UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOGRAFICA TECNICAS GEOMATICAS PARA EL APOYO CARTOGRAFICO DE PROYECTOS DE INGENIERIA EN SUS DIFERENTES ETAPAS “Trabajo de titulación presentado en conformidad a los requisitos para obtener el titulo de INGENIERO DE EJECUCCION EN GEOMENSURA” Profesor Guía: José Luis Borcosque Díaz Hernán Arancibia Pérez 2002
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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOGRAFICA
TECNICAS GEOMATICAS PARA EL APOYO
CARTOGRAFICO DE PROYECTOS DE INGENIERIA EN
SUS DIFERENTES ETAPAS
“Trabajo de titulación presentado en conformidad a los requisitos para
obtener el titulo de INGENIERO DE EJECUCCION EN GEOMENSURA”
Profesor Guía: José Luis Borcosque Díaz
Hernán Arancibia Pérez
2002
RESUMEN
El presente trabajo de titulación describe el procedimiento y aplicación
de las técnicas geomáticas en la producción y edición de material
cartográfico para la gestación y desarrollo de proyectos de ingeniería.
El desarrollo de este trabajo consiste en producir información
cartográfica de apoyo a las etapas preliminares del Proyecto de Exploración
Minera El Salado, ubicado en la 3ª Región, a través del software de análisis
geoespacial, denominado TNT MIPS.
Este software es un Sistema Profesional dotado de todas las
herramientas necesarias para el procesamiento, producción y edición de
información geoespacial a un nivel multidisciplinarlo, por ello en la
actualidad es usado por una gran cantidad de empresas en nuestro país de
las más diversas áreas.
Finalmente la producción cartográfica generada para este proyecto es
expuesta a un análisis cualitativo y cuantitativo para evaluar la eficiencia de
esta técnica en el apoyo cartográfico para la gestión de las distintas etapas
de evaluación del proyecto, como son: los estudios de pre-factibilidad,
factibilidad, y desarrollo del proyecto.
INDICE
CAPITULO.1: INTRODUCCION Pág.
1.1.- Antecedentes Generales 01
1.2.- Descripción del Problema 03
1.2.1.- Planteamiento del Problema 03
1.2.2.- Hipótesis 04
1.2.3.- Objetivos Generales y Específicos 05
1.3.- Metodología de Trabajo 06
CAPITULO.2: FUNDAMENTOS TEORICOS
2.1.- Reseña Histórica de La Fotogrametría 10
2.2.- Principios Fotogramétricos Básicos 13
2.2.1.- Concepto de La Fotogrametría 13
2.2.2.- Proyección Central y Ortogonal 13
2.2.3.- Propiedades Geométricas de una Fotografía 14
2.2.4.- Tipos de Fotografías Aéreas 16
2.2.5.-Restitución Fotogramétrica 16
2.3.- Etapas de la Restitución 18
2.3.1.- Orientación Interna 18
2.3.2.- Orientación Relativa 19
2.3.3.- Orientación Absoluta 20
2.4.- Fotogrametría Digital 21
2.4.1.-Evolución de La Fotogrametría Digital 21
2.5.- Modelo Digital de Elevaciones (DEM) 22
2.5.1.-. Definición 23
2.5.2.-Estructura de datos del DEM 24
2.5.3.- Construcción del DEM 28
2.5.4.- Captura de Datos 28
2.5.5.- Métodos de Construcción del DEM 30
2.5.5.1.- Interpolación en Función de la Distancia 31
2.5.5.2.-La Hipótesis de a Variable Regionalizada 33
2.6.- La Red Irregular de Triángulos (TIN) 35
2.6.1.- Triangulación de Delaunay 37
2.6.2.- Métodos de Construcción del TIN 39
2.7.- Transformación de Vector a Raster 40
2.8.- La Relación de Estereo a DEM a Ortofoto 42
CAPITULO.3: SISTEMA DIGITAL TNT MIPS
3.1.- Presentación del Sistema 44
3.2.- Requerimientos de Hardware 48
3.3.- Estructura de datos de TNT MIPS 50
3.3.1.-Vectores 50
3.3.2.-CAD 50
3.3.3.- Raster 51
3.3.4.- TINs 51
3.3.5 Bases de Datos Relacionales 52
3.4.- Comunicación con otros Sistemas 53
3.4.1 Formato de Importación 53
3.4.1.1.- Importar un Raster TIFF Georreferenciado 54
3.4.1.2.- Importar Puntos Vector de Texto 54
3.4.2.- Formato De Exportación 55
3.4.2.1.- Exportar un Raster Georreferenciado A TIFF 56
3.4.2.2.- Exportar un Objeto Raster a ASCII 57
3.4.2.3.- Exportar un Objeto Vector como DXF 57
3.5.- Salida Gráfica 58
3.5.1.-Vista 3D 58
3.5.2.-Archivos de Impresión 59
CAPITULO. 4: MODELADO FOTOGRAMETRICO
