UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE …

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOGRAFICA

ACTUALIZACIÓN CARTOGRÁFICA CON IMÁGENES

SATELITALES

Mauricio Alfredo Arce Neira

Gonzalo Luís Ortega Candia

2005

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA GEOGRAFICA

ACTUALIZACIÓN CARTOGRÁFICA CON IMÁGENES

SATELITALES

“TRABAJO DE TITULACIÓN PRESENTADO EN CONFORMIDAD A

LOS REQUISITOS PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO DE

EJECUCIÓN EN GEOMENSURA”

Profesor Guía: Martín Olivares Altamirano

Mauricio Alfredo Arce Neira

Gonzalo Luís Ortega Candia

2005

Resumen

Desde que el ser humano logra entender el concepto de

Ubicación, fue ahí donde se comienzan a generar los primeros

bosquejos, croquis y dibujos del territorio en que habitaban, los que a

lo largo de los años fue mejorando y con los avances tecnológicos se

convirtieron en lo que hoy en día se conoce como una ciencia llamada

Cartografía.

Dentro de los diferentes métodos de producción Cartográfica,

los que se han ido mejorando a lo largo de los años, la Teledetección

puede y es un gran aporte en la integración e innovación de las

diferentes tecnologías referentes a la Información Territorial.

Es por esto, que este trabajo va dirigido a la aplicación de la

Teledetección en el área de la Cartografía, principalmente y como

titulo del tema en la Actualización Cartográfica con Imágenes

Satelitales, específicamente del satélite Landsat ETM+ y un Modelo

Digital de Elevación (MDE) del programa espacial SRTM.

En el desarrollo se verán los aspectos teóricos, técnicos y las

metodologías que ocupa la Teledetección en el tratamiento de las

Imágenes Satelitales, se trataran temas como por ejemplo, los

fundamentos físicos de la Teledetección, sensores remotos, el

programa espacial de Landsat, Imágenes Satelitales, Modelos

Digitales de Elevación (MDE), sus errores y correcciones, se realizara

y analizará una Ortorectificación a la Imagen Satelital para su

aplicación Cartográfica. Todo con el propósito de la integración de

esta Tecnología en los métodos tradicionales de generación

Cartográfica, para obtener como resultado final un documento

cartográfico llamado Espaciocarta y realizar un Estudio de crecimiento

urbano específicamente en la comuna de Puente Alto.

Se busca finalmente en este trabajo de titulación, dejar a la

Teledetección y a los productos provenientes de los programas

espaciales como las Imágenes Satelitales y los Modelos Digitales de

Elevación (MDE), como una alternativa a la Actualización y Generación

de Cartografía.

Palabras Claves (keyworks)

1. Imágenes Satelitales

2. Modelo Digital de Elevación

3. Teledetección

4. Landsat ETM+

Abstract

Since humans understood the concept of “location”, the first

drafts and drawings of the area and territory they inhabited were

created. Time and technological advances improved these and

eventually became that we now know as Cartography.

Among the different cartography methods, progressively better

thrown the years, Teledetection is undoubtedly a major contribution

to the integration and innovation in territorial information.

This is a work that go direct to the application of Teledetection

for the area to cartography its name is “Cartography Actualization

with Satellital Images” especially whit Satellite Landsat ETM+ and

Digital Elevation Model (DEM) from SRTM Spatial Program.

The development we will see them with theoric tecnics aspects

the Teledetection use some methods for treatment of Satellital

images, you will see topics likes physics fundamentals of

Teledetection, remote sensor, spatial program of Landsat, Satellital

images, Digital Elevation Models (DEM) its mistakes and corrections it

will realize and analyse a Orthorectify to Satellital images for its

cartography applies. The purpose of integration for this Technology

into traditional methods of cartographic generate, for obtain like a

result a paper cartographics called Space-map and realize a study

about the urban grow up specific in Puente Alto district.

Finally, you will see in this work, show you that the

Teledetection and some products from spatial programs whit Satellital

Images and Digital Elevation Models (DEM), like an alternative of

actualization and Cartography generate.

Índice General

Paginas

Capitulo 1 ......................................................................................... 1

1. Introducción ............................................................................... 1

1.1 Antecedentes Generales........................................................... 4

1.2 Estado Actual en el Tratamiento del Problema ............................. 5

1.3 Hipótesis ............................................................................... 5

1.4 Formulación de Objetivos ......................................................... 6

1.4.2 Objetivos Específicos ......................................................... 6

1.5 Metodología del trabajo ........................................................... 7

1.6 Material Disponible.................................................................. 9

Capitulo 2 ........................................................................................10

2.1 Teledetección ........................................................................10

2.2 Componentes de un Sistema de Teledetección ...........................11

2.3 Fundamentos Físicos de la Teledetección ...................................13

2.4 Radiación Electromagnética .....................................................14

2.5 Espectro Electromagnético ......................................................15

2.6 Plataformas Satelitales ...........................................................17

2.6.1 Orbita Geosincrona...........................................................17

2.6.2 Orbita Heliosincrona .........................................................17

2.7 Sensores Remotos .................................................................18

2.7.1 Sensores Pasivos .............................................................18

2.7.2 Sensores Activos..............................................................18

2.8 Resolución del Sensor Remoto .................................................19

2.9 Imágenes Satelitales ..............................................................20

2.9.1 Errores en la captación de una Imagen Satelital....................24

2.10 Programa Landsat ................................................................26

2.10.1 Landsat-7......................................................................27

2.10.2 Orbita del Satélite Landsat-7 ............................................28

2.10.3 Sensor ETM+ .................................................................29

2.10.4 Niveles de Corrección de la imagen Landsat ETM+ ..............30

2.11 Procesamiento de las Imágenes Satelitales ..............................31

2.11.1 Correcciones Radiométricas .............................................31

2.11.2 Correcciones Geométricas................................................33

2.12 Modelos del Terreno .............................................................42

2.12.1 Tipos de modelos ...........................................................42

2.12.2 Captura de Datos ...........................................................49

2.12.3 Métodos de Construcción del MDE.....................................52

2.11 Ortorectificación...................................................................56

2.14 Cartografía..........................................................................58

2.12.1 Base de la Cartografía .....................................................58

2.12.2 Formas de la tierra .........................................................58

2.12.3 Coordenadas..................................................................61

2.15 Noción de Escala ..................................................................63

2.15.1 La Escala de una Carta ....................................................64

2.16 Proyecciones Cartográficas. ...................................................65

2.16.1 Sistema de proyección Universal Transversal de Mercator

(UTM).....................................................................................65

2.17 Datum................................................................................67

2.15.1 Sistema WGS84 (World Geodesic System 1984) .................67

Capitulo 3 ........................................................................................70

1. Desarrollo..................................................................................70

3.1 Análisis de los Materiales ........................................................70

3.1.1 Imagen Landsat ...............................................................71

3.1.2 Cartografía Escala 1: 50000...............................................78

3.1.3 Modelo Digital de Elevación (SRTM) ....................................80

3.2 Procedimientos de Corrección de los DTED.................................88

3.3 Proceso de Ortorectificación.....................................................94

3.3.1 Modelo Orbital o Riguroso..................................................94

3.3.2 Modelo de Funciones Racionales .........................................98

Capitulo 4 ......................................................................................101

4. Análisis de Procedimientos y Resultados.......................................101

4.1 Elección de los Puntos de Control (GCPs).................................106

4.2 Análisis de valores Residuales por Funciones Racionales ............107

4.3 Análisis de valores Residuales por Modelos Orbitales .................112

Capitulo 5 ......................................................................................117

5. Aplicaciones.............................................................................117

5.1 Espaciocarta........................................................................117

5.1.1 Tipos de Espaciocartas ....................................................118

5.1.2 Utilización de un Espaciocarta ..........................................119

5.1.3 Escala de la Espaciocarta.................................................120

5.2 Análisis de Crecimiento Urbano ..............................................122

5.2.1 Censos .........................................................................122

5.2.2 Ley de Censos ...............................................................123

5.2.3 Censo a Nivel Nacional ....................................................123

5.2.4 Censo a Nivel Regional....................................................124

5.2.5 Ciudad de Santiago de Chile ............................................128

5.2.6 Proceso de Vectorización .................................................129

5.2.7 Expansión Urbana ..........................................................130

Conclusiones ..................................................................................136

Glosario de Términos .......................................................................141

Referencias Bibliografiítas.................................................................143

Índice de Figuras

Páginas

Figura 2,1.- Componentes de un Sistema de Teledetección................... 12

Figura 2,2.- Onda Electromagnética................................................... 14

Figura 2,3.- Espectro Electromagnético.............................................. 15

Figura 2,4.- Componentes de una Imagen satelital.............................. 21

Figura 2,5.- Satélite Landsat-7 ETM+................................................ 27

Figura 2,6.- Oscilación Polinómica..................................................... 37

Figura 2,7.- Ejemplo de Interferograma............................................. 51

Figura 2,8.- Ilustración de una ortoimagen (Manual Erdas)................... 57

Figura 3,1.- Bandas de la Imagen Landsat-7 ETM+.............................. 73

Figura 3,2.- Imagen Composición Falso Color Convencional (combinación

bandas 4, 3, 2)............................................................................... 74

Figura 3,3.- Imagen Landsat-7 ETM+ cruda........................................ 76

Figura 3,4.-Límite de la zona de estudio en ambas imágenes............ 78-79

Figura 3,5.- Esquema General del SRTM............................................ 81

Figura 3,6.- Antena Radar Principal.................................................. 81

Figura 3,7.- Antena Radar Externa................................................... 82

Figura 3,8.- Método Single Pass....................................................... 83

Figura 3,9.- DTED0; DTED1; DTED2 respectivamente de la misma

zona.............................................................................................. 86

Figura 3,10.- DTED2 entre 33° y 34° (Latitud) y entre los 70° y 72°

(longitud)...................................................................................... 87

Figura 3,11.- Ejemplo de vacío DTED2............................................... 88

Figura 3,12.- Landsat 7 ETM+ combinación RGB de la misma zona en que se

encuentra el vacío de la (figura 3,11)................................................ 89

Figura 3,13.- Curvas de nivel sobre DTED2........................................ 90

Figura 3,14.- DTED2 corregido sin vacíos........................................... 91

Figura 3,15.- Proyección DTED a coordenadas UTM............................. 92

Figura 3,16.- Modelo Digital de Elevación de la zona de estudio............ 93

Figura 3,17.- Elección del modelo matemático en Orthoengine.............. 95

Figura 3.19.- Distribución GCPs Imagen L1G Landsat-7 ETM+.............. 99

Figura 3.20.- Distribución GCPs Imagen cruda Landsat-7 ETM+............ 100

Figura 4,1.- Movimientos internos del Sensor..................................... 102

Figura 4,2.- Referente Geocéntrico y Referente Orbital....................... 103

Figura 4,3.- Ejemplo de (a) barrido lineal; (b) barrido no lineal............ 104

Figura 4,4.- Imágenes Landsat L1G (a) y Landsat 0R (b) Ortorectificadas con

Funciones Racionales..................................................................... 109

Figura 4,5.- Calce de Cuencas con Funciones Racionales en Imagen Landsat

L1G (a) y Landsat 0R (b)................................................................. 110

Figura 4,6.- Imágenes Landsat L1G (a) y Landsat 0R (b) Ortorectificadas con

Modelo Orbital............................................................................... 113

Figura 4,7.- Calce de Cuencas con Modelo Orbital en Imagen Landsat L1G

(a) y Landsat 0R (b)....................................................................... 114

Figura 4,8: Ortoimagen de Santiago de Chile en 3D............................ 116

Figura 5,1.- Región Metropolitana Landsat ETM+................................. 126

Figura 5,2.- Ciudad de Santiago de Chile en Imagen Landsat TM(a) y

Landsat ETM+ (b) con Fecha 17 de Marzo de 1989 y Fecha 19 de Enero del

2003 respectivamente.................................................................... 127

Figura 5,3.- Comparación de coberturas............................................ 129

Figura 5,4.- Expansión Urbana de Santiago........................................ 132

Figura 5,5.- Imagen Landsat TM, de 1989 Puente Alto (a) e Imagen Landsat

ETM+, de 2001 Puente Alto (b)........................................................ 135

Índice de Formulas

Páginas

Formula n°1.- Teoría Ondulatoria...................................................... 14

Formula n°2.- Teoría Cuantica.......................................................... 14

Formula n°3.- Asignación de colores a la Imagen Satelital .................... 21

Formula n°4.- Formula General de Transformación de Coordenadas de una

Imagen........................................................................................ 36

Formula n°5.- Ecuación Lineal........................................................... 36

Formula n°6.- Ecuación de transformación para un polinomio de orden t. 37

Formula n°7.- Error Medio Cuadrático (RMS) ....................................... 38

Formula n°8.- Promedio de Error Longitudinal (ELM)............................. 39

Formula n°9.- Formula Genérica de un MDE......................................... 45

Formula n°10.- Formula General de IDW (Ponderación Inversa de la

Distancia)....................................................................................... 53

Formula n°11.- Ajuste de una ecuación polinómica a un plano (Superficie de

Tendencia)..................................................................................... 54

Formula n°12.- Superficie de tendencia de orden k.............................. 54

Formula n°13.- Achatamiento Terrestre............................................. 60

Formula n°14.- Precisión teórica de un documento cartográfico a partir de

imágenes satelitales........................................................................ 120

Índice de Tablas

Páginas

Tabla 2,1.- Características de la Región Espectral................................. 16

Tabla 2,2.- Diferencia entre los distintos Sensores Landsat.................... 29

Tabla 2,3.- Parámetros elipsoidales del sistema WGS84........................ 67

Tabla 3,1.- Comparación general entre la Imagen Landsat-7 nivel L1G y la

Imagen Landsat-7 nivel 0R (cruda).................................................... 77

Tabla 4,1.- Residuales obtenidos de Funciones Racionales................... 107

Tabla 4,2.- Residuales totales de Funciones Racionales....................... 108

Tabla 4,2.- Residuales del Modelo Orbital.......................................... 112

Tabla 4,3.- Residuales totales del Modelo Orbital................................ 113

Tabla 5,1.- expansión urbana y crecimiento de la población a nivel

comunal................................................................................. 130-131

Índice de Gráficos

Páginas

Grafico 5,1.- Población total Chilena últimos seis años censales. Fuente:

datos INE...................................................................................... 124

Grafico 5,2.- Distribución en porcentaje de la población chilena por regiones.

Fuente de datos INE....................................................................... 125

Grafico 5,3.- cantidad de habitantes región metropolitana. Fuente de datos

INE.............................................................................................. 126

Grafico 5,4.- Área urbana de Santiago en los años 1998 y 2001........... 128

Grafico 5,5.- Comunas con mayor cantidad de habitantes.................... 134

Agradecimientos

El presente proyecto de titulo representa el final de uno de los

desafíos más difíciles que he pasado en mi vida, que es mi paso por la

Enseñanza Superior, fruto de varios años de estudio y esfuerzo que se

ven reflejados ahora en el termino de mi carrera Universitaria.

Principalmente quiero dedicar este gran logro a mi familia, que fue el

pilar fundamental y de la cual me siento muy orgulloso de pertenecer,

a mis Padres Juan Ortega y Maria Eugenia Candia, a mis hermanos

Lorena, Juan Ignacio y Javier Alonso, también a mis abuelos Mario

Candia y Carmen Rojas, a todos mis tíos y en particular a mi tío Mario

Candia, darles las gracias por todo el apoyo, por que soportaron

muchas veces mi mal genio, mi carácter, decirles que los quiero

mucho a todos y que al fin con orgullo les puedo decir ¡¡¡¡¡ LO LOGRE

!!!!!, también a mi polola Victoria Fuenzalida quiero decirte que Te

Amo Muchote y que has sido un gran apoyo en todo este tiempo que

hemos estado juntos.

Gonzalo Ortega Candia

Ingeniero de Ejecución en Geomensura

Universidad de Santiago de Chile 1

Actualización Cartográfica con Imágenes Satelitales

Capitulo 1

1. Introducción

Gracias a los avances tecnológicos hoy en día se cuenta con

satélites artificiales, producidos por el hombre, los que tiene la

capacidad de tener una visión panorámica de toda la superficie

terrestre. Ya sean, con fines de investigación, comercial o bélicos,

estos satélites tienen la propiedad de ser una herramienta para el

beneficio propio de la humanidad.

La carrera espacial tiene sus principios en la Guerra Fría, el

primer satélite artificial fue puesto en orbita el 4 de Octubre de 1957,

fue el Sputnik, lanzado por la ex Unión de Republicas Socialistas

Soviéticas (URSS), con fines netamente militares. En 1960, la NASA

lanza su primer satélite de la serie TIROS, con el objeto de detectar

cambios meteorológicos, el que ha permitido el control de las

condiciones atmosféricas o evitando posibles desastres naturales. Así

como estos primeros satélites, muchos más han sido lanzados al

espacio con diferentes objetivos y diferente tecnología, lo que ha

permitido al ser humano, estudiar el espacio y sus fenómenos,

mejorar la tecnología en telecomunicaciones y realizar un sin fin de

estudios acerca del planeta Tierra.



Una de las aplicaciones mas desarrolladas de los satélites

artificiales y que ha producido un gran beneficio en diferentes

ámbitos, son las Imágenes Satelitales, las que gracias a la

construcción de sensores remotos más avanzados, han permitido que

a través de ellas se aumente la capacidad de visualizar y discriminar

los diferentes fenómenos geográficos, atmosféricos, ambientales,

crecimiento urbano, y otros tipos de cubiertas que se encuentran en

la superficie terrestre.

Las ventajas del uso de las Imágenes Satelitales, es que cuenta

con numerosas aplicaciones y además es una herramienta

complementaria a los procesos convencionales de observación como

son la fotografía aérea, o trabajos de terreno. Gracias a que la

observación remota se realiza a una gran altura es posible tener una

visión panorámica de una gran superficie en la tierra, siendo por

ejemplo, mayor el área de cobertura que el método de la fotografía

aérea; otra de las ventajas es que por las características orbitales del

satélite se cuenta con una gran cobertura global y periódica de la

superficie terrestre, permitiendo entre otras cosas obtener imágenes

de zonas inaccesibles por otros medios; las Imágenes Satelitales

ofrecen también información sobre regiones no visibles del espectro,

esto es en áreas que no pueden ser vistas por el ojo humano o

tomadas por la fotografía convencional, es el caso del infrarrojo medio

y térmico o las micro-ondas, donde estas bandas pueden aportar

información para estudios medioambientales; el formato digital de las

imágenes satelitales hace posible que los procesos de interpretación

se hagan de manera rápida.



Como principio de ubicación, orientación y comunicación el

hombre desde sus inicios ha confeccionados mapas, los que le han

servido para localizar y ubicar cualquier tipo de superficie terrestre.

Con el tiempo la generación de mapas y la cartografía convencional se

ha visto beneficiada por los cambios tanto en los procesos de geo-

referenciación, como los avances tecnológicos en la obtención de

información geográfica, siendo la teledetección o percepción remota

una de las tecnologías que puede aportar al desarrollo cartográfico.

Bajo los conceptos nombrados anteriormente y otros como son

los Sistema de Información Geográfica (SIG), La Fotogrametría, el

Sistema de Posicionamiento Global GPS, apuntan a una integración de

todas estas técnicas en un termino común como es La GEOMATICA,

definida por La Organización Internacional de Estandarización

(ISO19100 TC/211) como:

“Un campo de actividades que integra todos los medios

utilizados para la adquisición y gestión de datos espaciales necesarios

para las actividades científicas, administrativas, legales y técnicas

involucradas en el proceso de producción y gestión de la información

espacial”

En definitiva lo que busca este proyecto es desarrollar y estimar

las capacidades de las imágenes satelitales Landsat ETM+ en la

actualización cartográfica, específicamente en este caso en la capital

de la Región Metropolitana, en pos del desarrollo del Ingeniero de

Ejecución en Geomensura en el área de las Geociencias.



