Quinta Unidad

5 Análisis del modelo digital del terreno

5.1 Medida de geometría general

Tal como dice la definición, orientarse es encontrar el oriente y el resto de los puntos cardinales. Pero cuando hablamos de un aventurero incursionando en ambientes naturales aislados, realizando trekking, travesías o exploraciones, además de estar orientado en todo momento a través de los puntos cardinales este aventurero tendría que dominar todas las técnicas de orientación posibles. Cómo dice un manual de orientación: ”Las herramientas para recorrer la naturaleza” y creo que la cosa pasa por ahí. Conocer y dominar las técnicas de orientación y navegación terrestre, conocer de cartografía y los procedimientos de posición en las cartas, como un operario conoce el funcionamiento de sus herramientas de trabajo, es fundamental para recorrer la naturaleza sin perderse.

Mapas, brújulas y G.P.S. son instrumentos que utilizaremos juntos o separados, lo importante será conocer el potencial y limitaciones de cada uno.

CARTAS TOPOGRÁFICAS

 

La cartografía en general y las cartas topográficas en particular son una de las herramientas. Los mapas y cartas son representaciones de porciones de la superficie terrestre que han sido reducidas proporcionalmente (a escala) para su observación.

Estas representaciones en un plano tienen información que se puede leer directamente (como puestos, pueblos, ríos, parajes, etc), información que se puede medir (distancias, direcciones) e información en tres dimensiones que hay que interpretar.

A través de la altimetría, usando cotas (alturas sobre el nivel del mar), curvas de nivel y equidistancia podemos obtener alturas, desniveles, pendientes e identificar filos y quebradas; de esta manera podemos imaginarnos el relieve de la superficie que observamos.

 

5.1 Orientación de la topografía

ORIENTACION

Encontrar el oriente y a partir de allí el resto de los puntos cardinales: N, S, E, W y en base a éstos los cuadrantes: NE, SE, SW, NW.

Para encontrar el oriente y el resto de los puntos cardinales existen varios métodos y dos grupos que dividiremos en métodos naturales e instrumentales:

Los métodos naturales de orientación: son derivados de los astros. El movimiento del sol y las estrellas. El naciente y el poniente en el léxico de puesteros, arrieros y hombres de campo. La Cruz del Sur en el hemisferio Sur. Los musgos en piedras y árboles que indican el Sur como para nombrar algunos.

Los métodos instrumentales de orientación están dados por tres instrumentos: brújula, altímetro y G.P.S. Cada uno tiene sus prestaciones y limitaciones. Es importante saber utilizar todas las opciones de cada uno de ellos para aprovechar su potencial.

 

POSICION

Conocer la posición y poder ubicarla en la carta topográfica es la clave.

Un elemento que hay que tener en cuenta es la línea de posición. Una línea de posición en la ciudad es una calle o una avenida. Podemos decir una calle y una altura y lograr un punto de encuentro en la ciudad. Podemos decir la intersección de 2 calles y lograr un punto de posición.

En la naturaleza es lo mismo. Un río es una línea de posición que se ve en el terreno y en la carta topográfica. Una dirección es un rumbo de una referencia en el terreno que podemos llevarla a la carta topográfica como un ángulo de dirección y trazar una línea. Allí obtendremos una línea de posición. Cortando 2 líneas de posición obtendremos el punto donde estamos dentro de la carta.

Las coordenadas geográficas que se leen en el display del G.P.S. podemos llevarlas a la carta topográfica como paralelos y meridianos y podremos obtener una posición. Hay varias técnicas de posición que podemos utilizar en las cartas topográficas de acuerdo a los instrumentos que tengamos disponibles. Brújula, altímetro, G.P.S, condiciones ambientales de visibilidad, referencias en el terreno, a través del método de triangulación por coordenadas geográficas, coordenadas planas y coordenadas polares.

 

NAVEGACION TERRESTRE

Navegar es desplazarse de una posición a otra siguiendo un sistema de referencias. En las ciudades navegamos siguiendo las calles y alturas, en el terreno navegamos siguiendo distintas referencias naturales, artificiales e instrumentales para avanzar en una marcha, caminata o trekking y siempre sabiendo desde donde salimos y hacia donde vamos. Cuando tenemos sendas, picadas marcadas y señalizadas la navegación se hace evidente. Cuando tenemos el way point (punto de posición) de nuestro lugar de destino cargado en el G.P.S., hay buena señal y el equipo tiene pilas, la navegación se hace muy sencilla. Pero cuando estamos a campo traviesa con visibilidad variable y tenemos carta topográfica y brújula, allí el dominio de las técnicas de posición y navegación con brújula son vitales. Dominar las distintas técnicas de navegación terrestre con brújula nos permite la posibilidad de desplazarnos en el terreno y nos dará autonomía y seguridad.

