Actualización Cartográfica Con Imágenes Satelitales

Dentro de los diferentes métodos de producción Cartográfica, los que se han ido mejorando a lo largo de los años, la Teledetección puede y es un gran aporte en la integración e innovación de las diferentes tecnologías referentes a la Información Territorial.

Es por esto, que este trabajo va dirigido a la aplicación de la Teledetección en el área de la Cartografía, principalmente y como titulo del tema en la Actualización Cartográfica con Imágenes Satelitales, específicamente del satélite Landsat ETM+ y un Modelo Digital de Elevación (MDE) del programa espacial SRTM.

En el desarrollo se verán los aspectos teóricos, técnicos y las metodologías que ocupa la Teledetección en el tratamiento de las Imágenes Satelitales, se trataran temas como por ejemplo, los fundamentos físicos de la Teledetección, sensores remotos, el programa espacial de Landsat, Imágenes Satelitales, Modelos Digitales de Elevación (MDE), sus errores y correcciones, se realizara y analizará una Ortorectificación a la Imagen Satelital para su aplicación Cartográfica. Todo con el propósito de la integración de esta Tecnología en los métodos tradicionales de generación Cartográfica, para obtener como resultado final un documento cartográfico llamado Espaciocarta y realizar un Estudio de crecimiento urbano específicamente en la comuna de Puente Alto.

Se busca finalmente en este trabajo de titulación, dejar a la Teledetección y a los productos provenientes de los programas espaciales como las Imágenes Satelitales y los Modelos Digitales de Elevación (MDE), como una alternativa a la Actualización y Generación de Cartografía.

1. Introducción

Gracias a los avances tecnológicos hoy en día se cuenta con satélites artificiales, producidos por el hombre, los que tiene la capacidad de tener una visión panorámica de toda la superficie terrestre. Ya sean, con fines de investigación, comercial o bélicos, estos satélites tienen la propiedad de ser una herramienta para el beneficio propio de la humanidad.

La carrera espacial tiene sus principios en la Guerra Fría, el primer satélite artificial fue puesto en orbita el 4 de Octubre de 1957, fue el Sputnik, lanzado por la ex Unión de Republicas Socialistas Soviéticas (URSS), con fines netamente militares. En 1960, la NASA lanza su primer satélite de la serie TIROS, con el objeto de detectar cambios meteorológicos, el que ha permitido el control de las condiciones atmosféricas o evitando posibles desastres naturales. Así como estos primeros satélites, muchos más han sido lanzados al espacio con diferentes objetivos y diferente tecnología, lo que ha permitido al ser humano, estudiar el espacio y sus fenómenos, mejorar la tecnología en telecomunicaciones y realizar un sin fin de estudios acerca del planeta Tierra.

1.2 Estado Actual en el Tratamiento del Problema

El Instituto Geográfico Militar es la institución que se preocupa de mantener la totalidad de la cartografía territorial en un constante proceso de actualización, de acuerdo a esto se puede notar que para realizar la actualización cartográfica, la teledetección puede ser una herramienta que puede aportar mayor rapidez y menor costo, por ejemplo, en estudios de crecimiento urbano, identificación de nuevas carreteras, suelos agrícolas, etc.

1.3 Hipótesis

A través de Imágenes Satelitales y un Modelo Digital de Elevación (MDE) se puede realizar una actualización cartográfica a escala 1:50.000.

1.5 Metodología del trabajo

Se darán tópicos obligatorios como son los Fundamentos de la Teledetección, Tipos de Sensores, Resolución de un Sensor, definición de lo que es una Imagen Satelital; esta primera parte tratara acerca de los conceptos generales de la Percepción Remota, conceptos importantes a la hora de trabajar con Imágenes Satelitales.

Dar una descripción completa del Programa del satélite Landsat ETM+ y todo lo correspondiente a este; el tipo sensor, las resoluciones, la geometría del sensor, bandas etc.

Procesamiento de correcciones de la imagen; Corrección radiométrica y geométrica, métodos de remuestreo, niveles de corrección en que vienen las imágenes Landsat ETM+. Modelo Digital de Elevación MDE; tipos de modelos de elevación; características de su construcción, ya sean, por distintos métodos de captura de datos o diferentes fuentes de información, y la importancia que este tiene para el uso en la ortorectificación.

Como este estudio trata también de Cartografía, irán conceptos relacionados con esta como son la forma de la tierra, tipos de coordenadas, escala, proyecciones cartográficas, Datum, etc. Información que los Ingenieros de Ejecución en Geomensura deben conocer bien a la hora de trabajar en todo lo que respecta a información geoespacial.

1. Desarrollo

3.1 Análisis de los Materiales

Consideraciones Previas

Cabe recordar que para todo el procesamiento digital de imágenes satelitales, es necesario antes de realizar cualquier procedimiento, tener en cuenta cual(es) son el(los) objetivo(s) final(es) del trabajo en que se requiera ocupar la imagen, en este caso, la Actualización Cartográfica con Imágenes Satelitales, pretende obtener el mayor provecho de una imagen satelital, en este caso Landsat, con el objetivo de actualizar cartografía específicamente de la Región Metropolitana de Chile.

Teniendo claro lo anterior se realiza el análisis del material con que se pretende trabajar en el proceso de actualización, y de acuerdo a esto, comenzar a realizar todos los procedimientos y procesamientos respectivos en pos del resultado final.

3.1.1 Imagen Landsat

1.- Imagen Landsat ETM+ nivel L1G

El primero de estos materiales es la imagen Landsat ETM+, anteriormente ya fueron nombradas las características principales del satélite y del sensor (ver capitulo 2,10), de acuerdo con todo eso, el primer paso vendría a ser el análisis del archivo texto que viene con la imagen. Algunos de los datos que vienen en el Metadato de la imagen son por ejemplo:
La fecha de adquisición: año, mes, día (2003-01-19).
Tipo de producto: se refiere al nivel de procesamiento que tiene la imagen.
El Satélite y el Sensor: en este caso Landsat ETM+.
El WRS Path and Row: el que viene a ser la columna y fila (233, 083) en que es tomada la imagen.
Las coordenadas del centro y de los bordes de la imagen, en Latitud y Longitud, además en coordenadas de mapa.
Mínimos y Máximos de radiancia por cada banda de la imagen y de valores de los píxeles.
Calibración radiométrica
Parámetros de proyección en el que la imagen fue corregida, el tamaño del píxel, el método de remuestreo (importante a la hora del efecto que produce en la imagen respecto de la posición de los píxeles), que en este caso estaba con el método del vecino mas cercano.

