Especificaciones técnicas y conceptos básicos de calidadeditorial.udistrital.edu.co/contenido/c-190.pdf · siete exponen los conceptos básicos de calidad y los procedimientos para

Especificaciones técnicas y conceptos básicos de calidad

Especificaciones técnicas y conceptos básicos de calidad

Mapas topográficos a escala grande

Luz Ángela Rocha Salamanca

© Universidad Distrital Francisco José de Caldas© Facultad de ingeniería© Luz Ángela Rocha Salamanca ISBN 978-958-8782-82- 9

Dirección Sección de PublicacionesRubén Eliécer Carvajalino C.

Coordinación editorialMaría Elvira Mejía

Corrección de estiloJose Luis Guevara

Diagramación y montaje de carátulaLena Teresa Pardo González

ImpresiónTalleres Editorial UDPrimera edición, agosto de 2012

Sección de PublicacionesEditorial UDUniversidad Distrital Francisco José de CaldasCarrera 19 No. 33 -39.Teléfono: 3239300 ext. 6206Correo electrónico: [email protected]

Todos los derechos reservados.Esta obra no puede ser reproducida sin el permiso previo escrito de la Sección de Publicaciones de la Universidad Distrital.Hecho en Colombia

Rocha Salamanca, Luz Ángela Especificaciones técnicas y conceptos básicos de calidad: mapas topográficos a escala grande / Luz Ángela Rocha Salamanca. -- Bogotá: Universidad Distrital Francisco José de Caldas, 2013. 82 p. : il., mapas; cm. ISBN 978-958-8782-82- 9 1. Topología - Enseñanza 2. Cartografía – Enseñanza 3. Mapas topográficos I. Tít. 514 cd 21 ed.A1404006

CEP-Banco de la República-Biblioteca Luis Ángel Arango

Agradecimientos

A mi madre quien me enseñó que las mujeres lo podemos todo. A mis hijas quienes son la razón de mi existir y a

mis dos hombres, mi padre y mi esposo.

Contenido

Introducción ............................................................................................................................ 15

Modelo de datos geográfico ..................................................................................17

Catálogo de Objetos....................................................................................................................... 18

Catálogo de Símbolos ....................................................................................................................19

Especificaciones técnicas ..........................................................................................21

Línea de producción de mapas topográficos ...............................................................21

Especificaciones técnicas para la adquisición de datos espaciales a escala grande ........................................................... 23

Captura por restitución ............................................................................................................... 23

Captura por digitalización manual ..................................................................................... 29

Especificaciones técnicas para conjuntos de datos geográficos digitales ......................................................................... 33

Continuidad ........................................................................................................................................ 33

Curvas de nivel ................................................................................................................................... 35

Contigüidad o vecindad ............................................................................................................. 36

Pertenencia .......................................................................................................................................... 36

Empalmes ............................................................................................................................................... 37

Atributos ................................................................................................................................................ 38

Especificaciones técnicas para la salida final en formato análogo ........................................................................................................ 39

Elementos para la elaboración de una salida final análoga ........................... 39

Conceptos básicos de calidad de los datos espaciales digitales ...........................................................................................................51

Concepto de calidad .......................................................................................................................51

Terminología ........................................................................................................................................ 52

El modelo de calidad ..................................................................................................................... 53

Componentes para la evaluación de la calidad ........................................................ 54

Elementos generales de calidad............................................................................................61

Procedimientos para la evaluación de calidad ............................ 63

Métodos para evaluar la calidad .......................................................................................... 64

Informe de la evaluación de la calidad ........................................................................... 66

Uso de los procedimientos de evaluación de la calidad ................................... 67

Conclusiones ............................................................................................................................. 69

Referencias ...................................................................................................................................71

Glosario de términos cartográficos ..........................................................73

Figura 1. MDP y MCD .......................................................................................................................17

Figura 2. Comparación entre el MDP y el MCD ........................................................... 18

