SECCION 1

1. INTRODUCTION

Hace algún tiempo, el éxito de un viaje de pesca dependía frecuentemente de la agudeza visual del pescador, de su olfato y de su oído. Con ese propósito, una posición de observación alta para buscar peces, la torre de vigía, era bastante apreciada. Las aeronaves modernas y los satélites han incrementado la posición de observación del hombre a un nivel jamás soñado por generaciones anteriores; al mismo tiempo, se han desarrollado dispositivos que han expandido las percepciones del hombre más allá de los límites de los sentidos humanos. La combinación de estas tecnologías han resultado en la ciencia moderna conocida como percepción remota, que puede definirse como la adquisición de información acerca de un objeto o de un evento sin estar en contacto físico con él. Estamos comenzando a descubrir algunas de las formas en las que la percepción remota puede ser aplicada a la búsqueda, que por siglos el hombre ha realizado, para cosechar alimentos del mar.

Este manual intenta ser una introducción en el campo de percepción remota para personas involucradas en el estudio, manejo o utilización de recursos pesqueros, particularmente en países en desarrollo. Aunque algunas formas de percepción remota han estado en existencia por muchos años y son generalmente bien entendidas, avances extraordinarios se han llevado a cabo en las últimas dos o tres décadas, tanto en tecnología como en su aplicación. El sobresaliente volumen de literatura ahora disponible en este campo y el conocimiento técnico requerido para entenderlo, hacen esencial un manual introductorio de este tipo. Está más allá del alcance de este texto intentar una descripción integral o completa de la percepción remota moderna o documentar todos los programas de investigación actualmente llevándose a cabo y sus aplicaciones para la localización y la captura de peces. En lugar de eso, este documento intenta proveer al lector con el entendimiento básico de algunos de los términos, conceptos y sistemas específicos utilizados en percepción remota y, a través de estudios de caso, ilustrar algunas aplicaciones de importancia para personal de pesquerías.

1.1 REVISION HISTORICA

El término “percepción remota” fue acuñado en 1960 por Evelyn Pruitt de la Oficina de Investigación Naval de los Estados Unidos. La historia de percepción remota, sin embargo, es considerablemente más antigua. Las primeras fotografías aéreas fueron tomadas desde un globo cerca de París en 1858. Durante los siguientes cincuenta años se lograron avances significativos en el diseño de cámaras y emulsiones de peliulas. Las fotografías fueron tnmadas desde p1ataformas tan diversas como papalotes, cohetes y aún desade palomas mensaj eras . La primera fotografía tomada dosde un aeroplano fué una película tomada sobre Centochelli, Italia en 1909, en un avión piloteado por Wilbur Wright. La mayoría de estas fotografías iniciales proporcionaron una visión oblicua del suelo en lugar de vertical. Las fotografías ilustrativas populares de un gran número de ciudades y de otras atracciones escénicas fueron producidas utilizando estos medios. Los científicos, sin embargo, reconocieron el potencial de la fotografía aérea como una herramienta de mapeo y gradualmente la ciencia de fotogrametria se fué desarrollando.

