blanco peredo oscar samuel

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON GEODESIA Y

INGENIRIA CIVIIL FOTOGRAMETRIA

Universitario: Oscar Samuel Blanco Peredo

Practica Nº 9

Modelos Digitales de Elevación MDE

Docente: Ing. M. Sc Ledezma Miranda Vito

Materia: Geodesia y Fotogrametría

Universitario: Blanco Peredo Oscar Samuel.

Fecha: 29 de noviembre

Cochabamba – Bolivia

Modelos Digitales de Elevación (MDE) 2ª parte




1. Introducción

Los modelos digitales del terreno (MDT) son una parte elemental de la información integrante de los sistemas de información geográfica. Aquí veremos la base conceptual de los MDT con el fin de poder comprender los aspectos relativos a su construcción y manejo de acuerdo a los programas correspondientes como ser el ilwis en este caso.

2. Objetivo del trabajo

2.1. Objetivo General

• Introducirnos en el uso del software ILWIS vs. 3.6 para la generación de modelos digitales de elevación (MDE), con la adquisición de datos desde imágenes raster digitales y documentos cartográficos por digitalización vectorial de estos documentos.

2.2. Objetivos Especificos

• Por medio del marco teórico aprender todo lo referente a los modelos digitales de terreno y elevación.

• Adquirir conocimientos del software ILWIS.

• Visualizar claramente el procedimiento a seguir para realizar los distintos modelos digitales de elevación.

• Elaborar modelos que nos permitan la comparación entre ellos para la

obtención de conclusiones.

• Elaborar la práctica según los criterios sistemáticos y objetivos, buscando obtener un modelo óptimo para su estudio.

3. Marco Teorico

3.1. Modelos Digitales de Elevación (MDE)




Se denomina modelo digital del terreno a una estructura numérica de datos que representa la distribución espacial de una variable cuantitativa y continua, como puede ser la temperatura, la cota o la presión atmosférica. En particular, cuando la variable a representar es la cota o altura del terreno se denomina Modelo Digital de Elevaciones o MDE.

El nombre de Modelo Digital de Elevación o MDE implica una representación de las elevaciones del terreno mediante valores numéricos, generalmente esta representación es una forma simplificada de la geometría de la superficie del terreno. Consiste en una serie de puntos con coordenadas conocidas referenciadas a un sistema de coordenadas bidimensionales a las que se les asocia un valor de elevación.

Entonces, un Modelo Digital de Elevación es un grupo de valores que representa puntos sobre la superficie del terreno cuya ubicación geográfica está definida por coordenadas "X" y "Y" a las que se les agrega un valor de "Z" que corresponde a la elevación. Se ha convenido que los puntos deben estar espaciados y distribuidos de modo regular, de acuerdo con un patrón que corresponde a una cuadrícula.

El clásico y cada vez más conocido nombre de Modelo Digital de Elevación, crea la idea automática de que necesariamente el grupo de valores numéricos deba visualizarse como un "modelo" de tercera dimensión cuando se usa un equipo de cómputo. Tal grupo de valores numéricos puede ser conceptualizado como un arreglo matricial o tabular de los valores de "X", "Y" y "Z" para cada punto. Para una mejor idea de esto, la siguiente es una manera de representar como texto los valores numéricos.

Los valores de elevación pueden ser manipulados digitalmente y desplegados en un monitor como una "malla" (o como un conjunto de "celdas"), a la que se asocian los valores de altura a cada una de las intersecciones de líneas de la "malla". Para este caso, la presentación visual es una vista isométrica.

Para el caso de que a las "celdas" de una cuadrícula "raster" se le asignen los valores correspondientes a los intervalos de alturas diferenciados por gamas, ya sea de tonos de gris o de colores, la presentación gráfica puede ser en dos o tres dimensiones.