1.1 Antecedentes Generales

La tecnología espacial a través del uso de satélites y de sus

productos como son las Imágenes Satelitales, han demostrado ser de

gran utilidad hoy en día para la visualización de fenómenos como son

el crecimiento demográfico de las ciudades debido a la necesidad de

aprovechar los recursos naturales y de espacio, la planificación

urbana, identificación de posibles desastres naturales, etc.

Demuestran con ello que podrían ser de gran utilidad en los procesos

de actualización cartográficas, mediante metodología más rápida y de

menor costo.

La geografía del territorio y los distintos tipos de climas que

existen en nuestro país, dificultan los procesos de actualización

cartográfica en algunas zonas. La teledetección podría ser una

alternativa de solución que permitiría, aun cuando, el clima fuera

desfavorable, realizar este proceso de actualización cartográfica

disminuyendo el costo y el tiempo en el proceso del mismo.

La idea de este proyecto es demostrar que a través de

imágenes satelitales Landsat ETM+ y un Modelo Digital de Elevación

(MDE) de la misma zona (Santiago) se puede realizar una generación

y actualización cartográfica digital; la escala seria 1:50.000 todo

depende de la precisión que se pueda obtener según la imagen

Landsat ETM+, de acuerdo a esto y con el tratamiento respectivo de

la información a través de sus resultados poder comparar y validar la

cartografía existente del IGM.



1.2 Estado Actual en el Tratamiento del Problema

El Instituto Geográfico Militar es la institución que se preocupa

de mantener la totalidad de la cartografía territorial en un constante

proceso de actualización, de acuerdo a esto se puede notar que para

realizar la actualización cartográfica, la teledetección puede ser una

herramienta que puede aportar mayor rapidez y menor costo, por

ejemplo, en estudios de crecimiento urbano, identificación de nuevas

carreteras, suelos agrícolas, etc.

1.3 Hipótesis

A través de Imágenes Satelitales y un Modelo Digital de

Elevación (MDE) se puede realizar una actualización cartográfica a

escala 1:50.000.



1.4 Formulación de Objetivos

1.4.1 Objetivo General

Actualización Cartográfica con Imágenes Satelitales, partiendo

de la base la utilización de imágenes Landsat ETM+ y un Modelo

Digital de elevación (MDE).

1.4.2 Objetivos Específicos

Demostrar que el uso de Imágenes Satelitales, de acuerdo a sus

características son de gran utilidad en la generación y actualización

cartográfica.

Realizar los procedimientos de corrección a la Imagen Satelital y

al Modelo Digital de Elevación, con el fin de la generación de una

Ortoimagen.

De acuerdo a los cambios en la cartografía ver por ejemplo el

crecimiento de las zonas urbanas y de población, identificación de

carreteras principales, embalses, ríos, tipos de suelo, etc. Ocupando

como temas obligatorios: Correcciones Geométricas, Ortorectificación,

MDE, Actualización y Generación de Cartografía.



1.5 Metodología del trabajo

Se darán tópicos obligatorios como son los Fundamentos de la

Teledetección, Tipos de Sensores, Resolución de un Sensor, definición

de lo que es una Imagen Satelital; esta primera parte tratara acerca

de los conceptos generales de la Percepción Remota, conceptos

importantes a la hora de trabajar con Imágenes Satelitales.

Dar una descripción completa del Programa del satélite Landsat

ETM+ y todo lo correspondiente a este; el tipo sensor, las

resoluciones, la geometría del sensor, bandas etc.

Procesamiento de correcciones de la imagen; Corrección

radiométrica y geométrica, métodos de remuestreo, niveles de

corrección en que vienen las imágenes Landsat ETM+.

Modelo Digital de Elevación MDE; tipos de modelos de

elevación; características de su construcción, ya sean, por distintos

métodos de captura de datos o diferentes fuentes de información, y la

importancia que este tiene para el uso en la ortorectificación.

Como este estudio trata también de Cartografía, irán conceptos

relacionados con esta como son la forma de la tierra, tipos de

coordenadas, escala, proyecciones cartográficas, Datum, etc.

Información que los Ingenieros de Ejecución en Geomensura deben

conocer bien a la hora de trabajar en todo lo que respecta a

información geoespacial.



Se hará un análisis del material usado para este trabajo, ya sea

a las distintas Imágenes Satelitales y sus niveles de corrección; a la

información digital facilitada por el Instituto Geográfico Militar; al

Modelo Digital de Elevación y su tratamiento antes de realizar el

proceso de ortorectificación a la imagen satelital.

Análisis de coberturas a identificar; Según escala requerida y

tamaño del píxel visualizar coberturas a actualizar, como centros

urbanos, vías principales, vegetación e hidrografía). Procedimiento de

clasificación y elección de las distintas coberturas para su posterior

vectorización.

Vectorización de coberturas; Creación de archivo en el cual se

encuentre las distintas coberturas vectorizadas, Esta nueva cobertura

posee información planimétrica, hidrográfica y áreas de crecimiento

urbano, también la edición de vectores y creación de archivos en

formatos de fácil manejo Autocad, Arcview y otros programas de

procesamiento de datos geoespaciales.

Una de las informaciones primordiales es conocer la última

fecha de actualización del IGM, para así poder notar todos los cambios

que se han venido sucediendo desde su última confección.

Terminado el proceso de la actualización hacer un análisis del

crecimiento demográfico apoyándose de la información del censo

1992 y el último del año 2002.



1.6 Material Disponible

- Imagen Landsat ETM+, fecha de la adquisición 19 de Enero del

2003, correspondientes al WRS Fila (Path) 233 y columna (Row)

083, con un nivel de corrección L1G el que se explicara con más

detalle dentro del proyecto.

- Imagen Landsat-7 ETM+, fecha de la adquisición 10 de Octubre

del 2001, correspondientes al WRS Fila (Path) 233 y columna

(Row) 083, con nivel 0R.

- Modelo Digital de elevación Radar de nivel2 (dted2) del

programa SRTM, de la Región Metropolitana.

- Cartografía base del Instituto Geográfico Militar a escala 1:

50.000 de la zona de Santiago.

- Software PCI Geomatics v. 9.1

- Software Global Mapper v. 6.0



Capitulo 2

2. Fundamentos Teóricos

2.1 Teledetección

La teledetección o percepción remota es la técnica de realizar

observaciones ha un objeto sin necesidad de tener contacto físico con

él, en otras palabras, es realizar observaciones de la superficie de la

tierra a través de sensores remotos ubicados en plataformas

satelitales o aviones. Este mismo concepto es utilizado en otras áreas

de las geociencias.

Para realizar este tipo de observación es necesario tener en

cuenta de que entre los objetos y el sensor debe existir una

interacción energética, de acuerdo a esto, se puede decir que cada

objeto que se encuentra en la superficie terrestre, emite una

reflectancia, que puede ser emitida por el objeto mismo en virtud de

su propia temperatura, por un foco energético exterior que seria el

Sol o de un haz energético artificial con emisión propia. Toda esta

información es captada y almacenada en el satélite y en las

estaciones receptoras para su posterior uso y aplicación.



2.2 Componentes de un Sistema de Teledetección

Los elementos básicos que influyen en la Teledetección son:

1.- Fuente de Energía. Representa de donde proviene la

radiación electromagnética que es captada por el sensor;

provenientes desde un foco exterior al sensor (Sol), o emitida por el

mismo.

2.- Superficie Terrestre. Corresponde a todas las coberturas

que se encuentran en la superficie terrestre, vegetación, agua,

construcciones humanas, etc. Que absorben y reflejan la señal

energética según sus propias características físicas.

3.- Sistema Sensor. Compuesto por el sensor y la plataforma

satelital en que se encuentra; es el que recepciona la información de

las cubiertas, las codifica, las almacena y posteriormente las envía al

Sistema de Recepción.

4.- Sistema de Recepción. Recibe y Graba la información

emitida por el satélite, realizándoles algunas correcciones y las

distribuye.

5.- Interprete. Convierte la información según las necesidades

propias, realizando tratamiento visual y digital, para el estudio que

esté realizando.



6.- Usuario Final. Es a quien finalmente va dirigido el estudio y

trabajo.

Figura 2,1: Componentes de un Sistema de Teledetección



2.3 Fundamentos Físicos de la Teledetección

De acuerdo a la interacción que existe entre el sensor y la

superficie terrestre, nombrada anteriormente, existen tres formas de

adquirir información a través del sensor estas son:

1.- Reflexión. Siendo la más importante debido a que proviene

de la principal fuente de energía del planeta El Sol. Al iluminar la

superficie terrestre, esta es reflejada en función a la cubierta

presente.

2.- Emisión. El sensor es capaz de captar la energía emitida

por las propias cubiertas.

3.- Emisión-Reflexión. El sensor genera su propio haz de

energía, el que es posteriormente recoge la reflexión producida por el

mismo.

Ese flujo energético entre el sensor y cubierta se le llama

radiación electro-magnética. La energía se transfiere de un cuerpo a

otro por tres procesos: convección, conducción y radiación.

Siendo esta ultima con la que se trabaja en Teledetección.



2.4 Radiación Electromagnética

La Radiación Electromagnética se explica por dos teorías.

1.- Teoría Ondulatoria. La energía electro-magnética es

transmitida a través de un modelo armónico y continuo. A mayor

longitud de onda menor frecuencia y viceversa.

FC ×= λ (Formula n°1)

C= velocidad de la luz (3 x 108 m/s)

λ = Longitud de onda (µm micrómetros)

F = Frecuencia (Hz)

2.- Teoría Cuantica. Todo cuerpo radiante emite energía

electro-magnética de forma discreta y no continua. A mayor longitud

de onda o menor Frecuencia el contenido energético será menor y

viceversa.

FhQ ×= (Formula n°2)

Q = Energía Radiante (julios)

F = Frecuencia (Hz)

h = Constante de Plank (6.6 x 10-34 Js)

Figura 2,2: Onda electromagnética



2.5 Espectro Electromagnético

“De las formulas anteriores, se deduce que se puede definir

cualquier tipo de energía radiante en función de su longitud de onda o

frecuencia. Aunque la sucesión de valores de longitud de onda es

continua, suelen establecerse una serie de bandas en donde la

radiación electro-magnética manifiesta un comportamiento similar. La

organización de estas bandas de longitudes de onda o frecuencia se

denomina espectro electro-magnético”. (Chuvieco, 1996).

El espectro electromagnético se divide en regiones que se basan

en longitudes de onda, que pueden ir desde los Rayos Gamma con

longitudes de onda corta 10-12 µm, hasta las ondas de radio con

longitudes de hasta kilómetros. Esas regiones antes nombradas se les

denomina bandas, las cuales tienen sus propias frecuencias medidas

en hertz y longitudes de ondas que van desde los micrómetros hasta

los kilómetros.

Figura 2,3: Espectro Electromagnético



A continuación se muestra un esquema del espectro

electromagnético que representa las características de cada región

espectral.

Región Espectral (bandas)

Longitud de onda (λ)

Características

Rayos Gamma < 0,03 nm

Radiación completamente absorbida por las capas superiores de la atmósfera. No

se usa en teledetección Rayos X

0,03 - 30 nm Radiación completamente absorbida por la

atmósfera. No se usa en teledetección

Ultravioleta

0,03 - 04 µm La radiación con λ<0,3µm es completamente absorbida por la capa de

ozono Visible (azul, verde y rojo)

0,4 - 0,7 µm Se puede detectar a través de fotodetectores y películas fotosensibles

normales (color y B/N). Infrarrojo Próximo

0,7 - 1,3 µm Discrimina masas vegetales y concentraciones de humedad.

Infrarrojo Medio 1,3 - 8 µm Estima contenido de humedad en la vegetación y detección de focos de alta

temperatura. Infrarrojo Térmico

8 - 14 µm

detecta el calor proveniente de la mayor parte de la cubierta terrestre

Micro-Ondas 0,1 - 100 cm

Radiación de grandes longitudes de onda, capaces de penetrar nubes, nieblas y lluvia

Ondas de Radio > 100 cm

Radiación con las mayores longitudes de onda del espectro. Usadas en

telecomunicaciones

Tabla 2.1: Características de la región espectral



2.6 Plataformas Satelitales

Las plataformas satelitales son las que sostienen en el espacio a

los distintos sensores que circundan al Globo Terrestre, a este

itinerario de desplazamiento se le denomina Orbita. Cuando las

plataformas satelitales se encuentran orbitando la tierra, comienzan a

recopilar información temática de toda la cubierta terrestre, en

función de las características propias del sensor a bordo de ellas.

Existen dos tipos de Orbitas:

2.6.1 Orbita Geosincrona

Esta es una orbita circular a gran altura, a la que se le

denomina geoestacionaria por que se sincroniza al movimiento de

rotación terrestre, obteniendo buenas resoluciones temporales.

2.6.2 Orbita Heliosincrona

Esta es una orbita elíptica, que aprovecha el movimiento de

rotación de la tierra para situarse en el mismo punto cada cierto

tiempo con similares características de adquisición.



2.7 Sensores Remotos

Es el instrumento que se encuentra en la plataforma satelital

capaz de captar la energía procedente de la cubierta terrestre. Existen

dos tipos de sensores:

2.7.1 Sensores Pasivos

Están limitados a recopilar y almacenar la energía

electromagnética emitida por las cubiertas terrestres, que son

reflejadas por los rayos solares o provenientes de su propia

temperatura. Estos sensores se clasifican en: sensores fotográficos

(cámaras fotográficas), sensores óptico-electrónicos (exploradores de

barrido y empuje, y las cámaras de vidicón), y los sensores de antena

(radiómetros de micro-ondas).

2.7.2 Sensores Activos

Tienen la capacidad de emitir su propio haz de energía, el que

luego de la reflexión sobre la superficie terrestre es recibido por el

satélite. El sensor mas conocido es el Radar (radiómetro activo de

micro-ondas), el que puede trabajar en cualquier condición

atmosférica. El otro sensor conocido es el Lidar.



2.8 Resolución del Sensor Remoto

La resolución de un sistema sensor como su habilidad para

discriminar información de detalle (Estes y Simonett, 1975); depende

del efecto combinado de todos sus componentes físicos del sistema.

a) Resolución Espacial: Es la capacidad que tiene el sensor de

distinguir el objeto mas pequeño sobre la imagen. Este objeto se

visualiza en la unidad mínima de información representada en la

imagen, al que se le denomina píxel (Píxel: es un elemento de una

imagen de dos dimensiones, el cual es el más pequeño e indivisible de

una imagen digital (Fegas, 1992)).

b) Resolución Espectral: Indica el número y anchura de las

bandas espectrales que puede discriminar el sensor.

c) Resolución Radiométrica: Relacionado con la sensibilidad

del sensor, es decir, a su capacidad de detectar variaciones en la

radiancia espectral que recibe. Se expresa en el número de bits de

cada uno de los elementos contenidos en la imagen. Generalmente es

28 = 256 niveles por píxel.

d) Resolución Temporal: Frecuencia o periocidad con que el

sensor adquiere imágenes de la misma área de superficie terrestre,

siempre en función de las características orbitales del satélite (altura,

velocidad e inclinación) y de las características del sensor.



2.9 Imágenes Satelitales

Las Imágenes Satelitales están confeccionadas por matrices, en

las que cada celda representa un píxel, las dimensiones de este píxel

dependerá de la Resolución espacial del sensor.

Los sensores registran la radiación electromagnética que

proviene de las distintas coberturas y las almacena en cada píxel, de

acuerdo a los intervalos de longitudes de onda, en las que este

programado el sensor para captar.

Esta energía electromagnética es representada en cada píxel por

un valor digital al cual se le agrega una tonalidad, este valor es

llamado Nivel Digital (ND), la cantidad de niveles digitales que se

podrá representar dependerá de la Resolución Radiométrica del

sensor, para un sensor con Resolución Radiométrica de 8 bit los

niveles digitales varían entre 0 y 255, siendo en la escala de grises el

cero igual al color negro y el 255 igual al color blanco.

La posición de cada píxel en la imagen satelital está

determinada por un eje de coordenadas XYZ.

X: Nº de columna de la matriz.

Y: Nº de fila de la matriz.

Z: Nivel digital (valor de intensidad de la escala de grises).



Figura 2,4: Componentes de una imagen digital.

Las diversas coberturas que existen, emiten radiaciones

electromagnéticas en variadas longitudes de ondas, lo que hace que

las bandas entre si representen en forma distinta las coberturas. Para

obtener una mejor interpretación se realiza una formación aditiva, en

la que se asigna colores a los ND en forma arbitraria y así obtener

una imagen color compuesto.

Los colores que generalmente se utilizan son los colores

primarios: azul, verde y rojo.

Color del píxel:

rojoKverdeKazulKColor ×+×+×= 321

%)100(13

1=∑

=iiK

(Formula n°3)



La asignación de colores más conocida por los usuarios es la del

falso color convencional (R=Red (rojo); G=Green (verde); B=Blue

(azul)), la cual asigna el color azul a la banda del verde, el color verde

a la banda del rojo y el color rojo a la banda del infrarrojo cercano.

La información que se obtiene de las distintas bandas de las

imágenes satelitales, son de gran ayuda en diversos ámbitos tales

como:

1.- Agricultura y recursos forestales: Discriminación de

vegetación, cultivos y tipos de madera, Medición de hectáreas de

cultivo, Estimación de producción agrícola, Monitoreo de tala forestal,

Determinación del vigor de la vegetación, Evaluación de daños de

incendios forestales y de pastizales, Evaluación del hábitat de flora y

fauna silvestre, etc.

2.- Uso de suelo y Mapeo: Clasificación del uso de suelo,

mapeo cartográfico y actualización de mapas, Categorización de

capacidad de suelo, Monitoreo de crecimiento urbano, Planificación

regional, Mapeo de redes de transporte, Mapeo de limites de

suelo/agua, manejo del plano de crecidas, Localización de rutas de

transporte y transmisión, etc.



3.- Geología: Mapeo de las principales unidades geológicas,

Revisión de mapas geológicos, Reconocimiento de ciertos tipos de

rocas, Delineación de rocas no consolidadas y suelos, Mapeo de

intrusiones ígneas, Mapeo de depósitos de superficie volcánicas

recientes, Búsqueda para guías de superficies para mineralización,

Mapeamiento lineal, etc.

4.- Recursos de agua: Determinación de limites de aguas y

áreas de aguas superficiales, Mapeo de planos de inundaciones y

crecidas, Determinación de extensiones de nieve y hielos, Mediciones

de elementos glaciares, Medición de patrones de sedimentos y

turbidez, Delineación de campos irrigados, Inventario de lagos y

tierras húmedas, etc.

5.- Costas: Determinación de patrones de turbidez y

circulación, Mapeo de cambios de contornos de playa, Mapeo de áreas

de aguas profundas y poco profundas, Mapeo de hielos para

navegación, Rastreo de erosión de playa, Rastreo de derrames de

petróleo y contaminantes, Batimetría, etc.

6.- Medio ambiente: Monitoreo de superficies mineras y

reclamación, Mapeamiento y monitoreo de aguas contaminantes,

Determinación de los efectos de desastres naturales, Monitoreo de

efectos ambientales provocados por el hombre, Evaluación de los

efectos de la sequía, Emplazamientos para la eliminación de

desperdicios sólidos, Emplazamientos para centrales eléctricas y otras

industrias, etc.



2.9.1 Errores en la captación de una Imagen Satelital

Dentro de todo el proceso de captación de una escena completa

de una Imagen Satelital aun cuando, la plataforma satelital y el

sensor estén configurados correctamente, no esta exenta de errores

los que se pueden clasificar en 5 tipos básicos.

