Geotecnologias aplicadas a levantamientos y cartografia catastral urbana 1 by Tania Giraldo Ospina

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Geotecnologías aplicadas a levantamientos catastrales y cartografía catastral urbana Leonardo B. Ivars1

Resumen: Este documento está dividido en tres partes, la primera dedicada a la geodesia, la segunda a las geotecnologías más utilizadas en catastro, y la tercera a la cartografía catastral. Dada la extensión de cada tema -siendo cada uno una especialidad en sí misma-, el tratamiento que se hace de los mismos constituye un sumario de los sub-temas más importantes, enmarcando todo ello en los aportes que hace cada disciplina a las aplicaciones relacionadas con el levantamiento catastral y la producción de cartografía catastral en áreas urbanas, junto a otros temas de actualidad de relevancia en el momento actual. De manera complementaria, el documento se encuentra profusamente ilustrado con más de 60 figuras, de modo de facilitar la interpretación de los conceptos.

Objetivo general: Se espera que los participantes a través de la lectura del documento, la interacción en los foros temáticos, la participación en las tele-clases y el desarrollo de las tareas previstas alcancen una comprensión de los fundamentos básicos de la geodesia; del posicionamiento mediante satélites GNSS, de la fotogrametría, de la teledetección y sus aplicaciones en los levantamientos y la cartografía catastral.

Objetivos específicos: Que el participante aprenda: 1. El aporte de la geodesia como base para el desarrollo de la cartografía, y la comprensión de los marcos de referencia, y los distintos tipos de coordenadas y sus relaciones. 2. Los fundamentos y los métodos de levantamiento mediante posicionamiento satelital GNSS, y su aporte a los levantamientos y la cartografía catastral. 3. El proceso fotogramétrico desde la planificación del vuelo hasta la obtención de el/los producto/s final/es, y su aporte a los levantamientos y la cartografía catastral. 4. Los principios de la teledetección, la imagen digital y sus características, y el aprovechamiento que puede hacerse de las imágenes satelitales de alta resolución en los ambientes urbanos. 5. A valorar las potencialidades y limitaciones de los diferentes productos de imagen en base a diferentes resoluciones espaciales para aplicaciones en catastro y estudios urbanos. 6. La naturaleza y las características más relevantes de la cartografía catastral, su conformación a partir de levantamientos, la gestión de calidad, así como la difusión en Internet, su documentación y usos multipropósito o multifinalitarios.

Agrimensor y Máster Internacional en Sistemas de Información Geográfica. Experto en catastro.

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Índice 1. 1.1. 1.2. 1.3. 1.3.1. 1.3.2. 1.4. 1.4.1. 1.4.2. 1.4.3. 1.4.4. 1.4.4.1. 1.4.4.2. 1.5. 1.5.1. 1.5.2. 1.5.3. 1.6. 1.7.

Geodesia Introducción………………………………………………………………………………………. Coordenadas y marcos de referencia…………………………………………………………. Figura y forma de la Tierra……………………………………………………………………… Geoide……………… ……………………………………………………………………………. Elipsoide………………………………………………………………………………………….. Tipos de coordenadas………………………………………………………………………….. Coordenadas cartesianas tridimensionales o geocéntricas………………………………… Coordenadas geodésicas………………………………………………………………………. Altura ortométrica………………………………………………………………………………… Coordenadas planas o proyectivas……………………………………………………………. Proyección UTM…………………………………………………………………………………. Casos particulares de la proyección Mercator Transversa ………………………………… Marcos de referencia modernos………………………………………………………………. Marco de Referencia Terrestre Internacional (ITRF)……………………………………….. Sistema Geodésico Mundial de 1984 (WGS 84)…… ……………………………………….. Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas (SIRGAS)………………………… Redes Nacionales vinculadas a SIRGAS…………………………………………………….. Los marcos de referencia modernos y su utilización en aplicaciones catastrales………..

4 4 5 5 6 7 7 7 8 9 10 11 13 14 14 15 15 17

2. Geotecnologías 2.1. Sistemas de posicionamiento mediante satélites GNSS 2.1.1. Introducción………………………………………………………………………………………. 2.1.2. Componentes de un sistema GNSS…………………………………………………………... 2.1.3. Principios del posicionamiento…………………………………………………………………. 2.1.4. Las señales GNSS………………………………………………………………………………. 2.1.5. Observables………………………………………………………………………………………. 2.1.6. Fuentes de error en el posicionamiento GNSS………………………………………………. 2.1.7. Métodos de levantamiento con GNSS………………………………………………………… 2.1.7.1. Posicionamiento absoluto ……………………………………………………………………… 2.1.7.2. Posicionamiento diferencial o relativo ………………………………………………………… 2.1.7.2.1. Método estático ………………………………………………………………………………….. 2.1.7.2.2. Métodos cinemático continuo y Stop & Go …………………………………………………… 2.1.7.2.3. Método cinemático en tiempo real (RTK) …………………………………………………….. 2.1.7.2.4. Método DGNSS …………………………………………………………………………………. 2.1.7.2.5. Método NTRIP …………………………………………………………………………………… 2.1.8. Levantamientos GNSS: opciones, exactitudes ……………………………………………… 2.1.9. Selección de métodos GNSS más apropiados ……………………………………………… 2.1.10. Estaciones GNSS permanentes ………………………………………………………………. 2.1.11. Combinación de levantamientos GNSS con topografía clásica …………………………….

18 18 19 20 21 22 24 24 25 26 27 27 27 28 29 29 30 30

2.2. 2.2.1. 2.2.2. 2.2.3. 2.2.4. 2.2.5. 2.2.6. 2.2.7. 2.2.7.1. 2.2.7.2. 2.2.7.3. 2.2.7.4. 2.2.8. 2.2.8.1. 2.2.8.2. 2.2.8.3.

32 32 33 34 35 36 37 37 38 39 39 40 40 43 43

Fotogrametría Definiciones ……………………………………………………………………………………… Elementos geométricos de una fotografía aérea ……………………………………………. Escala de una fotografía aérea ………………………………………………………………... Deformaciones de una fotografía aérea ……………………………………………………… Diferencias entre fotografía aérea y mapa …………………………………………………… Visión estereoscópica ………………………………………………………………………….. Sensores para la captura de datos …………………………………………………………… Cámaras aéreas analógicas …………………………………………………………………… Cámaras aéreas digitales ……………………………………………………………………… Comparativa …………………………………………………………………………………….. LIDAR aerotransportado ……………………………………………………………………….. El proceso fotogramétrico ……………………………………………………………………… Planificación de vuelo ………………………………………………………………………….. Apoyo terrestre …………………………………………………………………………………. Aerotriangulación ……………………………………………………………………………….

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2.2.8.4. 2.2.8.5. 2.2.9.

Restitución ………………………………………………………………………………………. Ortofoto ………………………………………………………………………………………….. La fotogrametría en el mantenimiento y la actualización cartográfica ……………………

45 45 47

2.3. 2.3.1. 2.3.2. 2.3.2.1. 2.3.2.2. 2.3.2.3. 2.3.2.4. 2.3.3. 2.3.3.1. 2.3.3.2. 2.3.3.3. 2.3.3.4. 2.3.3.5. 2.3.4. 2.3.5. 2.3.6. 2.3.7. 2.3.8.

Teledetección Introducción …………………………………………………………………………………….. Bases conceptuales ……………………………………………………………………………. Procesos en un sistema de teledetección …………………………………………………… Radiación electromagnética …………………………………………………………………… Propiedades espectrales de los objetos ……………………………………………………… Órbita y cobertura de los satélites …………………………………………………………….. Resolución de un sistema sensor …………………………………………………………….. Resolución espacial ……………………………………………………………………………. Resolución espectral …………………………………………………………………………… Resolución radiométrica ……………………………………………………………………….. Resolución temporal ……………………………………………………………………………. Relaciones entre los distintos tipos de resolución ..…………………………………………. La imagen digital y sus características ……………………………………………………….. Sistemas de teledetección de alta resolución ……………………………………………….. Correcciones radiométricas y geométricas ………………………………………………….. Productos de imagen …………………………………………………………………………… Aplicación de imágenes de alta resolución en los catastros ……………………………….

48 48 48 49 51 51 52 52 53 54 54 55 55 56 58 58 59

3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.5.1. 3.5.2. 3.6. 3.6.1. 3.6.2. 3.7.

Cartografía catastral urbana Introducción ……………………………………………………………………………………… Cartografía analógica versus cartografía digital …………………………………………….. Características principales de la cartografía catastral urbana …………………………….. Controles de calidad a la información catastral ……………………………………………… Difusión de la información catastral en Internet ……………………………………………… Aplicaciones corporativas ………………………………………………………………………. La información catastral dentro de una IDE ………………………………………………….. Metadatos ………………………………………………………………………………………... Estándares para metadatos ……………………………………………………………………. Componentes de calidad de los metadatos ………………………………………………….. Usos de la cartografía catastral ………………………………………………………………..

62 62 64 67 68 69 70 71 73 74 76

Anexo

Visualización, interpretación y valoración de ortofotos e imágenes satelitales de alta resolución …………………………………………………………………………………………

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1. Geodesia 1.1. Introducción La producción y el mantenimiento de cartografía trae aparejada la necesidad que tengamos que vincular, o más específicamente, georreferenciar los datos espaciales a la superficie terrestre. Esto requiere de sistemas que representen adecuadamente el tamaño y la forma de la Tierra, tema del que –entre otrosse ocupa la Geodesia. En la actualidad la gran mayoría, por no decir la totalidad de la información geográfica, es producida digitalmente utilizando diversas herramientas entre las que podemos mencionar a los Sistemas de Información Geográfica (SIG). La primera cuestión que se nos presenta a la hora de administrar datos espaciales es cómo determinar la posición de los objetos de interés en el continuo del territorio, hecho que tiene fundamento en que el modelo de datos digital que maneja cualquier aplicación SIG, requiere de los siguientes elementos: la posición, la geometría, la topología y los atributos. En esta sección, trataremos precisamente todo lo relacionado a los datos de posición, que es la capa de información más básica sobre la cual se articulan todos los conjuntos de datos espaciales. A tal fin, ofreceremos a continuación, un conjunto de sub-temas asociados fundamentalmente a los distintos tipos de coordenadas, proyecciones cartográficas y marcos de referencia geodésicos.

1.2. Coordenadas y marcos de referencia Las coordenadas sin un origen específico declarado son ambigüas. Por ejemplo, si nos referimos a una posición tridimensional, podríamos preguntarnos: ¿cuál es el origen?, ¿cuáles son las orientaciones de los ejes de coordenadas?, ¿cuál o cuáles son las superficies de referencia a la que están asociadas?. Cuando esto sucede, las coordenadas no tienen ninguna utilidad, por tal razón es necesario que éstas tengan un origen o punto de partida y un conjunto de elementos adicionales que permitan definir las posiciones sobre la superficie terrestre. Más específicamente, la Geodesia emplea una serie de convenciones que definen lo que se conoce como Sistema de Referencia Terrestre Internacional (o por sus siglas en inglés ITRS = International Terrestrial Reference System) que pueden resumirse y simplificarse en:    

el el el el

origen del sistema está localizado en el centro de masa de la Tierra; eje Z es coincidente con el eje de rotación terrestre; eje X pasa por el meridiano de Greenwich; y eje Y se encuentra ubicado en el plano del Ecuador a 90° del eje X hacia el Este.

Sistema de Referencia Terrestre Internacional (ITRS) Ahora bien, la definición de un sistema de referencia es el primer paso en la tarea de establecer posiciones, pero es una definición teórica que requiere de una materialización práctica. Dicha realización se concreta a través de mediciones, siempre imperfectas aunque cada vez más exactas, dando lugar a 4

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lo que se conoce como marco de referencia. Éste esta conformado por un conjunto de puntos monumentados en el terreno con coordenadas conocidas, que nos permiten el acceso al sistema ideal a través de una materialización imperfecta. Es muy usual en la literatura utilizar el término datum como sinónimo de marco de referencia, aunque éste ultimo está más asociado a las infraestructuras de posicionamiento determinadas a través de métodos satelitales. Un ejemplo de marco de referencia común a nivel regional es el Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas, conocido como SIRGAS. Retomando, lo que veníamos planteando al inicio de este apartado tenemos que tener presente que las coordenadas son formas convencionales para expresar las posiciones, pero que por sí solas no definen nada si no se conoce el marco de referencia al que están asociadas.

1.3. Figura y forma de la Tierra Una primera cuestión, la Tierra tiene una forma muy irregular y compleja, de modo que si queremos representar detalles del espacio territorial en una cartografía en papel o digital necesitamos recurrir a un modelo simplificado de su forma. Los geodestas han encontrado dos respuestas útiles para dar solución a estos problemas: el geoide y el elipsoide. Para tener un cabal entendimiento de las coordenadas resulta fundamental la comprensión de estos dos conceptos.

1.3.1. Geoide Como dijimos, la superficie terrestre dista de ser uniforme. Únicamente los océanos pueden ser considerados como algo que pueda ser tratado con una razonable uniformidad. Si extendiéramos dicha superficie por debajo de la masa de los continentes y asumiéramos que el agua fluye libremente allí también y despreciáramos los efectos de las corrientes y mareas, la superficie resultante solo se encontraría afectada por la gravedad. Esto tiene cierta consecuencia en la forma de dicha superficie, ya que la dirección de la gravedad o línea de la plomada, es dependiente de la distribución de masas dentro de la Tierra. Dichas irregularidades producirían un efecto irregular en el “océano global” forzándolo a ser una superficie ondulada. Esta superficie se la llama geoide o figura física de la Tierra. El vector gravedad en cualquier punto del geoide es siempre perpendicular e éste. El geoide puede ser definido entonces como la superficie equipotencial2 del campo de gravedad que mejor se aproxima al nivel medio del mar. En el hipotético caso que la Tierra fuera de una densidad uniforme y la topografía terrestre no existiera, el geoide tendría la forma de un elipsoide centrado en el centro de masa terrestre. Desafortunadamente, la situación no es tan simple. Dónde tenemos una deficiencia de masa, el geoide desciende debajo del elipsoide medio. A la inversa sucede cuando existe un exceso de masa, dónde el geoide crece sobre el elipsoide medio. Estas influencias provocan que el geoide se desvíe de la forma elipsoidal media alrededor de  100 metros a escala global. La separación entre geoide y elipsoide se denomina Ondulación del Geoide (N).

Superficies de referencia

Superficie de potencial gravitatorio constante.

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Alturas del geoide respecto al elipsoide a escala global. Fuente: http://icgem.gfzpotsdam.de/ICGEM/potato/gf-tutorial2-Dateien/image023a.jpg El sentido físico de la superficie del geoide la hace especialmente apta para utilizarla como superficie de referencia vertical, ya que puede ser detectada por los instrumentos de nivelación. Recordemos que cuando determinamos alturas, el telescopio del instrumento es tangente a la superficie equipotencial local que es perpendicular a la línea de la plomada o vector gravedad. En la práctica, las redes de nivelación han sido materializadas determinando su origen en un nivel medio del mar local, a través de lecturas en mareógrafos que han sido promediadas en base a registros efectuados en un extenso período de tiempo. Las alturas luego son propagadas al interior del continente combinando la nivelación geodésica con mediciones de gravedad.

1.3.2. Elipsoide El hecho que la curvatura del geoide muestre discontinuidades que, como señalamos, son el reflejo de las variaciones de densidad dentro de la Tierra, no la hace una superficie apta para referir posiciones horizontales. Para realizar determinaciones angulares, de distancias y de posicionamiento horizontal, necesitamos recurrir a una superficie que pueda definirse en términos matemáticos, es por ello que en Geodesia se recurre al elipsoide que es una figura relativamente simple y que se ajusta con suficiente aproximación al geoide. Dicha superficie se forma a partir de una elipse que gira alrededor de uno de sus dos ejes de simetría, para el caso el eje menor (b), formando de esta manera un elipsoide de revolución. A tal fin, es necesario que el centro de dicha figura sea coincidente con el centro de masa del planeta, que su eje menor (b) esté alineado con el eje z, y que sus ejes mayor y menor tengan las dimensiones apropiadas para ajustar de la mejora manera su tamaño al de la forma real de la tierra.

La tierra real, geoide y elipsoide. A lo largo de la historia, se han utilizado diversos elipsoides para aproximar la forma de la Tierra. Por ejemplo, los datums geodésicos determinados a través de métodos terrestres tradicionales –en la actualidad prácticamente en desuso-, han empleado principalmente el elipsoide internacional de 1924, 6

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mientras que los marcos de referencia modernos utilizan los elipsoides GRS80 (de Geodetic Reference System de 1980) ó el WGS 84 (de World Geodetic System de 1984), muy conocido éste último por estar asociado al sistema de posicionamiento global GPS de los Estados Unidos. Estos dos últimos elipsoides son, a los efectos prácticos, idénticos como podemos apreciar de sus parámetros que constan en el siguiente cuadro: Parámetro a (m) b (m) F f -1

Internacional de 1924 6378388 6356912 3.36700 x 10-3 297

WGS 84 6378137 6356752.31424518 3.352810664747481 x 10-3 298.257223563

GRS 80 6378137 6356752.314140347 3.352810681183638 x 10-3 298.2572221008827

Siendo f = aplastamiento, y f-1 = aplastamiento recíproco. Esto sirve para definir completamente dimensiones y forma, para lo que son necesarios al menos dos parámetros. Por lo general, la dimensión se determina a través del semieje mayor a, junto a otra variable que nos permita precisar la forma, pudiendo emplear cualquiera de los valores restantes.

1.4. Tipos de coordenadas 1.4.1. Coordenadas cartesianas tridimensionales o geocéntricas Cuando nos referimos al Sistema de Referencia Terrestre Internacional en el apartado 1.2, establecimos esta forma para expresar la posición de un punto sobre la Tierra, en la cual P queda determinado por un valor en metros asignado sobre cada eje x, y, z.

Coordenadas cartesianas tridimensionales o geocéntricas. Este tipo de coordenadas tienen la ventaja de facilitar los cálculos matemáticos, por ejemplo, la determinación de la distancia entre dos puntos, siendo además las coordenadas “naturales” utilizadas por los sistemas de posicionamiento satelital. Como desventaja ofrecen alguna dificultad para visualizar las relaciones espaciales entre puntos (puntos cardinales y altura).

1.4.2. Coordenadas geodésicas Estas coordenadas también llamadas elipsoidales, es la forma más usual para declarar una posición, empleando dos medidas angulares en grados sexagesimales más una lineal en metros. La relación entre el elipsoide y la latitud y la longitud es simple. Las líneas Norte-Sur de longitud constante son conocidas como meridianos, en tanto que las líneas Este-Oeste de latitud constante se denominan paralelos. El meridiano origen es el del Observatorio de Greenwich; y el paralelo origen es el Ecuador. Las coordenadas geodésicas quedan entonces definidas de la siguiente manera: 

la longitud, , es el ángulo diedro entre el plano x, z y el plano meridiano del punto P, medido de 0 a 360 grados o equivalentemente entre 0 y 180 grados, positiva hacia el este del meridiano origen;

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 

la latitud, , es el ángulo entre el plano x,y y la normal al elipsoide en el punto P, medido a lo largo del meridiano de P, entre 0 y  90 grados, positiva hacia el hemisferio norte y negativa hacia el hemisferio sur del paralelo origen; y la altura elipsoidal, h, es la distancia entre el elipsoide y el punto P, medida a lo largo de la normal al elipsoide por P, en metros, positiva por encima del elipsoide y negativa por debajo de éste.

Coordenadas geodésicas. Aquí observamos que, en comparación con las coordenadas cartesianas tridimensionales, podemos visualizar de la lectura directa de las coordenadas las relaciones espaciales entre puntos, esto es cual está más al norte o al sur, al este o al oeste, y/o más alto o más bajo. En muchas ocasiones se utiliza solamente la latitud y la longitud para dar la posición de un punto, prescindiendo de la altura. En tal caso, es usual que a dicho par de coordenadas se las denomine geográficas. Es muy importante tener presente que la altura elipsoidal (h), que es una cantidad determinada a partir del posicionamiento satelital, no considera al campo de gravedad terrestre en su determinación, tratándose por lo tanto de una altura meramente geométrica y no física. Esto significa, por ejemplo, que podemos tener valores iguales de h para puntos que tengan diferentes cotas, es decir que el agua corra entre estos puntos. Además, puede presentarse la situación inversa, es decir que podemos tener valores distintos de h para puntos situados sobre la misma superficie de nivel o que tienen la misma cota (como en el caso del borde de un lago). Todo ello limita sus aplicaciones prácticas, no obstante, los valores de h pueden ser combinados con algún tipo de dato que considere la gravedad terrestre, a fin de poder sacar provecho de la tercera coordenada geodésica. Finalmente, otra cuestión para recordar es las coordenadas cartesianas tridimensionales y las coordenadas geodésicas son dos formas distintas pero equivalentes para expresar posiciones terrestres. Existe la posibilidad de convertir las primeras en las segundas y viceversa.

1.4.3. Altura ortométrica La altura ortométrica (H), también conocida como altura sobre el nivel medio del mar, es la distancia que separa la superficie topográfica terrestre y el geoide medida en dirección perpendicular a éste. Como dijimos anteriormente, el empleo del geoide como superficie de referencia garantiza que la altura relativa entre dos puntos indique correctamente el gradiente o el desnivel entre ellos. La relación entre la altura ortométrica y la elispódica (h) viene dada por la siguiente expresión: H=h+N Dónde N es igual a la separación entre el geoide y el elipsoide. Es decir que conociendo el valor de N, es posible obtener alturas de tipo físico a partir del posicionamiento satelital.

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Relación entre alturas ortométricas y elipsóidicas Dado que el geoide es una figura extremadamente compleja, su ondulación varía en función de la latitud y longitud de los puntos de interés. Una forma de calcular el valor de N es recurrir a un modelo de geoide nacional –siempre que esté disponible- o global, como el EGM2008 (Earth Gravitational Model).

1.4.4. Coordenadas planas o proyectivas Desde el punto de vista práctico, sobre todo quienes vienen trabajando con SIG catastrales o Sistemas de Información Territorial, este tipo de coordenadas son las que les resultarán más familiares o conocidas. Por ejemplo, cuando nuestro sistema de información tiene alcance al área urbana, podemos considerar a la Tierra como plana. A tal fin, existen las proyecciones cartográficas que permiten representar la superficie curva de la Tierra sobre una superficie plana, de manera que éstas nos permiten asociar a cada par de coordenadas geográficas, latitud  y longitud , un par de coordenadas rectangulares X, Y o Norte y Este, conocidas como coordenadas planas o proyectivas.

Pasaje del elipsoide al plano Existen un gran número de proyecciones cartográficas destinadas a resolver este problema, todas las cuales introducen algún grado de deformación debido a que el elipsoide no es una figura desarrollable en un plano. Un problema adicional con las proyecciones es que presentan discontinuidades, ya que las coordenadas planas son utilizadas dentro del alcance de cada zona, faja o huso, de modo que si nuestra área de interés se encuentra dentro de dos de ellas estamos frente a un problema, aunque esto tiene solución como veremos en unos ejemplos que mostraremos más adelante. Volviendo al tema de las deformaciones, tenemos que pueden afectar a las longitudes, los ángulos y las áreas. En el pasaje del elipsoide al plano, solo es posible conservar una sola de estas propiedades en detrimento de las otras dos. En una clasificación de las proyecciones por el aspecto deformación podemos agruparlas en: conformes, cuando conservan las formas; equidistantes, cuando conservan las áreas; y equivalentes cuando conservan las longitudes. El tratamiento de las proyecciones cartográficas excede el marco de estas

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notas, por lo que nos limitaremos a describir las proyecciones más utilizadas en la región, entre las cuales predomina la Mercator Transversa.

1.4.4.1 Proyección UTM La proyección Mercator Transversa Universal, más conocida por sus siglas UTM, es una proyección cilíndrica, conforme y transversal. Cilíndrica porque cada punto del terreno es proyectado sobre un cilindro de sección elíptica secante al elipsoide; conforme, porque la representación cartográfica de objetos geográficos no muy extensos conserva sus formas; y transversal, porque la tangencia entre el cilindro y el elipsoide se produce a lo largo de los meridianos. Entre las características más relevantes del sistema UTM podemos mencionar que: • • • • •

el origen de las abscisas es un punto ubicado a 0 m. del Ecuador para el hemisferio Norte y 10.000.000 metros del Ecuador, para el hemisferio sur, el origen de las ordenadas es un punto ubicado a 500.000 m. del Meridiano Central de la zona, utiliza el módulo 0.9996 para el meridiano central convirtiéndola en secante, el ancho de las zonas es de 6º, a la abscisa X se la llama N (Norte/Northing) y a la ordenada Y se la identifica como E (Este/Easting), siendo necesario para identificar un punto tres parámetros N,E y zona.

La indicación del huso junto a los valores de coordenadas obedece a que el valor del falso este u origen de ordenadas es el mismo para cada zona. Una cuestión muy importante en cualquier tipo de proyección es la distorsión de las magnitudes lineales, aspecto muy importante para un sistema catastral. Como fue indicado anteriormente, la proyección UTM utiliza un módulo de 0.9996 en el meridiano central de la zona, lo que significa una disminución para una distancia de 1000 metros de 40 centímetros. El hecho de utilizar un cilindro secante y no tangente al meridiano de contacto es para reducir las deformaciones lineales en los bordes de la zona. Por ejemplo, para una latitud media el valor máximo de la deformación lineal alcanza un valor aproximado de 1.00096 lo que equivale a que una distancia de 1000 metros se vea aumentada 96 centímetros. En la siguiente figura ilustramos dónde la escala es menor, dónde es igual a la unidad (sin deformaciones) y dónde es mayor.

Factor de escala en la Proyección UTM La proyección UTM ha sido recomendada para la cartografía topográfica por el Comité de Cartografía de las Naciones Unidas en el año 1952, y se divide mundialmente en 60 zonas longitudinales de 6° de ancho -como ya señalamos-, numeradas del 1 al 60 iniciando la primera en 180° de longitud oeste. En la siguiente figura se muestran todas las zonas que abarcan la región de Latinoamérica y el Caribe. A las zonas extremas, la 11 y la 25, le corresponden respectivamente los bordes 120° - 114° y 36° - 30°, y los meridianos centrales de 117° y 33° de longitud oeste. Si bien esta proyección presenta distorsiones tan reducidas que pueden despreciarse para elaborar cartografía a escala 1:10.000 y menor, no parece ser la solución más apropiada para su uso en cartografía de detalle o escala grande, como en el caso de los catastros urbanos. 10

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Zonas UTM convencionales en Sudamérica hasta el Ecuador.

Zonas UTM convencionales en México, América Central y el Caribe y Sudamérica desde el Ecuador.

