IMAGEN Y ORTOFOTO, ELEMENTOS CLAVE EN LA REPRESENTACIÓN DE EVENTOS EN EL TERRITORIO, MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DE TÉCNICAS GIS. PUEYO ECHEVARRÍA, Javier (1); LARRAZ DUERTO, Carlos (2) (1)

Universidad del País Vasco, España Departamento de Expresión Gráfica y Proyectos de Ingeniería. E-mail: [email protected] (2) Universidad del País Vasco, España Departamento de Expresión Gráfica y Proyectos de Ingeniería. E-mail: [email protected]

RESUMEN En esta comunicación se va a trabajar con un conjunto de mapas de la misma zona del territorio, donde un lugar concreto, tiene la misma localización (las mismas coordenadas) en todos los mapas incluidos en el Sistema de Información Geográfica. De este modo, resulta posible realizar análisis de sus características espaciales y temáticas para obtener un mejor conocimiento de esa zona. Se van a crear unas imágenes de Modelos Digitales de Elevaciones, de Ruidos, etc; y por otra parte se va a disponer de la ortofoto digital de las zonas de trabajo como textura. Imágenes y textura están georreferenciadas, es decir, para cada pixel en unas y en otra sabemos sus coordenadas UTM absolutas de tal manera que la superposición es automática. Las superposiciones realizadas nos mostraran en tres dimensiones el territorio y eventos que se produzcan en él tales como ruido ambiental. Se van a realizar unos vuelos o animaciones de las imágenes en 3D obtenidas anteriormente con un programa que nos asista y que sea capaz de definirnos una ruta de vuelo. En el caso del vuelo que presentamos el MDT es de resolución (64x64 pixeles) y la textura que da color a esa superficie en relieve es la ortofoto digital, ambos productos referidos a la zona cartográfica 61-II, que comprende la ciudad de Bilbao y los municipios de su entorno y sobre la cual se realiza el estudio. Lo anteriormente expresado nos permitirá cumplir el objetivo de poder acceder a la información territorial y ambiental de una manera sencilla y altamente expresiva.

ABSTRACT The geographical area evaluated is the city of Bilbao. It is situated in the north of Spain. Several images exemplify the situation about noise immission level and involves the identification of areas in wich harmful environmental effects caused by noise are being produced. The necessity for doing so has provided a new method efficient, inexpensive and easily comprehensible to all people about environmental noise conditions and their evaluation. The study will show how Integrated Geographic Information Technology (Idrisi) can provide a convenient means for the advancement and optimization of the planning strategy.

1. Introducción Las curvas de nivel son un elemento válido de operatividad en las superficies topográficas, pero podemos aumentar la operatividad señalada anteriormente si trabajamos con un MODELO DIGITAL DE TERRENO. Se puede crear un M.D.T de cualquier hecho que cumpla unas mínimas características, esencialmente la continuidad espacial de la variación. De este modo, variables sociales como niveles de ruidos, densidad de población, etc., se pueden representar y analizar como un Modelo Digital del Terreno. De esta manera se van a representar territorios y niveles de ruidos en tres dimensiones mediante superposiciones de imágenes y ortofotos. De la misma manera en este trabajo se van a dar a conocer otras utilidades de estos modelos al ser tratados en Sistemas de Información Geográfica.

2. Obtención de un modelo digital de terreno Para obtener un M.D.T, la forma tradicional hasta que la informática ha sido de uso común era superponer sobre una cartografía, por ejemplo los mapas del ejército, en papel de cebolla o semitransparente una cuadrícula e ir anotando para cada cuadrícula el valor medio de las diferentes curvas de nivel que apareciesen en esa celdilla, así entonces tendríamos en el papel una cuadrícula de las dimensiones que nosotros necesitásemos y un valor de altura para cada cuadro; luego eso se pasa al formato del programa que se este utilizando y ya estaría realizado un M.D.T en una forma un tanto artesanal. Hoy en día, una cuestión inicial se refiere a cuál es el origen de la información de partida, que puede proceder básicamente de dos fuentes: el mapa topográfico o la restitución tridimensional de fotografías aéreas del terreno. Podemos partir de esta segunda fuente de información (la restitución fotogramétrica) proporcionada por la administración local, mediante un modelo estereoscópico, de pares de fotografías aéreas del terreno. Para ello, y para otras funciones cartográficas, se han desarrollado dispositivos y aparatos que facilitan, en gran medida, estas tareas y generan, finalmente, un fichero informático conteniendo en la mayoría de las ocasiones, una rejilla densa de puntos con tres valores numéricos, las coordenadas geográficas X e Y con la altura Z . En este caso se puede decir que se cuenta ya con un Modelo Digital del Terreno en formato “raster”. No obstante, en ocasiones puede ser necesario hacer más densa aún la rejilla de puntos generada o realizar algún tipo de transformación, en muchos de estos casos será necesario emplear procedimientos de interpolación.

