Modelos digitales de elevación

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA COCHABAMBA SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA

Alumna: Suarez Rubi María Cecilia C1033-2

Sexta práctica 2º Parcial

Modelos digitales de elevación

NOMBRE: María Cecilia Suarez Rubi

CODIGO: C1033-2

MATERIA: Sistemas de Información Geográfica

DOCENTE: Ing. M.Sc Vito Ledezma Miranda

CURSO: 3º semestre

CARRERA: Ingeniería Civil

FECHA: 24-Mayo-2008

“LA PATRIA DEBE VIVIR ASÍ TENGAMOS QUE MORIR”



Sexta práctica 2º Parcial

Modelos digitales de elevación II

1. Introducción

Los modelos digitales del terreno (MDT)son una parte elemental de la informacion integrante de los sistemas de informacion geografica. Aquí veremos la base conceptual de los MDT con el fin de poder comprender los aspectos relativos a su construccion y manejo.

2. Objetivo del trabajo

2.1 Objetivo general

• Elaborar modelos digitales de elevación (MDE) desde la digitalización de documentos existentes, como cartografía a escala 1:35.000 del área del nevado Mururata en la ciudad de la paz, dentro del ambiente ilwis.

2.2 Objetivos específicos

• Por medio del marco teórico aprender todo lo referente a los modelos digitales de terreno y elevación.

• Adquirir conocimientos del software Ilwis.• Visualizar claramente el procedimiento a seguir para realizar el modelo digital

de elevación del cerro Mururata.• Elaborar modelos que nos permitan la comparación entre ellos para la

obtención de conclusiones.

3. Marco teórico

3.1 Modelo digital de elevación:

El Modelo Digital de Elevación (MDE) es una estructura numérica de datos que representa la distribución espacial de la elevación de la superficie del terreno. La unidad básica de información de un MDE es un valor de elevación Z, al que


Alumna: Suarez Rubi María Cecilia

acompañan los valores correspondientes de X e Y, que expresados en un sistema de proyección geográfica permiten una precisa referenciación espacial.

Existen varias formas de representar estos modelos de elevación de acuerdo a la estructura y organización de los datos. Clásicamente dos formas son las más comunes de presentar los modelos:

1. Vectorial: basado en entidades u objetos geométricos definidos por las coordenadas de sus nodos y vértices.

2. Raster: basado en las localizaciones espaciales sobre una retícula regular de puntos a los cuales se le asigna el valor de elevación.

3.2 Fuentes de información de los MDE.



3.3 Influencias de los MDE:

Son dos las que influyen principalmente:

3.3.1 Padrón de muestreo: simplifica que tipo y cuanta información voy a colectar. Existen varias alternativas como ser:

3.3.1.1 Muestreo por cuadricula regular:

La pregunta que se hace es: ¿Qué distancia se tendrá entre punto y punto?, es el espaciamiento de grid (ED).

Este muestreo consta de recolectar datos altimétricos a una distancia constante en la dirección “x” (E) y “y”(N).

3.3.1.2 Muestreo por red irregular de triángulos (TIN):

Aquí se plantea la pregunta: ¿Qué cantidad de puntos debo levantar?

Este muestreo consiste en la recolección irregular de los objetos del terreno que se clasifican en:

Los break lines son líneas que rompen la continuidad de la superficie, los break points son puntos que rompen la continuidad de la superficie y las áreas excluyentes son las que tienen alturas constantes.



Lo que hace la TIN es colectar información en formato vectorial y después empieza a formar una red de triángulos entre todos los objetos. Cuantos más objetos se tengan más precisa es la red.

3.3.2 Densidad de muestreo:

La densidad hace referencia a la cantidad de puntos que debo colocar para que la representación sea real.

Hay dos enfoques:

• Silars• Makarovik

3.3.2.1 Silars:

Realiza una investigación empírica donde clasifica a la superficie terrestre en tres tipos de terreno, pero solo funciona en escalas grandes, no en medias ni pequeñas.

Es un modelo experimental, vale como información pero no como trabajo científico.

3.3.2.2 Macarovik:

Es un método analítico, no recomienda como en el anterior cuantos puntos se deben levantar sino el tipo de muestreo que se debe emplear.

La información • es la que se encuentra afuera.



Donde podemos observar las siglas “MCR” (muestreo de cuadricula regular), “MP” (muestreo progresivo), “MS” (muestreo selectivo) y “MC” (muestreo compuesto).

a) Muestreo de cuadricula regular

Respecto a densidad se refiere a cuantos puntos voy a colectar y también debo conocer la distancia entre punto y punto denominado espaciamiento de grid, calculado en función de la precisión altimétrica que esta a su vez en función de la escala y esta de la altura de vuelo.

Donde se utilizan las siguientes formulas:

b) Muestreo progresivo

Parte de una cuadricula regular de matrices de 3x3 (Patch), donde se forman perfiles.

