Notas de Clase, Topografía y Cartografía [Ing. Nilda Sánchez y Gabriel Santos]

DATOS DE LA ASIGNATURA

Nombre: TOPOGRAFÍA Y CARTOGRAFÍA

Titulación: Grado en Ingeniería Agrícola, Facultad de Ciencias Agrarias y Ambientales, Universidad de Salamanca.

Primer curso, segundo semestre, básica

Código: 105709

Profesores: Nilda Sánchez Martín ([email protected]) y Gabriel Santos Delgado ([email protected])

Departamento: Ingeniería Cartográfica y del Terreno, Área de Ingeniería Cartográfica, Geodésica y Fotogrametría

Año de elaboración del material: 2011

Metadatos: Topografía, Cartografía, Ingeniería Agrícola

PROGRAMA

Bloque 1. Conceptos. Contextualización de la asignatura en la ingeniería en general y en la ingeniería agrícola en particular. Levantamientos y replanteos. Exactitud y precisión, errores y equivocaciones. Unidades y sistemas de coordenadas.

Ejercicios y problemas

Bloque 2. Nociones de Topografía, Cartografía y Geodesia. Conceptos topográficos en el plano. Conceptos geográficos de la esfera (o el elipsoide). Proyecciones cartográficas. La proyección UTM.

Ejercicios y problemas.

Bloque 3. La cartografía oficial española: el MTN. Cartografía agrícola y de vegetación. Cartografía catastral. Conceptos catastrales en los mapas parcelarios. Ejercicios y problemas.

Bloque 4. Instrumentos topográficos: medidas de ángulos, distancias, desniveles y coordenadas: Nivel altimétrico. Lecturas en la mira. Nivelación. Itinerario de nivelación geométrica. Ejercicios, problemas y prácticas.

Bloque 5. Teoría del GPS. Navegadores y confección de mapas y planos. Levantamiento con navegador GPS Garmin 76. GPS aplicado a la agricultura de precisión. Prácticas.

BIBLIOGRAFÍA GENERAL

Domínguez García-Tejero, F. (1998). Topografía General y Aplicada. Ed. Mundi-Prensa. Madrid.

Martín López, J. (2000). Cartografía I: prácticas. Ed. Universidad Politécnica de Madrid, Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Topográfica. Madrid.

Polidura Fernández, F. J. (2000). Topografía, geodesia y cartografía aplicadas a la ingeniería. Ed. Mundi-Prensa, Madrid.

Robinson, A. H.; Sale, R. D.; Morrison, J. L.; Muehrcke, P. C. (1987) Elementos de cartografía. Ediciones Omega. Barcelona, 1987.

Ruiz Morales, M. (1991). Manual de geodesia y topografía. Ed. Proyecto Sur. Armilla (Granada).

Tomás Romeo, C. (1995). Prácticas topográficas y topografía informática. Ed. Bellisco, Madrid.

Valdes Doménech, F. (1989). Prácticas de Topografía, Cartografía y Fotogrametría. Ed. CEAC. Barcelona.

Vázquez, F.; Martín, J. Lectura de mapas. Ediciones del IGN. Madrid, 1987 y posteriores.

Verdú Vázquez, A. (2006).Topografía práctica con problemas resueltos. Ed Bellisco, Madrid.

Otras referencias bibliográficas, electrónicas o cualquier otro tipo de recurso en el propio temario y en el aula virtual Studium.

EVALUACIÓN

La evaluación de la adquisición de las competencias se realizará mediante la evaluación continua de todas las actividades que se realicen, con pruebas tanto de autoaprendizaje como de control por parte del profesorado.

La evaluación final consistirá en la suma de las calificaciones de una prueba final más las pruebas periódicas, siendo necesario en éstas llegar a una calificación mínima para ser consideradas en la suma final.

- Pruebas de evaluación continua de actividades teóricas, problemas y ejercicios: 40%

- Pruebas de evaluación continua de prácticas: 30%

- Prueba final: 30%

El alumno deberá llegar a una calificación mínima de 4 en cada una de estas pruebas para conseguir la calificación final.

Instrumentos de evaluación

Actividades de evaluación continua: Se hará un seguimiento presencial de la participación de los alumnos en las clases y en la resolución de los ejercicios que se plateen a lo largo del curso, así como en los trabajos y prácticas a desarrollar. También se realizarán pruebas

escritas periódicas de evaluación, junto con actividades de autoevaluación no presenciales en forma de cuestionarios y ejercicios a través del aula virtual, que le permitan conocer su propia evolución en la adquisición de competencias.

Prácticas en el aula de informática y en campo: Se plantean como obligatorias para superar la asignatura. En la evaluación de esta actividad, se tendrá en cuenta la disposición del alumno (forma de trabajar, disciplina de trabajo, etc.) y su grado de asimilación del instrumental topográfico. Se realizará prueba práctica y pruebas de autoevaluación con planos ejemplo.

Evaluación final: Constará básicamente de una prueba de evaluación final, que se realizará en las fechas previstas en la planificación docente, en el que el alumno tendrá que demostrar los conocimientos y competencias adquiridas durante el curso.

Recomendaciones para la evaluación

Se recomienda una asistencia y participación activa en todas y cada una de las actividades programadas. Las actividades de tutorías y preparación de trabajos se realizarán tanto desde la atención personalizada y/o en grupos de forma presencial, como desde la plataforma virtual; recomendándose el uso de ambas estrategias.

Se realizará una prueba de recuperación de acuerdo con el calendario de planificación docente establecido por la Facultad. Se tendrá en cuenta la participación activa del alumno en las actividades formativas antes descritas.

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TOPOGRAFÍA Y CARTOGRAFÍA

Bloque 1

1.1. Conceptos. Contextualización de la asignatura en la ingeniería en general y en la ingeniería agrícola en particular.

1.2. Levantamientos y replanteos.

1.3. Exactitud y precisión, errores y equivocaciones.

1.4. Unidades y sistemas de coordenadas.

1.1. Conceptos. Contextualización de la asignatura en la ingeniería en general y en la ingeniería agrícola en particular

La Topografía forma parte del currículo académico de muchas ingenierías, especialmente de aquellas relacionadas con la superficie terrestre, bien por ser ésta el ámbito de desarrollo de las actividades profesionales (es el caso de proyectos, actuaciones, ejecuciones), bien por ser un elemento descriptivo necesario para integrar otros factores (es el caso de estudios, inventarios). Popularmente, cuando nos referimos a la topografía, entendemos que nos referimos a la descripción del relieve de una porción la superficie terrestre. Tradicionalmente esa descripción se realizaba como una representación sobre papel, en forma de planos y mapas, y en la actualidad se recurre a medios digitales en dos o tres dimensiones. Así, según la Real Academia de la Lengua, la topografía tiene tanto ese carácter descriptivo de los planos como de referirse al propio terreno:

“Arte de describir y delinear detalladamente la superficie de un terreno”---- LOS PLANOS

“Conjunto de particularidades que presenta un terreno en su configuración superficial”---- EL RELIEVE

Por su parte, la cartografía, se define como:

“Arte de trazar mapas geográficos” y “Ciencia que los estudia” ‐‐‐‐ LOS MAPAS

Resumiendo, la topografía hace referencia tanto al terreno como a la representación del mismo, y la cartografía es el conjunto de disciplinas y ciencias que nos permiten representarlo. Además, la topografía hace referencia a porciones pequeñas del terreno (planos) y la cartografía a zonas geográficas más amplias (mapas); aunque los límites entre una y otra no estén muy claros.

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Las ingenierías usan los planos y mapas para diversas tareas:

‐ Los mapas generales sirven para localizar y situar en el contexto geográfico el proyecto o la actuación que se va a realizar: carretera, explotación, presa, etc. Son mapas provinciales, del término municipal, regionales, etc.

‐ Los mapas temáticos (geología, litología, vegetación, comunicaciones, parcelarios, hidrología, etc.) sirven para describir aspectos concretos de la zona del proyecto que se van a ver implicados en el proyecto o el estudio.

‐ Los planos y mapas de situación explican la transformación que se va a llevar a cabo y aspectos generales de la misma: cerramientos, accesos, distribución de espacios, dimensiones, etc.

‐ Los planos de aspectos del proyecto explican de forma espacialmente detallada cómo se va a ejecutar el mismo: planta, alzados, cimentaciones, infraestructuras, electricidad, saneamiento, etc.

‐ Los planos de detalle explican geometrías y materiales más concretos y necesarios para la ejecución: zapatas, ferrallas, obras de fábrica, mobiliario, etc.

De manera similar, en los estudios que no tienen por objeto un proyecto de ejecución (por ejemplo, un estudio de impacto ambiental), los planos y mapas describen de forma plástica el medio natural y antrópico, y sirven para realizar inventarios, calcular estadísticas, presentar resultados, hacer análisis espacial y temático, etc.

Típicamente, si pensamos en un proyecto de Ingeniería Agrícola, los conocimientos en cartografía y topografía serán necesarios para:

‐ Seleccionar y formatear los mapas generales de localización y los mapas temáticos necesarios para el proyecto.

‐ Seleccionar, formatear o realizar los mapas de situación y transformación, bien desde fuentes oficiales de cartografía (administraciones públicas que los distribuyan, organismos cartográficos), bien desde medios propios, como digitalización o GPS.

‐ Realizar todos los planos de proyecto de cada categoría y de detalle.

‐ Dimensionar el proyecto y realizar las mediciones de la obra: movimiento de tierras, materiales necesarios, unidades de obra, etc.

‐ Realizar representaciones tridimensionales y presentaciones digitales de la geometría del proyecto.

‐ Hacer medidas en la zona de actuación para describir su forma y dimensiones, si fuera necesario, o levantar detalles que no estén presente en los mapas y planos disponibles.

‐ Replantear en la zona puntos básicos de una obra o detalles necesarios para su ejecución como alineaciones, desniveles, puntos de referencia, etc.; también se incluyen aquí deslindes, amojonamientos o segregaciones de parcelas, proyectos típicamente agrícolas. Esta fase también incluye el control geométrico de la obra y la medición periódica para certificar los pagos de la ejecución.

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1.2. Levantamientos y replanteos

El proyecto de Ingeniería debe contener la documentación topográfica necesaria para poder analizar los requerimientos de las obras de transformación a realizar, tanto bajo el punto de vista económico como el de sus exigencias técnicas. La representación a escala del terreno ‐el levantamiento‐ es la base para la realización del proyecto, el cual una vez definido, es preciso transportar al terreno mediante los elementos geométricos en que se fundamenta su diseño y que se materializa sobre aquél por hitos, estaquillas, pintura, señalización de puntos, etc., operación que se debe realizar con el máximo rigor para que la obra se ajuste a la concepción del proyectista. Esta acción de trasladar al terreno el diseño del proyecto se denomina replanteo.

Hacer un levantamiento es llegar a conocer la posición de los puntos. Atendiendo a las coordenadas que interese medir, puede ser:

‐ Levantamiento planimétrico, cuando solo interesa la posición planimétrica de los puntos.

‐ Levantamiento altimétrico, cuando solo interesa el relieve y los desniveles. También se llama nivelación, por el instrumento que suele usarse, el nivel altimétrico.

‐ Levantamiento topográfico o taquimétrico, cuando se recoge información de planimetría y altimetría conjuntamente. Se llama taquimétrico porque tradicionalmente se utilizaba un instrumento llamado taquímetro para tomar a la vez todos los datos, aunque hoy en día también se utilicen otros aparatos como el GPS para esa tarea.