A partir de las curvas de nivel se puede confeccionar un Modelo Digital de Terreno mediante alguna aplicación informática como un Sistema de Información Geográfica. También en el momento actual, ya se pueden conseguir realizados por el (I.G.N) Instituto Geográfico Nacional con su Base Cartográfica Numérica 1:200.000 (BCN200) y su MDT200 que se define como una malla cuadrada en proyección UTM cubriendo todo el territorio nacional con un ancho de malla de 200 metros entre nodos y cada nodo almacenando su cota correspondiente. Otras fuentes de información son: El Servicio Geográfico del Ejército (S.G.E) y a nivel regional el Gobierno Vasco y las Diputaciones Forales con sus catálogos de productos cartográficos.

3. Análisis y aplicaciones El análisis de un Modelo Digital del Terreno permite describir una serie de parámetros que caracterizan a una superficie en tres dimensiones. En general, estas funciones proporcionan una potente capacidad de caracterizar un conjunto de fenómenos de gran interés práctico. Se pueden diferenciar dos tipos de medidas diferentes que caracterizan un Modelo Digital del Terreno y, por lo tanto, dos formas distintas de análisis. Por un lado, las medidas que establecen la geometría general de la superficie y que, en lo esencial, dependen de la posición absoluta de los puntos que la forman. Se han definido entre estas medidas las siguientes: altura, pendiente (obtenida calculando la primera derivada matemática de la función altura, esta primera derivada está caracterizada por su gradiente y su orientación) y convexidad (segunda derivada de la altura, definida por convexidad vertical y horizontal). En segundo lugar se pueden estudiar las relaciones relativas entre los puntos de la superficie, como son la medida de la rugosidad o fuerza del relieve, la intervisibilidad entre puntos y, en general, las medidas que establecen cómo se producen los flujos de un líquido sobre la superficie topográfica. Las aplicaciones prácticas de un MDT son muy variadas y diferentes, las podemos subdividir, a grandes rasgos, en dos tipos: 1) El MDT actúa como un estrato más de una base de datos más amplia. En este caso, tanto las propias alturas como los otros aspectos derivados, calculados a partir de ellas: pendientes, orientación, perfil, etc. resultan de gran utilidad para realizar numerosos análisis y estudios. En muchos de los ejemplos que pueden verse en la bibliografía especializada se han podido comprobar la incorporación continua de estas capas temáticas a la resolución de problemas de muy diversa índole, existen además muchas otras posibilidades.

2) Por otra parte, la información contenida en un M.D.T, las altitudes de cada punto, es útil para el estudio del terreno, en especial en Geomorfología, Geología e Hidrografía. En concreto, se pueden hallar aplicaciones sobre las cuestiones siguientes: determinación automática de cuencas de drenaje; clasificación cuantitativa de las formas del relieve; modelado de hechos subterráneos, por ejemplo en Hidrogeología o en Minería.

4. Sistemas de información geográfica Un Sistema de Información Geográfica (S.I.G o G.I.S por las siglas inglesas) se puede definir como: Un conjunto de mapas de la misma porción del territorio, donde un lugar concreto, tiene la misma localización (las mismas coordenadas) en todos los mapas incluidos en el sistema de información (Bosque Sendra, 1992). De este modo, resulta posible realizar análisis de sus características espaciales y temáticas para obtener un mejor conocimiento de esa zona. Se ha planteado una cierta discusión sobre el verdadero significado y la esencia principal de un Sistema de Información Geográfica, en especial para diferenciarlo de un programa de cartografía asistida por ordenador o de uno de Gestión de Bases de Datos. Lo más característico de un S.I.G es su capacidad de análisis, de generar nueva información de un conjunto previo de datos mediante su manipulación y reelaboración. En realidad un Sistema de Información Geográfica es útil en cualquier área donde sea necesario el manejo de información espacial. Sirve por tanto un S.I.G, para facilitar la obtención, gestión, manipulación, análisis, modelado, representación y salida de datos espacialmente referenciados, para resolver problemas complejos de planificación y gestión. Por todo ello, se ha podido decir que, para el manejo de datos espaciales, los S.I.G son el paso adelante más importante desde la invención del mapa .