Figura 3. Diagrama de flujo esquemático de producción

de mapas topográficos digitales ......................................................................................... 22

Figura 4. Drenajes dobles .......................................................................................................... 25

Figura 5. Drenaje sencillo ......................................................................................................... 26

Figura 6. Edificaciones ............................................................................................................... 26

Figura 7. Manzanas ..........................................................................................................................27

Figura 8. Límite de manzana aproximado .................................................................... 28

Figura 9. Loteo................................................................................................................................... 28

Figura 10. Proceso de captura por digitalización ...................................................30

Figura 11. Continuidad ................................................................................................................ 34

Figura 12. Conectividad .............................................................................................................. 34

Figura 13. Cruce de curvas de nivel sobre un drenaje sencillo .................... 35

Figura 14. Cruce de curvas de nivel sobre un drenaje doble .......................... 35

Figura 15. Contigüidad ................................................................................................................ 36

Figura 16. Pertenencia ................................................................................................................ 37

Figura 17. Empalme ........................................................................................................................ 37

Figura 18. Componentes del mapa análogo ................................................................40

Figura 19. Formas de representar la escala ................................................................40

Figura 20. Rotulación 1 ............................................................................................................... 42






Figuras

Figura 26. Ejemplo de aplicación de simbología ..................................................... 45

Figura 27. Ejemplo de formato de un mapa análogo ............................................ 46

Figura 28.Ejemplo de tipo de fuentes para los textos del mapa ................. 47

Figura 29. Ejemplo de convenciones ................................................................................ 48

Figura 30. Modelo de calidad de un conjunto de datos espaciales .......... 53

Figura 31. Componentes para medir la calidad de los datos

geográficos ........................................................................................................................................... 54

Figura 32. Concepto de exhaustividad ........................................................................... 56

Figura 33. Medidas comunes de la exactitud en posición ................................57

Figura 34. Intervalo de confianza o nivel de confianza ......................................57

Figura 35. Matriz de incertidumbre .................................................................................. 58

Figura 36. Proceso para evaluar y reportar la calidad de los datos

geográficos ........................................................................................................................................... 63

Cuadros

Cuadro 1. Ejemplo de formato de Catálogo de Objetos .......................................19

Cuadro 2. Ejemplo de formato de Catálogo de Símbolos ...................................19

Cuadro 3. Intervalos de curvas de nivel según la escala .................................. 29

Cuadro 4. Cuadro de iluminación de elementos en los mapas

análogos ..................................................................................................................................................31

Cuadro 5. Área que va a representarse según la escala del mapa.............. 47

Cuadro 6. Elementos y subelementos de calidad ajustado ............................. 60

Cuadro 7. Aspectos que deben verificarse por el método directo .............. 65

Cuadro 8. Procedimiento para realizar inspección total................................... 65

Cuadro 9. Procedimiento de muestreo ............................................................................ 65

Cuadro 10. Ejemplo de un informe de calidad de los datos

geográficos ........................................................................................................................................... 67

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Introducción

Los rápidos cambios y los avances tecnológicos de las últimas décadas han tenido un profundo impacto en la ciencia encargada de la producción de mapas. Los sistemas

de posicionamiento global, la percepción remota, los Sistemas de Información Geográ-fica, la cartografía digital y, en general, las tecnologías para el manejo de la información digital, llamadas geotecnologías, han cambiado la naturaleza del trabajo de dicha ciencia, y, por supuesto, también de las profesiones, industrias y organizaciones que dependen de información geográfica para su desempeño.