4.1.- Georreferenciación 61
4.1.1.- Entrada de Datos 62
4.1.2.-Agregar un Punto de Control desde otra Referencia 63
4.1.3.- Eliminar y Editar Puntos de Control 64
4.1.4.- Seleccionar un Sistema de Coordenadas 64
4.1.5.- Otros Parámetros de Proyección 64
4.1.6.-Georreferenciar un Raster usando un Raster 65
4.1.7.- Georreferenciación por Coordenadas Conocidas 65
4.1.8.- Georreferenciación Directa 66
4.2.- Orientación Interior 67
4.2.1.- Ingreso de la Información 68
4.3.- Orientación Relativa 69
4.4.- Extracción del DEM 70
4.4.1.- Evaluación del DEM 71
4.5.- Ortorectificación 72
CAPITULO. 5: APLICACION DEL SISTEMA TNT MIPS
5.1.- Antecedentes Generales del Proyecto 74
5.2.- Inicio de la Produccion Cartografica 77
5.2.1.- Proceso de Imagen 77
5.2.2.- Georeferenciación78
5.3.- Ingreso de datos a TNT MIPS 79
5.3.1.- Orientación Interna 79
5.3.2.- Orientación Relativa 79
5.3.3.- Generación del DEM 80
5.3.4.- Ortorectificación 81
5.4.- Edición de la Ortofoto 82
5.5.- Salida Gráfica 83
CAPITULO. 6: ANALISIS DE RESULTADOS
6.1.- Análisis del Procesamiento de Imagen 84
6..2.- Análisis de la Calidad de la Ortofoto 87
6.2.1.- Desviaciones Planimétricas 88
6.3.- Análisis de Costos 91
6.3.1.- Costos de Equipamiento del Sistema 91
6.3.2.- Costos del Método Utilizado 92
6.3.3.-Costos del Proceso y Edición Cartográfica 93
6.4.- Análisis de la Gestación del Proyecto de Exploración Minera
El Salado 94
6.4.1.-Estudio de Pre-Factibilidad 94
6.4.2.- Estudio de Factibilidad 95
6.4.3.-Desarrollo y Control del Proyecto 97
CAPITULO.7: CONCLUSION
Conclusión y Recomendaciones 98
BIBLIOGRAFIA 101
ANEXOS 103
CAPITULO. 1: INTRODUCCION
1.1.- ANTECEDENTES GENERALES
La necesidad de conocer el espacio geográfico ha llevado al hombre a
descubrir, investigar e inventar formas de representar la superficie de la
Tierra, que van desde dibujar símbolos sobre madera y cueros de animales,
hasta la obtención de imágenes provenientes de satélites.
En la actualidad, se requiere de información precisa en el menor
tiempo posible y con costos económicos bajos; para ello se han creado
diversos sistemas que permiten lograr estos propósitos. Entre estos se
encuentran las técnicas desarrolladas por la geomática, las cuales han ido
adquiriendo una importancia creciente debido a las ventajas que ofrece el
tratamiento digital de información.
Actualmente han aparecido software especializados en procesos
fotogramétricos y tratamiento digital de imágenes, con esto, las
posibilidades de explotación de las imágenes se amplían y se simplifican
permitiendo, por ejemplo, la generación automática de un Modelo de
Elevación Digital ( DEM)1, de ortoimágenes, la generación y visualización de
fotomodelos tridimensionales, la extracción automática de entidades y
elementos cartográficos (carreteras, edificios,...), la captura y visualización
de fenómenos dinámicos, etc.
1 DEM significa Digital Elevation Model y se traduce como Modelo de Elevación Digital.
El avance de la tecnología hace que los medio digitales sean cada vez
más abiertos y extendido en la sociedad, y por otro lado, que la
fotogrametría tradicional pueda avanzar y ser desarrollada no sólo por
organismos oficiales y grandes firmas comerciales, sino por profesionales
especializados.
Respecto de estos antecedentes el presente trabajo tiene por finalidad
poner a disposición del usuario común el potencial de esta nueva tecnología,
mediante la aplicación del sistema de análisis geoespacial TNT mips versión
6.5
Este trabajo consistirá en el desarrollo del proceso de Modelado
Fotogramétrico para la obtención de material de apoyo cartográfico para la
ejecución de un proyecto de ingeniería específico. La aplicación está
orientada a optimizar la gestión de las etapas preliminares de estudio de
pre-factibilidad, factibilidad y desarrollo del proyecto, con el fin de evaluar
las posibilidades de esta técnica en su aplicación a futuros proyectos.