3.2. Estructuras de Datos en el MDE:

De forma general, la unidad básica de información en un MDE es un valor de altitud,z, al que acompañan los valores correspondientes dex ey, expresados en un sistema de proyección geográfica para una precisa referenciación espacial. Las variantes aparecen cuando se definen las interrelaciones entre estas unidades elementales de información.

El diseño de estas interrelaciones es lo que configura las diferentes opciones en la estructura de datos, cuya elección es trascendental pues condiciona completamente el futuro manejo de la información. Mientras que los mapas convencionales usan casi exclusivamente una única convención (las curvas de nivel) para la representación de la superficie del terreno, los MDE disponen de alternativas más variadas, desde una transposición casi directa de las isohipsas hasta otras menos habituales en la cartografía impresa pero más adaptada al proceso digital. En todas ellas la altitud se describe básicamente mediante un conjunto finito y explícito de cotas. El valor propio de un punto de localización arbitraria será, en su caso, estimado por interpolación a partir de los datos de su entorno

Existen varias estructuras de datos para el almacenamiento de los MDE que pueden ser resumidas en la siguiente tabla:




3.3. Construccion del MDE:

3.3.1. Captura de Datos

La captación de la información altimétrica constituye, lógicamente, el paso inicial en el proceso de construcción del MDE, e incluye la fase de transformación de la realidad geográfica a la estructura digital de datos manipulable por medios informáticos.

Numerosos autores han coincidido en que esta fase inicial es la más costosa (en términos de tiempo y trabajo) de todo el proceso de manejo de los MDE. Existen varios métodos de captura de datos de los MDE que pueden ser resumidos en la siguiente tabla




3.3.2. Intepolacion para hallar la altura

En un modelo digital de elevación vectorial no es sencillo acceder directamente a un dato por su posición espacial, como ocurre en los modelos raster. Por lo cual la localización de los datos debe realizarse mediante operaciones de búsquedas globales. Dado el enorme número de datos que habitualmente componen un modelo digital de elevación vectorial, la búsqueda secuencial punto a puntos es poco eficaz debido al elevado tiempo que necesita.




La interpolación se puede definir como un procedimiento que permite calcular el valor de una variable en una posición del espacio, conociendo los valores de esa variable en otras posiciones del espacio.

Son 12 los métodos de interpolación que existen y que utilizaremos que son:

• Inverse distance to a power (Inversa a la distancia)

• Kriging • Mínimum curvature (Superficie de tendencia)

• Modified Sheppard`s method (Método modificado de Sheppard)

• Natural neighbord

• Nearest neighbord

• Polynomial regression (Regresión del polinomio)

• Radial basis function (Función de base radial)

• Triangulation with linear interpolation (Triangulación con la

interpolación lineal)

• Moving average (Promedio móvil)

• Data metrics (Métrica de datos)

• Local Polynomial (Polinomio local

3.4. Muestreo estereoscopicos

La estéreo visión consiste en el procesado y análisis de diferentes imágenes de la misma escena tomadas desde diferentes ángulos. Considerando que una imagen es una proyección de un objeto 3D sobre un plano, a partir de dos imágenes del mismo objeto tomadas con diferentes ángulos de visión podemos calcular las coordenadas 3D de los puntos de ese objeto en el mundo real.




3.4.1. Presicion por muestreo

Esta precisión depende del muestreo utilizado que se dividen en 4:

• Muestreo en cuadricula regular.

• Muestreo selectivo.

• Muestreo progresivo.