1.- Distorsiones Provocadas por la Plataforma Satelital

Al igual que le ocurre a un avión pero en menor medida, el

satélite esta sujeto a oscilaciones, sean estas de altitud, velocidad y

orientación de sus tres ejes, producen una alteración de la relación

entre la superficie terrestre y la matriz de los datos de la imagen.

2.- Distorsiones Provocadas por la Rotación de la Tierra

Debido a que cualquier satélite se encuentra a una altitud de la

superficie terrestre y a que se requiere cierto tiempo en la obtención

de una escena completa de una Imagen Satelital, la superficie

terrestre ya se habrá desplazado desde el inicio de la toma de la

imagen hasta el final de la misma.



3.- Distorsiones Geométricas Provocadas por el Sensor

Todo lo que significa la captación de una Imagen Satelital

completa implica un proceso bastante complejo y complicado, en el

cual se pueden producir pequeños errores, los que hagan que por

ejemplo los píxeles de la imagen no sean todos del mismo tamaño.

4.- Distorsiones Radiométricas Provocadas por el Sensor

Cada sensor cuenta con varios detectores por banda, en los que

algunos de ellos puedan sufrir algún tipo de descalibración, lo que

puede producir un efecto de bandeamiento en la imagen y en el caso

más extremo la perdida de píxeles hasta de líneas completas.

5.- Distorsiones Provocadas por la Atmósfera

Debido a la interacción de la Radiación con la Atmósfera.

La corrección de los tres primeros se conoce como Corrección

Geométrica, del cuarto Corrección Radiométrica y del quinto

como Corrección Atmosférica.



2.10 Programa Landsat

Este programa fue elaborado a fines de la década de los 60, por

los Estados Unidos, en el que construyeron el primer satélite

exclusivamente dedicado a la observación de los recursos terrestres;

el primero de estos satélites fue lanzado en Julio de 1972, ya después

del segundo lanzamiento en 1975, este programa se ha convertido en

el proyecto mas fructífero de la teledetección espacial, esto por las

características del satélite, la buena resolución de sus sensores, el

carácter global y periódico de sus observaciones y su buena

comercialización.

Los primeros 3 satélites Landsat tenían como características, su

orbita era Heliosincrona, polar, con altura orbital de 917 Km., orbitaba

la tierra 14 veces diarias y cada 18 días podía volver a la misma

porción de superficie terrestre, llevaban incorporado el sensor

multiespectral scanner (MSS), una de las características de este

sensor era que registraba las imágenes en cuatro bandas del espectro

electromagnético, restringiendo solo al estudio de usos de suelos,

vegetación, rasgos morfológicos y otros a gran escala.

En los programas espaciales Landsat-4 y Landsat-5,

incorporaron otro tipo de sensor el multiespectral Thematic Mapper

(TM), modificando también la fisonomía del satélite y sus

características orbitales, la altura de vuelo se redujo de 917 a 705

km, mejorando el ciclo de recubrimiento de 18 a 16 días para pasar

por la misma porción de superficie terrestre, este nuevo sensor

aumentó enormemente las posibilidades de estudio de cubiertas



terrestres debido al aumento en la cantidad de bandas y su mejor

resolución espacial (Chuvieco, 1996).

2.10.1 Landsat-7

El Satélite Landsat-7 (Figura 2.5) es parte de NASA ESE (Earth

Science Enterprise), un negocio conjunto de NASA y USGS (United

States Geological Survey). El objetivo de esta misión es extender y

mejorar el registro de imágenes de las superficies continentales de

Tierra proveído por el anterior satélite Landsat.

Un lanzamiento de Landsat-7 tuvo lugar sobre un vehículo Delta

2 desde Vandenberg Air Force Base en Abril 15, 1999.

Figura 2,5: Satélite Landsat-7 ETM+.



El Landsat-7 fue construido por LMMS (Lockheed Martin Missiles

and Space). A bordo de este se encuentra una grabadora con

memoria sólida (378 Gbit de capacidad para capturar datos) y un

instrumento único de observación: ETM+ (Enhanced Thematic Mapper

Plus).

2.10.2 Orbita del Satélite Landsat-7

Los satélites Landsat poseen órbitas repetitivas circulares casi

polares, sincrónicas al sol, que duran 99 minutos. La altura de la

órbita puede variar de acuerdo a las irregularidades de la orbita y la

forma no esférica de la Tierra. Las mayores altitudes ocurren en el

Polo Norte y en el Polo Sur, las altitudes mínimas ocurren en el

Ecuador. La altitud promedio es de 705,3 Km.

Landsat pasa sobre el ecuador con un ángulo de inclinación de

98.22 grados, cruzando el ecuador de norte a sur a las 10:00 horas y

10:15 horas UTC (Tiempo Universal Coordinado) es la zona horaria de

referencia respecto a la cual se calculan todas las otras zonas del

mundo. Después de 16 días, este satélite retorna a su punto de

partida y repite el ciclo. Este ciclo orbital de 16 días sigue el

Worldwide Reference System (WRS) de Landsat, que viene a ser una

grilla de referencia que divide al globo en 233 pasadas, de polo a

polo. Cada pasada del satélite está dividida en 248 filas. Cada

pasada/fila es una escena completa de Landsat, 170 km. (Norte-Sur)

por 185 km. (Este-Oeste). Todas estas características hacen que el

Landsat pase por un determinado lugar a la misma hora.



2.10.3 Sensor ETM+

Sensor ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus), fue construido

por Raytheon SBRS (Santa Barbara Remote Sensing), Goleta, CA;

este sensor tiene 8 bandas que barren la superficie terrestre

radiometricamente. Las diferencias principales entre el ETM+ y la

anterior serie TM (Tabla nº 2,2) son la adhesión de 15 m de

resolución en el pancromático y el aumento de niveles digitales a 8-

bit. El sensor ETM+ agrega una Resolución de 60 m a la banda

térmica (banda Nº 6), reemplazando los 120 m de del sensor TM. El

sensor ETM+ tiene contemplado una vida de diseño no superior a los

7 años.

Sensor Landsat MSS (LS-1-5) TM (LS-4/5) ETM+ (LS-7)

Bandas espectrales

(µm)

1)0.5-0.6 2)0.6-0.7 3)0.7-0.8 4)0.8-1.1

1)0.45-0.52 2)0.52-0.60 3)0.63-0.69 4)0.76-0.90 5)1.55-1.75 6)2.08-2.35 7)10.4-12.5

P) 0.52 - 0.90 1) 0.45 - 0.52 2) 0.53 - 0.61 3) 0.63 - 0.69 4) 0.78 - 0.90 5) 1.55 - 1.75 7) 2.09 - 235 6) 10.4 - 12.5

Ancho de barrido 185 Km. 185 Km. 185 Km.

Resolución Espacial

80 m.

30 m. 120 m. en la

banda térmica (IRt)

30 m. 60 m. en la banda

térmica (IRt) 15 m. en la

Pancromática.

Resolución radiométrica

6 bit 8 bit 9 bit (8 bit

transmitidos)

Masa del instrumental

54 kg. 258 kg.

318 kg scanner, plus

103 kg AEM, plus 20 kg

Poder Promedio 50 W 332 W 590 W Apertura del

telecopio 23 cm. 40.6 cm. 40.6 cm.

Tabla 2,2: Diferencias entre los distintos Sensores Landsat.



La banda pancromática es la mayor novedad que tiene el sensor

ETM+, la resolución de esta banda es de 15 metros, lo que hace que

fusionadas con las demás bandas permitan obtener ampliaciones de

hasta escala 1: 25.000.

La banda 6 con sus 60 metros permite entre sus aplicaciones,

análisis de medición relativa de temperatura radiante o un cálculo de

temperatura absoluta.

2.10.4 Niveles de Corrección de la imagen Landsat ETM+

Para todas las imágenes, siendo valido para todos los satélites

comerciales, las correcciones son algoritmos de rectificación de la

imagen cruda que son aplicadas por la estación de recepción, este

cálculo es realizado de acuerdo a los parámetros espaciales que se

encuentran en los archivos de la imagen (como los datos de

posicionamiento y las efemérides), estos archivos logran minimizar las

variaciones espaciales de la imagen cruda, estas correcciones son por

ejemplo: corrección del ángulo de curvatura terrestre, variaciones de

velocidad, altura y actitud del satélite, desplazamientos orbitales, etc.

Para las imágenes Landsat están disponibles en 2 niveles, Nivel 0 y

Nivel1:

Nivel 0 o más conocido como Nivel 0R son imágenes en donde

no se han aplicado ningún tipo de corrección, vienen en formato HDF.

Nivel 1R se le aplican correcciones radiométricas, vienen en

formato HDF.



Nivel L1G son imágenes que tienen corrección radiométrica y

correcciones geométricas, vienen en formatos HDF, GeoTIFF, FastL7a

(Ficha Técnica de Landsat).

2.11 Procesamiento de las Imágenes Satelitales

2.11.1 Correcciones Radiométricas

Se refiere a la remoción o disminución de las distorsiones en el

grado de energía electromagnética registrada por el sensor.

Una variedad de agentes puede causar distorsiones en los

valores registrados por cada celda en la imagen. Algunas de las

distorsiones más comunes son producidas por:

1.- Efectos atmosféricos

Las partículas atmosféricas y las moléculas causan efectos de

dispersión en la transmisión de la energía, sobre todo en las

longitudes de onda cortas. El efecto de la niebla es usualmente una

elevación uniforme de los valores espectrales, en las bandas visibles

del espectro electromagnético.



2.- Efectos de Ruido

Los ruidos en las imágenes suceden debido a interferencias

mecánicas en el sistema que conduce a errores de transmisión. El

ruido puede o degradar la señal registrada o virtualmente eliminar

toda la información radiométrica. El ruido puede ser sistemático como

el mal funcionamiento periódico de un detector, el cual resulta en el

bandeamiento de la imagen. Puede ser más al azar cuando causa

variaciones radiométricas descritas como “sal y pimienta” debido a

que producen valores que son anormalmente altos y bajos en relación

a sus vecinos.

3.- Los Efectos de Cambios en el Tiempo

Para estudiar patrones de reflectancia en diferentes tiempos o a

través de mosaicos de imágenes es necesario calibrar los valores de

radiancia para que los niveles de reflectancia absolutas de los objetos

medidos por diferentes Sensores correspondan a través de imágenes

separadas. Este procedimiento puede ser requerido también para

normalizar los ángulos solares y las distancias tierra sol.



2.11.2 Correcciones Geométricas

Como se nombro anteriormente, las imágenes están referidas a

un sistema de coordenadas propio i=intensidad (c=columna, f=fila),

el que en consecuencia no esta referido a ningún sistema de

referencia, por lo tanto, esta corrección lo que realiza es el cambio de

posición en los píxeles de la imagen, modificando la geometría de la

imagen original.

A grandes rasgos se puede decir que la posición de los píxeles

de la imagen vienen referidos al sistema de coordenadas i (c, f),

dentro de una matriz propia de la imagen, y al corregirla

geométricamente se pretende superponer las coordenadas de

referencia, las que pueden ser tomadas en terreno, coordenadas UTM

o Geodesicas provenientes de alguna Carta o Mapa, sobre el sistema

de coordenadas de la imagen. Generando con esto que la imagen esté

modificada en la posición a un nuevo sistema de coordenadas

pudiendo con esto corregir geométricamente el sistema imagen.

Para realizar el proceso de corrección geométrica existen dos

procesos:

1.- Corrección a Partir del Modelo Orbital.

En esta corrección se identifica la posición del satélite para que

la imagen obtenida a través del sensor pueda ser referenciada a las

coordenadas de interés. Es necesario tener las características



orbitales del satélite y del sensor para poder corregir los errores

geométricos sistemáticos.

Estos errores pueden ser corregidos conociendo las efemérides

de la plataforma y también conociendo las distorsiones internas del

sensor. Debido a la Rotación de la Tierra existe una deformación en

el píxel esto es por el constante desplazamiento de la tierra; también

esta la Distorsión Panorámica y el efecto de Curvatura

Terrestre viéndose reflejado en el aumento del tamaño del píxel a

medida que se aleja de la línea del nadir.

2.- Corrección a Partir de Puntos de Control

Debido a que la plataforma satelital tiene variaciones de,

velocidad, altitud y orientación (alabeo, cabeceo y giro lateral), hace

que la imagen contenga errores de posicionamiento, los que en

definitiva para que puedan ser corregidos es necesario comparar los

elementos físicos grabados en la imagen con puntos representativos

de terreno, obtenidos ya sea, a través de coordenadas de un mapa o

a través de un Sistema de Posicionamiento Global GPS, a estos

puntos representativos se les conoce como Puntos de Control o GCP

(Ground Control Points). Este procedimiento necesita gran

intervención humana para la identificación de estos puntos tanto en la

imagen como en la base cartográfica con que se cuenta, obteniéndose

alta precisión cuando se reconocen rasgos comunes en ambas

plataformas.



Los puntos de control son usados en la corrección de las

distorsiones de la imagen comparando las coordenadas de la imagen

con las coordenadas de referencia, generando así la matriz de

transformación.

El proceso de corrección geométrica se realiza a través de 3

fases:

a) Localización de Puntos comunes entre la Imagen y el

Mapa o Imagen de Referencia.

Esta parte del proceso es la que necesita mas intervención

humana, es importante tener mucho cuidado en la identificación de

puntos comunes tanto en la imagen como en la base cartográfica con

que se cuente, de esto dependerá la precisión que se alcance en el

ajuste de la imagen, una mala elección de estos puntos comunes

arrojaría una corrección geométrica errónea. Para que el ajuste de la

imagen sea correcto es necesario tomar en consideración: Cantidad,

ubicación y distribución de los Puntos de Control.

b) Cálculo de las Funciones de Transformación de

Coordenadas.

Es necesario para la corrección digital de la geometría de una

imagen, relacionar las coordenadas del mapa y las de la imagen

estableciendo funciones matemáticas, para obtener de las

coordenadas del mapa (X,Y) las coordenadas estimadas

correspondientes a esa localización en la imagen. Esta transformación



puede expresarse como:

YXa kjkj

jmkmiS ××=

−−==

∑∑,0,0

ˆ

(Formula n° 4)

∩

S Coordenada estimada de la imagen corregida.

YX , Coordenadas del mapa.

m indica el grado del polinomio de ajuste.

Para una ecuación lineal queda:

YaXaa iiC ×+×+= 210ˆ

YbXbb iiI ×+×+=210

ˆ (Formula n° 5)

∩∩

IC, Coordenadas estimadas columnas y filas.

bbbaaa 210210,,,,, Coeficientes de regresión.

La función lineal seria necesaria para abordar variadas

transformaciones planas de la imagen, como cambiar su escala, el

origen, inclinarla, modificar la relación entre sus ejes y rotarla.

Para imágenes con contrastes altimétricos importantes,

influencia de la curvatura terrestre, la distorsión del sensor, etc. Se

pude aplicar una transformación de segundo o tercer grado, ya que en

estas se abordan alteraciones no lineales, esto es por ejemplo, en

imágenes que cuentan con mayor cobertura espacial, si bien esto

puede producir muchas veces que el error del método de remuestreo



se minimice, la solución polinómica se vuelve más inestable en los

extremos haciendo que se deforme el ajuste en los extremos de la

imagen, a esto se le denomina Oscilación Polinómica (ver figura 2,6),

que para evitarla es necesario mantener una relación entre el orden

del polinomio y la cantidad de puntos de control (GCP). A mayor

orden de polinomio mayor es la cantidad de GCP y como regla general

a mayor orden mas lejos debe estar él numero de GCP del mínimo

impuesto por el método para cada orden polinómico: 3 puntos para

un polinomio de primer orden, 6 puntos para un polinomio de

segundo orden, 9 puntos para un polinomio de tercer orden.

Figura 2,6 Oscilación Polinómica

(pdf. IAFE Conicet Argentina)

Las ecuaciones de transformación para un polinomio de orden t

esta dada por:

yxaXjji

k

i

j

t

i××= −

==∑∑

000

yxbYjji

k

i

j

t

i××= −

==∑∑

000 (Formula n° 6)



donde:

jjiik ++×

=2

t: es el orden del polinomio

ba kk , : Coeficientes de la ecuación

La cantidad de coeficientes de la matriz de transformación

también depende del orden del polinomio t, dado por:

)2()1( +×+ tt

El calculo de los coeficientes de transformación se efectúan a

través de los puntos de control obtenidos del mapa y el método más

utilizado es el método de los mínimos cuadrados.

El grado del ajuste obtenido se mide por la diferencia entre el

valor estimado y observado en cada uno de los puntos muéstrales de

proceso. El promedio de estos residuales se conoce como error medio

cuadrático (Root Mean Squared, RMS).

El RMS se obtiene de la raíz cuadrada de las desviaciones entre

los valores observados y los estimados:

2;2, )()( YiYtXiXtRMS −+−=

(Formula n° 7)



donde:

),( YtXt : Coordenadas de control (terreno)

),( ,, YiXi : Coordenadas de la imagen ajustada

Se Puede determinar el error medio cuadrático para cada punto,

el cual corresponderá al Error Longitudinal (EL) de ese punto, el

promedio del error longitudinal de los puntos (ELM), nos determinara

la distancia media en que se encuentran las coordenadas reales y las

estimadas.

nELM ni iEL∑ == ,1

(Formula n° 8)

Estos errores se pueden usar para evaluar la calidad del ajuste,

si el error promedio supera el limite establecido para la precisión del

ajuste, será conveniente corregir los puntos que tengan un elevado

error longitudinal o eliminarlos si la posición es dudosa y elegir otros

nuevos.

c) Métodos de Remuestreo

Si bien las funciones de transformación sirven para convertir las

coordenadas de la imagen en coordenadas del mapa, es necesario

trasvasar los Niveles Digitales (ND) de la imagen corregida a esta

nueva posición.



Se supondría que cada píxel de la imagen corregida debería

corresponderse a un solo píxel en la original, pero no es así, debido a

que el píxel de la nueva imagen se ubica entre varios de la imagen

original, lo que implica una relación de vecindad del píxel en cuestión

y los valores vecinos en la grilla de referencia.

Para este traspaso de los niveles digitales a la imagen corregida

existen tres métodos:

- Vecino más Próximo (Nearest Neighbour)

Asigna a cada píxel de la imagen corregida el valor del píxel

más cercano de la imagen original, siendo este método el más rápido;

teniendo como ventaja que mantiene los valores originales, sin

promediarlos, lo que es positivo para discriminar tipos de vegetación

o determinar niveles de turbidez o temperatura del agua. Como

desventaja tiene que produce el efecto de “Escalones”, que son

distorsiones en los rasgos lineales de la imagen visualizándose por

ejemplo en carreteras, caminos, etc. Produciendo que se vean como

líneas quebradas.



- Interpolación Bilineal (Bilinear Interpolation)

Promedia los ND de los cuatro píxeles más cercanos en la

original. Como ventaja es que no tiene el efecto de “Escalones” como

el método anterior reduciendo la distorsión en los rasgos lineales y

tiene mejor exactitud espacial, pero al promediar los píxeles tiene una

baja frecuencia de convolución, es decir, algunos de los datos pueden

perderse.

- Convolución Cúbica (Cubic Convolution)

Este método es muy similar al anterior salvo que considera los

16 píxeles más cercanos, asiendo que el volumen de cálculo sea

mucho más elevado. La ventaja es que la mayoría de los casos la

media y varianza de los píxeles de salida concuerdan con los de

entrada mas que en cualquiera de los otros métodos, mejora la

imagen reduciendo el efecto del ruido, se recomienda este método

cuando se modifican el tamaño de las celdas de los datos, mejora

visualmente los aspectos lineales en la imagen. La desventaja es que

es el método más lento de todos y es en donde más son modificados

los datos originales.

En general los dos métodos más utilizados son el Vecino más

Cercano y la Convolución Cúbica; el primero por conservar la

radiometria original, pero genera corrimiento de la geometría local en

cuanto a la posición de los píxeles; la Convolución conserva la

geometría local pero cambia los valores radiométricos y toma más

tiempo de procesamiento.