1.4.4.2. Casos particulares de la proyección Mercator Transversa Presentamos a continuación tres casos, el primero corresponde a Argentina, el segundo a Costa Rica y el tercero a Guatemala. La idea es observar variantes en la aplicación de este tipo de proyecciones, todas ellas destinadas a reducir o minimizar las deformaciones lineales, haciendo más apropiada su utilización para aplicaciones catastrales. En Argentina se utiliza la proyección Gauss – Krüger para las series cartográficas del Instituto Geográfico Nacional, la cual también es de uso corriente en las organizaciones catastrales del país. A diferencia de la proyección UTM, la Gauss – Krüger utiliza fajas de 3 grados de ancho, dispuestas en siete de ellas para cubrir todo el territorio de oeste a este, cada una con los meridianos centrales coincidentes con las longitudes 72°, 69°, 66°, 63°, 60°, 57° y 54° al Oeste de Greenwich. Otra diferencia con la proyección UTM es que la Gauss-Krüger, la superficie desarrollable se dispone tangente al meridiano central, por lo que en dicha línea la escala se mantiene sin deformaciones, es decir es igual a 1. Para una latitud media Argentina, el factor de escala o módulo de deformación en los bordes de faja alcanzan valores aproximados de 1.0002, lo que representa un aumento de 20 cm. en una longitud de 1.000 metros. En cuando a la forma de medir las coordenadas, el eje X se orienta en el sentido de las latitudes, creciendo hacia el Norte, más precisamente con el origen 0 metro en el Polo Sur, en tanto que el eje Y, se dispone en el sentido de las longitudes, creciendo del meridiano central de la faja hacia el Este. Otra característica de la proyección Gauss-Krüger como se aplica en Argentina, es que el valor origen para el eje y o falso Este se determina sumando 500.000 + 1.000.000 x el número de faja, lo que permite disponer de distintos valores para cada una de éstas, no siendo por tanto necesario, acompañar a los valores de coordenadas el número de faja.

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Fajas convencionales proyección Gauss-Krüger. El sistema de coordenadas planas empleado en Costa Rica, denominado CRTM 05, se basa en la proyección del elipsoide de referencia WGS84 a un plano cartográfico tipo Gauss-Krüger. Se utiliza como meridiano central el correspondiente a los 84 grados de longitud Oeste, emplazado estratégicamente en el centro del área de cobertura de la proyección. Al origen de las ordenadas se le asigna el mismo valor que en UTM, es decir 500.000 metros, de manera de tener siempre valores positivos para las coordenadas. El origen de las abcisas es asignado al paralelo de latitud 0° (Ecuador), medido en forma positiva hacia el Norte, con un valor de falso norte de 0 metro.

Proyección CRTM 05. Fuente: Unidad Ejecutora, Programa de Regularización de Catastro y Registro (2008). Una característica particular de la CRTM 05 es que a fin de equilibrar la distorsión lineal se aplica un factor de escala general de 0.9999, con lo cual la longitud del meridiano central se proyecta reducida en el plano con dicho factor. Los cálculos de coordenadas y transformaciones, el factor de escala y la convergencia de los meridianos se basan en las fórmulas del sistema de proyección de Gauss-Krüger (Unidad Ejecutora, 2011). El caso de Guatemala era que venía empleando la proyección UTM, cuyos husos convencionales, más específicamente el 15 y el 16, dividían al país en dos zonas. Este hecho generaba, por una parte, quedar 12

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en los bordes de ambos husos con el consiguiente impacto en la distorsión lineal, y por otra, una situación de discontinuidad espacial en el sistema de representación plana.

Husos UTM en Guatemala A efectos de que el país pudiera disponer de una proyección en que se pudiera representar todo el territorio nacional sin las discontinuidades apuntadas, además con la suficiente precisión para aplicaciones en cartografía, topografía y catastro, es que se desarrolló la Proyección Guatemala Transversa de Mercator, conocida por sus siglas GTM. Esta proyección adopta como meridiano central el correspondiente a los 90 grados 30 minutos de longitud Oeste, y al igual que en el caso de anterior, dicha ubicación corresponde al centro geográfico del país. El factor de escala en el meridiano central es de 0.9998, el falso norte de 0 metro correspondiendo a una latitud de origen de 0 grado (Ecuador), y el faso este de 500.000 metros correspondiendo a la longitud de origen del meridiano central.

1.5. Marcos de referencia modernos Son aquellos determinados a partir del empleo de técnicas geodésicas espaciales, principalmente a través del posicionamiento por satélites. En Geodesia se trabaja con el concepto de mayor a menor, esto es se dispone de una red global conformada por centenares de puntos, a partir de la cual se determinan densificaciones regionales y/o continentales, tomando como referencia la red de orden 0 (global) que es la más exacta de todas.

Integración de marcos a distintas escalas.

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1.5.1. Marco de Referencia Terrestre Internacional Mas conocido por su sigla en idioma inglés ITRF (International Terrestrial Reference Frame), fue establecido por el Servicio Internacional de Rotación Terrestre y Sistemas de Referencia (IERS) en el año 1988. En la realización del ITRF se utilizan varias técnicas geodésicas espaciales como, por ejemplo: VLBI que es un sistema de medición de radiofuentes extragalácticas por medio de radiotelescopios; SLR por el cual se miden distancias láser a satélites específicos desde telescopios; LLR que es un sistema parecido al anterior solo que las distancias son medidas a la Luna; el conocido Sistema de Posicionamiento Global GPS y su equivalente ruso GLONASS; y DORIS que es un sistema por el cual se mide la variación de distancias desde satélites específicos a balizas orbitográficas. Las redes de estaciones de estos instrumentos que forman parte del ITRF son mantenidas y desarrolladas por diferentes organizaciones internacionales como el Servicio GNSS Internacional (IGS), el Servicio Internacional de Distanciometría Láser (ILRS), el Servicio Internacional de Interferometría de Bases Muy Largas (IVS), y el Servicio Internacional DORIS. Para cada solución del ITRF se utiliza una combinación de fuentes de información procedentes de los Servicios Internacionales mencionados para producir un marco de referencia extremadamente consistente a escala mundial. Es importante remarcar que el ITRF incorpora el concepto de la cuarta coordenada: el tiempo. ¿Qué quiere decir esto?, que todos los puntos fijos que conforman las redes no son “tan fijos”, es decir que se mueven principalmente por efectos del movimiento de las placas tectónicas. Si bien estos fenómenos eran perfectamente conocidos, no eran cuantificables hasta la aparición del sistema GPS. Si un punto se mueve y ese movimiento puede detectarse en el tiempo, entonces podemos medir su velocidad, variable que como dijimos, pasa a formar parte de las coordenadas. Por tal razón, los marcos de referencia modernos tienen asociada una época de definición, por lo que los valores de las coordenadas publicados son válidos o están asociados a un momento temporal específico. Por ello es que disponemos de diferentes realizaciones o versiones del ITRF, a las que se le adiciona un código de año para identificarlo, la primera data de 1988 a las que le han seguido las correspondientes a los años 89, 90, 91, 92, 93, 94, 96, 97, 2000, 2005 y 2008. Por ejemplo, el ITRF2005 constituye una realización del Sistema de Referencia Terrestre Internacional al 1 de enero de 2005. Cada solución del ITRF está presentada al usuario como un catálogo de coordenadas x, y, z (en metros) y velocidades dx, dy, dz (en metros por año), junto a una estimación de los errores para cada componente de las coordenadas. El ITRF es fundamental por varias razones: la primera es porque se trata, ni más ni menos, que de la “primera capa” de datos espaciales del planeta Tierra; la segunda porque su red es lo suficientemente densa como para establecer y desarrollar marcos a escala regional y nacional solo recurriendo a técnicas de posicionamiento por satélites; y tercero porque este marco es un estándar global para todas las actividades que requieren datos de posición.

1.5.2. Sistema Geodésico Mundial de 1984 Más conocido por sus siglas, WGS 84, fue establecido por la National Imagery and Mapping Agency de los Estados Unidos (actualmente National Geospatial-Intelligence Agency – NGA), y su importancia radica en que es el sistema ligado históricamente al desarrollo del GPS, sirviendo durante mucho tiempo para expresar las posiciones de las estaciones terrestres como de los satélites que conforman la constelación. WGS 84 no es solamente un marco de referencia geocéntrico global, sino que además es un modelo geométrico que define la figura y forma de la Tierra, es decir un elipsoide, y un modelo gravitacional. Es importante mencionar que durante mucho tiempo ITRF y WGS 84 fueron dos marcos de referencia globales distintos, aunque muy próximos entre si. Desde el año 1994 hasta el año 2001, WGS 84 pasó por 3 actualizaciones con el objetivo de alinearse a distintas versiones del marco global hasta que finalmente, en el año 2002, la NGA adopta oficialmente el ITRF.

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1.5.3. SIRGAS SIRGAS es el acrónimo de Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas y constituye una densificación regional del ITRF. La Organización de las Naciones Unidas en su Séptima Conferencia Cartográfica de las Américas, realizada en Nueva York en enero de 2001, recomendó a los países miembro de las Américas la integración de los marcos de referencia geodésicos nacionales a la red SIRGAS. SIRGAS constituye un estándar posicional de la más alta calidad para el desarrollo de aplicaciones relacionadas con la producción y utilización de información georreferenciada en la región, proveyendo coordenadas de referencia para una gran variedad de aplicaciones científicas y prácticas, como cartografía, obras de ingeniería, catastro e infraestructuras de datos espaciales (IDE). En cuanto a las realizaciones de SIRGAS, tenemos que la primera se concretó en el año 95 y se vinculó al ITRF 94, época 1995.4, y está conformada por un total de 58 estaciones distribuidas sobre América del Sur. Con posterioridad esta red fue reocupada en el año 2000, extendiéndose a los países del Caribe, Centro y Norte América. Esta segunda realización llamada SIRGAS 2000 comprende unas 184 estaciones y se vinculó al ITRF 2000, época 2000.4, siendo su objetivo principal la vinculación de los sistemas altimétricos nacionales al ITRF. Dentro de los puntos geodésicos observados están la totalidad de estaciones de SIRGAS 95, los mareógrafos de referencia en Sudamérica y algunos puntos fronterizos que permiten la conexión directa entre redes de nivelación nacionales vecinas. Por último, la tercera realización corresponde a la red SIRGAS de Operación Continua, conocida como SIRGAS-CON. En la actualidad esta red esta compuesta por cerca de 250 estaciones, de las cuales 48 pertenecen a la red global del IGS (International GNSS Service) (SIRGAS, 2012). SIRGAS-CON es calculada semanalmente por los centros de procesamiento y combinación de SIRGAS. Las coordenadas y velocidades de las estaciones permanentes de esta red son puestas a disposición de los usuarios por el Centro de Análisis Asociado para SIRGAS de la Red Regional del IGS.

Red SIRGAS-CON. Fuente: SIRGAS, 2012.

1.6. Redes nacionales vinculadas a SIRGAS Luego de la campaña SIRGAS 95, los países de la región comenzaron a modernizar sus redes nacionales. Asimismo fueron determinándose los parámetros de transformación entre los nuevos marcos 15

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vinculados a SIRGAS y los datum geodésicos locales, a los efectos de poder aprovechar toda la información geográfica publicada en base a los antigüos marcos de referencia. Inicialmente estas nuevas redes fueron materializadas a través de redes monumentadas (pilares), aunque en la actualidad, la materialización de estos marcos se está haciendo a través de instrumentos o estaciones GNSS permanentes. La información actualizada de las redes nacionales está disponible en la página de SIRGAS, más precisamente en: http://www.sirgas.org/index.php?id=55. Sobre dicha base informativa junto a otras fuentes complementarias, hemos elaborado una tabla que nos muestra el panorama en la región: País

Densificación ITRF-SIRGAS / Nombre

Argentina

Bolivia Brasil

Chile Colombia

Costa Rica Dominicana Ecuador

El Salvador 3

Guatemala Guyana Francesa México Panamá Perú4 Uruguay Venezuela

POSGAR07. Posiciones Geodésicas Argentinas. CON*: RAMSAC: Red Argentina de Monitoreo Satelital Continuo. MARGEN: Marco Geodésico Nacional CON*: Red de estaciones GPS continuas SIRGAS2000 CON*: RBMC (Red Brasileira de Monitoramento Continuo) SIRGAS-CHILE CON*: Red de estaciones activas fijas MAGNA-SIRGAS: Marco Geocéntrico Nacional de Referencia CON*: MAGNA-ECO (MAGNA Estaciones Continuas) CR05: Sistema de Referencia Costa Rica 2005 CON*: Red de estaciones GNSS continuas. Red Geodésica de la Jurisdicción Inmobiliaria Red básica GPS Red CON*: REGME (Red GNSS de Monitoreo Continuo de Ecuador) SIRGAS_ES2007: Red Geodésica Básica Nacional de El Salvador Red Geodésica Nacional RGFG: Réseau Géodésique Français de Guyane RGNA: Red Geodésica Nacional Activa Sistema Geodésico Nacional MACARIO SOLIS Red Geodésica Geocéntrica Nacional (REGGEN) SIRGAS-ROU98 SIRGAS-REGVEN: Red Geocéntrica Venezolana

Marco de referencia nacional ITRF2005, época 2006.6 SIRGAS95, época 1995.4 SIRGAS2000, época 2000.4

SIRGAS2000, época 2002.0 SIRGAS95, época 1995.4 ITRF2000, época 2005.8 ITRF2000, época s/d SIRGAS95, época 1995.4 ITRF2005, época 2007.8 ITRF2005, época 2009.5 ITRF93, época 1995.0 ITRF92, época 1988.0 ITRF2000, época 2000.0 ITRF2000, época 2000.4 SIRGAS95, época 1995.4 SIRGAS95, época 1995.4

*CON: Continuously Operating Network = Red de Estaciones GNSS Permanentes. Según observamos constan las épocas de definición de los marcos, por ejemplo: 1995.4 y 2000.4 pero, ¿qué significan estos números?. La época se calcula de la siguiente manera: se divide el día anual, coincidente en la mayoría de estos casos con la fecha media de la campaña en que se realizaron las mediciones, por 365 y se adiciona el valor resultante al año correspondiente. Por ejemplo: la fecha de SIRGAS 95 es el 26 de mayo de 1995, que es el día 146 / 365 = 0.4 + 1995 = 1995.4. La relación entre las diferentes realizaciones de SIRGAS o sus densificaciones nacionales, está dada por los parámetros de transformación entre los ITRF (http://itrf.ensg.ign.fr/trans_para.php) correspondientes y la reducción de las coordenadas a la misma época de referencia. Dicha reducción puede aplicarse de dos maneras: 3 4

Instituto Geográfico Nacional de Guatemala (2011), Red Geodésica Nacional de Guatemala: Situación Actual y Perspectivas. Resolución Jefatural N° 086/2011 IGN/OAJ/DGC.

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1. las estaciones permanentes con más de dos años de observación disponen de velocidades; y 2. para las estaciones que no disponen de dicha información, puede utilizarse un modelo para calcularlas llamado VEMOS (Modelo de Velocidades para América del Sur y el Caribe) disponible en:. http://www.sirgas.org/index.php?id=54 Es conveniente remarcar que las diferentes realizaciones de SIRGAS, reducidas a la misma época de referencia, son compatibles a nivel milimétrico (SIRGAS, 2012). Habíamos dicho que la materialización de los marcos vinculados a SIRGAS se está haciendo a través de estaciones GNSS permanentes, hecho que obedece a la necesidad que para mantenerlos actualizados es necesario tener en cuenta la variación de las coordenadas en función del tiempo, lo cual se logra a través de monitoreos continuos en los sitios que materializan el marco de referencia. Si bien esto puede hacerse a través de una reocupación periódica de los pilares o monumentos que materializan las redes, por una cuestión práctica y de economía y eficiencia, se está imponiendo el uso de estaciones permanentes, tema que trataremos más particularmente en la siguiente sección, apartado 2.1.10..

1.7. Los marcos de referencia modernos y su utilización en aplicaciones catastrales Habíamos dicho que una de las características que distinguen al marco ITRF y su densificación regional SIRGAS, es la consideración de la cuarta coordenada o el movimiento de los puntos geodésicos en función del tiempo. Sobre este particular, es oportuno mencionar que este hecho no debe ser motivo de preocupación, porque para aplicaciones en cartografía y catastro se puede trabajar con las coordenadas fijas desde el momento de la época de definición del marco, sin tener en cuenta el dato velocidad, exceptuando solamente el caso de la densificación de redes. Por ejemplo, para los levantamientos catastrales y mensuras se pueden utilizar solo mediciones diferenciales, que incluyen a aquellas en que la distancia entre el punto base o la estación permanente se mantenga por debajo de los 100 km., hecho que sucede en casi la totalidad de casos. Para ello, tenemos en cuenta que los extremos de las bases o vectores se desplazan de la misma manera, siendo por lo tanto sus longitudes independientes del marco de referencia.

Bibliografía consultada y referencias Comisión Guatemalteca de Normas (COGUANOR) (2008). Norma Nacional para Sistemas de Proyección para Información Geoespacial para Guatemala – COGUANOR NTG 211001. Iliffe, Jonathan & Lott, Roger (2008). Datums and Map Projections: for Remote Sensing, GIS and Surveying. Segunda Edición. Ed. CRC Press. International GNSS Service (IGS) (2012), http://igscb.jpl.nasa.gov International Terrestrial Reference Frame (ITRF) (2012), http://itrf.ensg.ign.fr/ National Imagery and Mapping Agency (2000). Department of Defense World Geodetic System 1984. Its Definition and Relationships with Local Geodetic Systems. TR 8350.2, Third Edition, http://earthinfo.nga.mil/GandG/publications/tr8350.2/wgs84fin.pdf Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas (SIRGAS) (2012), http://www.sirgas.org/ Unidad Ejecutora, Programa de Regularización de Catastro y Registro (2008). Sistema de Referencia CR05, http://www.uecatastro.org/documentos/sgro/Sistema-de-referencia-CR05.pdf

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2. Geotecnologías 2.1. Sistemas de Posicionamiento mediante Satélites (GNSS) 2.1.1. Introducción El acrónimo GNSS (Global Navigation Satellite System) es utilizado para denominar al conjunto de sistemas independientes GPS, GLONASS, Galileo, COMPASS, IRNSS, que tienen en común suministrar información sobre posición, velocidad y tiempo a escala global. GNSS es además sinónimo de sistemas de posicionamiento que funcionan sin superposición e integradamente, o sea que son interoperables. Los usuarios que requieren dicha información, deben disponer de un receptor que sea capaz de colectar toda la información necesaria para determinar su posición a partir de las señales que captura de los satélites. Básicamente lo que se determinan son distancias entre los satélites y la antena del receptor, y para que éstas tengan algún significado debemos conocer de que posición provienen. Como los levantamientos terrestres que se hacen con métodos clásicos (ej: teodolito + distanciómetro o estación total) comienzan a partir de puntos de control cuyas coordenadas conocemos, lo mismo sucede con los GNSS, aunque los puntos de referencia en este caso son los propios satélites, razón por la cual conocer su posición resulta fundamental. Por otro lado, las señales deben atravesar varias capas de la atmósfera que generan retardo introduciendo errores en la medición, por lo que la señal debe proporcionar al receptor algún tipo de información sobre las correcciones atmosféricas necesarias. Finalmente, los receptores deben conocer de que satélites provienen las señales que está capturando, para ello cada vehiculo espacial debe disponer de un mecanismo en la señal que permita identificarlo. En resumen, siendo los GNSS sistemas pasivos que sólo transmiten señales, lo que los usuarios en sus receptores necesitan recibir es: 1. la posición instantánea de los satélites en movimiento; 2. el tiempo en los satélites dado que las distancias son función del tiempo de propagación de la señal; 3. información sobre las correcciones atmosféricas; y 4. un sistema de identificación de los satélites para informar al receptor de dónde proviene la señal. Los satélites comunican a los receptores toda la información señalada precedentemente a través de códigos modulados sobre ondas portadoras llamados mensajes de navegación. Las portadoras no son otra cosa que frecuencias de radio, las cuales presentan características particulares que permiten que sean cambiadas o moduladas para llevar información como veremos en el apartado 2.1.4.

2.1.2. Componentes de un sistema GNSS Los componentes pueden dividirse en 3 partes:   

El segmento espacial contiene los satélites activos de la constelación orbitando alrededor de la Tierra. El segmento de control incluye las estaciones terrestres que supervisan y controlan el sistema completo, particularmente las órbitas y el tiempo en los satélites. El segmento del usuario está constituido por las personas que reciben y procesan los datos de observación GNSS.

El segmento de control del GPS incluye una estación principal de control, 5 estaciones para el monitoreo del sistema, y 3 estaciones para la transmisión de datos distribuidas en todo el mundo, con las siguientes tareas: controlar las operaciones del sistema completo, monitorear los movimientos de los satélites, monitorear las operaciones en los relojes de los satélites, calcular las efemérides y el tiempo en los satélites. El segmento de control de GLONASS es bastante similar al de GPS aunque está extendido sobre territorio Ruso, e incluye una estación de control principal, una estación central para la armonización de las operaciones del sistema, y estaciones de gestión y monitoreo, con las siguientes tareas: colectar datos de medición y calcular las efemérides, enviar datos de efemérides, datos de tiempo y otras informaciones a los satélites, monitorear y armonizar el tiempo GLONASS y UTC, controlar las operaciones, movimientos y posiciones de los satélites, y gestionar y garantizar el funcionamiento del 18

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sistema completo. Actualmente, la agencia que administra GLONASS está realizando gestiones para establecer estaciones de monitoreo fuera de Rusia a fin de mejorar la integridad y la exactitud del sistema. En cuanto al segmento del usuario podemos decir que el dispositivo para capturar los datos de observación GNSS está conformado de un receptor y una antena. Los receptores, dependiendo del fabricante y los requerimientos de exactitud, tienen la posibilidad de recibir una o dos frecuencias y disponen de varios canales dónde reciben las señales de los satélites que son capturadas a través de una antena y registradas en la unidad receptora. Sobre la base de los datos capturados son calculadas las distancias satélite – receptor, con lo cual se determina la posición de la antena. A continuación, incluimos una tabla comparativa de los principales parámetros de los sistemas de posicionamiento GPS y GLONASS en operación actualmente.

Número de planos orbitales Número de satélites operativos Altitud orbital Período orbital Inclinación de la órbita Marco de referencia Sistema de tiempo División de la señal Frecuencia banda L1 Frecuencia banda L2 Códigos

GPS 6 32

GLONASS 3 22

20.180 km. 11 hs. 56 min. 55° WGS 84 (G1150)  ITRF 2000

19.100 km. 11 hs. 15 min. 64.8° PZ90 (PZ-90.02  ITRF 2000 ) 5 UTC Tiempo de Moscú Frecuencia 1602 – 1615 Mhz 1246 – 1256 Mhz Igual para cada satélite

Tiempo GPS Código 1575 Mhz 1228 Mhz Diferente para cada satélite

Una diferencia muy importante entre GPS y GLONASS es que para identificar un satélite GPS se le asigna un código diferente a cada uno de ellos, en tanto que GLONASS utiliza un código único, por lo que para identificar cada vehículo se le asigna un par de frecuencias diferentes a cada satélite.

2.1.3. Principios del posicionamiento El concepto fundamental detrás de los GNSS es utilizar mediciones de distancias simultáneas a tres satélites para calcular la posición de un receptor. Las distancias son medidas registrando el tiempo requerido por la señal del satélite para llegar al receptor. Cada distancia define una esfera con su centro en el satélite. Desde el punto de vista geométrico son necesarias tres esferas para la intersección, pero en razón de que los relojes del satélite y receptor no están perfectamente sincronizados, el error del reloj del receptor introduce un sesgo que se proyecta como un error sobre la distancia al satélite. Esta es la razón por la cual se necesitan cuatro satélites como mínimo para determinar una posición: tres para el posicionamiento (coordenadas cartesianas geocéntricas x,y,z) más una adicional para el error del reloj.

Intersección de esferas para determinar la posición 5

De conformidad al plan de modernización de GLONASS, la información de efemérides implementada en el marco de referencia PZ-90.02 fue actualizada en todos los satélites el 20-09-2007. Desde esa fecha las coordenadas transmitidas están referidas al ITRF 2000. El PZ-90.02 es una versión actualizada del original PZ-90.

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2.1.4. Las señales GNSS Tanto GPS como GLONASS trabajan con dos frecuencias portadoras y dos códigos que modulan en fase. Esto significa que las ondas portadores están preparadas para llevar códigos binarios que se superponen sobre las mismas y que sólo pueden tener valores 0 y 1. Cada vez que este valor cambia, se produce un cambio en la fase de la portadora, según se muestra en la siguiente figura:

Códigos binarios modulados en fase. Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Modulación_de_fase A modo de ejemplo, en estas notas solo describiremos sintéticamente la estructura de la señal GPS, siendo las de GLONASS muy parecidas. Los satélites GPS transmiten datos de medición en dos frecuencias portadoras ubicadas en la banda de radio L, que son derivadas de una frecuencia fundamental generada en los relojes atómicos que llevan los vehículos espaciales, de modo que:  

L1 es transmitida a una frecuencia de 1575.42 MHz, que resulta de multiplicar la frecuencia fundamental por 154. L2 es transmitida a una frecuencia de 1227.60 MHz, en este caso resultado de multiplicar la frecuencia fundamental por 120.

La señal GPS A su vez la portadora L1 es modulada por dos códigos: el C/A o de adquisición rápida y el código P o preciso. En cambio, L2 es modulada solamente por el código P. El código C/A es la fuente o “regla” básica para determinar las distancias satélite-receptor, en tanto que la disponibilidad de dos portadoras responde a la necesidad de proveer a los usuarios un medio para eliminar o mitigar el retardo que sufre la señal al atravesar la capa de la atmósfera conocida como ionosfera, lo que es válido también para el código P que va modulado tanto en L1 como en L2. Adicionalmente, ambas portadores disponen de un mensaje de navegación que es actualizado diariamente por el segmento de control, el cual incluye información sobre: las efemérides (parámetros orbitales y posición instantánea del satélite en movimiento), el tiempo y estado del reloj en el satélite, modelo para corregir los errores del reloj, modelo para corregir los errores producidos por la propagación de la señal en la ionosfera y troposfera, estado de “salud” del satélite, y el almanaque que brinda datos sobre los parámetros orbitales del todo el conjunto o constelación de satélites.