El levantamiento puede hacerse en coordenadas generales en un sistema geodésico y una cartografía oficial, o en un sistema de coordenadas locales, generado por el propio usuario para hacer el plano y/o el replanteo. En este caso se pueden usar distintos tipos de coordenadas, como se mencionará en apartados siguientes.

Con el replanteo se trata de materializar la geometría del proyecto. Éste se compone de una o varias construcciones, que según el tipo de ingeniería que trate el proyecto, serán de diferente índole. Así, las “obras públicas”, pertenecen a la esfera de la Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos, principalmente. Por lado, las “obras de edificación”, forman parte de la esfera de la Arquitectura. Las obras que se realizan en la ingeniería agrícola y rural suelen pertenecer al ámbito de la edificación, pues son construcciones al servicio de un proyecto privado de explotación agrícola o ganadera (naves, bodegas, invernaderos, etc.); aunque también pueden pertenecer a las obras públicas, especialmente en los proyectos de ordenación rural y gestión del agua (canales, caminos de concentración, regadíos, etc.)

El tratamiento que se da a los puntos estructurales en un tipo y otro de proyectos es diferente. En las obras públicas estos puntos vienen determinados por coordenadas en un sistema de referencia oficial siempre incluido en el propio proyecto. Sin embargo, en los proyectos de edificación, que suelen ser de menor envergadura geométrica, los puntos fundamentales vienen determinados por su distancia a elementos fijos e importantes de su entorno, por ejemplo su distancia a un vial próximo, a alguna construcción ya existente o incluso por sus distancias a las lindes del solar sobre el que se va a construir. En ocasiones, si el proyecto no está lo suficientemente definido en el aspecto geométrico, será necesario recurrir a medir a escala sobre los planos y utilizar estas medidas para referir el punto a otros ya existentes. Esta es una estrategia poco aconsejable, por acarrear un error gráfico inevitable a la escala de los planos.

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1.3. Exactitud y precisión, errores y equivocaciones

1.3.1. Exactitud y precisión

Ambos son términos que se utilizarán con frecuencia y que tienen gran importancia en las operaciones de medición. La exactitud es la proximidad de un valor al valor verdadero o ‘real’, o que se toma como tal. Por ejemplo: en la construcción de túneles, la coincidencia exacta de las dos excavaciones en el centro de la montaña demuestra que el trabajo fue realizado con exactitud. Pero en otras variables no es tan fácil conocer el valor verdadero. Por su parte, la precisión es el grado de cercanía (o al contrario, de dispersión) entre los valores resultantes del conjunto de medidas. Siguiendo el mismo ejemplo, es más fácil llegar a la exactitud de la coincidencia de alineaciones con un instrumento preciso que con una cinta métrica, pero la precisión por sí misma no constituye garantía de que las dos excavaciones coincidan en un punto dado.

La precisión depende de la calidad de los instrumentos y del rigor y conocimientos del operador, y se manifiesta en el grado de aproximación de las medidas resultantes; mientras que la exactitud se puede definir únicamente en términos de certeza de los resultados y de su aproximación al valor correcto, es decir, sólo se podrá determinar observando el resultado final.

1.3.2. Errores y equivocaciones

Los errores pueden ser de dos tipos: sistemáticos y accidentales. Los errores sistemáticos pueden y deben compensarse, ya que su magnitud y signo son siempre conocidos. Los accidentales son aquellos cuyos magnitud y signo son imposibles de determinar ‐o su modo de actuar no es susceptible de una formulación precisa‐, por lo que no pueden ser corregidos, pero sí se pueden minimizar con el uso de un equipo preciso, trabajando con procedimientos sistemáticos y poniendo el mayor cuidado en el desempeño de las tareas. Las equivocaciones son simplemente fallos impredecibles que pueden ser evitados con un buen grado de conocimiento y rigor en el procedimiento.

Estos tres conceptos pueden ilustrarse con el ejemplo de medición de una distancia mediante cinta métrica. Si ésta tiene una longitud mayor que la que marca la escala debido, por ejemplo, a una tensión continuada mayor que la necesaria, cuando leamos la distancia estaremos cometiendo un error sistemático por defecto, que puede determinarse y compensarse una vez calibrada convenientemente la cinta y conocido el error (y no necesariamente arreglada). Sin embargo, cuando, en alguna de las medidas, la cinta no se tense lo suficiente, estaremos cometiendo un error accidental de valor desconocido, pero que podría haberse evitado procediendo correctamente. Por último, si, por falta de experiencia, leemos mal los milímetros de la escala, estaremos cometiendo una equivocación.

La teoría de errores, derivada de la estadística y el cálculo de probabilidades, está en condiciones de determinar la validez de los resultados de las mediciones mediante criterios de precisión como el error medio cuadrático ‐el error medio de una serie de medidas que se calcula en función de las diferencias encontradas entre los valores observados y los más probables o verdaderos‐ o el intervalo de confianza ‐dentro de cuyos límites existe una cierta probabilidad de que se encuentre el valor verdadero‐.

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1.4. Unidades y sistemas de coordenadas

1.4.1. Unidades

Al pensar en la topografía como en una geometría aplicada a la superficie terrestre, será necesario analizar los conceptos geométricos que se utilizarán en la representación. Como se explicó en la asignatura ‘Expresión Gráfica’, la superficie terrestre se suele representar mediante el sistema de representación de Planos Acotados, por utilizar éste un plano horizontal como base de la representación; plano que es predominante en la superficie terrestre.

Las unidades lineales son el metro y sus múltiplos y divisores. El metro actualmente se define en función de un determinado número de longitudes de onda de la radiación del átomo de criptón, constituyendo un patrón preciso e indestructible. Las distancias que se utilizan son cuatro (Figura 1‐1):

‐Distancia natural: distancia real medida sobre el terreno.

‐Distancia geométrica: definida por el segmento rectilíneo que une dos puntos.

‐Distancia reducida: proyección de la distancia geométrica sobre la horizontal.

‐Distancia vertical o diferencias de cota.

Figura 1‐1. Distancias usadas en Topografía.

De manera general se usa el metro como unidad básica para la superficie real, y el milímetro para la representación en los planos. La escala se define como la relación entre una dimensión lineal en el mapa y esa misma dimensión en la realidad, expresada en forma de fracción y con las mismas unidades SIEMPRE (nótese que la escala es un factor sin dimensiones al ser una proporción de distancias). Las distancias a las que se refiere la escala son las reducidas:

DR

ZA

ZB

DG

DNatur

al

A

B

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Por ejemplo, si un muro de una nave que mide 15 m en el terreno mide en el plano o mapa 5 cm, entonces la escala será:

50 15000

1300

La escala se suele expresar en forma de fracción donde el numerador es 1. Normalmente se eligen escalas cuyo denominador sea múltiplo de 10 para que el cálculo de distancias en el terreno sea fácil. La clasificación de los mapas en función de la escala es:

‐ Mapas de pequeña escala (denominador grande). E < 1/100000

‐ Mapas de escala media. E entre 1/100000 y 1/10000

‐ Mapas de gran escala (denominador pequeño). E > 1/10000

Las escalas más grandes, 1:500; 1:100, 1:50 etc. se usan para los planos, que representan una zona pequeña de la superficie y prescinden de la esfericidad terrestre. Las escalas también se utilizan de forma gráfica, como una regleta subdividida en tramos con la distancia real indicada al lado (Figura 1‐2).

Figura 1‐2. Escala gráfica.

Es importante señalar que el ojo humano tiene un límite de apreciación gráfica de 0,2 mm, por debajo del cual es incapaz de diferenciar la posición de un punto o precisar una distancia. Este límite será de gran importancia cuando se trate de mapas y levantamientos, pues multiplicado por el denominador de la escala nos dará idea de la precisión con la que podemos situar elementos en la realidad.

Para las unidades superficiales, se utiliza el metro cuadrado, pero es más frecuente la hectárea (10000 m2) y sus submúltiplos: área (100 m2) y centiárea (1 m2). Cuando la medida sea de superficies, el denominador de la escala debe ir al cuadrado.

Respecto a las unidades angulares, se ha de definir el origen, sentido de avance y unidades. En topografía se suele tomar como origen el semieje positivo de las ordenadas, debido a que es el origen del azimut; pero no siempre los sistemas digitales de cálculo y dibujo coinciden en ese origen y usan el semieje positivo de las abscisas. El sentido es el retrógrado (‘de las agujas del reloj’, el sentido horario, Figura 1‐3).

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Figura 1‐3. Origen y sentido de avance de los ángulos en topografía.

Los ángulos se pueden medir en varias unidades, entre las cuales son frecuentes (Figura 1‐4):

‐ Grados sexagesimales (o). Es el sistema clásico utilizado antiguamente en topografía y en uso todavía en mediciones astronómicas. Supone la división de la circunferencia en 360 partes llamadas grados sexagesimales, que a su vez se dividen cada uno en 60 minutos sexagesimales y éstos en 60 segundos sexagesimales. La notación es la siguiente: 23° 18' 55",8=23,3155°

‐ Grados centesimales (g). Por su facilidad de manejo frente al sexagesimal es el sistema más extendido actualmente. La circunferencia se divide en 400 partes ‐grados centesimales‐, cada grado en 100 minutos centesimales, y cada minuto en 100 segundos centesimales. La notación es 345g24c78cc, o bien directamente: 345,2478 g

‐ Radianes (rad). Se basa en que la relación, para un mismo ángulo, entre los diversos arcos por él trazados y sus correspondientes radios es constante. Si consideramos como unidad angular el radián, ángulo en el que esta relación es la unidad (la longitud del arco es igual al radio), resultará que la circunferencia se divide en 2Π rad.

Figura 1‐4. Ángulos en tres sistemas de unidades (sexagesimal, centesimal y radianes).

La relación entre los tres sistemas es fácil de obtener ya que la equivalencia para el total de la circunferencia es 360° =400g=2П.

2Π rad ‐‐‐‐ 360° ‐‐‐‐ 400g

x rad ‐‐‐‐ x° ‐‐‐‐ xg

Y

X

I cuadrante

II cuadranteIII cuadrante

IV cuadrante

0º 0g 0 rad

90 100

180

270

200

300 /2

3/2

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La notación en radianes es la más utilizada en los programas y calculadoras por su sencillez, aunque son necesarios bastantes decimales para no perder precisión; la sexagesimal sigue siendo la más usada en navegación y astronomía, pese a tener una base distinta de la decimal habitual.

1.4.2. Coordenadas cartesianas y polares en el plano horizontal

Supongamos un par de ejes perpendiculares X e Y trazados por un punto origen O, y un punto A, cuya posición respecto a O se quiere determinar (Figura 1‐5). Si proyectamos perpendicularmente A sobre los ejes en A' y A" ý conocemos las distancias OA' (Δx) ý OA"(Δy), el punto quedará definido. Son las coordenadas cartesianas abscisa y ordenada, que pueden ser absolutas (tomadas con un origen 0) o relativas (tomando como origen otro punto cualquiera)1. En este último caso se hablará de incrementos.

Figura 1‐5. Coordenadas polares y rectangulares de un punto en el plano.

El punto A también puede quedar definido planimétricamente respecto a O si tenemos en cuenta el ángulo θ que forma la recta OA con respecto al origen de ángulos ‐en este caso el semieje positivo de ordenadas‐, y la longitud D del segmento OA. Angulo y distancia son las coordenadas polares de A respecto de O. Para transformar coordenadas polares a cartesianas:

∆

∆

0 ∆

0 ∆

1 Recuérdese las coordenadas de Autocad absolutas y relativas; así como las cartesianas y polares, que se definen a continuación.