Una gran cantidad de actividades de la sociedad actual, como la planeación, los trabajos de ingeniería, la exploración, el manejo de recursos naturales, el control ambiental, el es-tablecimiento de redes de servicios públicos, etc., requieren información geográfica para su correcta ejecución. Estas tareas venían realizándose usualmente con base en informa-ción geográfica de mapas análogos obtenidos con métodos cartográficos convencionales. La aparición de tecnologías relacionadas con el manejo de información georreferenciada, como los Sistemas de Información Geográfica, la percepción remota, los GPS, etc., junto con su amplio rango de aplicaciones, generó en los usuarios encargados de estas activida-des la necesidad de tener acceso a información geográfica en forma digital para una rea-lización más rápida y eficiente de sus trabajos. Adicionalmente, la versatilidad y rapidez de las labores realizadas con información digital generaron expectativas en usuarios que hasta ahora habían sido ajenos al área de la geoinformación.

Sin lugar a dudas, la mejor forma de visualizar la información espacial es por medio de mapas, por lo cual la cartografía ha sido de vital importancia en esta actividad. A través del tiempo, esta ha evolucionado, especialmente debido al desarrollo de la tecnología y, en especial, de la informática. A mediados del siglo XX, la cartografía era considerada como el arte y la ciencia de confeccionar una carta o mapa bajo ciertas normas, expresando grá-ficamente los rasgos físicos, naturales y culturales, de la superficie de la tierra o de otros cuerpos celestes (Robinson, Sale y Morris, 1984). Posteriormente, esta definición cambió y la cartografía se define como la disciplina encargada de la representación de datos es-

Introducción

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paciales o geográficos en un mapa, basado en estándares establecidos para cada escala, es decir, el término de datos geográficos se incorporó como elemento indispensable de dicha disciplina.

No se puede hablar de cartografía sin tener en cuenta el concepto de mapa; uno de los más aceptados actualmente es aquel que expresa que un mapa es “un modelo gráfico de los aspectos espaciales del mundo real” (Kraak y Ormeling, 1996). Los mapas en forma en general los podemos clasificar en mapas topográficos y mapas temáticos y, de acuerdo a la escala, en mapas a escala grande, media y pequeña. En este libro nos centraremos en los mapas topográficos a escala grande, es decir, aquellos a escala 1:1000 y 1:2000, princi-palmente. En particular, los mapas topográficos se definen como aquellos que consignan los rasgos físicos y culturales que caracterizan un terreno. En este sentido, los elementos o datos espaciales que contiene un mapa topográfico son planimétricos (es decir, aquellos que tienen coordenadas X, Y) y altimétricos (que tienen coordenadas X, Y, Z, al incorpo-rar la altura).

Por su nivel de detalle, los mapas topográficos a escala grande, esto es, entre 1:1000 y 1:5000, generalmente reciben el nombre de planos. Esto implica que se necesita un nú-mero mayor de requerimientos para su producción y que la precisión exigida es más alta que en los otros tipos de mapas. Un ejemplo de mapa a escala grande son los mapas ca-tastrales, cuyo objetivo es proporcionar una descripción precisa de la tierra y facilitar la identificación del predio.

El objetivo principal de este libro es exponer los requerimientos mínimos o, en térmi-nos cartográficos, las especificaciones técnicas para la elaboración de mapas topográficos a escala grande, con el fin de que sirvan de insumo en sus diversas aplicaciones, especial-mente en aquellas que tienen que ver con los Sistemas de Información Geográfica. Como complemento, se presentan los conceptos de calidad de los datos geográficos, teniendo en cuenta que se necesita verificar la calidad de los datos antes de que sean entregados a los usuarios.

En el primer capítulo se presenta la base conceptual para la creación de datos geográ-ficos. El segundo capítulo expone las ventajas de utilizar especificaciones técnicas en la creación de mapas. El tercer capítulo presenta las especificaciones técnicas para la adqui-sición de los datos. El cuarto capítulo se enfoca en las especificaciones técnicas aplicadas a los formatos digitales y el quinto capítulo, a los formatos análogos. Los capítulos seis y siete exponen los conceptos básicos de calidad y los procedimientos para medir la calidad de los datos. Al final del libro se presenta un glosario de términos cartográficos para una mejor comprensión de los conceptos trabajados en cada uno de los capítulos.

