer el modelo anterior.
En la siguiente
figura se puede observar diferentes trayectorias que representan los
principales comportamientos de una población en respuesta a distintos
escenarios, simulados en función de las diferentes decisiones políticas
respecto a la tasa de consumo de recursos naturales.
Sus
conclusiones, recogidas en el informe Más
allá de los límites del crecimiento, fueron las siguientes:
- Si
se continua con la tendencia actual de crecimiento de la población
mundial, la industrialización, la contaminación, la producción de
alimentos y el consumo de recursos, los límites del planeta se alcanzarán
dentro de los próximos cien años. Resultado más probable será un declive incontrolado
tanto de la población como de la capacidad industrial. Será más inmediato
si se parte de un escenario en le que se duplica la cantidad de recursos,
en lo que se observa el comportamiento antiintuitivo, porque la población
decae aún más rápida. Si se quiere estabilizar no hay que ir a las causas
superficiales, sino que hay que hacer un control de todas las variables.
- Es
posible modificar las tendencias de crecimiento y establecer unas normas
de estabilidad ecológica y económica, que pueden ser mantenidas por mucho
tiempo de cara al futuro.
- Si
los pueblos de la Tierra se deciden por esta segunda alternativa y no por
la primera, cuanto antes se empiece a trabajar a favor de ella mayores
serán sus posibilidades de éxito.
Tras la
aparición de estos modelos, rápidamente comenzaron a surgir múltiples análisis
y críticas:
- Mayoría de los críticos acusan al
modelo de maltusiano, término que se traduce en culpar al incremento de
la población, de forma desmedida, de todos los problemas ambientales.
Esto afecta más a los países del Sur. Pero hay que ver que los países del
Norte son los que más recursos por persona consumen y los que más
problemas ambientales generan.
- Se trata solo de modelos, por lo
que no representan la realidad, sino una visión simplificada de
A pesar de estas
críticas, nadie hoy en día discute de estos modelos, ya que han servido como
señal de alarma sobre la necesidad de un enfoque global para atajar los graves
problemas ambientales.
Fueron los
primeros en elaborar con modelos basados en datos de la realidad. Son
precursores de los indicadores PER
3. SISTEMAS DE TELEDETECCIÓN
La teledetección
es la técnica que permite la observación a distancia y la obtención de imágenes
de la superficie terrestre desde sensores instalados en aviones o en satélites
artificiales.
3.1. COMPONENTES
DE UN SISTEMA DE TELEDETECCIÓN
- Sensor: Es una especie de cámara
situada en un avión o en un satélite, que es capaz de captar, codificar y
transmitir las imágenes de la superficie terrestre. Los satélites, gracias
a sus sensores, pueden tomar imágenes de áreas muy extensas de la
superficie terrestre. Se pueden conseguir en un tiempo muy breve la toma
de imágenes de toda la superficie de la tierra.
- Flujo de energía detectada por los
sensores: Según la dependencia de la energía que obtienen los sensores,
tenemos:
- Sensores pasivos: Flujo de energía
externo a ellos, por lo que su comportamiento es similar al de una cámara
de fotos que aprovecha la luz del sol. Dichas energías pueden proceder:
- Del Sol: Energía solar incide en
la superficie de la tierra y esta refleja parte que la aprovecha el
sensor.
- De los elementos situados sobre la
superficie terrestre: Estos elementos pueden emitir energía aprovechable
por el sensor.
- Sensores activos: Estos sensores
emiten un tipo de radiación y captan el reflejo de la misma por parte de
la superficie terrestre.
- Centro de recepción: La imagen
tomada por los sensores se transmite a tierra en forma de unas señales o
códigos constitutivos por números o dígitos; es decir, se trata de una
información digital que se recoge con ayuda de una antena, siempre que
ésta se encuentre dentro del radio de acción del satélite. En el centro de
recepción se procesa y se corrige la información digital, que suele
contener imperfecciones. Otro objetivo de esta fase es destacar aquellos
elementos que se consideren más relevantes en cada caso, para que sea
posible una visualización más rápida y precisa de los mismos. Una vez
procesadas, ya están listas para ser distribuidas a los interesados, tanto
en formato digital como analógico o visual.
- Sistema de distribución: Suele ser
de tipo telemático, a partir del cual los usuarios tienen acceso a la
información recogida para interpretarla, utilizarla y extraer las
conclusiones derivadas de la misma.
3.2. EMPLEO DE
LA TELEDETECCIÓN
La teledetección
es un método que aporta datos sobre el territorio de una forma más exacta,
rápida y fiable que los métodos tradicionales. Además, se puede obtener un gran
número de imágenes de amplias áreas terrestres, incluso de las más
inaccesibles. Permite la observación periódica, la detección de las variaciones
entre dos pasadas y el establecimiento de comparaciones.