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siendo DR la distancia reducida u horizontal entre el punto P y el origen, θ el ángulo que forma con el semieje positivo de las ordenadas, ý (X0, Y0) el valor de la coordenada X e Y del origen, respectivamente. Nótese que se calcula para el primer cuadrante, con un θ comprendido entre 0‐90°. Cuando se trabaje en otros cuadrantes, con un ángulo mayor de 90°, será conveniente reducir el ángulo a un valor entre 0‐90° y tener en cuenta el signo de los incrementos Δx, Δx (Figura 1‐3):

I cuadrante: X + Y+ I cuadrante: 0g < A

B < 100

g

II cuadrante: X + Y‐ II cuadrante: 100g < A

B < 200

g

III cuadrante: X ‐ Y‐ III cuadrante: 200g < A

B < 300

g

IV cuadrante: X ‐ Y+ IV cuadrante: 300g < A

B < 400

g

Inversamente, para calcular las coordenadas polares a partir de las cartesianas:

∆ ∆

∆∆

De la misma manera, habrá que tener en cuenta que para el cálculo del ángulo se ha tomado el valor comprendido entre 0‐90°; para el resto de cuadrantes habrá que sumarle o restarle a θ, 90°, 180°, etc.

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Bloque 2

2.1. Nociones de Topografía, Cartografía y Geodesia.

2.2. Conceptos topográficos en el plano.

2.3. Conceptos geográficos de la esfera (o el elipsoide).

2.4. Proyecciones cartográficas.

2.5. La proyección UTM.

Bibliografía específica y referencias

San José (de), J. J.; García, J. López, M. (2000) Introducción a las ciencias que estudian la geometría de la superficie terrestre. Ed. Bellisco, Madrid.

Portal de Cartesia: www.cartesia.org/

2.1. Nociones de Topografía, Cartografía y Geodesia

La Geodesia y la Topografía forman parte del amplio conjunto de las Ciencias de la Tierra. El punto de vista bajo el que la tierra es estudiada en el caso de la Geodesia es el de su forma y dimensiones globales (podremos distinguir entre Geodesia matemática, dinámica o Astronomía geodésica, en cuanto a los diferentes procedimientos de estudio). Por lo que respecta a la Topografía, su objeto es la representación de una parte de la superficie terrestre con sus formas y detalles; zona de tamaño lo suficientemente limitado como para que pueda considerarse plana, y por tanto pueda proyectarse en un plano acotado. No obstante, también puede representar zonas de gran extensión en las que ya no puede prescindirse de la curvatura terrestre, y por tanto requerirá conocimientos de Geodesia y Cartografía.

La mejor manera de concebir el aspecto y forma de una zona de la superficie terrestre es hacer una representación gráfica de la misma (un mapa, una fotografía,...). La Topografía y la Cartografía son dos ciencias cuyo objeto es el estudio y representación de toda o parte de la superficie terrestre sobre un plano, como ya se citó. Por su parte, la Geodesia estudia la forma y dimensiones de la Tierra, de forma global. El uso de una superficie curva por parte de la Geodesia frente al plano horizontal de la Topografía determina algunas diferencias operativas:

‐ En Topografía la dirección de la vertical se considera paralela en todos los puntos. En Geodesia las verticales no son paralelas (Figura 2‐1):

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Figura 2‐1. Dirección de la vertical en Topografía (izq.) y Geodesia (dcha.)

‐ En Topografía las cotas (altitudes) se refieren a planos horizontales y en Geodesia a superficies curvas (Figura 2‐2):

Figura 2‐2. Planos de referencia en Topografía (izq.) y superficies en Geodesia (dcha.)

Las dificultades esenciales que afectan a la representación de una zona del terreno son tres:

‐ Dimensiones de la zona, mucho mayores que las que se pueden utilizar en la representación.

‐ Forma de la tierra (curva, y no plana como es la representación sobre un papel).

‐ Relieve, que también debe ser representado sobre una superficie plana.

El primer problema nos conduce al concepto de escala, el segundo a los sistemas de proyección cartográfica y el tercero a los diferentes sistemas de representación del relieve. El primer y tercer problemas se han estudiado en apartados y asignaturas anteriores. Respecto a los sistemas de proyección cartográfica, se estudiarán en apartados siguientes.

2.2. Conceptos topográficos en el plano

En topografía clásica es práctica imprescindible y constante la medición de ángulos en dos planos perpendiculares entre sí, el vertical y el horizontal. Los ángulos horizontales se miden siempre en sentido retrógrado en un plano horizontal que dividimos convencionalmente en cuatro cuadrantes numerados, como ya se mencionó. Si el origen de la medida no es conocido se habla de lecturas angulares; de lo que se deduce que los ángulos se obtienen como diferencia de lecturas. Por el contrario, si el origen es conocido y predeterminado se tratará de acimutes (Figura 2‐3), cuando el

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origen sea el norte geográfico (en realidad la meridiana geográfica) o de rumbos, cuando lo sea el norte magnético (meridiana magnética).

Figura 2‐3. Azimutes en distintos cuadrantes del plano horizontal.

El acimut, por tanto, se define como ‘el ángulo que forma una dirección con la meridiana o línea norte‐sur, medido en sentido horario’. Es el ángulo horizontal fundamental en Topografía, y se usa comúnmente en ingeniería, planos, mapas, etc. Su importancia estriba en que toma una referencia estable y conocida, que es la dirección norte‐sur. Se habla de acimutes recíprocos (Figura 2‐4) cuando θ(B‐A)= θ(A‐B)+200g (o 180°):

Figura 2‐4. Acimut directo y recíproco de una dirección AB.

N

B

A

180º=200g

A-B ︶

A-B ︶

B-A ︶

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Los ángulos verticales se miden en un plano vertical, hacia arriba o hacia abajo con referencia al plano horizontal. Cuando el punto quede sobre éste, la visual formará un ángulo de elevación respecto a la horizontal llamado comúnmente altura de horizonte (α), positivo hacia arriba o negativo hacia abajo. Entonces el cero de los ángulos se encuentra en el horizonte. Si el origen lo situáramos en el Cenit (dirección de la vertical hacia la esfera celeste), estaríamos midiendo un ángulo cenital (V), complementario del anterior. Por último, si consideramos como origen la vertical pero en sentido contrario al cenit (el Nadir), hablaremos de ángulos nadirales (N) (Figura 2‐5). Decimos ‘visual’ porque la dirección del punto suele ser ‘visada’ desde el anteojo del instrumento.

Figura 2‐5. Ángulo cenital, nadiral y de altura de horizonte para visuales sobre el horizonte y por debajo de él.

Además de los polos N y S geográficos, existen los polos magnéticos. La Tierra se comporta como un gran imán que genera un campo magnético. Las líneas de acción de ese campo marcan en cada punto la dirección de la meridiana magnética, dirigida hacia los polos magnéticos. Es la dirección que marca la aguja de una brújula. Se llama declinación al ángulo formado por la dirección del norte geográfico y magnético en un punto dado.

2.3. Conceptos geográficos de la esfera (o el elipsoide)

2.3.1. Forma de la tierra: ¿esfera, elipsoide o geoide?

Con el desarrollo de la cartografía tras los descubrimientos y el desarrollo de la navegación de los siglos XV y XVI, se hace patente que la definición de la tierra como una esfera generaba anomalías y errores. En el siglo XVII, Newton afirma que la forma de equilibrio de una masa fluida homogénea sometida a las leyes de la gravitación universal y que gira en torno a un eje es un elipsoide de revolución aplastado por los polos. Aunque actualmente se conoce que el aplanamiento o achatamiento es un valor muy pequeño, (corresponde aproximadamente al de 1 mm en una esfera

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de 30 cm de radio), es lo suficientemente perceptible como para distorsionar las mediciones de distancias y ángulos. A partir de esas fechas, los geodestas han propuesto diferentes elipsoides cada vez más precisos y ajustados a la forma de la tierra. La ventaja de esta definición es que el elipsoide es una forma geométrica tridimensional cuya definición matemática es relativamente sencilla, por lo que es un buen sistema de referencia para definir una proyección matemáticamente. Los que se han utilizado en la Cartografía española son el elipsoide de Struve, de Hayford, el WGS 84 y el ETRS89. Mientras en la esfera los meridianos y paralelos son circunferencias, en el elipsoide los paralelos son circunferencias y los meridianos elipses.

Por el contrario, el geoide es un concepto abstracto y es una definición puramente física, pero es la figura más próxima a la real de la Tierra. Fue definido en 1873 por Listing como la ‘superficie equipotencial del campo gravitatorio terrestre que coincida con la superficie media de los mares en reposo idealmente extendida bajo los océanos’. Esta definición implica que la gravedad es constante en cada punto del geoide y que su dirección en cualquier punto es perpendicular al mismo. Como el valor del potencial de la gravedad es variable en la superficie terrestre, el geoide se “hunde” debajo de la superficie física donde hay deficiencia de masa (en los océanos) y se eleva donde existe exceso (en los continentes). Por ello para estudiar el geoide es necesario medir con precisión la gravedad. La tendencia actual es medir u observar en la superficie terrestre y referir la cartografía resultante a una superficie que tenga una expresión matemática relativamente sencilla como el elipsoide (Figura 2‐6).

Figura 2‐6. Elipsoide (izq.) y geoide (dcha. Fuente: NASA).

2.3.2. Meridianos y paralelos

Se considerará la tierra como una esfera (Figura 2‐7), para simplificar conceptos, de radio 6366 km y circunferencias máximas de 40000 km. El plano perpendicular al eje de rotación N‐S y que pasa por el centro de la Tierra se llama plano del Ecuador. Corta a la superficie en una circunferencia máxima que es el Ecuador. Todos los planos que pasan por el eje N‐S son los planos Meridianos, y cortan a la superficie en unos círculos máximos que son los Meridianos. Los planos perpendiculares al eje de rotación son los planos Paralelos y la intersección con la superficie son los Paralelos.

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2.4. Proyecciones cartográficas

Uno de los problemas de la Cartografía cuando se representan zonas amplias es transformar un fragmento de la esfera o elipsoide en un plano. Como esa transformación no es posible sin errores, la Cartografía busca soluciones aproximadas (diferentes según la latitud y los objetivos del mapa). La forma real de la Tierra no se puede expresar matemáticamente: el geoide es la forma más próxima, pero la expresión matemática que lo define es muy compleja y no hace fácil su uso en Cartografía. Para simplificar el problema se utiliza la esfera y, para mayores precisiones, el elipsoide. Tampoco el elipsoide puede desarrollarse en un plano. La solución al problema se encuentra en las proyecciones cartográficas. Una proyección cartográfica es, desde un punto de vista analítico, una equivalencia biunívoca entre los puntos de una esfera o elipsoide y los puntos transformados en el plano. A un punto de la Tierra definido por sus coordenadas longitud y latitud solamente le corresponda un punto del mapa determinado por sus coordenadas X e Y, y viceversa.

Puesto que es imposible mantener las propiedades geométricas de los elementos de una esfera o elipsoide sobre un plano, las proyecciones cartográficas buscan al menos conservar una o alguna de esas propiedades, que pueden ser:

‐ Distancia entre puntos: proyecciones equidistantes. La distancia entre puntos de la esfera o elipsoide es igual a la distancia en el mapa, salvando el factor de escala. Cuando una proyección no es equidistante, pero las distancias se conservan en algunas direcciones, éstas se denominan automecoicas.

