Andes. Seimiles. Lista inconclusa de +6000 m. Sistemas de medición de la altitud. Parte VIII

Viene de Parte VII

Sistemas de medición de la altitud
Por Guillermo Almaraz

3. Interferometría Diferencial con Radar de Apertura Sintética o Virtual (SAR)

Podríamos decir que la Interferometría Diferencial con SAR es el método más moderno y preciso para generar un Modelo de Elevación Digital y, por ende, determinar la altitud de un punto de la Tierra. Un radar adosado a una plataforma aérea, que lo transporta, emite energía electromagnética y detecta el eco que regresa de los objetos reflejados. Como indica Skolnik, «la naturaleza de la señal del eco de retorno contiene información sobre el objeto». El radar trabaja con longitudes de onda entre 1 mm y 100 cm, que constituyen las longitudes de onda más amplias utilizadas en teledetección. La gran diferencia es su independencia de la iluminación solar y de las condiciones atmosféricas (nubes), porque trabaja a longitudes de onda muy superiores al tamaño habitual de las gotas de agua.

Los primeros radares se desarrollaron con sensores ópticos y estáticos, consiste en un transmisor de señal y un receptor de la señal reflejada denominada eco. Los radares se incorporaron luego a plataformas aéreas. El radar lateral aero-transportado fue el más utilizado y logró grandes resultados en la obtención de datos para generar imágenes aéreas. El desarrollo de radares de apertura sintética (SAR) posibilitó la independencia de la iluminación solar, la nubosidad y la vegetación.

Con los datos obtenidos con el radar y mediante Interferometría diferencial se mide la deformación del suelo usando pases repetidos de interferometría. Hay varias formas de crear un interferograma diferencial, pero simplificando diremos que mediante dos o tres pasadas —con un único satélite, o dos que circulan uno detrás del otro en la misma órbita— se consiguen los datos necesarios para compararlos entre sí y con la distancia del radar, obteniendo así las medidas requeridas para crear el par topográfico o modelo de elevación digital.

En este momento podemos concebir entonces el método Interferometría Diferencial con Radar de Apertura Sintética o Virtual como técnicas basadas en el proceso y el análisis de imágenes de Radar de Apertura Sintética (SAR), y los SAR como sensores activos que registran imágenes de alta resolución espacial. A partir de interferometría, los datos obtenidos son las distancias entre el satélite y la superficie del terreno, calculados mediante la medición de tiempos y desfases.

La interferometría SAR es una técnica de procesado de imagen que permite, a partir de dos o tres pases interferométricos del sensor SAR, generar el Modelo de Elevación Digital con las altitudes correspondientes.

Como método de medición de montañas, la interferometría permite determinar altitudes con mínimos márgenes de error porque neutraliza deformaciones producidas po la radiación solar, la luz, los fenómenos atmosféricos y la vegetación, utilizando un sólo vuelo de una aeronave; pero, como es lógico, se depende de la calidad de los datos obtenidos.

Actualmente el margen de error no supera los cinco metros. A partir de las imágenes obtenidas en el año 2000 por la misión SRTM se han obtenido los datos de altitud más precisos de todos los puntos de la Tierra.

La NASA, con sus «taxis espaciales», había empezado a operar en los años 80 con radares de apertura sintética o virtual. Lanzó misiones especiales como las Envisat, Radarsat o Terra con objeto de mejorar la calidad de la información. Todo cambió a partir de la Shuttle Radar Topografic Mission —Misión Topográfica de Radar en Trasbordador Espacial— conocida internacionalmente como SRTM. Este proyecto desarrollado entre la Agencia Nacional de Inteligencia Geoespacial de los EUA y la NASA obtuvo un Modelo Digital de Elevación entre los 56° S y los 60° N con imágenes de radar de alta resolución. Así logró el primer mapa topográfico de alta definición de la Tierra. Tomó las imágenes con un sistema de dos antenas del radar que voló a bordo del Transbordador Espacial Endeavour durante 11 días en febrero de 2000. Actualmente todos los modelos de Elevacion Digital tienen en cuenta estos datos.

