LAS IMÁGENES DE LOS SATÉLITES Y SU USO EN LOS INCENDIOS FORESTALES

[CREADOR DE LA RED]

La fotografía por satélite se ha convertido en un elemento científico e informativo capaz de mostrarnos el mundo desde una perspectiva aérea, pero hasta bien entrado el siglo XXI no se plasmó de forma real para el público en general y organizaciones que operan en el ámbito de las emergencias.

Las imágenes de los satélites han evolucionado a lo largo de la historia contemporánea conforme avanzaba la tecnología. Con el comienzo de la II Guerra Mundial, el desarrollo del vuelo se incrementó de una manera exponencial, y fue en este punto donde los satélites empezaron a tomar la forma que hoy conocemos.

En la actualidad, las imágenes por satélite suponen una herramienta casi imprescindible en el mundo de las emergencias porque nos permiten acceder de forma eficaz, puntual y rápida a zonas que, de otra manera, sería casi imposible.

Es muy notable la cantidad de entidades tanto gubernamentales, como de emergencias, que solicitan el uso de los datos satelitales para su inclusión en el desarrollo de sus actividades, además de adecuarlas a sus tareas de prevención y supervisión de ubicaciones que han sufrido una catástrofe o se emplacen dentro de posibles escenarios de riesgo.

Nos permiten ver la superficie terrestre y marítima desde varias decenas de kilómetros por encima del nivel del mar, con la nitidez de estar sobre su superficie, sin tener que desplazarnos a ellas.

las imágenes por satélite suponen una herramienta casi imprescindible en el mundo de las emergencias porque nos permiten acceder de forma eficaz, puntual y rápida a zonas que, de otra manera, sería casi imposible.

Ayudan a los expertos a poder ver y observar distintas cuestiones relacionadas con el clima y la naturaleza, y a su vez nos permite controlar los lugares que de antemano sabemos que pueden representar un riesgo para la población. Desde algo tan lejano como la erupción de un volcán en Hawai, un huracán en Florida, un movimiento sísmico o un tsunami en Indonesia, los grandes incendios forestales de California, hasta conocer la velocidad del viento en medio del océano Pacífico.

Lo que hoy nos interesa es el uso de los datos satelitales en la supervisión, control y manejo de los grandes incendios forestales (GIF) teniendo una herramienta estupenda que ninguna otra nos puede aportar, con la misma seguridad y sin riesgo alguno para maquinas u operarios.

Imágenes satelitales

Una imagen es cualquier representación gráfica, sin importar qué métodos de percepción remota se utilicen para detectar y registrar la energía electromagnética.

La energía electromagnética puede ser captada de manera fotográfica o electrónica. A diferencia de las fotografías, las imágenes satelitales registran la energía electromagnética de manera electrónica desde el inicio.

Estas imágenes están conformadas por cuadritos del mismo tamaño, llamados píxeles, y que representan la brillantez de cada cuadrito correspondiente al terreno mediante un valor numérico o número digital (que representa la variación en el voltaje de la radiación que capta el sensor).

El conjunto de píxeles o cuadritos de una imagen forman una malla o raster.
Las imágenes satelitales están en formato digital desde el inicio, y no hace falta conversión alguna.

Una característica sumamente importante de los sensores de imágenes satelitales es que obtienen información dentro de rangos específicos de longitud de onda dentro del espectro fotomagnético. Esta información es registrada en distintos canales o bandas espectrales.

Para visualizar las imágenes satelitales, podemos combinar y visualizar las distintas bandas digitales mediante los tres colores primarios (azul, verde y rojo) que capta el ojo humano. De este modo, es posible visualizar energía de longitudes de onda invisibles al ojo humano, como la luz infrarroja, que puede ser de gran utilidad para estudiar distintos objetos o fenómenos.

Los satélites de percepción remota tienen sensores que detectan la luz visible, al igual que las fotos, pero también pueden detectar radiación que los seres humanos no son capaces de ver (por ej. luz infrarroja y las ondas de radar)

Todas las imágenes remotas se basan en la medida de la radiación o energía electromagnética que emite un objeto o material.

El espectro electromagnético es un espectro continuo de todos los tipos de radiación electromagnética, ordenados generalmente de acuerdo a su longitud de onda.

