Unidad 8: Escala Espacial

Relación entre los elementos físico-geográficos y los elementoshidrológicos

Los factores que intervienen en el estudio de una cuenca son muy diversos: topografía,geología, edafología, climatología, hidrología, vegetación, etc.

La influencia de los diversos factores no puede reducirse a expresiones puramentematemáticas, pero el estudio de ciertas relaciones puede dar una idea cualitativa del problema.Existen claras relaciones entre los elementos físico-geográficos que caracterizan un sistema ocuenca determinado y los diversos parámetros hidrológicos que lo afectan.

Los sistemas de drenaje están íntimamente relacionados con los asentamientos humanos ylos desarrollos agrícolas, ganaderos e industriales. Por esta razón, el estudio y conocimiento deuna cuenca de drenaje resulta indispensable, a fin de lograr un mejor manejo de la mismaorientado a maximizar su utilización y a la vez lograr su control para minimizar fenómenosnaturales no deseados (aludes, desbordes, etc.).

Cuando se habla de aguas de drenaje hídrico se hace referencia a todos los flujos de aguasuperficial, se trate de aquellos que corren sin encauzar por las pendientes que se denominadrenaje en manto, en oposición a cuando el curso está confinado y se lo denomina drenajeencauzado o curso de agua.

La red de canales fluviales que recogen el agua superficial y de las vertientes que tributanen ellos, se conoce como sistema de drenaje. Sus límites están constituidos por las divisoriasde aguas, por lo tanto, la cuenca es la totalidad del área o superficie que cubre el sistema dedrenaje.

Una cuenca de drenaje se comporta como un receptor de precipitaciones a las que luegodistribuye en cada uno de los componentes del ciclo hidrológico.

Cada cuenca posee propiedades físicas, químicas y biológicas que dan como resultado unúnico conjunto de propiedades hidrológicas. Las características morfométricas y la estimaciónde las variables que definen el comportamiento hidrológico de una cuenca sirven de referenciaen la interpretación del paisaje.

Con el fin de estudiar dichas características y la afinidad hidrológica entre cuencascomparables, pueden estudiarse las características físicas que se desarrollan a continuación.

Parámetros morfométricosEl primer parámetro que nos permite reconocer una cuenca es el denominado área de la

cuenca, delimitada por la divisoria de aguas. En función de la superficie pueden clasificarse enÁrea ≤ 100 km2 , cuenca pequeña100 km2 < Área ≤ 2000 km2 , cuenca medianaÁrea > 2000 km2 , cuenca grande

En general, a mayor tamaño de la cuenca, el escurrimiento total es mayor, pero elescurimiento específico por unidad de superficie es menor. La probabilidad de ocurrencia deun fenómeno para toda el área también disminuye con el aumento del tamaño de la cuenca.

Otro parámetro es la forma de la cuenca la cual tiene influencia en el tiempo deconcentración de las aguas al punto de salida y por lo tanto modifica la configuración delhidrograma. Para una misma superficie y una misma tormenta, el hidrograma de salida de una

cuenca, Q = f (t), redondeada es muy diferente al de una cuenca alargada. Esto nos lleva adefinir índices de forma:

El índice de compacidad o de Gravelius es la relación entre el perímetro de la cuenca y elde un círculo de área equivalente. Permite cuantificar la forma de la cuenca a partir de suformulación:

S

PPSR

PI c 28.0

22===

ππ

π, (8.1)

donde P representa el perímetro de la cuenca y S la superficie. El índice de compacidad esmayor a uno y valores altos indican cuencas más alargadas e hidrogramas mas achatados.Para poder comparar cuencas entre sí se utilizan índices geométricos, entre los cualesdefinimos:

Rectángulo equivalente: Es un rectángulo que tiene la misma superficie de cuenca, elmismo perímetro, el mismo índice de compacidad e idéntica repartición hipsométrica. Se tratade una transformación puramente geométrica de la cuenca en un rectángulo del mismoperímetro, convirtiéndose las curvas de nivel en rectas paralelas al lado menor, siendo éstas laprimera y última curvas de nivel.

Indice de pendiente: definido como

∑ β= iLe

pI , (8.2)

donde e es la equidistancia, L es la longitud del lado mayor del rectángulo equivalente y iβ esel porcentaje de superficie encerrada entre dos curvas de nivel consecutivas.

Parámetros morfológicosEl tipo de relieve de una cuenca condiciona el escurrimiento. La mayor parte de los factores

meteorológicos e hidrológicos (precipitaciones, temperaturas, caudales específicos, etc.) sepresentan en función de la altitud y es interesante calcular, planimetrando las cartas quecontienen las curvas de nivel en el terreno, la distribución de la cuenca en km2 y en % de lasuperficie total, por tramos de alturas. El gráfico de dicha distribución se conoce con elnombre de curva de frecuencias altimétricas y se define como la proporción, en % de lasuperficie total de la cuenca comprendida entre curvas de nivel. A partir de la distribucióndada puede trazarse la curva hipsométrica de la cuenca, la cual representa, en abscisas, lasuperficie por encima de las cotas de altura fijadas en ordenadas (ver Fig. 1).

S ( k m 2 )

h ( m ) a

b

c

Fig. 1: Curvas hipsométricas típicas: a) cuenca de poca superficie con cotas altas, b) cuenca clásica, c)cuenca de mucha superficie con cotas bajas.

Puede considerarse esta curva como un perfil de la cuenca y su pendiente media en m/km2

es un elemento sintético de comparación de la topografía de diversas cuencas.

Parámetros hidrológicosEn mecánica de fluidos, el estudio de la similaridad de flujos en sistemas de diferente

tamaño es una herramienta importante para relacionar los resultados de estudios hechos enmodelos de pequeña escala para aplicarlos a prototipos de gran escala. En hidrología, lageomorfología de la cuenca, o estudio cuantitativo de la forma del terreno superficial, seutiliza para hacer medidas de similaridad geométrica entre cuencas, especialmente entre susredes de ríos.

Horton (1945) dio origen al estudio cuantitativo de redes de ríos. Desarrolló un sistemapara ordenar las redes de ríos y derivó algunas leyes al relacionar el número y la longitud delos ríos de diferente orden. El sistema de ordenamiento de ríos de Horton es como sigue:

Los canales reconocibles más pequeños, a la escala con la cual se está trabajando, sedesignan como de orden 1, normalmente estos canales fluyen sólo durante tiempo húmedo.

Cuando dos canales de orden 1 se unen, resulta un canal de orden 2 hacia aguas abajo; engeneral cuando dos canales de orden i se unen, resulta un canal de orden i+1.

Cuando un canal de orden bajo se une con un canal de orden mayor, el canal resultantehacia aguas abajo retiene el mayor de los dos órdenes.

El orden de la cuenca de drenaje es el mismo del río a su salida I, el mayor orden de lacuenca.

El número de orden es extremadamente sensitivo a la escala del mapa utilizado. Un estudiocuidadoso de fotografías aéreas demuestra, generalmente, la existencia de un buen número decauces de orden inferior muy superior a los que aparecen en un mapa estándar de escala1:25000. Los mapas a esta escala, por otra parte, muestran dos o tres órdenes más que la escalasiguiente.

Horton encontró empíricamente que la relación de bifurcación RB o relación del número Ni

de canales de orden i y el número Ni+1 de canales de orden i+1, es relativamente constante deun orden a otro. Esta es la ley de Horton de números de ríos.

1i

iB N

NR

+= , i = 1, 2, ... , I-1 (8.3)

El valor teórico mínimo para la relación de bifurcación es 2 y los valores se localizantípicamente en el rango 3-5 (Strahler, 1964).