Actualmente se
emplea la teledetección para observar el avance y retroceso de los hielos y
desiertos, el cambio climático, el agujero de la capa de ozono, el fenómeno de
El Niño; para los usos del suelo, evaluar su deterioro y los daños en los
cultivos debidos a plagas o granizo; para predicciones sobre las cosechas,
sobre los riesgos de sequía o de incendios; para detectar impactos de las
explotaciones mineras o de las presas; las mareas negras; para determinar el
avance de una amenaza potencial como las variaciones de temperatura, forma y
tamaño de los conos volcánicos, o para la localización de fracturas que pueden
originar seísmos.
3.3. RADIACIONES
ELECTROMAGNÉTICAS EMPLEADAS EN LA TELEDETECCIÓN
No todas las
radiaciones electromagnéticas consiguen alcanzar la superficie terrestre. Por
lo tanto solo nos interesa para la teledetección aquella región del espectro electromagnético
que no haya sido absorbida por la atmósfera. A estas regiones del espectro se le
denominan ventanas atmosféricas y son la visible, el infrarrojo (IR) y las
microondas.
Explicar tipo de
radiaciones.
3.4. IMÁGENES
OBTENIDAS MEDIANTE LA TELEDETECCIÓN
3.4.1.
CARACTERÍSTICAS DE LAS
IMÁGENES DIGITALES
Llamamos píxel
(acrónimo de picture element) a la superficie mínima detectada sobre el terreno
y que se corresponde con cada una de las celdillas o unidades mínimas de
información en las que se divide una imagen. Se expresa mediante un valor
numérico, indicado por una cifra o digito, que se corresponde con un tono de
gris concreto.
3.4.2.
RESOLUCIÓN DE UN SENSOR
Se denomina
resolución de un sensor a una medida de su capacidad para discriminar los
detalles. Vamos a diferenciar entre varios tipos de resolución:
- Espacial: Se refiere al tamaño del
píxel y representa el área menor que puede distinguirse de su entorno.
Así, la resolución espacial de los sensores es variable.
- Temporal: Es la frecuencia con la
que se actualizan los datos en un sensor.
- Radiométrica: Es la capacidad para
discriminar las variaciones de intensidad de la radiación emitida por los
objetos y se mide por la cantidad total de niveles o tonos diferentes de
gris que posee una imagen.
- Espectral: Se refiere a la
distribución o espectro de longitudes de onda o diferentes bandas en las
que es capaz de medir.
3.4.3.
OBTENCIÓN DE IMÁGENES EN
COLOR
Antes de la
fotografía digital, para transformar en color una película en blanco y negro se
utilizaban unas emulsiones especiales. A partir de la década de los 70, comenzó
el procesado digital a través de ordenador, lo que hizo que fuera más rápida,
más exacta, con un mayor nº de colores y más fácilmente manipulables. Así un
color no es más que la combinación de 3 imágenes tomadas en 3 bandas
espectrales.
En los sensores
multibanda existen múltiples combinaciones posibles de 3 bandas diferentes, por
lo que muchas de las imágenes obtenidas suelen tener un colorido muy extraño
para nuestros ojos.
En función de la
combinación de las bandas que elijamos, podemos obtener imágenes:
- Color natural o RGB= 3 2 1: Se toman
las tres imágenes en gris correspondientes a las bandas 3 2 1 y se les
aplica el color de la siguiente forma:
- A cada píxel de la imagen obtenida
a través de la banda 3, le otorgamos el color rojo, cuya intensidad está
determinada por el tono gris que posea.
- A cada píxel de la imagen obtenida
a través de la banda 2, le otorgamos el color verde, cuya intensidad está
determinada por el tono gris que posea.
- Y a cada píxel de la imagen
obtenida a través de la banda 1, le otorgamos el color azul, cuya
intensidad está determinada por el tono gris que posea.
Cada
píxel de imagen resultante tendrá un color que va a depender de la combinación
de los tres anteriores, por lo que quedará definido por tres dígitos, tantos
como colores empleados para generarlo: los valores están comprendidos entre el
0 y el 255.
El
total de colores diferentes que puede contener la imagen resultante es de 2563=
16777216.
- Falso color: Hay muchas posibilidades:
RBG= 432 (detectar masas vegetales), RGB= 754 (discriminar zonas
quemadas), RGB= 742 (discriminar zonas urbanas), RGB 743 (evaluación de
las zonas encharcadas durante las inundaciones o detectar zonas de
regadío).