Estas herramientas, técnicas y procedimientos hay que conocerlas, dominarlas y practicarlas. Logrando experiencia lograremos utilizarlas con mayor precisión y nos darán muchas posibilidades a la hora de planificar y realizar una travesía, un trekking o una exploración.

Además la carta topográfica tiene mucha información que se puede utilizar en la planificación del viaje. El nivel de información que nos aporta nos permite saber el tipo de terreno, relieve, alturas, vegetación, cursos de agua, distancias, direcciones, coordenadas y hasta calcular el tiempo de marcha con mochila que nos demandará el itinerario trazado.

Retomando la frase “Para orientarnos tenemos que encontrar la dirección del oriente y del resto de los puntos cardinales. N, S y W (oeste)”,avanzaremos en algunos conceptos comenzando por las direcciones.

Direcciones

A las direcciones las definiremos como líneas rectas desde un punto de inicio de un itinerario (posición) hasta un punto de destino (otra posición). Estas líneas rectas podemos trazarlas en una carta, podemos observarlas en el terreno a través de referencias o podemos observarlas en la brújula. Es decir pueden ser reales o imaginarias.

A estas direcciones las mediremos como ángulos y como a los ángulos tenemos que medirlos desde una línea de inicio 0 o línea de base se ha establecido el N (norte) como línea de base a partir de la cual comenzaremos a medir en el sentido de las agujas del reloj.

 

GRAFICO 1

El sistema de medición más utilizado es el sexagesimal quedivide la circunferencias en 360º. Es decir que tendríamos la posibilidad de medir 360 direcciones.

5.3 Análisis de Terreno

Modelo digital del terreno (MDT)

Un modelo digital de terreno (MDT) es una representación de la topografía (altimetría y/o batimetría) de una zona terrestre (o de un planeta telúrico) en una forma adaptada a su utilización mediante un ordenador digital (ordenador).

 El MDT no toma en cuenta los objetos que se encuentran sobre el terreno, como las plantas y los edificios. Un Modelo Digital de Elevación es una representación de las elevaciones sobre un terreno, incluyendo las plantas y los edificios.

Un Modelo Digital de Terreno (MDT) es una representación en 3D de la superficie de un terreno o de un planeta, creada a partir de los datos de altitud del terreno.

Utilización de los MDT

• Extracción de los parámetros del terreno
• Trazados de perfiles topográficos
• Modelización de la escorrentía del agua o del movimiento de masa (por ejemplo, para avalanchas y corrimientos de terreno)
• Creación de mapas en relieve
• Tratamiento de visualizaciones en 3D
• Planificación de vuelos en 3D
• Creación de modelos físicos (incluyendo creación de mapas de relieve)
• Rectificación geométrica de fotografías aéreas o de imágenes satelitales
• Reducción (corrección del terreno) de las medidas de gravedad (gravimetría, geodesia física)
• Los análisis del terreno en geomorfología y geografía física
• Sistemas de información geográfica (SIG)
• Ingeniería y diseño de infraestructuras
• Sistemas de posicionamiento global (GPS)
• Análisis de la línea de mira
• Cartografía de base
• Simulación de vuelo
• Agricultura de precisión y gestión forestal
• Análisis de superficie
• Sistemas de transporte inteligentes
• Seguridad automotriz y sistemas avanzados de asistencia al conductor

Tipos de MDT

En cartografía, las altitudes suelen representarse mediante curvas de nivel y cotas. En función del tamaño de la zona cubierta, la mayoría de los MDT utilizan, para las pequeñas zonas, una red cuadrada regular, mientras que para las zonas grandes utilizan una red pseudocuadrada cuyos lados son meridianos y paralelos. Los MDT se pueden dividir según el tipo de red utilizado: red cuadrada/rectangular; red hexagonal; red triangular regular; red triangular de otro tipo.

En función del tipo de red, varía la representación informática del MDT. En el caso de redes rectangulares, se pueden utilizar cuadros, pero en el resto de casos, las estructuras de datos son más complejas.

Construcción

El telémetro láser y el ordenador del terreno permiten elaborar la cartografía del terreno y la creación del Modelo Digital de Terreno (a partir de las coordenadas x, y, z). La imagen representa el transecto de un bosque, donde se han modelizado hasta los árboles a través de Field-Map.

La adquisición puede realizarse de varias formas:

mediante interferometría radar; mediante estereoscopía, a partir de pares de imágenes aéreas (fotogrametría) o tomas por satélite; mediante digitalización de las curvas de nivel de un mapa; mediante la entrada directa de las coordenadas (x, y, z) de los puntos del terreno, medidas por GPS, triangulación (por topógrafos) o lasergrametría (técnica que permite capturar las coordenadas de un punto en x,y,z por medio de un telémetro láser); mediante un sistema láser aerotransportado (Lidar).