1.2.- DESCRIPCION DEL PROBLEMA
1.2.1.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En la actualidad existe una gran demanda de información geoespacial, tanto
de organismos estatales como del sector privado.
La planificación y desarrollo de las distintas etapas de un proyecto de
ingeniería requiere de la generación y producción de información espacial
georreferenciada.
Este material cartográfico debe cumplir las siguientes características:
• Utilidad: la información debe cumplir con los estándares o
especificaciones técnicas que requiera el desarrollo del proyecto, en
términos de precisión y exactitud
• Costos: la generación, producción y edición del material cartográfico
debe considerar un costo razonable en relación a las dimensiones del
proyecto.
• El tiempo: los tiempos de generación y producción de la información
deben ser mínimos dentro de las posibilidades del proceso.
En la actualidad la disponibilidad oportuna de información cartográfica
frente al desarrollo de un proyecto no satisface las condiciones
anteriormente descritas sobre todo en los costos y tiempo de producción y
edición.
En este sentido la generación, actualización y producción de información
cartográfica georreferenciada, apoyada en un sistema digital representa un
gran avance, si se considera que el tiempo calidad y costos del proceso
tienden a disminuir, lo cual significa optimizar la gestión de las diferentes
etapas del proyecto.
1.2.2- HIPOTESIS DE TRABAJO
• Es posible optimizar el desarrollo de proyectos de ingenieria, en las
etapas de pre-factibilidad, factibilidad, diseño de ingeniería, ejecución,
seguimiento y control, a través de esta tecnología.
• Es probable, mediante el uso de un software de PC relativamente
sencillo, que la Fotogrametría digital este hoy mas cerca de un
profesional evolutivo, que crea e interactúa con el avance de las técnicas
de la geomática
1.2.3- OBJETIVOS GENERALES Y ESPECIFICOS
OBJETIVOS GENERALES
• Desarrollar cartografía digital de apoyo a las distintas fases de un
proyecto de ingeniería
• Evaluar la calidad y eficacia de los sistema digitales geomaticos
aplicados, en términos de precisión, costos y tiempo de elaboración del
producto final
OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Revisar los fundamentos teóricos de la Fotogrametría tradicional y su
evolución hasta la era digital.
• Buscar un proyecto que requiera de esta aplicación
• Generar el DEM para el Levantamiento Fotogramétrico
• Generar la Ortofoto y curvas de nivel.
• Análisis comparativo de los resultados obtenidos con la producción
cartográfica regular.
• Analizar las ventajas y desventajas del sistema en su aplicación a
proyectos.
1.3.- METODOLOGIA DE TRABAJO
1. DEFINICION DEL PROBLEMA.
La planificación y gestión de las distintas etapas de un proyecto de
ingeniería requieren de la generación y producción de información
cartográfica dispuesta a cumplir con las disposiciones técnicas de calidad, y
otros requerimientos que dicen relación con el tiempo y costos de
producción
Por otro lado las técnicas desarrolladas por la geomática, orientadas a la
generación, actualización y producción de información cartográfica, permite
optimizar el procesamiento de información, lo cual significa minimizar costos
y tiempo de elaboración.
Debido a esto se debe evaluar la aplicabilidad de esta tecnología, en
relación a la producción de este material como apoyo cartográfico a
proyectos de ingeniería.
2. RECOPILAR LA INFORMACION
Buscar la información necesaria para definir las distintas variables y
problemáticas que constituyen en si el entorno de este trabajo de titulo.
3. PREPARACION DEL PROYECTO
Definir un área de aplicación específica e identificar la información
requerida para la ejecución del proyecto
4. ANALISIS DEL SISTEMA
Estudiar toda la información recopilada con la finalidad de conocer el
funcionamiento de este sistema, estudiar las diferentes variables o factores
que influyen al momento de cumplir los objetivos trazados.
5. INFORMACION DE TERRENO
Esta etapa consistirá en obtener toda la información del área en estudio
tanto las fotografías como la obtención de las coordenadas para el proceso
de georreferenciación además de otros datos como la calibración de la
cámara etc.
6. ACCESO AL SISTEMA
Luego de haber analizado y estudiado las diferentes funciones del sistema,
para el proceso de Modelado Fotogrametrico, se procederá a ejecutar
algunos ejercicios prácticos.
7. PROCESAMIENTO DE DATOS
Consiste en ingresar la información que requiere cada uno de los cuatro
pasos del Modelado Fotogramétrico que son la orientación interna,
orientación externa, generación del DEM y ortorectificación.