Lo que hace el método es calcular las diferencias, luego calcula las segundas diferencias, luego lanza el concepto de tolerancia vertical



Ventajas.- Gran adaptabilidad del terreno, colecta automática y semiautomática, necesita poca memoria para almacenar.

Desventajas.- Si oh es muy pequeño es casi un Grid regular, demora más tiempo, en terrenos de cambio abrupto no se distingue la o.

c) Muestreo selectivo

Sus características son:

- Información Esqueleto del terreno. (Líneas morfológicas, picos, drenaje, espejos de agua).

- Requiere mucha interpretación.

- Rasgos que definen el relieve: Break lines, Break points, Excluded Regions.

- BL, cambian su pendiente en línea.

- BP, Cambian su pendiente en línea.

- ER, Obras de arte, áreas urbanas, espejos de agua.

- No puede ser automatizada.

- Trabajo tedioso y lento.

d) Muestreo compuesto

Es el más preciso de todos los métodos de muestreo, combina el muestreo selectivo con el muestreo progresivo, se usa normalmente cuando el terreno tiene mucha pendiente y es muy rugoso.

3.4 Funciones de continuidad de los MDE.



Los MDE necesitan funciones de continuidad que enlacen los datos colectados ya sean lineales o polinomiales. La más común es la lineal y es la también utilizada por el programa Ilwis que vamos a utilizar.

Donde cada punto representa una altura. Y lo que se desea hallas es un Ei cualquiera que tiene una altura hx, entonces lo encuentro con las formulas de la izquierda.

Pero también existen funciones polinomiales que abarcan a su vez a las lineales:

Cuando:

n=1àlineal……

n=2àcuadrática (1curvatura)…

n=3àcubica (2curvaturas)…

n=4à (3 curvaturas).



Y el modelo matricial general empleado es:

H=AX

4. Desarrollo práctico

Primeramente se debe tener instalado el software Ilwis 3.2 y se debe haber bajado la información referente a esta práctica del correo gmail.

Abrir el programa ilwis, en la parte izquierda elegimos la penúltima opción “IMPORT/EXPORT” y elegimos la opción “import GENERAL RASTER”, luego nos aparecerá una ventanita donde debemos elegir el formato TIF, elegir nuestro mapa , colocarle el mismo nombre, no hay peligro de superposición ya que son formatos diferentes y aceptar.



Después de aceptar me aparecerá otra ventana donde solo debo hacer click en OK, al hacerlo se abrirá automáticamente el mapa en el programa ilwis..

Una vez realizado este paso debo proceder a mí georeferenciación para eso debo seguir los siguientes pasos:

Primero debo entrar al menú “File” elijo la opción “create” seguidamente de la opción “georeference”

Después de realizar este paso se me abrirá otra ventanita donde debo hacer click en la

imagen

e inmediatamente se me abrirá otra ventana donde debo elegir la opción “CoordSystem Projection” y hacer click en ok.

Al realizar este paso me aparecera otra ventana donde debo hacer click en “Projection”, al hacerlo me aparecera otra ventana donde bebo elegir la ocion “UTM” y hacer click en ok.

Después de hacer esto me aparecera otra ventana (si ya se son puras ventanas jajaja) donde debo desabilitar la opcion del hemisferio norte y en zona colocar el numero 19, después elijo la opcion “Elipsoid” donde debo elegir la opcion “South American 1969” y hago clik en ok.



Después de realizar esta operación debo elegir la otra opcion que es “Datum”, donde de nuevo elijo la opcion “South American 1969”, y en la parte de abajo elijo nuestro pais “Bolivia” y hago clik en ok.

Luego hago clik en ok hasta que no me aparescan mas ventanas y me salga el mapa cartografico del nevado Mururata con una tabla abajo, esta tabla es la que nos permitira georeferenciar este mapa a partir de nuestro programa arc view.

Para la georeferenciación lo que se debe hacer es abrir las fotos del nevado Mururata,como se puede observar están las coordenadas este y norte de puntos conocidos, lo q se hace es buscar esos puntos en “Mururata-mapa” y colocarle sus valores respectivos, nuestro sigma debe salir menor a 20, si no lo es se debe volver a georeferenciar.



Al colocar las coordenadas de los cuatro puntos obtendré:

Para guardarlo debo hacer click en la f lecha azul que se encuentra al lado de sigma.

Después de guardarlo debo proceder a la digitalización de las cotas, para ello voy al menú “File” elijo “Create” y luego “Segment map”, me aparecerá una ventana en la cual hay que poner un nombre, elegir en “Domain” la opción de “value” y colocar ok.

Una vez realizado esto debo proceder a dibujar las cotas teniendo cuidadocon sus valores, para poner el valor solo se debe hacer doble clik y debo guardarlo antes de cerrar.