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2.1.5. Observables A continuación vamos a concentrarnos en los distintos tipos de medición que están referidos al sistema GPS, pero que son comunes al resto de los sistemas de posicionamiento. El término observable es utilizado para indicar las señales cuyas mediciones aportan la distancia satélite – receptor. La palabra se utiliza para hacer un distingo entre la cosa que está siendo medida, el observable, y la medición en sí o la observación. Existen dos tipos de observables: la seudodistancia (pseudorange, P) y la fase de la portadora (carrier phase). Esta última constituye la base de las técnicas utilizadas para levantamientos de precisión y alta precisión. Por otra parte, las seudodistancias, llamadas así porque son más cortas o más largas que las distancias geométricas verdaderas por los errores en los relojes de los satélites y del receptor, se utilizan en el posicionamiento puntual instantáneo que ofrecen los navegadores de bajo costo. La ecuación para las seudodistancias es la siguiente: P =  +  =  + c   Dónde P es la distancia medida;  es la distancia geométrica verdadera;  son las correcciones causadas por el reloj del receptor; c es la velocidad de la luz; y  es el error del reloj. Para cada satélite (j = 1,2,3,…) y para cada seudodistancia tenemos la siguiente ecuación con cuatro incógnitas:

Dónde es la distancia medida entre la estación i y los satélites j; X j, Y j ,Z j son las coordenadas cartesianas geocéntricas del satélite j conocidas del mensaje de navegación;  j es el error del reloj del satélite conocido del mensaje de navegación; X i, Y i ,Z i las coordenadas cartesianas geocéntricas desconocidas del sitio de observación; y  i es el error desconocido del reloj del receptor. El fundamento para la determinación de seudodistancias es correlacionar el código de la señal GPS recibida de un satélite con una réplica exacta generada por el receptor. De la comparación entre ambos se determina un desplazamiento, que es el tiempo de propagación de la señal medido desde que la señal abandona el satélite hasta que llega al receptor, a lo que hay que agregar el error producido por la desincronización de los relojes ( j,  i) respecto al tiempo de referencia o patrón GPS. La seudodistancia se calcula entonces multiplicando ese tiempo por la velocidad de la luz.

Solución de navegación – 4 satélites mínimo / 4 incógnitas

Medición de la seudodistancia

Los códigos de adquisición rápida C/A y P (restringido a usos militares) tienen una longitud de onda de 300 metros y 30 metros respectivamente. La precisión de los observables se calcula en base al 1% de dicha longitud de onda, por lo que para el código C/A significa unos  3 metros, aunque con las mejoras introducidas en las técnicas de correlación dicho valor puede alcanzar a unos  0.50 metros.

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La distancia satélite – receptor puede determinarse utilizando directamente las ondas portadoras L1 o L1 + L2. En este caso, la distancia puede expresarse como un número de ciclos enteros N de la longitud de onda  más la fracción de un ciclo , de manera que: P = P0 + P = N   +   

Medición de fase. Como podemos ver la medición de fase contiene dos componentes: el ciclo entero y una fracción de ciclo. Lo que el receptor mide es dicha parte fraccional por comparación de fase, pero el número entero de ciclos permanece desconocido, aunque este valor es arbitrariamente asignado al comienzo del proceso de rastreo del satélite en una cantidad flotante. El valor N se denomina ambigüedad de la fase y durante el procesamiento de datos se debe fijar como un valor entero. Este proceso se llama resolución de ambigüedades y si éstas pueden ser fijadas correctamente, se obtendrá la solución de posicionamiento más precisa posible. Como las longitudes de onda de las señales GPS son para L1 y L2, 19 cm. y 24 cm. respectivamente, y tomando en cuenta lo que ya se mencionó respecto a la precisión de los observables, tendremos que la medición con fase es la que brinda los resultados más precisos que rondan en un par de milímetros.

2.1.6. Fuentes de error en el posicionamiento GNSS Cuando se utiliza el posicionamento satelital para aplicaciones que requieren exactitudes a nivel centimétrico, es imprescindible conocer las diversas fuentes de error que afectan a las observaciones GNSS. En primer lugar, debemos hacer una distinción entre los errores sistemáticos, los cuales pueden ser modelados matemáticamente o eliminados utilizando técnicas apropiadas, y los errores aleatorios o accidentales que son impredecibles en cuanto a magnitud y signo y tienden a cancelarse en la medida que se incrementa el tiempo de observación. Los errores en el posicionamiento están originados en las siguientes fuentes principales: satélite, medio de propagación (atmósfera) y receptor.

Fuentes de error en el posicionamiento GNSS

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Como veremos en el apartado 2.1.7.2., los errores producidos por las órbitas y reloj de los satélites, y los efectos producidos por la ionósfera y la tropósfera pueden considerarse prácticamente iguales cuando se trabaja con dos receptores observando los mismos satélites en forma simultánea. La única observación que corresponde hacer al respecto, es que el error ionosférico deja de estar correlacionado cuando la distancia entre los receptores es mayor a 20 km. Por tal razón, las señales GNSS están constituidas al menos por dos frecuencias, dado que esta opción es la que permite eliminar (prácticamente) el retardo ionosférico para bases de hasta unos 100 km.. Esto es porque la cantidad de refracción que experimentan las radiofrecuencias es inversamente proporcional a cada frecuencia, por lo que utilizando dos frecuencias distintas que recorren la misma capa atmosférica y al mismo tiempo, permite la determinación de la refracción y su consecuente compensación. Respecto a los errores originados en el receptor, lógicamente que no están correlacionados para observaciones simultáneas, por lo que tienen influencia en el posicionamiento diferencial. El efecto multicamino sucede cuando el receptor se encuentra próximo a una superficie reflectante, por ejemplo: un vehículo, un techo metálico, un muro o un espejo de agua, y la antena captura no solo la señal directa sino además la reflejada por dichos objetos, generando el efecto de múltiple trayectoria. Este error es dependiente de la frecuencia, afectando a las mediciones de código más que a las de fase, y las señales que provienen de satélites más bajos son más susceptibles al multicamino que aquellas que provienen de satélites altos. El impacto de este efecto puede reducirse incrementando el tiempo de observación en cada estación. Las antenas de los receptores GNSS de tipo geodésicos están diseñadas para prevenir la recepción de señales reflejadas. En cuanto al desplazamiento del centro de fase de la antena, es resultado de la no coincidencia entre el centro geométrico y el centro de fase (medición) de una antena. Para cada antena, el desplazamiento del centro de fase es constante, pero su variación depende de la ubicación del satélite en el espacio (azimuth y elevación). Los receptores de doble frecuencia tienen diferentes centros para L1 y L2. Una forma práctica de eliminar o reducir sensiblemente este efecto es orientar las antenas en forma paralela (por ejemplo hacia el Norte), siempre y cuando sean idénticas, en caso contrario deben aplicarse modelos de calibración. Existe información sobre este particular en la siguiente página web del National Geodetic Survey (NGS) de los Estados Unidos: http://www.ngs.noaa.gov/ANTCAL/ El ruido de la medición tiene que ver con que los observables no pueden ser medidos perfectamente, estando sujetos a influencias aleatorias de la antena, amplificadores, cables y el propio receptor. Como ya hemos señalado, la resolución de la observación es alrededor del 1% de la longitud de onda, aunque la tecnología de los receptores modernos tienden a llevar el ruido de la fase por debajo de 1 mm. y reduce la resolución del código a un nivel de 10 cm (Seeber, G., 2003).

Variación del centro de fase de la antena

Efecto multicamino

Como resumen, resumimos el presupuesto de error total aproximado para una posición GNSS autónoma en el siguiente cuadro: Fuente de error Órbita del satélite Reloj del satélite Ionosfera Troposfera

Influencia 2,5 m. 2,5 m. 4,0 m. 0,7 m.

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Multicamino Centro de fase Ruido

1,4 m. -3,0 m.

El efecto combinado de los errores de órbita, de propagación, errores de tiempo y reloj y ruido de la medición, proyectados sobre una línea entre el receptor y el satélite se denomina Rango de Error Equivalente del Usuario (UERE = User Equivalent Range Error). El producto del valor de la Dilución de la Precisión (DOP) por el UERE proporciona la exactitud esperada para el posicionamiento autónomo. Exactitud = DOP  UERE (m) El DOP es un valor escalar sin unidades utilizado para describir la contribución geométrica a la incertidumbre de una solución de posicionamiento. Más precisamente, el DOP tiene que ver con la fuerza o solidez geométrica de la figura descripta por la distribución de los satélites en el cielo para un determinado horizonte de observación. Existen varios valores para el DOP, pero el más importante es el PDOP que representa la incerteza que puede esperarse en la posición tridimensional. Los valores de PDOP menores que 6 son considerados buenos.

Mal PDOP y buen PDOP En la figura, podemos observar que un agrupamiento cercano de satélites forma un poliedro de volumen reducido que ofrece valores pobres de PDOP; mientras que cuando los satélites se encuentran bien distribuidos en el cielo, separados entre si y formando ángulos horizontales aproximadamente iguales respecto a la posición del observador (ver que el volumen del poliedro se incrementa sensiblemente), tenemos valores óptimos de PDOP.

2.1.7. Métodos de levantamiento con GNSS 2.1.7.1. Posicionamiento absoluto Los métodos de levantamiento o modos de medición se dividen básicamente en absoluto y diferencial. El primer caso, ya lo hemos visto, y es básicamente la solución de posicionamiento autónomo que ofrecen los receptores de bajo costo, conocidos como navegadores. La exactitud que ofrece en la actualidad este método ronda entre los 5 y 10 metros, por lo que para las aplicaciones que requieren una exactitud mayor, como en el caso de los catastros, esta técnica queda excluida de posibles usos. Dentro del posicionamiento absoluto podemos considerar a una técnica más nueva que está despertando mucho interés en la comunidad de usuarios, que es el posicionamiento puntual preciso (PPP). En este caso, también se utiliza un solo receptor para determinar las coordenadas de los puntos de interés, solo que a nivel de instrumentación requiere exigencias mayores en cuanto a que es necesario el uso de receptores más sofisticados y precisos con capacidad para trabajar con código y fase. Este nuevo enfoque de posicionamiento, surgió a partir de la disponibilidad de datos de órbitas y relojes precisos con una precisión de unos pocos centímetros. Estos datos se aplican para corregir dos de las fuentes de error más importante que hemos descrito en el apartado precedente. Entonces, combinando los datos precisos de órbitas y relojes, sumado al empleo de receptores de doble frecuencia

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que permiten eliminar los efectos de primer orden de la ionosfera, los usuarios pueden obtener una posición con una exactitud a nivel centimétrico y decimétrico. De manera que encontrarán que el agregado de la palabra “preciso” se utiliza para distinguir este método de la solución que ofrecen los tradicionales navegadores que utilizan solo el código como principal observable para la determinación de la posición.

Clasificación de los métodos de levantamiento GNSS A título informativo, existen unos servicios en línea para el PPP que funcionan de la siguiente manera: el usuario debe capturar los datos en los sitios de interés, luego bajar los archivos de observación GNSS almacenados en las colectoras de datos de los receptores a una PC, transformar el formato de archivo propietario a un formato de intercambio estándar llamado RINEX6 (Receiver Independent Exchange Format) -eventualmente compactarlo-, y remitirlo al servicio que, una vez realizado el procesamiento, devuelve a los usuarios las correspondientes soluciones de posicionamiento. Los vínculos para acceder a las aplicaciones mencionadas son:  

Natural Resources Canada, Online Global GPS Processing Service (CSRS-PPP), http://www.geod.nrcan.gc.ca/products-produits/ppp_e.php Instituto Brasileiro de Geografia e Estadística (IBGE), Posicionamento por Ponto Preciso (PPP), http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/ppp/default.shtm

2.1.7.2. Posicionamiento diferencial o relativo Para hacer un tratamiento adecuado de los errores sistemáticos que afectan a las mediciones GNSS, se ha desarrollado el método diferencial o relativo. Conceptualmente, una posición relativa es una diferencia entre dos posiciones, una conocida y la otra desconocida, unidas por una base o vector. Por tal razón, este método requiere un receptor estacionado en un punto con coordenadas conocidas para acceder al marco de referencia y así poder expresar los resultados finales del levantamiento respecto de éste.

Método diferencial 6

Para ampliar ver: http://es.wikipedia.org/wiki/Rinex

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La palabra “diferencial” es sumamente significativa, ya que el método consiste precisamente en el procesamiento de las diferencias de observaciones simultáneas realizadas por dos receptores (al menos) a los mismos satélites. Podemos decir entonces que esta técnica hace uso del hecho que las señales GNSS son afectadas por prácticamente los mismos errores, motivo por el cual al hacer las diferencias los mismos se cancelan o reducen notoriamente. Aquí vale hacer notar sobre los efectos de la ionosfera, que si bien esta consideración es válida para dos estaciones separadas menos que 20 km., su influencia es diferente en la medida que la distancia entre dos estaciones se incrementa. En el posicionamiento diferencial hay que tener especialmente en cuenta efectos que no están correlacionados en cuanto a que no producen similares magnitudes de error en las estaciones involucradas en un levantamiento, por ejemplo: el efecto multicamino y el ruido de observación, el primero que depende del sitio de observación y el segundo del receptor.

Simple diferencia y doble diferencia En cuanto al procesamiento de observaciones en modo diferencial el primer paso es la generación de una simple diferencia. Aquí se realiza una sustracción en las observaciones de seudodistancias y fase para dos receptores, lo cual permite cancelar los errores asociados al satélite, es decir órbita y reloj. Aunque de esta forma un porcentaje importante de errores ha sido reducido, los programas de procesamiento realizan una segunda diferencia, conocida como diferencia doble. En esta oportunidad se realiza una sustracción entre satélites y receptores, o dicho de otra manera, a la simple diferencia del satélite uno S1 se le sustrae la simple diferencia del satélite dos S2. El empleo de esta estrategia prácticamente cancela los errores de propagación de la señal y adicionalmente elimina el error de reloj del receptor. Al utilizar diferencias como mediciones en el procedimiento de ajuste, se determinan diferencias de coordenadas entre la estación base y la estación móvil, de manera que para obtener valores absolutos de coordenadas en el marco de referencia deseado (ej: ITRF-SIRGAS) debemos conocer las coordenadas de la estación base. En una primera división del método diferencial tenemos la diferenciación entre la necesidad de disponer de los resultados del levantamiento con posterioridad a su ejecución o mientras se realiza el mismo, esto es en post-proceso o en tiempo real. En post-proceso podemos distinguir al método estático y el cinemático.

2.1.7.2.1. Método estático El primero de ellos, implica observaciones estacionarias durante un período de tiempo que puede ir desde los 15 minutos a varias horas o días, dependiendo de la finalidad del trabajo y la longitud de las bases a medir. Este método si bien es el más preciso de todos, tiene la debilidad que los tiempos de observación son comparativamente largos, dado que los receptores tienen que resolver las ambigüedades de la fase en cada nueva estación u ocupación. En la actualidad el método estático viene siendo utilizado casi con exclusividad para el establecimiento de marcos de referencia, sus respectivas densificaciones y puntos de control. Es importante remarcar que con las mejoras en la instrumentación y, más particularmente, en los procedimientos destinados a la resolución de las ambigüedades, los tiempos de observación se han reducido sensiblemente dando lugar a una variante de este método conocida como estático-rápido, la cual es aplicable también para densificaciones de redes y puntos de control en aplicaciones cuyo rango de operación o distancia a la base sea reducido.

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2.1.7.2.2. Métodos cinemático continuo y Stop & Go En cuanto al método cinemático, podemos verlo como una primera evolución del método al que acabamos de referirnos, en el sentido que si las antenas pueden moverse durante el levantamiento se gana en productividad, lo cual incrementa la cantidad de aplicaciones posibles de estas tecnologías. Esta técnica es utilizada principalmente en el levantamiento de detalles y se apoya en una inicialización estática del receptor móvil para fijar las ambigüedades, y la transferencia de las mismas a toda la cadena de puntos que integran un levantamiento, estrategia que permite tiempos de observación sumamente reducidos sin resignar por ello exactitud en los resultados.

Método cinemático continuo (izq.) y stop & go (der.) La diferencia entre la opción cinemático continuo y stop & go es que la primera es más apta para determinar trayectorias, porque el móvil va grabando datos conforme a un intervalo de tiempo predefinido por el usuario, típicamente entre 1 y 5 segundos; en tanto que en la segunda el receptor solo registra las observaciones en los puntos que el usuario especifique en forma de parada (stop), normalmente unas 3 épocas7 o 15 segundos por punto, aunque el receptor continua en movimiento (go) rastreando los satélites durante todo el tiempo que dura la sesión de trabajo. Un punto débil de estas opciones es que son extremadamente sensibles a los obstáculos que pueden encontrarse en el camino, cómo árboles, construcciones, etc., que pueden ocasionar interrupciones en la recepción de la señal, caso en que será necesario realizar una nueva inicialización estática.

2.1.7.2.3. Método cinemático en tiempo real (RTK) Dentro de los métodos rápidos para trabajar en tiempo real, es decir que ofrecen las coordenadas en forma casi instantánea para un receptor móvil, se encuentra la técnica RTK (Real Time Kinematic) que es muy apropiada para replanteos y levantamiento de detalles y que ofrece la enorme ventaja de no requerir post – procesamiento. El empleo de RTK requiere como todos los métodos diferenciales, al menos dos receptores, uno operando como base y otro como móvil unidos por un enlace de radio. Dicho dispositivo cumple la función de transmitir continuamente las correcciones de las mediciones de fase desde la base al móvil. De esta manera el receptor en movimiento puede calcular sus coordenadas corregidas casi instantáneamente ofreciendo resultados con exactitud centimétrica. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el empleo del método RTK está limitado a un alcance de unos 10 km., porque es la distancia límite sobre la cual los algoritmos OTF (On the fly) empleados para la resolución de ambigüedades en forma casi instantánea -es decir que no requieren inicialización estática-, funcionan en forma fiable. Además hay que tener presente que los enlaces de radio están propensos a recibir interferencias de otras fuentes de radio, así como al bloqueo de la línea de vista en zonas dónde la topografía del terreno es muy ondulada o montañosa.

2.1.7.2.4. Método DGNSS

Intervalo de tiempo en el que se registran datos de observación GNSS en una unidad receptora.

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El método conocido como DGNSS (Differential GNSS) trabaja exclusivamente con código y funciona de la siguiente manera: el receptor base está ubicado en un sitio con coordenadas conocidas y se configura para operar como referencia, rastrando todos los satélites visibles, y determinando las correcciones a las seudodistancias en base a las coordenadas conocidas del sitio. Luego estas correcciones se transmiten a los receptores móviles de los usuarios a través de un enlace de datos inalámbrico, que aplican dichas correcciones antes de calcular las soluciones de posicionamiento autónomas. Por las exactitudes típicas que ofrece esta técnica no es muy utilizada en levantamientos catastrales.

2.1.7.2.5. Método NTRIP NTRIP es el acrónimo de Networked Transport of RTCM vía Internet Protocol y, como su nombre lo indica, se trata de un protocolo basado en el Protocolo de Transferencia de Hipertexto HTTP, desarrollado para distribuir flujos de datos GNSS a receptores móviles o estáticos a través de Internet. NTRIP comparte los mismos principios de funcionamiento que los métodos RTK y DGNSS, es decir la transmisión de las correcciones diferenciales generadas en una estación base, hacia las estaciones móviles que se están levantando. La exactitud de los resultados es similar al RTK, sólo que con este método el radio de trabajo puede ampliarse hasta unos 40 km. si disponemos de receptores de doble frecuencia. NTRIP constituye la capa de transporte y los datos transmitidos están en el formato RTCM, generalmente en versiones 2.3 y 3.0. Ambas contienen dentro de sus mensajes todos observables GPS y GLONASS, definición y tipo de antena, coordenadas de la estación de referencia, correcciones de código y fase y, en el caso de la versión 3.0, transmite adicionalmente un mensaje de solución de red, conformado por las correcciones diferenciales de varias estaciones permanentes, lo cual aumenta la consistencia y calidad de las soluciones de posicionamiento en tiempo real. El sistema NTRIP consta de 3 componentes: 



Servidores NTRIP, está conformado por las fuentes o estaciones GPS/GNSS permanentes que transfieren datos RTCM al Caster NTRIP a través de una conexión TCP/IP. Los servidores envían además el nombre de la fuente y otros parámetros de información adicionales referidos a ella. Caster NTRIP es un servidor de Internet que, por una parte, gestiona los flujos de datos provenientes de las fuentes, y por la otra chequea los mensajes recibidos por los clientes NTRIP, y controlan si los usuarios están autorizados, en cuyo caso, transfieren los flujos de datos RTCM. Clientes NTRIP, está conformado por los receptores que reciben los flujos de datos RTCM. Los clientes primero necesitan ser aceptados por el Caster NTRIP y, una vez autorizados, pueden recibir los datos GNSS del Caster NTRIP.

Componentes de NTRIP

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¿Qué necesitan los usuarios para poder emplear esta técnica de medición? Disponer de un receptor con capacidad RTK y módem incorporado. En caso que el equipo no cuente con uno, es necesario recurrir a dispositivos externos que cumplan esta función, generalmente notebooks, PDA o teléfonos móviles con tecnología GPRS, GSM o 3G. Por intermedio de estos equipos se reciben las correcciones del Caster NTRIP, que luego se envían a los receptores por medio de cables o conexiones bluetooth. Además es necesario contar con cobertura de la red celular en el área de trabajo.

2.1.8. Levantamientos GNSS: opciones, exactitudes A modo de síntesis de los métodos vistos en el apartado precedente, en la siguiente tabla presentamos las distintas opciones disponibles: (modificada de Stewart, M. & Rizos Ch., 2002, pág. 164): Rango de operación 1 (km.)  100  100  100  100  50  20  20  20  20  40  20  10  10 N/A N/A

Exactitud 2 (m.)

Método de 3 levantamiento

Tiempo de ocupación

Modo de procesamiento

Vulnerabilidad4

0.05 – 0.50  0.05 0.50 – 5.00  0.50 0.05 – 0.50 0.05 – 0.50 0.05 – 0.50 0.05 – 0.50  0.10  0.10  0.05  0.05  0.05  0.106 6  0.25

Estático (DF) Estático (DF) DGPS Estático (DF) Estático (SF) Stop & Go5 Cinemático (SF)5 RTK NTRIP (SF) NTRIP (DF) Estático-rápido Estático (SF) RTK PPP (DF) PPP (SF)

 30 min. Varias horas Instantáneo  30 min.  30 min. Varios segundos Instantáneo Casi instantáneo Casi instantáneo Casi instantáneo  30 min.  1 hora Casi instantáneo  1 hora  2 horas

Post-proceso Post-proceso Tiempo real Post-proceso Post-proceso Post-proceso Post-proceso Tiempo real Tiempo real Tiempo real Post-proceso Post-proceso Tiempo real Post-proceso Post-proceso

** * *** * ** *** *** *** ***** ***** *** * ***** * *

Indica la distancia a la estación base más cercana. 95% de intervalo de confianza. 3 DF = receptor de doble frecuencia; SF = receptor de simple frecuencia. 4 Susceptibilidad del método a la degradación originada por una pobre visibilidad del cielo; * = sin problema; ***** = muy vulnerable. 5 No incluye el tiempo de inicialización para la resolución de las ambigüedades de la fase. 6 Valores de referencia obtenidos en condiciones ideales de observación y publicados en: http://www.geod.nrcan.gc.ca/products-produits/ppp_acc_e.php, accedido el 2 de agosto de 2012. N/A = no aplicable. 2

Nótese que la clasificación en la tabla está de conformidad a la distancia entre el receptor de referencia o base y el receptor móvil. Esto se ha hecho deliberadamente, con el fin de resaltar la relación distanciaversus-precisión que es inherente a las técnicas precisas de posicionamiento GNSS.

2.1.9. Selección de métodos GNSS más apropiados Elegir entre los distintos métodos de levantamiento GNSS implica tener en cuenta la finalidad del trabajo, hecho que trae aparejado los requerimientos de exactitud a cumplir, de manera que una vez definida ésta procederemos a seleccionar la alternativa más apropiada. En segundo término, tenemos que conocer la ubicación y distribución de los puntos que definen el marco de referencia, lo que nos va a permitir conocer la distancia promedio entre la/s estaciones base o de referencia y las estaciones que iremos a ocupar durante el levantamiento. Debemos tener presente aquí que las longitudes de los vectores o bases sean lo más cortas posibles, dado que en la medida que se incremente la distancia entre base y móvil, implicará tomar decisiones sobre el instrumental y los métodos a aplicar, lo que a su vez tiene influencia sobre los costos. Por ejemplo, si los puntos de referencia los tenemos situados a más de 20 km. de nuestra área de trabajo, deberemos utilizar receptores de doble frecuencia para obtener exactitudes centimétricas.

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Finalmente, otro aspecto que influye en la selección del método es la pobre visibilidad al cielo ocasionada por edificios en altura, arboledas, etc., lo cual puede ocasionar pérdida o interrupción de las señales GNSS, siendo muy importante cuando se utilizan métodos en movimiento o cinemáticos, tal como consta en la tabla del precedente apartado.

2.1.10. Estaciones GNSS permanentes Como la gran mayoría de países de la región disponen de un marco de referencia materializado con estaciones GNSS permanentes (EEPP), es aconsejable –siempre que sea posible- utilizar como datos de partida las observaciones provistas por las mismas. Una EEPP está conformada por un receptor geodésico de doble frecuencia instalado en un punto de coordenadas conocidas, que registra datos en un intervalo prefijado (típicamente 5 seg. y 30 seg.) las 24 horas del día, los 7 días de la semana y los 365 días del año. En general, los equipos instalados descargan sus datos y luego los envían automáticamente a un servidor para ponerlos a disposición de los usuarios.

EEPP ESQU – Red Argentina de Monitoreo Satelital Continuo (RAMSAC) En el apartado 1.6 de la sección anterior, nos referimos al rol que cumplen las EEPP en el mantenimiento de los marcos de referencia modernos, a lo que tenemos que agregar al menos otras dos funciones, que son las más importantes desde el punto de vista de los usuarios, como la de facilitar el acceso al marco de referencia y reducir los costos de equipamiento y logística, dado que nos se requiere ocupar con un receptor y personal propio un punto base para realizar los levantamientos. Dichas infraestructuras geodésicas proveen a los usuarios distintos servicios de posicionamiento 8, por ejemplo:    

Descarga de datos de observación (código y fase) en formato RINEX a través de la WEB o FTP para post-procesamiento. Servicios de procesamiento automatizados a través de Internet, esto es el usuario remite sus datos de observación y la aplicación resuelve posteriormente las soluciones de posicionamiento que entrega al solicitante. Servicio de posicionamiento RTK y DGNSS para observaciones de fase y código respectivamente. Transmisión de datos de corrección diferencial a los usuarios a través del protocolo NTRIP.

2.1.11. Combinación de levantamientos GNSS con topografía clásica Cuando se realizan levantamientos catastrales masivos o trabajos más puntuales de mantenimiento y actualización en áreas urbanas, lo usual es que se combinen métodos GNSS con métodos topográficos con estación total. Esto es así porque para trabajar con GNSS necesitamos hacerlo en áreas abiertas, lo cual no siempre es posible en las ciudades, y menos cuando tenemos que capturar la ubicación de construcciones, linderos u otros detalles que pueden tener total o parcialmente el cielo “tapado”.

El más básico es la descarga de archivos RINEX. No todas las redes de EEPP proveen la totalidad de los servicios señalados, sino que potencialmente podrían hacerlo.