No fue sino hasta la Primera Guerra Mundial que la fotografía aérea fue adquirida y utilizada en gran escala de una manera sistemática. Las cámaras fueron específicamente diseñadas para reconocimiento aéreo y se désarrollaron instalaciones de procesamiento asociadas para producir miles de fotografías por día. Igualmente importante al avance tecnológico, fué el desarrollo de las técnicas de fotointerpretación para obtener información de inteligencia a través de estas imágenes. Al observar el despliegue de hombres y de materiales a través de un período de tiempo, era posible para los estrategas anticipar maniobras militares. Al final de la Primera Guerra Mundial, ya se tenían mejoras substanciales en los aviones, las cámaras y el equipo de procesamiento y se contaba con un número relativamente grande de personas que habían ganado experiencia en diferentes aspectos de la adquisición de fotografía aérea y de su utilización. En la medida que equipo fotogramétrico mejorado era introducido en los años veintes y treintas, la fotografía aérea vertical constituía una fuente de información estandar para la compilación de mapas topográficos. La fotografía aérea era utilizada de manera limitada por geólogos, especialistas forestales y planificadores en Europa y América del Norte y también por cartógrafos y geógrafos para estudios de pequeña escala en Africa y Sur América. Las películas de color fueron primeramente désarrolladas durante este períod, sin embargo, tuvieron solamente pequeñas aplicaciones aéreas hasta la Segunda Guerra Mundial. Varias áreas de la investigación científica fueron también iniciadas, que podrían constituir el fundamento de la percepción remota moderna y de sus técnicas. La Segunda Guerra Mundial proporcionó otro catalizador para el rápido desarrollo tecnológico en el campo de la percepción remota. De nuevo, la adquisición de fotografía para inteligencia militar, en viajes de reconocimiento, fue la aplicación primaria. Las técnicas de fotointerpretación se volvieron altamente sofisticadas. Un aspecto valoioso para estudios posteriores de zonas costeras, fué el uso de la fotografía aérea en la planificación de asaltos anfibios. La capacidad de penetración en el agua de las películas aéreas, particularmente de las películas de color, hicieron posible obtener información confiable de batimetría y materiales de fondo cuando las cartas de navegación eran imprecisas o no existentes. La primera película infrarroja de color fué también desarrollada durante la guerra para detección de camuflaje. Grandes redes de radares fueron erigidas en los años cuarentas para proveer un sistema de advertencia temprana para la detección de aeronaves. Los progresos la tecnología de radar permitieron el deosarrollo de equipo pequeño de transmisión y recepción apropiado para el uso aéreo. En esta clase se incluyeron los radares indicadores de la posicion del plan (PPI) que proveían una imagen del terreno debajo de la aeronave, independientemente de las condiciones del tiempo de la disponibilidad de luz. El radar PPI, que era utilizado principalmente para la detección de objetivos durante misiones de bombardeos nocturnos o en bombardeos de gran altitud a través de cubierta de nubes, también probó ser útil para la navegación costera.

En los años ciencuentas, se desarrollaron los sistemas de imágenes térmicas infrarrojas que proporcionaban una “película de calor” de objetos o terrenos. Como en los radares, los radares, los sistemas infrarrojos térmicos no son dependientes de la disponibilidad de luz, pero a diferencia de los radares, son incapaces de “ver” a través de las nubes. En el mismo período fueron desarrollados los radares aéreos de observación lateral (SLAR), para mejorar las imágenes relativamente crudas que eran producidas por el radar PPI. Ambos de estos sistemas fueron originalmente diseñados para uso militar y no estuvieron disponibles para aplicaciones civiles por muchos años.

El emplazamiento del Sputnik 1 por la U.R.S.S en 1957, marcó el principio de la “era espacial”. En 1959, el satélite Estadounidense EXPLORER-6 transmitió la primera imagen de la tierra vista desde el espacio. El primer satélite metereológico del mundo TIROS-1 fué lanzado en 1960. Este fué el que encabezó los satelites ambientales más avanzados que actualmente están en operación. Los vuelos espaciales tripulados por hombres fueron particularmente importantes para crear interés en la potencialidad para el mapeo de recursos y el monitoreo desde el espacio.

Las primeras fotografías de la tierra tomadas por cámaras manuales desde el espacio, proporcionaron una cantidad impresionante de detallles de las características de la tierra y del agua de una gran área. Misiones posteriores realizadas por los Estados Unidos y la Unión Soviética transportaron cámaras más sofisticadas y equipo barredor específicamente para la adquisición de imágenes para evaluación de recursos naturales.

Aunque las misiones tripuladas fueron exitosas en demostrar el valor de las imágenes espaciales, ellas fueron generalmente de corta duración y no proporcionaron una cobertura global uniforme. Estas limitaciones fueron ampliamente superadas con el desarrollo de los satélites de recursos terrestres tales como la serie LANDSAT de los Estados Unidos. Operando en una órbita menor que la de los satélites metereológicos, LANDSAT y sistemas posteriores similares, han proporcionado un gran detalle espacial, aunque su cobertura temporal es menos frecuente. Aunque los sensores fueron seleccionados primariamente para aplicaciones terrestres, han probado ser bastante útiles en estudios costeros y marinos.

Adicionalmente a los satélites en operación actualmente, han habido un número considerable de sistemas experimentales los cuales han demostrado de nuevo el valor del monitoreo del medio ambiente marino desde el espacio. Entre ellos, los más prominentes han sido el satélite NIMBUS-7 que transportó el Barredor de Color de la Zona Costera (CZCS) y también el satélite SEASAT de corta duración que transportó un buen número de sensores marinos especializados. En años recientes, varias naciones, adicionalmente a la Unión Soviética y a los Estados Unidos, han lanzado sus propios satélites de percepción remota.