2.12 Modelos del Terreno

Un modelo “Es una representación simplificada de la realidad en

la que aparecen algunas de sus propiedades.” (Joly, 1988, citado por

Felicísimo, 1994).

Los modelos pretenden representar algunas de las propiedades

de objeto real con el fin de estudiar de forma simple y comprensible

una porción de este.

2.12.1 Tipos de modelos

Los modelos se pueden clasificar en las distintas formas de

establecer la relación de correspondencia. (En Turner (1970) se

distinguen tres tipos de modelos básicos).

1.- Modelo Icónicos

En los modelos icónicos la relación de correspondencia se

establece a través de las propiedades morfológicas, habitualmente un

cambio de escala manteniendo el resto de las propiedades

topológicas. Un ejemplo corresponde a una maqueta, esta es una

representación de cualquier estructura en donde se reduce el tamaño

manteniendo las relaciones dimensiónales básicas.



2.- Modelos Análogos

Los modelos análogos se construyen a través de un conjunto de

convenciones que sintetizan y codifican las propiedades del objeto

real. Un ejemplo es un mapa impreso, construido a través de un

conjunto de convenciones cartográficas relativamente complejas, en

donde el resultado es claramente distinto del objeto representado,

este cambio busca poder interpretar dentro del mapa algunas

propiedades como distancias, alturas, ubicación geográfica, etc.

3.- Modelos Simbólicos

Los modelos simbólicos representan el objeto real mediante una

codificación matemática (geometría, estadística, etc.). Un ejemplo es

la representación de un edificio mediante la identificación y

codificación en una estructura geométrica de sus elementos básicos,

para por ejemplo aplicar un algoritmo que estime el esfuerzo al que

está sometido.

4.- Modelos Analógicos y Modelos Digitales.

La información de los modelos digitales está codificada en cifras,

lo que permite un tratamiento informático. Esto dice que los modelos

digitales están en la categoría de los modelos simbólicos, por lo que

para su construcción es necesario un proceso de codificación de la

información para que puedan ser manejables por medios informáticos.



En cambio los modelos analógicos están en la categoría de

modelos icónicos o análogos, por que su construcción no requiere un

proceso de codificación de la información.

5.- Modelos Digitales de Terreno (MDT)

“Un Modelo digital de terreno es una estructura numérica de

datos que representa la distribución espacial de una variable

cuantitativa y continúa” (Felicísimo). Son en consecuencia, modelos

simbólicos, ya que, las relaciones que se establecen con el objeto real

tienen la forma de algoritmos o formalismos matemáticos.

Propiedades básicas de los Modelos digitales de terreno:

• La construcción de la estructura de datos debe realizarse de

acuerdo a una estructura interna. Que almacene y vincule las

unidades de información entre sí.

• Representan la distribución espacial de una variable,

modelando fenómenos geográficos y morfológicos.

• La variable representada debe ser cuantitativa y de

distribución continua.



6.- Modelos Digitales de Elevación (MDE)

Los modelos digitales es una estructura numérica de datos de

elevación que representan la distribución espacial de la altimetría de

la superficie de un terreno.

El MDE se puede describir de forma genérica como una función:

),( YXfZ = (Formula n°9)

En donde z el la altitud del terreno en un punto localizado en las

coordenadas (x, y).

La unidad básica de un MDE es el valor de la altitud (z)

acompañada con su localización (x, y), la forma de interrelacionarse

entre estas unidades básicas determinan las distintas estructuras de

datos.

Estas consideraciones nos llevan a diferenciar dos grupos de

MDE:

• Modelo de datos Vectorial: esta basado en entidades u

objetos geométricos definidos por las coordenadas de sus

vértices y nodos, se representan mediante puntos, líneas o

polígonos con sus respectivos atributos.

• Modelo de datos raster: esta basado en localizaciones

espaciales, a cada una se le asigna el valor de la variable

altitud. Los datos se representan en unidades llamadas



celdas o en términos usados en proceso de imágenes,

Píxeles.

En estos dos modelos básicos, son posibles diversas variantes

de estructuras de datos:

a) Estructuras Vectoriales

• Contornos: polilíneas de altitud constante.

• TIN: red de triángulos irregulares adosados.

- Modelo Vectorial de Contornos

El modelo de contornos esta constituido por curvas de nivel,

separadas generalmente por intervalos constantes de altitud más un

conjunto de puntos acotados.

Estos modelos tienen como estructura básica la polilínea, que se

define como un vector con n pares de coordenadas (x, y) que describe

la trayectoria de las curvas de nivel.

El número de elementos de cada vector es variable lo que

permite la introducción de elementos puntuales.



- Modelo Vectorial con Redes de Triángulos Irregulares

(TIN: Triangulated Irregular Network)

La estructura TIN esta formada por triángulos irregulares

adosados, estos triángulos se construyen basándose en tres puntos

cercanos no colineales distribuidos irregularmente.

Los diferentes triángulos forman un mosaico que se adosa al

terreno formando la superficie de este.

El método de triangulación más utilizado se denomina

Triangulación de Delaunay.

b) Estructuras Raster

• Matrices irregulares: malla de celda cuadrada.

• Quadtrees: matrices imbricadas en una estructura jerárquica.

- Modelo Raster con Matrices Regulares

Es el producto de superponer sobre el terreno una retícula que

genere una red de malla cuadrada para luego calcular la altitud media

en cada celda de la malla. La localización espacial de cada dato esta

sujeta a su situación en la matriz, una vez definidos su origen y el

valor del intervalo entre filas y columnas. Esta es la estructura más

utilizada en la construcción de MDE, por ser de fácil manejo

informático y simple de representar mediante matrices de dos

dimensiones.



- Modelo Raster con Matrices Jerárquicas (Quadtrees)

La ventaja principal de estas matrices es que permiten

solucionar el problema de las matrices regulares, su resolución

espacial constante. Esta estructura puede presentar los elementos

como datos elementales como en las matrices regulares, o bien, a su

vez, en submatrices con un nivel de Resolución diferente. El resultado

final es una representación por niveles, cuya resolución espacial se

duplica en cada nivel.

La construcción del MDE, depende de la captura de los datos,

debido a que ellos serán los limitantes en los tratamientos

posteriores.



2.12.2 Captura de Datos

Los métodos de captura de altitud se pueden dividir en dos

grupos:

1.- Métodos Directos (Primary Data): medición directa en

terreno.

• Altimetría: altímetros radar o láser transportados por

plataformas aéreas o satélites.

• GPS: sistema de localización por triangulación.

• Levantamientos topográficos: estaciones topográficas con salida

digital.

2.- Métodos Indirectos (Secondary Data): medición

estimada a partir de documentos previos (fuentes secundarias).

a) Restitución a Partir de Pares de Imágenes.

Estereo-imágenes digitales (imágenes tomadas por

satélites); Estereo-imágenes analógicas (Imágenes fotográficas

convencionales); Interferometría radar (imágenes de interferencia

de sensores radar).



- Interferometría Radar

El concepto de Interferometría consiste en comparar dos

imágenes del mismo lugar tomadas desde la misma posición pero en

momentos diferentes. La diferencia de fases entre las imágenes

mostraba patrones de interferencia bastante claros. Si las dos

imágenes son tomadas desde el mismo sitio, no debería existir

diferencias de fases entre el mismo píxel de las dos imágenes, las

diferencias solo pueden deberse a cambios ocurridos entre las dos

tomas.

Al igual que lo anterior, pueden crearse Interferogramas con dos

imágenes tomadas al mismo tiempo pero desde lugares algo

diferentes, a lo largo del satélite o portando dos antenas

simultáneamente en vuelos paralelos y separadas a una distancia

determinada; en el ultimo caso la señal es emitida por una antena y

es recibida por ambas, los diferentes ángulos entre antenas y punto

de medida en la superficie logra una diferencia de fase la que se

puede visualizar por estereoscopia. También es posible usar una

antena y compara dos imágenes tomadas en diferentes orbitas, las

que deben estar dentro de un rango para no perder coherencia entre

ellas.



Figura 2,7: Ejemplo de Interferograma

El 11 de Febrero del 2000, se lanzó al espacio un proyecto

denominado SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), dependiente

del Jet Propulsión Laboratory, dos radares tomaran medidas

simultáneamente a 233 km de altura, cubriendo el 80% de la

superficie terrestre entre los paralelos 60° norte y 56° sur. El primer

radar estará en el fuselaje de la lanzadera y se desplegó un mástil a

60 metros de longitud en cuyo extremo se encuentra el segundo

radar.

b) Digitalización de Mapas Topográficos.

Automática (mediante escáner y vectorización); Mediante

tablero digitalizador.



2.12.3 Métodos de Construcción del MDE

El MDE vectorial, no esta basado en localización espacial, esto

produce que en la búsqueda de los datos no muéstrales sea poco

eficaz, debido al elevado tiempo que se requiere.

Para la construcción de un MDE (matriz regular) a partir de

datos vectoriales se requiere identificar las localizaciones espaciales

de los puntos no muéstrales y estimar la altitud conociendo las

altitudes de puntos muéstrales en el entorno de cada punto.

Este procedimiento se efectúa interpolando cada punto en

función de su entorno, los métodos de interpolación de puntos

irregulares más conocidos son:

1.- Ponderación en función inversa de la distancia

(Inverse Distance Weighting IDW)

La estimación del punto problema se realiza a través de la

asignación de pesos a los datos del entorno del punto en función

inversa a la distancia que los separa, esto quiere decir que los puntos

más cercanos tienen un peso mayor en el cálculo que los pesos más

distantes, los pesos varían entre cero y uno para cada dato.



La formula general de la IDW queda:

i

n

jijj ZZ k ˆˆ

1×= ∑

=

(Formula n° 10)

en donde

Z : Es el valor estimado para el punto j

n : Numero de puntos usados en la interpolación

iZ : El valor en el punto i-ésimo

ijk : Es el peso asociado al dato i en el cálculo del nodo.

En este método existe la interpolación mediante un radio de

búsqueda, otra variante es la búsqueda por cuadrante, la definición de

un número de datos mínimo y diversas formas de ponderar las

distancias.

Este método genera los MDE de una forma rápida y simple. Pero

no hay que olvidarse que esencialmente trabaja con media

ponderada, lo cual influye directamente la distribución de los puntos

originales.

2.- Superficies de Tendencia

Este método puede reflejar de mejor manera formas no

recogidas explícitamente por los datos originales. Se estiman las

superficies de tendencia a través de un conjunto de datos mediante el

ajuste de mínimos cuadrados.



Reduciendo la ecuación polinómica a un plano de ajuste queda:

yaxaazxy ×+×+= 011000

(Formula n° 11)

Lo más recomendable es la utilización de polinomios de grados

mayores, ya que por su complejidad representa con mejor exactitud

la superficie topográfica.

Para una superficie de orden K la formula es:

jiik

jij

k

ixy YXaZ ××= ∑∑

−

== 00

ˆ

(Formula n° 12)

La designación del orden k dependerá del equilibrio que se

desee entre la complejidad de las operaciones y el grado de ajuste

que se requiera de los datos.

Los factores que afectan a las superficies de tendencia son: el

primero es que el número de datos debe ser suficiente para realizar

un análisis estadístico significativo, es decir, si el número de datos se

acerca al número de coeficientes de la ecuación, ésta pierde

significado estadístico; si se fuerza a realizar extrapolaciones (cuando

el punto no esta rodeado por los datos sino que estos se encuentran

lateralmente), los valores marginales pueden adoptar dimensiones



disparatadas; si es que los datos no representan un área similar, la

superficie de tendencia se alargara a su patrón de distribución.

3.- Kriging (hipótesis de la variable regionalizada)

Este método asume que la altitud puede definirse como una

variable regionalizada, y por este motivo la variación espacial de la

variable puede ser explicada mediante funciones de correlación

espacial.

También se relacionan las altitudes de los puntos vecinos con la

altitud del punto, en función de sus distancias a estos. Esto quiere

decir que la influencia del punto vecino es mayor si es menor la

distancia entre ellos. Este método estima esta dependencia mediante

un factor estadístico: la semivarianza entre datos separados por

distancia diferentes.

Cuando la distancia es mayor la correlación entre los valores de

altitudes es menor, por lo tanto, la semivarianza obtiene valores

diferentes en función de la distancia.

El semivariograma es la función que relaciona la semivarianza

con la distancia, indica la variación de la correlación en función de la

distancia. También podemos obtener del semivariograma la distancia

en la cual ya no influyen los datos del entorno del punto (Ángel M.

Felicísimo).



2.11 Ortorectificación

Si bien la rectificación es la proyección de datos en un plano de

acuerdo a una proyección cartográfica ,o dicho de otra forma, es

transformar los datos de un sistema de cuadricula en otro sistema de

cuadricula usando una transformación geométrica y realiza una

corrección bidimensional 2D; la georreferenciación es la asignación de

coordenadas de un mapa a los datos de una imagen, la rectificación

por definición asocia a la georreferenciación, ya que, todos los

sistemas de proyección cartográfica están asociados con coordenadas

cartográficas; LA ORTORECTIFICACIÓN es una forma de rectificación,

en donde se remueve la distorsión geométrica presentes en la

imagen, las que son producidas por la orientación de la cámara o

sensor, el desplazamiento debido al relieve y los errores sistemáticos

asociados con la imagen. Las imágenes ortorectificadas son

planimetricamente correctas, pues representan los objetos del terreno

en sus verdadera ubicación lo que indica que realiza un ajuste

tridimensional 3D. Para ortorectificar es necesario tener en cuenta las

distorsiones de la imagen generadas en el instante de su adquisición,

estas son:

Los parámetros geométricos requeridos en relación a la

orientación del sensor en el momento de la adquisición de la imagen

están determinados por medio de la información en el modelo del

sensor, los Puntos de Control en Tierra (GCPs) y la plataforma orbital

o datos de vuelo (posición, velocidad, orientación).



Para corregir los desplazamientos del terreno en la imagen,

necesitamos conocer la altura de cada punto en las imágenes para así

poder "mover las imágenes hacia arriba o hacia abajo" con respecto a

un punto de referencia. Esto se logra por medio del uso de un Modelo

Digital de Elevación (MDE).

DEM + Imagen Plana = MDT

3D = 3D

Figura 2,8: Ilustración de una ortoimagen (Manual Erdas)

La ortorectificación, por lo tanto, aplica la modelación

geométrica y un MDE a la imagen cruda, luego la transforma en una

proyección ortogonal en donde cada punto de la imagen aparece

como si el observador estuviera mirando directamente hacia abajo. La

imagen ortorectificada se conoce como ortoimagen. De esta forma la

escala es constante sin importar la elevación de la ortoimagen y se

pueden medir correctamente las distancias y las direcciones.



2.14 Cartografía

Conjunto de operaciones que tienen por objeto la concepción,

preparación, redacción y realización de los mapas y planos, así como

su uso. Incluye todos los trabajos que van desde la observación

directa sobre el terreno o la explotación de una documentación escrita

hasta la impresión definitiva y difusión de los documentos elaborados.

2.12.1 Base de la Cartografía

El estudio de la forma de la tierra corresponde a una disciplina

específica la Geodesia, siendo esta la que entrega a la geografía y a la

cartografía los datos que se requieren para la localización, medición y

representación de los elementos y fenómenos de la superficie

terrestre.

2.12.2 Formas de la tierra

Desde el punto de vista geodésico se asimila la tierra como una

figura geométrica, la que se puede medirse, expresarse y

representarse matemáticamente.

La Tierra mirada de manera general, se puede considerar como

una esfera, bajo esta concepción la Tierra seria un cuerpo regular, con

todo los radios idénticos y superficie lisa; pero la forma matemática

mas cercana a la realidad seria como un elipsoide, cuerpo geométrico

que se genera por una elipse girando en torno a su eje menor, el



valor de sus radios es máximo en el ecuador y mínimo en los polos,

siendo el elipsoide la figura matemática mas representativa de la

Tierra.

Otra aproximación es el geoide, el que corresponde al nivel

medio de los mares, prolongados idealmente bajo los continentes y

cuyas aguas no están afectadas bajo ningún movimiento. El geoide es

un cuerpo irregular, de superficie ondulada, ya que en su

determinación esta considerada la fuerza de gravedad terrestre, la

cual varía de un punto a otro por la desigual repartición de masa de la

corteza terrestre. Si las masas terrestres tuvieran una repartición

homogénea se obtendría un cuerpo regular, que en este caso

correspondería al elipsoide, el cual sirve de referencia al geoide. La

superficie del geoide se determina en base a la gravedad observada

en el lugar y esta calculada a nivel medio del mar.

De este modo el geoide, presentara sectores en que su

superficie se encuentra mas elevada que la del elipsoide y, en otros,

mas hundida. En los continentes, el geoide alcanza una elevación de

20 a 30 metros sobre el elipsoide, ya que las masa continentales que

se encuentran sobre el nivel del mar, hacen que la fuerza de gravedad

al nivel medio de las aguas, sea menor, lo contrario ocurre en las

cuencas oceánicas en donde la superficie del geoide quedara mas baja

que el elipsoide.



Una característica del geoide es que todos los puntos de su

superficie tienen igual intensidad de fuerza de gravedad y que la

vertical verdadera o dirección determinada por la plomada es siempre

perpendicular a su superficie.

La forma del geoide es de especial interés para la geodesia y se

aplica en muchos aspectos, tales como levantamientos topográficos y

dirección de satélites artificiales, entre otros, estas mediciones de

precisión utilizan instrumentos que obedecen a la fuerza de gravedad,

como la plomada y los niveles. No obstante, para los objetos que

persigue la geografía y la cartografía son suficientes las formas

esféricas y elipsoidales, las cartas en su gran mayoría consideran a la

tierra como esfera y solo las más precisas utilizan las medidas del

elipsoide.

Varios astrónomos y geodestas han logrado establecer las

medidas del elipsoide terrestre, el cual tiene una diferencia entre el

radio ecuatorial y el radio polar de aprox. 21 km. La relación entre

ambos radios permite determinar matemáticamente el achatamiento

terrestre, el cual se calcula:

abaf −

= (Formula n°13)

f = achatamiento terrestre

a = radio ecuatorial

b = radio polar



Gran parte de la cartografía chilena a escala 1:50.000 esta

confeccionada en base a las medidas del elipsoide de Hayford, las

cuales se adoptaron internacionalmente en 1924, (elipsoide

internacional 1924), mas reciente es el elipsoide sudamericano de

1969.

2.12.3 Coordenadas

Es el resultado de proyectar un punto sobre los ejes de

coordenadas, denominadas usualmente como x, y, z.

1.- Coordenadas Geográficas

La posición de un punto sobre la tierra esta definido por dos

ejes de coordenadas, el meridiano y el paralelo que se recortan en

ángulo recto. La tierra es partida en cortes por los círculos que pasan

por los polos; estos son los meridianos. La longitud es el ángulo

formado por un plano meridiano puesto como origen y el plano

meridiano del lugar. Los meridianos tienen sensiblemente el mismo

largo 111 Km.

Los paralelos son los pequeños círculos de la esfera terrestre

donde el plano es paralelo al Ecuador. La latitud es el ángulo formado

por la vertical del lugar y su proyección sobre el Ecuador, se puede

decir entonces que es la medida del arco del meridiano comprendido

entre el Ecuador y la paralela del lugar. Los paralelos son pequeños



círculos concéntricos donde la circunferencia disminuye del Ecuador al

polo, el largo de 1 paralelo varia.

La intersección de los paralelos y los meridianos es un ángulo

recto, el área entre dos paralelos y dos meridianos disminuye a

medida que se aleja del ecuador.