Al terminar de digitalizar se obtendrá una imagen así:

Luego se debe realizar una interpolación de este mapa, para ello se va a la página

principal del ilwis se busca el archivo recién creado se hace clickderecho y se elige la opción “Contour Interpolation”, y aparecerá otra ventana de dialogo donde se deben llenar los datos que piden y se debe colocar un nombre de salida.

Luego de llenarla debo colocar “Show” y me aparecerá la siguiente imagen:

ESTE MAPA CONTIENE EL MDE.



Luego se debe proceder a generar el MDE de la imagen anterior, para ello debo crear otra georeferenciación, primero haciendo click derecho y seleccionando propiedades de la última imagen creada,de estas propiedades se extraen “Botton left” y “Top right”.

Luego se va al menúprincipal del Ilwis y se va a la opción “File” luego “Create” y “Georeference”, se debe llenar los mismos datos de la imagen de la izquierda y colocar ok.

Luego del menú “Operation tree” en la parte izquierda del menú principal del ilwis se debe elegir la opción “Image Processing” y la función “Resample”.

Luego se selecciona el mapa del que se quiere hacer el resample que es el que contiene el MDE, se selecciona el método“Bilinear” y se escoge el ARCHIVO DE GEOREFERENCIACIÓN RECIEN CREADO•.



Creado este archivo se debe crear una visualización en 3D y para ello en “Operation tree” seleccionar “Visualization” y “Display 3D”, aparecerá una ventana donde se debe hacer click en el medio sol.

Luego de esto aparecerá una nueva ventana en la cual se deben llenar los mismos datos, colocar ok, y otra vez ok, entonces tendré otro archivo pero esta vez en 3D.

Luego debo buscar este nuevo archivo y abrirlo, al hacerlo me aparecerá una ventana, en la cual si elijo grid me aparecerá mis elevaciones en 3D en una malla, si quiero la puedo combinar con la función “Raster drape” y elegir mis otros mapas, es aconsejable georeferenciar la fotografía del Mururata al igual que se lo hizo con el mapa para poder utilizarla en 3D.

5. Presentación de resultados

Georeferenciación del mapa



Georeferenciación de la foto



Digitalización de cotas:



Mururata cotas rasterizado

Agrandando parte de la imagen:



MDE de Mururata cotas

Mururata corn



Imagen de grid en 3D

Imagen en 3D de la foto Mururata



Imagen en 3D del MDE

Imagen del grid junto a la foto



Imagen de grid junto a la carta topográfica

Imagen rasterizada en 3D



6. Análisis de resultados

Un factor a analizar seria el sigma en la georeferenciación de la carta topográfica y de la fotografía ya que mientras el sigma se acerque más a 20 será menos impreciso y mientras más se aleje de ese valor será mucho mejor la precisión obtenida.

También se tiene que tomar en cuenta que al georeferenciar utilizamos coordenadas UTM pero con el PSAD-56 que se ajusta mejor a Bolivia.

Se debe digitalizar las cotas y poner las alturas respectivas y correctas ya que si no se lo realiza bien el programa no correrá.

El software ilwis utiliza un modelo lineal que es el más sencillo para crear modelos digitales del terreno, es por eso que se emplean datos en formato raster, ya que este contiene líneas, y eso por eso que se digitalizan las cotas.

Como podemos observar en las imágenes se pueden crear múltiples combinaciones de estas, y en distintos ángulos, lo que nos permite una mejor visualización del Mururata y de sus cerros vecinos, para la planificación de obras u otros.

En la imagen en 3D del MDE se puede apreciar que la escala de colores está en función a la altura, en donde el magenta es lo más alto y lo azul es lo más bajo.

7. Conclusiones

• El nombre de Modelo Digital de Elevación o MDE implica una representación de las elevaciones del terreno mediante valores numéricos.

• Se puede sacar un modelo digital del terreno de cualquier fotografíacorrectamente georeferenciada.

• Aprender a hacer un MDE es muy importante en el ámbito de la ingeniería civil, ya que con esta se pueden calcular en carreteras el corte y relleno, ademásayuda a la planificación de obras y otros.

• Saber manejar el programa Ilwis es importante para la generación de MDE demostrando así sus múltiples funciones.

• Este software utiliza un modelo de interpolación lineal ya que es más rápido y preciso.

• Las cotas son las elevaciones que se visualizan después en 3D es por eso que se deben colocar los valores correctos.

8. Recomendaciones

• Se debe seguir paso por paso las instrucciones de la práctica, para no confundir los archivos generados.

• Se debe crear un directorio especial para esta práctica para no tener guardados en cualquier lugar los archivos.

• Tener sumo cuidado en la digitalización de las cotas y en su valor de altura.



• Tratar de jugar con los ángulos y rotaciones en los gráficos de 3D para visualizar mejor el MDE.

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