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Por tal razón, dentro de estos entornos de trabajo los métodos GNSS se utilizan como medio para ubicar los instrumentos electro-ópticos respecto al marco de referencia o, más concretamente, densificar redes en distancias relativamente cortas; en tanto que los métodos clásicos se emplean fundamentalmente para el completamiento de detalles no visibles en los fotogramas, el levantamiento de linderos y áreas construidas, la fijación de líneas de edificación, el control de medidas provenientes de restituciones fotogramétricas, la integración en la cartografía de nuevas parcelas (ej: loteos / urbanizaciones, asentamientos informales) y construcciones, etc. En la figura, mostramos los puntos de referencia con coordenadas conocidas determinados con métodos GNSS, los cuales son utilizados para orientar las estaciones totales enlazando dos puntos intervisibles. Luego a partir de dichos puntos son capturados todos los detalles de interés.

Levantamientos catastrales combinando levantamientos GNSS con métodos topográficos clásicos Es importante tener en cuenta que para combinar ambos métodos, se deben realizar reducciones a las mediciones con estación total. Dichos cálculos se realizan con el objetivo de trasladar principalmente las magnitudes lineales medidas sobre la superficie terrestre a sus correspondientes valores sobre la superficie del elipsoide. Como usualmente se trabaja con sistemas de representación plana, las reducciones que se aplican son dos: el factor de escala o módulo de deformación lineal (ver sección anterior, apartado 1.4.4.1.) y la corrección por altura sobre la superficie del elipsoide.

Bibliografía consultada y referencias Ferrario de Urriza, Susana (2000). El ABC del GPS. Ed. Consejo Profesional de Agrimensura de la Provincia de Buenos Aires. Ivars, Leonardo B. (2011). Sobre NTRIP, http://cafegeodesico.blogspot.com/2011/10/sobre-ntrip.html Seeber, G. (2003). Satellite Geodesy. Segunda Edición, ed. Walter de Gruyter. Sitio de información oficial del GPS (2012), http://www.gps.gov/spanish.php Sitio oficial de GLONASS (2012), http://www.glonass-ianc.rsa.ru/en/ Stewart, M. & Rizos, Ch. (2002). GPS projects: some planning issues. En Bossler, John Editor (2002). Manual of Geospatial Science and Technology. Ed. Taylor and Francis. Weston, N. & Schwieger, V. (2010). Cost effective GNSS Positioning Techniques. Publicación de la Federación Internacional de Agrimensores (FIG) n° 49, http://www.fig.net/pub/figpub/pub49/figpub49.htm

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2.2. Fotogrametría 2.2.1. Definiciones La fotogrametría es una técnica que permite la elaboración de mapas y otros productos cartográficos como ortofotos o modelos digitales del terreno a partir de de imágenes fotográficas. Existen diversos tipos de fotogrametría, por ejemplo, la terrestre, la de rango cercano y la aérea, siendo ésta última la de nuestro interés porque es la que tiene aplicación en los levantamientos catastrales. Si trabajamos con una foto aislada podemos obtener datos bidimensionales de la geometría de los objetos situados en la superficie terrestre, en cambio si trabajamos un par de fotos, teniendo éstas una zona común o de superposición, podemos disponer de datos tridimensionales como veremos más adelante.

2.2.2. Elementos geométricos de una fotografía aérea Los rayos de luz provenientes de los objetos del terreno son registrados en el plano del negativo de la película, luego de atravesar las lentes de la cámara métrica que coincide con el centro de proyección. El negativo se halla situado detrás de las lentes a una distancia igual a la longitud de la distancia focal (f). Si consideramos que el tamaño de la copia positiva en papel es igual al del negativo, las posiciones en la imagen pueden representarse esquemáticamente delante del centro de proyección en un plano ubicado a una distancia f. Complementariamente, z en la figura es igual a la altura relativa de vuelo, que si es tomada sobre el nivel medio del mar será la altura absoluta de vuelo.

Elementos principales de una fotografía aérea Tenemos que tener en cuenta aquí que en la práctica siempre se trabaja con copias positivas del negativo, llamadas comúnmente copias contacto. Las posiciones de los puntos de la imagen están referenciadas a los ejes x e y, que están formados por líneas rectas que surgen de unir las marcas opuestas registradas en el positivo llamadas marcas fiduciales. Normalmente el eje x está orientado aproximadamente con la línea de vuelo y tomada positivamente en dirección al vuelo. El eje y positivo se encuentra ubicado a la izquierda del eje x. Dada la precisión con las que se colocan las marcas de referencia y las lentes de la cámara métrica, el origen de las coordenadas de la foto, o, es coincidente con el punto principal. La intersección del eje óptico del objetivo de la cámara con el terreno se conoce como punto principal del terreno, O. Estos detalles son mostrados en la siguiente figura:

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Marcas fiduciales y punto principal en una fotografía aérea vertical.

2.2.3. Escala de una fotografía aérea La escala es una relación de proporcionalidad entre las dimensiones reales del objeto y las dimensiones de su imagen en la foto, y puede ser expresada unidades equivalentes, fracciones representativas, o ratio / relación. Por ejemplo: si un milímetro en la foto representa 10 metros en el terreno, la escala de la foto podemos expresarla como 1 mm. = 10 metros (unidades equivalentes), o 1/10.000 (fracción representativa), o 1:10.000 (ratio/relación). El denominador de escala determina la cantidad de veces que las dimensiones reales de los objetos situados en el terreno se encuentran reducidos en la imagen fotográfica. Entonces a mayor denominador de escala menos detalles podremos apreciar del terreno, por lo que la escala debe referirse como pequeña, en tanto que a menor denominador podremos visualizar con claridad o nitidez objetos más pequeños, caso en que la escala se señala como grande. Es importante tener presente que en una fotografía aérea solo tiene sentido utilizar una escala media redondeando su denominador, dado que el avión vuela a una altura constante sobre el terreno y los desniveles que presenta el mismo producen variaciones en la escala. El cálculo de la escala de una foto puede realizarse de varias maneras, aunque es usual utilizar dos caminos:  

Conociendo los datos de toma, más precisamente la distancia focal (f) de la cámara y la altura relativa o absoluta de vuelo. Comparando distancias homólogas medidas directamente en el terreno con medidas tomadas en la foto. Una condición que debe cumplirse aquí es que los objetos estén precisamente definidos en el terreno y puedan ser visualizados con claridad en la foto. Escala = 1 / Df = ab / AB = f / z = f / z0 – h

Dónde: a b = distancia en la foto; A B = distancia en el terreno; f = distancia focal; z0 = altura absoluta de vuelo; y z = z0 – h = altura relativa de vuelo. Veamos un ejemplo ilustrativo:

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En la foto se observa una isla y están indicadas en azul tres alturas del terreno, la de 590 metros corresponde a un volcán. Tomando como referencia la fórmula anterior, y conociendo que f = 15.323 cm., y la altura media de vuelo = 6.200 metros, tenemos: Escala sobre el nivel del mar = 1: 40.462 ≈ 1: 40.000 Escala a 50 metros de altura = 1: 40.136 ≈ 1: 40.000 Escala a 590 metros de altura = 1:36.612 ≈ 1: 37.000 Conclusiones: la escala en una foto siempre es variable, por eso tiene sentido hablar de escala media, y cuando más cerca se encuentra la cámara del terreno la escala es más grande.

2.2.4. Deformaciones en una fotografía aérea Las diferencias de alturas de los objetos representados ya sean por desniveles naturales del terreno o bien por diferencias en altura artificiales como en el caso de los edificios, producen desplazamientos en la posición de los objetos. Teniendo en cuenta que la fotografía es una proyección central, dichos desplazamientos se producen desde el punto principal y en forma radial hacia los bordes de la foto, hecho que podemos observar en la representación esquemática de la siguiente figura:

Deformaciones presentes en una fotografía aérea. Fuente: UNESCO, RAPCA, ITC (2003). Entonces, el desplazamiento por el relieve ocurre cuando los elementos del terreno no se encuentran sobre el plano de referencia, determinado por la proyección sobre el terreno del punto principal de la foto. Los desplazamientos dependen de la posición del punto en la fotografía y de su altura respecto al plano de referencia. Los desplazamientos originados por el relieve se caracterizan porque el desplazamiento en el centro de la foto es nulo, y en la medida que nos alejamos de éste, corresponde mayor desplazamiento; además cuanto mayor sea la altura del objeto sobre el plano de referencia, de mayor magnitud será su desplazamiento. Los objetos representados en la foto que se encuentran ubicados por sobre el plano medio de referencia aparecerán desplazados radialmente hacia afuera, y a la inversa, los que se encuentran ubicados debajo de la referida superficie aparecerán desplazados hacia dentro. En las siguientes figuras se ilustran estos desplazamientos desde una perspectiva geométrica en 2 y 3 dimensiones. Los puntos singulares A y B son proyectados ortogonalmente sobre el plano de proyección o referencia en A’ y B’ respectivamente, luego todos esos puntos son llevados mediante una proyección central al plano del negativo, dónde las distancias que median entre a’ – a, y b’ – b son los

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desplazamientos de los puntos imagen ocasionados por las diferencias de nivel h. La magnitud de los desplazamientos pueden calcularse a través de la siguiente fórmula: r = r  h / z = r  h / f x Df

Desplazamiento debido al relieve Otras deformaciones son las que produce el avión en el instante de la toma de las fotografías, que se cuantifican matemáticamente como giros alrededor de los ejes x, y, z en el sistema de coordenadas de la foto. En la actualidad gracias a los sistemas de suspensión giroestabilizados que emplean las cámaras modernas con film o analógicas y digitales, las inclinaciones se reducen sensiblemente a unos pocos minutos. De acuerdo a lo que puede observarse en la figura, resulta evidente que estos giros producen variaciones en el tamaño (escala) y la forma de los objetos registrados.

Deformaciones producidas por movimientos del avión. Fuente: UNESCO, RAPCA, ITC (2003) El conocimiento de las características geométricas de una foto aérea es fundamental en la fase de corrección de las deformaciones inherentes a su proceso de captura y, como veremos, todas éstas deformaciones son corregidas con anterioridad a la producción de cartografía.

2.2.5. Diferencias entre fotografía aérea y mapa A esta altura, debemos tener claro que aunque a primera vista una fotografía aérea y un mapa puedan parecer similares, existen entre ambos productos diferencias importantes, por ejemplo:

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

 



Distinto tipo de proyección: las fotografías tienen una proyección perspectiva (central) lo que implica que los objetos ocupan una posición distinta de la que ocuparían en el terreno, es decir se encuentran desplazados de su posición original. En cambio, en todos los productos cartográficos los datos espaciales son proyectados ortogonalmente, por lo que los objetos aparecen en la verdadera posición que ocupan en el terreno. Distinta escala: las fotografías aéreas representan el terreno con todas las variaciones de escala, debido a los distintos desniveles. En la cartografía se fija convencionalmente una superficie de referencia, en donde la escala es uniforme para todos los objetos representados. Distinta orientación: una fotografía aérea no dispone de georreferenciación, por lo que inicialmente no tiene posibilidad de ser ubicada sobre el territorio. Por el contrario, los productos cartográficos poseen tolos los elementos necesarios para la ubicación y orientación de los elementos representados. Distinto contenido y representación: un mapa es una representación abstracta en la que la información marginal o leyenda es indispensable para comprender su contenido. En cambio, una fotografía aérea es una representación de la realidad tal como la podemos observar, razón por la cual la información marginal tiene menor valor.

2.2.6. Visión estereoscópica La visión estereoscópica es de mucha utilidad en fotogrametría, en razón de que la gran mayoría de procesos son realizados a partir de pares estéreo, los cuales son obtenidos realizando tomas fotográficas de iguales porciones del terreno desde dos puntos de vista distintos, lo que permite visualizar el terreno en 3 dimensiones.

Visión estereoscópica Según observamos en la figura, la visión tridimensional se logra creando una ilusión tridimensional a partir de un par de fotos bidimensionales. Nuestro cerebro crea la percepción de profundidad cuando presentamos a nuestros ojos dos imágenes diferentes del mismo objeto que disponen de perspectivas distintas. En la práctica, para lograr la visión estéreo es necesario disponer de un dispositivo óptico apropiado para presentar a ambos ojos cada foto por separado. Los instrumentos más conocidos para tal fin son los estereoscopios de bolsillo o de espejos, ambos diseñados para observar pares de fotografías en formato papel.

Estereoscopio de espejos

Estereoscopio de bolsillo

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En los instrumentos de restitución fotogramétrica convencionales, las imágenes homólogas o de un par estereoscópico son llevadas a través de prismas, lentes y espejos al campo visual del operador a través de anteojos binoculares, en tanto que en las modernas estaciones fotogramétricas digitales se trabaja con lentes pasivos polarizados o lentes activos LCD, los mismos que se utilizan para la televisión en 3D.

2.2.7. Sensores para la captura de datos 2.2.7.1. Cámaras aéreas analógicas Las cámaras aerofotogramétricas cumplen el papel de registrar y almacenar las perspectivas del terreno sobrevolado. En una primera aproximación, podemos dividir a estos sensores en analógicos, que son aquellos que utilizan la tradicional película fotográfica, y digitales. En cuanto a las cámaras analógicas, si bien pueden diferir unas de otras, disponen de partes que son comunes a todas ellas. Por ejemplo, una cámara tradicional está compuesta por:    

un almacén, dónde se coloca la película fotográfica; un cono métrico, dónde está dispuesto el objetivo, el obturador y el marco del plano focal; una suspensión, dónde van apoyadas las partes anteriores y sujetas al piso del avión; y un aparato de mando, que permite manejar y controlar el funcionamiento de la cámara.

Suspensión giro-estabilizada. Fuente: Leica Geosystems .

Cámara de Film Leica RC30. Fuente: Leica Geosystems .

Las suspensiones de las cámaras métricas modernas minimizan los efectos de los movimientos instantáneos de la aeronave como el cabeceo, aleteo y deriva, y mantienen la cámara apuntando perpendicularmente al terreno, lo cual da como resultado imágenes más nítidas y una cobertura foto a foto más controlada. Otro elemento incluido en las cámaras de última generación, que contribuye a mejorar la calidad de las fotos aéreas, es un dispositivo para compensar el movimiento hacia delante del avión conocido como Forward Motion Compensation (FMC), con el que se logra obtener una correcta definición en los objetos fotografiados evitando el efecto difuminado o borroso. En el siguiente cuadro se muestran los distintos tipos de objetivos de las cámaras métricas que tienen diferente campo angular, que es el ángulo que forman los rayos de luz que atraviesan el objetivo y que lo definen los extremos de la diagonal del tamaño de la imagen. Objetivo Super gran angular Gran angular

Campo angular 120° - 122° 90° - 92°

Intermedio Normal

70° - 72° 56° - 60°

Estrecho

30°

Distancia focal 85-90 mm 150 mm 115 mm 210 mm 305 mm 210 mm 610 mm

Formato fotograma 23 x 23 cm. 23 x 23 cm. 18 x 18 cm. 23 x 23 cm. 23 x 23 cm. 18 x 18 cm. 23 x 23 cm.

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Si bien la tendencia del mercado es bien marcada hacia la producción de cámaras digitales, aún existen en uso una gran cantidad de cámaras analógicas cuyos productos de datos, como veremos, se incorporan al proceso de producción de cartografía convirtiendo las fotos aéreas al formato digital a través de scanners fotogramétricos.

2.2.7.2. Cámaras aéreas digitales Hacia fines de la década del 90 comienzan los primeros desarrollos para reemplazar la película fotográfica tradicional por un sensor electrónico CCD compuesto por minúsculas células fotoeléctricas. De esta manera, la nueva concepción en el diseño de cámaras migró hacia una arquitectura digital. La cámara métrica digital convierte la luz reflejada por los elementos del terreno en señales eléctricas que son almacenadas en un soporte magnético. La resolución o detalle que presentan las imágenes depende de la cantidad de células fotoeléctricas que contiene el panel de sensores, número que se expresa en píxeles o, más precisamente, en megapixeles (MP). En este tipo de cámaras el tamaño del píxel oscila entre 5 y 12 micrones aproximadamente. Básicamente la conformación de una cámara métrica digital consiste en agrupar los sensores en forma lineal o matricial colocados en el plano focal. Los sensores lineales van barriendo el terreno línea por línea mediante una proyección central plana con su punto principal situado en el centro de cada línea de sensores y utilizan un solo cono de lente, por lo que las imágenes pancromáticas (en blanco y negro), color e infrarroja son obtenidas colocando tres o más sensores CCD en el plano focal, sobre cada uno de los cuales se proyectan las diferentes partes del espectro electromagnético visible e infrarrojo cercano, empleando para tal fin separadores de haces de luz.

Estéreo-Pancromático 3 líneas Color e infrarrojo de 3 a n líneas Una lente + un plano focal

Sistema de barrido de un sensor lineal

La solución que ofrecen las cámaras matriciales asocia al concepto de proyección central cónica como en el caso las cámaras convencionales, aunque en este caso las imágenes no se obtienen en forma continua sino por módulos que operan simultánea y sincrónicamente, de modo que estas cámaras combinan varios objetivos en su plano focal, generando imágenes individuales que son unificadas en post-proceso.

Captura múltiple sincronizada en color e infrarrojo. Unión de matrices incrementa la cobertura (gran formato) 8 a 12 lentes + varios planos focales

Cámara digital matricial UltraCam XP. Fuente: Microsoft/Vexcel . 38

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2.2.7.3. Comparativa En lo más fundamental cuando comparamos cámaras analógicas con digitales encontramos diferencias a nivel de sensor y procesador, es decir mientras que en una cámara tradicional el sensor es la propia emulsión fotográfica, en una cámara digital el sensor está conformado por detectores fotoeléctricos o, más genéricamente, de estado sólido. En cuando al procesador es claro que en el primer caso se utiliza un revelado químico y en el segundo caso los datos provenientes de los sensores son procesados por programas de computación. Por otra parte, las cámaras digitales se vienen imponiendo frente a las de film, porque presentan una serie de ventajas que pasamos a enumerar: 

       

Mejor resolución radiométrica9 que garantiza una óptima sensibilidad a la luz. La gran mayoría de las cámaras digitales ofrecen una resolución de 12 bit. Esto permite apreciar una mayor variación en los niveles de gris y de color, lo cual hace posible diferenciar detalles en las zonas de sombras que quedarían ocultos en las fotos analógicas. Todo ello además permite realizar vuelos con condiciones de luz desfavorables y extender por consiguiente el período de tiempo en que se pueden tomar las imágenes. Mayor precisión geométrica que posibilita distinguir detalles muy pequeños en el terreno. El control de calidad de las imágenes capturadas puede realizarse en tiempo casi real directamente a bordo. Registro simultáneo en un solo vuelo de imágenes en pancromático, color e infrarrojo. Incremento del recubrimiento para estereoscopía sin costos adicionales de película fotográfica porque los registros son completamente digitales. Ahorro del proceso de escaneo en el flujo de trabajo para la generación de cartografía, ortofotos o modelos digitales del terreno. Inmediata disponibilidad de las imágenes luego del vuelo. Mejor aptitud para realizar los procesos de correlación automática10, siendo 2 veces superior al de un fotograma escaneado. Conexión directa a receptores GPS/GNSS y unidades de medición inercial, para determinar la posición de los centros perspectivos y medir los giros de la cámara (, , ).

No obstante las cámaras de film, tienen un costo inferior al de las cámaras digitales, además de pocos componentes y mucho menos sensibles, sus costos de mantenimiento son más bajos y poseen una geometría estándar perfectamente conocida, por lo que continuarán conviviendo un largo tiempo con los sensores digitales.

2.2.7.4. LIDAR aerotransportado Se trata de una técnica de levantamiento de reciente desarrollo y que comenzó a estar completamente operativa a partir de la década del 90. LIDAR es el acrónimo de Light Detection and Ranging (Detección de Luz y Distanciometría) y utiliza un sistema de barrido óptico con pulsos láser para capturar datos sobre el territorio en intervalos predefinidos formando mallas regulares. El sistema LIDAR se compone de un escáner láser, un receptor GPS/GNSS y una unidad de medición inercial, que es un instrumento que determina información sobre la velocidad, orientación y fuerza de gravedad a que esta sometida una aeronave. El escáner es el aparato que emite los pulsos utilizados para determinar la distancia entre el sensor y los puntos del terreno. Lo que hace el escáner es crear una nube de puntos, a partir de la cual se puede determinar la geometría o forma de los objetos, de la misma forma que un levantamiento topográfico clásico. El principio de operación del LIDAR requiere la determinación de la posición tridimensional respecto a un marco de referencia geodésico y los giros y la trayectoria del avión, la distancia al terreno y ángulo de barrido de cada pulso reflejado para determinar las posiciones de los puntos relevados. Es decir que esta

Ver en la sección de Teledetección, apartado 2.3.3. La correlación en fotogrametría es un procedimiento para identificar puntos homólogos en imágenes o fotos consecutivas.

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tecnología es dependiente de la georreferenciación directa, sin la cual el barrido láser quedaría sin posibilidad de orientación.

Relevamiento con LIDAR. Fuentes: http://www.dielmo.com (izq.) y http://www.astrium-geo.com (der.) Como mencionamos, el sistema LIDAR proporciona como resultado del levantamiento una densa nube puntos 3D que describen los objetos del área explorada, pero que no son una representación explícita de los mismos. Por lo tanto, se requiere una técnica automática o semiautomática para analizar los datos adquiridos. A tal fin, en los últimos años se han desarrollado diferentes estrategias para diferenciar, por ejemplo, entre un punto situado en el suelo y otro que se encuentra elevado sobre el mismo, permitiendo la reconstrucción de edificios y otros objetos naturales o artificiales. Resulta oportuno remarcar que LIDAR ofrece una importante ventaja frente a la fotografía aérea, ya que los relevamientos pueden realizarse con visibilidad reducida, con cielo nublado y aún de noche. En cuanto a la integración de los datos LIDAR dentro de aplicaciones CAD y SIG podemos decir que las representaciones puntuales generalmente son convertidas a algún formato ráster, por lo cual los valores de alturas son almacenados en celdas, posibilitando una visualización de los objetos reconstruidos sobre una superficie continua. Esta geotecnología viene siendo muy reconocida porque tiene un rendimiento altísimo en la captura de datos (hasta 100 km 2 por hora), por su nivel de automatización y porque permite una detallada reconstrucción tridimensional del mundo real. LIDAR ofrece una alta precisión (50 cm. en planimetría y 2 10 cm. en altimetría) y nivel de detalle (hasta millones de puntos por km ). Como resultado LIDAR se ha ganado un amplio reconocimiento como una fuente importante en la reconstrucción de superficies. Sus muchas aplicaciones incluyen la creación de modelos digitales del terreno y otros modelos 3D de ciudades con fines de planificación (Lemmens, M., 2011).

2.2.8. El proceso fotogramétrico La tarea fundamental de la fotogrametría es pasar del sistema de coordenadas planas de la imagen o foto coordenadas, a un sistema de coordenadas referidas al espacio – objeto, usualmente expresadas de conformidad a una proyección cartográfica asociada a un marco de referencia geodésico. Este trabajo involucra una serie de actividades que van desde la planificación del vuelo hasta la generación del producto final.

2.2.8.1. Planificación de vuelo Es el primer paso de todo proyecto fotogramétrico y como tal, es esencial que la realización del vuelo se ajuste a unas especificaciones plasmadas previamente. En concreto el proyecto de vuelo es un conjunto de cálculos y estimaciones a través de las cuales se organizan las cuestiones operativas para alcanzar el 40

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objetivo del levantamiento. Aunque parezca una verdad evidente, del resultado del vuelo dependen el resto de las actividades del proceso fotogramétrico, por lo que en este hecho es dónde reside su decisiva importancia. Básicamente, la planificación debe garantizar la cobertura fotográfica con el mínimo de recursos ya sea en fotos como en tiempo de vuelo, y de manera que toda el área de interés quede cubierta estereoscópicamente. Esto implica que toda la superficie a relevar disponga de zonas de superposición en todas las fotografías adyacentes de un mismo recorrido, y que a su vez cada recorrido paralelo se superponga entre sí. Por lo general, las corridas son orientadas en dirección al lado más largo de la superficie a fotografiar. Esto dicho suponiendo que la figura es un rectángulo o que se aproxima bastante a su forma.

Vuelo fotogramétrico. Los valores usuales de superposición longitudinal y transversal son respectivamente del 60 % y 20 %, porcentajes que aumentan a 70 % y 30 % para vuelos en zonas montañosas. No obstante, sobre todo cuando se emplean cámaras digitales y para la producción de ortofotos, la superposición longitudinal suele aumentarse hasta un 90 % independientemente del tipo de terreno a relevar, dado que no hay consumo de película fotográfica. Los aspectos geométricos de una planificación pasan por conocer una serie de parámetros, entre los cuales podemos mencionar a:     

La escala o el tamaño del píxel en el terreno (GSD = ground sample distance) según corresponda. El tamaño y la forma de la superficie a relevar. La altura promedio sobre el nivel del mar del área a fotografiar. La superposición longitudinal y transversal deseada. La velocidad del avión a ser utilizado.

Apoyándose en las referidas variables, el planificador prepara los cálculos y el mapa del vuelo que indique a la tripulación lo siguiente:     

La altura del vuelo sobre el nivel del mar. La ubicación, dirección y número de líneas de vuelo a recorrer. El tiempo/intervalo entre exposiciones. El número de exposiciones sobre cada línea de vuelo. El número total de exposiciones para garantizar la cobertura estereoscópica.

