Nueva fuente de datos para los catastros de zonas rurales: las imágenes Sentinel-2

Objetivos y características

El satélite Sentinel-2A de la Agencia Espacial Europea (ESA) fue lanzado el 23 de junio de 2015, seguido por el Sentinel-2B el 7 de marzo de 2017. La misión completa comprende ambos satélites gemelos, emplazados en la misma órbita polar pero separados 180° entre sí, y provee una cobertura global de la superficie terrestre cada 5 días.

El objetivo central de esta misión es la de capturar imágenes para monitorear el cambio climático, los recursos naturales (principalmente biomasa, nieve y hielo), gestionar emergencias ambientales, entre otras aplicaciones y, de manera complementaria, dar continuidad a los actuales programas de observación Landsat y SPOT.

Ambos satélites disponen de un escáner multiespectral que adquiere datos en 13 bandas espectrales, 4 de las cuales poseen una resolución espacial de 10 metros, mejorando sensiblemente la calidad en la discriminación de objetos geográficos respecto a las imágenes del satélite Landsat 8. En la siguiente tabla se muestran todas las bandas disponibles con sus respectivas resoluciones, longitudes de onda y propósitos.

Banda	Resolución (metros)	Longitud de onda central (nm)	Ancho de banda (nm)	Propósito
B01	60	443	20	Detección de aerosol
B02	10	490	65	Azul
B03	10	560	35	Verde
B04	10	665	30	Rojo
B05	20	705	15	Clasificación de vegetación
B06	20	740	15	Clasificación de vegetación
B07	20	783	20	Clasificación de vegetación
B08	10	842	115	Infrarrojo cercano
B08A	20	865	20	Clasificación de vegetación
B09	60	945	20	Vapor de agua
B10	60	1375	30	Nubes altas con partículas de hielo
B11	20	1610	90	Nieve / hielo / Discriminación nubosa
B12	20	2190	180	Nieve / hielo / Discriminación nubosa

Las cuatro bandas con una resolución de 10 metros son empleadas para la clasificación básica de la cobertura terrestre. Las seis bandas con una resolución de 20 metros permiten una clasificación más detallada del uso del suelo, y las bandas de 60 metros están dedicadas principalmente a estudios de la atmósfera.

Además del amplio rango espectral disponible otras características del Sentinel-2 son las siguientes:

·         altura orbital = 786 km.;

·         capacidad de revisita = 5 días;

·         resolución radiométrica = 12 bit; y

·         ancho de barrido = 290 km.

El sistema ha sido desarrollado por un consorcio industrial liderado por Astrium GmbH de Alemania, en tanto que Astrium SAS de Francia es responsable del Instrumento Multi-Espectral que captura los datos de la superficie terrestre. 

Los datos

Los datos son distribuidos en el Nivel-1C en cuadros (tiles) de 100 km. por 100 km. ortorectificados y georreferenciados en proyección UTM WGS 84. La imagen de cada banda se dispone separadamente en archivos JPEG2000. Entonces para cada archivo de cuadro tenemos los archivos individuales de las bandas B01 a B12, incluyendo la B08A, los metadatos en un archivo *xml, y una imagen para previsualización en color natural a 320 metros de resolución.

La exactitud de la geolocalización para el Nivel-1C es ≤ 20 metros, a un 95 % de nivel de confianza, sin necesidad de disponer de puntos de control en el terreno.  La geolocalización puede mejorarse hasta un valor declarado ≤ 12.5 metros, a un 95 % de nivel de confianza, con puntos de control adicionales y procesamientos ulteriores realizados por los usuarios. 

En caso de necesitar ubicar los cuadros en forma previa a una búsqueda, se encuentra disponible una grilla en formato *kml. Una vez realizada la descarga, se abre el archivo con la aplicación Google Earth y picando en la zona de interés, se desplegará un panel que muestra los siguientes atributos para cada uno de los cuadros: identificador o nomenclatura de la imagen, código EPSG correspondiente a la proyección cartográfica y marco de referencia asociado, y las coordenadas planas y geográficas de los esquineros de cada cuadro.

Vista en Google Earth de los cuadros de imagen

Descarga de las imágenes

El acceso a las imágenes Sentinel es abierto y gratuito. Para la descarga existen varias opciones, por ejemplo:

• Sitio oficial de la ESA, Proyecto Copernicus: https://scihub.copernicus.eu/dhus/#/home , el cual requiere registro previo de usuario. Con este servicio solo es posible la descarga de las imágenes completas en un solo archivo compactado (700 a 800 MB de tamaño promedio).

• Sentinel Hub Image Finder: http://www.sentinel-hub.com/apps/image-finder. Se trata de una aplicación que no requiere registrarse como usuario, y que dispone de controles deslizantes para especificar el intervalo de fechas, la cobertura máxima de nubes y definir áreas de interés sobre un mapa. La gran ventaja de esta herramienta es que permite descargar las bandas individualmente (100 MB de tamaño promedio).