Debe enfatizarse, que las aeronaves continúan jugando un gran papel en la percepción remota dada su flexibilidad en términos de altitud, programación y complementación de sensores. Dependiendo de los requerimientos de información de los usuarios y de los recursos disponibles, las aeronaves utilizadas oscilan desde las ligeras de un sólo motor, hasta jets de motores múltiples para vuelos de gran altitud. Los aviones son frecuentemente utilizados como plataformas para probar diseños de sensores antes de que estos sensores sean implementados en satélites.

El rápido progreso en la tecnología de computadoras ha afectado todos los aspectos de la percepción remota. De particular interés para los usuarios son las técnicas de procesamiento digital desarrolladas para análisis de datos. Existen programas disponibles para corrección geométrica, realce de imágenes y extracción cuantitativa de datos. La velocidad de las computadoras digitales, permiten a un sólo operador realizar análisis de datos de grandes áreas geográficas en relativamente pequeños períodos de tiempo.

Mientras exista un continue progreso en las técnicas de recolección y análisis de datos, el principal reto para la percepción remota de hoy, es el proporcionar información utilizable oportunamente para aquellos que la necesitan. Esto requiere una infraestructura para tener acceso y distribuir datos, y una comunjdad de usuarios que puedan aplicar estos datos a sus programas. La percepción remota metereológica es quizá la única área de aplicación que ha sido considerada operacional en este sentido cuando menos sobre bases globales. La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), proporciona una estructura para la cooperación internacional en percepción remota y, a través de sus programas de investigación, publicaciones y cursos de capacitación, está activamente motivando un más amplio y efectivo uso de esta tecnología.

1.2 Términos y Conceptos Básicos

Antes de proceder, serán explicados algunos térrinos y conceptos que son utilizados a lo largo de este manual. Aunque éstos serán discutidos en mayor detalle en secciones subsecuentes, serán introducidos brevemente en este punto para facilitar el entendimiento del texto.

Percepción remota puede ser definida como la adquisición de información acerca de un objeto o un evento sobre bases de mediciones tomados a cierta distancia de él. En la práctica, el término es normalmente utilizado para describir la recolección y análisis de datos hecha por instrumentos transportados en o sobre la atmósfera de la tierra.

Un sensor es un dispositivo que detecta y mide parámetros físicos tales como radiación, y los convierte en una forma en la cual pueden ser almacenados o transmitidos. En otras palabras, es un dispositivo que “ve” los objetos o el terreno al cual es apuntado. Aunque los dispositivos que perciben gravedad, campos magnéticos u ondas de sonido, pueden correctamente ser clasificados como sensores remotos, muchos autores restringen el uso de percepción remota para describir mediciones de radiación electromagnética. Esa convención se seguirá en este manual, aunque se incluye una breve sección de instrumentos de acústica subacuática y ecosondas dada su importancia en la industria pesquera.

Radiación Electromagnética (EMR) es un tipo de energía que aparece en formas como el rayo-x, la luz visible, las microondas y las ondas de radio. Aunque estas formas de EMR pueden inicialmente parecer fenómenos separados, son de hecho, parte de un espectro contínuo. Esto puede ser entendido a través de considerar cómo un prisma separa la luz blanca en diferentes colores; cada color representa una longitud de onda diferente de la luz. La luz visible es el único segmento del EMR que la visión humana puede detectar.

Un sensor dado puede detectar EMR únicamente a través de un rango limitado de longitudes de onda, este rango es referido como la banda espectral. La amplitud de la banda espectral, esto es, el grado en el que el rango limitado de las longitudes de onda es detectado, es referido como la resolución espectral. Algunos sensores están compuestos por un cierto número de detectores, cada uno de ellos sensible a una diferente banda espectral. Estos son llamados sensores multiespectrales o multibandas. A través de nuestra observación de la tierra, en dos o más bandas simultáneamente, es posible discriminar respecto a un gran rango de características. La combinación de respuestas típicas provenientes de un objetivo específico observado por un sensor en varias bandas espectrales es llamada la firma espectral de tal objetivo.

Los sensores pueden ser clasificados de acuerdo a diferenles criterios. Por ejemplo, hay sensores de imágenes y de no-imágenes. Como su nombre lo implica, los sensores de i imágenes producen una “figura” bidimensional, mientras que los sensores de no-imágenes producen mediciones de puntos o perfiles. Los sensores son también descritos como activos o pasivos. Sensores activos transmiten la radiación para “iluminar” la superficie y recibir y medir la cantidad de radiación que es reflejada. Los sensores pasivos, en contraste, miden la radiación producida naturalmente ya sea energía solar reflejada o energia terrestre emitida.