Esas son las características generales del archivo de texto en las imágenes satelitales, también existen archivos de texto para las bandas termales (HTM), para la banda pancromática (HPN) y para las otras bandas del espectro visible y del infrarrojo (HRF).

El nivel de corrección que viene con la imagen L1G, corresponde esta según la ficha técnica de Landsat al nivel 5 en el que consiste en una imagen con correcciones sistemáticas, pero que se referencia utilizando las efemérides del satélite y la geometría del sensor a través de una computadora abordo que graba los datos de captura.

Altitud, efemérides y parámetros de actitud del satélite, descritos en el archivo Payload Correction Data (PCD) y en el archivo Calibration Parameter File (CPF) son los componentes fundamentales para la generación de imágenes de Nivel 5 que garantizan la fidelidad geométrica general de la imagen.

La imagen que se ocupara dentro de este proyecto específicamente esta en la zona central de Chile, la escena tiene como coordenadas centrales Geográficas -70.4409243 W y -33.10405166 S, coordenadas UTM 338155.625 y 6327646.500 o bien posición de coordenadas en Píxel 3668 y 3464, Proyección UTM, Elipsoide WGS84 y Datum WGS84, huso 19.

Conclusiones

Si bien en un principio y como hipótesis se propuso actualizar cartografía a escala 1: 50.000 la que luego fue descartada por la escala 1: 100.000, es necesario primero que todo, tener en consideración antes de proponer la escala a utilizar, el tipo de Imagen Satelital, el tamaño del píxel y las características del sensor a bordo del satélite, información muy valiosa porque de ella depende el resultado final.

Gracias a las ventajas de las imágenes satelitales, es posible desarrollar gran variedad de análisis de información territorial, los que pueden ser complementarios a todo lo existente e incluso generar información que no existía anteriormente, lo que quiere decir que gracias a estos avances tecnológicos, es posible implementarlos para actualizar la cartografía existente de manera mas rápida, eficiente y con resultados de mejor calidad, lo que da paso a que instituciones encargadas de la Cartografía Nacional como es el caso del Instituto Geográfico Militar, integre esta tecnología en beneficio del desarrollo del país.

Uno de esas tecnologías o productos son los Modelos Digitales de Elevación del programa SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), realizado por el NGA (Agencia Nacional Geoespacial) y la NASA; que fue capaz de generar la representación mas completa del relieve de la tierra, a través de un satélite por el método de la Interferometría.

Nuevo atlas revela dramáticos cambios en geografía del planeta

El Lago Chad ha disminuído en 95% desde el año 1963 y es uno de los cambios más dramáticos revelados por el Atlas 2007. Las prolongadas sequías que afectan al continente africano y el uso de sus aguas de irrigación están causando su desaparición.

Edición 2007 de la obra más prestigiosa en su tipo del mundo exhibe alteraciones causadas por factores como el cambio climático

El "Times Comprehensive Atlas of the World" que se edita desde 1895 muestra cómo la cartografía terrestre se ha visto modificada por fenómenos como el aumento del novel del mar, la desaparición de lagos y derretimiento de glaciares.

Su primer número salió a la luz pública en el año 1985, pero desde entonces sus ediciones nunca habían mostrado de forma tan evidente el impacto de la actividad del hombre sobre el paisaje terrestre. Se trata del "Times Comprehensive Atlas of the World", que en su versión 2007 revela dramáticas modificaciones en la geografía planetaria debido a fenómenos como el cambio climático, la deforestación y la construcción de grandes represas.

Desde la última edición publicada hace cuatro años, los cartógrafos tuvieron que rediseñar los mapas, redibujando líneas costeras, así como el contorno de mares y selvas que prácticamente han desaparecido a consecuencia del aumento de la temperatura global, "Podemos ver desastres ambientales que están ocurriendo ante nuestros ojos, que en el futuro cercano muchos paisajes conocidos desaparezcan para siempre", señalo al diario Telegraph Mick Ashworth, editor jefe de la publicación, usada como referencia en todo el mundo y que en esta ocasión también incluye un capítulo sobre ciudades fantasmas y curiosidades del planeta.

Lagos que se desvanecen

Uno de los ejemplos más dramáticos de estas modificaciones en el paisaje tiene lugar en el mar Aral, en Asia central (Uzbekistán), que se redujo en 75% desde 1967, pasando de ser el cuarto lago más grande del mundo a ocupar el décimo puesto. El colapso a grandes proyectos de irrigación llevados a cabo en la era soviética.

Todavía más preocupante es el caso del Lago Chad, en África, que desde 1963, Las prolongadas sequías que afectan a este continente y el uso indiscriminado de sus aguas para irrigación de tierras han hecho que prácticamente desaparezca. El mar muerto, por su parte, también refleja cambios notables: en los últimos 50 años disminuyó 25 metros. Además, los humedales en el área de los ríos Tigres y Éufrates muestran fuertes alteraciones pues sólo mantienen intacta el 7% de su superficie.

Cambio Climático

La línea costera de la península antártica también tuvo que ser redibujada por el derretimiento de grandes plataformas de hielo que ha sido asociado al calentamiento global. Una de las más grandes de estas plataformas es Larsen B, del tamaño de Luxemburgo y con un área de 3.250 km2, que se desprendió en 2002 modificando el contorno del continente helado.

También han debido modificarse costas de varias pequeñas islas del pacífico, que ven amenazada su subsistencia debido al aumento del nivel del mar, estimado en 3 ml por año. Igual cosa ocurre en Bangladesh, que ha perdido parte de su tierra firma debido a monzones más intensos y el aumento del nivel del océano. Por su parte el monte Kilimanjaro, en África, ha perdido más del 80% de sus glaciares en los últimos 100 años por razones similares.

