Cartografía básica y digital - Instituto Geográfico Agustín Codazzi

CURSO
Grupo
PR
Cartografía
básica y digital
Percepción Remota y
Aplicaciones Geo gráficas
UNIDAD 5
Fases de la cartografía digital
Entrada de los datos
CIAF
Centro de Investigación y
Desarrollo en Información Geográfic
BOGOTÁ
a
, D. C.
Fases de la cartografía digital
– Entrada de los datos
En esta Unidad los estudiantes comprenderán cómo se ingresan los datos para la generación de cartografía digital, una vez
preparados los datos relevantes en la fase anterior, estos serán ingresados principalmente desde fuentes análogas que son
convertidas a formato digital gracias a diversas tecnologías disponibles, unas más usadas que otras y otras que ya no se usan
debido a su obsolescencia. Estas tecnologías pueden utilizarse como complementarias entre sí o una en particular, de acuerdo
a los beneficios que presten, al tipo y complejidad de los datos de entrada con que se cuente, así como de la practicidad que
estas poseen, pues no serán útiles en todos los casos.
Esta etapa es una de las más importantes dentro de las fases de la cartografía digital, según Thapa, 1992, el 80% del éxito de
un proyecto cartográfico lo constituyen las etapas de preparación y entrada de datos.
La entrada o adquisición de datos se conoce como digitalización que es la transformación de un documento análogo a digital.
Esta puede realizarse de dos maneras:
•
Manual
•
Semiautomática o
•
Automática
Comentarios iniciales
Una vez realizada la fase de Preparación de los Datos, que es un filtro de los datos realmente importantes que serán empleados como insumo para la generación de cartografía, de acuerdo a su fuente (análoga o digital), estos datos serán ingresados
al proceso de generación cartográfica por diferentes métodos. Algunos datos útiles para le generación de un mapa digital
provienen de información antigua en formato análogo, que para ser interpretados y almacenados por un computador, éstos
deben ser convertidos a formato digital raster por medio de un escáner que dependiendo del tipo de información análoga como
mapas, fotografías aéreas, calcos, etc puede variar su tipo y resolución (plano, fotogramétrico, etc.). Una vez convertida la información análoga en digital, normalmente y dependiendo de lo que se requiera mostrar en el mapa digital, estos datos raster
deben ser convertidos a formato vectorial por medio de diferentes procesos de digitalización existentes.
Digitalización Manual
18
70
00
56
40
00
SH
40
E
18
50
39
38
00
Involucra básicamente una entrada de datos en forma vectorial. Esta tarea conlleva la utilización de las tabletas, mesas
digitalizadoras o digitalizadores que corresponden a una mesa
de dibujo con dispositivos electrónicos y digitales. Las tabletas
digitalizadoras son de tamaño pequeño ( desde 20 x 30 cm) y
en precisión de 0,25 mm utilizadas para PC mientras que las
de mayor tamaño (100 x 152 cm) tienen precisión 0,025 mm y
son utilizadas en estaciones de trabajo. Están compuestas por
una superficie plana sobre la cual se coloca el mapa, por un
cursor movible con sus botones, que contiene un delgado hilo
en forma de cruz y su interfase con el computador. Al posicionarse el cursor sobre un punto del mapa en la superficie de la
tableta digitalizadora, se envían impulsos electrónicos que son
grabados en forma de coordenadas en un archivo del computador. (Figura 1)
37
36
1
2
35
3
4
34
5
6
33
7
8
32
9
Figura 1.Parte de un digitalizador: cursor y cuadrícula
formada por alambres conductores de electricidad.
Instituto Geográfico Agustín Codazzi.Todos los derechos comerciales reservados.
Prohibida su reproducción para fines no académicos o de investigación.
Proceso de la digitalización manual
El trabajo de la digitalización manual requiere conocer la posición del elemento del mapa en el sistema de coordenadas terrestres. Para ello se necesitan los puntos de control y se realiza la orientación del mapa (set up digitizer).
•
Puntos de control: Son aquellos puntos visibles en el mapa, cuyas coordenadas en el terreno (X, Y) pueden ser perfectamente establecidas. Sirven de enlace entre las coordenadas del digitalizador y las coordenadas terrestres.
•
Orientación del mapa: Consiste en obtener las coordenadas en el terreno de todos los puntos del mapa que se van a
digitalizar, para lo cual es indispensable hacer una transformación. Esta transformación se lleva a cabo con una serie de
ecuaciones matemáticas que integran los parámetros de escala, rotación y traslación que ha tenido el mapa al ser colocado
sobre el digitalizador respecto a su posición del terreno. La mayoría de los programas de digitalización disponen de esta
transformación.
Modos de la Digitalización Manual
La digitalización manual se puede operar en dos modos: puntual y continuo
•
En el modo puntual se seleccionan los puntos de quiebre o cambio de dirección de la línea cuyas coordenadas deben ser
almacenadas. Estos puntos son unidos entre sí por líneas rectas; así en el proceso se convertirá una línea curva en serie
de segmentos.
