Universidad Mayor de San Simón Facultad de ciencias y Tecnología Licenciatura en Ingeniería Civil

Asignatura: Geodesia y Fotogrametría Docente: Ing. M.Sc. Ledezma Miranda Vito. Estudiante: Sarmiento Ugarte Rolando Fecha de entrega: 20 de Noviembre del 2011

Cochabamba-Bolivia

1.- INTRODUCCIÓN

Un modelo digital de elevación nos ayuda a representar, estudiar y analizar de forma comprensible una

porción de la realidad, que vendría siendo en este caso el terreno.

Estos modelos además ayudan al ingeniero civil a resolver los problemas ocasionados por diversos factores

en el terreno como por ejemplo, los fenómenos naturales, los cuales pueden ser observados por medio de

los modelos digitales de elevación esto gracias a su capacidad de simulación, además permiten al ingeniero

observar al terreno, con todos sus características (curvas de nivel) de una forma rápida y barata

Además aprenderemos a usar diversas informaciones para poder desarrollar estos mapas, y podremos

determinar cual de las informaciones es la más precisa y apta para los trabajos que vayamos a realizar.

2.- OBJETIVOS

� OBJETIVO GENERAL

Aprender a usar el programa computacional de ILWIS, esto para poder generar Modelos Digitales de

Elevación, con la adquisición de datos desde imágenes raster digitales y documentos cartográficos por

digitalización vectorial de estos documentos

� OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Con la ayuda de los conceptos y algoritmos aprendidos en clases, desarrollar los modelos digitales de

elevación.

• Aprender el uso del software ILWIS el cual se convertirá en una de las herramientas más importantes

para un ingeniero que desea obtener información de forma rápida y barata

• Poder realizar modelos digitales de elevación del Country Club Cochabamba, utilizando diversos

documentos, enviados por el docente, los cuales debemos comparar y establecer cual de dichos

documentos es el más preciso para nuestro trabajo.

3.- MARCO TEÓRICO

MODELOS DIGITALES DE ELEVACIÓN

Definición:

- Modelo

Se entiende como modelo a un objeto, relación o conjunto de relaciones que se utilizan para representar,

estudiar y analizar una porción de la realidad.

- Digital Deriva de formato binaria, el cual usa el computador para representar los objetos en formato raster y

vectorial.

- Elevación

Colección de cotas, las cuales deben estar en función de las coordenadas planimétricas.

Modelo Digital de Elevación (MDE) Un modelo digital de elevación es la representación del relieve terrestre describiendo su geometría y

posición a través de un conjunto de coordenadas obtenidas por muestreo y un algoritmo que defina su la

continuidad.

Obtención del Modelo Digital de Elevación

1) Ingreso de datos

En esta atapa se ingresan los datos colectados por muestreo, los cuales serán usados para realizar el modelo

digital de elevación.

2) Procesamiento

En esta etapa existen 3 pasaos a seguir:

a) Validación

En esta etapa se realiza una revisión de los datos que vayan a ser utilizados para generar el modelo digital de

elevación.

b) Muestreo

Es una técnica de colecta de datos en función de las posiciones planimétricas.

Fuentes de muestreo

1. Trabajo de campo

Topografía: nos permite obtener información planimétrica y altimétrica.

Planimetría:

• GPS

• Taquimetría

• Radiación

• Intersección

• Poligonal

Altimetría

• Nivelación Directa

• Nivelación trigonométrica

• Nivelación Barométrica

• GPS

2. Imágenes Digitales

Tratados por:

• Fotogrametría

• Teledetección

3. Documentos existentes

Con los mapas analógicos se pueden obtener curvas de nivel, y coordenadas universal transversa mercator;

este tipo de modelos digitales de elevación se lo realizan, digitalizando los documentos existentes, de forma

manual y automática.

A continuación presentamos los pasos que se realizan para la realización de modelos digitales de elevación,

con documentos existentes:

DIGITALIZAR

Georeferenciar (N,E)

Filtro Binario

Mapa Binario

Filtro Esqueletonizador

Edición

Mapa Modelo Digital de Elevación

Tipos de Terrenos

Break Lines (BL): cambio de pendientes en línea.

Break Points (BP): cambio de pendiente en todas las direcciones

Existen varios tipos de muestreo:

MUESTREO DE CUADRÍCULA REGULAR:

Colectar un punto altimétrico en posición planimétrica de tal manera que en la intersección tenga un

espaciamiento en N y E constantes.

MUESTREO PROGRESIVO:

Parecida a la colecta de datos por cuadricula regular, pero esta vez con densidad variable esto acorde con la

diferencia de alturas.

Se utilizan los Pach que son matrices de 3*3:

MUESTREO SELECTIVO: Es el proceso de digitalización en tres dimensiones de BL, BP y AE.