Grandes represas

Otro caso es el de las represas. En China, el país más densamente poblado del planeta con un 1,3 mil millones de personas (un quinto de la población mundial), la construcción de la represa Gorges modificó el paisaje obligando al desplazamiento de más de un millón de personas: más de un 100 pueblos y villas fueron inundadas.

Efectos devastadores se desatan en los bosques: el 1% (1,23 millones de km) de los bosques tropicales se destruye cada año, principalmente para destinar tierra a agricultura. Otros ecosistemas amenazados son los corales, que han caído 40% en las últimas décadas.

Según el Atlas de Times: Las 10 curiosidades que presenta el planeta
Las dimensiones del Océano Pacífico son mayores que la suma de todos los continentes, islas y áreas terrestres que existen en el planeta.
Las 50 montañas y cumbres más altas del mundo se ubican en el continente asiático, considerado el techo del mundo.
El río Danubio, en Europa, fluye a través de siete países distintos en dicho continente. En cada uno de esos países recibe nombres distintos.
La fosa Mariana, que está ubicada en el Océano Pacífico, es el punto más profundo de nuestro planeta. Su profundidad llega a los 10.920 km bajo el nivel del mar.
La población de China, que asciende a 1,3 millones de habitantes, sumada a la población de la India, 1,2 mil millones de habitantes, equivale al 37% de la población total del mundo.
Estados Unidos, el país que más consume energía en el mundo, ocupa en total un cuarto de toda la energía que se produce en el planeta. Esto a pesar de contar sólo con el 5% de la población global.
Tanto China como la Federación Rusa comparten frontera con 14 naciones distintas.
Los océanos del mundo transportan energía equivalente a seis millones de centrales eléctricas funcionando.
Canadá posee la costa más extensa del mundo, sumando toda su extensión.
Alaska fue comprado a Rusia por EEUU en 1867.

Novedades y Eventos

Si bien la noticia es antigua muchos desconocíamos el tema

Integración SOKKIA - TOPCON

La Junta Directiva de TOPCON Corporation de Japón (Topcon) ha acordado una integración entre Topcon y Sokkia Company Limited (Sokkia). Bajo los términos del acuerdo, Topcon espera adquirir las acciones de Sokkia para convertirse en una subsidiaria llamada Sokkia Topcon. La actual marca Sokkia continuara por el periodo interino. La integración significara la conjunción de las dos fuerzas de trabajo, pero se tendrá cuidado de excluir las desventajas de los empleados. La división de instrumentos de topografía de Topcon es el segmento mas grande de la compañía, con un 46% del total de las ventas (consolidadas) valoradas en 47.8 billones de yenes (US$410 millones). Esta produce una completa línea de equipos de topografía: receptores GPS, sistemas de control de maquinaria, estaciones totales y equipos láser. Sokkia manufactura y vende equipos de topografía y equipos de medición, siendo su principal producto las estaciones totales. Sokkia manufactura y vende equipos GPS por medio de un “joint venture” con una firma extranjera; ventas totales (consolidadas) son de 22 billones de yenes (US$190 millones).
Fuentes:

www.topcon.co.jp
www.sokkia.co.jp

Agrimensura

La agrimensura es la rama de la topografía destinada a la delimitación de superficies, la medición de áreas y la rectificación de límites.

A lo largo de la evolución de esta disciplina los agrimensores se han servido de diversos instrumentos específicos de su actividad. Entre ellos destacó durante siglos la escuadra de agrimensor, que permitía establecer las dimensiones de diferentes ángulos en varias direcciones.

TOPOGRAFIA

La topografía es la ciencia que estudia el conjunto de principios y procedimientos que tienen por objeto la representación grafica de la superficie de la Tierra, con sus formas y detalles, tanto naturales como artificiales ( ver planimetría y altimetría ).De "Topo" que significa lugar, y de "Grafos", descripción. Esta representación tiene lugar sobre superficies planas limitándose a pequeñas extensiones de terreno, utilizando la denominación de geodesia para áreas mayores. De manera muy simple, podemos decir que para un topógrafo la Tierra es plana, mientras que para un geodesta no lo es.

Para eso se utiliza un sistema de coordenadas tridimensional siendo la X y la Y competencia de la planimetría, y la Z de la altimetría.

Los mapas topográficos utilizan el sistema de representación de planos acotados mostrando la elevación del terreno utilizando líneas que conectan los puntos con la misma cota respecto de un plano de referencia, denominadas curvas de nivel, en cuyo caso se dice que el mapa es hipsográfico. Dicho plano de referencia puede ser o no el nivel del mar, pero en caso de serlo se hablará de altitudes en lugar de cotas.

Campo de acción

La Topografía es de ayuda en varios campos, por ejemplo:
Minería
Ingeniería civil
Agronomía
Geodesia y otros

Trabajos Topográficos

La topografía es una ciencia geométrica aplicada a la descripción de la realidad física inmóvil circundante: en el ámbito rural ó natural, de la superficie terrestre; en el ámbito urbano, es la descripción de los hechos existentes que existen en un lugar determinado: muros, edificios, calles, etc.

Se puede dividir el trabajo topográfico como dos actividades congruentes: llevar "el terreno al gabinete" (mediante la medición de puntos ó relevamiento, su archivo en el instrumental electrónico y luego su edición en la computadora) y llevar "el gabinete al terreno" (mediante el replanteo por el camino inverso, desde un proyecto en la computadora a la ubicación del mismo mediante puntos sobre el terreno). Los puntos relevados o replanteados tienen un valor tridimensional, es decir, se determina la ubicación de cada punto en el plano horizontal (de dos dimensiones, norte y este) y en altura (tercera dimensión).