Para proporcionar una visión de la superficie de la tierra un sensor debe de estar montado en una plataforma que es simplemente un dispositivo o vehículo desde el cual un sensor opera. Aunque las plataformás estaciónarias, ya sea adjuntas o confinadas al piso, son algunas veces utilizadas en aplicaciónes especializadas, los aviones y los satélites son las plataformás más comúnmente utilizadas para la percepción remota. Una regla general es que mientras más grande la altitud de las plataformás, más grande el área que puede ser “observada” por el sensor; sin embargo, la habilidad de discriminar pequeños objetos será más reducida

El nivel de detalle espacial que puede ser observado o grabado por un sensor es referido como su resolución espacial. Para un sistema de sensor/plataforma, la resolucíon espacial es usualmente descrita en términos de la unidad de área más pequeña que puede ser distinguida de sus vecinos. En un sensor de imágenes, los elementos individuales que componen una imágen son llamados pixels, un término derivado de “elementos de fotografía”. El área de la superficie de la tierra representada por un pixel normalmente corresponde a la resolución espacial del sensor, esto es, el tamaño de la celda de resolución terrestre.

Los datos provenientes de los sensores pueden ser almacenados en formatos analógicos o digitales. En un sistema analógico las variaciones en la intensidad de los insumos originales de las señales, por ejemplo (la variación en la brillantez de una imagen), son presentados por variaciones continuas en algun otro medio tal como el voltaje o la densidad de la película. Una representación digital en contraste, divide la señal original en rangos discretos, a cada uno de los cuales le es asignado un valor númerico. El rango de la señal original representado por un valor númerico único es llamado la resolución radiométrica del sistema del sensor. Los datos grabados digitalmente a diferencia de los datos analógicos, pueden ser procesados fácilmente por computadoras y pueden copiarse repetidamente sin afectarse negativamente los originales o datos copiados. Para la interpretación humana, sin embargo, un desplegado analógico tal como una fotografía o una imagen de televisión es más útil. Con equipo apropiado es posible convertir datos de un formato al otro.

Un concepto final que debe ser mencionado es la temporalidad de la información percibida remotamente. El término tiempo real es utilizado para describir datos que están disponibles para ser desplegados o ser analizados al mismo tiempo y a la misma tasa a la que son adquiridos. Comúnmente, existe un retraso entre el tiempo en el que el sensor “observa” la superficie y el tiempo en el que los datos están disponibles para su uso. Si ese retraso es pequeño, por ejemplo de algunas horas, los datos son llamados datos cercanos a tiempo real. Cuando los datos han sido colectados con considerable anticipación a su análisis, estos son referidos como datos históricos o datos de archivo. La temporalidad es una consideración particularmente importante para aplicaciones pesqueras por la naturaleza dinámica de los recursos marinos y de los procesos oceánicos.

1.3 Aplicaciones Pesqueras

La discusión se ha enfocado hasta este momento, a la tecnología de percepción remota sin referencia a sus aplicaciones en el manejo de pesquerías. La sección que inmediatamente sigue describe los principios de percepción remota y los sistemas y técnicas de análisis en mayor detalle. Antes de proceder con este examen de la percepción remota, es apropiado hacer una lista de los tipos de estudios relacionados a pesquerías a los cuales percepción remota puede ser aplicada. Debe enfatizarse que un buen número de las aplicaciones descritas están en etapa de investigación, por lo que no son actualmente operacionales.

Aunque la detección directa de stock de peces pudiera aparecer como el más obvio objetivo para la percepción remota, es de hecho el más difícil de lograr. La observación visual de peces desde un avión es utilizado exitosamente para localizar un gran número de especies pelágicas como la anchoveta, el pez espada, la sardina y el atún. En este caso, un observador capacitado es el “sensor” que mantiene comunicación de radio directa con los barcos que se encuentran en el área de pesca. Si se utiliza o si se transporta una cámara en el avión, se toman fotografías para evaluación subsecuente del stock. Diferentes especies pueden ser distinguidas sobre la base de su color, comportamiento, y patrones de agregación o patrón del cardumen. La Tabla 1.1 presenta una lista de especies que pueden ser directamente observables desde aviones de bajo nivel. La detección de peces está limitada por el rango del avión y es únicamente factible cuando la probabilidad de la detección de peces es razonablemente alta y los retornos económicos derivados de la captura justifican el gasto de la vigilancia aérea.