En los tres primeros casos, la red dependerá de la red utilizada para las imágenes iniciales, que será generalmente una red regular rectangular. En casos aislados, se tratará de una red regular triangular o hexagonal. En los dos últimos casos, la red suele ser triangular de cualquier tipo, ya que la técnica de selección de los puntos característicos del terreno no garantiza su distribución regular sobre el plano (x, y). Existen satélites de observación de la Tierra dedicados a la creación de MDE: Spot 5 y el instrumento HRS, la constelación radar TerraSAR-X y TanDEM-X.

Explotación

A partir de la lista de los puntos de la red, se construye un modelo de superficie formado por triángulos pegados entre sí. En el caso de redes no triangulares, se añade una etapa de selección de los puntos que se deben unir en triángulos. En el caso de la infografía, los triángulos se visten con una capa, restituyendo de este modo el aspecto general del terreno, de una imagen satelital o de un mapa. En el caso de una trayectografía de vuelo rasante, establecemos el camino más corto y el menos expuesto, comprobando que cada punto de la trayectoria se encuentra por encima de la superficie definida por la red del MDT. Cada vez con mayor frecuencia, los sistemas de información geográfica (SIG) incorporan la tercera dimensión en forma de MDT, a pesar de que los costes relacionados con la adquisición de la información de altitud son relativamente elevados. Esto permite utilizar estos SIG para aplicaciones como el cálculo de implantación de infraestructuras de transporte (conductos subterráneos, vías terrestres, líneas eléctricas aéreas, antenas GSM, etc.). En este caso, y en función de la resolución del MDT, se integran las informaciones vinculadas con la cobertura del terreno por edificios o plantas, para añadir su altura a la altitud del terreno sobre el cual están situados. Los modelos digitales de terreno también se aplican en el ámbito de las ciencias de la tierra, para realizar análisis cuantitativos de la morfología, que pueden señalar al investigador la presencia de una señal tectónica, climática o litológica.

Disponibilidad

Algunos organismos cartográficos (principalmente estadounidenses, gracias a las subvenciones de las que disponen) ponen gratuitamente a disposición del público bases de datos importantes, a las que se puede acceder a través de Internet. Citemos algunos de los principales: la NASA (DEM ASTER, SRTM-1, SRTM-3, SRTM30, MOLA MEGDR), la National Imagery and Mapping Agency (NIMA) (SRTMs) y el USGS (DEM SDTS, 1 grado, 7.5 minutos, NED, GTOPO30). La cantidad de datos gratuitos sigue siendo limitada, ya que los organismos cartográficos que disponen de ellos se financian generalmente a través de su venta (es el caso, en concreto, del IGN en Francia, que edita los MDT BD Alti). Sin embargo, la situación está mejorando, ya que las administraciones públicas están tomando conciencia de la importancia de estos datos en numerosos ámbitos civiles que no pueden permitirse comprarlos a precio de oro. Por ejemplo:

El gobierno estadounidense autorizó recientemente (septiembre de 2003) la distribución de archivos [SRTM]] (Shuttle Radar Topography Mission), que ofrecen una resolución de 90 metros sobre el 80% de las tierras emergidas, aproximadamente. Anteriormente, solo existían resoluciones de 1 km (GTOPO30).

En 2009, se distribuyó gratuitamente un nuevo MDT (cubre el 99% de la superficie del globo y tiene una resolución de 30 m); creado por la NASA y el Ministerio de Economía, Comercio e Industria de Japón^[1] ·^[2] a partir de pares estereoscópicos ASTER.

Desde 2002, el instrumento HRS de Spot 5 ha adquirido más de 100 millones de km² de pares estéreo que sirven para producir MDE de 30 metros en formato DTED2 sobre más de 50 millones de km².^[3]

En 2014, las adquisiciones de los satélites radar TerraSAR-X y TanDEM-X estarán disponibles en forma de cobertura mundial homogénea con una resolución de 12 metros.^[4]

Comparativa

Tres características principales permiten hacerse una idea rápida de un modelo digital de terreno y juzgar su adecuación para una necesidad particular:

Su resolución, es decir, la distancia entre dos puntos adyacentes del MDT;

Su cobertura geográfica': las zonas geográficas sobre las cuales existen datos disponibles;

La calidad de los datos: depende de la aplicación o no de tratamientos de corrección de los datos tras su recuperación. En efecto, algunos métodos de adquisición dejan artefactos en los datos (zonas distorsionadas sobre líneas costeras a causa de la espuma de las olas, que falsea los ecos del radar, “agujeros” cuando existían nubes durante una adquisición satelital, etc.).