• Muestreo compuesto.

o MUESTREO POR CUADRICULA REGULAR

Donde se utilizan las siguientes formulas:




o MUESTREO SELECTIVO

Sus características son: - Información Esqueleto del terreno. (Líneas morfológicas, picos,

drenaje, espejos de agua). - Requiere mucha interpretación. - Rasgos que definen el relieve: Break lines, Break points, Excluded Regions. - BL, cambian su pendiente en linea. - BP, Cambian su pendiente en línea. - ER, Obras de arte, áreas urbanas, espejos de agua. - No puede ser automatizada. - Trabajo tedioso y lento.

o MUESTREO PROGRESIVO

- Tolerancia vertical Ventajas.- Gran adaptabilidad del terreno, colecta automática y semiautomática, necesita poca memoria para almacenar. Desventajas.- Si δh es muy pequeño es casi un Grid regular, demora mas tiempo, en terrenos de cambio abrupto no se distingue la o

o MUESTREO COMPUESTO

Es el más preciso de todos los métodos de muestreo, combina el muestreo selectivo con el muestreo progresivo, se usa normalmente cuando el terreno tiene mucha pendiente y es muy rugoso.

Además existe el muestreo interferometrico. También el muestreo de sistema lidar.




o Muestreo por red irregular de triángulos (TIN):

Aquí se plantea la pregunta: ¿Qué cantidad de puntos debo levantar? . Este muestreo consiste en la recolección irregular de los objetos del terreno que se clasifican en:

Los break lines son líneas que rompen la continuidad de la superficie, los break points son puntos que rompen la continuidad de la superficie y las áreas excluyentes son las que tienen alturas constantes.

Lo que hace la TIN es colectar información en formato vectorial y después empieza a formar una red de triángulos entre todos los objetos. Cuantos más objetos se tengan más precisa es la red.

3.4.2. Densidad de muestreo:

La densidad hace referencia a la cantidad de puntos que debo colocar para que la representación sea real. Hay dos enfoques:

• Silars

• Makarovik

3.4.2.1. Silars:

Realiza una investigación empírica donde clasifica a la superficie terrestre en tres tipos de terreno, pero solo funciona en escalas grandes, no en medias ni pequeñas. Es un modelo experimental, vale como información pero no como trabajo científico.




3.4.2.2. Macarovik:

Es un método analítico, no recomienda como en el anterior cuantos puntos se deben levantar sino el tipo de muestreo que se debe emplear. La información• es la que se encuentra afuera.

Donde podemos observar las siglas “MCR” (muestreo de cuadricula regular), “MP” (muestreo progresivo), “MS” (muestreo selectivo) y “MC” (muestreo compuesto).




3.5. Funciones de continuidad de los MDE

Los MDE necesitan funciones de continuidad que enlacen los datos colectados ya sean lineales o polinomiales. La más común es la lineal y es la también utilizada por el programa Ilwis que vamos a utilizar.

Donde cada punto representa una altura. Y lo que se desea hallas es un Ei. cualquiera que tiene una altura hx, entonces lo encuentro con las formulas de la izquierda.

Pero también existen funciones polinomiales que abarcan a su vez a las lineales




Y el modelo matricial general empleado es:

4. Desarrollo Practico

Primeramente se debe tener instalado el software Ilwis 3.2 y se debe haber bajado la información referente a esta práctica del correo gmail. Abrir el programa ilwis, en la parte izquierda elegimos la penúltima opción “IMPORT/EXPORT” y elegimos la opción “import GENERAL RASTER”, luego nos aparecerá una ventanita donde debemos elegir el formato TIF, elegir nuestro mapa , colocarle el mismo nombre, no hay peligro de superposición ya que son formatos diferentes y aceptar.

Después de aceptar me aparecerá otra ventana donde solo debo hacer click en OK, al hacerlo se abrirá automáticamente el mapa en el programa ilwis. Una vez realizado este paso debo proceder a mí georeferenciación para eso debo seguir los siguientes pasos: Primero debo entrar al menú “File” elijo la opción “create” seguidamente de la opción “georeference”




Después de realizar este paso se me abrirá otra ventana donde debo hacer click en la imagen del sol e inmediatamente se me abrirá otra ventana donde debo elegir la opción “CoordSystem Projection” y hacer click en ok.

Al realizar este paso me aparecera otra ventana donde debo hacer click en “Projection”, al hacerlo me aparecera otra ventana donde bebo elegir la ocion“UT M” y hacer click en ok.