Obras civiles (edificios, puentes, etc.) La tarea del topógrafo es previa al inicio de un proyecto: un arquitecto ó ingeniero proyectista debe contar con un buen levantamiento plani-altimétrico ó tridimensional previo del terreno y de "hechos existentes" (elementos inmóviles y fijos al suelo) ya sea que la obra se construya en el ámbito rural ó urbano. Realizado el proyecto en base a este relevamiento, el topógrafo se encarga del "replanteo" del mismo: ubica los límites de la obra, los ejes desde los cuales se miden los elementos (columnas, tabiques, etc); establece los niveles ó altura de referencia. Luego la obra avanza y en cualquier momento, el ingeniero jefe de obra puede solicitar un "estado de obra" al topógrafo: un relevamiento in situ para verificar si se está construyendo dentro de la precisión establecida por los pliegos de condiciones. La precisión de una obra varía: no es lo mismo una central nuclear que la ubicación del eje de un canal de riego.-

Mediciones

En agrimensura se utilizan elementos como la cinta de medir, podómetro, o incluso el número de pasos de un punto a otro.
En topografía clásica, para dar coordenadas a un punto, no se utiliza directamente un sistema cartesiano tridimensional, sino que se utiliza un sistema de coordenadas esféricas que posteriormente nos permiten obtener coordenadas cartesianas. Para ello necesitamos conocer dos ángulos y una distancia. Existen diversos instrumentos que pueden medir ángulos, como la estación total. Para la medida de distancias tenemos dos métodos: distancias estadimétricas o distanciometría electrónica, siendo más precisa la segunda. Para el primer caso utilizaremos un taquímetro y para el segundo la estación total.
En la actualidad se combina el uso del GPS con la estación total

Toma de Datos

Actualmente el método más utilizado para la toma de datos se basa en el empleo de una estación total, con la cual se pueden medir ángulos horizontales, ángulos verticales y distancias. Conociendo las coordenadas del lugar donde se ha colocado la Estación es posible determinar las coordenadas tridimensionales de todos los puntos que se midan. Procesando posteriormente las coordenadas de los datos tomados es posible dibujar y representar gráficamente los detalles del terreno considerados. Con las Coordenadas de dos puntos se hace posible además calcular las distancias o el desnivel entre los mismos puntos aunque no se hubiese estacionado en ninguno. Se considera en topografía como el proceso inverso al replanteo, pues mediante La toma de Datos se dibuja en planos los detalles del terreno actual.

Replanteo

El Replanteo es el proceso Inverso a la Toma de Datos, consiste en plasmar en el terreno detalles representados en planos, como por ejemplo el lugar donde colocar pilares de cimentaciones, anteriormente dibujados en planos. El replanteo al igual que la alineación son partes importantes en la topografía, ya que son un paso importante para luego proceder con la realización de la obra.

ejes del replanteo

Los ejes que se necesitan para realizar el replanteo son:

Eje horizontal.
Eje vertical.
Eje de cotas.

Sistema de Información Geográfica

Un Sistema de Información Geográfica (SIG o GIS, en su acrónimo inglés) es una integración organizada de hardware, software, datos geográficos y personal, diseñado para capturar, almacenar, manipular, analizar y desplegar en todas sus formas la información geográficamente referenciada con el fin de resolver problemas complejos de planificación y gestión. También puede definirse como un modelo de una parte de la realidad referido a un sistema de coordenadas terrestre y construido para satisfacer unas necesidades concretas de información.

Descripción

El pionero de la epidemiología, el Dr. John Snow proporcionaría, allá por 1854, el clásico ejemplo de este concepto cuando cartografió la incidencia de los casos de cólera en un mapa del distrito de SoHo en Londres. Este protoSIG permitió a Snow localizar con precisión un pozo de agua contaminado como fuente causante del brote.

El SIG funciona como una base de datos con información geográfica (datos alfanuméricos) que se encuentra asociada por un identificador común a los objetos gráficos de un mapa digital. De esta forma, señalando un objeto se conocen sus atributos e, inversamente, preguntando por un registro de la base de datos se puede saber su localización en la cartografía.

La razón fundamental para utilizar un SIG es la gestión información espacial. El sistema permite separar la información en diferentes capas temáticas y las almacena independientemente, permitiendo trabajar con ellas de manera rápida y sencilla, y facilitando al profesional la posibilidad de relacionar la información existente a través de la topología de los objetos, con el fin de generar otra nueva que no podríamos obtener de otra forma.

Evolución histórica de los Sistemas de Información Geográfica

Para la geografía, la geología, la topografía, la biología y demás ciencias que hacen uso de la información geográfica los SIG han constituido una verdadera revolución para el conocimiento de los elementos y fenómenos que tienen lugar en la superficie terrestre. En su evolución histórica está mayoritariamente aceptada la existencia de unos periodos más o menos claros y definidos que engloban las distintas fases por las que ha transcurrido la evolución de los SIG desde su aparición hace casi cuarenta años.

Primera etapa

La primera etapa se extendería desde las primeras aproximaciones de los años cincuenta hasta mediados de los setenta y se caracteriza por los esfuerzos individuales en el desarrollo y la aplicación de los sistemas.

El nacimiento de los SIG va ligado al desarrollo de otros sistemas, de los cuales ellos son claros herederos por su similitud, los sistemas de Cartografía Asistida por Ordenador. Una característica importante de estos primeros pasos es que en todos los casos analizados las personas que iniciaron el desarrollo de estas tecnologías, desconocían realmente que lo que estaban creando eran Sistemas de Información Geográfica.

Por un lado encontramos instituciones y otras instancias gubernamentales que ponen en marcha sus iniciativas de manera particular para resolver los problemas derivados de sus actividades relacionadas con el tratamiento de la información geográfica. Por otro lado está el grupo que engloba a las universidades. En ellas también se intentan encontrar nuevos método para el tratamiento de la información espacial. Este grupo busca el desarrollo de sistemas automáticos con los que realizar análisis de datos geográficos y no tanto la producción de cartografía. Lo que ambos grupos buscan es conseguir unas aplicaciones que de forma automática resuelvan cuestiones que hasta la fecha se habían solventado de manera manual.