Al efecto de especificar correctamente la exactitud para el producto cartográfico resultante del levantamiento, tenemos un tratamiento distinto si se trata de un vuelo a realizar con una cámara analógica o una digital. Por ejemplo:

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1. Para una película fotográfica la escala es el parámetro principal. La distancia focal de la cámara (f) afecta la altitud del vuelo (H), dónde: Escala = f / H Considerando un factor de ampliación para el medio analógico igual a 5, para restituir a una escala típica para el catastro urbano de 1:1.000, nuestro vuelo puede hacerse a escala 1:5.000, y tomando para el cálculo una cámara área estándar con focal = 152 mm., tenemos que: 1 / 5.000 = 0.152 / H  H = 760 metros. 2. Para una imagen digital el tamaño del píxel del sensor (PS) es fijo, de manera que el GSD especificado es obtenible variando solamente la altura del vuelo. La escala aquí se calcula: Escala = PS / GSD Desde que la escala = f/H  f/H = PS / GSD, entonces la altura de vuelo se obtiene: H = GSD  f / PS Por ejemplo, tomando la cámara aérea digital Ultracam Xp modelo UCXp, con focal = 100 mm y PS = 6 micrones, alcanzar un tamaño de píxel en el terreno de 10 cm. implica volar a una altura promedio de 1667 metros. El cálculo es simple: H = 0.10  0.10 / 0.000006 = 1667 metros. Si quisiéramos relacionar la escala con el GSD, considerando una conversión a formato digital con un escáner fotogramétrico de la película tomada con una cámara aérea tradicional a unas resoluciones típicas, tenemos: Resolución escaneo En puntos x pulgada En micrones 20 1270 15 1693 12 2117

Escala 1:5.000 1:7.000 1:8.000

GSD ( en mts.) 0.10 0.10 0.10

Los datos de la tabla fueron obtenidos con el programa GSD Calculator v. 4.14 (Aerial Survey Base, 2012). La conclusión que podemos sacar es que el aumento en la resolución del escaneo implica una reducción en la escala o, dicho con otras palabras, nos permite estirar el factor de ampliación de 5 a 8 veces lo que tiene un impacto directo en la reducción de los costos de un vuelo. El GSD elegido responde a que es la unidad de muestreo estándar para representar detalles a escala 1:1.000 empleando estaciones fotogramétricas digitales. Como una manera de comparar el ambiente analógico con el digital en fotogrametría, en la siguiente tabla relacionamos el concepto de escala con el tamaño de píxel en el terreno GSD. Escala de vuelo 1:3.000 1:5.000 1:10.000 1:20.000

Escala de cartografía 1:500 1:1.000 1:2.500 1:5.000

GSD (m.) 0.05 0.10 0.25 0.50

Exactitud (emc) (m.) 0.13 0.25 0.63 1.25

Aplicación Urbana Urbana Suburbana Suburbana-Rural

La relación entre la escala de vuelo y la cartografía puede variar entre un factor máximo de 6 y un mínimo de 4, siempre que la línea de producción se realice sobre la base de fotos en soporte material (film o copias positivas). La exactitud del producto final es calculada independientemente de si los procesos son analógicos-analíticos, híbridos o completamente digitales, y se corresponden con valores estándar típicos que definen la exactitud horizontal como el error medio cuadrático en términos de coordenadas planas o proyectadas (ASPRS, 1990)), sólo para puntos de control que representen 42

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detalles precisamente definidos en la cartografía y en el terreno. El valor para la exactitud se calcula como 0.25 mm. por el denominador de escala.

2.2.8.2. Apoyo terrestre Esta actividad se realiza con la finalidad de relacionar el espacio-objeto con el espacio-imagen a través de puntos de control medidos directamente en el terreno. Este relacionamiento es necesario para ajustar la escala de los modelos estereoscópicos que conforman un vuelo, efectuar su nivelación, y disponer de un control externo para hacer una revisión de la calidad en el proceso de aerotriangulación que veremos en el siguiente apartado. Las coordenadas de los puntos de control deben determinarse sobre objetos que sean perfectamente identificables en las fotos y pueden determinarse con anterioridad o con posterioridad al vuelo. La primera opción es utilizada en los casos en que el área a relevar no disponga de una cantidad de detalles suficientes como para tener una distribución homogénea del control sobre el bloque completo de fotogramas, y para lo cual es necesario pre-señalizarlos. En tanto que la segunda variante es la normalmente empleada cuando los levantamientos se realizan sobre áreas urbanizadas que ofrecen una cantidad abundante de detalles. En cuanto a la distribución espacial del apoyo terrestre, como regla general es recomendable una distribución homogénea sobre todo el bloque y bien cubierto su perímetro, con dos puntos de control cada 3, 4, 5 o 6 modelos estereoscópicos dependiendo dicho espaciamiento de la escala de vuelo. El apoyo se ubica perpendicularmente a las pasadas o recorridos en los extremos de los fotogramas y sobre la zona de superposición transversal para enlazar adecuadamente una línea de vuelo con otra.

Distribución del apoyo terrestre característico para un vuelo a escala 1:1.000 Corresponde aquí hacer la siguiente salvedad, como los sistemas digitales disponen de instrumentos para determinar la orientación absoluta de la imagen combinando -como hemos mencionado-, receptores GNSS y unidades de medición inercial, podría prácticamente eliminarse la necesidad de disponer de apoyo terrestre porque dispondríamos de una georreferenciación directa del vuelo. No obstante, a los efectos de calibrar este sistema, usualmente se determinan sólo 4 puntos de apoyo, 2 al inicio y 2 al final por cada recorrido o línea de vuelo.

2.2.8.3. Aerotriangulación La aerotriangulación es el proceso realizado para propagar las coordenadas de los puntos de apoyo medidos en la fase anterior a cada modelo estereoscópico. Digamos entonces que esta tarea tiene como finalidad reducir el trabajo de campo densificando las posiciones de puntos de control mediante operaciones fotogramétricas. Para trabajar con los modelos hay que realizar las siguientes operaciones:

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

Orientación interna, que implica orientar cada fotografía con respecto a la geometría de la cámara, para reconstruir la forma que tenía el haz de rayos en el instante de la toma. Hay que tener en cuenta que en el caso de las cámaras digitales, las imágenes se encuentran orientadas interiormente, es decir que la posición de cada píxel en el plano focal (dónde antes estaba el negativo y ahora los sensores CCD) es conocida y estable con relación al sistema óptico que dio origen a la imagen (Cheli, A., 2012). Orientación relativa, dónde se orientan dos fotogramas entre sí para formar un modelo estereoscópico, colocando los haces perspectivos relativamente de la misma forma en que se tomaron las fotografías. El método seguido es imponer la intersección simultánea de 5 pares de rayos homólogos, aunque habitualmente se utilizan 6, conocidos como puntos de Von Grüber. En esta fase se obtiene un modelo relativamente correcto pero con coordenadas del modelo.

Orientación relativa y puntos de Von Grüber 

Orientación absoluta o externa, en el cual se transforman las coordenadas del modelo al marco de referencia geodésico respecto del cual se conocen las posiciones de los puntos de control. El ajuste se efectúa utilizando 7 parámetros: tres traslaciones (x 0, y0, z011), tres rotaciones (fi, omega y kappa) y un factor de escala k.

Además, la aerotriangulación incluye la fase de ajuste y compensación de las coordenadas de todo el bloque de fotografías que cubren el área del levantamiento, la cual se realiza generalmente empleando un ajuste simultáneo por haces de rayos, lo cual implica incorporar al proceso todos y cada uno de los modelos que componen un bloque.

Esquema de ajuste por haces de rayos Para la orientación simultánea del mismo se requiere las coordenadas del modelo de los puntos de fotocontrol establecidos en la aerotriangulación; las coordenadas del modelo y del terreno de los puntos 11

Si bien en la notación fotogramétrica se utiliza z, en realidad esta variable representa la altura sobre el nivel medio del m ar H.

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de control; y las posiciones del los centros de proyección o fotocentros proporcionados por receptores GNSS. Las exactitudes que demandan estas operaciones por lo general deben satisfacer valores que ascienden a la mitad o un tercio respecto a la requerida para el o los productos finales.

2.2.8.4. Restitución En esta etapa también llamada estéreo compilación, se está en condiciones de proceder a la extracción en 2D y 3D de los objetos situados en el terreno para la elaboración de la cartografía. Es importante considerar que en la restitución se trabaja por pares estereoscópicos utilizando los parámetros de orientación externa obtenidos en la etapa precedente. Luego, el operador a través de la visualización de la imagen del terreno en 3D, realiza la captura de los datos colocando una marca flotante sobre los objetos de interés registrando sus coordenadas. Los elementos lineales o polígonos pueden digitalizarse punto a punto o trazarse y registrarse en forma continua. Aunque parezca una verdad evidente, en la restitución hay que tener en cuenta que se requiere disponer de un modelo de datos previamente elaborado, a los efectos de codificar y estructurar todos los datos espaciales a relevar de conformidad al mismo. En la tarea de revisión visual de las capas de información restituidas se debe prestar mucha atención a que los objetos capturados como polígonos estén cerrados y conectados entre sí evitando superposiciones. Además, como el trabajo de compilación se hace modelo a modelo se debe garantizar una cobertura completa y consistente a través de cada uno de ellos, evitando dejar huecos o discontinuidades en el registro de datos.

Restitución de construcciones y parcelario aparente Es importante remarcar que la restitución debe ser complementada con una revisión de campo, tarea que es fundamental para resolver errores y omisiones originadas por el ocultamiento de objetos por vegetación, sombras densas, presencia de áreas con pobre contraste; y además para solucionar cuestiones relacionadas con la interpretación de objetos y agregado de datos no visibles en los fotogramas. Asimismo hay que considerar que el agregado a la cadena de producción cartográfica de procedimientos digitales para la revisión, permite la eliminación de los errores de transcripción que pueden tener lugar entre la minuta completada manualmente en el campo y los operadores de la restitución, asimismo todas las incongruencias que se detecten pueden ser resueltas directamente en campaña. Se llega así al proceso de edición, durante el cual se agrega la toponimia, simbología y se genera la topología de las distintas capas que conforman el modelo de datos. Finalmente, antes de la carga final a la base de datos de un SIT, es usual hacer una revisión general del producto, a efectos de verificar que los conjuntos de datos cumplan con las especificaciones establecidas.

2.2.8.5. Ortofoto

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Como indicamos en el apartado 2.2.4., las fotografías aéreas tienen una serie de limitaciones que no permiten utilizarlas cartográficamente, en razón que se encuentran afectadas por las deformaciones originadas por el relieve del terreno y la inclinación del eje de la cámara en el instante de la toma. En una ortofoto dichas deformaciones son removidas, por lo que se trata de un producto que combina la clásica riqueza informativa de una foto con la rigurosidad métrica de un mapa. Podemos decir que una buena definición técnica para el término sería que es una imagen que muestra los objetos sobre una superficie de referencia utilizando una perspectiva ortogonal, o en un lenguaje más llano, que una otrofoto presenta los detalles naturales o artificiales de una foto aérea en perfecta posición planimétrica de conformidad a una proyección empleada para su representación. Para elaborar ortofotos es necesario seguir el mismo procedimiento previo que para una restitución, es decir, disponer de los parámetros de orientación relativa y absoluta de las fotos, aunque es necesario agregar a este proceso un modelo digital del terreno (MDT), que es una representación numérica de las características topográficas del mismo. Esto puede verse como un conjunto de alturas (generalmente referidas al nivel medio del mar) que son función de posiciones horizontales, es decir: H = f (X,Y), dónde para cada punto con coordenadas planimétricas disponemos de un valor de cota o altura. Los datos altimétricos pueden estar presentados como curvas de nivel, puntos acotados, líneas estructurales (cambios de pendiente, divisoria de aguas, vaguadas, etc.), perfiles del terreno, o bien como una combinación entre estas posibilidades. A partir de estos datos, se estructura el MDT como una malla regular o variable, red de triángulos irregulares (TIN) o el formato híbrido que, en general, es el más eficiente en cuanto a tamaño y adaptabilidad a las diferentes formas del terreno, el cual combina puntos irregularmente distribuidos -aunque representativos de las formas del terreno- a lo que se agregan las líneas estructurales o de ruptura. Además de los datos representados en estructura vectorial como los mencionados, son muy utilizados los MDT generados por conversión a estructura raster dónde para cada celda o píxel está disponible un valor de altura. El principio utilizado para crear otrofotos es disponer entonces de alturas de posiciones planimétricas arregladas en un MDT, ya que el conocimiento de las elevaciones son las que ayudarán a localizar correctamente los datos de imagen en su correcta posición horizontal, como podemos ver en la siguiente figura:

Relación entre altura y posicionamiento horizontal Por todo lo expuesto, debemos observar que la falta de disponibilidad de MDT con la exactitud necesaria para aplicaciones en áreas urbanas en general y catastrales en particular, constituye una fuerte limitación para el desarrollo de este producto y su consecuente integración dentro de aplicaciones SIG/SIT. De todas maneras, si se hace un esfuerzo adicional durante el proceso de restitución para capturar coordenadas tridimensionales sobre el área de levantamiento con la densidad suficiente para crear un MDT, podremos disponer de él –con las revisiones que puedan tener lugar por cambios en la morfología del terreno- en cada ciclo de actualización. Las ortofotos suelen ser utilizadas de diversos modos, por ejemplo, para dar contexto a la visualización de capas vectoriales, para detección de cambios y actualización cartográfica –como veremos en el

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siguiente apartado- o como apoyo visual para trabajos de campo en la determinación de límites de parcelas o predios (levantamiento o barrido catastral), usos del suelo, etc. A todo esto hay que agregar que la producción de ortofotos es, hoy por hoy, la tarea fotogramétrica más extendida, dado que la fotogrametría digital ha simplificado enormemente los procesos destinados a su creación. Prueba de ello, son los numerosos proyectos catastrales y programas cartográficos nacionales, que han hecho que este recurso se convierta en una fuente de información indispensable y fundamental.

2.2.9. La fotogrametría en el mantenimiento y la actualización cartográfica Uno de los problemas a que deben hacer frente los organismos que gestionan información básica y de detalle del territorio, como es el caso de los catastros, es que los conjuntos de datos que administran respondan a la dinámica del sector inmobiliario. Cada día se incorporan parcelas por fraccionamientos del suelo, nuevas construcciones, infraestructuras que modifican el valor de mercado de los inmuebles, negocios jurídicos referentes a transferencias de dominio, etc. Además la información catastral es cada día más utilizada como referencia para desarrollar políticas públicas, de manera que su eficacia está directamente relacionada a su actualidad o adecuación a la realidad. Dentro de este contexto, la fotogrametría cumple un papel importante no solo en la conformación de la cartografía básica de un catastro, sino además en la puesta al día de la información gráfica, fundamentalmente la relacionada a la incorporación de nuevos edificios y mobiliario urbano. Para los trabajos de mantenimiento y actualización pueden emplearse dos métodos distintos cada uno con sus ventajas y desventajas. El primero de ellos es la aplicación del principio de superposición de las capas de información restituidas con las fotografías de un vuelo reciente, lo cual permite determinar por diferencia los datos que ya tenemos disponibles en nuestra base de datos con los que hay que actualizar y/o modificar por las variaciones surgidas entre las distintas fechas de vuelo. El trabajo fundamental aquí es entonces la detección por interpretación sobre los pares estereoscópicos añadiendo y editando todos los datos gráficos faltantes. La otra alternativa es actualizar a partir del vuelo fotogramétrico reciente pero generando ortofotos. Si superponemos los datos vectoriales con éstas, se realiza un trabajo de restitución “monoscópica” digitalizando sobre las imágenes los nuevos objetos que surgen de la diferencia entre ambas fuentes. Las ventajas que tiene este método son: que no es necesario realizarlo con software especializado de fotogrametría, sino que puede hacerse desde cualquier aplicación SIG; y que puede cubrirse toda el área de levantamiento con un mosaico, lo cual se traduce en una mayor eficacia en la línea de producción dado que no se trabaja por modelo estereoscópico como en el caso de la restitución. Respecto a las desventajas de esta variante, es que se pierde la posibilidad de utilizar la visión estereoscópica que es muy importante para una correcta interpretación de detalles y para la restitución.

Bibliografía consultada y referencias Aerial Survey Base (2012). GSD Calculator v. 4.14, http://www.aerial-survey-base.com/gsd-calculator/ American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS) (1990). Accuracy Standards for LargeScale Maps. Lemmens, Mathias (2011). Geoinformation. Technologies, Applications and the Environment. Ed. Springer. Lilesand,Thomas & Kiefer, Ralph (1994). Remote Sensing and Image Interpretation. Third edition. John Wiley & Sons, Inc. Cheli, Antonio (2012). Introducción a la Fotogrametría y su evolución. Primera edición. Ediciones Hespérides. UNESCO, RAPCA, ITC (2003). Módulo de capacitación Aplicación de Sistemas de Información Geográfica y Sensores Remotos para el Análisis de Amenazas, Vulnerabilidad y Riesgo. Correcciones Geométricas, http://www.itc.nl/external/unescorapca/Presentaciones%20Powerpoint/02%20Introduccion%20Sensores%20Remotos/Correcciones%20Ge ometricas.pdf

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2.3. Teledetección 2.3.1. Introducción La teledetección es la ciencia y el arte de obtener información sobre un objeto, cuerpo o fenómeno a través del análisis de datos adquiridos por un dispositivo que no está en contacto con el objeto, cuerpo o fenómeno bajo investigación (Lilesand & Kiefer, 1994), y se basa en la medición de la energía electromagnética reflejada o emitida por los objetos situados en la superficie de la Tierra. Si bien por definición, la fotogrametría podría incluírsela dentro de la teledetección, al haberse desarrollado como una disciplina autónoma es usual separarlas. Por lo tanto, cuando hablamos de teledetección nos estamos refiriendo a la captura remota de imágenes desde sensores instalados en plataformas satelitales, y a las técnicas y procesos asociados para extraer información de dichas imágenes que sea útil a nuestros propósitos. Aunque no lo parezca, la teledetección forma parte de nuestra vida cotidiana, por ejemplo, cuando leemos el diario, cuando miramos a un profesor durante un curso, cuando vemos televisión, etc., nuestros ojos registran la luz solar reflejada por los objetos y nuestros cerebros interpretan los colores, los tonos de grises y las variaciones de intensidad, que traducimos en información útil. Sin embargo, el ojo humano está limitado a visualizar una pequeña parte del espectro electromagnético total, que conocemos como luz visible. No obstante, la teledetección dispone de varios tipos de herramientas y sensores que se utilizan para que los humanos podamos visualizar la radiación electromagnética que no es visible al ojo humano, muy especialmente, toda la gama de los infrarrojos y las microondas. Todo esto es útil para obtener información sobre los procesos ambientales como los cambios en la cobertura del suelo, la dinámica de la vegetación y del agua, el crecimiento de las áreas urbanizadas, etc. Encontraran en la presente sección muchos puntos de contacto con la anterior, ya que como dijimos al principio, la fotogrametría puede considerarse parte de la teledetección siendo los límites entre ambas especialidades cada vez más borrosos. Por ejemplo, todos los desarrollos en cuanto al procesamiento digital de imágenes que provienen de la teledetección, han sido adaptados a los métodos fotogramétricos actuales a partir de los desarrollos de sensores aéreos digitales. Por otro lado, los sensores orbitales tienen la capacidad de generar imágenes estereoscópicas, por lo que las imágenes satelitales pueden ser tratadas bajo procesos que han tenido origen en la fotogrametría. Tal vez la única diferenciación que podamos hacer resida en la resolución, escala o detalle y en la explotación de los productos finales, que para el caso de la fotogrametría está más orientada a la obtención de cartografía básica y topográfica, en tanto que en la teledetección el foco está puesto principalmente en aplicaciones orientadas al medio ambiente y a la producción de cartografía temática.

2.3.2. Bases conceptuales 2.3.2.1. Procesos en un sistema de teledetección Un sistema de teledetección está formado por varios procesos interrelacionados, de manera que un enfoque aislado sobre algunos de ellos puede generar una visión fragmentada. Asimismo, esta visión sistémica es beneficiosa porque sirve para identificar cuales son los conocimientos requeridos para la práctica de esta especialidad. A continuación, indicamos cuales son los procesos básicos: 1. Fuente de energía o iluminación, que es la que provee al sistema de teledetección de la radiación electromagnética que va a permitir representar objetos físicos en las imágenes. 2. Objetos físicos o elementos naturales o artificiales de la superficie terrestre, como los edificios, la infraestructura urbana, la vegetación, el suelo, el agua, etc., que son objeto de interés para una aplicación determinada. 3. Interacción entre energía y objeto, una vez que la energía recorre su camino hacia el objetivo a través de la atmósfera, interactúa con los objetos en función de sus propiedades características y de la radiación. 4. Registro de la energía por el sensor, una vez que la energía ha sido emitida por los objetos, necesitamos de un sensor remoto que capture y registre la radiación electromagnética proveniente de los mismos.

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5. Procesamiento y transmisión, la radiación electromagnética registrada por el sensor debe ser procesada y transmitida a estaciones de recepción, para disponer de las imágenes luego de la conversión analógico-digital de los datos capturados a bordo. 6. Análisis e interpretación, para un uso efectivo de los datos es necesario un análisis e interpretación de las imágenes, proceso que posibilita extraer la información de nuestro interés. 7. Aplicación, implica la integración de la información de las imágenes dentro de un SIG/SIT específico, para combinarla con otras capas de datos provenientes de otras fuentes, que nos ayuden a resolver problemas o administrar información asociada al territorio. Sobre la base de estos siete elementos, es que desarrollaremos los temas comprendidos en esta sección.

2.3.2.2. Radiación electromagnética La interpretación de las imágenes depende de la comprensión de este tema y de su interacción con los objetos de la superficie terrestre y la atmósfera. La forma más familiar de la radiación electromagnética es la luz visible, la cual es sólo una pequeña porción del espectro electromagnético. Gran parte de éste cae fuera del rango de la visión humana aunque, como veremos, es especialmente importante por el aprovechamiento que se hace de la radiación que no es detectable por el ser humano en teledetección. La radiación electromagnética sirve para propagar energía de un lugar a otro, y se compone de un campo eléctrico (E) que varía en magnitud y dirección perpendicularmente a la dirección de la propagación, y de un campo magnético (M) orientado en ángulos rectos al primero y se propaga en fase con el mismo.

Componentes de la radiación electromagnética La energía electromagnética podemos caracterizarla por varias propiedades, por ejemplo, por la longitud de onda, que es la distancia en metros entre las crestas de las ondas; por la frecuencia, que es medida en hertz, y es el número de crestas que pasan por un punto fijo en un determinado período de tiempo; y por la amplitud que es la distancia máxima entre el punto más alejado de una onda (su cresta) y el punto de equilibrio o medio.

Amplitud y longitud de onda

Baja y alta frecuencia

La velocidad de la energía electromagnética es constante, propagándose a la velocidad de la luz (c). Dado que la frecuencia (f) y la longitud de onda () están relacionadas por la siguiente ecuación: c=f

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Podemos especificar a la energía electromagnética tanto por su frecuencia como por su longitud de onda. Es usual en el campo de la teledetección definir las regiones del espectro electromagnético sobre la base de la longitud de onda, siendo la unidad de medida más utilizada el micrómetro, que equivale a la millonésima parte de un metro y simbolizada como m. El espectro electromagnético representa toda la gama de longitudes de onda de la radiación electromagnética. Las porciones del espectro más importantes para la teledetección son la visible, el infrarrojo cercano y el infrarrojo medio. Ese conjunto conforma el espectro reflectivo que se extiende desde aproximadamente los 0.38 a los 3.0 m.

Espectro electromagnético (Lilesand & Kiefer, 1994) Como puede observarse en la figura, el espectro visible constituye una parte muy pequeña del especto y sus límites están definidos por la sensibilidad del sistema visual humano. Las propiedades ópticas de la radiación visible hacen que ésta pueda dividirse en tres segmentos conocidos como colores primarios aditivos: de 0.4 a 0.5 m (azul), de 0.5 a 0.6 m (verde), y de 0.6 a 0.7 m (rojo), a su vez esta combinación de colores producen el color blanco de la luz. El color de un objeto viene definido por el color de la luz que refleja, de manera que un objeto azul es tal porque refleja la luz azul. Los colores intermedios se forman cuando un objeto refleja dos o más colores primarios aditivos como se indica en la siguiente figura.

Algunos ejemplos de colores Las longitudes de onda que van más allá de la porción roja del espectro visible, es designada como región infrarroja y se extiende desde los 0.72 a 15 m. En razón de la amplitud de longitudes de onda que abarca, se divide en las siguientes sub-regiones: infrarrojo cercano y el infrarrojo medio, que son aquellas porciones del espectro infrarrojo más cercanas a la visible. La radiación en la región del infrarrojo cercano se comporta de manera análoga a la radiación en el espectro visible, por tal motivo pueden emplearse películas, filtros y cámaras con diseños similares para su uso con la luz visible. La segunda categoría de radiación infrarroja corresponde al infrarrojo lejano, porción ubicada en proximidad de las microondas. Esta radiación es diferente, ya que en lugar de ser radiación solar reflejada, se trata de radiación emitida por la superficie terrestre, por lo que se la denomina energía térmica.

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2.3.2.3. Propiedades espectrales de los objetos Una cuestión fundamental en teledetección es que podemos adquirir conocimiento de los objetos a través del estudio de la radiación reflejada o emitida por los mismos. Los diferentes tipos de superficies, como el agua, la tierra desnuda o la vegetación reflejan la radiación en forma distinta en distintas porciones o bandas del espectro. La radiación reflejada en función de la longitud de onda se la llama firma espectral. Un conocimiento detallado de un patrón de respuesta espectral permite identificar diferentes recursos terrestres, porque todos los elementos de la naturaleza tienen su propia y única radiación reflejada, emitida y absorbida, principio utilizado en teledetección para distinguir una cosa de otra entre los elementos del paisaje terrestre. En la siguiente figura se muestra la respuesta espectral para el agua, vegetación y suelo. Estas curvas muestran la relación entre el brillo o reflectividad y la longitud de onda.

Curvas de respuesta espectral Como puede observarse el agua tiene una reflectividad bastante baja en todo el espectro visible y alcanza el valor cero en el infrarrojo cercano, por lo que los cuerpos de agua en dicha banda pueden ser claramente identificados del resto de los elementos por su color negro. En cuanto a la vegetación tiene también una reflectividad baja con un pequeño pico en el verde y va aumentando significativamente en el rojo hasta alcanzar su valor máximo en el infrarrojo cercano. Finalmente, el suelo posee una reflectividad relativamente baja aunque mas elevada que en los casos anteriores, alcanzando sus valores máximos en la zona del infrarrojo medio, no obstante hay que tener en cuenta que los niveles de reflectividad dependen de la composición química y mineral del suelo, como de su contenido de humedad.

2.3.2.4. Órbitas y cobertura de los satélites Dado que los satélites de observación de recursos terrestres que son objeto de nuestro interés, están equipados con sensores que dependen de la iluminación solar, sus orbitas están diseñadas para estar sincronizadas con la parte iluminada de la tierra, descendiendo sobre el lado con luz y ascendiendo sobre el lado oscuro, y afectando pasos repetidos sobre un área determinada a la misma hora del día. Esto es importante para poder comparar imágenes registradas durante largos períodos de tiempo, para lo cual es necesario que las condiciones de iluminación sean idénticas para cada zona. La captura de las imágenes debe realizarse a la misma hora local para que la altitud del sol sobre el horizonte sea la misma, y además el plano orbital debe mantenerse a un ángulo constante a la luz solar, todo lo cual puede cumplirse si los satélites se colocan en una órbita cuasi polar. Dicho ángulo de inclinación orbital es aquel que forma el paso del satélite respecto del Ecuador cuando el satélite desciende en la dirección Norte-Sur. Cuando el satélite se desplaza en su órbita, su sistema sensor observa una tira cuya longitud es equivalente al campo visual del mismo, y será la que determinará su cobertura en sentido transversal al camino que recorre. El ancho de la franja de barrido o los límites del campo visual son variables y

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dependen de cada sistema pero, en general, oscila entre algo más que unos 10 km. para los sensores de alta resolución, hasta alrededor de los 200 km. para los sensores de resolución media. El movimiento de los satélites en sus órbitas es a una velocidad y altura constantes, no pudiendo ser trasladados a una zona determinada en el momento que se desea, por lo que cuando se solicitan imágenes hay que esperar el paso de los satélites sobre el área de interés. No obstante, en la ruta fija de los satélites se introduce cierta flexibilidad, porque los sensores disponen de capacidades para modificar la geometría de visión o de toma de imágenes. Dichas modificaciones permiten hacer apuntes hacia delante o hacia atrás del paso (track) del satélite, o bien dirigir el foco hacia áreas de cobertura adyacentes. En la siguiente figura mostramos un ejemplo ilustrativo de esta característica de los sistemas de captura de imágenes desde el espacio.