• Sentinel Image Browser: http://sentinel-pds.s3-website.eu-central-1.amazonaws.com/browser.html. Igual a la aplicación anterior, aunque agrega la funcionalidad de búsqueda por topónimos.

• EOS Data Analytics Land Viewer: https://lv.eosda.com/. Similar a las dos aplicaciones anteriores, aunque con el agregado de búsquedas de imágenes Landsat 8. Cuenta con una herramienta muy potente para previsualizar las imágenes en distintas combinaciones de bandas, asimismo permite descargar las imágenes completas o seleccionar bandas individualmente.

Vamos a mostrar un ejemplo de búsqueda y descarga con la aplicación EOS Data Analytics Land Viewer. Primero indicamos el sitio a buscar “Venado Tuerto, Santa Fe, Argentina”, y luego de seleccionar el satélite en el panel derecho, podemos indicar un rango de fechas y porcentaje de cobertura nubosa que aparecen en la parte superior del mismo. 

A continuación picamos en la imagen seleccionada, en este caso la del 26 de enero de 2017. Luego activamos el botón de combinación de bandas y seleccionamos Color Natural.

Para finalizar el proceso, escogemos la opción descargar, seleccionamos las bandas de interés tildando los casilleros, y damos click al botón DOWNLOAD ubicado en la parte inferior del panel.  

Contacto con los datos

Las imágenes al estar ortorectificadas y georreferenciadas, se encuentran preparadas para su uso en SIG, con la única salvedad que si queremos que nuestros datos estén en Proyección Gauss-Krüger en lugar de UTM, o bien en coordenadas geográficas asociadas a un marco de referencia compatible con cualquier versión de POSGAR, esto es WGS 84, tendremos que realizar una re-proyección de los mismos.

Para trabajar con los datos, podemos utilizar el software libre QGIS que se puede descargar en la siguiente página: http://qgis.org/es/site/forusers/download.html.

Existen dos formas de realizar las combinaciones de bandas, una es recurriendo al menú Ráster, Miscelánea, Combinar, que requiere en forma previa convertir el formato JPEG2000 a TIFF. Esta tarea se puede realizar y aplicarla al directorio completo (Modo de lotes) dónde se encuentran alojadas todas las bandas, con la opción Conversión, Traducir (convertir formato).

Otra opción es utilizar el complemento Semi-Automatic Classification Plugin (SCP). Los complementos son pequeños programas que agregan funcionalidades adicionales a la interfaz de QGIS y se instalan desde Complementos, Administrar e Instalar Complementos. En este caso no es necesario realizar la conversión previa entre formatos. Se abren todas las bandas, se realizan las combinaciones y se guardan como un ráster virtual, y a partir de éste se procede a guardar en formato GeoTIFF.

Es importante tener en cuenta que hay que seleccionar las bandas ordenadamente a cada canal Rojo, Verde y Azul (RGB). Por ejemplo, para una combinación a color natural el orden sería B04, B03, B02; en tanto que para una combinación en color infrarrojo el orden sería B08, B04, B03; y otra combinación posible en falso color con las bandas de 10 metros sería B04, B08, B03.

El último paso sería re-proyectar las imágenes. Existen dos formas de realizar esta tarea, la más simple es poner activa la capa ráster y luego vamos a Guardar Como, luego se abrirá el cuadro de diálogo en el que damos un nuevo nombre a la capa a re-proyectar y seleccionamos el Sistema de Referencia de Coordenadas (SRC). La otra opción es ir a Ráster, Proyecciones, Combar (Reproyectar) en la que tenemos que indicar los archivos de entrada y salida y los SRC de origen y destino. Es importante señalar que esta opción nos permite seleccionar el método de remuestreo que, por defecto, utiliza el vecino más próximo (Próximo) que no altera los valores de los píxeles del conjunto de datos ráster de entrada.

Aplicaciones

La escala ideal de trabajo con estas imágenes (10 m./px) es de 1:35.000 y menores, y entre sus usos para los catastros de zonas rurales podemos citar a:

• la clasificación del uso del suelo; 
• la gestión de emergencias, por ejemplo, detectar parcelas afectadas por inundaciones;
• la detección de cambios de usos del suelo;
• la observación de cultivos que indicen en el valor económico de las parcelas;
• la determinación o reclasificación de las zonas agroecológicas como soporte para las valuaciones catastrales de inmuebles rurales, y
• la provisión de apoyo geométrico para la georreferenciación del registro gráfico de parcelas rurales, entre otras.

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Fuentes consultadas:  

Agencia Espacial Europea (2017), sitio oficial sobre Sentinel-2, http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-2