El promedio de longitud de los ríos de cada orden, Li, puede calcularse midiendo lalongitud de cada una de las corrientes. Horton propuso la ley de longitudes de río en la cual laslongitudes promedio de ríos de órdenes sucesivos están relacionados por medio de la relaciónde longitud RL.

i

1iL L

LR += (8.4)

De igual manera, Schumm (1956) propuso la ley de áreas de ríos para relacionar las áreaspromedio Ai que se drenan por ríos de órdenes sucesivos. Estas relaciones se calculangraficando los valores de Ni, Li y Ai en una escala logarítmica contra el orden del río en unaescala lineal, tal como se muestra para dos cuencas venezolanas en la figura 2. Las relacionesRB, RL y RA se calculan utilizando las pendientes de las líneas en estas gráficas.

Fig. 2: parámetros geomorfológicos para las cuencas Mamóm. (Fuente: Hidrología Aplicada. V.T.Chow, D. Maidment & L. Mays. Ed. Mc Graw Hill. Pag. 173)

Otros parámetros útiles para análisis hidrológicos son la densidad de drenaje y la longitudde flujo superficial (Smart, 1972). La densidad de drenaje D es la relación de la longitud totalde canales en una cuenca con respecto a su área

I

I

1i

iN

1jij

A

L

D∑ ∑= == (8.5)

donde Lij es la longitud del río j-ésimo de orden i.La densidad de drenaje indica la red de drenaje por unidad de superficie y suele utilizarse

como complemento de los índices de pendiente y compacidad a efectos de escorrentíasuperficial. Una densidad alta refleja una cuenca muy bien drenada que debería responderrelativamente rápido al influjo de la precipitación, refleja generalmente áreas con suelosfácilmente erosionables o relativamente impermeables, con pendientes fuertes y escasa

cobertura vegetal; una cuenca con baja densidad refleja un área pobremente drenada conrespuesta hidrológica muy lenta, ocurren en sitios donde los materiales del suelo sonresistentes a la erosión o muy permeables y donde el relieve es bajo.

Si los ríos se alimentan por flujo superficial hortoniano desde toda su área contribuyente,entonces la longitud promedio de flujo superficial L0, se da aproximadamente por

D2I

L 0 = (8.6)

La pendiente media del cauce se calcula conociendo las cotas mayor y menor de la cuencay la longitud del cauce principal cL

cmc L

menorHmayorHP

−= (8.7)

GeodesiaEs la ciencia que trata la determinación de la forma y dimensiones de la Tierra, así como

también los métodos de medición y cálculo para la ubicación relativa de los puntos de lasuperficie terrestre en su totalidad o en grandes extensiones, utilizando una superficie dereferencia (elipsoide de revolución, geoide) para referir la superficie física del terreno.

El geoide es la superficie que adopta el nivel medio del mar en equilibrio, supuestamenteprolongado a través de los continentes. Cumple la condición de ser perpendicular a la verticalen cualquier punto de su superficie.

La Geodesia coloca marcas convenientemente distribuidas sobre la superficie terrestre demanera que formen los vértices de triángulos ligados entre sí, determinando sus posicionesrelativas. Construye además marcas altimétricas con sus alturas con respecto a la superficie dereferencia, que es el nivel medio del mar. Ambos tipos de marcas son los puntos de apoyo dela Topografía.

Coordenadas geográficasSe entiende por coordenadas aquellas líneas que sirven de referencia para determinar la

posición de un punto. Las líneas a partir de las cuales se localizan puntos de la superficieterrestre, o en su representación cartográfica, se denominan meridianos y paralelos yconstituyen las coordenadas geográficas.

Siguiendo el movimiento general de la rotación terrestre, cada punto del planeta describecircunferencias cuyos círculos son perpendiculares al eje de los polos. Entre todas estascircunferencias hay una que traza el círculo máximo de la esfera, cuyo plano pasa por el centrode la Tierra y divide a la misma en dos mitades o hemisferios, es la línea del Ecuador. Losdemás círculos disminuyen de tamaño desde el ecuador hasta los polos, formando líneasparalelas. Por esta razón, estos círculos se conocen como paralelos. Sobre la esfera terrestre sepueden trazar también otra serie de círculos, perpendiculares a los anteriores, de tal modo quepasen todos por el eje de los polos. Cada una de estas líneas se conoce como meridiano. Todoslos meridianos tienen idéntica longitud.

El sistema de referencia universalmente aceptado está formado por el Ecuador, comoparalelo cero y el meridiano de Greenwich (pequeña ciudad ubicada al sudeste de Londres)como meridiano cero. Con esta disposición reticular, cada punto del globo queda determinado

por dos distancias angulares, una al ecuador y otra al meridiano cero. El ángulo formado porel plano del meridiano de referencia y el plano correspondiente a cualquier otro meridiano sedenomina longitud geográfica y se mide en grados, minutos y segundos. Todos los puntossituados en el mismo meridiano tienen idéntica longitud. Aunque esta puede abarcar latotalidad de un círculo, en la práctica se cuentan 180º al Este (E) y 180º al Oeste (W).Asimismo, el ángulo formado por la vertical de cualquier punto de la superficie terrestre con elplano del ecuador se denomina latitud geográfica y se mide también en grados, minutos ysegundos. La extensión de la latitud oscila entre los 0º del ecuador y los 90º de los polos. Debedistinguirse entre latitud norte (N) o Sur (S) según el hemisferio en que esté situado el puntoque se quiere localizar.

Meridiano

Paralelo

ϕλ

X

Y

ZN

S

EW

ϕ

ϕ=0-90°S

P

OR

λ=0-180°E

ϕ=0-90°N

•

meridiano deGreenwich

λ=0°

•

Equador =0

•

•λ=0-180°W

λ - longitud Geograficaϕ - Latitud Geografica

R - Radio de la TierraX,Y,Z - Sistema de Coordenadas Geocentrico

O - Geocentro

TopografíaEs la ciencia que trata la determinación de las posiciones relativas de los puntos de la

superficie terrestre en una extensión limitada tal que la superficie de referencia utilizada puedeconsiderarse plana en lugar de espacial con un error insignificante.

Como se dijo anteriormente, la Geodesia crea y construye marcas o puntos artificialesdistribuidos sobre la superficie terrestre a los que suministra coordenadas y cotas altimétricasdefinitivas. La Topografía, apoyada en esas marcas, levanta y acota puntos de la superficiefísica o real de la Tierra que, una vez representadas en el plano, dará la configuracióntopográfica de la zona que interesa con sus detalles naturales (ríos, arroyos, lagunas,barrancas, etc.) y artificiales (puentes, alcantarillas, carreteras, alambrados, etc.).

La Topografía se divide en dos ramas, planimetría y altimetría. A través de la planimetría,estudia la determinación de las posiciones relativas de las proyecciones horizontales de lospuntos del terreno, es decir, las proyecciones de los puntos del terreno sobre un plano dereferencia horizontal. La altimetría estudia la determinación de las alturas de los puntos delterreno con respecto al plano de referencia ya citado. Cuando esa superficie de referenciacoincide con el nivel medio del mar (geoide), esas alturas se denominan altitudes de los puntosy cotas si el plano de referencia no coincide con el nivel medio del mar.

CartografíaLa cartografía es la ciencia que estudia los principios científicos y técnicos que han de

desarrollarse para la realización de planos o mapas geográficos a partir de los resultados de laobservación directa. Cuando la extensión a representar se encuentra en el ámbito de laGeodesia, la Cartografía necesita recurrir a métodos llamados “Proyecciones Cartográficas”.En el campo de la Topografía sólo debe tener en cuenta la escala, y la representacióncorrespondiente se llama plano.

El desarrollo técnico de los medios de observación y representación repercute en formainmediata en la Cartografía.

Los dos problemas técnicos principales de la cartografía son la reducción a una superficieplana, lo que se resuelve mediante los sistemas de proyección y la conservación de unasrelaciones constantes entre el tamaño de un objeto en la realidad y en el mapa, lo queconstituye la escala.