Un tipo modificado de detección de peces, hace uso del fenómeno de bio-luminiscencia que es la emisión de luz de ciertos tipos de plancton cuando son perturbados por el movimiento de peces. Este fenómeno ha sido reconocido por pescadores y es regularmente utilizado para localizar peces cuando son abundantes los organismos bio-luminiscentes. Sistemas sensitivos de televisión de bajo nivel de luz (LLLTF) equipados con tubos intensificadores de imágenes, pueden ser utilizados para amplificar la relativamente pequeña cantidad de luz producida biológicamente. La información derivada de sistemas LLLTV pueden ser utilizada para dirigir a las embarcaciones hacia los cardúmenes de peces. Se han realizado esfuerzos para obtener imágenes bio-luminiscentes de satélites orbitales que barren la parte obscura de la tierra.

Mientras que la detección directa de peces no siempre es factible, su detección indirecta puede ser posible a través de la observación de fenómenos de la superficie del mar asociados a la distribución de peces. Esto puede involucrar simplemente mapear la distribución de actividades de pesca dentro de un área dada. Cambios en el color del oceáno, de azul a verde, pueden servir también como un indicador de incrementos en la abundancia de plancton. El color verde es asociado con la presencia de clorofila, el pigmento retenedor de la luz del fitoplancton. Mientras que el color del oceáno ha sido utilizado a lo largo del tiempo por pescadores para localizar especies de peces, las imágenes de aviones y satélites pueden grabar variaciones de los colores en un área mucho mayor de una manera mucho más precisa. Se han desarrollado técnicas para cuantificar la productividad biológica sobre la base de distribución y abundancia de clorofila.

La temperatura del agua es otro factor importante en la determinación de la distribución de peces. Para ello, pueden ser utilizados sensores térmicos para producir mapas de la temperatura de la superficie del mar (SST). Tal mapeo puede ser utilizado para identificar aguas frías de surgencias y localizar las fronteras entre aguas calientes y aguas frías donde es sabido que varias especies se congregan.

Adicionalemnte a la detección de recursos, la percepción remota puede ser valiosa en la caracterización del medio ambiente marino y costero. Esto puede involucrar actividades tales como: la actualización de cartas de navegación con datos de líneas de costa y batimétricos, el mapeo de los tipos y distribución de humedales costeros y la identificación de plantas marinas y tipos de sedimentos en la zona de intermareas en aguas bajas o someras y el monitoreo de la condición de los arrecifes coralinos. Mientras que las aplicaciones antes mencionadas están relacionadas con condiciones relativamente estáticas o lentamente cambiantes, la percepción remota también puede ser utilizada para observar fenómenos más dinámicos sobre bases regulares y repetitivas. Ejemplos en esta categoria incluyen patrones de turbidez (debido a materiales orgánicos e inorgánicos), corrientes, mezcla de agua dulce y agua salada, y regiones de vientos y olas. El monitoreo de largo plazo de estos fenómenos puede proporcionar un mejor entendimiento del medio ambiente físico que soporta la actividad biológica y establece la línea de base sobre la cual eventos divergentes o poco usuales pueden ser medidos.

Pronósticos mejorados del tiempo, ayudados en parte por la percepción remota, pueden significar mayor seguridad para los pescadores en el mar. La contaminación de fuentes costeras o lejanas a la costa que pueden afectar negativamente a los barcos pesqueros, pueden ser monitoreadas por percepción remota. La intensidad y tipo de la actividad pesquera puede también ser remotamente sensada o percibida. Esta información puede ser utilizada para determinar la tasa de explotación de recursos y para asistir o ayudar la vigilancia de las regulaciones pesqueras.

Los ejemplos citados arriba ilustran algunas de las aplicaciones de percepción remota que pueden ser de interés al personal de pesquerías. Debe ser enfatizado sin embargo, que la percepción remota puede ser utilizada muy rara vez de manera aislada; debe de ser integrada a otras fuentes de información. Las secciones que siguen explican cómo los datos son remotamente adquiridos, procesados, y analizados, y demuestran, a través de una serie de estudios de caso, cómo son utilizados actualmente para facilitar la explotación y manejo de pesquerías.