La misión CO3D, dedicada a la cartografía tridimensional de la masa terrestre mundial, se basa en una serie de innovaciones tecnológicas. ¿Su principal reto? Cubrir una superficie considerable con una precisión de un metro, incluidas imágenes de objetos en movimiento como vehículos o columnas de humo, al tiempo que se confía en un procesamiento totalmente automatizado para reducir los costes de producción.
Por Laurent Lebegue, Responsable de actuaciones del sistema del proyecto CO3D, Centre national d’études spatiales (CNES), Francia
Cuatro satélites de nueva generación partirán de Kourou (Guayana Francesa) el 25 de julio a bordo de un cohete Vega-C. La misión CO3D, desarrollada conjuntamente por el Centre national d’études spatiales (Cnes) y Airbus, tiene por objeto proporcionar cartografía en relieve, conocida en la industria como “modelos digitales de superficie”, para necesidades claramente identificadas -tanto civiles como militares-, pero también desarrollar nuevos usos para esta información 3D aún insospechada, ya sea por parte de organismos de investigación o de start-ups.
¿Por qué cartografiar la Tierra en 3D?
Los datos adquiridos por la misión CO3D permitirán vigilar la Tierra desde el espacio. Por ejemplo, los científicos podrán seguir las variaciones del volumen de los glaciares o de la capa de nieve en las montañas. También podrán estudiar la evolución del litoral y el hundimiento de los acantilados, simulando el impacto de la subida del nivel del mar en las tierras costeras.
La cartografía 3D de la biomasa también permite controlar la deforestación a gran escala o, más localmente, el desarrollo de la vegetación urbana y la gestión de las islas de calor. Todos estos datos, que constituyen uno de los componentes básicos de los gemelos digitales, son esenciales para comprender mejor el impacto del cambio climático en los ecosistemas y los territorios.
Más allá de las ciencias, la modelización 3D precisa es una herramienta esencial para los agentes del sector público, como las autoridades locales y la seguridad civil. Estos últimos utilizan los datos 3D para la ordenación del territorio, la gestión de zonas como las inundables o el conocimiento preciso del terreno en caso de gestión de crisis tras una catástrofe natural.
Por ejemplo, en caso de terremoto, los satélites de observación se activan para evaluar los daños a gran escala con el fin de ayudar a los servicios de emergencia a priorizar su respuesta, pero también para evaluar la reconstrucción que debe planificarse. Estas operaciones pueden realizarse con imágenes 2D convencionales, pero estimar el hundimiento del suelo de un edificio con una simple vista vertical no es necesariamente apropiado, a diferencia de las imágenes 3D, que pueden medir alturas directamente.
En materia de defensa, los datos CO3D ayudarán, por ejemplo, a preparar misiones de aviones o drones a baja altitud, así como despliegues de vehículos y tropas en terrenos accidentados.
¿Cómo funciona esta nueva imagen en 3D?
La constelación consta de cuatro satélites construidos por Airbus, cada uno de 285 kilogramos y con una vida útil de ocho años. Adquirirán imágenes en color con una resolución de 50 centímetros, la necesaria para producir modelos digitales de superficie con una precisión altimétrica de alrededor de un metro.
Los cuatro satélites se agruparán en dos parejas situadas en la misma órbita (a una altitud de 502 kilómetros), pero en direcciones opuestas para reducir el tiempo necesario para que los satélites vuelvan a fotografiar el mismo lugar.
El principio utilizado para generar modelos digitales de superficie a partir de imágenes es el mismo que nos permite ver en tres dimensiones: la visión estereoscópica. Las imágenes de un lugar de la Tierra son adquiridas por dos satélites en ángulos diferentes, igual que hacen nuestros ojos. El paralaje medido entre las dos imágenes es utilizado por un potente software para calcular la tercera dimensión, igual que hace nuestro cerebro.
Además, como las imágenes se adquieren con dos satélites diferentes que pueden sincronizarse en el tiempo, es posible representar en 3D objetos en movimiento como vehículos, columnas de humo, olas, etc. Esta capacidad, nunca alcanzada por misiones anteriores, debería mejorar la calidad de los modelos digitales de superficie y abrir el campo a nuevas aplicaciones. Esta capacidad, nunca antes alcanzada por misiones anteriores, debería mejorar la calidad de los modelos digitales de superficie y abrir el campo a nuevas aplicaciones.
Los colores disponibles son el rojo, el verde y el azul, así como el infrarrojo cercano, que proporciona imágenes en color natural, tal y como las ven nuestros ojos, pero también aumenta la capacidad de diferenciar entre materiales, más allá de lo que puede hacer la visión humana. Por ejemplo, un campo deportivo que parece verde en color natural puede distinguirse como césped o sintético gracias al NIR. Cabe señalar que la resolución nativa de 50 centímetros en el infrarrojo cercano no tiene parangón hasta la fecha con otras misiones espaciales. Por ejemplo, nos permitirá generar automáticamente mapas precisos de masas de agua y vegetación, lo que nos ayudará a producir automáticamente nuestros modelos digitales de superficie de precisión métrica.
Cada uno de los satélites tiene capacidad para adquirir unas 6.500 imágenes al día, pero a pesar de ello se tardará unos cuatro años en cubrir todas las superficies terrestres previstas y producir los datos asociados; como una imagen elemental tiene una huella de 35 kilómetros cuadrados, se necesitarán unos 3,5 millones de pares de imágenes estereoscópicas para cubrir los 120 millones de kilómetros cuadrados.
Mucho trabajo preliminar para sacar el máximo partido a los datos
Muchas de las innovaciones también afectan a la planificación y el procesamiento de las misiones sobre el terreno. Dado que los satélites ópticos no pueden ver a través de las nubes, tener en cuenta las previsiones meteorológicas más recientes posibles es un factor clave para el rendimiento de la recogida de datos. Los satélites son muy ágiles y pueden pilotarse para observar entre las nubes. Con CO3D, la previsión meteorológica se actualiza con cada órbita, es decir, quince veces al día.
El volumen de datos que hay que generar para cubrir el mundo en 4 años es considerable: unos 6.000 terabytes (el equivalente a un millón de DVD). La única solución posible para alcanzar este objetivo en un plazo limitado y a un coste reducido era que Cnes desarrollara cadenas de procesamiento robustas, sin retrabajo manual y masivamente paralelizadas en una nube segura.
Cnes también está desarrollando un centro de calibración de imágenes dedicado a la misión CO3D. Durante los seis meses siguientes al lanzamiento, este centro se encargará de ajustar los satélites, los instrumentos y el software de procesamiento para garantizar la mejor calidad de imagen posible. Una vez concluidas estas fases de cualificación de los satélites y los datos, los mapas 3D se pondrán a disposición de los socios institucionales del CNES (científicos, autoridades locales y equipos de investigación y desarrollo) a medida que se vayan elaborando.
Posteriormente, tras una fase de demostración de producción a gran escala de dieciocho meses, Airbus también comercializará datos para sus clientes.A pocos días del lanzamiento, la campaña de preparación de los satélites está en pleno apogeo en Kourou, y todos los equipos de desarrollo y operaciones en Toulouse ultiman los últimos ajustes para poner en marcha las actividades de puesta en servicio y aceptación en vuelo, posicionar los satélites en su órbita definitiva, poner en marcha los equipos e instrumentos de los satélites y ajustar los parámetros de procesamiento aplicados en tierra.
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