•
En el modo continuo, el operador sigue cuidadosamente la curva con el cursor; los puntos son transmitidos automáticamente, con ciertos intervalos de tiempo o distancia. Estos incrementos o intervalos, según la escala del mapa, determinan
la resolución a la cual se digitalizan automáticamente las coordenadas de cada punto.
La digitalización en modo continuo se facilita para objetos del terreno con rasgos naturales (ríos, bosques, curvas de nivel)
mientras la digitalización en modo puntual trabaja mejor para obras de infraestructura (vías, predios, zonas urbanas).
Digitalización en pantalla
Esta digitalización es un procedimiento interactivo que permite generar mapas digitales a partir de información análoga previamente escaneada y georreferenciada, el proceso es similar al de la mesa digitalizadora pero en vez de centrar la atención en
la tableta se centra en la pantalla, pues se deben dibujar los elementos que se ven en el escaneo directamente sobre estos
utilizando el mouse. Una alternativa al mouse son las tabletas con lápiz o pluma que permiten dibujar por medio de un lápiz
electrónico que se desliza sobre la superficie de la
tableta tal como si fuera lápiz sobre papel permitiendo más naturalidad y precisión en los trazos que con
el mouse. Las tabletas con lápiz más avanzadas incluyen un monitor LCD integrado de tal forma que
la superficie de la tableta es una pantalla en la cual
se dibuja directamente con el lápiz, siendo esta la
forma más natural de trabajar. Algunos computadores portátiles poseen la capacidad de digitalización
directamente sobre la pantalla por medio de un lápiz electrónico, este tipo de dispositivos son conocidos como Tablet PC’s y el ingreso de la información
se hace a través de una pantalla sensible al tacto,
lápiz electrónico, teclado y mouse. También existe
la posibilidad de capturar elementos cartográficos
desde dispositivos móviles, estos permiten hacer
estas labores en campo al momento de verificar la
Figura 2. Digitalización en pantalla.
información capturada con la realidad. Este tipo de
Instituto Geográfico Agustín Codazzi.Todos los derechos comerciales reservados.
Prohibida su reproducción para fines no académicos o de investigación.
dispositivos son muy versátiles ya que poseen conectividad
inalámbrica, receptor GPS, permiten el despliegue y captura
de de vectores además la visualización de datos raster como
imágenes satelitales y aéreas. Pueden ser sincronizados con
los computadores de escritorio una vez se llegue de hacer el
trabajo de campo. Al igual que las Tablet PC tienen pantalla
sensible al tacto y un lápiz que permite ingresar información
al dispositivo como si se tratara de lápiz y papel.
Figura 5. Computador portátil Tablet PC (Gateway).
Figura 3. Tableta con lápiz (Wacom).
Figura 6. Dispositivos móviles de captura y GPS.
(Trimble izq. Garmin Derecha).
Figura 4. Tableta con lápiz y pantalla LCD (Wacom).
Tabla 1. Comparación de la digitalización en pantalla versus tableta digitalizadora.
Pantalla y mouse
Tableta convencional
Precio
La inversión es solo en el escáner, estos
arrancan en precios muy económicos que van
creciendo de acuerdo al tamaño y resolución,
pero solo es necesario un dispositivo sin importar
el número de personas que digitalicen.
Son muy costosas de acuerdo al tamaño el precio
se va incrementando, además se necesita una por
persona.
Uso por
múltiples
personas
El escaneo es usado por múltiples personas en
sus diferentes computadores.
Es necesaria una tableta por cada persona que
digitalice,
Instituto Geográfico Agustín Codazzi.Todos los derechos comerciales reservados.
Prohibida su reproducción para fines no académicos o de investigación.
El proceso de escaneo puede tener
deformaciones.
La tableta no deforma.
Es muy fácil la ampliación de las zonas a
digitalizar, lo que generar mejor precisión al tener
más detalle.
La ampliación es más complicada, lo que conduce
a imprecisiones.
Los monitores cansan la vista.
La tableta con cansa la vista, lo cual permite que
se pueda digitalizar por mucho más tiempo
El trazo con el mouse es más impreciso.
El puntero de la tableta digitalizadora es más
preciso.
Calidad
Digitalización Semiautomática
La mayoría de las diferentes propuestas semiautomáticas para la extracción de elementos lineales, se agrupan en dos categorías:
Road tracking
(Seguidor de carreteras) que va siguiendo la carretera o el elemento lineal con pocos puntos iniciales (punto de partida, segundo punto para dar la dirección de avance y algunos algoritmos utilizan un tercer punto que determinará la anchura inicial
para el caso de las carreteras).
Los pasos generales a seguir son:
1. Inicialización. En la mayoría de los casos proporcionando dos puntos, uno para la posición inicial y otro para determinar
la dirección del movimiento.
2. Establecimiento del modelo de la trayectoria a seguir en cada paso del avance.
3. Refinamiento de cada una de las posiciones que se obtienen a lo largo de la trayectoria.
Path optimizer
(Optimizador de caminos) que busca la mejor solución de una o varias inecuaciones a la vez, que definen las condiciones a
cumplir por el mejor camino a seguir entre dos puntos que se encuentran sobre la vía de comunicación. La variación entre
algoritmos nos la proporcionan las diferentes inecuaciones planteadas, y que son las que reflejan las características a considerar en las carreteras.