Algunas consideraciones:

o Los puntos en AE no cambian de altitud solo de posición.

o Los puntos en BL cambian de altitud y posición.

o Los puntos en BP tienen solo una altitud y una posición.

MUESTREO COMPUESTO:

Simple es la suma de los anteriores:

MC=MP+MS

c) Padrón

Es una forma de colectar datos, las cuales pueden ser:

• Aleatoria

• Cuadricula Regular

• Colecta por curvas de nivel

Utilidades del Modelo Digital de Elevación

Generación de curvas de nivel: Es la principal función de los Modelos Digitales de Elevación.

Modelación 3D: Para minimizar los errores de la proyección cónica

Simulación: Se puede realizar simulaciones para observar lo que podrían ocurrir al terreno debido a los diversos

fenómenos naturales.

4.- DESARROLLO PRÁCTICO

Material Utilizado

• Software ILWIS v 3.2, proporcionado en CD

• Mapa altimétrico de la zona de proyecto (curvas. jpg)

• Puntos de control para el mapa altimétrico (Ptos-control)

• Muestreo de puntos MCR (Puntos .txt)

• Imagen raster georeferenciada del área de proyecto (Country.rar)

• Guía de trabajo general

A continuación describimos los pasos realizados para desarrollar un Modelo Digital de Elevación, con

documentos existentes:

1. Siguiendo los pasos que se indican en la práctica, se debe importar la imagen con las curvas al

ILWIS, una vez en el programa se debe georeferenciar sin saltarse ningún paso de los contrario no

se podrá realizar el MDE.

2. A continuación digitalizamos las curvas de nivel, para ello se deben trazar las curvas con el lápiz

de la parte superior, tomando en cuenta la altura que corresponde a cada isolínea que se esta

dibujando, además de que la equidistancia entre curvas es de 10 metros, concluida la

digitalización, guardamos los datos.

3. Ahora debemos realizar el proceso de interpolación para generar el MDE, desde las curvas de

nivel, con el cual obtendremos el Modelo Digital de Elevación, como el que observamos en la

figura de abajo.

Paralelamente obtendremos otro archivo en el que se encuentren las curvas de nivel digitalizadas en

formato vectorial, transformadas a formato raster.

4. Del mapa de MDE, obtenemos ciertos datos como: el tamaño de pixel, valores máximos,

mínimos, los cuales con la ayuda de la guía de la práctica serán útiles para obtener el

modelo digital de elevación en tres dimensiones (es importante seguir todos los pasos,

generando todos los archivos para no tener complicaciones al obtener las visualizaciones en 3D)

5. Obtenemos visualizaciones 3D, a las que podemos modificar, tocando el ícono

“Edit”,

”Georeference”, obtendremos una ventana en la que podemos modificar varios aspectos de

nuestra vista 3D.

Es de esta forma que podemos formar superficies con solo cambiar las opciones del

‘’display options’’:

6. Ahora se debe descomprimir la F15_137_C siguiendo los mismos pasos que para la foto de

la curvas, la georreferenciamos también de la misma manera, Generamos de igual forma que en el

caso anterior la visual e 3D.

7. Ahora debemos generar otro MDE siguiendo todos los pasos ya mencionados solo que en esta

ocasión importaremos la imagen de las curvas de nivel obtenidas en la practica 7. Una vez importado

procedemos a georeferenciar la imagen tal como se expilo en los pasos anteriores, tomando las

coordenadas en puntos de control obteniéndolas del ArcView, ya tenemos la imagen debidamente

georeferenciada.

8. Ahora hacemos uso del archivo PUNTOS.TXT enviado por el docente, podemos generar un MDE, para

este propósito debemos seguir los siguientes pasos.

Importar el archivo de PUNTOS.TXT al ILWIS de manera que seguimos los pasos de la guía de trabajo.

Para esto del menú del ILWIS “Import/Export”, escogemos la opción “Import Table” y se abrirá una

ventana de dialogo. De esa ventana seleccionar el archivo mencionado. En las próximas ventanas

dejar los valores predefinidos del programa, no cambiar ninguna de ellas presionando en cada una el

botón “Next”. Hecho esto ILWIS creara otra tabla con el mismo nombre del archivo de ingreso.

9. Seguimos con los pasos indicados en la guía de trabajo y obtenemos una ventana donde

Inmediatamente ILWIS creara un mapa de puntos y se desplegara la ventana de dialogo para

visualizar mapas. En esta ventana, presionar el botón “Symbol” y de la nueva ventana seleccionar en

Fill Color cualquiera que no sea transparente, más abajo en size (pt) colocar el valor de 1 en las dos

casillas y presionar el botón “OK”.