8. GENERACION DE RESULTADOS
Realizar todo el proceso de depurado y aplicación de las diferentes etapas
del proceso de modelado Fotogrametrico hasta editar el material
cartográfico acabado.
9. EVALUACION DE RESULTADOS
Es la etapa más importante de todo este proyecto y consistirá en realizar un
análisis de la calidad de la cartografía obtenida además de los costos y
tiempo de producción. Para determinar cuales son las posibilidades de esta
la aplicación de esta técnica como apoyo a las etapas de prefactibilidad
factibilidad y desarrollo y control del proyecto de ingeniería.
10. CONCLUSIONES
En esta etapa corresponde dar una explicación acabada de los resultados
obtenidos y su implicancia para en el producto fina y su aplicación.
CAPITULO 2: FUNDAMENTOS TEORICOS
2.1.- RESEÑA HISTORICA DE LA FOTOGRAMETRIA
Como todos los campos del saber, muchos talentos han aportado su
conocimiento al nacimiento y desarrollo de la fotogrametría, el inicio de esta
ciencia se sitúa en 1850, pero ya en el siglo XV Leonardo Da Vinci centra su
estudio en materias como proyección óptica y aerodinámica.
En el año 1726, el físico Suizo F. Kapeller construyó, a partir de
dibujos estereoscópicos un plano topográfico del monte Pilatus, sobre el lago
Lucerna, siendo esta, la primera incursión en la aplicación de la
fotogrametría en levantamientos topográficos.
Luego, en 1835, se invento el estereoscopio, el que introduce el
concepto de la doble imagen para la observación en tercera dimensión; y en
1839 Francois Arago y Jaques Daguerre anunciaron el proceso de captura de
imágenes, marcando el inicio de la aplicación de la fotografía en los
levantamientos topográficos.
En 1850 Aime Laussedat, oficial francés, construyó un instrumento
apropiado para el levantamiento de mapas con fotografías terrestres y
estableció el primer método de restitución. Con esto, nace una de las más
importantes herramientas cartográficas, “La Fotogrametría”, Laussedat ha
sido llamado el padre de la fotogrametría. En 1867 presentó el primer
fototeodolito, que es una combinación de teodolito y cámara; y presenta el
primer plano de Paris levantado por medio de fotos terrestres.
En 1858 el alemán Meydeubauer, realizo un levantamiento de obras
arquitectónicas por medio de la inserción fotogramétrica a base de dos
fotografías del mismo objeto tomada desde ángulos diferentes, lo que hoy
se conoce como modelo fotográfico.
Al tiempo después, en 1892 Ftoltz descubre el principio de la marca
flotante y en 1901 Pulfrich de Alemania, desarrolló un método práctico de
medición utilizando esta marca flotante. Este método es materializado con la
construcción del primer estereo comparador por la fábrica Zeiss de
Alemania.
Luego, el nacimiento de la aviación abrió nuevos horizontes en la
utilización de las cámaras aéreas en el levantamiento de grandes
extensiones de terreno. Durante la Primera Guerra Mundial, El uso de la
fotografía aérea fue explotado principalmente con fines de fotointerpretación
militar. Después de la guerra la fotogrametría toma un considerable empuje
motivado por la necesidad de contar con nuevos mapas de los territorios
afectados por ese conflicto.
Esta etapa se caracteriza por la producción de una serie de
instrumentos y la creación de diversos procedimientos fotogramétricos.
Fue así, como en 1921 Hugershoff, construyó el primer restituidor
análogo universal, el autocartógrafo, con el que era posible realizar tanto
fotogrametría terrestre como aérea.
En 1923 la fabrica Zeiss de Alemania, produce un instrumento de
restitución universal llamado estereoplanígrafo y la fabrica Wild de suiza,
desarrollo una serie de instrumentos que hoy dia tienen una gran aceptación
de las disciplinas fotogramétricas y topográficas.
Durante la Segunda Guerra Mundial, la fotogrametría tuvo un fuerte
impacto en su desarrollo. La aplicación de nuevas técnicas en los
reconocimientos aerofotogramétricos y la navegación aérea dio una
importancia fundamental a la fotointerpretación.
En este periodo aparecen diversas gamas de restituidores, como son,
el estereocartógrafo modelo IV y V de Santoni, Planicart E3 de Zeiss, los
autógrafos A7, A9, A10 y los aviones B8 y AMH de Wild.
En la actualidad el uso de satélites, radares, plataformas espaciales,
abre un campo en el futuro de la fotogrametría, cuyas aplicaciones
proyectaran nuevos horizontes científicos y tecnológicos.