3.5. ADQUISICIÓN
DE DATOS EN TELEDETECCIÓN
3.5.1.
ÓRBITAS DE LOS SATÉLITES
Las orbitas
descritas por los satélites de teledetección pueden ser:
- Geoestacionaria: El movimiento de
los satélites está sincronizado con el de rotación de la Tierra, por lo
que parecen inmóviles y siempre observan la misma zona. Sin embargo al
estar a una gran altitud, las imágenes que toman abarcan áreas muy
amplias. Son muy útiles para la observación de fenómenos globales y
proporcionan una gran resolución temporal.
- Polar: La órbita que describen es
circular. Es perpendicular al plano del ecuador terrestre. Son móviles, es
decir, observan diferentes áreas de la superficie terrestre. El área de
barrida es menor debido a que están a menos altitud. Tienen mejor
resolución espacial, por lo que se pueden apreciar mejor los detalles.
3.5.2.
SENSORES DE BARRIDO
MULTIESPECTRAL
El barrido es el
mecanismo de teledetección más habitual, y es llevado a cabo por unos sensores
pasivos dotados de sistemas óptico- electrónicos, que actúan como escáneres
realizando un rastreo minucioso y sucesivo de cada parcela del terreno con el
fin de recoger las radiaciones visibles e infrarrojas reflejadas por las
diferentes cubiertas del suelo, que son captadas mediante un espejo.
Posteriormente,
al pasar a través de un prisma óptico, las citadas radiaciones son separadas en
las distintas longitudes de onda, cada una de las cuales es enviada hacia el
sensor correspondiente. Los detectores situados en la superficie del sensor
convierten la señal analógica en eléctrica. En el interior del sensor, cada
señal eléctrica se transforma en un valor numérico, que puede almacenarse o
transmitirse a los receptores situados en la superficie terrestre.
3.5.3.
SENSORES DE MICROONDAS
Estos sensores
trabajan en la zona del espectro del microondas. Los sensores más conocidos son
los activos, pero también existe los pasivos.
- Sensores pasivos: Son radiómetros
microondas. Su misión es captar las radiaciones microondas emitidas por la
superficie terrestre, que suelen ser difícilmente perceptibles. Sin
embargo, la nieve y el hielo son perceptibles, ya que la emisión de
microondas incrementa al disminuir
- Sensores activos: Los radar (radio
detection and ranging) emiten microondas y recogen y valoran su señal de
retorno y tiempo que tarda en volver de nuevo al sensor. Uno de los usos
más importantes es el radar de apertura sintética, capaz de lanzar sobre
su objetivo 1700 impulsos por segundo, lo que nos da una mayor resolución
que los radares convencionales.
La imagen de los
sensores de radar suele estar distorsionada porque, al incidir sobre la
superficie, las microondas se dispersan de manera muy distinta según la
naturaleza de las superficies, dando lugar a señales de retorno muy diversas,
de lo que resulta una gran variedad de tonos de gris.
En general,
cuanto mayor sea la cantidad de la radiación reflejada por un objeto, menos
cantidad de la misma volverá, por lo que el píxel resultante será de un color
más oscuro. Esto es lo que ocurre en las superficies lisas, que se comportan de
forma similar a un espejo, reflejando las radiaciones recibidas, por lo que se
ven de color negro.
Por el
contrario, cuanto más seca y rugosa sea una superficie, mayor la dispersión de
las ondas en todas las direcciones, volviendo más de ellas al sensor, con lo
que el píxel será de un gris más claro.
Sin embargo, la
señal recogida depende de otros factores, como la distancia entre la superficie
de estudio y el sensor, de la trayectoria de este último y de la topografía del
terreno.
El tono de gris
de los píxeles disminuye progresivamente al hacerlo el ángulo de incidencia de
la radiación procedente del sensor. Esto suele ocurrir en zonas de gran
pendiente, por lo que es útil en cartografía.
- Imágenes espectroscópicas: Se pueden
realizar tanto desde un avión como desde un satélite. Se realizan dos
tomas del mismo territorio, en dos pasadas distintas y con diferente
ángulo de incidencia. Actualmente se consiguen imágenes espectroscópicas
de una gran calidad. (imágenes pág 77)
- Radarmetría: Se basa en aprovechar
las ventajas de los altímetros que poseen los sensores radar para la
representación topográfica del terreno. Las imágenes está constituida por
una secuencia formada por una serie de bandas coloreadas, a intervalos de
altitud regulares. A partir de estas se pueden generar modelos digitales
de elevaciones (DEM). (imagen de Hawai pág 77)
- Imágenes anaglíficas: Anaglifo es la
superposición de imágenes, una en rojo y otra en azul, que, al ser miradas
con lentes especiales, producen una sensación de relieve. Para ver estas
imágenes hay que utilizar gafas 3D.