Los problemas técnicos más importantes que se han ido resolviendo se agrupan en medidasexactas de la superficie terrestre, medidas de altitudes de los puntos y proyecciones.

Elección y descripción del geoideLas medidas exactas de la Tierra son imprescindibles para la correcta localización de un

punto e incluyen distintos pasos, que comienzan con la determinación del geoide o medidaexacta de las dimensiones terrestres, con datos obtenidos por medios astronómicos, geofísicosy geodésicos.

Las coordenadas geográficas asumen que la tierra es una esfera, sin embargo, sabemos quese asemeja a un elipsoide de revolución cuyo eje mayor se encuentra en el plano del Ecuador.Debido a que el cálculo de las magnitudes de los semiejes puede efectuarse con distintastécnicas que conllevan errores, existen diferentes valores de los mismos lo que ocasiona queestén definidos varios esferoides.

Una vez elegido un esferoide, se establece la localización del punto con respecto a la red demeridianos y paralelos. La medida de la latitud se comenzó a obtener midiendo la altura deciertos astros de referencia sobre el horizonte con la ayuda del teodolito; las medidas delongitud se realizaron calculando el tiempo exacto transcurrido en el desplazamiento de unpunto de la Tierra, para lo que se emplearon en principio relojes de péndulo, pasando despuésa los cronómetros de precisión y señales horarias emitidas por radio.

La triangulación fija la posición relativa de los puntos fundamentales o vértices geodésicos,para lo que se establece una cadena de triangulación cuyos lados se miden con toda precisióncon respecto a un punto de referencia que es el Datum. Aunque los principios teóricos detriangulación eran conocidos desde el siglo XVI, sólo el perfeccionamiento de losinstrumentos ópticos en el siglo XVII permitió establecer las primeras redes de triangulación.

Finalmente, mediante la nivelación se fija altitud de los puntos con referencia a lasuperficie del geoide, tomando para ello el nivel medio de los mares que, por ejemplo, en lacartografía argentina viene referida al cero de la escala en Mar del Plata. Para obtener estedato se han venido utilizando mareógrafos, nivelaciones trigonométricas y barométricas,pasando en la actualidad al radar aerotransportado.

Una vez obtenidos los datos de referencia con respecto a la superficie terrestre, el pasosiguiente es la determinación de las altitudes y su representación cartográfica. En laactualidad, esta información se realiza íntegramente a partir de la restitución fotogramétrica de

las imágenes obtenidas desde aviones (fotografía aérea) y desde satélites (imágenessatelitales).

Transformaciones del geoide: proyeccionesEn lo que respecta a las proyecciones, la dificultad estriba en adaptar la superficie esférica

de la Tierra al plano bidimensional del mapa, para lo que existen soluciones muy diversas.Se han desarrollado muchos y diferentes tipos de proyecciones, en general basados en las

familias de proyecciones geométricas que se describen a continuación:

• Proyección cilíndrica, en la que los paralelos y los meridianos aparecen rectos y separadosde forma regular. Se obtiene intersectando la superficie del globo con un cilindro, el cual esluego cortado y desenrrollado. La línea central de la proyección puede ser el Ecuador(regular), un meridiano (transverso) o ninguno de ambos (oblicuo). Entre dichas líneas existeequidistancia.• Proyección cónica, en la que los paralelos son circulares y los meridianos radiales. Laintersección del cono con la superficie del globo forma un círculo sobre el cual no hay erroresy existe equidistancia.• Proyección acimutal o cenital, en la que la disposición de la red de coordenadasgeográficas varía según la posición de la luz imaginaria o los diferentes ángulos de visión conrespecto a un plano tangente al globo. El plano tangente intersecta a la superficie del globosólo en un punto y es perpendicular a la línea que pasa por el centro de la esfera. Pueden estarcentradas en los polos (polar), en un punto del ecuador (ecuatorial) o en un punto arbitrario(oblicuo). El origen de las líneas de proyección puede estar ubicado en el centro de la tierra(gnomónica), en un punto indefinido de su parte posterior (ortográfica) o en la parte opuestade la esfera con respecto a la superficie proyectada (estereográfica).

La primera proyección moderna fue la utilizada por el cartógrafo holandés GerardusMercator, quien en 1569 utilizó como plano de proyección un cilindro tangente al ecuador,sistema que mantiene los ángulos de intersección de la red de meridianos y paralelos, pero queintroduce graves distorsiones de escala, especialmente en latitudes elevadas. En la actualidadse ha adoptado con carácter general la proyección UTM (Universal Transversa Mercator), querequiere complicados sistemas de medición, pero que resulta válida para cualquier latitud,conservando correctamente las dimensiones en cuanto a distancias, superficies y ángulos.

Debido a que se realiza una transformación de una superficie esférica a una superficieplana, cualquiera sea la proyección que se utilice, poseerá errores y distorsiones. Idealmente,un mapa sin distorsiones será:

Conforme, cuando mantiene la forma real.Equivalente, cuando mantiene área real.Equidistante, cuando mantiene distancia real.Con dirección real, cuando la línea de dirección entre dos puntos que cruzan líneas de

referencia (por ejemplo meridianos), lo hacen con un ángulo constante o acimut.

Los mapas no pueden cumplir con todas esas propiedades conjuntamente y al momento deelegir la proyección que se utilizará se tendrá en cuenta prioritariamente una u otra en funcióndel objetivo buscado.

Coordenadas planasLas coordenadas planas o cartesianas están definidas por filas y columnas y la posición

queda dada sobre una grilla (X,Y). El origen se localiza al Sur y al Oeste, aumentado desde(0,0) hacia el Este y el Norte.

El origen de la proyección, siendo un falso origen, es definido por valores de falso este yfalso norte. La grilla de referencia siempre contiene un número par de dígitos, la primeramitad referida al este y la segunda mitad al norte. De esta forma se eliminan los valores decoordenadas negativos y los mapas proyectados quedan definidos sólo con coordenadaspositivas. Los valores de falso este y falso norte están dados en metros o en pies.

Por ejemplo, un punto localizado 400 metros al este del eje 357000 y 200 metros al nortedel eje 5476000, sería notado como 357400, 5476200.

Sistema de Coordenadas planas UTMEl sistema de coordenadas planas internacionalmente más utilizado es el Universal

Transversal Mercator (UTM). El globo es dividido en 60 zonas (con forma de gajos) cada unade las cuales cubre 6º de Longitud y abarca desde 80º Sur hasta 84º Norte. Cada zona seextiende 3º al Este y 3º al Oeste de su meridiano central. Las zonas son numeradasconsecutivamente de Oeste a Este comenzando en el antimeridiano o meridiano de 180º .

ZONA MeridianoCentral

Rango ZONA MeridianoCentral

Rango

1 177W 180W-174W 31 3E 0-6E2 171W 174W-168W 32 9E 6E-12E3 165W 168W-162W 33 15E 12E-18E

4 159W 162W-156W 34 21E 18E-24E5 153W 156W-150W 35 27E 24E-30E6 147W 150W-144W 36 33E 30E-36E7 141W 144W-138W 37 39E 36E-42E8 135W 138W-132W 38 45E 42E-48E9 129W 132W-126W 39 51E 48E-54E

10 123W 126W-120W 40 57E 54E-60E11 117W 120W-114W 41 63E 60E-66E12 111W 114W-108W 42 69E 66E-72E13 105W 108W-102W 43 75E 72E-78E14 99W 102W-96W 44 81E 78E-84E15 93W 96W-90W 45 87E 84E-90E16 87W 90W-84W 46 93E 90E-96E17 81W 84W-78W 47 99E 96E-102E18 75W 78W-72W 48 105E 102E-108E19 69W 72W-66W 49 111E 108E-114E20 63W 66W-60W 50 117E 114E-120E21 57W 60W-54W 51 123E 120E-126E22 51W 54W-48W 52 129E 126E-132E23 45W 48W-42W 53 135E 132E-138E24 39W 42W-36W 54 141E 138E-144E25 33W 36W-30W 55 147E 144E-150E26 27W 30W-24W 56 153E 150E-156E27 21W 24W-18W 57 159E 156E-162E28 15W 18W-12W 58 165E 162E-168E29 9W 12W-6W 59 171E 168E-174E30 3W 6W-0 60 177E 174E-180E

Fuente: ERDAS. Field Guide. 5º Edition

La proyección transversa Mercator es entonces aplicada a cada zona UTM tomando comomeridiano tangente al cilindro, el meridiano central de la zona correspondiente. De esta formase logra una escala real para el meridiano central. Si en lugar de tener escala verdadera en elmeridiano central se quiere tenerla en dos meridianos equidistantes del central, dentro de lazona, se multiplica la escala por un factor menor que uno.

