Comparando imágenes aéreas con imágenes satelitales de alta resolución (ISAR)

Las imágenes capturadas desde aviones y desde satélites y sus productos finales, constituyen dos fuentes primarias para la actualización y/o mantenimiento de los datos catastrales. Desde el lanzamiento en septiembre de 1999 del primer satélite de alta resolución, el Ikonos (actualmente inactivo), se han comenzado a estrechar las diferencias entre la fotogrametría y la teledetección, siendo sus límites cada vez más borrosos.

Esto ocurre no solo porque la resolución espacial o tamaño de píxel haya ido en aumento desde un metro hasta los 30 cm. actuales que suministran las imágenes satelitales World View 3, sino además porque los desarrollos en cuanto a la captura de imágenes que provienen de la teledetección, han sido adaptados a los métodos fotogramétricos actuales con los desarrollos de las cámaras aéreas digitales multiespectrales, y además porque los sensores instalados en plataformas satelitales tienen la capacidad de generar imágenes estereoscópicas, por lo que pueden ser tratadas bajo procesos que han tenido origen en la fotogrametría tradicional.

No obstante ello, resulta conveniente conocer que ambas fuentes de datos tienen sus puntos a favor y sus puntos en contra que es indispensable evaluar, sin embargo y más allá de las ventajas y desventajas de unas u otras imágenes, hay que ver a estas geo-tecnologías como complementarias.

Cámara digital multiespectral de gran formato MS Vexcel UltraCAM 
con dispositivo de almacenamiento de datos y pantalla de visualización del usuario. 
Fuente: https://ultracam.wordpress.com/

Concepción artística del Satélite WorldView 3. Fuente: digtalglobe.com

Los aspectos a tener en cuenta para hacer una comparación son:

Resolución espacial 

En este aspecto las imágenes aéreas no tienen rival, pudiendo ser capturadas con píxeles por debajo de los 10 cm.. Sin embargo, teniendo hoy la posibilidad de disponer de imágenes satelitales con píxeles de 30 cm. y 50 cm., tenemos una zona de superposición con resoluciones comparables a las imágenes aéreas de media resolución, por lo que resulta indudable que es en este aspecto dónde puede notarse una mayor competencia entre ambas fuentes de datos. Pero a igual tamaño de píxel sobre el terreno, las imágenes aéreas ofrecen -por lo general- imágenes más nítidas y con mayor nivel de detalle, siendo esto una consecuencia lógica de la altura de las plataformas desde dónde se capturan las imágenes que van de unos pocos metros sobre el terreno para el caso de los aviones, hasta los 700 km. para el caso de los satélites. Estos problemas de nitidez tienen origen en diversos factores entre los que podemos citar a problemas de calibración radiométrica, influencias meteorológicas, efectos atmosféricos, reflexiones especulares, áreas saturadas, nubes, etc. (Gruen A., 2012).

Cobertura

Es favorable a las imágenes satelitales dado que con una sola imagen podemos cubrir típicamente desde los 170 km2, siendo áreas mínimas de un sola puntería. Una mayor cobertura implica  una sensible reducción en las tareas asociadas al ajuste de bloques, y la formación de mosaicos y procesamientos complementarios, como el balance radiométrico y la generación de líneas de corte. 

Disponibilidad

En este aspecto también sacan ventaja las ISAR. Para tomas nuevas, los tiempos de entrega oscilan entre los 30 y 60 días, pero además hay que tener en cuenta que para las áreas de interés pueden existir imágenes de archivo de fecha reciente, cuya disponibilidad es prácticamente inmediata. En el presupuesto de tiempo para obtener productos finales derivados de los vuelos, no solo hay que tener en cuenta los procesos administrativos para la contratación, que son similares para ambos casos. Además hay que considerar la tramitación y obtención de los permisos de vuelo, los traslados de los aviones, equipamiento y logística, los controles de calidad, y el procesamiento de los datos de imagen para obtener los productos finales, que es más laborioso e insume más tiempo comparándolo con las imágenes satelitales.

Exactitud posicional

Los vuelos fotogramétricos sean con georreferenciación directa (GNSS + Unidad de Medición Inercial) o con georreferenciación indirecta (apoyo terrestre / puntos de control), ofrecen una exactitud posicional equivalente de 1 ½ a 2 píxeles, de manera que si el píxel  es de 20 cm., tendremos unos valores de 30 a 40 cm. para una exactitud de 95% en los productos finales, generados con software de fotogrametría digital. Con las imágenes satelitales, esta variable es dependiente del sistema sensor, aunque en principio los valores oscilan entre los 3 a 10 metros sin apoyo terrestre, con un nivel de confianza o Círculo de Error del 90%. Estos valores se pueden incrementar de 1 a 1,5 metros para imágenes con 50 cm. de píxel, recurriendo al auxilio de puntos de apoyo terrestres y modelos digitales del terreno para producir imágenes orto-rectificadas.

Manejo de condiciones meteorológicas

En este aspecto tienen ventajas los vuelos fotogramétricos porque la selección de la ventana de tiempo para capturar los datos de imagen puede realizarse de acuerdo a las necesidades, escogiendo aquellas en que se presenten las condiciones de tiempo óptimas. En cambio, para las imágenes satelitales el tiempo de paso por una determinada ubicación geográfica es fijo y tampoco es muy flexible la geometría de adquisición de las imágenes, todo lo cual resta posibilidades para seleccionar las mejores condiciones meteorológicas y cielos despejados o sin nubes en el instante de toma. Por tal motivo, las empresas operadoras de los satélites comerciales no pueden garantizar imágenes completamente libre de nubes, valores que son fijados típicamente en valores menores al 10 / 15 % respecto al área total de pedido.