- Interferometría: Es la realización
de dos imágenes distintas de un mismo lugar, tomadas por los sensores de
interferometría de radar en dos pasadas realizadas en días diferentes. Se
registran las variaciones en la topografía que hayan tenido lugar como
consecuencia de algún movimiento en el terreno en secuencias marcadas
mediante una serie de bandas coloreadas situadas a intervalos de altitud
regulares.
3.5.4.
SENSORES LÍDAR
Su
funcionamiento se basa en que el sensor emite un pulso de láser, en ondas
visibles o en infrarrojos, que choca contra los contaminantes o el polvo
atmosférico, dispersándose y retornando de nuevo al sensor. La energía de
retorno es recogida por un telescopio, transmitida a un foto- detector, grabada
y almacenada en un ordenador. Se emplea en la detección de la contaminación del
aire. Cada contaminante se detecta por el tiempo transcurrido desde la emisión
del pulso hasta la señal de retorno. Se ha de elegir bien el pulso para
detectar bien los contaminantes. Con ello se puede hacer un mapa de la
concentración de estos gases y ver sus focos de emisión.
4. SISTEMAS GLOBALES DE NAVEGACIÓN POR SATÉLITE (GNSS)
Son conjuntos de
satélites artificiales lanzados al espacio con el objeto de determinar las
coordenadas geográficas de un punto cualquiera del planeta. Resultan útiles
para el transporte por tierra, la navegación, el control del tráfico aéreo, el
rescate de personas durante desastres, etc.
El sistema GPS,
diseñado por EE. UU, es una red de 27 satélites que orbitan alrededor de la
tierra a 20200 km
de altitud. Se diseño para fines militares, aunque actualmente también tiene
aplicaciones civiles y su uso se ha generalizado y popularizado enormemente.
Cada aparato
receptor, también llamado GPS capta las señales procedentes de al menos tres de
los satélites y, por triangulación, nos permite conocer datos sobre la latitud
y la longitud de cualquier punto geográfico donde nos encontremos con una
precisión de ± 1 m ,
cada 15 segundos. También son capaces de determinar la velocidad y la dirección
en la que nos movemos.
GLONASS es el
acrónimo ruso que designa el Sistema Global de Navegación por Satélite de la Federación Rusa.
Consta19100
km de altitud.
En 2005, la UE
inició el lanzamiento de un sistema global de navegación por satélite llamado
Galileo, como alternativa al GPS y al GLONASS ruso, cuyo origen es militar. Es
una flota de 30 satélites en tres órbitas con una inclinación de 56º y se
encuentran a una altitud de 23000
km .
5. SISTEMAS TELEMÁTICOS APOYADOS EN LA TELEDETECCIÓN
5.1. LOS SIG
Un SIG es un
programa de ordenador que contiene un conjunto de datos especiales de la misma
porción de un territorio organizado de forma geográfica.
Los SIG están
destinados a almacenar, representar gráficamente, manipular y gestionar una
información sobre el territorio. Dicha información se guarda en formato digital
y se puede transformar en visual mediante el uso del ordenador, debiendo ser
actualizada con frecuencia y estar disponible para ser usada por los
interesados, por lo que se trata de un sistema telemático.
SIG de dominio
público: Google Herat, GMES (UE), CORINE (UE), SIG de uso del territorio (UE) y
SIG planificador agrícola.
5.2. SISTEMAS
TELEMÁTICOS DE COOPERACIÓN INTERNACIONAL
El tiempo
atmosférico es muy cambiante de un día para otro, por lo que las previsiones
sobre el mismo resultan extremadamente difíciles. Sin embargo, la tecnología
puede ayudar a que estas sean cada día más precisas.
Actualmente se
trabaja mucho en este campo con el fin de predecir situaciones que puedan
suponer un riesgo y otros problemas ambientales relacionados con el clima.
Para abarcar
estos temas, se ha puesto de manifiesto la necesidad de una cooperación
internacional. Así nació la WMO en 1950, que puso en marcha el sistema de
Vigilancia Meteorológica Mundial en 1968. Este sistema cuenta con equipos de
teledetección por satélite; estaciones meteorológicas terrestres y marinas; un
sistema de telecomunicaciones entre todas ellas y varios centros de recepción,
en los que los datos se analizan, se procesan y se retransmiten a los distintos
Centros Meteorológicos Nacionales.
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