2.2.- PRINCIPIOS FOTOGRAMETRICOS BASICOS
2.2.1.- CONCEPTO DE LA FOTOGRAMETRÍA
Fotogrametría es la ciencia o arte que trata de la obtención de
medidas confiables por medio de fotografías, a fin de determinar las
características geométricas –tamaño, forma y posición- del objeto
fotografiado2.
En esencia, es el estudio métrico de la fotografía aérea o terrestre, que
consiste en la transformación de una Proyección Central (fotograma) en una
Proyección Ortogonal (carta o mapa).
2.2.2.- PROYECCION CENTRAL Y ORTOGONAL: La imagen del objeto,
terreno, que se obtiene en la fotografía, es una proyección central, es decir,
que los rayos de luz provenientes del objeto, en su camino hacia el plano de
la imagen, pasan a través de un solo punto, que es el centro de proyección
del objetivo de la cámara. Sin embargo, en la mayoría de los casos se
requiere la información gráfica del terreno en forma de una proyección
ortogonal, o sea, que los elementos del terreno sean proyectados, a una
cierta escala, por rayos perpendiculares al plano de referencia. Este plano
puede ser horizontal o paralelo a una superficie de referencia dada.
2 Manual de Fotogrametría de la Sociedad Americana de Fotogrametria, 3ra. Ed., Washington, 1965.
2.2.3.- PROPIEDADES GEOMETRICAS DE UNA FOTOGRAFIA
• PUNTO PRINCIPAL: El punto principal corresponde a la proyección
ortogonal del centro de proyección sobre la fotografía. Se materializa en
la fotografía por la unión de las marcas fiduciales. El punto principal en la
fotografía se le designa con la letra h y en terreno con H . Ver figura 2.1
• PUNTO NADIRAL: Corresponde a la intersección de la vertical que pasa
por el punto centro de la proyección y corta al plano del negativo en un
punto llamado nadir. Este punto se indica con la letra n en la fotografía y
con N en el terreno.
• PUNTO ISOCENTRO: Isocentro es el punto en que la bisectriz del
ángulo que forma la perpendicular al negativo y la vertical, intersecta el
plano del negativo. Según la figura 2.1 se denomina i en la fotografía y
en el terreno I.
• DISTANCIA FOCAL: La distancia focal de una cámara calibrada se
denomina distancia principal, y se puede definir con la expresión:
c = l / tg α (2.1)
l = Distancia radial de la imagen, de un objeto, desde el punto (h).
α = Angulo formado por los rayos correspondientes del punto principal (h) y
de la imagen.
• ALTURA DE VUELO: Corresponde a la la altura de vuelo del avión sobre
el plano de referencia del terreno se le designa la letra Z.
2.2.4.- TIPOS DE FOTOGRAFIAS AEREAS: Hay tres tipos, que se
diferencian según el valor del ángulo de inclinación del eje óptico con
respecto al vertical:
• Verticales: Cuando el ángulo de inclinación no excede, normalmente,
del valor de 2º. En exposiciones aisladas y en condiciones atmosféricas
adversas este ángulo de inclinación puede llegar a alcanzar los 4º.
Debido a estos considerandos se le suele asignar el valor medio de 3º.
• Oblicuas: Cuando el referido ángulo, alcanza valores superiores a los 3º.
• Panorámicas: En estas fotografías, aparece la impresión del horizonte
sobre la fotografía.
2.2.5.-RESTITUCION FOTOGRAMETRICA
El par estereoscópico, constituye el soporte básico de la información para el
análisis métrico de un par de fotogramas. Al instrumento que permite
realizar de forma análoga todo el proceso de orientación interna, relativa y
absoluta, y finalmente, dibujar el mapa o plano se llama restituidor. La
extracción de la información métrica del modelo, por medios estereoscopicos
y con ayuda de un índice móvil, registra fielmente los desplazamientos del
modelo en una mesa de dibujo (pantógrafo), conociéndose tal proceso con
el nombre de restitución.
A continuación se detallan algunos de los conceptos mas usados en este
proceso
• FOTOGRAMA: Se conoce con el nombre de fotograma, a toda fotografía
aerea, tomada con una cámara métrica calibrada. Las condiciones de
calibración de cámara, encierran el conocimiento de los parámetros de
orientación interna: distancia focal corregida, punto principal y distorsión.
• ESCALA DE LA FOTOGRAFIA: La escala de la fotografía viene dada por
la relación: E= c / Z (2.2) donde c = distancia principal.
Z = altura de vuelo sobre el terreno
En un perfil de terreno no llano existirán infinitos valores de escala.