Cambio en la geometría de visión. Fuente: http://www.satimagingcorp.com/svc/ikonos-stereo-satellite-images.html Esta capacidad de visión extra nadiral de los sensores permite satisfacer tres tipos de necesidades diferentes, la primera es la captura de pares estereoscópicos para la elaboración de ortoimágenes y aplicaciones 3D siguiendo los mismos conceptos empleados en fotogrametría; la segunda es su aplicación en emergencias para monitorear situaciones muy cambiantes en períodos muy cortos de tiempo, como en el caso de los desastres naturales; y la tercera es incrementar la frecuencia de repetitividad de captura, más allá del ciclo de pasos sucesivos o ciclo de revisita fijo de que dispone cada sistema de teledetección.

2.3.3. Resolución de un sistema sensor La resolución en teledetección se refiere a la capacidad de un sensor para resolver objetos que se encuentran físicamente próximos o son similares espectralmente a otros objetos adyacentes, y esto incluye no solo una escala espacial sino además temporal. Como observamos, esta definición trae aparejada varias dimensiones para el término que seguidamente desarrollaremos. No obstante, cuando se habla de alta resolución es usual asociar el concepto al alto nivel de diferenciación entre objetos, que permite a los usuarios distinguir objetos pequeños y adyacentes. Por el contrario, una baja resolución sugiere que los límites entre los objetos sean más difusos y no sea posible separarlos claramente entre sí.

2.3.3.1. Resolución espacial Se utiliza para designar al objeto más pequeño que puede distinguirse en una imagen y señala lo bien que un sensor puede registrar detalles espaciales. Normalmente la resolución espacial se indica por el tamaño de píxel, que es un elemento pictórico de forma cuadrada proyectado en el terreno que es función para los sensores ópticos-electrónicos, de la altura orbital, la distancia focal, el tamaño de los detectores y, fundamentalmente, del campo de vista instantáneo. Éste es el cono de visibilidad angular del sensor y determina la porción de superficie terrestre que puede “ver” desde una determinada altura.

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A modo de ejemplo, mostramos en la siguiente figura la interacción entre la resolución espacial y lo que ésta nos permite observar sobre el terreno, tomando como parámetro distintos tamaños de píxel sobre una porción de superficie igual para cada una de las muestras de 330 metros (Norte) x 240 metros (Este). Obsérvese que en las imágenes inferiores, a través de un sensible aumento en la resolución, podemos ver la cobertura vegetal y varias construcciones.

Tamaño de píxel y efectos sobre los elementos del terreno que pueden visualizarse. Por otra parte, cuando mayor es el tamaño del píxel, mayor es la probabilidad que este compuesto de varias coberturas contiguas y, en consecuencia, estos píxeles mezclados lo que hacen es agregar imprecisión o confusión para poder discriminar o separar cada una de ellas.

2.3.3.2. Resolución espectral Describe la capacidad de un sensor para definir intervalos estrechos de longitud de onda. Cuando más fina es la resolución espectral, más estrecho es el rango de longitud de onda de un canal o banda. Por ejemplo, las películas en blanco y negro registran longitudes de onda que se extienden por casi toda la porción visible del espectro electromagnético. Su resolución espectral es por lo tanto reducida o baja, en razón de que no pueden individualizarse las porciones de longitudes de onda que integran el espectro visible. En cambio, en el caso de una película color a pesar de ser sensible igualmente a la energía reflejada en la porción visible, registra por separado a la energía reflejada en las longitudes de onda correspondientes al azul, verde y rojo. Entonces la resolución espectral es alta porque pueden representarse objetos de varios colores basados en la reflectancia en cada uno de esos rangos diferentes de longitud de onda.

Resolución espectral Los sistemas sensores mutiespectrales registran energía sobre varios rangos de longitudes de onda a distintas resoluciones. Generalmente dichos instrumentos trabajan sobre diferentes porciones del espectro electromagnético como la visible, el infrarrojo cercano y el infrarrojo medio. Este tipo de

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resolución está enfocada a los aspectos de interpretación más que a los métricos, ya que los objetos son registrados en diversas bandas, hecho que contribuye a una mejor discriminación de los mismos en base a la respuesta espectral que tienen en cada una de ellas.

2.3.3.3. Resolución radiométrica Es un indicador de la sensibilidad a la magnitud de la energía electromagnética, es decir que la resolución radiométrica describe la capacidad de un sensor para capturar pequeñas diferencias en la energía reflejada o emitida por los objetos, se mide en bits y se indica también como el número de niveles digitales en los que se puede detectar la energía. En la siguiente figura ofrecemos un ejemplo ilustrativo respecto a los niveles de gris que puede detectar un sensor.

Resolución radiométrica Cabe señalar que las imágenes obtenidas por los sensores de alta resolución ofrecen una resolución de 11 bit, lo que proporciona más información para discernir sutiles diferencias entre los objetos y extraer información de las sombras, ya que cada píxel está representado por 2.048 niveles de gris (GeoEye, 2009).

2.3.3.4. Resolución temporal Esta resolución esta relacionada al concepto de frecuencia de cobertura, que es el período de tiempo en que un determinado sistema de teledetección tarda en cubrir la misma porción de la superficie terrestre habiendo concluido un ciclo completo de órbitas. La capacidad de capturar imágenes en diferentes períodos de tiempo de la misma área, es uno de los atributos más importantes de un sistema sensor para una gran cantidad de aplicaciones. Las características espectrales de los objetos pueden cambiar con el tiempo y estos cambios pueden ser detectados por recopilación y comparación multi-temporal de imágenes. Por formación de imágenes capturadas en momentos diferentes y sobre una base continua, se está en capacidad de controlar y/o evaluar los cambios que tienen lugar en la superficie del planeta, tanto si son de origen natural, como por ejemplo, los cambios en la cubierta vegetal, incendios, terremotos o inundaciones; o introducidas por el hombre como el desarrollo urbano y la deforestación.

La resolución temporal y un ejemplo de aplicación. Fuente: http://www.cbsnews.com/2300-202_16210007035-4.html 54

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Las imágenes provenientes del satélite GeoEye muestran una zona de la ciudad de Sendai, Japón, el 10 de abril de 2010 a la izquierda, y el 12 de marzo de 2011 a la derecha, después que un terremoto de 9 grados de magnitud causó un tsunami que devastó esa región del país. Obsérvese la desaparición de la estructura parcelaria y la destrucción de prácticamente la totalidad de las construcciones.

2.3.3.5. Relaciones entre los distintos tipos de resolución Existe un equilibrio entre la resolución espacial, espectral y radiométrica que debe ser tenido en cuenta en el momento de diseñar un sensor. Sucede que para obtener una alta resolución espacial, el sensor debe tener un campo de visión instantáneo pequeño, lo cual no hace más que reducir la cantidad de energía que puede ser detectada sobre el área mínima de captura proyectada sobre el terreno que conduce a una resolución radiométrica reducida. De manera que para aumentarla, sin sacrificar la resolución espacial, tendríamos que ampliar la gama de longitudes de onda para cada canal o banda espectral, lo cual reduce la resolución espectral del sensor. Por lo expuesto, estos tres tipos de resolución deben estar equilibrados en función de las necesidades y los objetivos del sensor.

2.3.4. La imagen digital y sus características La energía electromagnética puede detectarse a través de una fotografía análoga o digital. El proceso fotográfico emplea reacciones químicas en la superficie de la película sensible a la luz para detectar y registrar las variaciones de energía. Es importante hacer una distinción entre los términos imagen y fotografía en teledetección. Una imagen se refiere a cualquier representación pictórica, independientemente de qué longitudes de onda o dispositivo de detección a distancia que se haya utilizado para detectar y registrar la energía electromagnética. Una fotografía se refiere específicamente a las imágenes que han sido detectadas y registradas en una película fotográfica. Sobre la base de estas definiciones, podemos decir que todas las fotografías son imágenes, pero no todas las imágenes son fotografías. Por lo tanto, a menos que estemos hablando específicamente de una imagen grabada fotográficamente, corresponde utilizar el término imagen. En una imagen satelital los datos son registrados en una matriz regular formada por filas y columnas. El elemento individual de la imagen se denomina píxel, y para cada uno de éstos se registran mediciones como valores numéricos que señalan el valor de brillo o nivel de gris registrado sobre cada unidad de muestreo en el terreno. Pero hay más, cada rango de longitud de onda es registrado separadamente en una banda o canal, de manera tal que la imagen completa queda formada por varias bandas que comparten la misma área física de cobertura y escala.

Estructura de una imagen digital multiespectral La ventaja más evidente del formato digital reside en que los valores digitales pueden ser objeto de manipulación matemática y estadística que no es posible para el formato analógico, lo cual incrementa la capacidad de mejorar la interpretación, la visualización, la manipulación y el análisis de los datos de imagen a través de software de procesamiento específico. Es usual que las imágenes de satélite capturen datos en modo pancromático, término cuyo significado es a través de los colores, y que como ya hemos dicho, es una representación pictórica que indica que todo

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el espectro visible es representado en un solo canal, sin distinción alguna entre los tres colores primarios. Una escena pancromática nos provee entonces una imagen en blanco y negro. Pero, al disponer de datos en varias bandas del espectro podemos combinarlas para crear imágenes en color. A tal fin, hay que tener en cuenta que una limitación clave para la visualización de cualquier imagen multiespectral es que nuestra visión solo puede detectar diferencias en la luminosidad para los tres colores primarios, de manera que para poder visualizar una imagen conformada por varias bandas solo podemos utilizar tres bandas por vez asignando a cada una de ellas el azul, verde y rojo. Por ejemplo, para disponer de una imagen en color verdadero o color real compuesta tendremos que asignar el mismo color a la correspondiente banda del espectro visible, esto es el azul al azul, el verde al verde y el rojo al rojo; en cambio si asignamos el azul al verde, el verde al rojo y el infrarrojo cercano al rojo tendremos una imagen en falso color compuesta que resultará en un producto similar a una fotografía infrarroja color. Otra combinación de bandas muy usual resulta de desplegar la banda verde en azul, la banda del infrarrojo cercano en verde, y la banda infrarrojo medio en rojo. Los resultados de estas tres combinaciones se muestran a continuación:

Imagen en color real

Imagen en infrarrojo cercano (falso color)

Imagen en infrarrojo medio Fuente: http://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/tutorial/Landsat%20Tutorial-V1.html Las combinaciones de bandas son útiles para revelar determinadas características de la superficie terrestre. Para el caso de una imagen a color real el uso es multipropósito, porque lo que obtenemos como resultado es lo más parecido a lo que percibimos con nuestra visión. En cambio las restantes combinaciones que hacen uso del infrarrojo cercano y del medio son muy útiles para el estudio de la cobertura y uso del suelo en general, y de la vegetación en particular.

2.3.5. Sistemas de teledetección de alta resolución Existen en la actualidad una gran diversidad de sensores orbitales que capturan información sobre la superficie terrestre, una lista exhaustiva y detallada de los mismos puede encontrarse en (ITC, 2012). No obstante, teniendo en consideración el contexto de aplicación, es que nos vamos a remitir 56

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exclusivamente a los sistemas de teledetección que proveen coberturas territoriales de detalle, tomando como parámetro aquellos que nos proveen datos de imagen a una resolución espacial inferior a los 2,5 metros. Desde la década del 70 y 80, se han establecido sistemas tales como el Landsat y SPOT que, junto a otros, han contribuido a abrir el camino y consolidar el concepto de observación terrestre continua, aunque han revelado limitaciones para proveer datos a una comunidad de usuarios cada vez más amplia, exigente y diversa que comenzó a demandar imágenes con resoluciones más finas para aplicaciones relacionadas con el sector inmobiliario, el análisis y la planificación de la infraestructura, el monitoreo y la detección de cambios en los núcleos urbanos, el apoyo al sector de la construcción, la respuesta a desastres naturales, etc. Recién en la década del 90, particularmente luego de que el gobierno de los Estados Unidos en 1994 redujo las restricciones respecto a las aplicaciones comerciales de las imágenes satelitales de alta resolución, es que fue posible el desarrollo de sistemas de teledetección que dieran respuesta a las mencionadas demandas. Estos cambios en la política unido a los avances tecnológicos, dio lugar a un desarrollo casi explosivo de sistemas sensores diseñados para proveer imágenes de alta resolución, diferenciándolos de aquellos que mencionamos al principio, y que podemos caracterizarlos tanto por la información espacial de detalle, como por la alta resolución radiométrica y los campos de vista reducidos o estrechos, y por ello más enfocados a la toma de datos espaciales sobre áreas más específicas o reducidas. Esta estrategia de captura ha sido diseñada especialmente para responder a las necesidades del mercado más que para construir una cobertura sistemática y completa de la superficie terrestre, como en el caso de los sistemas Landsat y SPOT. Los sensores de alta resolución tienen en común que capturan datos en las regiones óptica e infrarrojo cercano del espectro, y tienen la capacidad de proveer imágenes pancromáticas con detalle espacial más fino que el resto de las bandas, datos de imagen a 11 bit de resolución, y capturar imágenes estereoscópicas con diferentes geometrías de visión. La disponibilidad de imágenes de resolución submétrica ha creado alternativas viables frente a los levantamientos fotogramétricos para determinadas escalas y contextos de uso, además de encontrar importantes nichos en aplicaciones fundamentalmente urbanas. A continuación, describiremos someramente los sistemas sensores de alta resolución, y para cualquier información complementaria o más pormenorizada que la que aquí se presenta, podrán consultarse los sitios web de cada empresa: Características Lanzamiento Resolución pancromática en el nadir Resolución multiespectral en el nadir Bandas espectrales Ancho de barrido Área mínima de captura URL

Ikonos

GeoEye-1

24/09/1999 0.82 m.

06/09/2008 0.41 m.

Quick Bird 18/10/2001 0.61 m.

WorldView-1 18/09/2007 0.50 m.

WorldView-2 08/10/2009 0.46 m.

3.28 m.

1.64 m.

2.40 m.

N/A

1.84 m.

Pan + 4 Multiespectrales 11.3 km.

Pan + 4 Multiespectrales 15.2 km.

Pan + 4 Multiespectrales 16.5 km.

100 km2 nuevo 100 km2 nuevo pedido pedido 49 km2 49 km2 imágenes de imágenes de archivo archivo www.geoeye.com

25 km2 nuevo pedido 25 km2 imágenes de archivo

Pan 17.6 km.

Pan + 8 Multiespectrales 16.4 km.

25 km2 nuevo 25 km2 nuevo pedido pedido 25 km2 25 km2 imágenes de imágenes de archivo archivo www.digitalglobe.com

En forma adicional a lo presentado en la tabla existen una serie de satélites que ofrecen un nivel de resolución espacial que pueden prestar una adecuada utilidad, aunque algo más limitada por el nivel de detalle que ofrecen, en aplicaciones tales como gestión y desarrollo de áreas urbanas y rurales,

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planeamiento, detección de cambios en la cobertura y uso del suelo, etc.. Dentro de grupo se encuentran los siguientes satélites:   

Spot 5, con resolución pancromática de 2.5 metros y multiespectral de 10 metros. Cartosat-1, con resolución pancromática de 2.5 metros; y Spot 6, con resolución pancromática de 1.5 metros y multiespectral de 6 metros.

Cabe aclarar que en el caso de los satélites que producen imágenes multibanda, puede conseguirse el máximo de resolución mediante técnicas de fusión de imágenes que veremos a continuación.

2.3.6. Correcciones radiométricas y geométricas En lo más básico, podemos decir que todas las imágenes disponen de correcciones de tipo radiométrico, que se consideran las operaciones de pre-procesamiento más básicas y que, por lo tanto, se realizan por defecto a los datos crudos a fin de mejorar la visualización e interpretación de las imágenes. Las técnicas aplicadas para modificar los valores digitales registrados incluyen la corrección por imperfecciones del sensor. Las celdas de los detectores tienen una leve diferente respuesta, y sus diferencias pueden determinarse por una calibración radiométrica y aplicar luego las correcciones a los datos registrados por del sensor. Este tipo de problema puede ocasionar imágenes “rayadas” porque algunas líneas de barrido no se capturan correctamente, caso en que se aplica una corrección para normalizar las líneas defectuosas; además de generar ruido aleatorio que degrada el contenido de información radiométrica y hace que la imagen aparezca granulada. Otro tipo de correcciones incluyen las originadas por perturbaciones atmosféricas que están relacionadas con la iluminación de la imagen. Por ejemplo, para el caso de las áreas terrestres de latitud media y baja la iluminación es muy diferente en invierno que en verano (brillo general, sombras, etc.), situación en la que se aplica una normalización por elevación solar para equilibrar la radiometría general de las escenas. Por otro lado, el resplandor en el cielo provoca en el sensor una neblina que reduce el contraste, caso en el que se utilizan valores de referencia basados en mediciones de radiancias capturadas sobre el terreno para corregir las imágenes. El resto de las correcciones están asociadas a la geometría de las escenas. Cada imagen representa los elementos del paisaje en una relación geométrica determinada por el diseño del sensor, por condiciones de operación específicas, por el relieve del terreno y otros factores. El instrumento de detección debe ser capaz de crear una escena con relaciones geométricas consistentes y precisas entre los puntos del terreno y sus homólogos en la imagen. Pero obviamente, cada una de éstas incluye errores geométricos originados fundamentalmente por la perspectiva de la óptica del sensor, por cambios en la altura de la plataforma, por el movimiento de exploración óptico (barrido/escaneo), por el relieve del terreno y por la curvatura terrestre. Cada fuente de error puede tener distinto nivel de importancia según la aplicación, pero los errores geométricos son algo inherente a las imágenes, al igual a lo que hemos visto en el caso de las fotografías aéreas en fotogrametría. La reducción o eliminación de los errores posicionales dependerá de cómo y en qué dominio se emplearán las imágenes, todo lo cual nos sirve de base para aplicar los remedios que proporcionen las cualidades geométricas adecuadas para un uso determinado.

2.3.7. Productos de imagen Aunque existe algún grado de variabilidad entre las empresas proveedoras de imágenes respecto a los productos entregados a los usuarios, existen algunas pautas comunes a todas ellas, de manera que los criterios utilizados para definir los distintos niveles de procesamiento dependen de lo siguiente:  

el destino a dar a las imágenes, por ejemplo para detección de cambios / interpretación, o cartografía; y las capacidades de los usuarios, por ejemplo, aquellos que requieren los datos de imagen ya procesados para su integración directa en una aplicación SIG, o los que disponen de recursos para procesar las imágenes aportándole valor agregado por sus propios medios.

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Dentro de este contexto de aplicaciones y necesidades de los usuarios, se cuenta con las siguientes alternativas:   

imágenes orientadas respecto a una proyección cartográfica, producto que no incluye correcciones por los desplazamientos debidos al relieve; imágenes ortorectificadas para aplicaciones cartográficas, que pueden requerir el aporte por parte de los usuarios de puntos de control de campo y modelo digital del terreno; e imágenes duales con geometría 3D o pares estereoscópicos, para la extracción de datos geográficos a través de una restitución.

Los productos de imagen suelen estar disponibles en las siguientes combinaciones:    

color natural o falso color a través del proceso pan-sharpening, multiespectral (bandas individuales), pancromático, y pancromático + multiespectral

Como hemos visto en la tabla….la resolución pancromática es unas 4 veces más fina que la multiespectral (A, V, R e Infrarrojo cercano), por lo que para obtener imágenes en color con el mismo nivel de detalle que una en blanco y negro, se recurre a un proceso de fusión de imágenes conocido como pan-sharpening. Básicamente lo que este proceso permite es unir en una sola imagen los datos pancromáticos, que se utilizan como fuente de co-registración, con los multiespectrales para formar una imagen en color de alta resolución.

Ejemplo de una imagen QuickBird pan-sharpening a color natural de 60 cm. de píxel. Digital Globe. Fuente: http://www.geoimage.com.au/geoimage/index.php?page=pan-sharpening Este producto logra retener entonces los mejores atributos (espectrales y espaciales) de las imágenes entrada, fundamentalmente porque las imágenes color son más fáciles de interpretar que las imágenes en escala de gris y las imágenes de alta resolución son más fáciles de leer que las de baja resolución. Sin embargo, a diferencia de una verdadera imagen multiespectral, las bandas individuales utilizadas como fuente se “disuelven” en una única imagen, de forma que las bandas originales no pueden ser manipuladas independientemente para cambiar la presentación de la visualización, lo cual limita la utilidad de la imagen fusionada en el contexto analítico.

2.3.8. Aplicación de imágenes de alta resolución en los catastros Si bien el punto de partida para la elaboración de la cartografía catastral urbana son los vuelos fotogramétricos para restituir con precisiones compatibles con las escalas 1:500, 1:1.000 o 1:2.000, las imágenes satelitales de alta resolución se están utilizando cada vez más como fuente informativa para tareas de mantenimiento y actualización de determinados datos catastrales urbanos, aunque lógicamente, este recurso no ha logrado equiparar de manera operativa a nivel de exactitud a la restitución fotogramétrica y ortofotos obtenidas a partir de fotografías aéreas.

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Debe quedar claro entonces, que los datos de imagen en las aplicaciones de catastro urbano no sustituyen a los relevamientos fotogramétricos, sino que conforman una fuente de complementaria y muy valiosa, sobre todo por las ventajas particulares que ofrecen los sistemas de teledetección satelital en cuanto a cobertura y repetitividad temporal. Precisamente estos atributos son los que aportan a los catastros un recurso con poder de disponibilidad continua, de manera que esto es lo que principalmente justifica el creciente interés por el uso de esta geotecnología. El aprovechamiento de los datos de imagen en los ambientes urbanos puede hacerse de diversas formas, por ejemplo:        

superponer a la cartografía vectorial existente las imágenes para detectar cambios a nivel de construcciones, infraestructura y asentamientos informales para incorporarlos a la base de datos, tarea que requiere de una complementación con levantamientos directos en el terreno; integrar a la base de datos las imágenes a los fines de aportar un mayor significado interpretativo a los conjuntos de datos vectoriales; producir cartografía preliminar a nivel de manzanas para cuantificar la ejecución de levantamientos catastrales, a los fines de realizar programas de regularización dominial o de tenencia de la tierra; evaluar el desarrollo de la infraestructura para actualizar las valuaciones catastrales del suelo urbanizado; planificar levantamientos topográficos y geodésicos masivos en áreas urbanas que no disponen de un catastro; estudiar la tipología y estratificación del suelo edificado para aplicar a trabajos de actualización valuatoria; determinar por cruce de información entre la cartografía catastral existente, la infraestructura y la zonificación (planeamiento), las parcelas que son susceptibles de ser incorporadas al perímetro urbano; realizar estudios multi-temporales de crecimiento de las ciudades para identificar las áreas con mayor potencial de cambio de uso rural a urbano, lo cual permite establecer acciones planificadas para el desarrollo servicios públicos, etc.

Indudablemente que existen muchas más posibilidades de uso para sacar el mayor provecho a las imágenes de alta resolución, aunque como se ha visto, para varias aplicaciones resulta necesario utilizarlas en combinación con otras fuentes de datos. Un caso distinto es el de los catastros de áreas rurales para lo cual las imágenes de alta resolución si ofrecen una respuesta que puede equipararse con los vuelos fotogramétricos, aunque claro está, que estamos hablando de escalas que van desde 1:5.000 a menores en adelante. Retomando lo analizado en el apartado 2.2.8.1 en cuanto a la relación entre escala, resolución espacial (GSD) y exactitud cartográfica, tenemos que: Escala de cartografía

GSD (m.)

Exactitud (emc) (m.)

Aplicación

1:5.000 1:10.000 1:15.000 1:25.000

0.50 1.00 1.50 2.50

1.25 2.50 3.75 6.25

Suburbana-Rural Rural Rural Rural

Estos valores nos señalan con claridad los límites dentro de los cuales nos permiten trabajar las resoluciones que nos ofrecen los distintos sistemas de teledetección satelital. La elección de la escala, obviamente dependerá del tamaño medio de las parcelas, cuyas superficies dependen a su vez de la calidad del suelo e infraestructura disponible.

Bibliografía consultada y referencias Astrium (2012), SPOT 6 y SPOT 7, http://www.astrium-geo.com/es/884-spot-6-y-spot-7 Digital Globe (2012), http://www.digitalglobe.com/

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Dirección General de Catastro, Provincia de Tucumán (2010). Detección e incorporación de mejoras por imágenes de alta resolución. II Congreso Nacional del Catastro, San Luis, Argentina. Faculty of Geoinformation Science and Earth Observation – ITC (2012). ITC’s database of Satellites and Sensors, http://www.itc.nl/research/products/sensordb/searchsat.aspx GeoEye (2012), http://www.geoeye.com/ Lilesand,Thomas & Kiefer, Ralph (1994). Remote Sensing and Image Interpretation. Third edition. John Wiley & Sons, Inc. Natural Resources Canada (s/d). Tutorial: Fundamentals of Remote Sensing, http://www.nrcan.gc.ca/earth-sciences/geography-boundary/remote-sensing/fundamentals/1430

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3. Cartografía catastral urbana 3.1. Introducción Todos los temas vistos hasta aquí tienen una relación directa con la producción de cartografía. La geodesia aporta el marco de referencia que es el basamento posicional que nos permite representar los datos geográficos en forma consistente sobre el continuo espacial; los sistemas de posicionamiento por satélite GNSS cumplen una importante función en establecer dicho marco de referencia, actuando además como una herramienta para la captura de datos en el terreno, al igual que los métodos de topográficos clásicos; la fotogrametría esta esencialmente orientada a la generación de cartografía básica; y los sistemas de teledetección más relacionados a la elaboración de cartografía temática. Es decir que cualquiera sea el método de levantamiento, directo o indirecto -en contacto con el objeto o no-, sus resultados serán utilizados para ubicar objetos naturales o artificiales sobre la superficie terrestre y representarlos cartográficamente. Cabe ahora definir el significado y alcance del término cartografía que, básicamente, es la disciplina abocada al estudio y la práctica de realización de mapas que combina ciencia, técnica, estética y comunicación visual. La cartografía se apoya en la premisa que la realidad puede modelarse de manera de posibilitar una comunicación efectiva de la información espacial (Wikipedia, 2012). Por otra parte, la Asociación Cartográfica Internacional (ICA, 2003) conceptualiza a la cartografía como un servicio único para la creación y manipulación de representaciones visuales o virtuales del geoespacio (mapas), a los fines de exploración, análisis, comprensión y comunicación de información sobre el mismo. De las definiciones señaladas resulta oportuno remarcar dos cuestiones: la primera es la importancia de la comunicación en el proceso cartográfico, y la segunda es que la referencia a las representaciones virtuales nos acerca al mundo de la informática y por lo tanto a la cartografía digital, que en la actualidad se encuentra estrechamente ligada a los SIG, constituyendo uno de sus principales fundamentos tanto teóricos como prácticos. El mapa es el producto característico de la cartografía y forma una representación simbolizada de una realidad geográfica en el que son de prioritaria importancia las relaciones espaciales. Un mapa posee además de un conjunto de símbolos, una escala y una proyección cartográfica. La escala condiciona la forma en que los objetos son representados para lo cual se utiliza un proceso llamado de generalización, por medio del cual se selecciona la información de interés de manera que se adapte a la escala y el medio de despliegue del mapa. A través de este proceso se enfatizan entonces los elementos que son de mayor importancia para la finalidad del mapa, aunque siempre es importante preservar elementos de ubicación contextual que permitan a los usuarios una fácil exploración y navegación a través de su contenido. Entre las divisiones o clasificaciones de mapas es muy usual recurrir a una separación entre los mapas topográficos y los mapas temáticos. Como su nombre lo indica, los primeros muestran las formas del relieve y los principales rasgos geográficos como los caminos y la red hidrográfica. En cambio los mapas temáticos constituyen representaciones especializadas del territorio, como puede ser el catastro, los suelos, la vegetación, la geología, etc. Otra forma de clasificar a los mapas es por su escala, otra por su estructura de datos, es decir si son mapas de línea (vectoriales) o mapas basados en fotos (ortofotos) o imágenes. Pero en un entorno digital, dichas divisiones carecen de importancia porque los datos son presentados separadamente en forma de capas, dónde cada una de éstas alberga una representación temática. La escala tampoco tiene mucha importancia en este tipo de clasificaciones porque en la misma base de datos pueden “convivir” datos a distintas escalas, pensemos por ejemplo, en un sistema de información territorial en el que tenemos datos del catastro urbano y del catastro rural, cuyas escalas pueden ser muy diferentes. En efecto, la revolución de la computación ha generado profundos cambios en el ámbito de la cartografía, habiendo aportado la base de datos como medio de almacenamiento, y a partir de allí formas de presentación extremadamente flexibles, incluyendo notoriamente a los servicios de mapas en la web. A continuación desarrollaremos estos conceptos.

