IMAGEN Y ORTOFOTO, ELEMENTOS CLAVE EN LAREPRESENTACIÓN DE EVENTOS EN EL TERRITORIO,

MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DE TÉCNICAS GIS.

PUEYO ECHEVARRÍA, Javier (1); LARRAZ DUERTO, Carlos (2)

(1) Universidad del País Vasco, EspañaDepartamento de Expresión Gráfica y Proyectos de Ingeniería.

E-mail: epppuecj@lg.ehu.es

(2) Universidad del País Vasco, EspañaDepartamento de Expresión Gráfica y Proyectos de Ingeniería.

E-mail: eppladuc@lg.ehu.es

RESUMENEn esta comunicación se va a trabajar con un conjunto de mapas de la misma zona delterritorio, donde un lugar concreto, tiene la misma localización (las mismas coordenadas) entodos los mapas incluidos en el Sistema de Información Geográfica. De este modo, resultaposible realizar análisis de sus características espaciales y temáticas para obtener un mejorconocimiento de esa zona.Se van a crear unas imágenes de Modelos Digitales de Elevaciones, de Ruidos, etc; y por otraparte se va a disponer de la ortofoto digital de las zonas de trabajo como textura.Imágenes y textura están georreferenciadas, es decir, para cada pixel en unas y en otra sabemossus coordenadas UTM absolutas de tal manera que la superposición es automática.Las superposiciones realizadas nos mostraran en tres dimensiones el territorio y eventos que seproduzcan en él tales como ruido ambiental.Se van a realizar unos vuelos o animaciones de las imágenes en 3D obtenidas anteriormentecon un programa que nos asista y que sea capaz de definirnos una ruta de vuelo.En el caso del vuelo que presentamos el MDT es de resolución (64x64 pixeles) y la texturaque da color a esa superficie en relieve es la ortofoto digital, ambos productos referidos a lazona cartográfica 61-II, que comprende la ciudad de Bilbao y los municipios de su entorno ysobre la cual se realiza el estudio. Lo anteriormente expresado nos permitirá cumplir el objetivo de poder acceder a lainformación territorial y ambiental de una manera sencilla y altamente expresiva.

ABSTRACT

The geographical area evaluated is the city of Bilbao. It is situated in the north of Spain.Several images exemplify the situation about noise immission level and involves theidentification of areas in wich harmful environmental effects caused by noise are beingproduced. The necessity for doing so has provided a new method efficient, inexpensive andeasily comprehensible to all people about environmental noise conditions and their evaluation.The study will show how Integrated Geographic Information Technology (Idrisi) can provide aconvenient means for the advancement and optimization of the planning strategy.

1. Introducción

Las curvas de nivel son un elemento válido de operatividad en las superficiestopográficas, pero podemos aumentar la operatividad señalada anteriormente sitrabajamos con un MODELO DIGITAL DE TERRENO.

Se puede crear un M.D.T de cualquier hecho que cumpla unas mínimascaracterísticas, esencialmente la continuidad espacial de la variación. De este modo,variables sociales como niveles de ruidos, densidad de población, etc., se puedenrepresentar y analizar como un Modelo Digital del Terreno.

De esta manera se van a representar territorios y niveles de ruidos en tresdimensiones mediante superposiciones de imágenes y ortofotos.

De la misma manera en este trabajo se van a dar a conocer otras utilidades deestos modelos al ser tratados en Sistemas de Información Geográfica.

2. Obtención de un modelo digital de terreno

Para obtener un M.D.T, la forma tradicional hasta que la informática ha sido deuso común era superponer sobre una cartografía, por ejemplo los mapas del ejército,en papel de cebolla o semitransparente una cuadrícula e ir anotando para cadacuadrícula el valor medio de las diferentes curvas de nivel que apareciesen en esaceldilla, así entonces tendríamos en el papel una cuadrícula de las dimensiones quenosotros necesitásemos y un valor de altura para cada cuadro; luego eso se pasa alformato del programa que se este utilizando y ya estaría realizado un M.D.T en unaforma un tanto artesanal.