La información de esta proyección se encuentra resumida en la siguiente:

Construcción CilíndricaPropiedad ConformeMeridianos Los meridianos son curvas complejas cóncavas alrededor del meridiano

central (que es recto) y tangente al globo. El meridiano central intersecta alEcuador a 90º

Paralelos Los paralelos son curvas complejas cóncavas sobre el polo más cercano. ElEcuador es recto

Retículo Los paralelos se encuentran separados por su distancia real sobre elmeridiano central. La separación interlineal se incrementa a medida que nosalejamos del Meridiano tangente

Escala Lineal La escala es lineal a lo largo del Meridiano Central o a lo largo de dosmeridianos equidistantes del meridiano central.

Fuente: ERDAS. Field Guide. 5º Edition

El Sistema de Coordenadas planas en ArgentinaEn Argentina se utiliza el sistema de coordenadas planas Gauss-Kruger. La misma es una

proyección TM y utiliza un factor de escala igual a uno. Los valores de las coordenadas delfalso este y falso norte están dados en metros.

En el caso Argentino se definen 7 ejes meridionales para reducir las deformaciones, por locual la república Argentina queda dividida en 7 franjas numeradas de Oeste a Este. Cadafranja tiene 3º de longitud y comienza desde el Polo Sur. De esta forma quedan definidas las 7zonas Gauss-Kruger de Argentina que se presentan en la siguiente Tabla.

ZONA RANGO1 Puntos al Oeste de 70°30’W2 70°30’ W --- 67°30’ W3 67°30’ W --- 64°30’ W4 64°30’ W --- 61°30’ W5 61°30’ W --- 58°30’ W6 58°30’ W --- 55°30’ W7 Puntos al este de 55°30’ W

Punto de Ejemplo

Para cada una de las zonas de la proyección se utiliza un sistema de coordenadas planasdonde se hace coincidir el 0 del eje Y con el Polo Sur y el meridiano Central toma el valor500.000 para el eje X. Además para el eje X se antepone un dígito a la coordenada plana, estedígito es el número de Zona al que estamos haciendo referencia. De esta forma el punto delejemplo incluido en la Tabla anterior será ( 5500000 ; 6000053 ).

Representación Plana de la Superficie Terrestre

PlanoEs la representación gráfica del terreno dentro de los límites de la topografía y que, por lo

tanto, no exige hacer uso de las “proyecciones cartográficas”. Su escala, en general, es mayorde 1:25000. Puede mostrar sólo la planimetría o también la altimetría. Los planos topográficosdan a conocer el terreno que representan, con todos sus detalles naturales y artificiales y con

signos convencionales aquellos detalles que por su tamaño no podrían ser representados si serespetan las proporciones.

Carta TopográficaEs la representación gráfica del terreno en una extensión tal que excede los límites de la

topografía y que debido a la importancia del error entre tomar el plano y la superficie curva, esnecesario hacer uso de las proyecciones cartográficas. Varían entre 1:25000 y 1:500000.Muestran la planimetría y altimetría del terreno, esta última mediante sistemas convencionales(curvas de nivel, trazos de pendiente, etc)

Cartas Geográficas y MapasMuestran una gran extensión o la totalidad de la superficie terrestre (planisferio). Su escala

es menor a 1:500000. Se requiere el uso de proyecciones cartográficas.

EscalaEscala es la relación que existe entre la representación de las formas sobre el mapa y su

dimensión real; una escala de 1:1.000.000 significa que cada medida lineal del espacio realqueda reducida en el mapa a la millonésima parte (un kilómetro se representa con unmilímetro).

Si llamamosE = escalad = distancia en el dibujoD = distancia en el terrenoM = módulo o denominador de escala

M1

dD1

Dd

E ===

Existen dos tipos de escala: Gráficas y numéricas

Levantamiento topográficoLa técnica empleada para llevar a cabo medidas precisas con gran exactitud con el fin de

determinar la configuración del terreno, se llama levantamiento topográfico. El mismo se basaen principios geométricos y trigonométricos y se emplea para representar la posición depuntos de la superficie terrestre o bien registrar puntos situados en altura o incluso,subterráneos.

En el levantamiento se miden distancias horizontales y verticales, además de los ánguloshorizontales y verticales (ángulos acimutales y cenitales respectivamente). Las medicioneshorizontales se realizan según los métodos de poligonación y triangulación. Las cotasverticales se determinan en relación a puntos de referencia cuya alturas se han establecidopreviamente y que son permanentes.

La forma más simple de representación del levantamiento es el plano altimétrico o planoacotado, en el cual las proyecciones horizontales de todos los puntos característicos del terrenollevan a su lado anotada la correspondiente cota o altitud (referida al nivel del mar). Engeneral se prefiere elegir planos de comparación tales que todas las cotas sean positivas, de noser posible, un punto situado debajo del plano de comparación estará precedido por un signo

negativo. Si los puntos acotados son numerosos, elegidos con buen criterio y próximos entresí, se podrá suponer que entre dos puntos vecinos la pendiente es constante, admitiéndose enconsecuencia la interpolación lineal y calcular ya sea la cota de un punto intermedio o bien lapendiente entre dos puntos. Cuando el número de cotas inscripto en el plano acotado tiene unasuficiente densidad, determina el relieve del terreno.

No resulta sencillo para una persona no experimentada, deducir la forma de la superficiedel terreno a partir de puntos acotados, por lo cual, sobre estos planos acotados, se grafican lascurvas de nivel. Se llaman curvas de nivel o curvas horizontales a las proyeccioneshorizontales de las curvas de intersección de planos horizontales imaginarios con la superficiedel terreno. Los planos horizontales son elegidos de diferentes cotas y generalmenteequidistantes entre sí. Las curvas de nivel son, entonces, líneas imaginarias que unen puntosde igual altitud. La diferencia de cota entre dos curvas de nivel consecutivas se llamaequidistancia ; la elección de la equidistancia no es arbitraria sino que está subordinada (a) alas diferencias de nivel que existen en la zona del terreno a representar y (b) a la escala delplano.

En zonas montañosas, de fuertes pendientes, la equidistancia se tomará entre valores de25m, 50m ó 100m para evitar que un gran número de curvas quite claridad al plano. En zonasde llanura es común utilizar equidistancias de 10 m, 5 m o menores.

La equidistancia depende también de la escala utilizada para el dibujo en proyecciónhorizontal. Por ejemplo, si estamos trabajando con una escala de 1:2500 y equidistancia de unmetro, una inclinación del terreno de 45º quedará representada por dos curvas de nivelseparadas por un espacio igual a la equidistancia en escala, cuyo valor será e = 0.4 mm

=⇒= mm4.0e

25001

m1e

.