Ventajas y desventajas de las imágenes satelitales

Entre las ventajas de las imágenes satelitales, podemos destacar:

• Rapidez
• Bajo costo
• Accesibilidad a lugares remotos
• Se pueden combinar con otras capas de sistemas de información geográfica (SIG)
• Se pueden realzar características específicas
• Repetición en el tiempo. Es decir, cada satélite vuelve a pasar por la misma área cada cierto tiempo
• No se limitan a captar la luz visible. Como dijimos anteriormente, la posibilidad de ver energía no visible al ojo humano es una gran ventaja

Es la punta de lanza en la lucha, supervisión y control de los GIF, así como una herramienta muy fiable y precisa para el perimetrado de los mismos en cualquier parte del planeta.

Satélites para incendios forestales

Hay varios satélites que nos informan a tiempo casi real de los incendios forestales, y cuyos instrumentos están diseñados de forma especifica para la cartografía de la vegetación global.

Uno de los más conocidos son los MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) de la NASA que es un instrumento científico a bordo del satélite Terra (1999) y a bordo del satélite Aqua (2002).

Otro de ellos es el VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) también de la NASA, es un sensor diseñado y fabricado por la Compañía Raytheon a bordo del Suomi National Polar-orbiting (Suomi NPP) y NOAA-20, y que junto con los MODISproporcionan datos sobre los incendios forestales dentro del programa de la NASA. Fire Information for Resource Management System, dedicado de forma exclusiva a darnos información puntual y muy precisa en tiempo casi real (NRT) de los incendios forestales, dentro de las 3 horas posteriores al paso del satélite

Otro de los satélites que están siendo de gran ayuda en este campo y de facturación europea, son los Sentinel del programa Copérnico, dirigido conjuntamente por la ESA y por la Unión Europea a través de la Agencia Europea del Medioambiente.

Actualmente la ESA está desarrollando siete misiones, y tiene cinco en marcha, de las cuales, cada misión Sentinel está constituida por 2 satélites para asegurar que se cubre lo establecido para cada misión

La misión Sentinel-2

1º-Es una misión multiespectral de alta resolución en órbita polar, diseñada para monitorizar la superficie de la tierra estudiando la cubierta vegetal entre otras funciones
2º-También tomará datos para los servicios de emergencias

Justamente esta ultima parte es la que nos interesa a nosotros, y la que nos facilita dentro del programa Europeo EFFIS(European Forest Fire Information System) los datos que utilizamos para la supervisión, seguimiento y control de los IIFF en Europa.

Desde 1998, EFFIS cuenta con el apoyo de una red de expertos de los países en lo que se llama el Grupo de Expertos en Incendios Forestales, que está registrado en la Secretaría General de la Comisión Europea. Actualmente, este grupo está formado por expertos de 40 países de Europa, Oriente Medio y países del norte de África

En 2015, EFFIS se convirtió en uno de los componentes de los Servicios de Gestión de Emergencias en el programa Copernicus de la UE.

Los datos que nos aporta este programa Europeo es uno de los mas completos que tenemos a día de hoy en la gestión global de los incendios, además de facilitar la activación del servicio de Emergencia Emergency Management Service a petición de los organismos oficiales de cada país miembro de la Joint Research Centre (JRC)

El Sentinel 2 lleva una cámara multiespectral de alta resolución, con 13 bandas espectrales que aportan una nueva perspectiva de la superficie terrestre y de la vegetación.
Utiliza un sistema de barrido a lo largo de la trayectoria para generar una imagen de 290 kilómetros de ancho y poder ofrecer muy altas prestaciones geométricas y espectrales en sus datos.

La cámara multiespectral de alta resolución de Sentinel-2 es la más avanzada de su clase, y es la primera misión óptica de observación de la Tierra en incorporar tres bandas en el ‘borde rojo’, una región del espectro que permite obtener información fundamental sobre el estado de la vegetación. En la tabla inferior os mostramos las 13 bandas que maneja la cámara, especificando resolución radiométrica y espacial, además de las características del espectro al que pertenece.