10. Ahora debemos generar el MDE en base a puntos colectados por el método de cuadricula regular.

Obtendremos la siguiente imagen.

11. Después debemos obtener la modelación en 3D tal siguiendo los pasos desde el inciso ‘’cc’’ de la

guía:

12. Ahora debemos generar un MDE con los puntos obtenidos en las practicas 3 y 5, para esta parte

tenemos que crear un archivo de puntos p-3,5.txt para darnos cuenta que se trata de las

coordenadas de las practica 3 y 5 respectivamente y con esto seguir los pasos ya mencionados para

la obtención de MDE a partir de un archivo .TXT Seguimos exactamente los mismos pasos.

5.- PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

i. MDE CREADO DE CURVAS DE NIVEL EQ=5 METROS

ii. MDE CREADO DE CURVAS DE NIVEL DE LA PRACTICA 7

iii. MDE CREADO DEL MCR, ARCHIVO “PTOS_F15_136_137_138.TEX

iv. MDE CREADO DE COORDENADAS CALCULADAS EN PRÁCTICAS 3,5

v. VISUALIZACION 3D MALLA PARA EL INCISO i

vi. VISUALIZACION 3D MALLA PARA EL INCISO ii

vii. VISUALIZACION 3D MALLA PARA EL INCISO iii

viii. VISUALIZACION 3D MALLA PARA EL INCISO iv

ix. VISUALIZACION 3D MDT CON IMAGEN PARA EL INCISO i

x. VISUALIZACION 3D MDT CON IMAGEN PARA EL INCISO ii

xi. VISUALIZACION 3D MDT CON IMAGEN PARA EL INCISO iii

xii. VISUALIZACION 3D MDT CON IMAGEN PARA EL INCISO iv

6.- ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

Ahora analizaremos el valor que nos dio al principio en el proceso de georeferenciacion, notemos que Al realizar la

Georeferenciación a partir de los puntos de control, vemos que hasta el tercer punto de control el valor residual es

0, y al insertar el cuarto punto, el programa ya calcula automáticamente los valores residuales, por lo cual el cuarto

punto es dado automáticamente por el programa y así tenemos un sigma que significara el error medio cuadrático

que tendrá nuestro modelo digital de elevación.

Si el valor de sigma es pequeño por lógica tendremos un valor mínimo de error en nuestro trabajo, por lo cual si

nuestro valor es de: sigma=0.416, aceptamos este trabajo ya que el valor de sigma es satisfactorio.

También se tiene que tomar en cuenta que al georeferenciar utilizamos coordenadas UTM en el sistemaWGS-84,

en la zona 19 ya que las coordenadas proporcionadas en el archivo ‘’PUNTOS.TXT’’ vemos que tenemos valores que

corresponden a la zona 19 como ya se menciono en anteriores practicas.

Otro factor que nos hacer verificar esta situación de la zona es que simplemente cuando trabajamos obteniendo los

400 puntos trabajamos en la zona 19 ya mencionada.

Debemos tomar en cuenta cual es la mejor representación de la superficie terrestre por lo cual nos pondremos en

calidad de observadores y simplemente elegiremos cual de los modelos es el más adecuado y se asemeja a la

realidad.

Mejor MDE obtenido por la digitalización de las curvas

Este fue elegido el mejor modelo ya que si lo comparamos con una imagen extraída del google earht podemos ver

que realmente se asemeja mucho a la realidad.

7.- CONCLUSIONES

• Gracias al programa del ILWIS pudimos generar vistas en 3D, a través de varios documentos,

obtenidos en anteriores prácticas, y algunos otros enviados por el docente.

• Pudimos darnos cuenta de la importancia que tiene un modelo digital de elevación para un ingeniero

civil, que desea optimizar su trabajo consiguiendo calidad y menor costo en sus trabajos.

• Gracias a las comparaciones realizadas podemos concluir hablando acerca de cada uno de los

métodos:

� Para el método de las curvas, su precisión radica en la exactitud con la que tracemos nuestras

curvas de nivel.

� Para el método en el que usamos los puntos dados, como los puntos son dados, el error que

estos puedan tener no dependen del el trabajo realizado por nosotros.

� Para el método de los 400 puntos obtenidos de la práctica 3 y 5, la precisión de dicho

método depende de los trabajos realizados con anterioridad.

� Por último para el método en el que hacemos uso del mapa cartográfico, este básicamente

depende la cantidad de curvas de nivel con las que hayamos trabajado en la práctica 7.

8.- RECOMENDACIONES

• Es importante seguir todos los pasos especificados en la práctica de lo contrario no tendremos

buenos resultados

• Tener mucho cuidado al usar los distintos archivos para la generación de las vistas en 3D.

• Hacer uso de los programas computacionales, para obtener una mayor precisión.