A fines del siglo XIX, por acuerdo internacional se adopto como

meridiano 0 o de origen a aquel que correspondía al observatorio de

Greenwhich, de ahí su nombre. Los meridianos se enumeraron de 0°

a 180° E y W, siendo 0 Greenwhich y 180° su opuesto y 360° la

vuelta completa. Los paralelos se enumeran desde el Ecuador hacia

los polos de 0° a 90° N y 90° S.

2.- Coordenadas Geodesicas

Se les denomina a la Latitud (φ), Longitud (λ) y la altura

elipsoidal (h), como coordenadas geodesicas. Son elementos

geométricos que determinan la posición de un punto mediante una

figura matemática que representa a la Tierra (elipsoide). (Manual de

carreteras Vol. 2).



3.- Coordenadas Cartesianas

Es también conocido como coordenadas planas, en este sistema

el elipsoide esta asociado a un sistema cartesiano ortogonal, formado

por los ejes X, Y, Z. El eje X esta contenido en el plano ecuatorial,

orientado al meridiano cero (Greenwich), Z coincide con el eje de

rotación terrestre y esta orientado en la dirección del polo norte, el

eje Y completa el sistema dextrógiro (sentido mano derecha). (Manual

de Carreteras Vol. 2).

2.15 Noción de Escala

La representación grafica del espacio geográfico se realiza por

medio de un mapa. El cual es la representación geométrica plana

simplificada y convencional, de toda o parte de la superficie terrestre,

en base a una proyección geométrica y estableciendo una relación de

proporcionalidad entre las longitudes de los elementos representados

en el mapa o carta y sus magnitudes lineales reales en el terreno.

Esta relación se conoce como escala, y generalmente, se

expresa como una razón: 1:50.000 o 1/50.000, lo que significa que

una unidad de medida en la carta o mapa representa 50.000 unidades

en el terreno. La relación 1:50.000 significa que: un centímetro

medido en el mapa o carta representa 50.000 centímetros o sea

5.000 m. en el terreno.



2.15.1 La Escala de una Carta Se llama escala de una carta, el producto entre las dimensiones

medidas sobre la carta y las dimensiones medidas sobre la tierra, se

escribe de la siguiente manera: 1/50.000 o 1:50.000.

La calificación de grande y pequeña es sin duda objeto de

confusión. Se pueden adoptar las siguientes definiciones, cuando el

producto es pequeño la escala es grande, mientras cuando el

producto es grande la escala es pequeña.

La escala es el elemento fundamental de una representación

cartográfica. Ella comanda la elección del fondo de la carta así como

la estructura de la carta.

Las escalas graficas establecen la misma relación que las

anteriores, solo que en este tipo de escala la relación de

proporcionalidad esta representada por una grafica, lineal o

logarítmica.



2.16 Proyecciones Cartográficas.

Una proyección cartográfica es la representación de paralelos y

meridianos en un plano. Para una mejor representación de la realidad

para determinadas áreas o para toda la superficie de la Tierra es que

existen muchos sistemas de construcción de proyecciones, de las que

se permiten reproducir diferentes cualidades de la red de

coordenadas.

2.16.1 Sistema de proyección Universal Transversal de Mercator (UTM)

La conferencia llevada a cabo por la Unión Internacional de

Geodesia y Geofísica en Bélgica en 1951, recomendó la proyección

UTM para el levantamiento de mapas y cartas y determinación de

coordenadas geodesicas.

Para esta proyección el globo ha sido dividido en 60 husos de 6

grados, cada uno de los cuales tiene un meridiano central que recibe

el nombre de meridiano 0° u origen o eje del huso, de este modo la

amplitud de cada huso es de 3° al Oeste y 3° al Este del meridiano

central respectivo, que tiene un factor de escala (K) de 0.9996.



El orden de numeración de los husos esta dado de oeste a este.

El huso primero abarca desde los 180° hasta los 174° W, siendo su

meridiano central el 177° W (así mismo siguen los demás husos). Los

husos tienen su sector mas ancho en el ecuador y se estrechan hacia

los polos, limitándose a los 80° de latitud norte y sur. Por la ubicación

geográfica que tiene Chile Continental se encuentra entre los husos

18 y 19 con meridianos centrales de 75 y 69 grados respectivamente.

Las cartas construidas en la proyección UTM, además de utilizar

las coordenadas geográficas propias de toda proyección, emplean un

sistema de coordenadas planas expresadas en kilómetros. Las

coordenadas planas están conformadas por un reticulado sobrepuesto

a las coordenadas geográficas, el cual es coincidente con el Ecuador y

el meridiano central del respectivo huso.



2.17 Datum El Datum es un punto físicamente monumentado que se utiliza

como referencia para posicionar el modelo matemático de la esfera

terrestre o elipsoide que representa simplificadamente la superficie de

la Tierra. A nivel de todo el planeta se ocupa un Datum global, y

cuando se trabaja en un área geográfica determinada se utilizan

datum locales. Existen datum horizontales para trabajar

planimetricamente y datum verticales que permiten trabajar con los

desniveles.

2.15.1 Sistema WGS84 (World Geodesic System 1984)

Sistema geodésico mundial seleccionado por el departamento de

defensa de los EEUU desde 1987 como sistema de referencia terrestre

para el sistema de posicionamiento global (GPS). Está determinado

por un elipsoide cuyos parámetros elipsoidales son:

Elipsoide GRS-80

Semi–eje mayor (a) 6.378.137 m

Semi-eje menor (b) 6.356.752,314 m

Achatamiento (1/f) 298,257223563

Excentricidad (e2) 0,00669437999

Velocidad Angular de la Tierra ω= 7.292.115∗10-11 rad/s

Constante Gravitacional µ=3.986.004,418∗108 m3/s2

Tabla 2,3: Parámetros elipsoidales del sistema WGS84



Dado que la concepción de los sistemas WGS fue estrictamente

militar el IAG (Asociación Internacional de Geodesia) promueve la

versión civil de los sistemas globales de referencia GRS (Geodetic

Reference System) GRS67 y GRS80, de hecho, el elipsoide asociado al

WGS84 es el del sistema GRS80. En la práctica puede asumirse que

los sistemas WGS84 y GRS80 son iguales (Teunissen and Kleusberg

1998).

La característica fundamental de este sistema es que el origen

de las coordenadas cartesianas es geocéntrico, el elipsoide de

referencia a parte de las características geométricas se le especifican

características físicas (velocidad angular, constante gravitacional

geocéntrica y potencial gravitacional).

Hoy en día este sistema esta materializado en el proyecto

SIRGAS (Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas), que

consta con una red geodésica distribuida para todo el continente,

conformada por 183 estaciones, cuyas coordenadas están calculadas

a la red científica ITRF (International Terrestrial Reference Frame)

establecida por el Servicio de Rotación terrestre IERS (International

Earth Rotation Service). El sistema WGS84 es compatible con el ITRF

ya que su posición geocéntrica y su orientación esta definida con el

eje de rotación Z en dirección del Polo de Referencia del IERS, el eje

X en la intersección del Meridiano de Referencia del IERS y el Plano

Ecuatorial, el eje Y completa el sistema dextrógiro (sentido mano

derecha).



La representación en Chile esta a cargo del Instituto Geográfico

Militar (IGM), siendo la entidad responsable de la Red Geodésica

Nacional y de la Cartografía regular de todo el país.



Capitulo 3

1. Desarrollo

3.1 Análisis de los Materiales

Consideraciones Previas

Cabe recordar que para todo el procesamiento digital de

imágenes satelitales, es necesario antes de realizar cualquier

procedimiento, tener en cuenta cual(es) son el(los) objetivo(s)

final(es) del trabajo en que se requiera ocupar la imagen, en este

caso, la Actualización Cartográfica con Imágenes Satelitales, pretende

obtener el mayor provecho de una imagen satelital, en este caso

Landsat, con el objetivo de actualizar cartografía específicamente de

la Región Metropolitana de Chile.

Teniendo claro lo anterior se realiza el análisis del material con

que se pretende trabajar en el proceso de actualización, y de acuerdo

a esto, comenzar a realizar todos los procedimientos y

procesamientos respectivos en pos del resultado final.



3.1.1 Imagen Landsat

1.- Imagen Landsat ETM+ nivel L1G

El primero de estos materiales es la imagen Landsat ETM+,

anteriormente ya fueron nombradas las características principales del

satélite y del sensor (ver capitulo 2,10), de acuerdo con todo eso, el

primer paso vendría a ser el análisis del archivo texto que viene con la

imagen. Algunos de los datos que vienen en el Metadato de la imagen

son por ejemplo:

- La fecha de adquisición: año, mes, día (2003-01-19).

- Tipo de producto: se refiere al nivel de procesamiento que

tiene la imagen.

- El Satélite y el Sensor: en este caso Landsat ETM+.

- El WRS Path and Row: el que viene a ser la columna y fila

(233, 083) en que es tomada la imagen.

- Las coordenadas del centro y de los bordes de la imagen, en

Latitud y Longitud, además en coordenadas de mapa.

- Mínimos y Máximos de radiancia por cada banda de la imagen

y de valores de los píxeles.

- Calibración radiométrica

- Parámetros de proyección en el que la imagen fue corregida,

el tamaño del píxel, el método de remuestreo (importante a la hora

del efecto que produce en la imagen respecto de la posición de los

píxeles), que en este caso estaba con el método del vecino mas

cercano.



Esas son las características generales del archivo de texto en las

imágenes satelitales, también existen archivos de texto para las

bandas termales (HTM), para la banda pancromática (HPN) y para las

otras bandas del espectro visible y del infrarrojo (HRF).

El nivel de corrección que viene con la imagen L1G, corresponde

esta según la ficha técnica de Landsat al nivel 5 en el que consiste en

una imagen con correcciones sistemáticas, pero que se referencia

utilizando las efemérides del satélite y la geometría del sensor a

través de una computadora abordo que graba los datos de captura.

Altitud, efemérides y parámetros de actitud del satélite, descritos en

el archivo Payload Correction Data (PCD) y en el archivo Calibration

Parameter File (CPF) son los componentes fundamentales para la

generación de imágenes de Nivel 5 que garantizan la fidelidad

geométrica general de la imagen.

La imagen que se ocupara dentro de este proyecto

específicamente esta en la zona central de Chile, la escena tiene como

coordenadas centrales Geográficas -70.4409243 W y -33.10405166 S,

coordenadas UTM 338155.625 y 6327646.500 o bien posición de

coordenadas en Píxel 3668 y 3464, Proyección UTM, Elipsoide WGS84

y Datum WGS84, huso 19.



Banda 1 (Azul) Banda 2 (Verde) Banda 3 (Rojo) Banda 4 (IR Cercano) Banda 5 (IR Medio) Banda 6 (IR Térmico L) Banda 6 (IR Térmico H) Banda 7 (IR Medio) Banda 8 (Pancromática)

Figura 3,1: Bandas de la Imagen Landsat-7 ETM+



Figura 3,2: Imagen Composición Falso Color Convencional

(combinación bandas 4, 3, 2)



2.- Imagen Landsat ETM+ nivel 0R

Otra imagen con que se cuenta como material es una Imagen

Landsat sensor ETM+ con características similares a la anterior

imagen pero sin ninguna corrección geométrica solo corrección

radiométrica, o sea, nivel 0R, respecto de la zona de la escena, que

corresponde al mismo Path y Row, pero que no tiene ningún archivo

de texto que contenga los datos de la imagen, los que fueron

nombrados anteriormente, mas bien solo se cuenta con la fecha de

adquisición que viene con la imagen que por nomenclatura propia de

Landsat es posible deducir como se explica a continuación:

Nomenclatura L7fppprrr_rrrYYYYMMDD_AAA.formato

- L7: Significa el satélite Landsat 7

- f: Formato ETM+ el que puede ser 1 o 2 pero que por defecto

aparece en esta imagen como 1

- ppp: Corresponde al Path (Columna)

- rrr_rrr: Corresponde al principio y final del Row (fila)

- YYYYMMDD: Fecha de adquisición de la imagen

- AAA: Corresponde a la banda

La sigla que trae la imagen es L71233083_08320010910_b20

que de acuerdo a lo anterior corresponde al Satélite Landsat ETM+,

ubicación dentro del sistema de referencia WRS corresponde a la

trayectoria (Path) 233 y a la Fila (Row) 083, y tiene como fecha 10 de

Octubre 2001, se cuenta con tres bandas la banda 2 (verde), la banda



3 (roja) y la banda 4 (infrarrojo cercano) las que se muestran en la

siguiente figura.

Banda 2 (verde) Banda 3 (rojo)

Banda 4 (IRC)

Figura 3,3: Imagen Landsat-7 ETM+ cruda

Esta imagen no cuenta con ningún tipo de georreferenciación,

mas bien la posición de cada píxel esta referido al sistema propio de

la matriz de la imagen representado en Columnas y Filas o como se

explico en el capitulo 2.9 esta determinado por un eje de coordenadas



X (Nº de columna de la matriz), Y (Nº de fila de la matriz) y Z (Nivel

Digital).

Comparando ambas Imágenes se tiene que:

Comparación Imagen L1G Imagen Cruda

Fecha 19-01-2003 10-09-2001

Nivel de Corrección Nivel L1G Nivel 0R

Remuestreo Vecino mas Cercano Ninguno

Georreferenciación Imagen orientada Ninguna

N° Píxeles (c, f) en la

multiespectral 7336 , 6928 6920 , 5960

Datos orbitales Archivo HRF Ninguno

Banda Pancromática Si No

Tabla 3,1: Comparación general entre la Imagen Landsat ETM+

nivel L1G y la Imagen Landsat ETM+ nivel 0R (cruda)



3.1.2 Cartografía Escala 1: 50000

La cartografía que fue facilitada por el IGM corresponde a la

zona de La Región Metropolitana, específicamente a La Ciudad de

Santiago de Chile, en formato Shape, con coordenadas geográficas

referidas al datum WGS84, la confección de estas cartas fueron a

través de vuelos fotogramétricos y posteriormente procesadas a

través de el método de Restitución.

De acuerdo a los límites de las cartas se delimito la zona de

estudio que abarcará netamente la ciudad de Santiago de Chile y sus

alrededores.



Figura 3,4: Límite de la zona de estudio en ambas imágenes



3.1.3 Modelo Digital de Elevación (SRTM)

El otro Material importante que fue ocupado dentro de esta

investigación fue un Modelo Digital de Elevación (MDE).

El día 11 de Febrero del año 2000 fue lanzado al espacio la

misión SRTM (Shuttle Radar Topography Misión o Lanzamiento de la

Misión Topográfica del Radar), un proyecto realizado entre la Agencia

Geoespacial de Inteligencia NGA y la NASA, con el objetivo de generar

una base de datos topográficos de elevación más completa de la

tierra, la misión duro 11 días, orbito la tierra alrededor de 16 veces al

día, termino con 176 orbitas a la tierra y almaceno mas de 47,6

millones de millas cuadradas de superficie terrestre.

La técnica ocupada fue la Interferometría radar, que es el

estudio de los patrones de interferencia causados por las señales del

radar recibidas en dos diversas antenas, esta técnica permite generar

las imágenes tridimensionales de la superficie de la tierra.

La clave del SRTM es que a través de la Interferometría se

comparan dos imágenes del radar tomadas en localizaciones

levemente distintas para obtener información del relieve, y según las

diferencias de ambas imágenes permitirán el cálculo de elevación y

visualización de los cambios de la superficie. Semejante a misiones

anteriores el SRTM utilizara Interferometría SINGLE-PASS, que

significa que las imágenes serán adquiridas al mismo tiempo, pero en

posición distinta, la que se describirá a continuación.



1.- Descripción del Sistema del Radar

Figura 3,5: Esquema General del SRTM

El sistema esta compuesto de tres secciones, la antena

principal, el mástil y la antena de radar externa.

a) La Antena Principal: fue instalada en la zona de carga y

contuvo dos tipos de paneles, la banda C y la banda X del radar, y las

señales de radar transmitidas y recibidas.

Figura 3,6: Antena Radar Principal



La antena principal es la que transmite el pulso del radar y

consistió realmente en 2 antenas y la parte de aeroelectrónica que

computaba la posición de las antenas, cada antena fue compuesta de

los paneles especiales que podrían transmitir y recibir señales del

radar.

La antena de la banda C podía transmitir y recibir la longitud de

onda del radar que tiene 5,6 centímetros de largo.

La otra antena de banda X, podía transmitir y recibir la longitud

de onda del radar que tienen 3 centímetros de longitud, produjo

mapas topográficos de más alta resolución que la banda C.

b) Antena Externa: esta antena contuvo dos tipos de paneles,

de banda C y de banda X del radar, esta antena solo recibió la señal

del radar, pero no transmitió la señal.

Figura 3,7: Antena Radar Externa



La antena externa fue conectada con el extremo del mástil de

longitud 60 metros. Contuvo dos antenas banda C y la banda X, dos

antenas GPS, Diodos electro luminosos LED; ambas antenas externas

recibieron solamente las señales del radar, ya que solo la antena

principal transmitió señales, cada antena recibió la señal de su

correspondiente banda.

Las antenas GPS fueron utilizadas para obtener la posición del

trasbordador, LED se ocupo para la determinación de la actitud y de la

orbita, para poder medir la posición de la antena externa concerniente

a la antena principal.

Ambas antenas fueron separadas por una distancia fija, la

antena principal era la que transmitía el haz de luz sobre una

superficie de la tierra, cuando esas ondas de luz golpeaban la

superficie terrestre, los rayos son dispersados en varias direcciones,

las que luego fueron recogidas par la misma antena principal y por la

antena externa, tal como lo muestra la siguiente figura.

Figura 3,8: Método Single Pass



En la figura anterior, el color verde representa a la onda

transmitida y el color rojo a la onda recibida (la figura no esta a

escala), la reflexión en ambas antenas era levemente diferente, y la

línea base conocida y monitoreada constantemente, gracias a eso

pudo ser calculada la elevación de la superficie terrestre.

El SRTM fue lanzado en una orbita con una inclinación de 57

grados, lo que permitió que los radares cubrieran la mayoría de la

superficie terrestre, casi un 80% de la superficie terrestre, entre los

60 grados Norte y los 56 grados Sur.

2.- Descripción de los Modelos Obtenidos por SRTM

Los datos de elevación del modelo DTED (formato original

desarrollado por la agencia NIMA), se describen como una matriz

uniforme de los valores de elevación del terreno, los que proporcionan

los datos cuantitativos básicos de elevación, pendientes y/o

información de la cubierta terrestre.

Tal como en las imágenes los DTED también están clasificados

en distintos niveles a distintas resoluciones.

El nivel 0 de los DTED es de 30 arco segundos (1 kilómetro de

manera nominal), el DTED0 fue derivado del nivel 1 de NIMA DTED,

permiten una representación gruesa de la superficie y son usados en

trabajos que no necesiten precisión.



El nivel 1 fuente de datos básicos de elevación con resolución

para actividades militares y científicas. El DTED1 es una matriz

uniforme con valores de elevación de 3 arco-segundo

(aproximadamente 100 metros), y el contenido de la información se

encuentra representado en un mapa de 250.000 celdas.

El nivel 2 de DTED son la fuente de datos de alta resolución de

elevación para todas las actividades militares. El DTED2 es una matriz

uniforme con valores de elevación de 1 arco-segundo

(aproximadamente 30 × 30 metros, con exactitud vertical absoluta de

16 metros, y exactitud vertical relativa de altura de 10 metros y 20

metros de exactitud horizontal absoluta), del que no existe un listado

del catalogo DTED2 y su distribución corresponde al departamento de

defensa de los EEUU.

En general los DTED son una matriz uniforme de los valores de

la elevación, el datum horizontal es el sistema geodésico 1984

(WGS84) y el datum vertical a nivel medio del mar esta referido al

modelo geopotencial de la tierra WGS84 (EGM96).