La cámara cuenta con dos grandes planos focales, uno en las bandas del visible (VIS) y del infrarrojo próximo (NIR) y el otro en el infrarrojo medio (SWIR). Cada uno de ellos está equipado con 12 detectores con un total de 450.000 píxeles.

De las 12 bandas de las que dispone el Sentinel 2, repartidas a su vez en sus 12 canales, las más utilizada para la visualización de los incendios forestales y el área afectada, es el canal SWIR y los de RGB.

Las imágenes de satélite se utilizan para determinar los diversos índices de vegetación. Esto es particularmente importante para la predicción del rendimiento efectivo y aplicaciones relacionadas con la vegetación de la Tierra.

Las aplicaciones principales son proporcionar información para las prácticas agrícolas y forestales y para ayudar a gestionar la seguridad alimentaria.

Las primeras cuatro bandas pertenecientes al espectro visible, en específico, la banda 2 corresponde al azul, banda 3 al verde y la banda 4 al rojo (RGB).

Posteriormente, se observan las bandas que interactúan en el infrarrojo cercano (NIR) las cuales son la banda 5, 6, 7, y 8a dentro del infrarrojo cercano, se podrá analizar desastres naturales, inundaciones, incendios forestales y corrimientos de tierra entre otros.

Por último, se observan las bandas pertenecientes a SWIR (Short-wavelength infrared), o infrarrojo de onda corta, con el objetivo de penetrar en la niebla o la bruma, para lograr distinguir elementos y coberturas.
Las bandas 12, 8A y 4 son muy útiles para estudios de vegetación y se usan dentro del canal SWIR.

Fuentes:
Centro de Investigaciones Geoespaciales (CIG), Copernicus, ESA, EFFIS y JRC

FUENTE: https://osbodigital.es/2019/05/15/las-imagenes-de-los-satelites-y-s...

EFFIS

El Sistema Europeo de Información sobre Incendios Forestales (EFFIS) respalda los servicios a cargo de la protección de bosques contra incendios en los países de la UE y proporciona a los servicios de la Comisión Europea y al Parlamento Europeo información actualizada y confiable sobre incendios forestales en Europa.

Una serie de aplicaciones específicas están disponibles a través de EFFIS:

Desde 1998, EFFIS cuenta con el apoyo de una red de expertos de los países en lo que se llama el  Grupo de Expertos en Incendios Forestales , que está registrado en la Secretaría General de la Comisión Europea. Actualmente, este grupo está compuesto por expertos de 40 países de Europa, Oriente Medio y países del norte de África. En 2015, EFFIS se convirtió en uno de los componentes de los  Servicios de Gestión de Emergencias  en el programa Copernicus de la UE. 

El enlace a algunas de las aplicaciones más utilizadas se proporciona a continuación. Las aplicaciones adicionales, como la extensión de EFFIS al nivel global en un  Sistema de información de Wilfire global (GWIS),  están disponibles a través del recuadro de "Aplicaciones".

FUENTE: http://effis.jrc.ec.europa.eu/

Evaluación de Incendios Forestales con imágenes Sentinel-2 

Los satélites desde su punto de vista privilegiado puede observar la superficie de una manera que nos resultaría muy difícil si lo hacemos a ras de suelo. El hecho de poder hacerlo a gran altura, y así tener una perspectiva amplia, nos facilita la tarea de evaluación.

Incendio iniciado en el municipio de Encinedo, León el 21 de agosto de 2017. Fue el incendio más extenso de ese año con cerca de 10.000 ha

Los dos satélites ópticos Sentinel-2 con una resolución de hasta 10 metros por píxel pueden captar la salud de la vegetación. Esta precisión le convierte en una herramienta más fiable que la medición terrestre cuando se trata de terrenos muy accidentados y en incendios con un perímetro muy extenso.

La luz reflejada sobre la superficie es captada por estos dos satélites en diferentes bandas espectrales. El satélite dispone de un sensor que es capaz de distinguir hasta 13 bandas de espectro de luz; desde el azul hasta el infrarrojo en onda corta (443 – 2190 nm).

La vegetación quemada refleja mucho en la banda 12 (infrarrojo de onda corta, SWIR – en sus siglas en inglés-) y la vegetación sana en la banda 8 (infrarrojo cercano, NIR), esto hace que podamos distinguir las zonas que han sido afectadas por un incendio forestal concreto.