Una representación con curvas de nivel permite un rápido reconocimiento de las formascaracterísticas del terreno. Se reconoce una cresta cuando, moviéndose desde las curvas denivel de cota más alta hacia aquellas de cota más baja, estas aparecen presentando suconcavidad. Se recorre un valle cuando procediendo como en el caso anterior, las curvas vanmostrando su convexidad. La línea de mayor pendiente de una cresta se llama línea divisoria.En ella se dividen las aguas de lluvia hacia una y otra ladera. La línea de mayor pendiente deun valle se llama vaguada o Talweg y hacia allí van las aguas provenientes de los terrenosinmediatos.

Se llama perfil de un terreno entre dos puntos a la intersección de la superficie topográficacomprendida entre ambos puntos, con un plano vertical que pasa por los mismos. Para dibujarel perfil de una línea conociendo cotas de diferentes puntos sobre ella, se ubican éstos sobre elpapel mediante un sistema de coordenadas en las cuales las abscisas representan la distanciahorizontal entre ellos y las ordenadas son las cotas correspondientes. Uniendo estos puntos asídeterminados se obtiene el perfil de la línea.

Para destacar mejor las diferencias de cotas entre los puntos que definen un perfil esconveniente utilizar diferentes escalas vertical y horizontal. De esta forma, el perfil aparecerádeformado pero se destacarán los desniveles del terreno que de otra forma pasaríaninadvertidos, especialmente en zonas de llanura.

Cartas topográficasLas cartas topográficas posibilitan la localización geográfica, el cálculo estimativo de

distancias y superficies y la determinación de las características del relieve tales como altitud,pendiente, orientación, red de drenaje, etc..

La localización planimétrica de puntos en las cartas se realiza con dos marcos de referencia,uno de ellos es el correspondiente a latitud y longitud dadas por las coordenadas geográficas yotro corresponde a coordenadas en el sistema de proyección utilizado que, en el caso deArgentina, es Gauss-Kruger. La altimetría se representa por curvas de nivel equidistantes,cuyo intervalo depende de la pendiente y la escala.

Las obras hechas por el hombre están representadas mediante líneas, símbolos, áreas ypuntos indicando así la presencia en el espacio geográfico de caminos o ferrocarriles,clasificados según sus categorías por sus especificaciones; de los aeropuertos según suimportancia; de las líneas de conducción de energía eléctrica, de telégrafo y de teléfono.También se representan otros tipos de conductos superficiales o subterráneos,almacenamientos de agua tales como presas y depósitos; ciudades con sus principales detallesculturales y sus servicios como cementerios, hospitales, escuelas y templos. También seobservan los principales límites de cultivos que dan idea del patrón general de propiedad de latierra.

La vegetación de la zona está representada en términos generales por distintos tonos decolor verde correspondiente a cultivos, huertos, bosques, etc..

En la Argentina, el organismo oficial encargado del levantamiento y elaboración de lacartografía básica a diferentes escalas es el Instituto Geográfico Militar, dependiente delEjército Argentino.

El siguiente material fue extraído de la página web comercial del Instituto Geográfico Militar.(http://www.geoargentina.com.ar)

Identificación y Dimensiones de las HojasPara cada escala la hoja se presenta dimensionada, de manera tal que su tamaño no resulta

incómodo para los usuarios. Al mismo tiempo, satisface la condición de que al compilar unacarta a escala menor, el número de las hojas que la componen resulta mínimo. Para identificaruna hoja se recurre a su característica, la que está constituida por un número que permiteubicar geográficamente a la hoja.

Principalmente las hojas se clasifican por escala, a saber: 1:500.000, 1:250.000, 1:100.000,1:50.000 y 1:25.000.

Las cartas tiene, cada una, un nombre dado por un simple sistema de nomenclaturas. Lascartas a escala 1:500.000 están constituidas de la siguiente manera: 3º en longitud por 2º enlatitud. Están limitadas al Norte y al Sur por paralelos pares y, como meridiano central, el de lafaja a la cual pertenecen. Su característica se forma con cuatro números, de los cuales los dosprimeros indican el valor del paralelo central de la hoja y los dos siguientes el de su meridianocentral, que es el de la faja. Por ejemplo: Hoja 3166.

Las cartas a escala 1:250.000 están constituidas de la siguiente manera: 1º 30' en longitudpor 1º en latitud. Cada una de ellas comprende una superficie igual a 1/4 de la de 1: 500.000 yse la numera con números romanos del I al IV, según el sentido de la escritura corriente. Sucaracterística está formada por la de la hoja 1: 500.000 que integra, y a continuación, separadopor un guión, el número romano que le corresponde por el orden que ocupa dentro de aquella.Por ejemplo: Hoja 3166 - I.

Las cartas a escala 1:100.000 están constituidas de la siguiente manera: 30' de longitud por20' en latitud. Están numeradas del 1 al 36 en el sentido de la escritura corriente, dentro de larespectiva carta a escala 1: 500.000. Su característica está formada por la de la hoja a escala 1:500.000 que integra y a continuación, separado por un guión, el número de orden que lecorresponde por el lugar que ocupa en ella. Por ejemplo: Hoja 3166-1.

Las cartas a escala 1:50.000 están constituidas de la siguiente manera: 15' en longitud por10' en latitud. Están numeradas del 1 al 4 en el sentido de la escritura corriente, dentro de larespectiva carta a escala 1: 100.000 que integra y a continuación, separado por un guión, elnúmero de orden que le corresponde por el lugar que ocupa. Por ejemplo: Hoja 3166-1-4

Sistemas de Información GeográficaSe conocen como Sistemas de Información Geográfica, SIG o GIS (Geographic

Information Systems), a un conjunto de programas y aplicaciones informáticas que permiten la

gestión de datos organizados en base de datos, referenciados espacialmente y que pueden servisualizados mediante mapas. Los GIS son el resultado del avance de la informática sobre lasáreas de estudio que corresponden a la geografía, pero en los últimos años éstos se estánutilizando en muchas áreas de investigación como resultado del fenómeno de convergenciatelemática.

Los GIS modernos tienen dos pilares de base: Los sistemas asistidos por computadoras paradibujo a través de líneas, tales como sistemas CAD y CAM, y los sistemas de análisis dedatos provenientes de sensores remotos, tales como los sistemas de procesamiento de datossatelitales y fotografías aéreas. Los primeros sistemas trabajan basándose en modelar mapaspor medio de estructuras vectoriales, mientras que los segundos inherentemente digitales estánbasados en imágenes raster formadas por celdas. Aunque en principio las tecnologías basadasen vectores dominaron el mercado de los GIS, últimamente una mejora en las capacidades decálculo y procesamiento ha generado una migración hacia una amplia utilización de lossistemas basados en sensores remotos.

Los GIS tienen un conjunto de funcionalidades básicas y algunas funciones que no estánpresentes en todas las aplicaciones comerciales. Algunos GIS son:• IDRISI (funciona sobre WINDOWS y es comercial)• ERDAS (funciona sobre WINDOWS y es comercial)• ARCINFO (funciona sobre WINDOWS y es comercial)• ARCVIEW (funciona sobre WINDOWS y es comercial)• GRASS (funciona sobre el sistema operativo GNU/LINUX, y es gratuito)

Independientemente de cual sea el GIS elegido, algo que cualquier implementación respetaes poder trabajar con dos tipos de datos fundamentales: RASTER y VECTOR.

RASTERUn raster es un conjunto de datos digitales ordenados en forma de matriz. Así, queda

definido por sus dimensiones (nro. de columnas y nro. de filas), por el tipo de datos quecontiene (bytes [0..255], enteros, reales) y por si está georeferenciado o no. Para que un rasteresté georeferenciado se necesita asignar a sus puntos coordenadas correspondientes a undeterminado sistema (geográfico o plano).