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Modelo de datos geográfico

Desde el punto de vista de la cartografía, un mapa es un modelo simplicado de la realidad que contiene información espacial. Las bases de datos geográficas o los ar-

chivos de imágenes no son considerados propiamente como mapas, pero son actualmen-te elementos esenciales para su producción (Kimerling, Buckley, Muehrcke y Muercke, 2009), por lo que se hace necesario crear el modelo de datos geográfico que se utilizará para la generación del mapa de acuerdo con la escala.

El modelo de datos geográfico representa la abstracción de los elementos del mundo real y la forma como estos se incorporan fácil y ordenadamente en una base de datos geográfica.

En el modelo de datos geográfico el mundo real es representado por un Modelo Digital del Paisaje (MDP), en el que los diferentes elementos son definidos, clasificados y reglamen-tados como condición para almacenarlos en la base de datos espacial (figura 1. IGAC, 1996).

Figura 1. MDP y MCD

Fuente: modificado de Kraak y Ormeling (1996).

mapa

Modelo cartográfico digital

Modelo digital del paisaje

mundo real

Modelo de datos geográfico

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En el MDP se registran los diferentes objetos topográficos de acuerdo con su geometría (punto, línea o polígono), su posición y sus atributos, así como por sus relaciones topo-lógicas (IGAC, 1996).

En teoría, el mundo real puede ser representado por un solo MDP; sin embargo, la geo-metría de los objetos juega un papel esencial en el almacenamiento de los mismos dentro del sistema. Por esto, las diferencias en el contenido, representación y exactitud de cada una de las escalas de trabajo (1:100000,1:25000,1:10000 y 1:2000) implican la existencia de diferentes MDP (figura 2).

Figura 2. Comparación entre el MDP y el MCD

Fuente: Sijmons (2003).

Catálogo de Objetos

Como su nombre lo indica, el Catálogo de Objetos es el documento que almacena la in-formación de los objetos del MDP, como la definición, la clasificación, la geometría y los atributos de los objetos topográficos (cuadro 1).


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Cuadro 1. Ejemplo de formato de Catálogo de Objetos

Objeto: Sitio turístico Código: 3115Información general del objeto:Definición: sitio con alguna trascendencia histórica, cultural, turística o de interés generalGeometría: puntoFuente: fotografías aéreas de la zonaAtributos:Nombre: nombre del sitio turísticotipo: tipo de sitio turístico1. Atractivo natural2. Cultural3. Deportivo4. Histórico5. Playa6. Paisaje subacuático

Fuente: Rocha y Cárdenas (2010).

Catálogo de Símbolos

En el Catálogo de Símbolos se almacena la información del MCD con respecto a su re-presentación gráfica, de acuerdo con la simbología de los objetos en el mapa (cuadro 2). Estos símbolos son diseñados con los criterios y normas cartográficas preestablecidas y dependen directamente de la escala, la geometría y los atributos del objeto.

Cuadro 2. Ejemplo de formato de Catálogo de Símbolos

Objeto Escala Símbolo Especificación Ilustración

Atractivo natural 1:2000 Fuente: imagen prediseñadaEstilo: regularTamaño: 24

Fuente: Rocha y Cárdenas (2010).

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Especificaciones técnicas

Las especificaciones técnicas (ET) se pueden definir como el conjunto de requisitos, normas, reglas o instrucciones que permiten fijar una metodología para el desarrollo

de las diferentes fases de la línea de producción de mapas en formato digital y son la base para el desarrollo de los proyectos cartográficos y fotogramétricos.