Los DTED2 se separan en 1 arco-segundo desde los 0° a los 50°

grados de latitud, se separan desde los 50° y los 60° grados de

Latitud en 2 arco-segundos. Para el caso del DTED1 se separan en 3

arco-segundos entre los 0° y los 50° grados de Latitud, y entre los

50° y los 60° grados de Latitud se separan en 6 arco-segundos.



Figura 3,9: DTED0; DTED1; DTED2 respectivamente de la

misma zona

Luego de la obtención de los datos el NGA realizo chequeos a los

datos crudos, por ejemplo y se realizaron correcciones como: a los

vacíos pequeños serán llenados por la interpolación de píxeles

circundantes (16 píxeles mas cercanos) y los vacíos grandes se

dejaran; la elevación del océano se fijara en 0 metros; Los lagos de

600 metros o más se aplanaron y se dejaron a una altura constante;

los ríos que tengan 183 metros de ancho se delinean; las elevaciones

están respecto a la superficie de reflexión; los bordes de los píxeles o

celdas fueron emparejados para darles mayor continuidad.

Algunos de los datos presentaron vacíos dispersos, estos fueron

producidos por efectos de sombra o porque la señal que fue recibida

por el satélite es pobre en algún terreno, así como también hubo

errores en el vaciado de la fase; Sin embargo según NASA los datos

tienen un 95% de confiabilidad en el área tomada.



En este trabajo el Modelo Digital de Elevación con que se

trabajo, es el que se encuentra dentro de la clasificación como nivel 2

o bien DTED2 de 1 arco-segundo, aportado por el IGM. Estos DTED2

vienen en coordenadas geográficas. El primero de estos DTED2 se

encuentra entre –33°, –72° (lat/long) y los -34°,-71° (lat/long),

mientras que el otro DTED2 se encuentra entre –33°,-71° (lat/long) y

los –34°,-70° (lat/long), los que corresponderían a los denominados

azulejos nativos del USGS (Servicio Geológico de los Estados Unidos),

que vienen a ser como la grilla de WRS.

Figura 3,10: DTED2 entre 33° y 34° (Latitud) y entre los 70° y 72°

(Longitud)



3.2 Procedimientos de Corrección de los DTED

Como fue señalado anteriormente debido a efectos de sombra, a

una pobre recepción de la señal, o también por el vaciado de la fase,

en los tres niveles de DTED se produjeron vacíos de información;

existen varios programas y métodos en que los vacíos son rellenados,

pero solo para efectos de los DTED 1 de 3 arco-segundo y que se

encuentran en la red liberados, todos esos procesos apuntan a la

corrección a través de la interpolación, pero para el caso de los

DTED2 de extensión .dt2 no existen programas liberados en la red

debido a que estos modelos de elevación son exclusivamente de uso

militar, pero como existen DTED1 liberados en Internet se ocuparon,

en este caso, para la generación de curvas en los sectores en donde

habían vacíos y luego de las curvas obtenidas se generaron MDE en

PCI Geomatics de manera que los vacíos fueran llenados.

Figura 3,11: Ejemplo de vacío DTED2



Claramente es notorio en esta imagen que la zona de color azul

es uno de los tantos vacíos que se encuentran en el modelo, en este

caso en el sector cordillerano, además al identificar la altura en ese

sector su valor es negativo en comparación con los otros en que su

altura esta por sobre los 1500m sobre el nivel del mar.

Figura 3,12: Landsat 7 ETM+ combinación RGB de la misma

zona en que se encuentra el vacío de la figura 3,11

La figura 3,12 muestra en la imagen Landsat el mismo sector de

vacíos que en la figura 3,11 que muestra el DTED2, en donde se

puede visualizar y analizar que uno de los motivos del porqué hubo un

vacío en ese lugar, puede deberse a la pobre recepción de la señal,

debido por ejemplo a que la morfología del terreno hace que la señal

que rebote en una dirección que el satélite no pudo recepcionar, por

lo tanto no existió datos en el sector, lo que produjo el vacío.

Si bien el sensor de Landsat es el ETM+; al ser un sensor

pasivo, necesita de una fuente de energía externa que es el Sol, el

que hace que las cubiertas de la superficie se reflejen para luego



obtener la imagen; y al analizar por ejemplo la morfología del

recuadro en la imagen Landsat, en el que se visualizan claramente las

sombras de dos cuencas en donde la cubierta de roca es irregular y se

compara con la imagen radar; que es un sensor activo el que emite su

propio haz de energía; en el caso del DTED2 del mismo sector del

recuadro, en donde, existen lugares de color más claros donde la

señal no tuvo problema en ser recibida por las antenas y en donde la

sombra en el sector en que se encuentra el vacío, indica que es el

mismo lugar donde se encuentran las cuencas nombradas

anteriormente, demuestra en este y en la mayoría de los casos en

sectores montañosos que la señal no es bien recibida y uno de los

motivos es debido a que la morfología de la cubierta montañosa es

irregular y esto hace que algunas señales se pierdan.

Para este trabajo, donde se encontraban vacíos se generaron

curvas de nivel en formato shape en el DTED1, de manera de generar

un modelo de elevación para poder corregir estos errores.

Figura 3,13: Curvas de nivel sobre DTED2



El modelo de elevación fue generado en el Programa PCI

Geomatics a través de los vectores, el método que se ocupo fue el de

Diferencia Finita; este método consta de tres pasos; el primer paso

los valores de elevación de los vectores se ubican en la posición que

le corresponde en el DEM raster; el segundo paso se interpola través

del algoritmo de transformación de distancia, el que estima los

valores de los píxeles equidistantes desde la posición de los píxeles

ubicados en el primer paso; el tercer paso corresponde a la iteración

del algoritmo de diferencia finita el que suaviza el MDE raster, durante

esta iteración los píxeles que fueron ubicados en el primer paso no se

modifica su ubicación, mientras que los valores de los píxeles

interpolados se basan en el valor de los píxeles adyacentes.

Luego de haber generado el modelo a partir de las curvas de

nivel con las mismas características que el DTED2, tanto en el tamaño

de píxel, como también el área que abarca el vacío; esto en todos los

vacíos que se encuentran en cada DTED; se exportaron de manera de

obtener así el Modelo Digital de Elevación sin vacíos, sino que, con

toda la morfología del terreno completa.

Figura 3,14: DTED2 corregido sin vacíos



Luego de haber corregido los DTED, y como se nombro

anteriormente, estos modelos vienen en coordenadas geográficas,

referidas al datum horizontal WGS84 y al datum vertical EGM96, lo

que no significa que estén referidas a un elipsoide en particular, se

referenciaron en el software PCI Geomatics, el modulo Focus tiene la

opción de proyectar el MDE, a esto se le suma que además de

asignarle el elipsoide en que se quiera trabajar, se le puede asignar

también, el formato de salida, y el tamaño del píxel, de manera que

se proyectó un MDE en Coordenadas UTM, en la zona 19, con el

elipsoide del datum WGS84, así como se muestra en la figura 3,15.

Figura 3,15: Proyección DTED a coordenadas UTM



Si bien se nombro en el método de remuestreo capitulo 2.11.2,

el método que se ocupo para el Modelo Digital de Elevación fue el del

Vecino más cercano, esto por que es el que mantiene los valores

originales, sin promediarlos, el modelo final para la zona de estudio

quedo así:

Figura 3,16: Modelo Digital de Elevación de la zona de estudio



3.3 Proceso de Ortorectificación

A continuación se describirán los procesos de Ortorectificación

de ambas imágenes Landsat ETM+, y las consideraciones a tener en

cuenta antes de ortocorregir la imagen satelital en el software PCI

Geomatics.

Es importante destacar la importancia del conocimiento de los

parámetros que georeferenciaran la imagen, tales como: Elipsoide,

Datum, huso, etc., los que fueron explicados anteriormente, ya que,

también estos vienen relacionados directamente en la colección de los

GCP debido a que estos también cuentan con parámetros de

georreferenciación, los que deben ser los mismos a la hora de

ortorectificar.

El programa PCI GEOMATICS contiene un modulo llamado

Orthoengine, el que cuenta con modelos matemáticos tanto para

fotografías aéreas como también para imágenes satelitales. Existen 2

tipos de modelos matemáticos en los que se puede ortorectificar una

Imagen Satelital:

3.3.1 Modelo Orbital o Riguroso

El Modelo Orbital o Riguroso, el que a través de algoritmos será

el que compense las distorsiones geométricas del sensor, orbita y

actitud del satélite, curvatura de la tierra y el relieve, este modelo

esta basado en las ecuaciones de colinealidad, además corrige las

distorsiones generadas en la imagen las que fueron causadas por: La



Plataforma (velocidad, posición y orientación); el Sensor (orientación,

campo de visión); la Tierra (geoide, elipsoide y relieve); la Proyección

Cartográfica.

Como se nota en la figura 3,17 este modelo tiene la capacidad

de trabajar con distintos tipos de satélites, luego es necesario

ingresar los parámetros de georeferenciación en que se obtendrá la

imagen final, estos son el tipo de coordenadas, el huso, el elipsoide,

tamaño de píxel de salida y los parámetros de los puntos de control,

que necesariamente tienen que ser los mismos.

Figura 3,17: Elección del modelo matemático en Orthoengine

Al ingresar todos los datos nombrados anteriormente, es

necesario que la imagen a ortocorregir se le asigne los datos

orbitales, lo que por defecto genera una nueva imagen con un archivo

nuevo con datos orbitales, estos representan en similitud a la

fotogrametría a la Orientación Interior y Orientación Exterior,



1.- Orientación Interior

Es la que define la geometría interna del sensor en el instante

de la toma de la imagen, su principal función es transformar el

sistema de coordenadas de la imagen Columna, filas en el sistema de

coordenadas espaciales de la imagen, los softwares contienen esta

corrección para cada modelo de sensor.

2.- Orientación Exterior

Como la geometría de Landsat-7 es conocida y estable, y los

parámetros del sensor como la distancia focal también, para la

orientación exterior es necesario conocer los datos de las efemérides

de la orbita los que se obtienen de los archivos de texto que vienen

con la imagen, ellos contienen la posición del satélite en coordenadas

geocéntricas por cada línea de barrido, el vector velocidad, así como

también el tiempo exacto de la línea de barrido central de la escena.

(Apoyo Manual Erdas).

Al comparar ambas imágenes, para el caso de la imagen

Landsat ETM+ L1G, al cargar el archivo HRF el que cuenta con la

información de las efemérides de todas las bandas multiespectrales,

en el que como se explico anteriormente, contiene toda la información

del sensor y además cuenta con un archivo de puntos de control

cargados en la imagen, el software PCI Geomatics automáticamente

genera a través de estos archivos una imagen por defecto en formato

nativo del programa (extensión .pix), además de un archivo de texto

incluidos en la misma imagen que contiene los datos orbitales.



El procedimiento que realiza el programa es que extrae la

información de las coordenadas del centro de la escena y de las

cuatro puntos de las esquinas, los que se encuentran cargados en la

imagen, son usados como puntos de control para una corrección

aproximada de la orientación exterior, lo que no implica que la

imagen tenga una orientación precisa con esas coordenadas. La

información orbital contenida en la imagen final es fundamental para

cuando se realice la colección de los puntos de control.

Para el otro caso de la imagen cruda, fue necesario incorporar

estos datos manualmente, esto porque no contenía ningún archivo de

texto en que incorporara los datos de efemérides o puntos de control;

si se comparan las características orbitales y de construcción del

Satélite Landsat ETM+ y la del Satélite Landsat TM, estos datos son

similares como la altura, el IFOV, en las bandas multiespectrales

tienen el mismo tamaño de píxel, la gran diferencia es la

incorporación de la banda pancromática para el caso del Satélite

Landsat ETM+, por lo que PCI Geomatics cuenta con un modulo que

lee el Archivo Genérico de la imagen, y en este caso se le asigno

las características orbitales a la imagen cruda del Satélite Landsat TM,

el único dato anexado que no lo entrega el programa por defecto fue

solamente la coordenada aproximada del centro de la escena de

Latitud -33,1052 y Longitud -70.4320, y es aquí que el programa le

asigna los datos orbitales aproximados a la imagen cruda para la

Orientación Exterior.



Al completarse en ambas imágenes la Orientación Exterior, se

procede a la colección de los Puntos de Control, para ambas imágenes

los vectores serán la georeferencia con que se cuente para la

colección de estos Puntos, se tomaran los más representativos y los

mismos puntos en ambas imágenes, esto quiere decir, que en ambas

imágenes se tomaran la misma cantidad de puntos de control y su

ubicación será aproximadamente la misma, con lo que se espera que

al momento de ortorectificar, ambas Ortoimágenes queden similares

para lograr una comparación de resultado en ambas.

3.3.2 Modelo de Funciones Racionales

Este modelo no ocupa los parámetros del satélite que vienen en

las efemérides, ni realiza los procedimientos antes nombrados como

la Orientación Interior y Exterior, este modelo realiza una

correspondencia entre los píxeles de la imagen y los GCPs, es

utilizado cuando no se conocen los parámetros antes mencionados o

cuando no se cuenta con una escena completa de una imagen, mas

bien una parte de ella, es necesario una gran cantidad de puntos de

control.

Las Funciones Racionales usan una proporción de 2 funciones

polinomiales para computar la fila de la imagen y una proporción

similar para computar la columna de la imagen, estos cuatro

polinomios son funciones de tres coordenadas Latitud, Longitud y

altura.



Siempre es recomendable que en la colección de los puntos de

control, primero que todo se tenga en consideración la buena

identificación y distribución de ellos, para este caso, la referencia eran

las coberturas digitales facilitadas por el IGM; en el caso que se

hubiera tenido la posibilidad de ir a terreno para la medición de esos

puntos, es importante tener en cuenta esas consideraciones previas

de distribución y ubicación, para generar una buena planificación del

itinerario de campo. De acuerdo a lo anterior y teniendo como

referencia la información digital en formato Shape, la distribución en

ambas imágenes quedo de la siguiente manera.

Figura 3.19: Distribución GCPs Imagen L1G Landsat-7 ETM+



Figura 3.20: Distribución GCPs Imagen cruda Landsat-7 ETM+

Dentro de la colección de los Puntos de Control, también se

debe considerar que el Error Medio Cuadrático sea inferior a 1 píxel,

mejor es cuando este valor se acerca a 1/2 píxel, los que

representados en metros son 30 metros y 15 metros

respectivamente.

Habiendo hecho todo el procedimiento antes nombrado, por

ambos métodos, se realizara el análisis y comparación de los

resultados de ambas imágenes Ortorectificadas, donde finalmente se

obtiene una imagen geométricamente correcta o llamado de otra

manera una Ortoimagen.



Capitulo 4

4. Análisis de Procedimientos y Resultados

Si bien la orbita elíptica de Landsat que aprovecha el

movimiento de rotación de la tierra, ubicándose en el mismo punto

con similares características de adquisición, a pesar de que ese

movimiento es suave, sufre distorsiones como se nombraron en el

capitulo 2.9.1, originadas por la Plataforma Satelital, por la Rotación

de la Tierra, por la Geometría del Sensor, Radiométricas y

Atmosféricas, lo que en definitiva hacen que la imagen necesite

correcciones para su utilización.

A continuación se esquematizaran los errores que sufren las

imágenes en el proceso de toma de una escena.

1.- La orbita de un satélite esta en directa relación con las leyes

físicas de gravedad de la Tierra, estas leyes hacen posible determinar

la posición de un satélite en un instante dado, pero al igual que un

avión sufren distorsiones en su orientación, las que son expresadas en

los ángulos de rotación ω (omega), Φ (Fi), κ (Kappa), las que se

pueden denotar en la geometría de la imagen, se le puede asociar

como Distorsiones Provocadas por la Plataforma Satelital.



Eje z

Eje y

Eje x Dirección del vector velocidad

Figura 4,1: Movimientos internos del Sensor

- Kappa es el ángulo de Rotación alrededor del eje Z (eje óptico).

- Fi es el ángulo de Rotación alrededor del eje Y.

- Omega es el ángulo de Rotación alrededor del eje X (eje de la

línea de vuelo).



2.- Las condiciones de la orbita en la toma de una imagen,

como ya se menciono, vienen dadas por las efemérides, las que

describen la posición, velocidad del satélite, altitud, descripción

geométrica del sensor, etc. La imagen en el instante en que se toma

una escena completa, está con referencia a un punto en la Tierra

(Geocéntrico), en que durante todo ese proceso la tierra ya se habrá

desplazado; toman importancia datos como el ángulo de inclinación

de la orbita, desplazamiento de la Tierra el que es variable según la

Latitud en que se encuentre el satélite en el instante de la toma de la

imagen, la velocidad angular del satélite y el tamaño de la cubierta de

la escena, todos esos factores se pueden asociar a las Distorsiones

provocadas por la Rotación de la Tierra.

Figura 4,2: Referente Geocéntrico y Referente Orbital

Y

Z

X

Y

z

y

xV



3.- Al ser Landsat un Explorador de Barrido, cuenta entre sus

componentes físicos, con un espejo móvil, que oscila

perpendicularmente a la dirección de la trayectoria del satélite, este

movimiento puede alterarse provocando errores en la imagen, como

por ejemplo un efecto de barrido no lineal, lo que puede producir

cambios en la recepción de la información respecto de la resolución de

los píxeles, estos errores se pueden asociar a Distorsiones Provocadas

por el Sensor, la figura 4,3 muestra una trayectoria de barrido lineal

(a) y la otra de barrido no lineal (b) en que la trayectoria esta

distorsionada provocando una matriz irregular.

(a) (b)

Figura 4,3: Ejemplo de (a) barrido lineal; (b) barrido no lineal



El concepto de captura de Imágenes por barrido de líneas, se

entiende que por cada línea de barrido existe un centro de proyección

único y un conjunto único de ángulos de rotación, y como el satélite

describe un moviendo suave en su orbita, prácticamente lineal, se

ASUME que por cada línea de barrido se describe una trayectoria

lineal constante a lo largo una línea recta, para el caso de Landsat

ETM+, cada oscilación del espejo supone 16 líneas de barrido.

4.- Respecto de las distorsiones Radiométricas, todos los

problemas tanto en la falla en la calibración de los detectores que

reciben varias líneas simultáneamente, las que son traducidas y

codificadas en niveles digitales para las distintas bandas, esta

codificación puede producir un efecto de bandeamiento, sobre todo en

zonas de poca radiancia; como también las distorsiones Atmosféricas

que producen una modificación de la radiancia original proveniente de

la superficie terrestre provocando por ejemplo menor contraste entre

coberturas de similar comportamiento, son corregidas por la Estación

de Recepción en la Tierra.

Los tres primeros puntos en el esquema son los que

corresponden a la corrección geométrica que se le debe realizar a la

imagen satelital, estas correcciones son generalmente poco precisas

debido a que solamente es una orientación a través de los datos

proporcionados por las efemérides, y para que la Imagen Satelital

este geométricamente correcta, es necesario el uso de Puntos de

Control (GCPs), un Modelo Digital de Elevación (MDE) y un Modelo

Matemático que remueva todas estas distorsiones y en definitiva

obtener una imagen comparable a un mapa.



4.1 Elección de los Puntos de Control (GCPs)

Antes del análisis de los resultados obtenidos, en cada Modelo

Matemático, es importante destacar que la elección de los Puntos de

Control (GCPs), fue en base a algunas coberturas vectoriales a escala

1:50.000 que fueron facilitadas por el IGM, algunas de estas

coberturas fueron:

- CARRETERAS en las que su elección se baso en la intersección

de calles que fueran de fácil identificación en la imagen.

- HUELLAS Y SENDEROS los que se encontraban en la periferia

de Santiago.

- CUENCAS su elección se baso en la intersección de caminos

naturales de aguas en los sectores de la Cordillera de los Andes y la

Cordillera de la Costa.