5. Idrisi. Sistema de información geográfica IDRISI es un programa de ordenador, desarrollado por la “Graduate School of Geography en la Universidad de Clark”, cuyo cometido es ser un sistema de información geográfica y un procesador de imágenes. Consta de un programa, interfaz de usuario, (que cuenta con sistema de menú y barra de herramientas) y un conjunto de más de 150 módulos de programa que facilitan la entrada, visualización y análisis de información geográfica. Los datos geográficos son descritos como capas temáticas, componentes elementales de mapas que describen un tema determinado. Algunos ejemplos de

capas temáticas serían la tipología de terrenos, usos del suelo, densidades de población, ruido, etcétera. Todos los análisis se llevan a cabo sobre capas temáticas. No obstante, para la visualización, pueden integrarse una serie de capas temáticas en una composición de mapa. Como los datos geográficos pueden ser de diferentes tipos, IDRISI incorpora dos formas básicas de capa temática: raster (imagen) y vectorial. Las imágenes raster describen una región del espacio mediante una rejilla de unidades regulares (celdas). Cada una de estas celdas contiene un valor numérico que expresa una determinada característica del terreno en esa localización. Éstas son muy apropiadas para la descripción de datos espaciales continuos. Por otra parte, las capas vectoriales, son útiles para describir los distintos elementos del terreno, tales como carreteras, red hidrográfica, limites administrativos, y otros. Para ello, almacenan una serie de puntos (cada uno referenciado mediante un par de coordenadas espaciales) que describen la localización de los elementos (si son puntos), o su trayectoria o limite mediante una secuencia de puntos unidos por líneas rectas. Idrisi para Windows nos permite una muy alta interactividad y flexibilidad para realizar composiciones cartográficas en la pantalla, incluyendo las especificaciones de múltiples capas de información, construyendo y posicionando sobre el mapa anotaciones, barra de escala, textos, permitiendo construir los colores y símbolos. Este análisis se realiza mediante un procedimiento denominado superposición (Overlay), llamado de esta manera porque es idéntico en sus características a la superposición de entidades geográficas mediante mapas confeccionados en transparencias y superpuestos uno sobre otro.

6. Realización de un M.D.T. en Idrisi El proceso que usa IDRISI para generar un MDT es el siguiente: Un M.D.T es en principio un fichero raster, que lo que tiene en cada pixel es un valor, ese valor en lugar de ser como en otra cartografía temática un atributo físico como una característica del terreno, un tipo de suelo, un tipo de cubierta vegetal, si existe un colegio o se trata de una zona industrial o residencial; en lugar de tener eso lo que tiene para cada pixel es una “z” es decir un valor de altura A partir de un “dxf” con curvas de nivel habría que volcar o traducir ese “dxf” a un fichero vectorial de Idrisi o sea un fichero “vec” haciendo que cada vector mantenga su “z” ; luego habría que volcar ese vectorial sobre una imagen raster, es decir, habría que rasterizar el vectorial y para eso se utiliza el comando “lineras” de Idrisi, la resolución de ese mapa raster tiene que ser la suficiente como para soportar la precisión del “dxf” original.

Una vez que el vectorial ya se tiene en formato raster la forma de interpolar y dar valor a todos aquellos pixeles que no tuviesen curva de nivel o sea los de valor cero es con el comando “ intercom” de Idrisi.

7. Realización de un vuelo Disponiendo ya del MDT se ha generado un video de vuelo sobre la zona a ensayar para obtener una mejor visualización de la misma. Los productos que necesitamos para generar un vuelo son dos: para empezar un MDT que nos describa el relieve de la zona sobre la que estamos volando o sea, que describa en alturas esa superficie y por otra parte una textura (ortofoto) que de color para que cada pixel esté coloreado con determinado tono. Ambas imágenes están georreferenciadas, es decir, para cada pixel en una y en otra imagen sabemos sus coordenadas UTM absolutas de tal manera que la superposición es automática. Por supuesto para generar el vuelo necesitamos un programa que nos asista, en nuestro caso es ENVI y que sea capaz de definirnos una ruta de vuelo. Luego se exporta en un formato de video externo al propio ENVI, para que pueda correr de forma autónoma como el MPEG.