Después de hacer esto me aparecera otra ventana donde debo desabilitar la opcion del hemisferio norte y en zona colocar el numero 20, después elijo la opcion “Elipsoid” donde debo elegir la opcion WGS 84 y hago clik en ok.




Al presionar OK, ha creado un sistema de coordenadas para su trabajo, al que tiene que darle un nombre por ejemplo Valle_Hermoso, escoja este archivo en esta opción, y presione OK, presione también la tecla OK del menú de “georeference” y obtendrá la ventana para georeferenciar el mapa:




Coloque los valores de las coordenadas obtenidas en la guia, obteniendo asi en el cuarto punto un sigma este sera:

El cual sera analizado con detenimiento. Terminado este proceso se debe iniciar la digitalización de curvas de nivel sobre el mapa topográfico. Para esto en el mapa anterior seleccionar “FILE”, luego “CREATE” y después “Segment map”, inmediatamente tendrá una ventana de dialogo. Déle un nombre al archivo, (es conveniente mantener el mismo nombre para todos los derivados, para este caso Valle_Hermoso.), luego en la opción “Domain” seleccione de la lista desplegable “VALUE”. Luego presione la tecla “OK”.

Una vez realizado esto debo proceder a dibujar las cotas teniendo cuidado on sus valores, para poner el valor solo se debe hacer doble clik y debo guardarlo antes de cerrar.

Terminado asi se procedera a una interpolación de este mapa, para ello se va a la página principal del ilwis se busca el archivo recién creado se hace click derecho y se elige la opción “Contour Interpolation”, y aparecerá otra ventana




de dialogo donde se deben llenar los datos que piden y se debe colocar un nombre de salida. Luego de llenarla debo colocar “Show” y me aparecerá la siguiente imagen:

Luego se debe proceder a generar el MDE de la imagen anterior, para ello debo crear otra georeferenciación, primero haciendo click derecho y seleccionando propiedades de la última imagen creada, de estas propiedades se extraen “Botton left” y “Top right”.

Luego se va al menú principal del Ilwis y se va a la opción “File” luego “Create” y “Georeference”, se debe llenar los mismos datos de la imagen de la izquierda y colocar ok.

Luego del menú “Operation tree” en la parte izquierda del menú principal del ilwis se debe elegir la opción “Image Processing” y la función “Resample”.




Creado este archivo se debe crear una visualización en 3D y para ello en “Operation tree” seleccionar “Visualization” y “Display 3D”, aparecerá una ventana donde se debe hacer click en el medio sol. Luego de esto aparecerá una nueva ventana en la cual se deben llenar los mismos datos, colocar ok, y otra vez ok, entonces tendré otro archivo pero esta vez en 3D.

Luego debo buscar este nuevo archivo y abrirlo, al hacerlo me aparecerá una ventana, en la cual si elijo grid me aparecerá mis elevaciones en 3D en una malla, si quiero la puedo combinar con la función “Raster drape” y elegir mis otros mapas, es aconsejable georeferenciar la fotografía de Valle Hermoso para poder utilizarla en 3D.




Realizado el MDE desde documentos existentes digitalizando curvas de nivel, realice otro MDE desde puntos colectados en forma aleatoria con los datos colectados en la practica Nro. 3 y 5. Archivo que debe estar en formato texto.

Seguir los pasos presentados en la práctica como ser:

En este caso se obtendrá un menor sigma cosa que se analizara en la parte del sigma.

Los pasos apartir de la obtención del MDE sera el mismo para la parte anterior puesto que su tratamiento es el mismo.