3.2. Cartografía analógica vs. cartografía digital

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El contenido de un catastro en el medio digital es equivalente aquel que proviene de una base de datos gráficos y de los atributos asociados que responden a un determinado modelo de datos. De esta manera, la cartografía constituye una visualización de los datos espaciales, que podemos realizar en forma de un mapa temporal representado en la pantalla de una computadora, o de un mapa permanente representado en una salida gráfica impresa en soporte papel con una leyenda específica, cuyo diseño responde a los fines para los cuales ha sido diseñado.

La cartografía como visualización de datos espaciales en distintos soportes El soporte utilizado para representar los datos, es fundamental para distinguir las diferencias que existen entre la cartografía analógica y la digital. Por ejemplo: 

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Escala y exactitud posicional. Cuando hablamos de un mapa en formato papel es fundamental conocer la escala, en tanto que cuando estamos visualizando datos espaciales en el monitor de una PC, podemos acerarnos y alejarnos y acomodar las áreas de las vistas a nuestro criterio y necesidad, de modo que lo importante aquí es la exactitud posicional, que es un parámetro que indica el desvío entre las posiciones de los objetos representados y su posiciones verdaderas, las cuales son estimadas a través de una fuente de datos más precisa que con la que se produjo la cartografía. Siendo ésta una variable del proceso de producción, la exactitud posicional resulta una propiedad inherente de la cartografía digital y sujeta a las responsabilidades técnicas de quien la realiza. Datos proyectados y datos no proyectados. Para los datos espaciales a escala grande, como es el caso de los catastros, es inevitable recurrir a un sistema de proyección cuando queremos llevar la representación cartográfica al soporte papel. Diferente es el caso de los datos representados digitalmente, que no hace necesario el uso de un sistema de representación plana sino que podemos utilizar directamente las coordenadas geográficas, sobre todo cuando el área de cobertura o la extensión territorial de los datos así lo amerita. Almacenamiento y presentación de los datos. Los mapas en papel cubren estas dos funciones simultáneamente, en tanto que en el medio digital se encuentran claramente separadas. Los datos son almacenados en la base de datos y pueden presentarse o visualizarse de diversos modos, como es el caso de mapas temáticos realizados según determinados atributos, por ejemplo: parcelas con superficies mayores a 500 metros cuadrados, parcelas de uso residencial, parcelas de uso industrial, etc. Información marginal y metadatos. Toda la cartografía tradicional dispone de una leyenda o información marginal que cumple la función de comunicar al usuario diversos ítems, por ejemplo: el organismo productor, el título del mapa, la escala, el marco de referencia y sistema de proyección, y un conjunto de símbolos que sirven de ayuda para una correcta lectura del mapa. En cambio, en la cartografía digital el sistema de representación por capas junto a los atributos, contribuyen a resolver, en parte, la información que necesita el usuario para interpretar los datos. No obstante, podemos decir que el equivalente en el medio digital de la leyenda de un mapa son los metadatos, tema que trataremos en el apartado 3.6, siendo su nivel más detallado el correspondiente al diccionario de datos. Este documento es el resultado del modelo de datos adoptado para representar los datos en la base de datos, e incluye una parte alfanumérica y una parte gráfica. En la primera parte se describen las tablas con sus atributos (interior de cada tabla) y las relaciones entre tablas simbolizadas en un gráfico del modelo. En la segunda parte se describen, en general, el ordenamiento y la estructura adoptada para la componente espacial del sistema de información, junto a las tablas y atributos (de igual forma que para los datos alfanuméricos).

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Cartografía analógica

Cartografía digital

Escala

Exactitud posicional

Proyección cartográfica

Proyección cartográfica o coordenadas geográficas (datos no proyectados)

Almacenamiento y presentación simultánea

Almacenamiento s/ modelo de datos Presentación flexible –visualización 2D/3D, análisis, mapas temáticos, mapas web

Información marginal

Metadatos / Diccionario de datos

Principales diferencias entre la cartografía analógica y digital

3.3. Características principales de la cartografía catastral urbana En lo más básico, lo que distingue a la cartografía catastral frente a otras representaciones temáticas del espacio terrestre, es que muestra como se despliegan los derechos de propiedad (específicamente el derecho real de dominio) en el territorio, a lo que cabe agregar que algunos sistemas catastrales también representan otros derechos que tienen expresión sobre el territorio como, por ejemplo, la servidumbre, las áreas protegidas, las restricciones al dominio, etc. La cartografía catastral puede utilizarse para determinar precisamente dónde se encuentran ubicados los límites de una parcela o de otros derechos incluidos en la misma, o simplemente puede ser una representación gráfica aproximada de la geometría y ubicación de un predio. Esto quiere decir que los datos tal como son representados no pueden ser empleados para su inclusión en descripciones de documentos legales (ej: título de propiedad), pudiendo ser utilizados exclusivamente como referencia o para ubicar antecedentes de planos que indiquen en forma precisa la ubicación y los linderos de los inmuebles a los fines de anotar derechos en los registros de la propiedad. Otros aspectos que caracterizan a la cartografía catastral son: 

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su nivel de detalle, siendo uno de los conjuntos de datos más precisos con los que puede contar la administración de un estado, motivo por el cual en algunas legislaciones los datos del catastro son considerados fundamentales, ya que pueden ser empleados en el desarrollo de múltiples aplicaciones que tienen como centro de actuación el territorio; y su alto grado de volatilidad, porque diariamente se fraccionan, subdividen y/o unifican parcelas; se construyen, demuelen o amplían edificios; se transfieren dominios cambiando los propietarios; se construyen obras de infraestructura que incorporan mejoras al suelo urbanizado incrementando su valor; se ocupa suelo informalmente, etc.

Desde el punto de vista técnico, existen una serie de elementos que conforman la cartografía catastral, por ejemplo: 1. El modelo de datos que describe y contiene todos los objetos o entidades incluidos en la base de datos; 2. Las técnicas y los procedimientos utilizados para el levantamiento catastral; y 3. Los procesos de mantenimiento y actualización. Respecto al primer punto, es común a los modelos de datos estructurarlos tomando como base la relación objeto (parcela), derecho, sujeto (persona física o jurídica). El derecho puede tener como fuente la legislación civil que regula los denominados derechos reales como el dominio, el condominio, el usufructo, etc.; el derecho administrativo que es la base para el planeamiento urbano, o las leyes que pueden establecer zonas de protección ambiental, reservas naturales, etc. La necesidad de representar el conjunto de derechos que se ejercen sobre el territorio obedece a la necesidad de regular la planificación de uso del suelo, conservar determinados recursos naturales y/o administrar

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infraestructuras (ej: redes de transporte eléctrico, agua, gas, etc.). Todo ello sirve para crear un ambiente de seguridad jurídica en cuanto a la movilidad de los inmuebles en el mercado. Basta considerar que un derecho que no es publicitado, no es transparente a las reglas del mercado. Aunque en todo caso, la inclusión o no de determinados derechos dentro del modelo de datos dependerá de los objetivos y los alcances que tenga cada sistema catastral. De manera complementaria a los aspectos conceptuales del modelo de datos, podemos focalizar en los aspectos prácticos relacionados con el contenido de datos mínimo, o que representen un denominador común para todos los catastros. A tal fin, podemos agregar lo siguiente:     

Datos de parcelas: identificador, superficie, ubicación contextual (linderos) y ubicación absoluta (coordenadas), etc. Datos de personas: titular del derecho, porcentaje del derecho (caso de condominio), domicilio, documento, etc. Datos de construcciones: categoría, uso, año de construcción, etc. Datos económicos: valor del suelo, valor de la construcción, valor catastral (total). Datos jurisdiccionales: incluye las divisiones jurisdiccionales internas de un país, región o municipio, como los límites estatales, departamentales o ejidales (municipios).

En cuanto al punto 2, hemos de considerar el conjunto normativo y/o de estándares aplicables a la formación del catastro y producción inicial de la cartografía. El levantamiento catastral o campaña de barrido predial, como se lo denomina en varios países, es el conjunto de actividades técnicas, jurídicas y administrativas tendientes a la obtención de información gráfica y descriptiva de manera sistemática del conjunto de parcelas de una jurisdicción. La actividad de levantamiento en su conjunto está compuesta de varias fases que incluyen típicamente:  



Declaratoria de zona a catastrar, que es definida por la autoridad en la materia de la jurisdicción, de conformidad a una planificación previa y siguiendo un orden de prioridades. Levantamiento de la información catastral, actividad que consiste en relevar los límites de las parcelas y áreas construidas, utilizando y cruzando diversas fuentes informativas tales como levantamientos fotogramétricos y topográficos; información sobre las ocupaciones en el Municipio (en caso de tierras públicas no tituladas); información jurídica obrante en los registros de propiedad; otras constancias preexistentes como planos parcelarios, etc. Cuando se emplea como fuente de datos primarios una restitución u ortofotos, debe tener lugar un proceso de verificación gráfica de los linderos y las siluetas de los edificios a los efectos de ratificar o rectificar los datos restituidos de conformidad a la realidad de campo. En la visita “puerta a puerta”, se completa generalmente una ficha catastral que contiene datos referidos al titular, poseedor o adjudicatario e información legal conexa, los servicios que posee la parcela, y las principales características de las construcciones. Exposición pública de los resultados, esta actividad es la que permite consolidar y legitimar la información proveniente de la fase anterior. Más precisamente, el propósito de las exposiciones es dar a los propietarios, poseedores o adjudicatarios la oportunidad de revisar toda la información parcelaria relevada, particularmente la que sea de su interés, a efectos de manifestar acuerdo o discrepancia, en cuyo caso, tendrán la oportunidad de efectuar los reclamos para la rectificación, o bien para solicitar aclaraciones al ejecutor del trabajo. Esta etapa incluye asimismo la realización de una campaña de difusión, que generalmente es coordinada con las autoridades del gobierno dónde tiene alcance el levantamiento. Declaratoria de zona catastrada, una vez culminada la fase de exposición pública y realizadas todas las rectificaciones de datos -sobre todo aquellas situaciones que pudieran generar conflictos de límites entre linderos-, se procede a dar término al levantamiento catastral y cargar los datos gráficos y alfanuméricos a la base de datos del SIG catastral. Campaña de saneamiento de títulos y de regularización de la tenencia de la tierra, fase que se realiza en coordinación con los Registros de la Propiedad Inmueble. Para el primer caso se proceden a efectuar todas las correcciones necesarias a los títulos para hacerlos concordar con los datos provenientes del levantamiento de parcelas, en tanto que el segundo caso se trata de los procesos de titulación de poseedores que pueden estar ocupando tierras de propiedad pública o de propiedad particular, en cuyo caso es usual que el Estado realice previamente una expropiación de las parcelas afectadas para transferirlas posteriormente a los ocupantes actuales.

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Estos procesos para la conformación de la cartografía catastral pueden presentar diversas variantes y especificidades de acuerdo a la legislación de cada país y su organización institucional, por lo que esta descripción solo pretende tener un alcance general sobre los aspectos más habituales de esta actividad en aquellos países en que se aplica este tipo de metodología.

Fases de un levantamiento catastral y vinculación con actividades registrales. Un tratamiento diferente tenemos que hacer para aquellos países dónde se utilizan planos (de agrimensura, de mensura, mensuras catastrales, etc.) como base para la conformación de los catastros. La continuidad espacial se logra a través de una yuxtaposición de los planos registrados, utilizando los límites que tienen en común las parcelas creadas por los mismos, además los inmuebles ubicados en el interior de los bloques amanzanados se ubican relativamente a partir de las distancias a esquina (intersección de líneas de edificiación). La compilación de la cartografía catastral en este caso tiene ciertas particularidades y no está exenta de problemas que deben ser manejados muy cuidadosamente, por ejemplo:     

Las parcelas que surgen de los planos se encuentran en un sistema local de coordenadas. Para la definición de los límites la regla general es que el antigüo plano tiene procedencia sobre el nuevo, aún pudiendo ser éste último más preciso que su antecedente. Los datos de los planos muy antigüos pueden tener errores significativos, por los métodos de medición empleados que se agudizan cuando la topografía del terreno es muy irregular. La posición de los límites al seguir los principios de relatividad espacial, pueden determinarse con aceptable exactitud tomando solamente como referencia las líneas perimetrales de los bloques rodeados por calles públicas. La conformación de la cartografía en el continuo espacial requiere que los bloques (conjuntos de varias manzanas) o bien cada manzana, sean vinculados al marco de referencia o red geodésica de uso oficial, para ajustar el registro gráfico que surge de armar el “rompecabezas” de parcelas, a los levantamientos fotogramétricos empleados para completar la cartografía con las construcciones, infraestructura urbana y otras informaciones sobre el territorio.

En base a lo expuesto, y siguiendo la lógica de responder a la filosofía de los sistemas de información; de brindar mayor seguridad en la definición de los límites, dado que la identificación de las parcelas por las coordenadas de sus vértices permite una ubicación y reubicación precisa los mismos; de posibilitar un mejoramiento en la calidad del dato posicional por aproximaciones sucesivas; y de facilitar la incorporación a la cartografía de datos provenientes de nuevos loteos, unificaciones, anexiones, etc., es que se viene consolidando la tendencia por parte de los organismos catastrales de exigir la incorporación de la georreferenciación12 a las parcelas que surgen de los planos de agrimensura, mensuras catastrales o planos de mensura. 12

Resolución 628/2009. Reglamento General de Mensuras Catastrales. Suprema Corte de Justicia de la República Dominicana. Portaria N° 69 de 22 de Fevereiro de 2010. Norma Técnica para Georreferenciamento de Inmóveis Rurais – Segunda Edição Revisada. Instituto Nacional de Colonización y Reforma Agrária de la República Federativa de Brasil. Ivars, Leonardo B. (2012). Antecedentes normativos y comentarios relacionados con la georreferenciación de parcelas, disponible en: http://cafegeodesico.blogspot.com.ar/2012_04_01_archive.html. Directriz RIM-001-2012, de fecha 18 de mayo de 2012 denominada: "Definición de la georreferenciación y de las tolerancias permitidas que deben cumplir los levantamientos de agrimensura dentro del territorio nacional”. Registro Nacional de la República de Costa Rica.

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Los dos métodos para el levantamiento catastral y desarrollo de cartografía no son únicos ni excluyentes entre sí, dado que pueden complementarse. Finalmente, remarcamos que las formas de desarrollo de la cartografía catastral difieren de país a país, y aunque existen aspectos técnicos comunes, resulta dificultoso generalizar las cuestiones de manejo que resultan necesario dominar en este tipo de trabajos, particularmente todo lo relacionado a los criterios para la digitalización de datos con el objetivo de formar o mantener una base de datos catastral. En relación al punto 3 que hace referencia a los procesos de mantenimiento y actualización, la regla de oro para cualquier proyecto catastral es que antes de gastar una sola moneda, estén diseñados los procesos y los instrumentos necesarios a través de los cuales garantizar la puesta al día, sobre una base continua, de la información gráfica y descriptiva que conforma la cartografía catastral. La palabra clave en este tema es sostenibilidad, concepto que debe interpretarse como la existencia de interés político, económico y social, que junto al desarrollo de capacidades institucionales, tiene como objetivo garantizar que los organismos catastrales puedan crear, mantener y difundir sus activos de información en el tiempo. En la actualidad, existen varios motivos que afectan la sostenibilidad, entre los cuales caben mencionar a:     

la situación de contexto, más específicamente el marco político-institucional y social; la complejidad técnica natural a este tipo de sistemas; la escasez de recursos humanos con formación académica específica, ya sea a nivel técnico como a nivel universitario; la ausencia o debilidad en las políticas de cooperación interinstitucional; y la fragmentación institucional y de competencias.

Cada una de estas dimensiones requiere de un tratamiento individualizado y de una ubicación dentro del entorno en el que se desarrollan, como una manera de evaluar los riesgos que deben enfrentar los organismos catastrales para proveer un servicio permanentemente actualizado a la sociedad. Lo antedicho va en línea con que al momento de diseñar o desarrollar un sistema catastral en lo primero que hay que pensar es en los datos que debe contener (modelo) y definir concretamente un núcleo esencial, es decir incluir aquellos datos que sean los estrictamente necesarios para el cumplimiento de los objetivos de la institución. Agregar datos sin tener la certeza de poder mantenerlos en el tiempo es una decisión errónea, para ello hay que considerar que un catastro es una infraestructura de información territorial básica y no una gran base de datos que puede ser utilizada para cualquier finalidad. De manera que la multifinalidad se consigue integrando la información catastral con otras aplicaciones sectoriales (planeamiento, infraestructura, medio ambiente, etc.) o en Infraestructuras de Datos Espaciales (IDEs). En segundo lugar, y siguiendo elementales principios de eficiencia y economía de costos, cuando haya datos que se puedan capturar más cerca de la fuente o que otra institución posea en cumplimiento de sus funciones, se lo haga estableciendo los mecanismos de cooperación y colaboración interinstitucional que sean necesarios para tal fin. Compartir datos evita duplicar esfuerzos y costos, todo lo cual redunda en la eficiencia de los sistemas o subsistemas involucrados en su conjunto. Es decir que la sostenibilidad es un aspecto clave para los catastros y pilar dónde hay que poner el foco y la atención cada vez que un desarrollo catastral tiene lugar. Para ello, es crucial tener definido un modelo de gestión para el mantenimiento y actualización en el que se precisen el cómo y el quién, junto a las correspondientes metodologías y procedimientos estandarizados, a fin de resguardar la consistencia y la integridad de las bases de datos catastrales.

3.4. Controles de calidad a la información catastral En las actividades de adquisición masiva de datos catastrales, sea para un levantamiento inicial como para mantenimiento, es de fundamental importancia tener presente la necesidad de implementar un sistema de control de calidad para todos los procesos hasta la obtención del producto final, lo cual incluye la captura de datos, hasta la edición y verificación de la vinculación entre los datos gráficos y atributos asociados.

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Por ejemplo, si nuestro proyecto inicia con un relevamiento fotogramétrico, tendremos que comenzar nuestro control en la planificación del vuelo, pasando por el material fotográfico obtenido, y siguiendo con el apoyo de campo, la aerotriangulación, la restitución y verificación de campo, junto a una revisión de la consistencia en la estructuración de los conjuntos de datos de conformidad al modelo de datos predefinido. Por otro lado, además de los datos gráficos provenientes de un vuelo, tenemos el levantamiento de los datos alfanuméricos que son capturados en las visitas realizadas a cada parcela, en formato de ficha catastral o planilla censal, que también tienen que ser integrados a la base de datos del SIG catastral. A esta altura, resulta oportuno remarcar la necesidad de disponer de aplicaciones informáticas cuya finalidad sea la de ejecutar controles de calidad semiautomatizados para detectar inconsistencias en los datos espaciales (ej: errores en la topología de los gráficos), los datos alfanuméricos (ej: campos vacíos en la base de datos) y la integración entre ambas informaciones. El objetivo de disponer de un sistema de control de calidad, está relacionado con la necesidad de verificar la conformidad con las especificaciones técnicas o con los términos de referencia de un producto. En todo sistema de gestión es necesario tener definido lo siguiente:    

cómo se va a controlar, es decir con que normas y procedimientos; quién va a controlar, esto es el perfil y la función del personal que va a realizar la tarea; qué se va a controlar, deben estar precisamente definidos todos los ítems a pasar por revisión, por ejemplo, en una planilla de empadronamiento que la misma haya sido llenada de acuerdo a instructivos o manuales específicos; y cuándo se va a controlar, es decir en que momento específico de una actividad se tiene que entregar material para su revisión.

Como en los trabajos masivos se trabaja sobre un determinado porcentaje de muestras tomadas al azar, se puede tomar como documento de referencia para el control de los datos gráficos y alfanuméricos la norma ISO 2859-1, que establece reglas generales para la aceptación o rechazo en procedimientos de muestreo de inspección por atributos. En cuanto a las normas más específicas asociadas al tema de calidad tenemos (ISO, 2012):   

La ISO 19113 titulada “Información Geográfica – Principios de Calidad”, que establece los principios para describir la calidad de los datos geográficos y los componentes específicos para informar la calidad. La ISO 19114 titulada “Información Geográfica – Métodos de Evaluación de la Calidad”, que provee un marco de procedimientos para determinar y evaluar la calidad aplicable a conjuntos de datos geográficos, de conformidad a los principios de calidad definidos en la ISO 19113. La ISO 19138 titulada “Información Geográfica – Medidas de calidad de datos”, que como lo indica su nombre define un conjunto de medidas para informar la calidad, que pueden utilizarse para aplicar a cada uno de los sub-elementos de calidad de datos identificados en la ISO 19113. Esta norma define múltiples medidas para cada sub-elemento, cuya elección dependerá del tipo de datos y uso previsto.

En el apartado 3.6.2. analizaremos con más detalle los componentes que tienen relación con la información de calidad que debe ser incluida en los metadatos.

3.5. Difusión de la información catastral en Internet La orientación de este apartado está focalizada en la información que es dispuesta para su uso a través de servicios desarrollados en base a la tecnología de Servidores de Mapas. La difusión de la cartografía catastral a través de estas herramientas si bien presenta una serie de limitaciones respecto a las funcionalidades que brinda un SIG, aportan ventajas entre las que cabe mencionar la facilidad de acceso, dado que los usuarios no necesitan ser especialistas en el manejo de datos con ese tipo de programas, sino que solo deben contar con unos conocimientos mínimos sobre el funcionamiento de Internet y la Web. Los mencionados servicios pueden estar estructurados como aplicaciones corporativas y/o interoperables. El concepto de interoperabilidad tiene alcances no solo a los aspectos tecnológicos sino

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además a los organizacionales. Por ejemplo, dentro del ámbito del gobierno electrónico, este término se define como la habilidad de organizaciones y sistemas dispares y diversos para interaccionar con objetivos consensuados y comunes y con la finalidad de obtener beneficios mutuos. La interacción implica que las organizaciones involucradas compartan información y conocimiento a través de sus procesos de negocio, mediante el intercambio de datos entre sus respectivos sistemas de tecnología de la información y las comunicaciones (Criado, Ignacio, et.al., 2010). La diferencia entre los dos enfoques para las aplicaciones radica en que para el primer caso, el servicio no posee la capacidad de interactuar con otros de su misma especie, es decir son servicios aislados que ofrece una organización individualmente y que sirven primariamente al propósito y al mandato que tienen asignado; en tanto que en el segundo caso se trata de aplicaciones que cumplen con estándares internacionales (OGC = Open Geospatial Consortium, ISO = International Standards Organization) y que están integradas en Infraestructuras de Datos Espaciales (IDEs), marco dentro del cual participan varios organismos productores de datos geográficos. Todos los servidores de mapas tienen en común que permiten a los usuarios acceder únicamente a imágenes de los datos y no a los conjuntos de datos en su formato original. Además las aplicaciones pueden desarrollarse a partir de las fuentes de datos o bases de datos SIG en sus formatos originales (shapefile, dgn, dwg, dxf, geodatabases, geotiff, img, ecw, MrSID, etc., y conexiones con bases de datos Oracle, ArcSDE, PostGIS, etc.), lo que evita tener que transformar el formato de almacenamiento de los datos.

3.5.1. Aplicaciones corporativas El primer servicio de datos catastrales disponibles en la web data de agosto de 1996, y fue desarrollado por la provincia Canadiense de New Brunswick, y es conocido bajo el nombre Servicio de Información Inmobiliaria en Internet (Real Property Internet Information Service – RPIIS). Por su intermedio, los usuarios pueden acceder a la información parcelaria que reside en un sitio gubernamental protegido por password (https://www.planet.snb.ca/PLANET/index.html). La aplicación permite la búsqueda en forma interactiva de inmuebles que pueden localizarse especificando el identificador o gráficamente, generar informes e impresión de mapas en diferentes tamaños y escalas. Como puede verse en la figura, la interfase consta de una barra de herramientas que reúne todas las funcionalidades del servicio, una ventana que permite visualizar la cartografía, y en la parte inferior de la pantalla están disponibles datos de coordenadas y escala, y un panel para desplegar los atributos de las parcelas seleccionadas. En forma complementaria, el servicio permite acceder a los archivos escaneados de los planos de mensura y títulos de propiedad asociados a las parcelas, cuyos hipervínculos se activan cuando se solicitan los informes de los atributos de cada inmueble.

Interfase del Servicio de Información Inmobiliaria en Internet. Fuente: Service New Brunswick, Planet Internet Browser Map.

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Hemos considerado este ejemplo porque se trata de una iniciativa pionera y porque es un modelo clásico de aplicación corporativa, cuyo diseño responde principalmente a cubrir la demanda de usos relacionados con la búsqueda, consulta, y obtención de antecedentes sobre datos puntuales.