Hoy en día, una cuestión inicial se refiere a cuál es el origen de la informaciónde partida, que puede proceder básicamente de dos fuentes: el mapa topográfico o larestitución tridimensional de fotografías aéreas del terreno.

Podemos partir de esta segunda fuente de información (la restituciónfotogramétrica) proporcionada por la administración local, mediante un modeloestereoscópico, de pares de fotografías aéreas del terreno. Para ello, y para otrasfunciones cartográficas, se han desarrollado dispositivos y aparatos que facilitan, engran medida, estas tareas y generan, finalmente, un fichero informático conteniendoen la mayoría de las ocasiones, una rejilla densa de puntos con tres valores numéricos,las coordenadas geográficas X e Y con la altura Z . En este caso se puede decir que secuenta ya con un Modelo Digital del Terreno en formato “raster”. No obstante, enocasiones puede ser necesario hacer más densa aún la rejilla de puntos generada orealizar algún tipo de transformación, en muchos de estos casos será necesarioemplear procedimientos de interpolación.

A partir de las curvas de nivel se puede confeccionar un Modelo Digital deTerreno mediante alguna aplicación informática como un Sistema de InformaciónGeográfica. También en el momento actual, ya se pueden conseguir realizados por el(I.G.N) Instituto Geográfico Nacional con su Base Cartográfica Numérica 1:200.000(BCN200) y su MDT200 que se define como una malla cuadrada en proyección UTMcubriendo todo el territorio nacional con un ancho de malla de 200 metros entre nodosy cada nodo almacenando su cota correspondiente.

Otras fuentes de información son: El Servicio Geográfico del Ejército (S.G.E) ya nivel regional el Gobierno Vasco y las Diputaciones Forales con sus catálogos deproductos cartográficos.

3. Análisis y aplicaciones

El análisis de un Modelo Digital del Terreno permite describir una serie deparámetros que caracterizan a una superficie en tres dimensiones. En general, estasfunciones proporcionan una potente capacidad de caracterizar un conjunto defenómenos de gran interés práctico.

Se pueden diferenciar dos tipos de medidas diferentes que caracterizan unModelo Digital del Terreno y, por lo tanto, dos formas distintas de análisis. Por unlado, las medidas que establecen la geometría general de la superficie y que, en loesencial, dependen de la posición absoluta de los puntos que la forman. Se handefinido entre estas medidas las siguientes: altura, pendiente (obtenida calculando laprimera derivada matemática de la función altura, esta primera derivada estácaracterizada por su gradiente y su orientación) y convexidad (segunda derivada de laaltura, definida por convexidad vertical y horizontal).

En segundo lugar se pueden estudiar las relaciones relativas entre los puntos dela superficie, como son la medida de la rugosidad o fuerza del relieve, laintervisibilidad entre puntos y, en general, las medidas que establecen cómo seproducen los flujos de un líquido sobre la superficie topográfica.

Las aplicaciones prácticas de un MDT son muy variadas y diferentes, laspodemos subdividir, a grandes rasgos, en dos tipos:

1) El MDT actúa como un estrato más de una base de datos más amplia. Eneste caso, tanto las propias alturas como los otros aspectos derivados, calculados apartir de ellas: pendientes, orientación, perfil, etc. resultan de gran utilidad pararealizar numerosos análisis y estudios. En muchos de los ejemplos que pueden verseen la bibliografía especializada se han podido comprobar la incorporación continua deestas capas temáticas a la resolución de problemas de muy diversa índole, existenademás muchas otras posibilidades.

2) Por otra parte, la información contenida en un M.D.T, las altitudes de cadapunto, es útil para el estudio del terreno, en especial en Geomorfología, Geología eHidrografía. En concreto, se pueden hallar aplicaciones sobre las cuestionessiguientes: determinación automática de cuencas de drenaje; clasificación cuantitativade las formas del relieve; modelado de hechos subterráneos, por ejemplo enHidrogeología o en Minería.