‐ Ángulos entre direcciones: proyecciones conformes. Las líneas que unen puntos de la superficie son siempre curvas. El ángulo que forman es el que forman sus tangentes en la proyección.

‐ Areas de figuras: proyecciones equivalentes. Las superficies de figuras de la Tierra y del mapa son proporcionales en este caso.

Elegir conservar una u otra dimensión depende de la finalidad del mapa. Para mapas de catastro, por ejemplo, cuyo objetivo es conocer superficies, se optará por proyección equivalente. Para mapas de fines militares, telecomunicaciones o navegación interesa mantener direcciones (proyecciones conformes). Respecto a las distancias, es prácticamente imposible conservarlas en todo el mapa, por lo que se eligen al menos direcciones o zonas donde la deformación sea mínima.

En función de la superficie sobre la que se proyecta la superficie terrestre, las proyecciones se clasifican en perspectivas (la superficie terrestre se proyecta sobre un plano) y desarrollos. En este caso, la superficie se proyecta sobre una superficie auxiliar que posteriormente se desarrolla. Si la superficie auxiliar es un cilindro, se trata de desarrollos cilíndricos, y si es un cono, desarrollos cónicos. La relación espacial entre la superficie de proyección y la superficie terrestre determina otro criterio para las proyecciones:

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Si se tiene en cuenta la posición del vértice desde el que se proyecta, se clasificarían en:

‐ Gnomónica (Figura 2‐9): vértice en el centro de la Tierra. En esta proyección, que es considerada la más antigua, la escala se deforma rápidamente a alejarnos del centro de la proyección. Es usada en sismología por representar bien la propagación de las ondas sísmicas como grandes círculos.

Figura 2‐9. Proyección gnomónica, con ejemplos de polar, oblicua y ecuatorial. Fuente: USGS.

‐ Estereográfica (Figura 2‐10): vértice en un punto de la superficie y proyección en un plano perpendicular y diametralmente opuesto. Es útil para representar zonas polares y también es muy usada en otras disciplinas como la geología, la mineralogía y la mecánica.

Figura 2‐10. Proyección estereográfica, con ejemplos de polar, oblicua y ecuatorial. Fuente: USGS.

‐ Ortográfica (Figura 2‐11): vértice en el infinito. Se usa en perspectivas generales de la tierra y en atlas, pues genera una vista muy natural, tal como si viéramos el planeta desde el espacio.

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Figura 2‐11. Proyección ortográfica, con ejemplos de polar, oblicua y ecuatorial. Fuente: USGS.

La elección de una proyección dependerá del propósito del mapa y de la localización y tamaño de la zona que se quiera representar, y producirá efectos geométricos y estéticos muy diferentes para cada mapa. En general, para representar zonas no muy amplias de localización determinada se recurre a una perspectiva centrada en esa zona que conserve lo mejor posible las dimensiones y formas terrestres. Para representar todo el globo terráqueo, se han creado una serie de proyecciones basadas en desarrollos que, normalmente, producen más distorsión en las zonas polares, y que combinan criterios de conservación, geométricos y desarrollos (Figura 2‐12)

Figura 2‐12. Algunas proyecciones cartográficas usadas en la representación global de la tierra. Arriba‐izq., Mercator; arriba‐dcha., Miller (ambas cilíndricas ecuatoriales). Abajo‐

dcha., Robinson, abajo‐izq., Sinusoidal (ambas pseudocilíndricas ecuatoriales). Fuente: USGS.

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2.5. La proyección UTM

La proyección más utilizada en cartografía es la Universal Transversa Mercator (UTM). Se utiliza como referencia el elipsoide de Hayford o Internacional (o sus correcciones posteriores), y se proyecta desde el centro de la Tierra a un cilindro tangente a un meridiano. Se dice que es ‘universal’ porque sirve para toda la superficie terrestre; para que el error sea lo mínimo posible se utilizan diferentes cilindros tangentes a meridianos separados 6° de longitud (λ) en vez de uno solo. El valor es pequeño para evitar la deformación, que aumenta al alejarnos de dicho meridiano. De esa forma, se definen 60 husos en toda la Tierra, comenzando a numerar por el antemeridiano de Greenwich. En España se usan los husos 27 y 28 para Canarias y 29, 30 y 31 para la Península y Baleares (Figura 2‐13).

El eje del cilindro está situado en el plano del Ecuador y es tangente al elipsoide a lo largo de una línea que define un meridiano tomado como origen. En el sistema de coordenadas UTM se establece el origen del eje X en el Ecuador y el del eje Y en cada meridiano central de tangencia. Estos dos ejes se representan por líneas rectas y el origen de coordenadas se sitúa en la intersección entre ambas. El valor de X en este punto es de 500000 m (para evitar valores negativos) y el del Y, 0 m para el hemisferio N y 10000000 m para el Sur. Las coordenadas UTM de un punto son la X, la Y ý el número de huso.

Para un huso concreto, en la proyección UTM los errores son menores en la parte central y mayores conforme nos alejamos a los bordes del mapa, debido a que se tiene en cuenta la curvatura terrestre, que se hace más patente al alejarnos del meridiano de tangencia. El valor medio de esta anamorfosis o error es 0,9996. El planteamiento matemático de esta proyección requiere de conformidad, es decir, que el ángulo de una dirección medido en el plano sea el mismo que el que tendría medido sobre la superficie terrestre. Sin embargo, esta proyección no es válida para latitudes mayores de 80° S o N, pues produce gran deformación en estas zonas.

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Figura 2‐13. Proyección UTM, meridiano central y cuadrícula de husos (números a lo largo de los paralelos) y zonas (letras a lo largo de los meridianos) en la proyección.

Respecto a las cotas, se utiliza el geoide como referencia debido a la facilidad para usar la gravedad en instrumentos de medida (niveles). Para cada país se decide una “cota 0”, que en nuestro caso se define mediante el nivel medio del mar en Alicante. Este nivel de referencia no coincidirá con el que se usa en sistemas globales como el GPS, y serán necesarias hacer transformaciones entre geoide y elipsoide en lo que a cotas se refiere (Figura 2‐14).

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Bloque 3 3.1. La cartografía oficial española: el MTN. 3.2. Cartografía agrícola y de vegetación. 3.3. Cartografía catastral. Conceptos catastrales en los mapas parcelarios.

Bibliografía y referencias

Sánchez‐Casas, F. Catastro de Rústica. Guía práctica de trabajo. Ed. Agrícola Española, Madrid 1989.

Página de Cartesia: http://www.cartesia.org/

Portal Web del Centro Nacional de Información Geográfica: http://www.cnig.es/

SITCyL, Sistema de Información Territorial de la Junta de Castilla y León: http://www.sitcyl.jcyl.es

Página del Catastro: http://www.catastro.meh.es/

El sistema de información catastral español. Situación actual y estrategias de renovación informática y telemática. CARMEN CONEJO FERNÁNDEZ. Revista CT/Catastro Nº48 (Julio 2003). Dirección General del Catastro. Ver otras publicaciones de la revista digital del Catastro en http://www.catastro.meh.es/esp/publicaciones2.asp).

3.1. La cartografía oficial española: el MTN

El Mapa Topográfico Nacional está compuesto en realidad por seis series de mapas topográficos a diferentes escalas: 1:25000, 1:50000, 1:200000, 1:500000, 1:1000000 y 1:2000000, que abarcan la totalidad de la superficie de España; las series 1:25000 y 1:50000 conforman la cartografía básica oficial y son a las que se suelen hacer referencia cuando se habla del MTN. Esta cartografía topográfica es la base para la topografía temática producida por el Instituto Geográfico Nacional (IGN). Se basa en la Red Geodésica Nacional Convencional, con elipsoide de Hayford o internacional de 1950 (ED50), que se vertebra en una red de 11000 vértices materializados en el terreno con forma característica. Actualmente se está transformando en la Red Geodésica Nacional por Técnicas Espaciales (REGENTE, con elipsoide ETRS89) formada por 1200 estaciones de la red anterior y de la red de nivelación. El sistema de coordenadas y de proyección es siempre UTM.

El comienzo de su realización data de 1853 y constaba de 1130 hojas en papel que se adquirían en las delegaciones del Instituto Geográfico Nacional o del Servicio Geográfico del Ejército. Actualmente el formato digital es el más extendido, y a través del centro de descargas de la página

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del portal del CNIG (http://centrodedescargas.cnig.es/CentroDescargas/index.jsp) se puede descargar toda la información geográfica digital generada por el IGN, siempre y cuando esté disponible. A través de un visor se puede hacer la búsqueda por hojas o municipios; hay información de descarga directa y otra que requiere del registro del usuario.

La información cartográfica, digital o papel, del MTN recoge los siguientes aspectos:

‐ Representación del relieve (altimetría). La representación es con curvas de nivel de color marrón siena de modo que no enmascare el resto de la información. En la escala 1/50000 la equidistancia es de 20 m y las curvas maestras cada 100 m. También se añade un sombreado que hace más evidente la forma del relieve. Además de las curvas, existen numerosos puntos acotados que ayudan a la comprensión del relieve.

‐ Hidrografía: se utiliza el color azul. Cuando los ríos tienen un ancho representable, se indican los límites. En caso contrario se utiliza una línea continua o discontinua si la corriente es anual o estacional. También en esta capa se incluyen canales, fuentes, pozos, manantiales, etc., con simbología específica.

‐ Vegetación y cultivos: en las series de hace años se utilizaban demasiada simbología (por ejemplo para las tierras de labor), lo que ensombrecía notablemente el mapa. En la actualidad se habla de usos del suelo muy generalistas y se utilizan símbolos de color verde dispersos para que el mapa siga siendo claro. Como se describirá más adelante, existen mapas específicos de usos y aprovechamientos de suelo.

‐ Geografía humana: en este apartado se incluyen edificaciones y núcleos de población (en color rojo ambos), vías de comunicación con distinto símbolo (carreteras de diferente entidad, caminos, ferrocarriles, caminos ganaderos como cañadas y cordeles,...), divisiones administrativas de orden nacional, provincial y municipal y líneas eléctricas. Son muy interesantes y abundantes, especialmente en las series del ejército, los datos de caminos y senderos.

‐ Rotulación y toponimia: la rotulación es el conjunto de nombres y números que se incorporan en el mapa. La toponimia son los nombres propios que designan a los elementos geográficos. Son especialmente útiles los topónimos de parajes para la identificación de parcelas.

‐ Datos geodésicos y cartográficos del mapa, así como la leyenda en los márgenes y los marcos de las hojas, las coordenadas UTM y geográficas, etc. También puede añadirse un esquema de los términos municipales, un listado de vértices geodésicos en la zona y otros datos auxiliares.

3.2. Cartografía agrícola y de vegetación

La cartografía agrícola y de vegetación es cartografía temática. Centrándonos en la Ley de Ordenación de la Cartografía (Ley 7/1986 de 24 de enero, Art. 5), la cartografía temática es aquella que, utilizando como soporte cartografía base o derivada, singulariza o desarrolla uno o varios aspectos concretos de la información topográfica contenida en aquellas, o incorpora información adicional específica. Concretamente, los factores agronómicos pueden tratarse como variables económicas, de distribución, estadísticas, etc., que tienen variabilidad geográfica, y por tanto son susceptibles de representarse en un mapa.

