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Detección de hidrocarburos empleando percepción remota
Rosa María Flores Serrano Ana Alejandrina Castro Rodríguez Guillermina Pérez Casimiro Rosario Iturbe Argüelles Judith Gpe. Ramos Hernández
Problemática ???
Incremento poblacional demandas sobre fuentes naturales finitas
y no finitas
Manejo de explotación sustentable surge como una necesidad de regular la
oferta y la demanda
asegura la conservación de los ecosistemas y la permanencia de
las actividades petroleras, cuando éstas se adaptan a las ofertas
ambientales y la capacidad de resiliencia de los ecosistemas
Ejemplo: realizar la exploración y explotación de los hidrocarburos con mayor
cuidado, aplicando tecnologías para evitar la destrucción del medio y disminuir
los riesgos asociados a la contaminación del agua, suelo y aire, en especial, a
aquellos recursos destinados a otras actividades productivas como lo es la
agricultura.
Problemática ???
Extracción del petróleo, el manejo de explotación sustentable es complejo y
controversial
descubrimiento de nuevos yacimientos y
tecnologías para su detección y
extracción, aumentando la disponibilidad
tamaño de la producción
mundial y los reportes de
posibles reducciones
Producción y transporte del petróleo
cambios en el medio ambiente afectando a la sociedad, los ecosistemas
y la economía del sitio, región o cuenca
problemas nacionales e internacionales. = seguir la huella que va dejando la exploración y explotación del hidrocarburo a fin
de evitar que estos impactos se incrementen
Problemática ???
observar y evaluar el tipo y magnitud de los impactos desde la
ubicación del yacimiento,
• difícil acceder,
• costos altos para hacer visitas de reconocimiento
• tiempo y trabajo exhaustivo
• características del pozo como tamaño, cantidad de hidrocarburo
producida, método de extracción y tiempo de vida esperado de éste.
Espacio y temporalidad
Percepción remota (PR) proporciona datos relevantes para la
exploración de petróleo y gas y ayudan a determinar el impacto al
medio ambiente (agua, suelo y aire) ante algún tipo de derrame
Sistema de Información Geográfico (SIG) se integra la información en
un espacio geográfico para generar nueva información sobre el objetivo
que se persiga (ej. exploración, monitoreo o control).
Derrames
Derrame Cadereyta, Nuevo León
18/08/2014 25/08/2014
Aplicaciones de PR:
hidrogeología
PR observación de la superficie terrestre en geociencias
herramienta útil define diversos parámetros pero otros se obtienen
de modelos hidrogeológicos o geofísicos.
Geología proporciona información semicuantitativa, cuantitativa y
cualitativa para delinear y definir aspectos hidrológicos, tipo de suelo,
estructura regional y distribución de aspectos geomórficos y geológicos
superficiales y subsuperficiales.
Imágenes de satélite
caracterizar aquellas áreas con algún grado de potencial minero
identificar características geológicas (litológicas, estructurales,
geofísicas, tectónicas, geoquímicas y petrográficas)
Percepción Remota
Ciencia y arte de obtener información acerca de un
objeto, área o fenómeno a través del análisis de
datos adquiridos por un sensor que no esta en
contacto directo con el objetivo de investigación
(Ritchie y Rango, 1996)
Percepción Remota
Dado que todos los objetos con temperatura absoluta mayor de cero, irradian energía electromagnética debido a la agitación molecular, lo mismo que el Sol, la energía se desplaza en forma de ondas.
Energía electromagnética
A. Modelo de Ondas, donde la energía electromagnética se propaga a
través del espacio en forma de ondas senoidales caracterizadas por
campos eléctricos y magnéticos, perpendiculares entre sí y a una
temperatura mayor al cero absoluto (0 K). En ambos campos, la
propagación en el espacio se realiza a velocidad de la luz.
c
A menor longitud
de onda mayor
frecuencia e
inversamente a
mayor longitud de
onda menor
frecuencia
Energía electromagnética
B. Teoría de partículas. La cantidad de energía de un fotón para
una longitud de onda dada se define como
chhQ
Entre mayor sea la longitud de onda, menor es el contenido de energía
donde Q es la energía del fotón (J), h es la constante de Planck (6.6262×10-34 J∙s) y es la frecuencia (Hz).
Espectro electromagnético
Reflectancia = albedo
IRT = temperatura superficial
Microondas = Propiedades dieléctricas (humedad y superficie de suelo, hielo)
Fotografía aérea – longitud de onda en el visible e IR
sensores captando diferentes longitudes de onda
(Visble -VIS-, Infrarrojo (IR y IRT), microondas
Satélites –
Adquisición de datos
Fuente de energía que en caso de imágenes ópticas es el sol,
fuente de energía natural, y en imágenes de microondas es una
fuente artificial. Transmisión de la energía en la atmósfera es el medio que sigue
la energía electromagnética desde la fuente hasta al objeto y de
reversa. Objeto es el que recibe la energía electromagnética, el cual puede
estar reflejando, absorbiendo o transmitiendo la energía, según
sean sus propiedades. Por ejemplo diferentes tipos de vegetación,
cuerpos de agua, rocas, suelos y zonas urbanas en la superficie
terrestre. Sensor, es el instrumento que recibe la radiación reflejada y lo
graba en formato numérico (archivo digital).