Fuentes de los RASTERLos raster pueden provenir de muy distintas fuentes. Puede tratarse de:

• Fotografías ó Fotografías Aéreas• Imágenes Satelitales• Imágenes de Radares• Procesos de Interpolación Bidimensional• Esquematización de Situaciones

Características de los RASTERUna característica básica de los rasters generados por fotografías aéreas, o imágenes

(satelitales o por radar) es que están basadas en el reflejo o emisión de radiación producidopor los objetos a los que se considera objetivo. La mayor arte de los sensores trabajangrabando la información que nos brinda la radiación electromagnética. La radiación

electromagnética es energía transmitida a través del espacio en forma de ondas eléctricas ymagnéticas.

El proceso de obtener una imagen debe contar con varios elementos. En primer lugar unafuente emisora de radiación electromagnética, por ejemplo el sol. Desde esta fuente laradiación es emitida y se dirige al objetivo de nuestro interés, en donde, en parte es reflejada,en parte es absorbida, y en parte es transmitida. La parte que es reflejada será captada por unsensor (especialmente diseñado para ello) y con esa información se forma la imagen. Existendos tipo de sensores para capturar esa información. Los sensores pasivos (la mayoría de lossatélites) son aquellos que almacenan la información pero que no pueden emitir radiaciónhacia el objetivo y los sensores activos (radar) que son a la vez una fuente de emisión deradiación y un sensor receptor.

Todos los materiales de la superficie terrestre absorben una porción del espectroelectromagnético, teniendo así una característica distinguible que se conoce como firmaespectral. Conociendo cuales longitudes de onda son absorbidas por que rasgos, y cual es laintensidad de la reflectancia, se puede analizar una imagen generada por un sensor remoto.

Otra característica en común entre los rasters es la resolución. Cuando tenemos un raster,tenemos 4 tipos diferentes de resolución.

La resolución Espectral se refiere a los intervalos específicos de radiación electromagnéticaque el sensor puede registrar. Así, la banda 1 del sensor TM del satélite LANDSAT capturaenergía de las longitudes de onda entre 0.45 y 0.52 micrómetros. Mientras que los sensorespancromáticos del satélite SPOT son considerados como toscos según su resolución espectralya que esta abarca el intervalo 0.51 – 0.73 micrómetros. Una descripción de un sensor puedeser como sigue:

• Banda #1: 480 - 500 nm azul verdoso.• Banda #2: 540 - 560 nm verde.• Banda #3: 630 - 690 nm rojo.• Banda #4: 795 - 835 nm Infrarrojo cercano (NIR).• Banda #5:1550 - 1700 nm Infrarrojo medio de onda corta (SWIR).

Esta es la descripción del sensor MMRS del satélite argentino SAC-C, en donde se formancinco imágenes, llamadas bandas, cada una con diferente resolución espectral. En este caso enparticular las 3 primeras bandas corresponden al espectro visible y las otras 2 al infrarrojo.

La resolución Radiométrica está vinculada con el número de bits entre los cuales la energíaalmacenada es dividida. Así, la máxima intensidad de energía reflejada puede ser almacenada,por ejemplo, en 7 ú 8 bits, teniendo así la posibilidad de tomar 127 ó 255 valoresrespectivamente que cubrirán el intervalo (mínima intensidad, máxima intensidad).

La resolución Espacial es una medida del menor objeto que puede ser registrado por elsensor, o el área de superficie que representa cada pixel (o celda de la matriz de datos). Cuantomás fina es la resolución, menor es el número, entonces una resolución espacial de 79 metroses más tosca que una de 10 metros. Hay veces en las que se puede destacar objetos que sonapenas menores que la resolución espacial y que técnicamente el sensor no los detecta. Losvalores más usuales de resolución espacial para las fotografías aéreas son calculados paracoincidir con las escalas típicas de cartografía. Los valores para las imágenes obtenidas porsensores remotos son de 180m para el satélite argentino SAC-C, 30m para el estadounidenseLANDSAT, 1100m para el primer satélite Francés SPOT.

La resolución Temporal se refiere a cada cuanto el sensor obtiene una imagen de un área enparticular. Así, por ejemplo un LANDSAT pasa por un mismo lugar cada 16 días, mientrasque un SPOT lo hace cada tres.

VECTORESExisten tres categorías de vectores:

• Puntos: Un punto representa un solo par de coordenadas (x,y), un punto puede utilizarsepara representar la localización de un rasgo geográfico que no tiene área: el pico de unamontaña, la localización de una estación de medición.

• Líneas: Las líneas o polilíneas son un conjunto de segmentos y se usan para representarrasgos geográficos lineales, como un río, una ruta, un límite político entre dos estados opaíses.

• Polígonos: Un polígono es una línea cerrada o un conjunto de líneas definiendo un áreahomogénea dentro de él. Los polígonos se utilizan para representar hábitat de faunasalvaje, límites de estados (toda la forma del estado), distritos comerciales.

Cualquiera de estos tipos de vectores puede tener además una etiqueta en donde se puedeintroducir el nombre o la descripción de lo que representa. En general el dato de ladescripción, junto con otros datos de importancia (que dependen del análisis que estéhaciendo) se almacenan en una base de datos.

Fuentes de los vectoresLos vectores pueden provenir de cuatro fuentes:

• Mesa Digitalizadora• Digitalización en Pantalla• Otro Software• Conversión de Raster

La mesa digitalizadora es una mesa, sobre la cual se coloca el mapa que se deseadigitalizar. Esta mesa tiene un dispositivo tipo “mouse” y con él se recorren las curvas,polígonos o puntos que se desean digitalizar. La mesa digitalizadora contiene una grillaelectrónica interna que va a registrar cada punto que nosotros recorramos con ese “mouse”.Esos datos son enviados por el “mouse” al programa que va generando una copia digital delmapa. La gran ventaja de digitalizar a través de una mesa es que se pueden ingresar fácilmentelas coordenadas de cada punto, por lo que una vez realizada la tarea de digitalizar, los vectoresresultantes ya están georeferenciados.

La digitalización en pantalla es la alternativa económica a la mesa digitalizadora. Ladigitalización se hace con el mouse sobre la pantalla. Si bien la digitalización desde pantallano necesita ningún dispositivo especial, en general el software carece de calidad suficiente,con lo que los resultados nunca son de excelente calidad.

Otra de las fuentes de vectores son otros programas de software que trabajan con ellos enforma natural. Así, un programa como AUTOCAD, que naturalmente trabaja con vectores (seutiliza en arquitectura y diseño industrial), guarda sus datos en archivos que pueden serimportados (abiertos) desde un GIS. Así, uno puede “traer” datos vectoriales al GIS.

La última fuente que mencionamos es la conversión de raster a vector. Los raster pueden“vectorizarse”. Lo que el software hace es crear polígonos que encierren áreas donde el rastertiene el mismo valor.

RASTER y VECTORES juntosUna de las grandes ventajas de un GIS es que permite trabajar por capas. Dentro de una

capa se puede “colocar” un archivo de vectores o un raster. Si los archivos de las diferentescapas coinciden en sus coordenadas, el GIS los superpone permitiendo ver todos a la vez oalgunos de ellos (por ejemplo lo que nosotros elegimos). Un ejemplo de esta superposiciónsería tener una imagen satelital como base, y sobre ella superpones una capa de vectores conlas rutas, otras con la división política, otra con las ciudades, otra con los territorios de cazapermitidos, y de esta forma analizar cuales territorios quedan libres de caza (serían aquellasáreas que no están ocupadas) y verificar que no estén cercanos a fuentes de contaminación ofraccionados por rutas.

Modelos de Elevación Digital (DEM)Los DEM (Digital Elevation Model) son una representación de datos topográficos de una

región determinada. La información mínima que posee un DEM son series de datos convalores para coordenadas X,Y,Z de la región de interés.

Los DEM pueden ser generados desde imágenes de radar, digitalizados desde curvas denivel, interpolados desde un conjunto de puntos.