5. Presentacion de los resultados

• GEOREFERNCIACION DE LA FOTO




• DIGITALIZACION DE LAS COTAS




• Imagen Pasterizada de Valle Hermoso

Imagen ampliada




• Mapa cotas MDE

• Valle Hermoso-Corn




• Imagen del Grid en 3D Valle Hermoso

Imagen mejorada rotada en los ejes y aumentada en escala:




• Imagen del Gris mas las curvas de nivel

• Imagen 3D del MDE:




• Imagen del Grid con el MDE

• Imagen de 3D en diversos formatos




Por otro lado se tiene la imagen generada por las practicas 3 y 5:

• PUNTOS

• Imagen del MDE




• Vista 3D inicial:

Imágenes mejoradas:




6. Analisis de los resultados

Se puede analizar para empezar desde que realizamos la ubicación de los puntos de control, se pudo observar que hasta el tercer punto de control el valor residual es 0, y al insertar el cuarto punto el programa ya calcula automáticamente. También el valor del sigma es de 1.827 píxeles, en la georeferenciación de la fotografía pero a medida que el sigma se acerque más a un numero mayor a 15 será menos impreciso y mientras más se aleje de ese valor será mucho mejor la precisión obtenida, tal es el caso también de los puntos obtenidos de las practicas cuyo sigma fue menor al anterior con un valor de 0.458 píxeles.

También se tiene que tomar en cuenta que al georeferenciar utilizamos coordenadas UTM pero con el WGS-84 perjudicando en cierta forma al sector de Bolivia en cuyo caso se adapta mejor al PSAD-56. Se debe digitalizar las cotas y poner las alturas respectivas y correctas ya que si no se lo realiza bien el programa no correrá, en cuyo caso el Google Earth sera de vital importancia para asegurar una buena distribución de alturas que en algunos casos es confusa

El software ilwis utiliza un modelo lineal que es el más sencillo para crear modelos digitales del terreno, es por eso que se emplean datos en formato raster, ya que este contiene líneas, y eso por eso que se digitalizan las cotas.

También se aprecia que en el Modelo automáticamente se marca de diferentes colores respecto a las alturas, y también en base a la interpolación que se realizó. Nos muestra el programa los detalles de los puntos más altos y bajos. El modelo también es acorde con lo visual ya que a medida que nos acercamos a un cerro estas cotas irán incrementándose.

Como podemos observar en las imágenes se pueden crear múltiples combinaciones de estas, y en distintos ángulos, lo que nos permite una mejor visualización de Valle Hermoso lo que es de vital importancia para el desarrollo de cualquier obra en dicho lugar. En la imagen en 3D del MDE se puede apreciar que la escala de colores está en función a la altura, en donde el magenta es lo más alto y lo azul es lo más bajo. Ya para el segundo modelo la zona presento varios desperfectos, a pesar de que su sigma aya sido menor, esto se debe al desarrollo del calculo de los 200 puntos que fueron calculados al azar presentado asi algun error que se incrementa al ser reunidos todos en un modelo. El espaciamiento del gris sera usado de acuerdo a la precion visual que queramos obtener a menos espacio mayor precisión.




7. Conclusiones

• El nombre de Modelo Digital de Elevación o MDE implica una representación de las elevaciones del terreno mediante valores numéricos

• Se puede sacar un modelo digital del terreno de cualquier fotografía

correctamente georeferenciada

• Aprender a hacer un MDE es muy importante en el ámbito de la ingeniería civil, ya que con esta se pueden calcular en carreteras el corte y relleno, además ayuda a la p lanificación de obras y otros.

• Saber manejar el programa Ilwis es importante para la generación de

MDE demostrando así sus múltiples funciones.

• Este software utiliza un modelo de interpolación lineal ya que es más rápido y preciso.

• Las cotas son las elevaciones que se visualizan después en 3D es por

eso que se deben colocar los valores correctos.

8. Recomendaciones

• Ser curioso a lo largo del uso del ILWIS, lo que permite una mejor conprension del tema y manejo fluido del programa

• Ser metoidico y sistematico de tal forma de no cometer error en ninguno de los pasos a seguir de la practica.

blanco peredo oscar samuel

Documents