En este apartado se describen dos de las aproximaciones que consiguen obtener el mejor seguimiento a tramos de una
carretera o el objeto lineal: Programación Dinámica y Snakes. En ambos casos se proporciona un conjunto de puntos de
inicialización y el objetivo es encontrar el mejor camino que los une y que sigue la carretera a la que pertenecen. Aunque las
dos aproximaciones presentan muchos puntos en común, entre otros tienen como finalidad intentar cumplir lo mejor posible un
conjunto de condiciones geométricas y radiométricas, su planteamiento es diferente.
Programación Dinámica
Consiste en describir el conjunto de condiciones que tiene que cumplir la carretera solución como un sistema de inecuaciones
en las que cada incógnita está vinculada a un subconjunto muy reducido de las otras incógnitas y así poder obtener una solución utilizando programación dinámica.
Instituto Geográfico Agustín Codazzi.Todos los derechos comerciales reservados.
Prohibida su reproducción para fines no académicos o de investigación.
Digitalización Automática
Es la transformación de datos análogos del mapa a datos digitales en forma automatizada (los parámetros se definen con
antelación y el programa ejecuta el proceso) o semiautomatizada (controlada por un operador).
El propósito de la digitalización automática es reemplazar el tedioso trabajo de la digitalización manual. Consiste en el barrido
o exploración del documento, mapa, fotografía o imagen, con
el almacenamiento digital de los elementos o “pixeles”. La digitalización automática adquiere los datos en forma raster y para
ello utiliza dispositivos denominados escáner. (Figura 7)
Figura 7. Digitalizador automático “Kartoscan”
pueden capturar tamaños de pixel entre 12.5 y 400. Para
pixeles del tamaño de 25, una fotografía aérea de 23 * 23
cm aproximadamente ocupa 90 megas de espacio.
Otra manera para la entrada automática de información en
modo raster es la utilizada en fotogrametría digital. Esta se hace
mediante la cámara a la cual se le coloca una lente de alta resolución que captura los elementos, generalmente de un transparente o película fotográfica y pasa estos datos al computador
por medio de una interfase de equipo y un software. El software
permite acomodar las subdivisiones o pixeles en que se va adquirir la información de la fotografía de una imagen. Cada pixel
puede ser desde 112 hasta 100 micrones. Una fina resolución,
de 25 micrones (0,025 mm) de una fotografía de 23 x 23 cm,
Figura 8. Proceso de vectorización
almacena aproximadamente 4.90 megabytes de información y
tarda unos 8 a 9 minutos en ser adquirida. Cuando se trata de
El escáner se basa en el principio de que un punto del mapa una imagen a color, se utilizan filtros o lentes.
puede tener uno de dos valores: blanco o negro.
La información raster que se adquiere por digitalización autoEl escáner incorpora una fuente de iluminación (láser de bajo mática puede ser utilizada directamente para procesos pospoder, normalmente) o una cámara con una lente de alta re- teriores como en el caso de fotogrametría digital en la cual
solución. El escáner va moviéndose atrás y adelante sobre la con los datos fotográficos digitales se pueden realizar los
superficie del mapa, o bien permanece fijo y es aquel el que, modelos digitales del terreno, ortofotos y mosaicos digitales.
También puede ser utilizada en el procesamiento digital de
colocado en un tambor, se desplaza respecto al escáner.
las imágenes de satélite.
Los datos resultantes del barrido o digitalización automática, son
un número de pixeles, blancos o negros. Para conseguir un nivel Cuando la información se encuentra en el formato Raster y
de detalles suficiente, normalmente deben sufrir dichos datos un estos datos van a entrar a un programa de cartografía que
proceso posterior para identificar correctamente los detalles co- maneja datos en forma vectorial, se requiere del proceso de
rrespondientes a parcelas, suelos, carreteras, etc. Las imágenes vectorización o esqueletonización. La vectorización consiste
complejas pueden provocar algunos errores y, ocasionalmente, en “adelgazar” los pixeles correspondientes a cada línea haslos textos pueden ser confundidos con elementos geográficos.
ta reducirlos en una línea central de pixeles de tamaño muy
pequeño (25 micrones). Los centros de los pixeles son conActualmente el mercado ofrece escáner planos con resolu- vertidos en el procesamiento a una serie de pares de coordeciones de más de 400 puntos por pulgada (dpi), en blanco y nadas x, y, que posteriormente se unen para llegar a conectar
negro con 256 tonalidades de gris o a color con más de 16.7 las líneas entre sí. Estas líneas tienen entonces, una posición
millones de niveles a color. Dependiendo de las resoluciones definida que corresponde a los vectores.
Instituto Geográfico Agustín Codazzi.Todos los derechos comerciales reservados.
Prohibida su reproducción para fines no académicos o de investigación.