Por ello, al referirse a la escala de una fotografía, se esta haciendo a un
valor medio, respecto a un plano de referencia, elegido con el criterio de que
se encuentre equidistante, entre el plano tangente a las mayores
elevaciones del terreno, y al de mayor depresión.
La escala aproximada de una fotografía se puede calcular, por la
razón entre las distancias medidas en la foto y sus correspondientes sobre el
terreno o un plano. O bien por el conocimiento de la altura de vuelo que
registra el altímetro de la cámara, y la distancia principal de esta.
• PARALAJE ESTEREOSCÓPICO: Es uno de los métodos utilizados para
obtener la relación entre el desplazamiento de dos puntos
correspondientes, lo que equivale a expresarlo en diferencia de altura. Es
el cambio de posición de la imagen de un punto en dos fotografías
sucesivas, debido al cambio en posición de la cámara.
• RECUBRIMIENTO O TRASLAPE: El objeto de los recubrimientos
fotográficos tiene por finalidad, el poder aplicar el principio de la visión
estereoscópica a los fotogramas aéreos. La parte común, entre dos
fotografías consecutivas, se le llama modelo estereoscópico, debiendo
poderse enlazar estos modelos, tanto en sentido transversal como
longitudinal. El recubrimiento longitudinal, que se expresa en tanto por
ciento, debe tener un valor normalizado de un 60 por ciento y de 15 a 20
por ciento de traslape transversal . Existen otras aplicaciones donde se
usan traslapes de un 90 por ciento que es el caso de las generación de
ortofotografía.
2.3.- ETAPAS DE LA RESTITUCION
Es el proceso mediante el cual el par de fotogramas, son orientados,
de la misma manera en que fueron captados, logrando establecer su
posición original.
2.3.1.- ORIENTACION INTERNA
Para todas las mediciones fotogramétricas es necesario contar con
una cámara cuya orientación interior sea conocida. Los elementos de la
orientación interior son los siguientes:
a) La distancia principal o constante de la cámara, c, medida desde el
centro de proyección hasta el plano de la imagen. Esta Debe ser
introducida en el instrumento restituidor en cada una de sus cámaras.
b) Centrado de Placas: La posición del punto principal en el plano de la
imagen; este punto es el pie de la perpendicular que pasa por el
centro de proyección, y se define con relación a las cuatro marcas
fiduciales. El punto principal de la fotografía se localiza en la
intersección de las dos diagonales que unen las marcas fiduciales. En
una cámara bien ajustada el punto principal coincide con el punto
principal.
2.3.2.- ORIENTACION RELATIVA
Fundamentalmente consiste en restablecer la posición relativa en el
momento de la toma, de dos fotogramas consecutivos. Se forma así un
modelo estereoscópico a partir de rayos homólogos, que al cortarse en un
mismo punto conforman una imagen tridimensional de éste en el plano de
proyección. Si ello no sucede, se produce un desplazamiento en sentido “X e
Y” de las imágenes de dicho punto en cada diapositiva. Este desplazamiento
denominado paralaje “Px, Py”, según sea su sentido, impedirá la correcta
formación de la imagen estereoscópica, siendo necesario corregirlo mediante
los elementos de orientación siguientes:
2.3.3.- ORIENTACION ABSOLUTA
Esta fase tiene 2 subfases que son la puesta en escala y basculamiento o
nivelación del modelo.
a) Puesta en Escala: En el instrumento retituidor, la escala se controla
mediante La distancia entre los centros de los haces de rayos (base).
Al aumentar la base aumenta la escala del modelo y viceversa. De
esta forma es necesario conocer las coordenadas de terreno de dos
puntos del modelo, con el fin de obtener la escala deseada.
b) Nivelación del Modelo: Para el efecto de la nivelación del modelo es
necesario conocer la elevación terrestre de tres puntos definidos en el
modelo, estos puntos deben cumplir la condición de no estar
alineados.
Resumiendo, para la orientación absoluta de un modelo
fotogramétrico, se requieren tres puntos identificables en el modelo:
de dos de ellos deben conocerse las tres coordenadas terrestres y,
por lo menos, la elevación del tercero. Para verificar es conveniente
contar mas puntos tanto para el control horizontal como vertical.
2.4.- FOTOGRAMETRIA DIGITAL
2.4.1.- EVOLUCION DE LA FOTOGRAMETRIA DIGITAL
La fotogrametría digital comprende un número de procedimientos y
productos muy sofisticados. Así como la instrumentación juega un papel
cada vez menos importante en el proceso, los programas (software) asumen
un rol fundamental.