4. Sistemas de información geográfica

Un Sistema de Información Geográfica (S.I.G o G.I.S por las siglas inglesas) sepuede definir como:

Un conjunto de mapas de la misma porción del territorio, donde un lugarconcreto, tiene la misma localización (las mismas coordenadas) en todos los mapasincluidos en el sistema de información (Bosque Sendra, 1992). De este modo, resultaposible realizar análisis de sus características espaciales y temáticas para obtener unmejor conocimiento de esa zona.

Se ha planteado una cierta discusión sobre el verdadero significado y la esenciaprincipal de un Sistema de Información Geográfica, en especial para diferenciarlo deun programa de cartografía asistida por ordenador o de uno de Gestión de Bases deDatos. Lo más característico de un S.I.G es su capacidad de análisis, de generar nuevainformación de un conjunto previo de datos mediante su manipulación yreelaboración.

En realidad un Sistema de Información Geográfica es útil en cualquier áreadonde sea necesario el manejo de información espacial.

Sirve por tanto un S.I.G, para facilitar la obtención, gestión, manipulación,análisis, modelado, representación y salida de datos espacialmente referenciados, pararesolver problemas complejos de planificación y gestión.

Por todo ello, se ha podido decir que, para el manejo de datos espaciales, losS.I.G son el paso adelante más importante desde la invención del mapa .

5. Idrisi. Sistema de información geográfica

IDRISI es un programa de ordenador, desarrollado por la “Graduate School ofGeography en la Universidad de Clark”, cuyo cometido es ser un sistema deinformación geográfica y un procesador de imágenes. Consta de un programa, interfazde usuario, (que cuenta con sistema de menú y barra de herramientas) y un conjuntode más de 150 módulos de programa que facilitan la entrada, visualización y análisisde información geográfica.

Los datos geográficos son descritos como capas temáticas, componenteselementales de mapas que describen un tema determinado. Algunos ejemplos de

capas temáticas serían la tipología de terrenos, usos del suelo, densidades depoblación, ruido, etcétera. Todos los análisis se llevan a cabo sobre capas temáticas.No obstante, para la visualización, pueden integrarse una serie de capas temáticas enuna composición de mapa.

Como los datos geográficos pueden ser de diferentes tipos, IDRISI incorporados formas básicas de capa temática: raster (imagen) y vectorial.

Las imágenes raster describen una región del espacio mediante una rejilla deunidades regulares (celdas). Cada una de estas celdas contiene un valor numérico queexpresa una determinada característica del terreno en esa localización. Éstas son muyapropiadas para la descripción de datos espaciales continuos.

Por otra parte, las capas vectoriales, son útiles para describir los distintoselementos del terreno, tales como carreteras, red hidrográfica, limites administrativos,y otros. Para ello, almacenan una serie de puntos (cada uno referenciado mediante unpar de coordenadas espaciales) que describen la localización de los elementos (si sonpuntos), o su trayectoria o limite mediante una secuencia de puntos unidos por líneasrectas.

Idrisi para Windows nos permite una muy alta interactividad y flexibilidad pararealizar composiciones cartográficas en la pantalla, incluyendo las especificaciones demúltiples capas de información, construyendo y posicionando sobre el mapaanotaciones, barra de escala, textos, permitiendo construir los colores y símbolos. Esteanálisis se realiza mediante un procedimiento denominado superposición (Overlay),llamado de esta manera porque es idéntico en sus características a la superposición deentidades geográficas mediante mapas confeccionados en transparencias ysuperpuestos uno sobre otro.

6. Realización de un M.D.T. en Idrisi

El proceso que usa IDRISI para generar un MDT es el siguiente:

Un M.D.T es en principio un fichero raster, que lo que tiene en cada pixel es unvalor, ese valor en lugar de ser como en otra cartografía temática un atributo físicocomo una característica del terreno, un tipo de suelo, un tipo de cubierta vegetal, siexiste un colegio o se trata de una zona industrial o residencial; en lugar de tener esolo que tiene para cada pixel es una “z” es decir un valor de altura

A partir de un “dxf” con curvas de nivel habría que volcar o traducir ese “dxf” aun fichero vectorial de Idrisi o sea un fichero “vec” haciendo que cada vectormantenga su “z” ; luego habría que volcar ese vectorial sobre una imagen raster, esdecir, habría que rasterizar el vectorial y para eso se utiliza el comando “lineras” deIdrisi, la resolución de ese mapa raster tiene que ser la suficiente como para soportarla precisión del “dxf” original.