El objetivo de presión horizontal de la misión era 20 metros, mientras que el de altura se planteó en 14,40 metros. Obtenidos los datos, se comprobó que la misión había superado tanto los requisitos de precisión vertical como horizontal. Para el continente sudamericano todas las fuentes coinciden en un error vertical absoluto promedio de mas menos 6,2 metros. Dicho concretamente, las alturas obtenidas por SRTM como máximo pueden tener 6,2 m de error vertical y las altitudes señaladas actúan como suelo, nunca una montaña podría tener una altitud inferior a la obtenida por SRTM.

Otra misión, en este caso desarrollada por la NASA junto con el Ministerio de Economía, Comercio e Industria japonés y Space Systems Japón denominada ASTER —Advance Space Borne Thermal Emisión and Reflection Radiometer—, obtuvo también datos a partir de las misiones espaciales Terra, para desarrollar un modelo de Elevación Digital a partir de los datos obtenidos en diciembre de 1999.

Por último, Jonathan de Ferranti unió todos los datos disponibles SRTM y llenó las lagunas con datos ASTER. Después completó su modelo con datos topográficos obtenidos por fotogrametría, e incluso con métodos topográficos y cualquier otra fuente fiable publicada hasta la fecha de inicio de su trabajo. En mayo de 2005, de Ferranti comenzó a tratar datos y completar el nuevo modelo. Extendió sus tareas hasta noviembre de 2012. De esta manera se obtuvo por primera vez un modelo de elevación que abarcó toda la Tierra, y se pudieron obtener mediciones de altitud utilizando un sólo software sobre un mismo modelo. El escocés dice en su web: «De vez en cuando me preguntan si tengo la intención de vender mi trabajo. La respuesta es no. Voy a seguir trabajando para que esté disponible como un servicio público y gratuito. Esta es la manera en que creo que debe ser. La teoría económica nos dice que el interés general está salvaguardado cuando el precio se basa en el costo de la reproducción, que en este caso, gracias a Internet, es nula.»

El futuro estará signado por los resultados que a partir de fines de 2014 comenzarán a publicarse de la misión TerraSAR-X–TanDEM-X.

La misión TerraSAR-X se desarrolló a partir de la colaboración entre el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y la empresa EADS Astrium. Fue lanzado el 15 de junio de 2007, y logró total operatividad a partir de enero de 2008. El satélite gemelo TanDEM-X, lanzado paralelamente el 21 de junio de 2010, obtuvo los datos de mayor precisión logrados hasta la fecha. Ambos satélites trabajarán durante cinco años desplazándose sobre una órbita polar, crepuscular y heliosíncrona, a 514 km de altitud, separados unos centenares de metros. Se desplazarán a lo largo del límite entre día y noche de la Tierra presentando siempre la misma cara hacia el Sol para obtener un suministro energético constante. Las imágenes obtenidas alcanzan una resolución cercana a un metro.

Mediante el uso de la base de datos World DEM, TerraSAR desarrolló el modelo Digital de Elevación Global que explotará en forma exclusiva la empresa Infoterra GMBH, cuyo único accionista, y responsable privado del proyecto, es EADS Astrium. Este Modelo de Elevación Global ofrecerá una precisión vertical relativa de dos metros, con mosaicos de 12 por 12 metros. De este modo supera la precisión de SRTM —que reconoce un error de hasta 6,2 metros—, además de aportar por primera vez homogeneidad global al relevar todas las tierras emergidas con un mismo método y durante una misma misión.

Los objetivos planteados para la misión son básicamente: el desarrollo de la cartografía topográfica en 2D y 3D a una escala 1:25.000 con la mayor precisión obtenida hasta la fecha, detección de movimientos de superficie provocados por la actividad minera o petrolífera, detección de cambios por construcción a gran escala o uso de la tierra, datos para defensa y seguridad y obtención de respuestas inmediatas en caso de emergencia basado en el breve plazo de revista: dos a tres días para recorrer toda la superficie del planeta.

Continúa en Parte IX