Las iniciativas pioneras se llevaron a cabo en los Canadá, Estados Unidos, y Gran Bretaña. El segundo de ellos es el más significativo en la evolución de los SIG, y no puede compararse con ningún otro lugar, tanto en el ámbito propio de los Sistemas de Información Geográfica como en el de las tecnologías relacionadas. Ese protagonismo estadounidense se prolonga desde los años cincuenta del siglo XX hasta la actualidad.

Canadá

Canadá es referente mundial en la historia de los SIG debido al Canadian Geographic Information System (CGIS), concebido y desarrollado desde 1966 lo que le convierte en el decano de los Sistemas de Información Geográfica y también el primero que utiliza ese nombre.

Estados Unidos

Los hitos más importantes de los SIG en los Estados Unidos son:
Laboratory of Computer Graphics and Spatial Análisis (LCG). Creado en 1966 fue la primera iniciativa cuyo objetivo principal era el diseño y desarrollo de software específico para aplicaciones cartográficas. Su principal logro fue el Symap.
Trabajos de la administración. Es un claro ejemplo de dualidad ya que en la mayoría de los casos se usaban programas propios y específicos en base a las necesidades de cada departamento, pero algunas veces también se requirió software de terceros como el mencionado Symap del LCG. Los SIG más significativos son los del United Status Census Bureau (USCB) y el del United Status Geological Survey (USGS).
Enviromental Systems Research Institute (ESRI): No es el único caso que se puede encontrar dentro del grupo de aportaciones comerciales, sin embargo lo que caracteriza a ESRI es su buen olfato comercial, sintetizado en su capacidad de previsión, de visión de futuro, de antelación. Su principal aportación al mundo de los SIG es la creación del estándar mundial en esta tecnología, ArcInfo.

Gran Bretaña

Gran Bretaña sigue un modelo muy similar al estadounidense por presentar tanto iniciativas a nivel universitario como de la administración pero sin embargo no tiene ejemplos en el sector privado tan significativos como ESRI en los Estados Unidos.

Segunda etapa

Siguiendo con las fases de evolución de los SIG, la segunda etapa se solaparía en sus primeros momentos con la primera, iniciándose hacia mediados de los años setenta y extendiéndose hasta principios de los años ochenta.

Esta etapa de desarrollo está caracterizada, en general, por la disminución de la importancia de las iniciativas individuales y un aumento de los intereses a nivel corporativo, especialmente por parte de las instancias gubernamentales y de la administración.

Tercera etapa o fase comercial

Inmediatamente después, también a inicios de los años ochenta, se da lo que se ha venido a conocer como fase comercial. Es en este periodo cuando el interés de distintas grandes industrias relacionadas directa o indirectamente con los SIG crece sobremanera, debido a la gran avalancha de productos en el mercado informático internacional que hicieron generalizarse a esta tecnología.

Cuarta etapa

El paso siguiente a la etapa comercial para profesionales, se corresponde con la década de los noventa, donde los Sistemas de Información Geográfica empezaron a difundirse al nivel del usuario doméstico debido a la generalización de los ordenadores personales o microordenadores.

Quinta etapa

En los primeros años del siglo XXI la mejora del rendimiento de los ordenadores debido a los avances tecnológicos y la consolidación, por otra parte, de la necesidad de paquetes informáticos de información geográfica conforman una nueva etapa en la evolución de los Sistemas de Información Geográfica, sobretodo con la generalización del uso de Internet que permite la distribución a nivel mundial de cartografía.

Tipo de información: raster o vectorial

La información puede ser almacenada en formato raster o vectorial. El modelo de SIG raster o de retícula se centra en las propiedades del espacio más que en la precisión de la localización. Divide el espacio en celdas regulares donde cada una de ellas representa un único valor. Cuanto mayores sean las dimensiones de las celdas (resolución) menor es la precisión o detalle en la representación del espacio geográfico. En el caso del modelo de SIG vectorial, el interés de las representaciones se centra en la precisión de localización de los elementos sobre el espacio y donde los fenómenos a representar son discretos, es decir, de límites definidos. Para modelar digitalmente las entidades del mundo real se utilizan tres objetos espaciales: el punto, la línea y el polígono.

Los SIG vectoriales son más populares en el mercado. No obstante, los SIG raster son muy utilizados en estudios que requieran la generación de capas contínuas, necesarias en fenómenos no discretos; también en estudios medioambientales donde no se requiere una excesiva precisión espacial (contaminación atmosférica, distribución de temperaturas, localización de especies marinas, análisis geológicos, etc.).

Funciones de un SIG

Las principales cuestiones que puede resolver un Sistema de Información Geográfica, ordenadas de menor a mayor complejidad, son:
Localización: preguntar por las características de un lugar concreto
Condición: el cumplimiento o no de unas condiciones impuestas al sistema.
Tendencia: comparación entre situaciones temporales o espaciales distintas de alguna característica.
Rutas: cálculo de rutas óptimas entre dos o más puntos.
Pautas: detección de pautas espaciales.
Modelos: generación de modelos a partir de fenómenos o actuaciones simuladas.

Por ser tan versátiles los sistemas de información geográfica, su campo de aplicación es muy amplio, pudiendo utilizarse en la mayoría de las actividades con un componente espacial. La profunda revolución que han provocado las nuevas tecnologías ha incidido de manera decisiva en su evolución.

¿QUE ES LA PERCEPCIÓN REMOTA?

La Percepción Remota (Remote Sensing) o Teledetección puede definirse como la ciencia y arte de obtener información de un objeto analizando los datos adquiridos mediante algún dispositivo que no está en contacto físico con dicho objeto. A pequeña escala, Ud., al leer estas líneas, esta ejecutando un acto de Percepcián Remota. Su sistema sensorial asignado a la vision esta en primera instancia identificando letras, luego agrupándolas en palabras y más tarde en oraciones, para finalmente, sumando estas oraciones.

La historia de la Percepción Remota comenzó hace unos 600 millones de años, cuando alguna forma inferior de vida animal diferenció algunas de sus células, volviéndolas fotosensibles.