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La problemática de la definición de “cartografía agrícola y de vegetación” estriba en que estamos intentando abarcar en ella la modelización del medio físico natural, por un lado, y por otro la actividad humana, en este caso la agricultura. Sin embargo, no podemos obviar que el primero es consecuencia del segundo y viceversa: la actividad agrícola depende del medio (condiciones del suelo, climatología, pendiente) y a la inversa, el medio físico se trasforma bajo la acción agropecuaria (explotaciones, cultivos, transformaciones de regadío, embalses, etc.). Más aún, existe un tercer factor temporal, constituido por los procesos que nos llevan a la transformación de ese medio a lo largo del tiempo, y que es especialmente relevante ya que los usos del suelo son muy variables a lo largo de los años y las estaciones.

Se podría distinguir entre dos tipos de representaciones relacionadas con la agricultura:

= Mapas que representan la actividad agropecuaria y sus consecuencias en cuanto a su componente física sobre el medio: usos de suelo, mapa de masas forestales, mapas de vegetación y asociaciones vegetales, mapa de cultivos y aprovechamientos.

= Mapas que representan la actividad agropecuaria en términos económicos o estadísticos: mapas de distribución de explotaciones, de producciones, mapas de densidad ganadera, grado de parcelación, clases agrológicas, etc.

La importancia de estos mapas se basa en que:

‐ Sirve de base para la planificación agraria y la ordenación de cultivos y aprovechamientos.

‐ Define y posibilita el establecimiento y optimización de las prioridades en las acciones de mejora de infraestructuras (regadíos, desalinización, drenaje, defensa contra la erosión).

‐ Es la base de las acciones de reordenación del territorio rural (concentración parcelaria, espacios naturales y protegidos, etc.).

‐ Sienta las bases de la previsión de inversiones y gastos: gestión y distribución del agua, previsión de cosechas, gestión de la Política Agraria Comunitaria.

‐ Regula la distribución de la productividad de los capitales de explotación, con lo que permite optimizar el ajuste oferta/demanda y la conservación de los recursos básicos (clima, suelo, vegetación, ganado).

‐ Sirve de base para el diagnóstico del medio físico y por tanto fundamenta las intervenciones conducidas a regular o controlar las situaciones críticas.

‐ Permite la prevención de catástrofes y riesgos naturales: zonas de inundación, incendios.

‐ Es una forma muy plástica de representar las estadísticas agrarias.

‐ Permite comprender la evolución de las superficies y usos agrícolas a lo largo del tiempo.

‐ Es una forma de conocimiento del medio natural y los asentamientos rurales a lo largo del tiempo y por tanto, como toda la cartografía, enriquece el acervo cultural e histórico de un país o región.

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En España y Castilla y León, la cartografía agrícola y de vegetación ha sido realizada por:

‐ Grandes series nacionales o supranacionales:

‐ IGN junto con el Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación en sus distintas etapas: o Mapa Agronómico Nacional (provinciales) o Mapa de Cultivos y Aprovechamientos de España 1:1000000 o Mapa de Cultivos y Aprovechamientos Provincial 1:2000000 o Mapa de Cultivos y Aprovechamientos 1:50000 (cobertura nacional) o Mapa de las Series de Vegetación 1: 200000 (provinciales) o Cartoimágenes Espaciales 1:100000 o Atlas de España

‐ IGN junto con el ICONA: o Mapa Forestal de España 1:200000 (cobertura nacional). A partir de los años 90

cambia a hojas 1:100000 o Inventarios Forestales Nacionales 1:250000

‐ IGN con el Ministerio de Fomento bajo el control de la UE: o Proyecto Corine Land‐Cover

‐ Centro de Gestión Catastral y Cooperación Tributaria del Ministerio de Hacienda: o Mapa Topográfico Parcelario 1:25000 y 1:10000 (cobertura nacional) o Ortofotografías Catastrales retintadas y sin retintar (cobertura nacional)

‐ Series Autonómicas (Castilla y León): o Mapa Agrario de Castilla y León o Mapa de Clases Agrológicas de Castilla y León o Mapas de Concentración Parcelaria (tras asumir las competencias en 1990) o Atlas de Castilla y León

‐ Organismos particulares: o Atlas, mapas escolares o divulgativos o Mapas turísticos, de orientación, estudios de impacto ambiental, etc.

3.3. Cartografía catastral. Conceptos catastrales en los mapas parcelarios.

Aunque estos mapas son en realidad mapas agrícolas, por su importancia son destacados de forma particular. El ámbito territorial sobre el que tiene competencias la Dirección General del Catastro es el de toda España, exceptuando Navarra y el País Vasco que poseen su propio sistema catastral. La Cartografía Catastral tiene las siguientes características:

o Proyección: UTM en los husos 27, 28, 29, 30 y 31. La zona de Salamanca está entre

los husos 29 y 30, pues la división entre ambos pasa por la mitad oeste de la provincia.

o Sistema Geodésico: ED50 para península y Baleares (husos 29, 30 y 31) y WSG84 para Canarias (husos 27 y 28).

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o El ámbito es el término municipal y la unidad mínima la parcela. La captura de datos se realiza mediante fotografía aérea y tradicionalmente se confeccionaban el Mapa Topográfico Parcelario y las ortofotografías. En el caso de la cartografía rústica las escalas son 1:5000 y 1:2000.

o Actualmente se distribuyen productos cartográficos digitales a partir de la Dirección General del Catastro (http://www.catastro.meh.es)

El proceso histórico de la cartografía catastral pasa por las siguientes fases: 1. EL AVANCE CATASTRAL Los primeros pasos de la cartografía catastral datan de 1906, con el comienzo de la ejecución del Avance Catastral. Consiste en croquizar las parcelas y subparcelas a partir del 1:25000 y designar las superficies, todo ello mediante inspección de campo y declaración de todos sus propietarios. 2. CATASTRO TOPOGRAFICO PARCELARIO En 1925 se suprimen los Avances y se establece el Catastro Topográfico Parcelario, que sigue teniendo como base al plano 1:25000 y los polígonos catastrales. La diferencia cualitativa es que se sustituye el croquis por el levantamiento planimétrico a escala mediante topografía clásica. 3. CATASTRO SOBRE FOTOGRAFIA AEREA El levantamiento se sustituye por la fotografía aérea, según normas para su utilización dictadas por Decreto de 1933. La documentación gráfica se suministraría por el entonces Instituto Geográfico Catastral (los planos topográficos parcelarios con los polígonos catastrales) y por el Ministerio del Aire (fotografías aéreas para la identificación de parcelas). 4. ORTOFOTOGRAFIA A partir de los años cincuenta, sustituyendo a los métodos anteriores, se generaliza la sustitución de los planos parcelarios clásicos o croquis de avances por planos topográficos parcelarios obtenidos utilizando la ortofotografía. En 1955, además, se dispone que la nueva reorganización parcelaria resultante de los procesos de concentración parcelaria se incorporen a la cartografía catastral (inicialmente la concentración parcelaria se realizaba desde el ministerio; en 1990 se transfirieron las competencias a las comunidades autónomas, entre ellas Castilla y León, cuya ley fue luego modificada en 2005). La cartografía catastral constaba entonces tanto de los mapas parcelarios, como de las ortofotos, con el parcelario (ortofotos ‘retintadas’) o sin el parcelario (‘sin retintar’) volcado sobre ellas. La ortofotografía es una técnica que tiene por objeto la representación de la superficie por medio de documentos fotográficos que adquieren las cualidades métricas de un plano o mapa. Se trata en esencia de una transformación óptica de un fotograma aéreo (con perspectiva cónica) en una imagen fotográfica puesta a escala y rectificada a una proyección ortogonal, al igual que un mapa. Dado el carácter planimétrico del catastro, los documentos resultantes carecen de altimetría. En una ortofoto las coordenadas deben tener errores inferiores al medio metro. Las ortofotos se realizaban inicialmente en soporte papel, actualmente se presentan en formato digital (tif, con resolución espacial de 0,5 m) en color RGB, y recientemente se está empezando a usar la banda infrarroja. 5. EL CGCCT EN LA CARTOGRAFÍA CATASTRAL El Real Decreto 585/89 dispone que la cartografía catastral se regulará de acuerdo con lo dispuesto en la Ley 7/86 de Ordenación de la Cartografía, y en las normas del citado Real Decreto. El ejercicio de las competencias en materia cartográfica catastral podrá realizarse por el Centro de Gestión Catastral y Cooperación Tributaria (CGCCT) o a través de convenios de colaboración con otras entidades públicas.

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6. SITUACIÓN ACTUAL: LA INFORMACIÓN DIGITAL EN RED Actualmente la Dirección General del Catastro, dependiente del Ministerio de Economía y Hacienda, tiene digitalizadas todas las series cartográficas disponibles, y las pone a disposición de los usuarios para su consulta a través de la red. Por un lado, la oficina virtual del catastro (http://www1.sedecatastro.gob.es/) permite realizar consultas, obtener certificados y realizar algunas de las gestiones que se venían realizando personalmente en las Gerencias del Catastro. Por otro lado, existe un servicio de publicación de mapas catastrales en internet para consultar la cartografía catastral en formato WMS (Web Map Service). Este formato requiere de un software específico, normalmente de SIG (Sistemas de Información Geográfica), bajo el cual se realiza la visualización de los datos. El servicio WMS es libre y gratuito, pero no permite descargas masivas de cartografía.El WMS del Catastro permite visualizar tanto la cartografía digital (parcelario, ortofotos), como las Ponencias de Valores. La Ponencia de Valores es el documento que recoge los criterios y módulos de valoración para llevar a cabo la determinación del valor catastral, y se puede consultar igualmente por términos municipales, coordenadas, etc. En ambos casos, cartografía y Ponencias de Valores, también se ofrece la visualización del servicio WMS a través de Google Earth (Figura 3‐1)

Figura 3‐1. Visualización de Ponencia de Valores a través de Google Earth. Extraído de (http://www.catastro.meh.es/pdf/wms_ponencias.pdf).

En la cartografía catastral digital, se registran las parcelas y subparcelas en forma de recintos. Cada recinto cuenta con su referencia catastral, lo que permite enlazar con la información descriptiva de valoración en suelo rústico (clasificación, calificación). El resto de información correspondiente a hidrografía, vías de comunicación, puntos acotados, etc, se almacena en forma de entidades lineales o puntuales en función de la representación a escala y, al igual que la anterior, en coordenadas UTM

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y en metros. La cartografía digital en suelo rústico se genera para cada municipio en los procedimientos de renovación de catastro rústico a partir de ortofotografía, generalmente a escalas 1:5000, sobre estas ortofotografías se vuelca la delimitación de parcelas y subparcelas rústicas. 3.3.1. Conceptos catastrales en los mapas parcelarios PLANIMETRIA A ESCALA 1:25000 Se deriva del MTN 1:25000. Por cada término municipal aparecen las vías terrestres y fluviales con su toponimia y los accidentes naturales o artificiales con relevancia en el parcelario: embalses, lagunas, cañadas, etc. En el lenguaje catastral se les denomina "pañoletas", y se diferencian del MTN en que se simplifica mucho la representación en cuanto a simbología y colores. POLIGONO CATASTRAL Superficie delimitada en la planimetría 1:25000 por accidentes permanentes: caminos, carreteras, ferrocarril, ríos, límites de términos, etc. (Figura 3‐2). Se denominan en el mapa con la letra P‐… y su numeración comienza al NO del término municipal y describe un círculo en el sentido de las agujas del reloj.

Figura 3‐2. Fragmento de pañoleta con polígonos catastrales en el 1:25000 de Peñaranda.