8. Operatividad en Idrisi a partir del M.D.T Con estos modelos digitales aumentamos la operatividad sobre el terreno de una manera muy considerable pudiendo realizar entre otras las siguientes operaciones: A. MEDIDAS DE LA GEOMETRÍA GENERAL: PENDIENTE - Mapa de pendientes en un Modelo Digital del terreno “ raster” - Otras medidas relacionadas con la pendiente - Convexidad local - Longitud de la pendiente B. ORIENTACIÓN DE LA TOPOGRAFÍA - Cálculo de la orientación en un punto C. ANÁLISIS DEL TERRENO - Curva hipsométrica Determinación del perfil topográfico Rugosidad del terreno Determinación del perfil de alturas en un punto Puntos críticos del relieve D. DELIMITACIÓN DE CUENCAS DE DRENAJE Cuenca de drenaje

-

Tamaño de la cuenca de recepción

E. INTERVISIBILIDAD DE LUGARES EN UN MDT F. CÁLCULO DE VOLUMEN BAJO LA SUPERFICIE G. BLOQUES DIAGRAMA EN PERSPECTIVA H. SOMBREADO E ILUMINACIÓN DEL RELIEVE I. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DEL TERRITORIO J. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE EVENTOS

9. Ejemplos A) En la Figura 1, vamos a ver como partiendo de unas imágenes raster, mediante la superposición de la ortofoto podemos representar en tres dimensiones el terreno y eventos que se produzcan en él, como es el caso del ruido. B) En la Figura 2, tenemos una imagen raster en la cual se han creado seis categorías para la representación de la pendiente del terreno. C) En la Figura 3, partiendo del M.D.T se ha determinado la cuenca de visibilidad desde un elemento lineal como una carretera.

A.- SUPERPOSICIONES Y CREACIÓN DE 3D EN TERRENOS Y EVENTOS

IMAGEN RUIDO

MODELO DIGITAL DE TERRENO

ORTOFOTO

RUIDO + ORTOFOTO

M.D.T + ORTOFOTO

Figura 1 B.- REPRESENTACIÓN DE PENDIENTES DE UN TERRENO

A, 1%; B, 3%; D, 4%; E, 5%; F, 6%; G, 7a29%.

Figura 2 C.- CUENCAS DE VISIBILIDAD A PARTIR DE M.D.T.

Figura 3

10. Bibliografía AYUNTAMIENTO DE BILBAO. “Datos de valores de ruidos” . Sección de Circulación y transportes, Sección de Medio Ambiente. Bilbao, Tf.944204200. CEOTMA . Ruido de tráfico urbano e interurbano. Centro de Estudios de Ordenación del Territorio y Medio Ambiente, 1982. BOSQUE SENDRA, J. Sistemas de Información Geográfica. Ed. RIALP, Madrid, 1993. BOSQUE SENDRA, J.; ESCOBAR, FJ.; GARCIA, E.; SALADO, MJ. Sistemas de Información Geográfica. Prácticas con Pc ARCINFO e IDRISI . Ed. RAMA, Madrid, 1994. BRUNET STARELLAS, P.; RUIZ-PEREZ, M. Aplicación de los Sistemas de Información Geográficos Raster al análisis de componentes Urbanos. Actas del IV Coloquio de Geografía Cuantitativa. pp. 111-128. Palma de Mallorca, 1990. ESRI ARC/INFO. User’s manual. vol.1, DEC/VAX versión 4.0. Redlands, California, 1986. GUTIERREZ, J.; GOULD, M. SIG: Sistemas de Información Geográfica. Ed.Síntesis. Madrid, 1994. RONALD EASTMAN, J. Referencia de comandos del programa Idrisi. Clark University, Graduate School of Geography. Worcester, Massachussets 1990. AGUADO GONZALEZ, C.; ALEMANI GARCIA, L. “Mapa sonoro de Gijón y herramienta dinámica de cálculo de ruido de tráfico”. Servicio de protección del medio ambiente Ayuntamiento de Gijón XXVIII Jornadas nacionales de acústica y encuentro ibérico de acústica Oviedo. noviembre, 1997. UNIVERSIDAD DE BONN “ Desarrollo de un GIS – prototipo para la cuantificación de la contaminación por ruido en base a niveles de inmisión”. Departamento de Geografía de la Universidad de Bonn. Autor: Jens. Fitzke.