Estación receptora, sensor envía la información a la estación
donde la información es almacenada y procesada dando una
imagen de salida.
Adquisición de datos
Fuente de energía
SOL PLATAFORMA
Sistema pasivo Sistema activo
Adquisición de datos
Trayectoría y ventanas atmosféricas
Adquisición de datos
Trayectoría y ventanas atmosféricas
Dispersión es el cambio en la dirección de la energía. Esta redirección tiene
lugar debido a la presencia de partículas o moléculas gaseosas.
• Dispersión de Rayleigh, que ocurre cuando el tamaño (diámetro) de las
partículas suspendidas en la atmósfera son menores que la longitud de onda
de la radiación.
En ausencia de partículas y dispersiones, el cielo se vería negro. Durante el día,
los rayos del Sol viajan a una corta distancia a través de la atmósfera, por lo
que la dispersión de Rayleigh genera que el cielo se vea azul debido a que
ésta es la más pequeña longitud de onda que el ser humano percibe.
Durante el atardecer y anochecer, los rayos del Sol viajan a una mayor
distancia antes de alcanzar la superficie terrestre, por lo que las longitudes
de onda pequeñas son dispersadas y solo llegan las longitudes largas
observando un cielo naranja o rojo.
Adquisición de datos
Trayectoría y ventanas atmosféricas
Dispersión de Mie, ocurre cuando la atmósfera contiene partículas
suspendidas que tienen aproximadamente el mismo tamaño que la longitud
de onda del visible y cercano infrarrojo, como aerosoles que son una mezcla
de gases, vapor de agua, polvo, polen, humo, etc. Este tipo de dispersión
está restringido a la atmósfera baja (0-5 km) donde las partículas de mayor
tamaño predominan y dominan bajo condiciones de nubosidad.
Dado que todas las longitudes de onda del visible y cercano infrarrojo son
dispersadas las nubes y niebla se observan blancas. La dispersión de Mie
influencia el espectro de la región cercana al ultravioleta hasta el cercano
infrarrojo teniendo un mayor efecto sobre las longitudes de onda largas.
Adquisición de datos
Adquisición de datos
Dispersión no-selectiva, tiene lugar cuando el tamaño de las partículas es
mucho mayor la longitud de onda de la radiación. Partículas típicas son
gotas de lluvia y polvo de mayor tamaño. Este tipo de dispersión es
independiente de la longitud de onda, donde todas las longitudes de onda
se pueden dispersar igualmente.
Absorción
implica la pérdida de energía a través de una sustancia o cuerpo como los
constituyentes (gases) atmosféricos. Los principales gases son ozono (O3),
dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O).
Transmisión
es la energía electromagnética que pasa directamente a través de las
ventanas atmosféricas con lo cual se evalúa la transmitancia de la
atmósfera.
Adquisición de datos
Interacción de la energía con la superficie
λEλEλEλE TARI
Donde:
EI: energía incidente
ER: energía reflejada
EA: energía absorbida
ET: energía transmitida
Adquisición de datos
Interacción de la energía con la superficie
Diagramas esquemáticos de la energía reflejada en cuerpos
a) especulares y b) difusos.
Adquisición de datos
Sensores
Esta elección además de la interacción energía y el objetivo requiere:
•sensibilidad espectral
• presencia o ausencia de ventanas atmosféricas en los rangos de bandas
espectrales
•Establecer la fuente, magnitud y composición espectral de la energía
disponible en los rangos seleccionados
sensores más empleados en percepción remota
visible, infrarrojo, térmico y microondas
Adquisición de datos
Adquisición de datos
Plataformas
Adquisición de datos
Plataformas
Características que distinguen una imagen de otra
•Plataforma / Sensor
•Resolución espectral
•Adquisición (día-noche)
•Tiempo/periodo/
disponibilidad
•Área
•Resolución espacial
•Nivel de procesamiento
•Precio
Adquisición de datos
Formato de las imágenes
Datos registrados de manera digital en un imagen.
Fuente: Düzgün y Demire, (2011)
Adquisición de datos
Calidad de las imágenes
La calidad de la imagen estará determinada en primer lugar por las
características del sistema sensor-plataforma. Básicamente, una imagen se
caracteriza por la información que proporcionan:
• Espacial, se define en función del tamaño del píxel y el área que cubre, lo
que representará el objeto en la superficie.
• Espectral, refiere a las longitudes de onda a las cuales es sensible el
sensor y que servirán para definir un objeto y sus alrededores
• Radiométrica, incluye a los niveles de energía medidos por el sensor, y
• Temporal al tiempo de adquisición
Las características espaciales y espectrales deben además definirse en función
por la cobertura y su resolución que es el menor tamaño físico en la
superficie y el menor intervalo del espectro que pueden registrar,
respectivamente.