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PARCELA CATASTRAL La parcela es la unidad del Catastro y es la base de la propiedad rústica. Se define como la porción de terreno delimitada por una línea poligonal cerrada, perteneciente a un solo propietario o a varios en situación de proindiviso (en comunidad, sin dividir) (Figura 3‐3). Dentro de cada polígono, la parcela tiene superficie y propiedad definida: particulares, Estado, Municipio, Patrimonio Nacional, compañías de ferrocarril, asociaciones, comunidades de regantes, etc., aunque sean de dominio público o se encuentren enclavadas en otras parcelas o en otros municipios, como por ejemplo los vértices geodésicos o los postes de alta tensión. También pueden serlo las vías de comunicación, caminos, sendas, embalses, acequias, etc. Para la delimitación de la parcela será preciso conocer sus linderos y superficie, tanto en el mapa como en las fichas catastrales. Se identifican con un número, al que se añade el número del polígono catastral y el del término municipal; pero desde el punto de vista administrativo tienen una referencia catastral única referida a las coordenadas UTM.

Figura 3‐3. Parcelas y subparcelas catastrales (Tº Mpal. de Aldeaseca de la Frontera). Algunas parcelas que no tienen propietario conocido o cuya información registral o catastral se ha perdido, figuran como ‘descuentos’ y no tributan. SUBPARCELAS Son la menor porción de tierra que considera el Catastro. En la cartografía digital y en aplicaciones agrícolas también se denominan ‘recintos’. Corresponden a una subdivisión de las parcelas derivada de la falta de homogeneidad de alguna de sus características, como distinto cultivo

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o aprovechamiento y/o intensidad productiva. En el mapa se representan con una línea negra discontinua para distinguirlas de las parcelas, y se denominan con una letra minúscula empezando por a, b, c, … (Figura 3‐3). Pueden ser: ‐ Subparcela de calificación. Formadas por distintos cultivos, usos o aprovechamientos; o distinta naturaleza, como construcciones y edificaciones. ‐Subparcela de clasificación. Subdivisiones de las subparcelas de calificación de acuerdo con las distintas clases o intensidades productivas. ‐Subparcela fiscal. Subdivisiones de las subparcelas de calificación, como consecuencia de las exenciones o bonificaciones de impuestos que pudieran tener concedidas. ‐ Subparcela ideal o abstracta. Son superficies que no se representan gráficamente, por ejemplo los árboles diseminados o los cultivos mixtos, siempre y cuando no estén recogidos en el cuadro de clasificaciones (“labor con encinas”, “frutal y viñedo”). En dichos casos se muestra una cuantificación estimada de las superficies de cada aprovechamiento, en tantos por ciento, que se indica junto a la letra de la subparcela: a%, b%. PARAJES Zonas de referencia, no siempre bien delimitadas, que abarcan varias parcelas, y a las que la costumbre y la tradición local han atribuido un nombre. Ayuda en la identificación de las parcelas, en el caso de propietarios que desconocen el número catastral y el polígono al que pertenece. FINCA Es la porción continua de terreno que dentro de uno o varios polígonos pertenece a un solo propietario. Por tanto está formada por varias parcelas del mismo propietario, aunque los límites de las mismas puedan no ser evidentes en el terreno, por lo que no debe confundirse con la parcela.

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Bloque 4 4.1. Instrumentos topográficos: medidas de ángulos, distancias, desniveles y coordenadas. 4.2. Nivel altimétrico. 4.3. Lecturas en la mira. 4.4. Nivelación. 4.5. Itinerario de nivelación geométrica. Bibliografía y referencias Martínez, R. Topografía y Sistemas de Información. Editorial Bellisco. Madrid, 2000.

4.1. Instrumentos topográficos: medida de ángulos, distancias, desniveles y coordenadas La evolución de los instrumentos de topografía ha sido especialmente rápida en los últimos 20 años. Hasta los años 80 se usaron las brújulas taquimétricas, los teodolitos y los taquímetros casi exclusivamente. Todos ellos son instrumentos óptico‐mecánicos para la medida de ángulos y distancias, y se basan en giros y movimientos de círculos graduados combinados con un anteojo para visar el objeto. Estos instrumentos, junto con mediciones en elementos auxiliares como las miras, no permitían alcances largos, y la precisión en la estimación de distancias era baja. A principios de los años 80 surgen los distanciómetros, instrumentos auxiliares que se acoplaban a los taquímetros basados en la emisión y recepción de ondas electromagnéticas que se generaban en el propio instrumento y que medían la distancia con precisiones de cm y alcances de varios km. Al poco tiempo estos aparatos se compactaron en un único instrumento de medida angular (el teodolito o taquímetro) más el instrumento para medir distancias (distanciómetro), constituyendo las estaciones totales, que siguen vigentes para mediciones en ingeniería. La siguiente revolución, y la más profunda de todas, fue el GPS, que comenzó con costes muy altos y bastantes incertidumbres en la medida, pero que hoy en día es imprescindible. Hay que distinguir entre el GPS del tipo navegador, que es el usado para aplicaciones de gama baja, y el GPS de tipo geodésico o topográfico, con aparatos y configuraciones mucho más precisas y sofisticadas. Por último, la última generación de instrumentos topográficos la constituyen los escáneres basados en laser, que realizan una medición simultánea de las tres coordenadas del objeto, y por tanto pueden ser utilizados desde el aire, para obtener un modelo digital de elevaciones del terreno de gran exactitud; o desde tierra, para levantamientos de elementos arquitectónicos o de gran detalle (Figura 4‐1).

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Figura 4‐1. Algunos instrumentos topográficos. Los instrumentos ‘clásicos’ medían básicamente ángulos, distancias y desniveles, y por tanto, coordenadas polares que pueden transformarse en cartesianas. Se trabajaba en un sistema plano y particular de coordenadas, siempre que las dimensiones del levantamiento o del trabajo no implicasen deformaciones por curvatura terrestre. Como ya se ha dicho, la tendencia actual consiste en utilizar el GPS, tanto en levantamientos como en replanteos, que mide directamente coordenadas sobre el elipsoide (geográficas latitud y longitud) y que se transforman de forma rutinaria en proyectadas (X,Y) UTM. El problema, no obstante, es que los GPS de tipo geodésico o topográfico, que determinan coordenadas con precisiones del orden de cm o mm, tienen un precio elevado y requieren al menos dos equipos ‐o un equipo con posibilidad de admitir correcciones directas o post‐proceso. Sobre la elección de receptores GPS se hablará en el tema siguiente. Los instrumentos del tipo taquímetro o estación total siguen siendo útiles para trabajos de levantamientos o replanteos, así como los niveles para la obtención de desniveles, perfiles y transferencia de cotas, muy típicos en el ámbito de la ingeniería rural y agrícola. Por su relevancia en este contexto, se describe a continuación el nivel y sus aplicaciones en levantamientos altimétricos.

4.2. Nivel altimétrico El nivel altimétrico es un instrumento topográfico destinado exclusivamente a la medida de desniveles. Sus elementos, agrupados según su funcionalidad, son (Figura 4‐2):

Figura 4‐2. Nivel altimétrico de tipo automático.

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‐ Anteojo Mecanismo de enfoque del objetivo Mecanismo de enfoque del ocular (cruz filar) Señal de puntería ‐ Movimientos Movimiento horizontal: tornillo para desplazamientos lentos. El limbo, que gira libremente, ofrece lecturas de baja apreciación a través de una pequeña ventana. Carece de movimiento vertical. ‐ Niveles de burbuja Nivel circular con espejo auxiliar ‐ Plataforma nivelante Tornillos de nivelación Sistema de anclaje al trípode Carece de plomada óptica Pese a que la mayoría de estos instrumentos poseen tanto hilos estadimétricos como limbo horizontal, no deben ser utilizados ni en la medida de distancias ni en la de ángulos, ya que ni el sistema óptico ni el círculo alcanzan la apreciación suficiente para obtener resultados precisos. Su fundamento consiste en la definición de un plano horizontal (plano de giro del anteojo alrededor del eje principal del aparato), o de una visual horizontal (caso de los niveles de línea). Si se trata de un nivel automático, una vez estacionado el aparato sobre el trípode y calado el nivel esférico con los tornillos nivelantes (Figura 4‐2), cualquier dirección que determine el anteojo será horizontal. En el caso de los niveles de línea, se procederá a la horizontalización de la plataforma nivelante con el nivel esférico; pero además, cada visual deberá ser rectificada mediante un nivel sensible, tubular o de coincidencia. El procedimiento para estacionar un nivel automático es el siguiente: 1) Se coloca el trípode sobre el terreno con la meseta sensiblemente horizontal, anclando el nivel mediante el tornillo de sujeción. 2) Se cala el nivel de burbuja circular mediante los tornillos de la plataforma comprobando en varias direcciones del anteojo ‐no se aconseja realizar el calado con las patas del trípode para agilizar el trabajo‐. Cualquier visual que realicemos ahora, debido al automatismo del aparato, será horizontal.

4.3. Lecturas en la mira La mira es en realidad una gran regla que se ha rotulado con números y colores visibles a distancia sobre el terreno (Figura 4‐3). A veces llevan incorporado un nivel de burbuja para asegurar la verticalidad, muy importante para minimizar errores.

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Figura 4‐3. Mira y detalle de nivel de burbuja acoplado. La lectura se hace en realidad igual que en una regla, pero conviene familiarizarse con ella para evitar equivocaciones. En la mira de la Figura 4‐4 los cm no van numerados y los milímetros se representan de dos en dos.

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Se estaciona el nivel equidistante entre A y B y se hacen lecturas en las miras en ellos situadas. Seguidamente, la mira situada en A pasa a C y el nivel se situará entre B y C en una nueva estación. Nuevamente se leerá en las miras B y C. Sucesivamente se prosigue con estaciones y lecturas hasta regresar al punto inicial. Las lecturas que se hagan en el sentido de avance se llaman ‘frente’ y las que dejamos atrás, ‘espalda’. El estadillo de observación de la nivelación podría quedar como el que sigue:

ESTADILLO DE NIVELACION GEOMETRICA

EST P. VIS. L. ESPALDA L. FRENTE Δh COTA

1 A hcA hsA Z

hiA

B hcB hsB hcA‐hcB Z+ΔhBA

hiB

2 B

C

3 C

A

Para cada par de puntos leídos desde una misma estación se cumple que: Δh= (Lesp‐ Lfren) Zi+1= Zi + (Lesp‐ Lfren) Las altitudes o cotas absolutas se obtendrán sumando o restando los desniveles a partir del valor altimétrico de A. Nótese que se leen los tres hilos: central, superior e inferior, para comprobación de la lectura del central, de la forma hc=(hs+hi)/2. La lectura que se usa para el cálculo es la del hilo central, que se corresponde con la dirección de la horizontal definida por el anteojo. Al realizarse un itinerario de nivelación geométrica cerrado se llega al mismo punto del que se sale (denominado por ello el itinerario así observado como anillo). Por tanto, una vez calculados los desniveles de los distintos tramos, la suma de todos ellos debería ser 0 metros; o, de la misma forma, la suma de las lecturas de espalda menos la suma de las lecturas de frente sería también nula:

Δh= ( Lesp‐ Llfren) = 0 Resulta recomendable cerrar los itinerarios al nivelar, para detectar el error cometido ‐llamado genéricamente error de cierre‐. Después comprobaremos si este error no excede la tolerancia admitida, que se calcula en función de las características del nivel y de la longitud total del itinerario.