Costo

Respecto a esta variable tenemos que los costos asociados a los vuelos tradicionales son variables, dependiendo fundamentalmente de la resolución espacial de las imágenes, es decir que a menor tamaño de píxel sobre el terreno mayor costo por kilómetro cuadrado. No obstante, el costo por unidad de superficie puede verse reducido en la medida que las áreas de levantamiento se incrementen por los beneficios asociados a la economía de escala, dado que los costos fijos (traslado, logística, pilotos, operadores, post-procesamientos, etc.) se reparten en áreas de cobertura de mayor tamaño. En cuanto a las ISAR el costo es fijo por kilómetro cuadrado y por producto de imagen, que puede incluir capturas estereoscópicas. Para los casos en que sea suficiente emplear imágenes de archivo, se encuentran disponibles a la mitad de costo que para una toma nueva.

En los siguientes sitios se encuentran disponibles listas de precios internacionales de ISAR:

• E-geos (2016), http://www.e-geos.it/price-list-product-10.html, accedido el 17/09/2016.
• Land Info World Wide Mapping LLC (2016), http://www.landinfo.com/satellite-imagery-pricing.html, accedido el 17/09/2016.

Licencias y reutilización de los datos

La ventaja es favorable a las fotos o imágenes aéreas y sus productos finales (restitución, ortofoto, modelos digitales del terreno, etc.) ya que cuando éstos son adquiridos por un cliente, se convierte en propietario con todos los derechos para utilizar y distribuir los datos, a menos que el contrato establezca otras reglas. En cambio, las imágenes satelitales están sujetas a licencias definidas por las empresas operadoras. Normalmente una licencia es un contrato sobre bienes no tangibles, por el cual el licenciatario otorga a personas físicas o jurídicas un derecho de uso determinado, reteniendo los derechos de autor o de propiedad intelectual. Usualmente las empresas proveedoras de imágenes satelitales suelen establecer para sus productos un uso no transferible y no exclusivo, lo cual quiere decir que los clientes no tienen autorización para entregar a terceras partes los datos de imagen ni sus productos derivados, constituyendo una limitación a la distribución. Por otro lado, en virtud que las empresas retienen el derecho de propiedad sobre sus productos de datos, se reservan la atribución de vender las imágenes a otros clientes.

Consideraciones finales

En base a lo expuesto, debe quedar claro que no se pueden comparar peras con manzanas. Este repaso por los distintos aspectos a considerar en una elección, nos hace ver que lo que incline la balanza por una o por otra opción no es algo tan simple. Sin embargo, el norte debe mantenerse en el objetivo final y en las zonas en las que vamos a trabajar (urbana, subrural o rural intensiva como los valles irrigados), por lo que si se trata de una actualización cartográfica en áreas urbanizadas habrá que recurrir a imágenes aéreas y productos finales asociados, en cambio si lo que necesitamos es detectar cambios en la infraestructura urbana, sobre todo de nuevas construcciones, las ISAR son una buena opción.

Detección de nuevas construcciones por superposición de capas vectoriales con ISAR.

En cualquier caso, el uso monoscópico de las imágenes limita muchos aspectos de interpretación de información, por ejemplo, si se trata de construcciones tenemos problemas para conocer número de plantas, superficies semicubiertas, balcones y superficie de edificios que se encuentran rodeados por aleros o salientes en las plantas superiores, aunque tiene a su favor direccionar u orientar las visitas de los inspectores en el terreno solo a aquellas parcelas en las que se han encontrado diferencias.

En cambio, el uso de pares estéreo agrega más posibilidades respecto a la captura directa de vectores desde las imágenes, sean aéreas o satelitales, permitiendo agregar a la detección por diferencia entre lo que tenemos registrado en la base de datos y lo que visualizamos en las imágenes, el aspecto cartográfico en un solo paso. Lógicamente que todo este trabajo no puede desprenderse de los trabajos de campo complementarios, inspecciones en el terreno y censos catastrales cuando correspondan.

Finalmente, independientemente de cual sea la fuente de datos, las imágenes estéreo son necesarias para generar modelos digitales del terreno utilizados en el proceso producción de ortoimágenes u ortomosaicos, en caso de tratarse de zonas con fuertes desniveles o montañosas. Por otra parte, aún quedan por ver las posibilidades cartográficas de las imágenes provenientes del sensor WorldView 3 con 30 cm./px., del que aún no se conocen resultados concretos publicados respecto a aplicaciones catastrales.

Fuentes consultadas:

Airbus Defence & Space (2016). Satellite imagery – The constellation, http://www.intelligence-airbusds.com/en/65-satellite-imagery, accedido el 5 de septiembre de 2016.

Digital Globe (2016). DigitalGlobe's satellite constellation, https://www.digitalglobe.com/about/our-constellation, accedido el 5 de septiembre de 2016.

Gruen, Armin (2012). Satellite versus Aerial Images – not always a matter of choice!. Revista Geoinformatics, Junio de 2012, http://geoinformatics.com/archive-2016/, accedido el 5 de septiembre de 2016.