A partir de los DEM se pueden calcular y generar mapas de pendientes, mapas ASPECT,mapas VIEWSHID, determinación de cuencas, y otros. Al tratarse de un modelo digital esfrecuente utilizar un GIS para su visualización y manipulación.

Modelos Digital del Terreno (DTM)Un DTM (Digital Model of the Terrain) es la unificación de un conjunto de información

sobre una determinada región de interés. Al igual que los DEMs, los DTM son utilizadosdesde un GIS. En general en un DTM se encuentran datos de elevación (DEM), combinadoscon datos descriptivos del terreno, por ejemplo se incluyen datos de tipo de cobertura delterreno (mapas de vegetación), datos de ríos y lagunas, posiciones de estaciones de medición(que pueden estar asociadas con los valores de dichas mediciones), asentamientos humanos oplanos de las ciudades, rutas, ferrocarriles, ubicación de plantas de energía, etc. Todos estosdatos se encuentran organizados en un sistema de capas, donde cada capa posee los datos deun determinado aspecto y todas las capas pueden visualizarse superpuestas.

La ventaja de poseer toda esta información en forma conjunta es la posibilidad de realizarestudios que combinen los datos de diferentes capas realizando operaciones (algebraicas y/ológicas) entre ellos.

Sensores Remotos

La detección remota o el uso de sensores remotos consiste en la adquisición de informaciónde la superficie terrestre sin estar en contacto directo con ella. Esto se realiza detectando yalmacenando la energía reflejada o emitida por la superficie terrestre y luego procesando,

analizando y aplicando dicha información. En la mayoría de los casos los procesos involucranla interacción entre radiación incidente y reflejada por los objetos de interés usando para ellosistemas de imágenes, los más populares son las imágenes satelitales y la fotografía aérea.

El primer requisito para la existencia de sensores remotos es la existencia de una fuente deenergía que ilumine el objetivo deseado. Esta energía está bajo la forma de radiaciónelectromagnética. Básicamente, la radiación electromagnética consiste en un campo eléctricoque varía en magnitud en una dirección perpendicular a la dirección en la cual la radiaciónavanza, y un campo magnético orientado a 90 grados del campo eléctrico. Ambos camposavanzan a la velocidad de la luz. Dos características son especialmente importantes para ladetección remota: la longitud de onda y la frecuencia.

La longitud de onda es la longitud de un ciclo de onda, que se mide como la distancia entrelas sucesivas crestas de la onda. La longitud de onda se expresa por la letra lambda (λ) y esmedida en metros o en alguno de sus múltiplos decimales, como nanómetros (ηm, 10-9 m) omicrómetros (µm, 10-6 m). La frecuencia se refiere a la cantidad de ciclos de una onda quepasan por un punto fijo por unidad de tiempo. La frecuencia normalmente se mide en hertz(Hz), que es el equivalente a un ciclo por segundo, o en alguno de sus múltiplos KiloHertz, oMegaHertz.

La “luz” que los sensores remotos pueden detectar es una parte del espectroelectromagnético. En general las regiones de interés son una parte del espectro conocido comoultravioleta (<0.4 µm), el espectro visible (el que se percibe con los ojos, 0.4-0.7 µm), y laregión conocida como infrarrojo (el espectro infrarrojo se divide usualmente en infrarrojoreflejado e infrarrojo emitido o infrarrojo termal, 0.7-15 µm). Actualmente los intereses y lacreciente capacidad tecnológica están permitiendo subdividir el infrarrojo en muchas máscategorías y empezando a incluir a la región de las microondas. Un factor que determina lacalidad de una imagen es la resolución espectral de la misma, que es la resolución espectraldel sensor que la generó. La resolución espectral describe la habilidad de un sensor paradefinir intervalos de longitud de onda. Algunos sensores denominados multiespectrales,pueden almacenar información de varias y separadas longitudes de onda con diferenteresolución espectral. Los datos recogidos dentro de cada uno de estos intervalos de longitudesde onda conforman lo que se conoce como banda.

El detalle discernible en una imagen es dependiente de la resolución espacial del sensor yse refiere al rasgo más pequeño que puede ser detectado. La mayoría de los sensores remotosgeneran imágenes que están compuestas por una matriz de elementos pintados o pixeles, queson la menor unidad de una imagen. Los pixeles de una imagen son normalmente cuadrados yrepresentan cierta área dentro de una imagen. Es importante diferenciar entre el tamaño delpixel y la resolución espacial. Si un sensor tiene una resolución espacial de 20 metros y unaimagen de ese sensor es presentada a la máxima resolución cada pixel representa un área de 20metros por 20 metros. En este caso el tamaño del pixel y la resolución espacial son iguales.Sin embargo es posible presentar una imagen con un tamaño de pixel diferente de laresolución espacial del sensor (generalmente obtenidas por procesos de remuestreo).

Los datos de una imagen son representados por números positivos enteros que varían desde0 hasta una potencia de 2 previamente seleccionada. Así, un sensor permite diferenciardiferentes niveles de brillo dependiendo del número de bits utilizados para representar la

energía recibida. Si un sensor utiliza 8 bits para almacenar datos, habrá 256 valor digitalesdisponibles para cada pixel.

Características de las Misiones LANDSAT y SAC-CLa Misión LANDSAT

Debido al éxito de los satélites diseñados para el monitoreo del tiempo a fines de los 60, en1972 la NASA (National Aeronautics and Space Administration) inició la Misión LANDSATque consistió en la colocación de satélites con sensores multiespectrales en órbita para laobservación de la superficie terrestre específicamente. En 1983 el programa fue cedido aNOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) y desde 1985 debido al éxitoobtenido se transformó en un emprendimiento comercial con aplicaciones civiles.

El éxito de la misión LANDSAT se debió a varios factores, pero entre ellos es oportunodestacar la utilización de varios sensores incluidos Scanners Multiespectrales (MSS) ymapeadores temáticos (TM). Cada uno de estos sensores recolecta datos sobre una banda de185 km de ancho, de esta forma una escena completa cubre un área de 185 km por 185 km. En1992 se suspendió la toma de datos por sensores MSS manteniéndose la toma por sensoresTM. La resolución espacial de los sensores TM es de 30 metros para todas las bandas, exceptopara el infrarrojo termal que tiene una resolución de 120 metros. Todos los canales sonregistrados con un rango de 256 valores decimales (8 bits).

Las bandas definidas para los sensores TM se muestran en la siguiente tabla.

Canal Rango de Longitud deonda (µµ m)

Características

TM 1 0.45 – 0.52 (Azul) -Discriminación entre tierra yvegetación;

-Mapeo costero;

-Discriminación de rasgosentre áreas civilizadas yurbanas;

TM 2 0.52 – 0.60 (Verde) -Mapeo de vegetación verde;

-Discriminación de rasgosentre áreas civilizadas yurbanas;

TM 3 0.63 –0.69 (Rojo) -Discriminación entre áreascon y sin vegetación;

-Discriminación de rasgosentre áreas civilizadas yurbanas;

TM 4 0.76 – 0.90 (Infrarrojo cercano) -Identificación de tipos de

vegetación;

-Delineación de cuerpos deagua;

-Humedad de la tierra;

-Contenido de biomasa;

TM 5 1.55 – 1.75 (Infrarrojo corto) -Sensibilidad a humedad ensuelo y vegetación;

-Discriminación entre áreascon nieve y con nubosidad;

TM 6 10.4 – 12.5 (Infrarrojo Termal) -Mapeo termal;

-Discriminación sobre presióntermal en vegetación yhumedad terrestre;

TM 7 2.08 – 2.35 (Infrarrojo corto) -Discriminación entre tipos deáreas rocosas;

-Sensibilidad a humedad en lavegetación;

La Misión SAC-C

El 18 de noviembre de 2000, Argentina puso en órbita su satélite multipropósito para elmonitoreo de la superficie terrestre llamado Satélite Argentino de aplicaciones Científicas(SAC-C). Este satélite provee de información sobre la superficie terrestre a través de variossensores entre ellos un barredor multiespectral de resolución media (Multispectral MediumResolution Scanner - MMRS), provisto por la Comisión Nacional de Actividades Espaciales(CONAE) que recolecta información con una resolución espacial nominal de 180 metros.