Una vez que el vectorial ya se tiene en formato raster la forma de interpolar ydar valor a todos aquellos pixeles que no tuviesen curva de nivel o sea los de valorcero es con el comando “ intercom” de Idrisi.

7. Realización de un vuelo

Disponiendo ya del MDT se ha generado un video de vuelo sobre la zona aensayar para obtener una mejor visualización de la misma.

Los productos que necesitamos para generar un vuelo son dos: para empezar unMDT que nos describa el relieve de la zona sobre la que estamos volando o sea, quedescriba en alturas esa superficie y por otra parte una textura (ortofoto) que de colorpara que cada pixel esté coloreado con determinado tono.

Ambas imágenes están georreferenciadas, es decir, para cada pixel en una y enotra imagen sabemos sus coordenadas UTM absolutas de tal manera que lasuperposición es automática.

Por supuesto para generar el vuelo necesitamos un programa que nos asista, ennuestro caso es ENVI y que sea capaz de definirnos una ruta de vuelo. Luego seexporta en un formato de video externo al propio ENVI, para que pueda correr de formaautónoma como el MPEG.

8. Operatividad en Idrisi a partir del M.D.T

Con estos modelos digitales aumentamos la operatividad sobre el terreno de unamanera muy considerable pudiendo realizar entre otras las siguientes operaciones:

A. MEDIDAS DE LA GEOMETRÍA GENERAL: PENDIENTE - Mapa de pendientes en un Modelo Digital del terreno “ raster” - Otras medidas relacionadas con la pendiente - Convexidad local

- Longitud de la pendiente

B. ORIENTACIÓN DE LA TOPOGRAFÍA - Cálculo de la orientación en un punto

C. ANÁLISIS DEL TERRENO - Curva hipsométrica

- Determinación del perfil topográfico- Rugosidad del terreno- Determinación del perfil de alturas en un punto- Puntos críticos del relieve

D. DELIMITACIÓN DE CUENCAS DE DRENAJE- Cuenca de drenaje

- Tamaño de la cuenca de recepción

E. INTERVISIBILIDAD DE LUGARES EN UN MDT

F. CÁLCULO DE VOLUMEN BAJO LA SUPERFICIE

G. BLOQUES DIAGRAMA EN PERSPECTIVA

H. SOMBREADO E ILUMINACIÓN DEL RELIEVE

I. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DEL TERRITORIO

J. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE EVENTOS

9. Ejemplos

A) En la Figura 1, vamos a ver como partiendo de unas imágenes raster,mediante la superposición de la ortofoto podemos representar en tresdimensiones el terreno y eventos que se produzcan en él, como es el casodel ruido.

B) En la Figura 2, tenemos una imagen raster en la cual se han creado seiscategorías para la representación de la pendiente del terreno.

C) En la Figura 3, partiendo del M.D.T se ha determinado la cuenca devisibilidad desde un elemento lineal como una carretera.

A.- SUPERPOSICIONES Y CREACIÓN DE 3D EN TERRENOS Y EVENTOS

IMAGEN RUIDO MODELO DIGITAL DE TERRENO

ORTOFOTO

RUIDO + ORTOFOTO M.D.T + ORTOFOTO

Figura 1B.- REPRESENTACIÓN DE PENDIENTES DE UN TERRENO

A, 1%; B, 3%; D, 4%; E, 5%; F, 6%; G, 7a29%.

Figura 2

C.- CUENCAS DE VISIBILIDAD A PARTIR DE M.D.T.

Figura 3

10. Bibliografía

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UNIVERSIDAD DE BONN“ Desarrollo de un GIS – prototipo para la cuantificación de la contaminación porruido en base a niveles de inmisión”.Departamento de Geografía de la Universidad de Bonn.Autor: Jens. Fitzke.