Características de algunos formatos disponibles a través de Internet (consulte la sección Enlaces externos para saber desde dónde descargarlos):

Nombre	Resolución	Cobertura geográfica	Editor	Postratamientos
DEM ASTER	30 m	La Tierra entera (bajo demanda)	NASA	No
DEM 1 grado	90 m	Estados Unidos	USGS	Si
DEM 7.5 minutos	10 y 30 m	Estados Unidos	USGS	Si
DEM CDED	23 m y 90 m	Canadá	CCOG	Si
GTOPO30	30" de arco (~ 1 km)	La Tierra entera	USGS/NASA	Si
DEM SDTS	10 y 30 m	Estados Unidos	USGS	si
NED	10 y 30 m	Estados Unidos	USGS	si
Visual DEM France*	75 m	Francia	IGN	Si
MNT BD Alti*	50 a 1.000 m	Francia	IGN	Si
Litto3D**	1 m	Zonas litorales francesas entre -10m y +10m	IGN/SHOM	Si
Shuttle Radar Topography Mission|SRTM-3	90 m	80% de las tierras emergidas	NASA/NIMA	No
huttle Radar Topography Mission|SRTM-1	30 m	États-Unis	NASA/NIMA	No
MOLA MEGDR	463 m	Marte (excepto zonas polares)NASA	Si
Reference3D	30m	54 millones de km², 80 millones en 2014	IGN, Spot Image	Si

5.4 Delimitación de cuencas

La superficie terrestre constituye la base sobre la que tienen lugar, y que por tanto condiciona,  gran parte de los proceso de tranferencia de materia y energía que tienen lugar sobre la superficie terrestre.

La disponibilidad de un modelo de dicha superficie permite simular estos procesos,  con los que consigue experimentar independientemente del sistema real. La simulaciín permite obviar los riesgos inherentes a la experimentación, alcanzar una completa independencia temporal, repetir el experimento de un npumero de vcesarbitrario.

Se denomina línea de flujos al trayecto que, a partir de un punto inicial, seguiría la escorrentía superficial sobre el terreno.

A partir de un trazo de líneas de flujo es posible definir la red hidrológica,  el parea subsidiraria de uan celda y, pro extensión, las cuencas hidorlogicas,: Se define el área subsidiaria de una celda como el conjunto de celdas cuyas líneas de flujo ocnvergen  en ella; una cuenca hidrológica esta formada por el área subsidiaria de una celda singular, que actúan como sumidero.

La magnitud de área subsidiaria de uan celda del MDE esta directamente relacionada con el caudal máximo potencial, CMP, en el mismo. En efecto ,el caudal  que peude circular en un momento  dado en un punto del terreno depende,  en tre otros factores, la magnitud  del área subsidiaria. De las precipitaciones de ella y de la pendiente de la zona,  que permiten uan circulación con mayor rapidez.

El área de drenaje extraiudas con el procedimeinto  MDT PRESENTA CIERTAS DEFICIENCIAS:

En uan determinada celdilla se inicie u ncause depende no solo  de su área subsidiaria sino también de las características litológicas e incluso  del uso del suelo de la misma. Por tanto utilizar un solo valor umbral para todo el área de trabajo resulta bastante simplista.

5.5 Cálculos geométricos

Curvas de nivel

Se tratan de líneas, definidas por tanto como una su cesión de pares coordenados, que tienen como identificador el valor de la elevación en cada uno de los puntos de la línea. Generalmente el intervalo entre las curvas de nivel es constante.

Red Irregular de triángulos

A partir de un conjunto, en lo que se conoce la elevación, se traza un conjunto de puntos, formado por tripletas en puntos cercanos coliniales, formando un mosaico. La curvas d nivel al descomponerse en una serie de puntos se genera una red irregular de triángulos. Entre sus ventajas se tiene que se adapta a las irregularidades del terreno, ocupar menor espacio y dar muy buenos resultados a la hora de visualizar modelos en 3D o determinar cuencas visuales. Entre los inconvenientes destaca el uso del tiempo para el procesamiento y el resultar bastante ineficientes cuando se intenta integrarlos con información de otro tipo, de forma que se usa para interpolar capas raster.

Formato raster

Es el más adecuado para la integración de las elevaciones en un SIG ya que  va permitir la utilización de diversas herramientas para la obtención de nuevos mapas a parir de MDE.

Métodos de construcción geométrica:

Altimetría: altímetros, transportados por aviones y satelitales que permiten determinar las diferencias de altitud entre la superficie terrestre y el vehículo que transporta el altímetro.

Radargametría o interfometría  de imágenes de radar.  Un sensor de radar empite un impulso  electromagnético,  y lo recoge tras reflejarse en la superficie terrestre,  conociendo el tiempo de restardo del pulso y su velocidad que puede  estimarse a distancia del satélite y terreno.