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Bloque 5 5.1. Teoría del GPS. 5.2. Navegadores y confección de mapas y planos. 5.3. Levantamiento con navegador GPS Garmin 76. 5.4. GPS aplicado a la agricultura de precisión. Bibliografía y referencias Núñez‐García del Pozo, A., Valbuena Durán, J. L., Velasco Gómez, J. GPS: la nueva era de la Topografía. Ed. Ciencias Sociales, 1992. Página española del GPS: http://www.elgps.com/ Portal de agricultura de precisión: http://www.agriculturadeprecision.org

5.1. Teoría del GPS El GPS se basa en la observación o recepción de señales de radiofrecuencia procedentes de satélites artificiales de diferentes constelaciones internacionales. El inicio de esta idea, la utilización de señales emitidas desde fuera de la superficie terrestre, datan del lanzamiento del primer satélite artificial de la tierra (Sputnik I) en 1957. Pudo observarse que con el análisis de las señales del satélite recibidas en una estación terrestre de posición conocida, podía determinarse la órbita del mismo; y viceversa: conocida ésta y recibidas y analizadas las señales en distintas posiciones del satélite, podía obtenerse la situación de la estación receptora. La primera aproximación al GPS fue el sistema militar norteamericano TRANSIT, de 1967, que en 1973 fue redefinido como una nueva constelación de satélites artificiales llamada NAVSTAR, formada por 24 satélites, con órbitas casi circulares y una altitud media de 22000 km, distribuidos uniformemente en seis planos orbitales. Esta configuración asegura que sobre el horizonte de cualquier lugar de la tierra serán visibles simultáneamente entre 4 y 7 satélites, con una continuidad de observación durante las veinticuatro horas del día. La culminación de este proyecto y su total operatividad se produjo en el año 1993. Actualmente se han sumado a esta constelación la rusa GLONASS y la incipiente Galileo, de Europa, con sus correspondientes satélites (aunque no todos los receptores pueden leer las señales de los tres sistemas). El vehículo espacial Giove‐A, el primer satélite de la constelación Galileo, fue puesto en órbita el 28 de diciembre de 2005 y el segundo en 2008; pero para su plena operatividad todavía faltan algunos años. Los satélites se pueden clasificar genéricamente entre activos o pasivos. Los pasivos carecen de emisiones propias, simplemente devuelven la energía que en ellos incida por simple reflexión; mientras que los activos poseen sistemas de emisión de ondas electromagnéticas de diferentes espectros, así como un mecanismo autónomo de producción de energía (placas fotovoltaicas o

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paneles solares). Los satélites GPS son activos, y emiten varias ondas en el espectro de la radiofrecuencia en las que van codificadas las efemérides: los parámetros orbitales, las correcciones a los mismos y otros datos complementarios como la antigüedad de la información emitida y la hora atómica. Las frecuencias principales son las llamadas portadoras (aprox. 1200 y 1500 MHz) y dos modulaciones de éstas, llamadas código y mensaje. También existen una serie de estaciones de control a lo largo de la superficie terrestre que reciben la información necesaria de los satélites para establecer con gran precisión sus órbitas, así como las efemérides y los estados de los relojes. El sistema geodésico global que utiliza el GPS para aproximar la forma global del planeta es el llamado WGS84 (World Geodetic System 1984), ya que tiene que ser un elipsoide común para todo el globo. Si se quiere transformar los resultados a un sistema geodésico particular, como el ED50 o el ETR89, habrá que hacer una transformación entre uno y otro si queremos utilizar nuestros datos en los mapas. Estas transformaciones son relativamente sencillas, pues son transformaciones matemáticas, y normalmente vienen implementadas en los receptores. Respecto a la altura, la cuestión es más compleja, puesto que el GPS utiliza el elipsoide como referencia altimétrica, mientras que en la cartografía y la observación geodésica y topográfica se usa el geoide, que como ya se había definido es una superficie física irregular en cada punto del planeta, no una figura matemática. Para relacionar ambas habrá que conocer la llamada ondulación del Geoide, separación entre las superficies del geoide y el elipsoide medida sobre la normal al elipsoide (Figura 2‐14 del bloque 2). Este proceso se puede obtener de mapas de ondulación para una determinada zona, que se van actualizando conforme se dispone de más observaciones geofísicas de la gravedad terrestre. Desde la radiodifusión por el propio satélite de sus coordenadas en un sistema convencional de referencia celeste hasta la obtención de las coordenadas del receptor, situado en la superficie terrestre, en un sistema local, el proceso es el siguiente: 1. Paso de las coordenadas celestes del satélite a un sistema convencional terrestre (el WGS84). 2. Obtención de las coordenadas WGS84 del punto de estación mediante la recepción de las señales de los satélites. En este punto se puede hacer una corrección en tiempo real si se dispone de dos receptores midiendo en la misma zona al mismo tiempo, o tomar las coordenadas directamente y corregir (o no) a posteriori con datos auxiliares. 3. Paso de esas coordenadas GPS a coordenadas locales en el sistema ED50. Este paso se puede hacer también directamente configurando el receptor para tomar los datos en ED50, o mejor aún, transformar los datos WGS84 al datum local mediante software especializado, si la precisión del trabajo lo requiere. El GPS permite localizar el punto de observación por medición de distancias o de variación de distancias entre las antenas emisoras de varios satélites y la receptora del equipo de observación, tanto en el mundo estático de la Geodesia y Topografía como al dinámico de la navegación en un vehículo terrestre, marino, aéreo o espacial. El sistema utilizado por los receptores tipo navegador es el de pseudodistancias: consiste en una multilateración tridimensional2 que sitúa la estación en la intersección de unas esferas con centro en el satélite y radio la distancia correspondiente. Las distancias se obtienen a partir del tiempo que tarda la señal en llegar desde el satélite al receptor tomando previamente un origen común de tiempos para ambos. Si los relojes del satélite y receptor estuvieran perfectamente sincronizados, el intervalo de tiempo medido en el receptor proporcionaría el valor de la distancia sin más que multiplicarlo por la velocidad de la radiación

2 Un punto puede quedar definido en el plano como intersección de dos distancias, o de tres si el sistema de coordenadas es espacial. Cuanto mayor sea el número de distancias conocidas desde ese punto a otros, mejor se conocerá su posición. De ahí el nombre de "multilateración".

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emitida. Pero como existe una diferencia entre los estados de los dos relojes, no se obtiene la distancia real, sino lo que llamamos una pseudodistancia. La precisión y rendimiento del sistema mejora sensiblemente si a la configuración satélite‐receptor se le añade un segundo receptor que observe a los mismos satélites simultáneamente. Se suele colocar un receptor con la antena fijo en un lugar alto y despejado e ir con el otro equipo midiendo por las zonas de interés. Algunos receptores pueden hacer la corrección de las coordenadas en tiempo real, pero se suele hacer el procesamiento de los dos juegos de coordenadas de sendos receptores en un software específico ‘en diferido’. A falta de un segundo receptor, se pueden utilizar datos de una antena GPS pública o perteneciente a alguna casa comercial de equipos bajo pago. En este caso debemos buscar una antena que no esté a más de 100 km de la zona de trabajo, ya que si estuviera más alejada las condiciones de la toma de un receptor y otro serían muy diferentes y ya no tendría validez una toma simultánea. Una vez medida la zona, se anotan con cuidado las horas de trabajo y se descargan los ficheros de corrección de esas horas procedentes de la antena ajena, a través de Internet, por ejemplo. Esta corrección se puede hacer actualmente en la propia medición, descargando los datos de una estación cercana a través de un modem de GPRS similar al de los teléfonos móviles. Después se aplican, junto con los datos descargados del receptor, en el software que lo acompaña. Normalmente estas correcciones se realizan con configuraciones más complejas que un simple navegador, y se obtienen precisiones centimétricas. Sin embargo, un simple navegador de coche o de teléfono no proporciona precisiones por debajo de varios metros, sobre todo si las condiciones de la observación no son buenas (pantallas de edificios, vegetación, interferencias, etc.) o si la geometría de los satélites es mala (pocos satélites observables, ángulos de observación cercanos al horizonte, etc.). El error se cuantifica con un factor adimensional llamado GDOP que es mostrado por el receptor, y se desglosa en otros cuatro que caracterizan el error en posicionamiento, en planimetría, en altimetría y en tiempo.

5.2. Navegadores y confección de mapas y planos Habitualmente, los navegadores GPS se están utilizando para determinar la posición en tiempo real del usuario receptor. Además, en combinación con la cartografía digital que pueda mostrar el receptor tendremos una completa referencia espacial de nuestra posición. A falta de cartografía específica, o si las necesidades de detalle son mayores que la escala que permite dicha cartografía, algunos navegadores permiten al usuario introducir mapas en formato vectorial o imágenes de mapas (u otro tipo de imágenes: ortofotos, etc.). Se puede escanear un mapa de la zona, georreferenciarlo con coordenadas e introducirlo en el GPS para guiarnos por él. También se le pueden indicar rutas preestablecidas punto a punto o por itinerarios y después seguir esa ruta en el terreno guiándonos con el navegador. Pero otra aplicación interesante de los navegadores GPS, especialmente cuando su precisión sea la requerida, es la inversa de la anterior: tomar los datos de coordenadas o de rutas y volcarlos en un software de diseño cartográfico o de SIG para confeccionar planos. Además se podrían medir superficies, determinar distancias, combinar nuestros datos con cartografía oficial, etc. En este caso es especialmente relevante el error planimétrico con el que determinamos la posición. Recuérdese entonces que la escala de representación es un límite, junto con el límite de percepción visual, que determinará la elección de un instrumento u otro. Por ejemplo, si queremos confeccionar un plano de una parcela a escala 1:1000, 1000 x 0,2 mm= 200 mm= 0,2 m

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Lo que significa que no se debería usar un receptor que proporcionara una precisión más baja de 0,2 m (lo cual es difícil con un navegador GPS de gama baja), porque entonces el error con el que representamos un punto tendría relevancia en el plano. Dicho de otra forma: podemos usar precisiones peores, pero entonces deberemos sopesar la precisión que requiere el trabajo. La precisión también debe valorarse cuando estimamos superficies, ya que no es lo mismo determinar la superficie de una parcela de 200 has con un posible error de 1 m al levantar sus lindes que hacerlo con ese mismo instrumental si la parcela mide 500 m2. Dependiendo de las capacidades del receptor, el flujo de trabajo variará; pero puede haber unos pasos comunes en la organización del trabajo para levantar un plano: 1. Planificación del trabajo: escala, precisiones, objetivos, tipo de plano final requerido (papel o digital), formato y software más adecuado, etc. Esta fase es muy importante para elegir el GPS acorde al trabajo y ahorrar costes inútiles. 2. Levantamiento topográfico en campo:

- Anotar la fecha y la hora de comienzo y final del trabajo. - Configurar el GPS para el sistema ED50, o si no existe esa posibilidad, hacer la conversión en

el software posteriormente. Configurar unidades de medida (X,Y) en metros (mejor que longitud y latitud en grados).

- Elegir el tipo de entidad que se va a tomar. Los GPS, al igual que la mayoría de sistemas de representación gráfica, trabajan con tres tipos básicos: puntos, líneas y superficies. Según el dato que se tome en el terreno se puede ir cambiando el tipo de entidad. El sistema más simplificado es tomar todo como puntos y luego unir en el diseño gráfico.

- Darle un nombre o código a cada punto o entidad, guardarla en memoria e ir haciendo un croquis de campo simultáneamente para una mejor comprensión posterior y para no olvidarnos ninguna zona. Si el navegador no tiene posibilidad de almacenamiento, o para asegurar los datos, se puede hacer un estadillo con las coordenadas e ir anotando las coordenadas y posibles incidencias.