Las frecuencias barridas por el sensor MMRS son:

• Banda #1: 480 - 500 nm (azul verdoso)

• Banda #2: 540 - 560 nm (verde)

• Banda #3: 630 - 690 nm (rojo)

• Banda #4: 795 - 835 nm (IR cercano - NIR)

• Banda #5:1550 - 1700 nm (IR medio de onda corta -SWIR)

Uso de las Imágenes Satelitales

Los GIS permiten la creación de imágenes raster desde los datos provenientes de lossensores remotos. Una vez que estos datos están dentro de un GIS se pueden utilizar algunosde los programas que lo conforman para poder realizar diferentes tipos de análisis.

Entre las funcionalidades básicas de un GIS se encuentran la capacidad para el registro deimágenes (proceso mediante el cual se asignan coordenadas geográficas a todos los puntos de

la imagen) y la realización de diferentes operaciones lógicas y algebraicas sobre imágenesraster.

La función de procesamiento de imágenes más utilizada con los datos recibidos por mediode sensores remotos es la composición de bandas. La composición de bandas consiste en laasignación de un canal de color determinado a una banda, para luego combinar linealmentecada uno de los canales de color. Supongamos que la composición está diseñada para producirimágenes con 216 colores y que se utilizan para este proceso tres bandas. Entonces, a cada unade ellas se les hace un stretch de seis niveles (6*6*6 = 216), y a cada una de ellas se les asignauno de los canales de color (Rojo [R], Verde [G] y, Azul [B]). Entonces la imagen resultadoconsiste de un conjunto de índices en color donde cada índice es igual al valor presente en labanda a la que se le asignó el canal azul (banda azul), más seis veces la banda verde mástreinta y seis veces la banda roja. Por ejemplo un pixel con valores RGB iguales a (1,5,3)tendrá un índice color de ( ) ( ) 69361653 =⋅+⋅+ . Dependiendo del software utilizado esposible utilizar diferentes cantidades de bandas y distinta cantidad de niveles.

Podemos listar algunas de las posibilidades de composición de imágenes a partir de lasbandas obtenidas por los sensores TM, mostrando qué banda se asigna a qué canal de color(RGB) y algunos comentarios o aplicaciones del resultado.

R G B Comentario3 2 1 Color Verdadero. Puede observarse humo y la profundidad del agua

4 3 2 Vegetación aparece en rojo y las áreas urbanas en azul. Se definen los límitestierra-agua

4 5 3 Se distinguen los límites tierra-agua, la tierra mojada aperece más oscura

7 4 2 Algas aparecen en celeste y las coníferas aparecen más oscuras que lascaducas

6 2 1 Realza la temperatura del agua

7 3 1 Depósitos Salinos aparecen en blanco y los ríos en azul oscuro

4 5 7 Diferenciación de grupos minerales

7 2 1 Útil para localizar derrames de petroleo (aparece en rojo sobre un fondooscuro)

7 5 4 Muestra flujos de lava en tonos rojos y amarillos. Las emanaciones de gasesaperecen difusas en rosado

Las operaciones algebraicas sobre las imágenes raster operan pixel a pixel, y de esta formaes posible desarrollar índices que permitan realzar determinadas características de las mismas.Existen muchos índices desarrollados para encontrar determinados rasgos en las imágenes

satelitales provenientes de la misión LANDSAT, y la mayoría de ellos son también aplicablesa las imágenes provenientes de la misión SAC-C.

Puntualmente citamos dos usos de imágenes satelitales como son los índices de vegetacióny los procesos de clasificación.

Un índice de vegetación es un número que es generado por alguna combinación de bandasde sensores remotos y que tiene alguna relación con la cantidad de vegetación en una imagendada. En general la literatura indica que los índices de vegetación están generalmente basadosen evidencia empírica y no necesariamente sobre la base de principios físicos, químicos ybiológicos.

NDVI significa Normalized Difference Vegetation Index, es decir un índice de vegetaciónbasado en una diferencia (o resta) normalizado. Este índice tiene valores en el intervalo [–1,1]. El NDVI responde a un algoritmo para cuantificar las concentraciones de hojas verdes devegetación, basado en mediciones de la longitud de onda y de la intensidad de la luz reflejadapor la tierra en bandas visibles e infrarrojas. Para determinar la densidad de verde en unaregión de la superficie terrestre se debe observar el comportamiento de las plantas ante la luzsolar. Cuando la luz solar impacta sobre un cuerpo, ciertas longitudes de onda del espectro sonabsorbidas y otras son reflejadas. Los pigmentos de las hojas de las plantas, sobre todo laclorofila, absorben principalmente luz visible desde 0.4 a 0.7 µm (VIS) para usarla en elproceso fotosintético. Por otro lado la estructura celular de las hojas, reflejan luz “delinfrarrojo cercano” desde 0.7 hasta 1.1 µm (NIR). Entonces cuanto mayor cantidad de hojastiene la planta más luz es afectada por este proceso.

En general, hay un mayor reflejo en el NIR que en el VIS en sitios en donde la vegetaciónes más densa y puede contener cierto tipo de estructura boscosa, mientras que hay pocadiferencia entre esos valores en regiones en donde la vegetación está más dispersa y puedecoincidir con praderas, tundra o áreas desérticas. Se define el NDVI como (NIR - VIS)/(NIR +VIS). Por ello, los valores para el NDVI pueden ir desde –1 hasta 1, dando valores cercanos acero en sitios en donde no hay presencia de vegetación de hojas verdes (Weier & Herring,1999).

El resultado de aplicar el NDVI sobre las bandas de datos satelitales es una nueva imagencuyos pixeles tiene un valor NDVI, dependiendo de los valores que presentan las bandasoriginales.

La clasificación multiespectral es el proceso de ordenamiento de pixeles dentro de unnúmero finito de clases, o categorías de datos, basado en los valores de dichos datos. Así, si unpixel satisface un conjunto de criterios, este pixel es asignado a la clase correspondiente a talcriterio. Básicamente existen dos grandes tipos de clasificación, la clasificación supervisaday la clasificación no supervisada. Para cada tipo existen varios algoritmos que difieren en lainformación requerida a priori y en el tipo de procesamiento realizado.

La clasificación no supervisada necesita la mínima información de entrada, pero la salidaproducida requiere la tarea de ser interpretada. Esta clasificación se conoce también comoclustering debido a que está basada en el agrupamiento natural de los pixeles en la imagen. Elmétodo conocido como ISODATA clustering (Iterative Self-Organizing Data AnalysisTechnique clustering) utiliza la distancia espectral para realizar la clasificación de los

pixeles, redefiniendo el criterio de clasificación y volviendo a clasificar, permitiendo que elpatrón de distancia espectral emerja gradualmente.

Para la primera iteración del algoritmo ISODATA, la media de los N clusters (o clasesdeseadas) puede ser calculada arbitrariamente. Luego de cada iteración un nuevo valor mediopara cada cluster es calculado sobre la información del estado actual de clasificación, y estasnuevas medias son utilizadas para definir los clusters en la próxima iteración. El procesocontinúa hasta que se haya alcanzado un determinado grado de confiabilidad predeterminado.

Una vez finalizado el proceso de clasificación el resultado es una imagen cuyos pixelescontienen como valor el número de clase o categoría a la que pertenecen.