Así como la tecnología fotogramétrica análoga fue reemplazada por
instrumentos analíticos que no son más que una hibridización de la
tecnología análoga mecánicamente precisa y computarizada, esta luego ha
sido suplantada por la fotogrametría digital
En el ambiente de producción de fotogrametría los procesadores
personales están rápidamente reemplazando el instrumento fotogramétrico.
En lugar de visualizar el espacio de la imágen en tres dimensiones a través
de instrumentos ópticos altamente precisos y una sucesión mecánica, la
imágen raster de la fotografía aérea, o escena detectada en forma remota,
puede ser representada sobre una simple pantalla de computadora y ser
vista estereoscópicamente.
En esencia, lo que una vez fue una voluminosa tecnología mecánica
usada ya sea en copias análogas o salidas gráficas de computadora, es
ahora un proceso completamente computarizado, empezando por el punto
de la conversión del documento donde una imágen de película aérea es
escaneada dentro de un archivo de datos. Todo eso permanece para la
adquisición de datos originales (cámara de película aérea) para llegar a ser
digital para recurso del usuario en el proceso digital.
La fotogrametría digital está hoy en día reemplazando la
fotogrametría tradicional. La con el advenimiento de esta tecnología el
profesional de la geomática ha sido capaz producir sus propias bases de
datos para la generación de cartografía con la edición de información
procesada por métodos digitales.
En resumen la Fotogrametría digital está siendo implantada hoy en
todos los ámbitos de la Cartografía (CAD, GIS, etc.), al ofrecer nuevas
posibilidades, al permitir la integración de herramientas para la generación
de modelos digitales del terreno, ortofotos, mosaicos, aerotriangulaciones
automáticas, etc., de forma rápida y sencilla.
2.5.- MODELO DIGITAL DE ELEVACIONES (DEM)
ORIGEN
El termino DigitaL Model Terrain tiene su origen en el Laboratorio de
Fotogrametría del Instituto de Tecnología de Massachussets en la década de
los años 50. En el trabajo pionero de Millar y Lafglamme, en el año 1958, se
establecen ya los primeros principios del uso de los modelos digitales para el
tratamiento de los problemas tecnológicos, científicos y militares. La
definición del MDT que se menciona en sus trabajos es “una representación
estadística de la superficie continua del terreno, mediante un numero
elevado de puntos selectos con coordenadas (x, y, z) conocidas, en un
sistema de coordenadas arbitrario”.
Puede observarse el uso del termino MDT como sinónimo de DEM, sin
embargo el DEM es un caso particular de de MDT pues refleja solo la
distribución espacial altimétrica, en cambio la variable descriptiva del MDT
puede tomar cualquier atributo como por ejemplo la temperatura de la
superficie.
2.5.1.- DEFINICION DEL MODELO DIGITAL DE ELEVACION (DEM)
Un modelo digital de elevaciones es una estructura numérica de datos
que representa la distribución espacial de la altitud de la superficie del
terreno.
Un terreno real puede describirse de forma genérica como una función
bivariable continua z=ζ (x, y) donde z representa la altitud del terreno en el
punto de coordenadas (x, y) y ζ es una función que relaciona la variable con
su labor geográfica. En un modelo digital de elevaciones se aplica la función
anterior sobre un dominio espacial concreto, D. En consecuencia, un DEM
puede describirse genéricamente como DEM= (D,ζ).
En la practica, la función no es continua sino que se resuelve a
intervalos discretos, por lo que el DEM esta compuesto por un conjunto
finito y explicito de elementos. Los valores de x e y suelen corresponder a
las abscisas y ordenadas de un sistema de coordenadas plano,
habitualmente un sistema de proyección cartográfica.
La generación inherente a la discretizacion del modelo implica una
perdida de información que incrementa el error del DEM y, en consecuencia,
se propaga a los modelos derivados.
Por este motivo, se han ensayado numerosas opciones en la
búsqueda de una forma de representar y almacenar la altitud que equilibre
la perdida de información y algunos efectos secundarios indeseables como el
excesivo tamaño de los archivos o la dificultad del manejo.
2.5.2.-ESTRUCTURA DE DATOS DEL DEM
De forma general, la unidad básica de información en un DEM es un
punto acotado, definido como una terna compuesta por un valor de altitud,
z, al que acompañan los valores correspondientes de x e y. Las variaciones
aparecen cuando estos datos elementales se organizan en estructuras que
representan las relaciones espaciales y topológicas.
Mientras que los mapas impresos usan casi exclusivamente una única
conversión, las curvas de nivel, para la representación de la superficie del
terreno, en los MDE se han utilizado alternativas algo mas variadas.