Aunque anteriormente se utilizaban las especificaciones técnicas elaboradas por el IPGH (Instituto Panamericano de Geografía e Historia), que aún siguen vigentes en va-rios procesos cartográficos para la producción de cartografía convencional en algunos institutos geográficos de Latinoamérica, por ejemplo, en Colombia, en la actualidad exis-ten nuevas normas definidas especialmente para datos geográficos, que permiten delimi-tar y medir la calidad de la información espacial en formato digital (ver figura 3).

Las ET tienen gran importancia, puesto que señalan cuáles son los parámetros que deben cumplir los diferentes productos cartográficos de acuerdo con la escala. Asimismo, nos indican las normas y los requisitos para la adquisición, la edición de los datos geográ-ficos y la elaboración de diferentes mapas a escalas grandes y pequeñas.

Contar con ET le permite a quien produce los mapas unificar conceptos y criterios, mejorar la calidad de los productos, optimizar y estandarizar las metodologías, y, por lo tanto, aumentar gradualmente la producción. Por esta razón, los productores de datos espaciales y, en general, de mapas topográficos deben definir las ET que utilizarán para la elaboración de estos a diferentes escalas.

Línea de producción de mapas topográficos

El proceso para la elaboración de los mapas topográficos a escala grande se conoce como proceso cartográfico y su fuente principal son las fotografías aéreas. Este proceso involucra una serie de actividades, entre las que se encuentran: planeación de vuelo, toma de foto-grafía aérea, clasificación de campo, fotocontrol, aerotriangulación, captura o adquisición de datos, y edición y elaboración de productos finales (IGAC, 2007).

Especificaciones técnicas

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Figura 3. Diagrama de flujo esquemático de producción de mapas topográficos digitales

Fuente: Sijmons (2003).

Este documento relaciona las ET de los procesos de adquisición y edición de datos es-paciales en la elaboración de mapas topográficos a escala grande.

23

Especificaciones técnicas para la adquisición de datos espaciales a escala grande

Un objeto o elemento espacial resulta de una abstracción del espacio geográfico real, y puede ser un objeto natural o una obra humana. Su característica distintiva es la

referencia espacial, en dos o tres dimensiones.La producción de datos espaciales digitales, para elaborar mapas topográficos a esca-

la grande, se realiza convencionalmente de dos formas: por restitución fotogramétrica, cuando la fuente son fotografías aéreas, y por digitalización, cuando se capturan los datos a partir de mapas existentes.

Existen otras fuentes para la producción de mapas, especialmente a escalas medias y pequeñas, como las imágenes de satélite, que no son tema de este libro, pues se rigen por otro tipo de especificaciones.

Los sistemas de posicionamiento global (GPS) también se utilizan en la recolección de datos para la producción de mapas. Los GPS suministran posiciones absolutas en tres di-mensiones, definidas por coordenadas (que pueden ser geográficas) (Kimerling, Buckley, Muehrcke y Muercke, 2009), sin embargo, este método tampoco será tema de este libro.

Restitución fotogramétrica: es el proceso de determinar la verdadera posición planimé-trica y altimétrica de objetos cuyas imágenes aparecen en las fotografías aéreas. La base de datos topográfica resultante es en tres dimensiones.

Digitalización manual: es el proceso por el cual se trasladan a un formato digital los datos contenidos en un mapa análogo (en papel), con lo que se produce una base de datos espacial en dos dimensiones.

Captura por restitución

Las etapas involucradas en el proceso de restitución son: orientación de cada modelo estereoscópico, captura de los datos en tres dimensiones y edición preliminar o edición en 3D. La captura de los elementos topográficos contenidos en la fotografía aérea se debe hacer en tres dimensiones.


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Adquisición de datos espacialesLos elementos del mundo real deben ser capturados de acuerdo con el modelo de datos, según la escala de trabajo y en tres tipos de geometría:

Geometría tipo punto: el objeto está definido por las coordenadas (x, y, z) dentro de un sistema de coordenadas.

Geometría tipo línea: los objetos se representan como una serie de puntos dados en correcta secuencia [(x1, y1, z1), ....., (xn, yn, zn)].