También durante millones de años dicho rudimento fotosensible evolucionó convirtiéndose en un poderoso y sofisticado sensor, el ojo humano. Este tuvo un imitador mecánico, la cámara fotográfica, que hizo su aparición hace algo más de un siglo y que fue muy mejorada durante la década de 1930 para ser aplicada a la fotografía aérea. La Segunda Guerra Mundial dio un gran impulso a la fotografía aérea así como a otras formas de percepción remota. Sin embargo, el "salto cuántico" en esta disciplina se produjo en la década de 1960 cuando las plataformas satelitales reemplazaron a las aéreas y los sensores electrónicos multiespectrales, acoplados a computadoras, reemplazaron las cámaras fotográficas. El esquema operativo de un satélite de observación se representa en forma muy simplificada, en la figura 1.

Los objetos terrestres, iluminados por la radiación solar, reflejan ésta luego de introducir en ella modificaciones inducidas por la misma estructura y composición de dichos objetos. La radiación reflejada es capturada por los sensores del satélite, siendo parcialmente procesada a bordo de éste y retransmitida a estaciones receptoras terrestres para su posterior procesamiento y análisis (fuente emisora, sensor, cerebro).

Sistema de posicionamiento global

El Global Positioning System (GPS) o Sistema de Posicionamiento Global (más conocido con las siglas GPS aunque su nombre correcto es NAVSTAR-GPS1) es un Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) el cual permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona, un vehículo o una nave, con una precisión hasta de centímetros usando GPS diferencial, aunque lo habitual son unos pocos metros. El sistema fue desarrollado e instalado, y actualmente es operado, por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

El GPS funciona mediante una red de 24 satélites (21 operativos y 3 de respaldo) en órbita sobre el globo a 20.200 km con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la tierra. Cuando se desea determinar la posición, el aparato que se utiliza para ello localiza automáticamente como mínimo cuatro satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando la posición y el reloj de cada uno de ellos. En base a estas señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el retraso de las señales, es decir, la distancia al satélite. Por "triangulación" calcula la posición en que éste se encuentra. La triangulación en el caso del GPS, a diferencia del caso 2-D que consiste en averiguar el ángulo respecto de puntos conocidos, se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición. Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los tres satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene la posición absoluta o coordenadas reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites.

La antigua Unión Soviética tenía un sistema similar llamado GLONASS, ahora gestionado por la Federación Rusa.

Actualmente la Unión Europea intenta lanzar su propio sistema de posicionamiento por satélite, denominado 'Galileo'.

Características técnicas y prestaciones

Operador de satélites controlando la constelación NAVSTAR-GPS en la Base Aérea de Schriever.
Lanzamiento de satélites para la constelación NAVSTAR-GPS mediante un cohete Delta

Este Sistema Global de Navegación por Satélite lo componen:
Sistema de satélites. Está formado por 24 unidades con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie del globo terráqueo. Más concretamente, repartidos en 6 planos orbitales de 4 satélites cada uno. La energía eléctrica que requieren para su funcionamiento la adquieren a partir de dos paneles compuestos de celdas solares adosadas a sus costados.
Estaciones terrestres. Envían información de control a los satélites para controlar las órbitas y realizar el mantenimiento de toda la constelación.
Terminales receptores: Indica la posición en la que estamos, conocidas también como Unidades GPS, son las que podemos adquirir en las tiendas especializadas.

Segmento Espacial

Satélites en la constelación: 24 (4 X 6 órbitas)
Altitud: 20.200 km
Período: 11 h 56 min
Inclinación: 55 grados (respecto al ecuador terrestre).
Vida útil: 7,5 años
Segmento de Control (estaciones terrestres)
Estación principal: 1
Antena de tierra: 4
Estación monitora (de seguimiento): 5
Señal RF
Frecuencia portadora:
Civil - 1 575.42 MHz (L1). Utiliza el Código de Adquisición Aproximativa (C/A)
Militar – 1227.60 MHz (L2). Utiliza el Código de Precisión (P), cifrado.
- Nivel de potencia de la señal: -160 dBW (en superficie tierra)
- Polarización: circular dextrógira
Exactitud
Posición: aproximadamente 15 m (el 95%)
Hora: 1 ns
Cobertura: mundial
Capacidad de usuarios: ilimitada
Sistema de coordenadas:
Sistema Geodésico Mundial 1984 (WGS84)
Centrado en la Tierra, fijo.
Integridad: tiempo de notificación 15 minutos o mayor. NO ES SUFICIENTE PARA LA AVIACIÓN CIVIL
Disponibilidad: 24 satélites - 70 % y 21 satélites - 98 % NO ES SUFICIENTE COMO MEDIO PRIMARIO DE NAVEGACIÓN

Evolución del sistema GPS

El GPS está evolucionando hacia un sistema más sólido (GPS III), con una mayor disponibilidad y que reduzca la complejidad de las aumentaciones GPS. Algunas de las mejoras previstas comprenden:
Incorporación de una nueva señal en L2 para uso civil.
Adición de una tercera señal civil (L5): 1176.45 MHz
Protección y disponibilidad de una de las dos nuevas señales para servicios de Seguridad Para la Vida (SOL).
Mejora en la estructura de señales.
Incremento en la potencia de señal (L5 tendrá un nivel de potencia de -154 dB).
Mejora en la precisión (1 – 5 m).
Aumento en el número de estaciones monitorizadas: 12 (el doble)
Permitir mejor interoperabilidad con la frecuencia L1 de Galileo

El programa GPS III persigue el objetivo de garantizar que el GPS satisfará requisitos militares y civiles previstos para los próximos 30 años. Este programa se está desarrollando para utilizar un enfoque en 3 etapas (una de las etapas de transición es el GPS II) muy flexible, permite cambios futuros y reduce riesgos. El desarrollo de satélites GPS II comenzó en 2005, y el primero de ellos estará disponible para su lanzamiento en 2012, con el objetivo de lograr la transición completa de GPS III en 2017. Los desafíos son los siguientes:
Representar los requisitos de usuarios tanto civiles como militares en cuanto a GPS.
Limitar los requisitos GPS III dentro de los objetivos operacionales.
Proporcionar flexibilidad que permita cambios futuros para satisfacer requisitos de los usuarios hasta 2030.
Proporcionar solidez para la creciente dependencia en la determinación de posición y de hora precisa como servicio internacional.