Históricamente, las estructuras de datos en los sistemas de información
geográfica y, por extensión, en los modelos digitales de terreno, se han
dividido en dos grupos en función de la concepción básica de la
representación del los datos: vectorial y raster:
• El modelo de datos vectoriales esta basado en entidades u objetos
geométricos definidos por las coordenadas de sus nodos y vértices.
• El modelo de datos raster esta basado en localizaciones espaciales,
a cada una de las cuales se les asigna el valor de la variable para la
unidad elemental de superficie.
En el modelo vectorial los atributos del terreno se representan
mediante puntos, líneas o polígonos con sus respectivos atributos. Los
puntos se definen mediante una par de valores de coordenadas con un
atributo de altitud, las líneas mediante un vector de puntos, de altitud única
o no y los polígonos mediante una agrupación de líneas.
En el modelo raster, los datos se interpretan como el valor medio de
unidades elementales de superficie no nula que cubre el terreno con una
distribución regular, sin solapamiento y con recubrimiento total del área
representada. Estas unidades se llaman celdas, que es equivalente al
concepto de téselas, si se admite la analogía con los términos usados en
procesos de imágenes, es equivalente al concepto de píxel.
Cada modelo de datos puede expresarse mediante diferentes
estructuras de datos; dentro de los dos modelos básicos, la practica y el
tiempo han reducido las potenciales variantes de estructuración a una
pocas. Las representativas son dos estructuras vectoriales: la basada en
isohipsas o contornos y la red irregular de triángulos, TIN ( triangulated
irregular networ), y dos estructuras raster: las matrices regulares, URG
(uniform regular grids), y las matrices jerárquicas (quadtrees):
2.5.2.1.- Estructuras vectoriales, basadas en entidades/ objetos
• Contornos: polilineas de altitud constante
• TIN : red de triángulos irregulares adosados
2.5.2.2.- Estructuras Raster, basadas en localizaciones
• matrices regulares: maya de celda cuadrada
• quadtrees: matrices imbricadas en una estructura jerárquica
La estructura básica de un modelo de contornos es la polilinea
definida como un vector de n pares ordenados (x, y) que describe la
trayectoria de las curvas de nivel o isohipsas. El número de elementos de
un vector es variable, la reducción de este a un único elemento, n=1
permite incorporar elementos puntuales (cotas) sin introducir incoherencias
estructurales.
Una curva de nivel concreta queda definida, por tanto, mediante un
vector ordenado de puntos que se sitúan sobre ella a intervalos adecuados,
no necesariamente iguales, para garantizar la exactitud necesaria del
modelo. La localización espacial de cada elemento es explicita, conservando
los valores individuales de coordenadas. En el caso mas sencillo, el DEM
esta constituido por el conjunto de curvas de nivel que pasan por la zona
representada, separadas generalmente por intervalos constantes de altitud,
mas un conjunto de puntos acotados que definen lugares singulares.
2.5.3.- CONSTRUCCION DEL DEM
La captura de la información hipsométrica constituye el paso inicial en
el proceso de construcción del DEM, e incluye la fase de transformación de
la realidad geográfica a la estructura digital de datos. Se trata de una fase
de gran trascendencia porque la calidad de los datos es el principal factor
limitante para los tratamientos que se realicen posteriormente. Tras obtener
los datos, estos deben ser estructurados para formar el DEM de alguna de
las formas descritas anteriormente.
2.5.4.- CAPTURA DE DATOS
Los métodos básicos para conseguir los datos de alturas pueden dividirse en
dos grupos:
Directos, cuando las medidas se realizan directamente sobre el terreno real,
e indirectos cuando se utilizan instrumentos análogos o como en el caso de
este trabajo, en que se utilizara un método digital. La jerarquía de los
métodos más usuales es la siguiente:
2.5.4.1.- Métodos directos: medida directa de alturas sobre el terreno
(fuentes primarias)
a) Altimetria: altímetros radar o láser transportados por plataformas
aéreas o satelitales.
b) GPS: (siglas en inglés de Global Positioning System), es un método
de posicionamiento y navegación basado en las señales transmitidas
por la constelación de satélites NAVSTAR (siglas en inglés de
Navigation Satellite Timing And Ranging), que son recibidas por
receptores portátiles en Tierra. Las señales múltiples que se reciben
simultáneamente provenientes de las sucesivas posiciones de los
satélites, se utilizan para resolver las ambigüedades y permitir con
esto, la determinación de la posición tridimensional del punto por
conocer.
c) Levantamiento topográfico: estaciones topográficas con salida
digital
2.5.4.2 Métodos indirectos: medida estimada a partir de documentos
previos (fuentes secundarias)
a) Restitución a partir de pares de imágenes
• Estereo imágenes digitales: imágenes tomadas por satélites