- RIOS

Como en el Modelo Matemático de Funciones Racionales indica

que dependen de la cantidad y distribución de los Puntos de Control,

esta cantidad fue de 31 Puntos de Control distribuidos

homogéneamente en toda la zona a Ortorectificar; y se mantuvo la

misma cantidad y distribución en el Modelo Orbital para una

comparación de los valores residuales obtenidos en cada imagen

ortorectificada.



4.2 Análisis de valores Residuales por Funciones Racionales

Numero de Puntos de Control= 31 puntos

Tamaño de la matriz: Landsat L1G: 7336 P x 6928 L

Landsat 0R : 6920 P x 5960 L

LANDSAT L1G LANDSAT 0R

Punto Residual Residual

X Residual

Y Punto ResidualResidual

X Residual

Y G0012 1.47 -1.46 -0.05 G0033 2.32 -2.15 0.87 G0026 1.08 1.08 -0.12 G0002 2.06 1.58 1.32 G0034 0.87 -0.50 -0.71 G0021 1.71 -1.48 0.85 G0021 0.87 -0.66 0.57 G0012 1.48 -1.45 -0.29 G0022 0.86 -0.73 -0.46 G0030 1.45 -1.45 0.04 G0028 0.77 0.77 0.11 G0013 1.32 0.62 -1.16 G0015 0.73 0.37 0.62 G0025 1.18 0.93 0.72 G0013 0.68 0.68 0.01 G0026 1.10 1.08 -0.23 G0010 0.66 0.36 -0.55 G0027 1.04 0.50 0.91 G0035 0.64 -0.29 -0.56 G0035 1.03 -0.36 -0.96 G0004 0.60 -0.47 -0.37 G0017 0.95 0.81 0.50 G0019 0.60 0.16 -0.58 G0005 0.85 0.84 -0.08 G0017 0.57 0.43 0.37 G0004 0.75 0.38 -0.65 G0006 0.54 -0.09 0.53 G0032 0.73 -0.45 0.58 G0005 0.50 0.13 0.48 G0001 0.71 0.56 -0.43 G0018 0.50 -0.34 -0.36 G0028 0.65 0.42 -0.49 G0033 0.49 -0.07 0.48 G0010 0.61 0.03 -0.61 G0027 0.48 -0.06 0.48 G0006 0.56 0.26 -0.50 G0011 0.48 0.41 -0.24 G0008 0.47 -0.41 0.22 G0008 0.47 -0.35 0.30 G0011 0.44 0.41 -0.17 G0003 0.46 0.45 -0.04 G0022 0.44 -0.26 0.36 G0025 0.45 0.42 0.15 G0009 0.42 -0.29 -0.30 G0016 0.45 0.39 -0.22 G0019 0.39 0.02 -0.39 G0009 0.43 0.07 0.42 G0024 0.38 -0.31 -0.21 G0001 0.42 -0.02 -0.42 G0016 0.31 0.21 0.23 G0002 0.42 -0.09 0.41 G0020 0.29 -0.11 -0.27 G0030 0.40 -0.39 -0.02 G0015 0.20 0.19 0.06 G0007 0.36 -0.20 -0.31 G0034 0.14 -0.12 0.06 G0020 0.18 -0.14 -0.12 G0007 0.10 0.04 0.09 G0032 0.14 0.07 0.12 G0018 0.06 -0.06 -0.02 G0024 0.11 0.09 0.07 G0003 0.03 -0.00 -0.03

Tabla 4,1 Residuales obtenidos de Funciones Racionales



RMS RMS (m) RMS total Imagen RMS

X RMS

Y RMS X

(m) RMS Y

(m) RMS

(píxeles) RMS

(metros) Landsat

L1G 0,5 0,39 15 11,7 0,63 19,02

Landsat 0R 0,8 0,57 24 17,1 0,98 29,5

Tabla 4,2: Residuales totales de Funciones Racionales

Visualmente la distribución de los GCPs se muestran en la figura

3,20, en ambas imágenes el orden correlativo de los GCPs fue el

mismo, para que se entienda, se tiene por ejemplo que el GCP

correspondiente al G0001 se identifico en el cruce de calles Vicuña

Mackenna con Bilbao, la coordenada de referencia (X,Y) se obtuvo

desde los vectores y la altura Z desde el MDE, en ambas imágenes se

ocupo las mismas coordenadas de referencia, pero la ubicación en

ambas imágenes es distinta debido a que sus matrices lo son

también, esto se ve reflejado en el comportamiento de cada GCP y en

el resultado de los residuales finales, donde la imagen Landsat L1G

tiene un valor de 19.02 metros alrededor de medio píxel y la imagen

Landsat 0R alcanza los 29.5 que representa casi un píxel.

Ahora bien, la coincidencia visual de los vectores dentro de la

zona urbana, en donde la morfología de Santiago tiene un

comportamiento más bien plano, no irregular, hace coincidir lo

vectores de carreteras como se ve en la figura 4,4, pero es en la zona

de la Cordillera de los Andes en donde ocurre el problema, como se

muestra en la figura 4,5 el vector de las Cuencas, no coincide en

ninguna de las dos imágenes



(a) (b)

Figura 4,4: Imágenes Landsat L1G (a) y Landsat 0R (b)

Ortorectificadas con Funciones Racionales

Aquí se muestra el vector Carretera de color azul sobre ambas

imágenes Landsat ortorectificadas, en ambos casos se denota la

coincidencia de este vector sobre la carretera que se presenta en un

tono celeste, respecto de que se destaque mas el color rojizo de la

imagen Landsat 0R (b) es porque ambas imágenes son de distintas

fechas, siendo la imagen (b) como se menciono en capítulos

anteriores del mes de Octubre, época de Primavera, donde la

vegetación es mas vigorosa que en Enero, por lo que, la recepción de

la Radiancia proveniente de la vegetación es mayor en esta época que

en Verano.



(a)

(b)

Figura 4,5: Calce de Cuencas con Funciones Racionales en

Imagen Landsat L1G (a) y Landsat 0R (b)



En el caso de la figura 4,5 que muestra el sector de la Cordillera

de los Andes, se presentan con los vectores de Cuencas de color

verde, en este caso muestra claramente que el Modelo Matemático de

Funciones Racionales no es recomendable de usar en sectores donde

la morfología sea irregular.



4.3 Análisis de valores Residuales por Modelos Orbitales

Numero de Puntos de Control= 31 puntos

Tamaño de la matriz: Landsat L1G: 7336 P x 6928 L

Landsat 0R : 6920 P x 5960 L

Landsat L1G Landsat cruda

Punto Residual Residual

X Residual

Y Punto ResidualResidual

X Residual

Y G0025 0.88 -0.48 0.73 G0033 2.44 -2.28 0.89 G0034 0.84 -0.41 -0.73 G0002 2.36 2.09 1.10 G0012 0.83 -0.79 -0.28 G0021 1.54 -1.28 0.86 G0010 0.75 0.35 -0.67 G0013 1.32 0.51 -1.22 G0015 0.72 0.25 0.67 G0025 1.32 -0.17 1.31 G0035 0.72 -0.16 -0.70 G0027 1.15 0.82 0.81 G0011 0.70 0.60 -0.37 G0030 1.08 -1.07 -0.11 G0021 0.69 -0.49 0.49 G0035 1.02 -0.20 -0.99 G0022 0.67 -0.22 -0.64 G0012 0.85 -0.69 -0.49 G0019 0.66 0.02 -0.66 G0005 0.79 0.77 -0.13 G0028 0.66 0.65 0.11 G0004 0.78 0.40 -0.68 G0018 0.65 -0.51 -0.40 G0017 0.77 0.55 0.54 G0004 0.61 -0.46 -0.39 G0011 0.66 0.60 -0.27 G0013 0.59 0.59 -0.04 G0010 0.61 0.03 -0.61 G0026 0.58 0.43 0.39 G0032 0.59 -0.32 0.50 G0009 0.56 0.16 0.54 G0028 0.55 0.28 -0.47 G0006 0.55 -0.32 0.45 G0026 0.52 0.38 0.36 G0008 0.45 0.17 0.42 G0020 0.48 0.25 -0.41 G0033 0.42 -0.20 0.37 G0019 0.47 -0.06 -0.46 G0001 0.42 -0.38 -0.17 G0006 0.46 0.03 -0.46 G0005 0.41 0.04 0.41 G0016 0.33 -0.20 -0.27 G0002 0.41 0.35 0.21 G0022 0.33 0.33 0.05 G0017 0.40 0.20 0.34 G0003 0.25 -0.23 0.11 G0027 0.39 0.24 0.31 G0009 0.24 -0.16 -0.18 G0024 0.36 0.13 0.34 G0018 0.24 -0.24 -0.01 G0007 0.36 -0.32 -0.18 G0007 0.23 -0.17 0.14 G0020 0.35 0.20 -0.29 G0024 0.22 -0.18 -0.14 G0003 0.33 0.31 0.09 G0001 0.18 0.18 -0.03 G0016 0.26 -0.09 -0.24 G0008 0.18 -0.05 0.17 G0030 0.19 -0.04 -0.19 G0015 0.13 0.12 0.06 G0032 0.19 0.18 0.04 G0034 0.06 -0.05 0.04

Tabla 4,2: Residuales del Modelo Orbital



RMS RMS (m) RMS total Imagen

RMS X RMS Y RMS X (m)

RMS Y (m)

RMS (píxeles)

RMS (metros)

Landsat L1G 0,37 0,44 11,1 13,2 0,58 17,4

Landsat 0R 0,73 0,59 21,9 17,7 0,94 28

Tabla 4,3: Residuales totales del Modelo Orbital

Al igual que en el caso anterior, son los mismos puntos de

control GCPs, en la misma posición, en ambas imágenes, salvo que la

Ortorectificación se realizo por Modelo Orbital, en este caso al

comparar el mismo GCP del ejemplo anterior, los residuales del punto

G0001 también entregaron distintos valores en ambas imágenes y los

residuales finales en la imagen Landsat L1G es de 0.58 casi medio

píxel y la imagen Landsat 0R su residual fue de 0.94 casi un píxel.

Al cargar los vectores en el mismo ejemplo de Funciones

Racionales se tiene que:

(a) (b)

Figura 4,6: Imágenes Landsat L1G (a) y Landsat 0R (b)

Ortorectificadas con Modelo Orbital



Al igual que en Funciones Racionales, en el Modelo Orbital el

vector Carretera calza con una pequeña diferencia favorable a este

modelo.

(a)

(b)

Figura 4,7: Calce de Cuencas con Modelo Orbital en Imagen

Landsat L1G (a) y Landsat 0R (b)



La gran diferencia de este Modelo, es que al incorporar los datos

orbitales, cuando el programa realiza la Orientación Interior y la

Orientación Exterior (Ajuste de Bundle), esta minimizando todas las

distorsiones que se produjeron en la imagen en el momento de la

toma de la escena, esto hace que la imagen quede virtualmente

ortogonal a la Tierra, luego minimiza y distribuye los errores

asociados con la Imagen, con los Puntos de Control y el MDE usando

Mínimos Cuadrados, se puede decir que un GCP con un residual alto

se puede interpretar que se encuentre fuera de lugar haciendo que el

ajuste no encaje bien y genere una ortoimagen defectuosa.

Si se busca la relación de los residuales obtenidos por ambos

métodos, se puede decir, que para la imagen Landsat L1G los valores

de los residuales finales son muy similares y cercanos a medio píxel,

en comparación con la Imagen Landsat 0R en que sus residuales

también son similares pero cercanos al píxel, esto puede ser a que

por ejemplo, a que las bandas multiespectrales de la Imagen Landsat

L1G estaban fusionadas y además la imagen estaba Orientada, lo que

hacia que la elección y distribución de los puntos de control fuera

mucho más fácil, en cambio, la Imagen Landsat 0R, cada banda

estaba por separado, si bien el orden correlativo y la elección de los

GCPs fue el mismo que la otra imagen, era mucho mas complejo

ubicar los mismos puntos de control debido a que la imagen estaba

cruda y sin orientación.



El comportamiento de los Puntos de Control y de los valores de

sus residuales en ambos Modelos y en ambas imágenes fue distinto,

en consecuencia, sus residuales finales también lo son.

En el caso de la Imagen Landsat 0R, donde no se contaba con

los parámetros orbitales, sino más bien se le asignaron parámetros

generales del Satélite Landsat TM, que si bien la única gran diferencia

que tiene con el Satélite Landsat ETM+, es la incorporación de la

banda Pancromática, en el Modelo Orbital hizo que la Orientación

Interior y la Orientación Exterior fuera por defecto, provocando que el

valor residual final fuera cercano al píxel, pero no quiere decir, que la

ortoimagen final fuese poco precisa, lo que se comprueba finalmente

al cargar los vectores en la imagen y que estos se ajusten en la

imagen.

Figura 4,8: Ortoimagen de Santiago de Chile en 3D



Capitulo 5

5. Aplicaciones

5.1 Espaciocarta

Una de las grandes aplicaciones que se les puede dar a las

Imágenes Satelitales es el Espaciocarta, el que se define como un

documento cartográfico, que tiene como característica principal la

utilización de una Imagen Satelital como base de la representación

cartográfica de las distintas coberturas presentes en la Tierra, las que

pueden ser extraídas de Cartas existentes, bases de datos o de la

interpretación de la misma Imagen Satelital.

La Espaciocarta es muy similar o mejor que una carta

convencional, esto gracias a que el fondo-imagen, es altamente

informativo, sencillo de manejar y con muchas aplicaciones e

interpretaciones, que además cuenta con información grafica y de

texto necesarias para su utilización:

Los elementos principales son:

- Sistema de Coordenadas Cartográficas y/o Geográficas.

- Títulos

- Escalas: cifrada y grafica

- Cuadro de diseño cartográfico y plano de localización

- Indicación del Norte Geográfico, Cartográfico y Magnético

- Referencias de edición y derechos de autor.

- Ubicación de las imágenes utilizadas



- Características de la(s) imagen(es) utilizada: Satélite, Sensor,

Fecha, etc.

Agregados Cartográficos

- Toponímios localizados

- Curvas de nivel

- Limites Administrativos

- Red caminera, hidrográfica, etc.

5.1.1 Tipos de Espaciocartas

1.- La Espaciocarta de base o Topográfica: es en la cual el

fondo-imagen no es interpretado, se presenta de acuerdo a

fraccionamiento cartográfico estándar. Los elementos planimetritos

y/o altimétricos pueden ser agregados y asociados a una leyenda.

2.- La Espaciocarta Temática: La imagen es interpretada con

el fin de interpretar uno o varios temas analizados, caracterizados en

el documento por códigos temáticos, asociados a una leyenda, que

indican la naturaleza de ciertos objetos, pueden ser agregados

elementos de planimetría y altimetria.



5.1.2 Utilización de un Espaciocarta

Las Espaciocartas se pueden utilizar en los siguientes Campos o

Áreas de producción cartográfica:

- Cartografía de Urgencia. Cuando se necesita generar

cartografía en un corto periodo de tiempo, el que es imposible

realizarlo únicamente con los métodos tradicionales, es en

donde las imágenes pueden ser una buena alternativa.

- Cartografía de zonas de difícil acceso. Existen sectores

inaccesibles, ya sean, por medio terrestre o aéreo, debido por

ejemplo, a las inclemencias del tiempo, morfología del lugar;

donde las imágenes satelitales no tienen ese problema gracias a

que los Satélites cubren sistemáticamente toda la Tierra, un

ejemplo de zonas inaccesibles en Chile, es la zona Austral,

donde la morfología y el clima irregular hace que los vuelos

Fotogramétricos sean escasos, por lo que generar y actualizar

cartografía regular es bastante difícil.

- Cartografiar el seguimiento de un fenómeno. Dirigidos a

estudios Multitemporales, donde se pueden visualizar

fenómenos como el crecimiento urbano, incendios y explotación

Forestal, tipos de cultivos, etc.

- Actualización de cartas Tradicionales. Utilizando Imágenes

georeferenciadas u Ortoimágenes y actualizar coberturas

existentes o agregando nuevas estructuras.

- SIG y bases de datos georeferenciados.



5.1.3 Escala de la Espaciocarta

La escala será el elemento fundamental en la representación

cartográfica y está en directa relación con la resolución del sensor,

siendo la resolución espacial la que entregue la capacidad de

diferenciar la distancia mínima entre los objetos del suelo para que

puedan ser discriminados y diferenciados (tamaño del píxel), y

también la resolución espectral en que la combinación de sus bandas

muestre la reacción radiométrica de las diferentes coberturas de la

Tierra, permitiendo entonces generar una representación reducida,

fijando lo limites de lo que podrá ser representado y lo que no, en el

documento Cartográfico que es en este caso la Espaciocarta.

La precisión grafica que tiene un documento cartográfico

análogo, es de 1/5 mm o 0.2 mm que viene a ser la capacidad

máxima de discriminar que tiene el ojo humano.

Sin el error grafico, se puede decir que una precisión teórica en

un documento cartográfico elaborado a partir de una imagen satelital

se puede obtener de una simple regla de tres:

2/2.01

pixelmm

Escala=

(Formula n° 14)



Una imagen satelital es geométricamente correcta, eliminando

las deformaciones producidas por el relieve, lo que se logra en el

proceso de ortorectificación al aplicar un Modelo Digital de Elevación;

esto indica que al ocupar una imagen Landsat ETM+ se lograría una

escala media de 1: 75000.

Basándose en el Manual de Carreteras, donde dice que el IGM

es la institución encargada de la actualización de la cartografía

nacional y el catalogo de escalas es de 1:25.000; 1:50.000;

1:100.000; 1: 250.000 y 1:500.000.

De acuerdo a esto y como finalidad se generara una

Espaciocarta Temática a escala 1:100.000, en función de representar

el crecimiento urbano, junto con la delimitación comunal y los

caminos principales con el fin de generar un Documento Cartográfico

Alternativo a la Cartografía Convencional generada por el IGM.



5.2 Análisis de Crecimiento Urbano

5.2.1 Censos

El desarrollo tecnológico, las grandes oportunidades en el sector

laboral, el mayor mercado educacional, los mejores servicios, etc. que

se encuentran en los centros urbanos, conllevan a un mejor estatus

de vida, y así a una mayor esperanza de vida de sus habitantes, y así

también una migración hacia estos centros urbanos, esto provoca un

crecimiento acelerado en tanto en habitantes como en extensión.

Para obtener una información detallada de todos los cambios, ya

sea, número de habitantes, distribución geográfica, características

socioeconómicas, etc. En Chile se realiza el Censo Nacional de

Población y Vivienda, que es la operación estadística más amplia e

importante que se realiza a Nivel Nacional.

El Censo es efectuado por el gobierno nacional con ayuda de las

autoridades regionales, provinciales y municipales. El organismo

encargado del levantamiento censal y de todos sus aspectos técnicos

es el Instituto Nacional de Estadística (INE).

El uso fundamental de este censo es la evaluación y

establecimiento de programas en materia de educación, empleo,

alfabetización, vivienda, entre otros.



5.2.2 Ley de Censos

La ley de censos fue dictada en el año 1843, en la

administración del Presidente Manuel Bulnes.

Esta ley señaló el plazo máximo de diez años para la realización

regular de censos de población. Ya que en este plazo debieran haber

cambios significativos en la características de la población y la

composición demográfica, la cual esta determinada por fecundidad,

mortalidad y migraciones.

5.2.3 Censo a Nivel Nacional

El total de población en Chile censado en el año 2002 llega a

15.116.435 habitantes en el intervalo 1992 al 2002 hubo un aumento

de la población de 1.768.034 habitantes.

En Chile el crecimiento en los últimos 50 años (1952-2002) ha

aumentado en 9.183.440 habitantes un 154% más que en el año

1952.