Adquisición de datos
Espacial
Resolución espacial definida por el tamaño del pixel (m)
Adquisición de datos
espectral
Número y ubicación de las mediciones espectrales
(bandas o canales espectrales)
1. agua, 2. vegetación y 3. suelo
Reflecta
ncia
Adquisición de datos
espectral
Adquisición de datos
espectral
Adquisición de datos
Radiométrica
ND = Números
digitales,
representados en
números binarios
Resolución radiométrica – intervalo y número discreto de
los niveles de brillantes (ND)
iiiisens NDaaL ,1,0,
Conversión de los ND a valores de radiancia espectral, cantidad de energía solar
reflejada por la superficie terrestre para una longitud de onda determinada en un
ángulo sólido. En el caso de Landsat se define como:
(W·m-2·sr-1·µm-1)
Corrección Atmosférica
Una atmósfera es un medio heterogéneo, denso y compuesto
por capas con una combinación de vapor de agua, aerosoles y
gases, los cuales distorsionan la señal que llega al sensor de
diferentes maneras
Limpiar la imagen
de manera que se
tengan radiancias
puras del objetivo
sensado
Corrección Geométrica
Proceso necesario toda vez que se pretende combinar la información
proporcionada por el sensor con otro tipo de información espacial.
Georreferenciar = ubicar dentro de un sistema de coordenadas que
permita su ubicación en el espacio.
La corrección geométrica es la compensación de distorsiones
provocadas por:
• Rotación de la Tierra durante la adquisición de la imagen
• Tasa de escaneo finito de algunos sensores
• Amplio campo de observación de algunos sensores
• Curvatura de la Tierra
• Sensores no ideales
• Variaciones en la altitud, actitud (orientación de una aeronave o
satélite con respecto a un plano o dirección) y velocidad de la
plataforma
• Efectos panorámicos relacionados con la geometría de la imagen
Técnicas de georeferenciación
• Modelar la naturaleza y magnitud de las fuentes de distorsión y usar .los modelos para establecer una formula de corrección Se recomienda para distorsiones bien caracterizadas como efector por rotación • Relaciones matemáticas entre los píxeles seleccionados en una imagen y sus correspondientes coordenadas a esos puntos en el terreno (mapas)
Se usan para corregir la imagen geométricamente sin considerar el tipo de distorsión y la fuente . Es independiente de la plataforma
CADA BANDA DEBE SER CORREGIDA!
Percepción del color
Refiere a la habilidad para identificar y distinguir colores, los cuales
se asocian al mundo real
• Se realiza a través del ojo humano y
la parte del cerebro asociada a esta
capacidad
La teoría tri-estimulante implica tener
tres grados de libertad para describir el color:
1. Rojo-Verde-Azul (RGB) basado en los principio aditivos del color
2. Intensidad-Color-Saturación (IHS), el espacio más cercano a como
percibimos los colores de manera intuitiva
3. Amarillo-Magenta-Cyan (YMC) basado en el principio de substracción
de los colores
SIG
SIG : capturar, almacenar, analizar y editar la información
disponible y georeferenciarla a diferentes escalas
Tipo de datos: datos vectoriales, tabulares, ráster y matriciales según corresponda a
cada tipo de información que se incorporé.
Lenguajes y arquitectura para los geoservicios [World Wide Web Consortium (W3C),
para uso máximo de la Web]
Software
SIGyE
•Dispositivos
móviles (GPS)
•Software para
dispositivos
móviles (ArcPad)
Desarrolladores de la
estructura del SIG
Sistema en línea Buscadores Web
Base de Datos Geográfica
Archivos Bases de
datos XLM
Estructura
Servidor del SIG
Geoservicios:
mapas, fenómenos,
coberturas, catálogo, así
como el diseño de
aquellos geoservicios que
impliquen un valor
añadido al estudio
realizado.
Aplicación
Generar mapas de riesgo para la salud por exposición a
hidrocarburos fracción pesada para un sitio contaminado con
hidrocarburos en el golfo de México
• Seleccionar un sitio de estudio contaminado con hidrocarburos con una
extensión superior a 500 ha.
• Verificar, mediante muestreos superficiales, las concentraciones de
hidrocarburos fracción ligera (HFL), media (HFM), pesada (HFP), y aromáticos
polinucleares (HAP) en el suelo superficial del sitio de estudio seleccionado.
• Generar mapas de concentraciones de HFP aplicando métodos de PR
• Generar valores de riesgo a la salud humana por exposición a HFP por vía oral
(suelo y agua subterránea) y contacto dérmico, mediante la aplicación del
software RBCA Tool Kit for chemical releases, empleando las concentraciones
obtenidas con imágenes de PR y SIG.
• Generar mapas detallados de riesgo para la salud humana por exposición a
HFP con base en el mapa detallado de concentraciones obtenido con métodos
de PR y mapas generales de riesgo con base en las isoconcentraciones
obtenidas por medio de SIG.
Aplicación
Aplicación
Aplicación
Aplicación
Clasificación no supervisada
Análisis de laboratorio
Composiciones de color RGB
Componentes principales
Clasificación supervisada
Análisis de laboratorio
Clases de clasificación no supervisada
Visita de campo (puntos de control)
Cruce datos
Resultados
Conclusiones
La PR es una herramienta, no resuelve por si misma la situación objeto de estudio
25/08/2014
Conclusiones