- Anotar el error que se produce en cada punto, para luego desechar puntos. Una estrategia para mejorar la precisión consiste en, al tomar el punto, dejar que el GPS tome repetidos valores y promedie el valor final. También se pueden almacenar dos o más datos en cada punto. Ir observando si las variaciones de coordenadas y cota son muy grandes y esperar en cada punto hasta que dichos valores se estabilicen.

3. Volcado de datos al software. Si el programa de GPS tiene corrección diferencial, tomar los datos de la antena y proceder a la corrección. Si no los tiene, volcar los datos directamente en este programa, comprobar que el sistema de coordenadas y el geodésico es el correcto y exportarlos a un formato gráfico que nos permita trabajar a posteriori para hacer el plano (quizás el software del GPS nos permite diseñar directamente y entonces podemos acabar en este punto). Los formatos gráficos vectoriales más populares son: .dxf: es un formato genérico, que leen casi todos los programas de diseño .dgn: el formato de microstation .dwg: el formato de autocad .shp: el formato de ArcGis 4. Trabajo de los datos en el software cartográfico o CAD y diseño del plano final. Marco, leyenda, escala, etc. Formatos de impresión y presentación, A4, A3, etc.

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5.3. Levantamiento con navegador GPS Garmin 76 5. 3. 1. Características del receptor 5. 3. 2. Encendido y ajustes iniciales 5. 3. 3. Recibir la señal de los satélites 5. 3. 4. Almacenar, editar y borrar puntos (Waypoints) 5. 3. 1. Características del receptor (Figura 5‐1)

Figura 5‐1. Receptor navegador Garmin 76. Este receptor GPS pertenece a la categoría de los llamados “navegadores”, instrumentos de precisión media o baja (desde 50 m a 3 m, según los modelos y marcas), que se utilizan generalmente para orientarse en la navegación marítima o terrestre, seguimiento de rutas, etc. Tiene 12 canales de recepción de satélites y la antena está integrada en el conjunto. Dentro de esta categoría, y siempre según las condiciones de recepción de las señales de los satélites, el Garmin 76 puede arrojar unas precisiones en torno a los 3‐5 m. Este margen se puede mejorar si simultaneamos las medidas con la recepción de las correcciones que se envían mediante GPRS (vía telefónica), por ejemplo desde organismos oficiales como el ITACyL, que dispone de una red de antenas GPS fijas (http://gnss.itacyl.es/). La utilización que le vamos a dar a este aparato en el contexto de las prácticas de esta asignatura va a ser la de tomar puntos directamente del terreno (lindes de parcelas, líneas eléctricas, vías de comunicación, etc.) para después, mediante la transmisión de estos datos de coordenadas a un ordenador, bien de forma digital con el cable, bien ‘a mano’ si son pocos puntos, poder confeccionar planos, perfiles, mediciones, etc. Es muy importante tomar conciencia del error inherente en la posición de esos puntos, por lo que para levantar superficies pequeñas, en las que el porcentaje de error sea muy grande, habrá que recurrir a otras opciones más precisas con instrumental topográfico adecuado. También se deben observar las variaciones que se producen en

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las cotas, tanto por el propio método de medición GPS de estos receptores, el más sencillo, como por el diferente origen de alturas que tiene el sistema GPS y sistema oficial. El receptor funciona con dos pilas alcalinas de 1,5 v que se recambian en su parte trasera, girando la argolla hacia la izquierda y tirando de ella hacia fuera. El estado de carga de las pilas determina en buena parte la rapidez de la recepción de coordenadas: cuanta mayor sea aquélla, más rápida será la medición. 5. 3. 2. Encendido y ajustes iniciales En principio estos ajustes vendrán predeterminados y no será necesario hacerlos. Pero si el receptor ha estado apagado mucho tiempo es posible que se tengan que volver a introducir. Enciende el instrumento en la tecla roja y pulsa ENTER hasta que aparezca la pantalla de recepción de satélites: Pulsa la tecla de MENU dos veces hasta que te aparezca el Menú principal Selecciona del menú principal Ajustar mediante el botón más grande, que puede utilizarse arriba / abajo, derecha / izquierda. En la pestaña de General, desplázate hasta la etiqueta de Idioma y pulsa ENTER. De los idiomas disponibles, escoge el Español. Sube hasta la pestaña de Hora y elige análogamente las opciones (+ 1h ó +2 h dependiendo de la fecha de verano/invierno) En la pestaña Unidades, escoge metros para las uds lineales y grados numéricos para las direcciones En las pestaña Localización, elige UTM con sistema European 1950 No es necesario hacer ajustes en Alarmas ni en Interface Para salir de esta pantalla, así como de cualquier otra, utiliza la tecla QUIT. 5. 3. 3. Recibir la señal de los satélites (Figura 5‐2) En esta pantalla se ve cómo se reciben los satélites GPS, tanto en las barras (con el número del satélite) como en los círculos de horizonte (sitúa los satélites entre el horizonte y el cenit, con un círculo intermedio de 45° sobre el horizonte). Dependiendo de la zona, más o menos despejada, y de la disponibilidad de satélites en ese momento, comenzarán a aparecer más barras de satélite. El color negro de estas barras significa que se están utilizando para gestionar las coordenadas (en gris: está todavía en proceso).

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Figura 5‐2. Pantalla de localización de satélites. Cuando aparece el mensaje Localización GPS 3D el satélite está tomando datos de al menos cuatro satélites y está listo para almacenar las coordenadas X, Y, Z del punto en el que estemos situados. Cuantas más barras negras, más satélites recibe y más precisa será la medición. Es conveniente esperar a que el receptor tenga un mínimo de cuatro o cinco satélites y la lectura de coordenadas sea estable; o que el error de posicionamiento (en la parte superior derecha de la pantalla) sea lo más bajo posible. 5. 3. 4. Almacenar, editar y borrar puntos (Waypoints) La terminología anglosajona llama Waypoints a los puntos que tomamos con el receptor, haciendo referencia a que son puntos que luego se usan para rutas o navegación, (way, “vía”). Para tomar un punto: Desde la ventana de satélites puedes ver también las coordenadas de ese punto. Pulsa ENTER durante más de un segundo y aparecerá la ventana de Marcar Waypoint. La posición ha sido almacenada. Puedes editar tanto el tipo de símbolo asignado al punto como su nombre. Para ello desplázate con la tecla grande a esos campos, pulsa ENTER y cambia el símbolo y el nombre del punto. Desplázate hasta el botón OK y pulsa ENTER para grabar esos cambios. Para borrar puntos: Entra en el menú principal pulsando dos veces la tecla de MENU desde la ventana de satélites. Escoge la opción Puntos y pulsa ENTER Escoge Waypoints y pulsa ENTER Aparecerá el listado de puntos de la memoria Pulsa MENU y aparecerá la ventana de borrar puntos, uno a uno (borrar waypoint), o todos a la vez (borrar todo)

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Nota importante: el almacenamiento de waypoints se recomienda cuando haya que coger muchos puntos. Cuando se vayan a tomar 15 o 20 puntos solamente, es suficiente con anotar las coordenadas en un estadillo de campo junto con un croquis de la zona y luego se introducirán manualmente los puntos en Autocad o ArcGis.

5.4. GPS aplicado a la agricultura de precisión La llamada ‘agricultura de precisión’ nace con la idea de mejorar los rendimientos de grandes parcelas, cuando se detecta que, bien por las condiciones químicas del suelo, por el contenido de agua, la topografía u otros factores, se producen diferencias de producción y/o calidad en unas zonas y otras. De esta forma, se han diseñado tecnologías en combinación con imágenes remotas y GPS que permiten hacer las tareas agrícolas de forma diferencial a través del guiado de los vehículos agrícolas, controlar las cantidades de semillas, fitosanitarios, abonado; visualizar y monitorizar en campo sobre un mapa las tareas, etc. La agricultura de precisión se podría entender como una agricultura individualizada a una cierta extensión de terreno, por lo que en primer lugar consiste en hacer un diagnóstico de los terrenos de cultivo de forma precisa. En efecto, cada zona concreta tiene su propia producción unitaria que depende del estado del suelo en nutrientes, de su profundidad y pendiente, disponibilidad de agua, insolación, etc.; por lo tanto no se puede abonar igual todas las zonas ni aplicar fitosanitarios uniformemente, pues redundará en pérdidas, contaminación y efectos indeseados. Se estudiarán esos factores de forma espacial y se determinarán las diferentes áreas, que serán localizadas y delimitadas en un mapa. A continuación se establecerán criterios agronómicos sobre cada una para aplicar diferentes modelos de cultivo y manejo y finalmente, con equipos automáticos, se dosificarán diferencialmente la cantidad de semillas, abono, pesticidas, fitosanitarios, riego. Esta tecnología supone para el agricultor una mejora en la producción y un mayor ajuste de inversiones en los productos agrícolas y el manejo, con lo cual se produce el retorno de la inversión en estas nuevas tecnologías. Además, a largo‐medio plazo, también se podrá estudiar la variabilidad temporal, comparando los mapas de producciones a lo largo del tiempo, y se observarán tendencias de rendimiento, necesidades, etc.; pudiendo establecer correcciones con mayor posibilidad de éxito. Por otro lado, también repercutirá en una mejora ambiental, pues se conservará mejor el suelo, se contaminará menos y se consumirá menos agua. Por todo ello, tanto, la agricultura de precisión se ha convertido en uno de los fundamentos de la agricultura sostenible, pues respeta y mejora los cultivos, la tierra y el agua. La utilización del GPS en este contexto facilita la georreferenciación de los datos agrícolas. Permite, combinado con la maquinaria agrícola (que lleva un medidor de volumen de entrada de semilla o carga, Figura 5‐3), la confección de mapas de rendimientos (Figura 5‐4) con diferentes zonas en la parcela. También permite realizar planos o mapas en combinación con ortofotos, imágenes y estimaciones directas: mapas de profundidad de suelo, de texturas, capacidad de campo y punto de marchitez, mapas de malas hierbas; mapas de humedad de suelo, de pendientes, etc. Estos mapas se procesan a lo largo de varias campañas y permiten realizar el proceso a la inversa: aplicación por zonas de dosis diferentes de fertilizantes (Figura 5‐5), semillas o herbicidas; así como la instalación y programación del riego también por zonas o sectores. Para dosificar y aplicar

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automáticamente los productos y semillas se utilizan pequeños ordenadores instalados en la maquinaria que regulan las dosis y controlan la velocidad de la misma.

Figura 5‐3. Dosificador de abonado conectado a la consola de la cabina. Tomado de SSIIA (http://www.ssiia.com/).

Figura 5‐4. Mapa de rendimiento seco de trigo. Tomado de http://www.agriculturadeprecision.org

‘Reguladores automáticos de flujo en cosechadoras’, M. Braganchini et al. (2010).

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Figura 5‐5. Ordenador con GPS y software de control de insumos a bordo de tractor. Tomado de http://www.tractordrive.es y SSIIA (http://www.ssiia.com/

Estos sistemas, unidos a los cada vez más implantados Sistemas de Información Geográfica y a la liberación de las bases de datos cartográficas, se están desarrollando rápidamente y son una tecnología en constante crecimiento y expansión en agricultura. Son innumerables las casas comerciales que incorporan tanto dispositivos GPS de guiado y toma de datos como de automatización, monitoreo y control del manejo agrícola.

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Notas de Clase, Topografía y Cartografía [Ing. Nilda Sánchez y Gabriel Santos]