3.5.2. La información catastral dentro de una IDE A partir de la irrupción de Internet y luego con el desarrollo de herramientas para manejar datos con componente geográfica como Google Earth, Google Maps, Open Street Map, etc., accesibles a personas comunes, se ha venido generando un cambio cultural que ha traspasado la frontera de las administraciones públicas, las cuales han asimilado el valor agregado que aportan sus datos espaciales para la sociedad en general. Por otra parte, los SIG han evolucionado de aplicaciones cerradas para convertirse en recursos propios de la red que permiten un amplio acceso a la cartografía, y todos esos conjuntos de datos depositados en “silos” hoy es posible integrarlos dinámicamente en redes públicas a través del uso de estándares. Este contexto ha generado un marco propicio para que los distintos organismos del Estado puedan brindar mejores servicios a la ciudadanía a través del uso y el aprovechamiento de la información del sector público. Con relación a los datos geográficos en particular, se ha desarrollado en la primera mitad de la década del 90, el concepto de Infraestructuras de Datos Espaciales (IDE) que es el conjunto de organizaciones, tecnologías, políticas, estándares y recursos humanos destinados a distribuir y mejorar la utilización de los datos espaciales. Las IDE son una gran oportunidad para generar más presencia y visibilidad de los organismos catastrales y mejorar, por lo tanto, la percepción de su utilidad social en la ciudadanía. Yendo al terreno de la práctica, haremos un breve repaso a una de las herramientas que hacen viable la construcción de las IDE, dentro de las que destacamos el servicio de mapas web (WMS – Web Map Service) que es un protocolo estándar para servir imágenes de mapas georreferenciados en Internet que son generados por un servidor utilizando datos provenientes de una base de datos SIG (OGC, 2012). La especificación internacional del OGC permite invocar el servicio a través de un navegador web instalado en la PC del usuario en forma de una dirección web. Esta solicitud una vez recibida, es procesada por el servidor WMS que entrega al cliente una imagen en formato .JPG, GIF, PNG, etc. Los mapas generados, como dijimos, pueden ser visualizados a través de un simple navegador, o bien a través de un software instalado en la PC del usuario. Ambas soluciones incluyen funciones muy simples para interactuar con la cartografía como acercamiento, alejamiento (zoom +, zoom -), paneo, activación y desactivación de capas y consulta de atributos. Una característica saliente del servicio WMS del OGC es que permite el acceso a conjuntos de datos distribuidos en varios servidores y permite superponerlos en la PC del cliente como si procedieran de una única fuente, como podemos ver en la siguiente figura. Este tipo de arquitectura es de uso corriente en las IDEs.

Servicios WMS interoperables

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La especificación WMS estándar dispone de cinco tipos de operaciones, siendo las dos primeras obligatorias (GeoServer, 2012):     

GetCapabilities: recupera los metadatos del servicio, incluidas las operaciones y los parámetros de solicitud admitidos, así como una lista de las capas disponibles. GetMap: recupera una imagen del mapa respecto a un área específica y su contenido. GetFeatureInfo: recupera los datos subyacentes, incluidos los valores de geometría y atributos, para una ubicación de píxel en el mapa. DescribeLayer: indica el servicio de elementos web o el servicio de coberturas web para obtener información adicional sobre una capa de datos. GetLegendGraphic: recupera una leyenda generada por un mapa.

La cartografía catastral dentro de una IDE cambia de función respecto a las aplicaciones corporativas, para constituirse en la capa de referencia para múltiples aplicaciones. En todas las actividades relacionadas con las infraestructuras de información existen los que se denominan conjuntos de datos 13 fundamentales o simplemente datos de referencia, siendo los datos catastrales uno de ellos . Ahora bien, ¿qué debemos entender como datos fundamentales?. En principio, podemos decir que son aquellos que la gran mayoría de los usuarios utiliza como base para referenciar sus propios datos o que proveen elementos de ubicación cierta y precisa sobre el territorio, y que suministran, por lo tanto, un contexto dentro del cual es posible comprender los datos que son presentados por los usuarios a una determinada audiencia. Además los datos fundamentales están sujetos a un régimen de mantenimiento regular o continuo, y se trata de conjuntos de datos que provienen de una fuente autorizada con mandato específico para su creación y puesta a disposición de los ciudadanos. Completamos este apartado con otro ejemplo, en este caso de un visualizador de mapas de la IDE de la Provincia de Santa Fé, Argentina. En el árbol de capas pueden observar los conjuntos de datos que están disponibles y que corresponden a varias organizaciones. En este caso, el catastro se convierte en el primer nodo de la IDESF, por lo que las consultas a la información catastral se realizan directamente desde el servidor del organismo que produce los datos.

Cartografía catastral en una IDE. Fuente: IDESF, 2012.

3.6. Metadatos El valor de los datos depende de su amplia utilización, es decir que en la medida que existan más usuarios para los productos de un catastro, mayor valor va a tener la institución para la sociedad. Ahora 13

Ley Nacional de Catastro N° 26.209, artículo 1°. República Argentina. Directiva 2007/2/CE, anexo I punto 6, del Parlamento Europeo y del Consejo del 14 de marzo de 2007 por la que se establece un a infraestructura de información espacial en la Comunidad Europea (INSPIRE).

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bien, esto genera grandes compromisos en las organizaciones catastrales respecto a la calidad y actualidad de sus activos de información. Además, la diversidad de usos que puede darse a los datos que administra un catastro, trae aparejado el hecho que nuevos actores -esto es más allá de los usuarios tradicionales (gobiernos, registros de la propiedad, organismos tributarios)-, entren en la escena de la demanda, lo cual incorpora la necesidad que los conjuntos de datos dispongan de la documentación adecuada. ¿Qué queremos decir con esto de la documentación de los datos? Que dispongan de metadatos. Pero ¿que son los metadatos?, veamos en el siguiente ejemplo una primera aproximación: Metadato: Nombre: Ruta_de_los_7_lagos_nro10.jpg Fecha: Octubre de 2011 Lugar: Lago Hermoso Descripción: km. 24 Ruta San Martín de los Andes a Villa La Angostura, Neuquén. Digamos que los datos son hechos que describen el mundo real siguiendo un modelo, en tanto los metadatos constituyen una herramienta para describir a dichos datos. Aunque parezca un juego de palabras, el término se refiere a datos sobre los propios datos. En lo más básico, los metadatos deben dar respuestas al qué, dónde, cuándo, quién y cómo de los datos geográficos en general y catastrales en particular. Veamos: ¿Qué? – Título, temática del conjunto de datos, usos recomendados, representación y almacenamiento de las entidades geográficas, modelo de datos, marco de referencia geodésico y sistema proyectivo. ¿Dónde? – Área geográfica que cubren. ¿Cuándo? – Fecha de creación de los metadatos, frecuencia de actualización. ¿Quién? – Organismo responsable de la creación del conjunto de datos. ¿Cómo? – Restricciones para acceder o utilizar los datos, licencias, distribución de los datos, formatos disponibles. Las organizaciones catastrales deben documentar sus conjuntos de datos no solo para facilitar su reutilización en distintos tipos de aplicaciones, sino además para que los usuarios internos que no han tenido participación directa en la captura de los datos, puedan comprenderlos y con ello utilizarlos apropiadamente.

Recursos de datos espaciales y Metadatos Profundizando en el tema de la utilidad de los metadatos desde una doble perspectiva tenemos: 

Beneficios para los usuarios:

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   

Descubrir y ubicar los datos que necesita y conocer sus características para utilizarlos adecuadamente. Comprender los conjuntos de datos desarrollados. Conocer información que es clave para determinar que usos son factibles y que usos no son factibles, partiendo de la información referida a la calidad.

Beneficios para los productores:      

Disponer de un inventario de los activos de información de la organización. Limitar las responsabilidades frente a los usuarios externos por el uso inadecuado de los conjuntos de datos. Generar memoria en las organizaciones, sobre todo ante la rotación y cambio de personal. Preservar el contexto y la finalidad para que han sido creados los datos. Optimizar los procesos de gestión de los datos que incluyen su mantenimiento y actualización. Integrar los datos catastrales en infraestructuras de información más amplias como las IDE.

3.6.1. Estándares para metadatos Los metadatos deben estar basados en normas aceptadas por consenso. Los beneficios que aportan las mismas es que han sido desarrolladas por expertos, y ofrecen una base sobre la que pueden desarrollarse perfiles orientados a distinto tipo de aplicaciones y áreas temáticas. Además, el hecho de adherencia a las normas trae consigo la posibilidad de disponer de programas informáticos para facilitar la creación automatizada de metadatos, y asegurar a los usuarios que éstos puedan establecer comparaciones entre metadatos, lo que es imposible sin una estandarización. Si bien existen una variedad de normas respecto a los metadatos cabe mencionar como fundamental a la norma internacional ISO 19115, la cual proporciona a los organismos productores lo siguiente:      

Un modelo para describir la información geográfica y los servicios. Establece un conjunto de definiciones y términos comunes. Es aplicable respecto a diferentes niveles de agregación de información geográfica a los que se pueden asociar metadatos. Contiene secciones de metadatos obligatorios y opcionales. Es flexible para crear perfiles que no son otra cosa que una particularización del conjunto normativo a aplicaciones específicas. Esto da lugar a la creación de normas nacionales basadas en la ISO 19115. Flexibilidad para la inclusión de metadatos no contemplados en la norma que pudieran ser de interés para un área temática particular (extensiones).

El núcleo de metadatos mínimos u obligatorios necesarios que presente la norma para describir un conjunto de datos son los siguientes:         

Título del Conjunto de Datos: nombre por el que se conoce al recurso. Fecha de referencia: tiene correspondencia con la fecha que el conjunto de datos refleja la realidad. Responsable del Conjunto de Datos: recoge los datos de la organización productora. Localización geográfica del Conjunto de Datos: refleja la extensión espacial del recurso de información considerado. Idioma del Conjunto de Datos. Idioma de los metadatos. Conjunto de caracteres del Conjunto de Datos: nombre de la codificación de caracteres para el conjunto de datos. Categoría del tema: tema o temas principales del conjunto de datos. Resolución espacial / Escala: factor que da una idea sobre la densidad de los datos espaciales en el conjunto de datos.

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          

Resumen descriptivo: resumen del contenido del recurso. Formato de distribución. Tipo de representación espacial: método utilizado para representar la información geográfica. Sistema de referencia: información sobre el marco de referencia y proyección cartográfica que tiene asociada el recurso. Linaje: indica la procedencia del conjunto de datos, más precisamente da información sobre las fuentes utilizadas para crear los datos. Recurso en línea: información que puede ser empleada para acceder a los datos, adquirirlos o contactar a la organización responsable. Identificador del archivo de metadatos. Norma de metadatos: estándar empleado para crear los metadatos. Versión de la norma de metadatos: versión del estándar empleado. Punto de contacto para los metadatos: información referida al equipo o personas que han creado la información de los metadatos. Fecha de los metadatos.

3.6.2. Componentes de calidad de los metadatos En primer lugar cabe hacerse la pregunta ¿qué es la calidad?, ya que se trata de un término que puede tener diferentes significados dependiendo del contexto en el que la ubiquemos. La calidad hace referencia a la adecuación de los datos a un propósito o tarea. Esta relacionada con la medida en que un conjunto de datos está a la altura de las necesidades de la persona que los juzga (UNIGIS-España, 2004). Es decir que la calidad se percibe como algo que tiene una utilidad para el fin que un determinado usuario pretende dar a un recurso. O bien podemos decir que la calidad viene definida por cuan ajustados sean los datos a los requerimientos de los usuarios, y no tanto si los datos son buenos, regulares o malos. La calidad de un conjunto de datos debe ser definida por el organismo que los produce, pero es importante entender que los usuarios pueden tener diferentes opiniones en torno a la evaluación de la calidad. Por ejemplo, el creador de los datos lo que trata de hacer cuando informa la calidad es preservar el contexto en el cual fueron elaborados los datos. Pero a un usuario de datos del catastro lo que puede interesarle de sobremanera es que éstos estén actualizados. Cabe entonces preguntarnos ¿qué tan buena es esta cartografía catastral?, o ¿cuan precisa tiene que ser nuestra cartografía?. A diferencia de los conjuntos de datos que se construyen a partir de una única fuente, las bases de datos catastrales generalmente son el resultado de un proceso de compilación de múltiples fuentes, por ejemplo restituciones fotogramétricas, levantamientos de campo, digitalización de planos, etc.. Esta característica de los datos parcelarios, hace más difícil responder a las preguntas planteadas, dado que hay que pasar en detalle la lupa por cada rincón del territorio, usualmente manzana por manzana, block por block, y de con este análisis podríamos arribar a un resultado que podríamos extrapolar al universo de parcelas de una jurisdicción o sector. Pero cuidado!, que cuando nos referimos a la calidad no solo nos estamos refiriendo a la exactitud posicional de la cartografía, ya que los datos en formato digital tienen varios aspectos de calidad que es necesario considerar. Los elementos de calidad incluidos en los metadatos reconocen como antecedentes inmediatos a las normas ISO 19113 “Información Geográfica – Principios de Calidad”, e ISO 19114 “Información Geográfica – Métodos de Evaluación de la Calidad” a las que ya hemos hecho referencia. La calidad de un producto incluye la determinación de un conjunto de parámetros y la descripción de algunos aspectos accesorios de los conjuntos de datos tales como: 

Parámetros cualitativos como el linaje o la historia de los datos, el que especifica las fuentes de información, los métodos de captura, los procesos aplicados, etc., digamos que es una explicación general del proceso productivo informado por el organismo productor de datos; el uso, que describe las aplicaciones en las que serán empleados el conjunto de datos, por parte 74

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

del productor y de diferentes usuarios; y el propósito, que no es más que una descripción textual acerca de la finalidad y objetivos con los que ha sido producido un conjunto de datos, referencia que da pautas respecto a cuales podrían ser los usos esperados. Parámetros cuantitativos que representan medidas y evaluaciones concretas de un conjuntos de datos, considerándose como variables la exactitud posicional, que describe los errores en la posición espacial de los objetos representados; la exactitud temática, que informa los errores de la información de atributos asociada a los datos espaciales; la completitud o compleción, que comunica en que medida un conjunto de datos es completo; la consistencia lógica que se refiere a la consistencia interna de los datos respecto a un modelo, como el topológico – relacional; y la exactitud temporal, utilizada para describir cuan correctos son los datos respecto a un determinado período de tiempo.

A continuación, veremos con un poco más de detalle cada componente cuantitativa de la calidad. Si bien cada perfil nacional de una norma sobre metadatos es origen de los elementos de calidad, es comúnmente aceptada la aplicación de los siguientes elementos para describir lo bien que un determinado conjunto de datos se adecua a los criterios establecidos en sus especificaciones: 

 

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Exactitud posicional: indica el desvío de las posiciones de los datos espaciales respecto a su posición verdadera. Digamos que la posición verdadera siempre es una magnitud desconocida porque no hay medida sin error, pero mirando esta cuestión desde el punto de vista práctico, consideramos como “posición verdadera” a unos datos obtenidos de una fuente mayor exactitud respecto a los datos que estamos evaluando. Este parámetro se informa indicando un valor estadístico y nivel de confiabilidad asociado a dicho valor. Completitud o compleción: indica la presencia o ausencia de objetos, sus atributos y relaciones, es decir que con este elemento lo que se procura es indicar que porcentaje de datos están omitidos o excedidos respecto al universo real del conjunto de datos. Consistencia lógica: indica el grado de adherencia a las reglas de la estructura de datos, atributos y relaciones. En la captura de datos es frecuente encontrar polígonos no cerrados, falta de etiquetas y centroides, superposición parcial entre polígonos, huecos, etc. Las leyes de la topología son las que se han de cumplir desde el punto de vista geométrico, mientras que desde el punto de vista de los atributos se requiere que los valores estén dentro de un determinado rango, coincidan con unos valores establecidos, exista codificación para la ausencia de valor y para valores nulos, que exista consistencia referencial, etc. Es normal que este tipo de errores se los detecte y corrija en la etapa de construcción de la topología, siendo los principales medios para determinar estas inconsistencias la inspección visual y los controles automatizados o semiautomatizados que ofrecen los SIG. Exactitud temática: este parámetro está relacionado con la exactitud de los atributos asignados a un objeto. Indica la correspondencia entre los valores de los atributos de los objetos y los valores correctos. Se refiere fundamentalmente a la tasa de error en los nombres de los objetos, sus códigos adjudicados, o en sus atributos cualitativos o cuantitativos. La exactitud temática está ligada a la posición, ya que el tema depende de aquella, pero tiene un tratamiento independiente de la misma y, tradicionalmente, menos considerado. La consistencia de los atributos se puede establecer mediante índices de variaciones expresados en porcentajes. Para atributos cuantitativos, se evalúa y reporta utilizando índices estadísticos unidimensionales, mientras que para atributos cualitativos se reporta indicando el valor de un índice estadístico como porcentaje de clasificación correcta, obteniéndose con algunos métodos específicos los denominados errores de comisión y de omisión. Los errores de comisión lo forman los elementos que no perteneciendo a una clase aparecen en ella, mientras que los de omisión están formados por los elementos que perteneciendo a esa clase no aparecen en ella por estar incorrectamente incluidos en otra. Exactitud temporal: indica normalmente el tiempo en el que se incluyen los cambios en la base de datos, es decir la fecha en que son registrados los últimos cambios. Además este elemento puede indicar el tiempo de observación o tiempo del evento. La exactitud temporal se refiere a la discrepancia entre el dato en una base de datos espaciales y una observación temporal del dato que sea de interés. Normalmente, lo que interesa a los usuarios es conocer cuan actualizados están los datos, es decir, la proximidad temporal entre su captura con la situación presente, en este caso la actualidad del dato es su exactitud temporal.

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Con todo lo visto, hemos tratado de poner de manifiesto que es tan importante como los propios datos la documentación que tienen asociada. Y para concluir podemos preguntarnos ¿cuan buena es nuestra cartografía catastral?. La aplicación de todos o algunos de estos elementos es una manera concreta de responder a esa pregunta. Trabajar sobre la calidad es una buena y necesaria práctica, además de una tarea continua cuyas mejoras pueden ir viéndose en el transcurso del tiempo, en la medida que avanzamos en el mantenimiento y actualización de la base de datos catastrales.

3.7. Usos de la cartografía catastral Los catastros tradicionalmente han sido creados para cumplir con dos funciones básicas: una la de contribuir a la eficiencia del sistema fiscal, y otra la de aportar a la seguridad jurídica con relación a la propiedad inmueble. Pero independientemente de la finalidad principal por la cual se haya establecido un sistema catastral, el desarrollo de las tecnologías de la información y las comunicaciones ha generado un profundo impacto respecto a los usos que pueden hacerse de la información catastral. Dónde este recurso está a disposición de los ciudadanos, las empresas y el complejo de organizaciones gubernamentales de manera amplia, surgen aplicaciones no tradicionales que contribuyen a hacer más productivo el trabajo de los referidos actores e incrementa, en consecuencia y como ya hemos manifestado, el valor que tiene un catastro para la sociedad. Siguiendo estas líneas de acción, cabe destacar que cuando los responsables políticos disponen en forma oportuna de información catastral actualizada y de calidad, es posible desarrollar políticas públicas de manera más eficiente y eficaz. Para poder atender esta demanda, es necesario concebir a las organizaciones catastrales como una infraestructura de información básica del territorio que, desarrollada sobre la base de las geotecnologías, permitan un acceso ubicuo a sus activos de información. Estas características son las que en definitiva otorgan el perfil multifinalitario o multipropósito que distingue a un catastro moderno. Apoyándonos en estas consideraciones, elaboramos una lista que incluye usos tradicionales y no tradicionales, junto a algunos ejemplos:           

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Fiscales: base para la liquidación de tributos (inmobliliario/predial, patrimonio, transferencia, etc.) y cálculo de plusvalías. Mercado Inmobiliario: compra/venta de activos inmobiliarios, observatorio de valores de suelo y construcciones, referencia para tasaciones con fines hipotecarios. Registrales: identificación del objeto del derecho, certificaciones para transferencias de dominio. Planificación / ordenamiento del territorio: base para la zonificación urbanística, identificación de áreas de expansión urbana, distribución espacial de usos del suelo, etc. Administrativos/jurisdiccionales: base para la delimitación de límites jurisdiccionales de distinta naturaleza: ejidos municipales, límites barriales/departamentales/estatales, etc. Infraestructuras: determinación de parcelas afectadas por la traza de un proyecto, cálculo de las indemnizaciones en el proceso expropiatorio, identificación de beneficiarios de servicios públicos, etc. Medio ambiente: Identificación de parcelas localizadas en áreas de riesgo, identificación de parcelas con suelo contaminado, identificación de parcelas afectadas por límites de áreas protegidas, etc. Gestión de servicios públicos: base informativa para empresas proveedoras de servicios de agua, electricidad, gas, teléfono, etc.; y para la planificación y ejecución de obras de extensión de redes. Transporte: diseño de rutas para el transporte público de pasajeros. Censo de población y vivienda: determinación de radios censales, planificación de recorridos para el levantamiento de datos, agregación a nivel de manzanas de atributos socioeconómicos, etc. Asentamientos informales: identificación del dominio de las parcelas afectadas por la ocupación informal del suelo; localización y extensión de los asentamientos por cruce entre la información catastral e imágenes georreferenciadas o datos relevados en forma directa en el terreno; información de base para los procesos de titulación, etc. Gestión de inmuebles del Estado: inventario y localización, control de usos, regularización dominial, contratos de concesión, etc.

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Geomarketing: estudio de sitios óptimos para ubicar negocios o para establecer el perfil socioeconómico de clientes en función de variables espaciales que incluyen información catastral.

Bibliografía consultada y referencias Agencia Española de Cooperación Internacional (AECID), Ministerio de Asuntos Exteriores y Cooperación (2011). Documento final de las actividades desarrolladas dentro del Seminario sobre “Información catastral al servicio de las Políticas Públicas”. Montevideo, Uruguay, septiembre de 2011. Criado, Ignacio; Gascó, Mila y Carlos E. Jiménez (2010). Bases para una Estrategia Iberoamericana de Interoperabilidad. XII Conferencia Iberoamericana de Ministros de Administración Pública y Reforma del Estado, Buenos Aires, Julio de 2010. Geoportal sobre Metadatos de Información Geográfica (2012), http://metadatos.latingeo.net/ GeoServer (2012), WMS Reference, http://docs.geoserver.org/stable/en/user/services/wms/reference.html International Cartographic Association (ICA) (2003). Strategic Plan 2003-2011 as adopted by the ICA General Assembly 2003-08-16, http://icaci.org/files/documents/reference_docs/ICA_Strategic_Plan_2003-2011.pdf Infraestructura de Datos Espaciales de Santa Fe – Argentina (IDESF), 2012, http://www.idesf.santafe.gov.ar/ International Standards Organization (ISO), 2003. ISO 19115 Geographic Information – Metadata, ISO / TC211. International Standards Organization (ISO), 2012, Technical Commitee211 – Geographic Information – Geomatics, http://www.isotc211.org/ Open Geospatial Consortium (OGC), 2012. Web Map Service, http://www.opengeospatial.org/standards/wms Wikipedia (2012), http://en.wikipedia.org/wiki/Cartography UNIGIS-España (2004). Elementos de calidad en los datos geográficos. Módulo 5: Datos Espaciales: Adquisición, Entrada y Control de Calidad.

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Anexo Visualización, interpretación y valoración de ortofotos e imágenes satelitales de alta resolución Dentro de la carpeta Material para Tareas - Imágenes, hemos alojado recortes de ortofotos e imágenes satelitales. Dichos archivos se encuentran en formato .jpg y .tiff y para visualizarlos puede utilizar los siguientes programas de distribución gratuita:  

Erdas ER Viewer 2011 (23.8 MB), http://www.erdas.com/products/ERDASERMapper/ERDASERViewer/Details.aspx, Geomatica Free View V10.3 (39.9 MB), http://www.pcigeomatics.com/Forms/RequestFreeView_sf.php

Ambos programas son de uso muy sencillo y disponen de ayudas que lo asistirán en caso de dudas. Como opción, los referidos archivos pueden ser visualizados con cualquier software SIG. Observarán que cada imagen incluye un archivo de mismo nombre con extensión .jgw (JPEG World File Format) para .jpg, y .tfw (TIFF World File Format) para .tiff. Dichos archivos no son otra cosa que los que contienen la información de georreferenciación de las imágenes, para que las mismas sean visualizadas en su correcta posición geográfica dentro de las aplicaciones que trabajan con datos espaciales. En realidad, para el TIFF no es necesario el .tfw, solo lo he incluido por una cuestión didáctica. Es que este formato desde su versión 6.0 de 1992, incluye internamente la información necesaria sobre el marco de referencia geodésico y el sistema de proyección cartográfica. Los archivos .jgw y .tfw pueden abrirse con el WordPad, dónde observarán los siguientes datos:      

Primer fila: tamaño del píxel en la dirección del eje x. Segunda Fila: rotación para la fila. Tercera Fila: rotación para la columna. Cuarta fila: tamaño del píxel en la dirección del eje y. Quinta fila: coordenada x del centro del píxel superior izquierdo. Sexta fila: coordenada y del centro del píxel superior izquierdo.

Como ejemplos hemos incluido: Sensor Cámara Fotogramétrica digital Vexcel UltraCam XP Cámara Fotogramétrica digital Vexcel UltraCam XP Geo-Eye1 Ikonos Worldwiew-1 Spot 5

Resolución espacial 0.25 m.

Bandas R,G,B Color

Tipo de imagen / correcciones Ortofoto

0.25 m.

R,G,NIR

Ortofoto

0.50 m. 1 m. 0.50 m. 2.50 m.

R,G,B Color R,G,B Color PAN (B/N) R,G,NIR

Standard Standard Standard Ortoimagen

La idea con este material es que realice un ejercicio de autoevaluación, que no será calificado, de interpretación de los elementos que encuentra en la imagen y para que valore en forma directa las posibilidades y limitaciones como fuente de datos de estos productos para aplicaciones catastrales en particular y estudios urbanos en general.

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Las ortofotos pertenecen al Instituto Geográfico Nacional / Centro Nacional de Información Geográfica de España e Instituto Tecnológico Agrario de Castilla y León, y han sido extraídas de la siguiente fuente de acceso público: ftp://ftp.itacyl.es/cartografia/01_Ortofotografia/ Los archivos correspondientes a las imágenes satelitales son propiedad de las empresas GeoEye , Digital Globe y Astrium , y han sido extraídos de las siguientes fuentes de acceso público:   

http://www.geoeye.com/CorpSite/resource/sample_imagery.aspx (Sensores GeoEye-1 e Ikonos) http://www.digitalglobe.com/product-samples (Sensor: Worldview-1). http://www.mapmart.com/Products/SatelliteImagery/SPOT.aspx?_kk=spot%20image&_kt=d7d8e35c15c0-4ca6-856b-c357e2ed6855&gclid=CMielcOMtLICFQSEnQodoHEAFw (Sensor: Spot 5).