Funcionamiento

Receptor GPS
La situación de los satélites es conocida por el receptor con base en las efemérides (5 parámetros orbitales Keplerianos), parámetros que son transmitidos por los propios satélites. La colección de efemérides de toda la constelación se completa cada 12 min y se guarda en el receptor GPS.
El receptor GPS funciona midiendo su distancia de los satélites, y usa esa información para calcular su posición. Esta distancia se mide calculando el tiempo que la señal tarda en llegar al receptor. Conocido ese tiempo y basándose en el hecho de que la señal viaja a la velocidad de la luz (salvo algunas correcciones que se aplican), se puede calcular la distancia entre el receptor y el satélite.
Cada satélite indica que el receptor se encuentra en un punto en la superficie de la esfera con centro en el propio satélite y de radio la distancia total hasta el receptor.
Obteniendo información de dos satélites se nos indica que el receptor se encuentra sobre la circunferencia que resulta cuando se intersectan las dos esferas.
Si adquirimos la misma información de un tercer satélite notamos que la nueva esfera solo corta la circunferencia anterior en dos puntos. Uno de ellos se puede descartar porque ofrece una posición absurda. De esta manera ya tendríamos la posición en 3-D. Sin embargo, dado que el reloj que incorporan los receptores GPS no está sincronizado con los relojes atómicos de los satélites GPS, los dos puntos determinados no son precisos.
Teniendo información de un cuarto satélite, eliminamos el inconveniente de la falta de sincronización entre los relojes de los receptores GPS y los relojes de los satélites. Y es en este momento cuando el receptor GPS puede determinar una posición 3-D exacta (latitud, longitud y altitud). Al no estar sincronizados los relojes entre el receptor y los satélites, la intersección de las cuatro esferas con centro en estos satélites es un pequeño volumen en vez de ser un punto. La corrección consiste en ajustar la hora del receptor de tal forma que este volumen se transforme en un punto.

Fiabilidad de los datos

Debido al carácter militar del sistema GPS, el Departamento de Defensa de los EE.UU. se reservaba la posibilidad de incluir un cierto grado de error aleatorio que puede variar de los 15 a los 100 m. La llamada disponibilidad selectiva (S/A) fue eliminada el 2 de mayo de 2000. Aunque actualmente no aplique tal error inducido, la precisión intrínseca del sistema GPS depende del número de satélites visibles en un momento y posición determinados. Sin aplicar ningún tipo de corrección y con ocho satélites a la vista, la precisión es de 6 a 15 metros; pero puede obtenerse más precisión usando sistemas de corrección (Ej: DGPS).

Fuentes de error

Fuentes de errorFuente Efecto
Ionósfera ± 5 m
Efemérides ± 2,5 m
Reloj satelital ± 2 m
Distorsión multibandas ± 1 m
Tropósfera ± 0,5 m
Errores numéricos ± 1 m o menos

Retraso de la señal en la ionosfera y troposfera.
Señal multirruta, producida por el rebote de la señal en edificios y montañas cercanos.
Errores de orbitales, donde los datos de la órbita del satélite no son completamente precisos.
Número de satélites visibles.
Geometría de los satélites visibles.
Errores locales en el reloj del GPS.

GPS Diferencial
Estación de referencia DGPS

El DGPS (Differential GPS) o GPS diferencial es un sistema que proporciona a los receptores de GPS correcciones a los datos recibidos de los satélites GPS con el fin de proporcionan una mayor precisión en la posición calculada. Se concibió fundamentalmente debido la introducción de la disponibilidad selectiva (SA).

El fundamento radica en el hecho de que los errores producidos por el sistema GPS afectan por igual (o de forma muy similar) a los receptores situados próximos entre si. Los errores están fuertemente correlacionados en los receptores próximos.

Un receptor GPS fijo en tierra (referencia) que conoce exactamente su posición basándose en otras técnicas, recibe la posición dada por el sistema GPS, y puede calcular los errores producidos por el sistema GPS, comparándola con la suya conocida de antemano. Este receptor transmite la corrección de errores a los receptores próximos a él, y así estos pueden a su vez corregir también los errores producidos por el sistema dentro del área de cobertura de transmisión de señales del equipo GPS de referencia.

En suma la estructura DGPS quedaría de la siguiente manera:
Estación monitorizada (referencia) que conoce su posición con una precisión muy alta. Esta estación está compuesta por:
Un receptor GPS
Un microprocesador para calcular los errores del sistema GPS y para generar la estructura del mensaje que se envía a los receptores.
Transmisor para establecer un enlace de datos unidireccional hacia los receptores de los usuarios finales.
Equipo de usuario, compuesto por un receptor DGPS (GPS + receptor del enlace de datos desde la estación monitorizada)

Existen varias formas de obtener las correcciones DGPS. Las más usadas son:
Recibidas por radio a través de algún canal preparado para ello, como el RDS en una emisora de FM.
Descargadas de Internet con una conexión inalámbrica.
Proporcionadas por algún sistema de satélites diseñado para tal efecto. En Estados Unidos existe el WAAS, en Europa el EGNOS y en Japón el MSAS, todos compatibles entre sí.

En los mensajes que se envían a los receptores próximos se pueden incluir dos tipos de correcciones:
Una corrección directamente aplicada a la posición. Esto tiene el inconveniente de que tanto el usuario como la estación monitora deberán emplear los mismos satélites, pues las correcciones se basan en esos mismos satélites.
Una corrección aplicada a las pseudodistancias de cada uno de los satélites visibles. En este caso el usuario podrá hacer la corrección con los 4 satélites de mejor relación señal-a-ruido (S/N). Esta corrección es más flexible.

El error producido por la disponibilidad selectiva (SA) varía incluso más rápido que la velocidad de transmisión de los datos. Por ello, junto con el mensaje que se envía de correcciones también se envía el tiempo de validez de las correcciones y sus tendencias. Por tanto el receptor deberá hacer algún tipo de interpolación para corregir los errores producidos.