La taza de crecimiento Inter-Censal disminuye de 2.5 habitantes

por cada 100 habitantes anualmente entre los años 1952 y 1960 a

una taza de 1.2 habitantes por cada 100 habitantes entre 1992 y

2002.



ccccsd

Grafico 5,1: Población total Chilena últimos seis años censales. Fuente: datos INE

La taza anual de crecimiento entre los años 1982 y 1992 es de

un 1.6 habitantes por cada 100 habitantes, la cual disminuye

considerablemente en el periodo 1992-2002 que es de 1.2 habitantes

por cada 100 habitantes. Esto indica que hay un menor crecimiento

de habitantes en este último decenio con respeto al anterior. Y esta

entre los cuatro países de menor crecimiento de América Latina.

5.2.4 Censo a Nivel Regional

La Región de Chile en la cual habitan el mayor número de

personas es la Región Metropolitana, con un 40.1% de la población

total del País, la mayoría habita en la ciudad de Santiago con más de

cuatro millones y medio de personas aproximadamente. La que la

antecede el la Región del Bio-Bio con un 12.34%.



Grafico 5,2: Distribución en porcentaje de la población chilena por regiones.

Fuente de datos INE

La población rural en el año 1992 era de un 16.5% de la

población total, y en el año 2002 es de un 13.4% de la población

total, lo que indica una migración de alrededor de un 3% a las áreas

urbanas.



Grafico 5,3: cantidad de habitantes región metropolitana

Fuente de datos INE.

La región metropolitana tuvo un aumento de población en el

último decenio de 803.248 habitantes, una cifra menor al decenio

anterior. Pero igual una cifra a considerar para las políticas de

ordenamiento territorial y el Plan Regulador Metropolitano de

Santiago.

Figura 5,1: Región Metropolitana Landsat ETM+



El aumento de la población se traduce en requerimientos de

más espacio, este espacio puede crearse construyendo mas edificios

(densificar la Población) o puede ser creado aumentando los limites

urbanos de la ciudad.

La generación del espacio para absorber los requerimientos del

aumento de la población deberá realizarse sin provocar distorsiones

en el desarrollo armónico de la ciudad.

En la región Metropolitana Santiago aumentó la cantidad de

viviendas particulares en los últimos 10 años, de 1.286.486 a

1.643.892 vivienda, esto es mas de un 27.7%. Siendo la mayor parte

de este aumento en las áreas urbanas. En la Figura 5,2 se puede

visualizar el aumento del casco urbano en el intervalo de los años

1989 – 2003.

(a) (b)

Figura 5,2: Ciudad de Santiago de Chile en Imagen Landsat TM (a) y Landsat ETM+ (b) con Fecha 17 de Marzo de 1989 y Fecha 19 de

Enero del 2003 respectivamente



5.2.5 Ciudad de Santiago de Chile

La expansión de la ciudad de Santiago se puede visualizar al

comparar cartografías de distintos años, en la figura 5,4 se puede

identificar el área de expansión de la ciudad entre los años 1998 y

2001, la cartografía de 1998 se efectuó mediante restitución

fotogramétrica a escala 1: 50.000 realizada por el Instituto Geográfico

Militar, en tanto la cartografía de 2001 se obtuvo a través de una

imagen del satélite Landsat ETM+ de resolución espacial 30 metros.

El siguiente grafico se muestra las magnitudes de las áreas

urbanas de estos años.

Grafico 5,4: Área urbana de Santiago en los años 1998 y 2001



5.2.6 Proceso de Vectorización

La vectorización se realizo en el programa PCI Geomatics,

utilizando la imagen Landsat ETM+ del año 2001 con las bandas del

Infrarrojo Cercano, Rojo y Verde. El proceso se efectuó clasificando el

área que se interpreta como área urbana en la imagen, esta

interpretación se basa en la observación de los indicadores de la

imagen como el Color, la textura, el contexto, el tono, etc. Y también

con la ayuda de herramientas externas como el programa de Internet

Google Earth.

Al comparar coberturas del IGM con las coberturas obtenidas al

vectorizar la imagen, se encontró por ejemplo, zonas que no

concuerdan como es el caso del área urbana donde claramente se

denota en la imagen una incongruencia entre ambas coberturas. Esta

incongruencia entre la dos capas abarca un 1.76 % del área de la

cobertura del IGM, unas 836 hectáreas aprox.

Figura 5,3: Comparación de coberturas



La incongruencia detectada entre las dos cartografías, puede ser

provocada por errores de interpretación del operador, como también

por deferencias del concepto de área urbana.

5.2.7 Expansión Urbana

Para obtener el aumento de la población urbana y de Viviendas

en dicho periodo, se efectuó a través de una función lineal, ya que

este dato solo se ocupara para un proceso comparativo.

Comunas Pobl. Urbana Pobl. % Área Urbana Hect. Expan. %

1998 2001 1998-2001 1998 2001 1998-2001

Cerrillos 72203 71980 -0,31 951,73 963,83 1,27

Cerro Navia 151281 149054 -1,47 862,46 895,20 3,80

Colina 53048 60370 13,80 0,00 33,19 100,00

Conchalí 141121 135222 -4,18 947,46 1056,96 11,56

El Bosque 174498 175320 0,47 1387,16 1390,03 0,21

El Monte 20508 21840 6,50 149,95 178,67 19,16

Estación Central 134595 131444 -2,34 1275,44 1376,67 7,94

Huechuraba 68825 72759 5,72 287,28 685,36 138,57

Independencia 70405 66711 -5,25 749,71 749,71 0,00

La Cisterna 88956 86077 -3,24 999,42 999,42 0,00

La Florida 350845 361883 3,15 3368,71 3542,23 5,15

La Granja 132826 132597 -0,17 996,76 996,76 0,00

La Pintana 181907 188041 3,37 1474,17 1558,18 5,70

La Reina 95021 96327 1,37 1243,60 1723,50 38,59

Lampa 23487 27043 15,14 68,46 255,52 273,27

Las Condes 233161 245710 5,38 3051,71 3403,10 11,51

Lo Barnechea 62205 69923 12,41 574,92 1435,12 149,62

Lo Espejo 115710 113528 -1,89 745,14 809,99 8,70

Lo Prado 106963 104978 -1,86 652,98 653,18 0,03

Macul 115804 113352 -2,12 1276,53 1276,86 0,03

Maipú 380372 443754 16,66 3646,61 4083,13 11,97

Ñuñoa 167137 164417 -1,63 1633,81 1633,81 0,00

Pedro Aguirre Cerda 120912 116148 -3,94 884,76 884,76 0,00

Peñaflor y Padre Hurtado 87477 94969 8,56 1057,14 1210,70 14,53

Peñalolén 201548 212432 5,40 1284,10 1862,08 45,01

Pirque 6847 8950 30,72 103,44 176,58 70,71



Providencia 116997 119905 2,49 1301,41 1311,06 0,74

Pudahuel 168712 186372 10,47 932,05 1321,21 41,75

Puente Alto 397213 468755 18,01 2515,67 3324,69 32,16

Quilicura 91581 117395 28,19 371,23 1344,91 262,29

Quinta Normal 108947 105246 -3,40 1250,03 1250,03 0,00

Recoleta 154839 149875 -3,21 1265,59 1317,74 4,12

Renca 131700 133063 1,04 1028,83 1212,26 17,83

San Bernardo 217467 235220 8,16 1751,02 2325,95 32,83

San Joaquín 104182 99264 -4,72 1020,50 1020,50 0,00

San José de Maipo 8751 9171 4,80 161,42 174,76 8,27

San Miguel 80471 79272 -1,49 1008,36 1008,36 0,00

San Ramón 97270 95497 -1,82 622,97 622,97 0,00

Santiago 212866 203811 -4,25 2133,15 2133,15 0,00

Talagante 44853 48681 8,53 379,25 427,45 12,71

Vitacura 80649 81287 0,79 1294,48 1489,52 15,07

Total 5374158 5597642 4,16 46709,41 54119,10 15,86

Tabla 5,1: expansión urbana y crecimiento de la población a nivel

comunal.



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Figura 5,4: Expansión Urbana de Santiago



Las comunas que están confinadas en su espacio, no ocurrirá un

aumento de su expansión, pero si se podría provocar un aumento o

disminución en la densificación de la población.

Esto sucede por ejemplo en las comunas de Independencia, La

Cisterna, La Granja, Lo Prado, Macul, Ñuñoa, Pedro Aguirre Cerda,

Quinta Normal, San Joaquín, San Miguel, San Ramón y Santiago, en

estas comunas carecen de la posibilidad de expansión y en ellas se

provoca una disminución de la población lo que implica una

disminución de la densificación de la poblaciones de estas comunas.

Las comunas con mayor expansión urbana, mayores al 100%

son comunas que tenían en 1998 una baja área urbana en

comparación con las demás comunas, es decir, estas son las

expansiones mayores en proporción a cada comuna, en general en

estas comunas no se visualiza un aumento proporcional de la

población con el aumento del área urbana, lo cual indica el aumento

de construcciones ligadas al sector industrial.

1.- Comuna de Puente Alto

La comuna de Puente Alto es la que aglomera la mayor cantidad

de habitantes unos 492.603 en el área urbana con un aumento entre

los dos últimos censos de más de 235.000 habitantes, la construcción

de nuevas viviendas son un reflejo del crecimiento demográfico, un

aumento de 64.331 viviendas a 141.000 viviendas, por lo cual esta

comuna puede representar un buen ejemplo el la expansión del área

urbana.



Grafico 5,5: Comunas con mayor cantidad de habitantes.

El aumento de 254.127 a 492.606 equivale a un 93.84% y el

aumento aproximado en vivienda es de mayor a un 110%.

Para visualizar la expansión urbana en un periodo similar al

ínter censal, se vectorizaron imágenes de 1989 Landsat TM y de 2001

Landsat ETM+, las dos con resolución espacial de 30 metros y bandas

IRC, Rojo y Verde.

0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

400.000

450.000

500.000

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tidad

de

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tant

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PuenteAlto

Maipú La Florida LasCondes

SanBernardo

Peñalolén

Comunas

Comunas con Mayores Cantidades de Habitantes

Puente Alto

Maipú

La Florida

Las Condes

San Bernardo

Peñalolén



(a) (b)

Figura 5,5: Imagen Landsat TM, de 1989 Puente Alto (a) e Imagen

Landsat ETM+, de 2001 Puente Alto (b).

La expansión urbana obtenida entre estos años es de un

88.92%. Este valor concuerda con los porcentajes de crecimiento

demografía y viviendas en esta comuna en particular.



Capitulo 6

Conclusiones

Si bien en un principio y como hipótesis se propuso actualizar

cartografía a escala 1: 50.000 la que luego fue descartada por la

escala 1: 100.000, es necesario primero que todo, tener en

consideración antes de proponer la escala a utilizar, el tipo de Imagen

Satelital, el tamaño del píxel y las características del sensor a bordo

del satélite, información muy valiosa porque de ella depende el

resultado final.

Gracias a las ventajas de las imágenes satelitales, es posible

desarrollar gran variedad de análisis de información territorial, los que

pueden ser complementarios a todo lo existente e incluso generar

información que no existía anteriormente, lo que quiere decir que

gracias a estos avances tecnológicos, es posible implementarlos para

actualizar la cartografía existente de manera mas rápida, eficiente y

con resultados de mejor calidad, lo que da paso a que instituciones

encargadas de la Cartografía Nacional como es el caso del Instituto

Geográfico Militar, integre esta tecnología en beneficio del desarrollo

del país.

Uno de esas tecnologías o productos son los Modelos Digitales

de Elevación del programa SRTM (Shuttle Radar Topography Mission),

realizado por el NGA (Agencia Nacional Geoespacial) y la NASA; que

fue capaz de generar la representación mas completa del relieve de la

tierra, a través de un satélite por el método de la Interferometría.



Las ventajas de este Modelo Digital de Elevación (MDE), es que

representa fielmente la forma del relieve de la Tierra, hay que tener

en consideración, que es imposible generar un MDE tan preciso a

través de información altimétrica como curvas de nivel, Líneas de

agua, Puntos de Control, etc. por ningún método o software de

tratamiento vectorial, es por eso, que en este caso y este modelo en

particular fue de gran importancia a la hora de la generación de la

ortoimagen, aun cuando, el Modelo traía consigo errores que fueron

explicados y subsanados anteriormente.

También estos MDE pueden ser de gran utilidad en la

generación automática de curvas de nivel las que tienden a ser más

precisas que las generadas a través de la restitución, ya que, no traen

consigo errores como por ejemplo los producidos por la mala

interpretación del operador.

Otro de los productos de la tecnología espacial son las Imágenes

Satelitales, que como ya se explico en capítulos anteriores, necesitan

de correcciones para su utilización cartográfica.

En la generación de la Ortoimagen, cobra importancia el nivel

de corrección de la imagen, el método de remuestreo, el Modelo

Matemático ocupado que en este caso fue el de Modelo Orbital, la

distribución y calidad de los Puntos de Control.



Como se contaba con dos imágenes Landsat ETM+, con distintos

niveles de corrección, la que fue escogida para la aplicación fue la de

nivel 0R, aun cuando, el RMS fue mayor que la imagen de nivel L1G,

se tomó en consideración que el método de remuestreo con que ya

venia la imagen provocó un efecto de escalonamiento, que no puede

ser corregido al ortorectificar la imagen, en cambio, al no tener

ningún tipo de tratamiento la imagen de nivel 0R, se ortorectifico con

un remuestreo de Convolución Cúbica, lográndose acentuar mucho

mas los aspectos lineales (Figuras 4,6 y 4,7), lo que no hace que la

imagen de nivel L1G se desechara, ya que, entrego mucho mas

información espectral que la de nivel 0R, debido a que se contaba con

todas las bandas multiespectrales.

En ambas ortoimágenes aun cuando se lograron residuales

inferiores al tamaño del píxel, el único método de control fue

superponer las coberturas vectoriales, un método de control

alternativo, puede ser la generación de una nueva capa vectorial que

se obtenga de terreno, por ejemplo, una capa vectorial de carretera a

través de GPS diferencial, en donde se comparen ambas capas

vectoriales y se identifiquen las diferencias en la ortoimagen.

De acuerdo a los distintos métodos de corrección de la imagen,

el Modelo de Funciones Racionales es recomendable, cuando no se

cuenta con las Efemérides o los datos orbitales, cuando se cuenta con

parte de la imagen, ocupándolo solamente en zonas planas como por

ejemplo, es el valle de Santiago, para ello es necesario una gran

cantidad de puntos de control distribuidos mas o menos a la misma

distancia uno de otro.



Si no se cuenta con un MDE es posible realizar una corrección

geométrica (solo en zonas planas), también con una gran cantidad de

puntos de control, distribuidos homogéneamente, donde juega un rol

importante, aparte de los residuales, el orden del polinomio el que a

mayor grado puede generar una deformación en los extremos de la

imagen, y según toda la bibliografía de Imágenes Satelitales

específicamente para Landsat se recomienda un primer orden de

polinomio.

De acuerdo al Espaciocarta, fue la elaboración de un producto

cartográfico, el cual puede ofrecer una representación grafica para

muchos productos o proyectos referentes al ordenamiento y

planificación territorial, el que puede ser aplicado a planes

reguladores, en donde la imagen satelital puede proporcionar, según

su tratamiento, gran cantidad de información geográfica, y una amplia

gama de posibilidades, donde seria necesario la aplicación de la

norma ISO-19130, que es la norma que regula internacionalmente

todo lo que respecta a sensores remotos y fotogramétricos que

producen imágenes.

Respecto de las posibles aplicaciones de la imagen satelital

nombradas anteriormente, fue el análisis de crecimiento urbano, del

que se puede concluir, que de la expansión total de Santiago fue de

un 15.86%, el que no es acorde con el aumento de población 4.61%,

ni tampoco con el aumento de las viviendas particulares que es de un

7.14 % en la región. Aunque se tenga una incongruencia de 1.76%,

este desfasé se puede interpretar como el aumento del sector

industrial y comercial en la periferia de Santiago.



En algunas comunas del sector norte de la periferia se logran

identificar estructuras que claramente se pueden clasificar como

sectores industriales.

El menor costo del terreno en los sectores periféricos de

Santiago, sumada a la prohibición del Plan Regulador Metropolitano de

Santiago, de no construir industrias al interior del anillo de Américo

Vespucio, provoca el aumento de las industrias en la periferia.

La conveniencia de los propietarios para que sus terrenos estén

incluidos en el área urbana, ya sea por los servicios básicos, el

aumento de la plusvalía, la oportunidad de subdividir en menores

áreas su terreno. Causa una presión que ayuda a la expansión y que

va en desmedro del suelo agrícola de la Región Metropolitana.

Finalmente se puede concluir que la Imagen Satelital, en este

caso Landsat ETM+, como también imágenes de otros satélites,

después de todas sus correcciones y tratamientos, pueden ser de gran

ayuda en los procesos de Actualización y Generación de productos

Cartográficos, siendo necesario pensar en las imágenes satelitales

como un producto tecnológico que puede formar parte integral en las

actividades referentes a la producción y gestión de información

espacial.



Glosario de Términos

Teledetección: O percepción remota es la técnica de realizar

observaciones ha un objeto sin necesidad de tener contacto físico con

él.

Espectro Electromagnético: Cualquier tipo de energía radiante

en función de su longitud de onda o frecuencia.

Plataformas Satelitales: Son las que sostienen en el espacio a

los distintos sensores que circundan al Globo Terrestre.

Sensor Remoto: Es el instrumento que se encuentra en la

plataforma satelital capaz de captar la energía procedente de la

cubierta terrestre.

Píxel: es un elemento de una imagen de dos dimensiones, el

cual es el más pequeño e indivisible de una imagen digital (Fegas,

1992).

Imagen Satelital: Es una matriz que representa la información

obtenida por un sensor remoto.

Landsat ETM+: Satélite enviado por el por un Programa

espacial, con el objetivo de extender y mejorar el registro de

imágenes de las superficies continentales de Tierra proveído por el

anterior satélites Landsat.



Correcciones Radiométricas: Se refiere a la remoción o

disminución de las distorsiones en el grado de energía

electromagnética registrada por el sensor.

Correcciones Geométricas: es el cambio de posición en los

píxeles de la imagen, modificando la geometría de la imagen original.

Modelo digital de terreno (MDT): Es una estructura numérica de

datos que representa la distribución espacial de una variable

cuantitativa y continúa” (Felicísimo).

Modelo Digital de Elevación (MDE): Estructura numérica de

datos de elevación que representan la distribución espacial de la

altimetría de la superficie de un terreno.

Ortorectificación: Es una forma de rectificación, en donde se

remueve la distorsión geométrica presentes en la imagen, las que son

producidas por la orientación de la cámara o sensor, el

desplazamiento debido al relieve y los errores sistemáticos asociados

con la imagen.

Cartografía: Conjunto de operaciones que tienen por objeto la

concepción, preparación, redacción y realización de los mapas y

planos.

Escala: Es una relación de proporcionalidad entre las longitudes

de los elementos representados en el mapa o carta y sus magnitudes

lineales reales en el terreno.



Referencias Bibliografiítas

Emilio Chuvieco, 1996, Fundamentos de Teledetección Espacial,

Tercera Edición revisada, Ediciones RIALP S.A, 2000. Alcalá,

290.28027 Madrid.

Apuntes, Ángel M. Felicísimo, 1994, Modelos Digitales del

Terreno, http://www.etsimo.uniovi.es/~feli.

Manual Erdas, Capitulo 7 Conceptos Fotogramétricos.pdf, pag

257-302, Capitulo 9 Rectificacion.pdf, pag 341-372.

GDTA, Dominique Durand, 1993, Cuaderno A1 “Las

Espaciocartas”, Ediciones Universidad Católica de Chile.

NASA, Información sobre Landsat, paginas de Internet

http://ltpwww.gsfc.nasa.gov/, http://landsat.gsfc.nasa.gov/,

USGS, United State Geological Survey, http://www.usgs.gov/,

Information sobre SRTM.

Apunte, Beatriz Elena Alzate A., Introducción al Procesamiento

de Imágenes Satelitales, Unidad 4.

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