Geometría tipo área polígono: los objetos se representan por el perímetro que encierra el área, que debe estar perfectamente cerrada; es decir, las coordenadas del último punto serán las mismas del primer punto almacenado.

La captura de los elementos espaciales generalmente se hace en formato de spaghetti, es decir, sin estructura topológica, siguiendo los siguientes modos de captura:

Modo punto: en esta forma de captura de datos espaciales, el operador decide el número de puntos que se registrarán para delinear la forma del objeto, pulsando el mecanismo de registro.

Modo continuo: los puntos se registran siguiendo la geometría del elemento con un filtro previamente establecido. Este filtro se define por distancia y ángulo, y algunas veces por tiempo.

Especificaciones técnicas para la adquisición de datos espaciales

Para la captura de los diferentes objetos espaciales en los mapas a escala grande es acon-sejable utilizar los parámetros presentados a continuación:

Drenajes

Un drenaje se define como una corriente de agua continua, más o menos caudalosa, que va a desembocar en otra corriente o en el mar. Los drenajes se clasifican en ríos y quebradas. En los mapas topográficos a escala grande podemos encontrar drenajes dobles (figura 4) o drenajes sencillos (figura 5), de acuerdo con el ancho del elemento (IGAC, 1996).


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Figura 4. Drenajes dobles

Fuente: IGAC (2001).

Los objetos espaciales que representan un drenaje doble tienen como condición la geo-metría tipo polígono. Dichos elementos se capturan siguiendo exactamente el cauce y la dirección de las aguas desde su nacimiento hasta su desembocadura.

En el mapa debe quedar representado preferiblemente el cauce y no el nivel del agua. Los drenajes dobles se refieren a los ríos o quebradas cuyo cauce es lo suficientemente ancho como para ser representado como un polígono, de acuerdo con la escala (IGAC, 2001). Cuando el nivel de un río ha descendido pero se puede determinar su cauce, se captura exactamente el cauce máximo.

Los drenajes sencillos tienen geometría tipo línea y se capturan siguiendo la dirección de las aguas desde su nacimiento hasta su desembocadura. Estos objetos deben ir conec-tados al drenaje en donde desembocan o a los cuerpos de agua, como las lagunas.


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Figura 5. Drenaje sencillo

Fuente: elaboración propia.

Se debe señalar claramente cuándo el drenaje desaparece, por medio de un símbolo diseñado para tal fin, los drenajes sencillos igualmente pueden ser ríos o quebradas.

Edificaciones

Una construcción o edificación es un área edificada que sirve como vivienda, refugio o algún otro propósito útil (figura 6). En los mapas topográficos se capturan todas las edifi-caciones y se clasifican de acuerdo con el uso de la construcción (IGAC, 2001).

Figura 6. Edificaciones

Fuente: IGAC (2001).


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Las edificaciones se deben capturar mirando desde la parte superior, teniendo en cuen-ta los voladizos (IGAC, 2001).

Vegetación

En los mapas topográficos a escala grande se encuentran diferentes tipos de elementos que se pueden clasificar como vegetación. Se captura la vegetación que tenga un área ma-yor a 1 mm2, con geometría tipo polígono. En cuanto a los árboles, se capturan todos los árboles que aparezcan en la fotografía aérea, con una geometría tipo punto.

Manzanas

Una manzana es un espacio geográfico donde se ubica un conjunto de predios urbanos, delimitado generalmente por espacio público (IGAC, 1996). Las manzanas se capturarán siguiendo el borde del sardinel, con geometría tipo polígono (figura 7).

Figura 7. Manzanas

Fuente: elaboración propia.

Límite de manzana aproximado

Cuando los sardineles no están bien definidos, pero se pueden identificar claramente las vías que delimitan las manzanas, dichos elementos se restituirán como límite de manzana aproximado con geometría tipo línea (figura 8; IGAC, 2001).

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