Así, realizando una comparativa de los valores de estas dos bandas se puede realizar una evaluación de severidad del incendio, graduándolos. Uno de los índices más utilizados es el dNBR (diference Normalized Burn Ratio)
Con sistemas de información geográfica se pueden analizar estos valores georreferenciados; dimensionando y evaluando los incendios forestales que se produzcan.

¿Dónde descargar los datos?

Las imágenes pueden ser descargadas en un formato georreferenciado desde el sitio oficial: https://scihub.copernicus.eu/dhus/ con un tamaño que abarcan unas cuadrículas 100×100 km.

Copernicus ha puesto en marcha además unas plataformas, llamadas DIAS, para poder descargar esta información de forma sencilla y cómoda.
Existen otras plataformas privadas que facilitan la visualización y descarga de una forma muy intuitiva, como es Sentinel-HUBen el que, a parte de poder ver imágenes de satélite Sentinel-2, se pueden ver otras de los satélites Sentinel-1, 3, 5p, Landsat y Modis entre otros.

Hay que tener en cuenta que Sentinel-2 es un satélite óptico y que las nubes afectan extraordinariamente los datos obtenidos, es decir, cuando hay nubes no hay datos de superficie. También hay que tener en cuenta que la frecuencia de paso de Sentinel-2 es de entre 2 y 4 días.

Entre los incendios evaluados con imágenes de satélite Sentinel-2 son los siguientes:

1. Incendio de Camp Fire producido en California en noviembre de 2018, el cual afectó a más de 51.000 ha y murieron 56 personas.

Imagen satélite compuesta resaltando en marrón las zonas quemadas y en rojo zonas calientes (bandas 12-11-8A). En línea de color rojo perimetración del mismo.

2. Incendio de Santa Colomba de Curueño, León. El primer Gran Incendio Forestal (GIF) de 2018 en España y uno de los tres GIF que hubo

A la izquierda imagen satélite Sentinel-2 de Copernicus (bandas 12,8,3). A la derecha, análisis de severidad tomando como base bandas 8 y 12 de satélite Sentinel-2. En esta última se ha discriminado zonas no afectadas.

3. Incendios en el noroeste peninsular. Con la combinación de las diferentes bandas se pueden distinguir zonas que con imágenes típicas pasarían desapercibidas. Por ejemplo la siguiente donde se ve en marrón las zonas quemadas, en verde la vegetación, y en azul nieve caída.

Imagen Sentinel-2 (bandas 12, 8, 3) de febrero de 2018 donde aún se dintinguen las zonas quemadas por los múltiples incendios en octubre de 2017

4. Incendio de Encinedo. En este otro ejemplo hicimos un seguimiento pormenorizado del peor incendio que hubo en 2017. Se produjo en el municipio de Encinedo, León. Se inició el 21 de agosto de 2017. La combinación con herramientas de posicionamiento geográfico GIS puede dar lugar a presentaciones de la información como muestra el video de abajo.

Mapa tomando como base imagen satélite Sentinel-2 de 2 de septiembre de 2017 (bandas 12, 8, 4)

5. Incendio de Moguer. Se inició el 24 de junio de 2017 afectando a una masa principal de pino piñonero de alto valor ecológico y a infraestructuras. A causa de este incendio se produjo el desalojo del Centro de Cría de lince ibérico en cautividad de El Acebuche.

Análisis de severidad del incendio de Moguer, tomando como base imágenes de satélite Sentinel-2 previo al incendio y post incendio

6. Múltiples incendios en Galicia. Gracias a la disponibilidad fácil y cómoda de estas imágenes de satélite se pueden hacer evaluaciones rápidas de varios incendios, como el que se hizo de los acontecidos en octubre de 2017. (Sobre estos se puede ver un mapa interactivo y más información).

7. Incendio de Yeste, Albacete. Agosto de 2017. Estudio de severidad y afectación:

Celso J. Coco Megía

Ingeniero Técnico Forestal, profesor técnico-práctico
Centro de Integrado de Formación Profesional de Almázcara. 
Junta de Castilla y León