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