Si se deseara incrementar el área de cobertura de correcciones DGPS y, al mismo tiempo, minimizar el número de receptores de referencia fijos, será necesario modelar las variaciones espaciales y temporales de los errores. En tal caso estaríamos hablando del GPS diferencial de área amplia.

Con el DGPS se pueden corregir en parte los errores debidos a:
Disponibilidad selectiva (eliminada a partir del año 2000).
Propagación por la ionosfera - troposfera.
Errores en la posición del satélite (efemérides).
Errores producidos por problemas en el reloj del satélite.

Para que las correcciones DGPS sean válidas, el receptor tiene que estar relativamente cerca de alguna estación DGPS, generalmente, a menos de 1.000 km. La precisión lograda puede ser de unos dos metros en latitud y longitud, y unos 3 m en altitud.

Vocabulario básico en GPS

BRG (Bearing): el rumbo entre dos puntos de pasos intermedios (waypoints)
CMG (Course Made Good): rumbo entre el punto de partida y la posición actual
EPE (Estimated Postion Error): margen de error estimado por el receptor
ETE (Estimated Time Enroute): tiempo estimado entre dos waypoints
DOP (Dilution Of Precision): medida de la precisión de las coordenadas obtenidas por GPS, según la distribución de los satélites, disponibilidad de ellos...
ETA (Estimated Time to Arrival): tiempo estimado de llegada al destino

Integración con telefonía móvil

Algunos teléfonos móviles pueden vincularse a un receptor GPS diseñado a tal efecto. Suelen ser módulos independientes del teléfono que se comunican inalámbricamente vía bluetooth y que le proporcionan los datos de posicionamiento, los cuales son interpretados por un programa de navegación. Esta aplicación del GPS está particularmente extendida en los teléfonos móviles que operan con el sistema operativo Symbian y PDA con el sistema operativo Windows Mobile aunque Nokia lanzo el N95 con un modulo gps integrado

Aplicaciones

1 Navegación terrestre, marítima y aérea. Bastantes coches lo incorporan en la actualidad siendo de especial utilidad para encontrar direcciones o indicar la situación a la grúa.
2 Topografía y geodesia. Localización agrícola (agricultura de precisión).
Salvamento.
3 Deporte, acampada y ocio.
4 Para enfermos y discapacitados.
5 Aplicaciones científicas en trabajos de campo (ver geomática).
6 Geocaching, actividad consistente en buscar "tesoros" escondidos por otros usuarios.
7 Se lo utiliza para el rastreo y recuperación de vehículos.
8 Navegación Deportiva
9 Deportes Aéreos: Parapente, Ala delta, Planeadores, etc.
10 Existe quien dibuja usando tracks o juega utilizando el movimiento como cursor (común en los gps garmin)

MANUALES DE INTERÉS

El blog del Colegio departamental Santa Cruz, tenía comprometido la presentación herramientas que permitan a nuestros profesionales adquirir nuevos conocimientos en Software y Hardware de última generación.

En nuestro medio tropezamos en muchas ocasiones que no contamos con personal calificado para el correcto aprendizaje de los programas que hoy en día están en el mercado. Pero en honor a la verdad estos no tiene mucho misterio ya que la mayoría lo que hace es automatizar los procesos que nosotros como profesionales realizamos todos los días pero de una manera más clásica. Eso no es impedimento para que nuestros profesionales puedan utilizar herramientas de este tipo ya que con el software en mano y un buen manual estatarea del aprendizaje de la forma de utilización del programa no tiene mayores misterios. Lo que se recomienda es que obviamente estos programas están orientados a profesionales, que tiene que tener como base dependiendo al tipo de software los conocimientos básicos de Topografía, Geodesia, Fotogrametría, GIS (Sistema de Información Geografía, MTD Modelos Digitales de Terreno y otros.

Bueno a continuación presentemos los manuales que espero que sean de mucha utilidad

Ortorrectificación de Fotografías Aéreas Utilizando Erdas Imagine
Bajar Tutorial

Peso: 1.1 Mb
Formato: Pdf

Manual de Aplicación SIG KOSMO
Bajar Manual

Peso: 3.3 Mb
Formato: Pdf

Manual de Geomedia Professional 6.0 en Español
Bajar Manual

Peso: 13.8 Mb
Formato: Pdf

Tutorial de lecturas y Tutorial de ejercicios de ArcGis 9.1

Bajar Tutorial de Lecturas
Peso: 15.3 Mb
Formato: Pdf

Bajar Tutorial de Ejercicios
Peso: 12.2 Mb
Formato: Pdf

Imágenes de satélites.

Imágenes de satélites.

Hoy por hoy el uso de las fotografías aérea, Imágenes satelitales se están haciendo mucho más comunes. Utilizándolas en las áreas de percepción remota. Restitución fotogrametría, foto interpretación, etc. Existen numerosos programas que nos permiten tratar dichas imágenes entre los más conocidos están el ERDAS, ISIRIS Andes y otros pero dado el costo elevado para poder obtener una fotografía o imagen muchas veces nos vemos limitados en la utilización de esta tecnología. Pero ahora existen sitios donde podemos obtener Fotografías Aéreas e imágenes satelitales de forma gratuita, eso si nuestros ordenadores o CPU deben tener conexión a internet para poder actualizar dichas imágenes que son muy útiles en el momento de planificar algún trabajo o geoeferenciar predios de superficies considerables.

Bueno sin más preámbulos les presento dos programas que son sencillos de utilizar y que se convierten en una gran herramienta de trabajo.

GOOGLE EARTH
http://earth.google.es/

NASA WORLD WIND
http://worldwind.arc.nasa.gov/

Ultima Tecnología.

En estos últimos meses se están presentando al mercado internacional nuevas marcas y modelos de equipos para nuestra rama. Es por eso que acá se les presenta un listado de páginas web de empresas bolivianas donde se pueden recabar información.

GEOGRUP
http://www.geogroup-online.com/

MERTIND
http://www.mertind.com/

CORIMEX
http://www.corimex.com/

SOKKIA
http://www.sokkia.com/

JCGC