Lic. Ramiro Salcedo G., MSc.

Centro de Procesamiento Digital de Im�genes/FII

Email: ramiros@fii.org

Se describe un estudio piloto, el cual se realiz� con financiamiento de la Agencia de Comercio y Desarrollo de los Estados Unidos (TDA), para CVG-Tecm�n.

El prop�sito del estudio fu�, en primer lugar, proveer un an�lisis de las diversas tecnolog�as de sensores remotos con el fin de evaluar las fortalezas y debilidades de cada uno de estos para la generaci�n de cartograf�a b�sica digital al sur de Venezuela; y en segundo lugar producir mapas topogr�ficos a escala 1:50.000 con curvas de nivel de 40 metros de intervalo.

Fig 1: Localizaci�n Area Estudio

Introducci�n: La producci�n de cartograf�a topogr�fica b�sica en medios tropicales enfrenta importantes limitaciones naturales y log�sticas. La cobertura de nubes se cuenta entre las limitaciones naturales determinantes por cuanto impide la toma de datos, ya sea desde plataformas aerotransportadas u orbitales. En este sentido, se plantea de manera perentoria, la utilizaci�n de sensores y t�cnicas distintas a las convencionales para la generaci�n de mapas en aquellas regiones donde, como es el caso del sur de Venezuela, no se ha podido completar el cubrimiento cartogr�fico por medios convencionales.

Objetivo: Utilizar diversos sensores remotos �pticos y de radar; tanto aerotransportados como orbitales, con el objeto de evaluar sus posibilidadess de aplicaci�n con fines de generaci�n de cartograf�a topogr�fica a escala 1:50.000 con curvas de nivel cada 40 metros. El �rea de estudio escogida es Santa Elena de Uair�n en el Estado Bol�var.

Para cumplir dicho cometido, se constituy� un equipo de trabajo formado por las siguientes instituciones y empresas:

• Raytheon (E-Systems), como responsable del estudio
• Vexcel Corporation, en la generaci�n de Modelos de Elevaci�n Digital (DEM)
• Instituto de Ingenier�a (CPDI), en la generaci�n de la planimetr�a, producci�n de los mapas y apoyo log�stico.
• CVG-Tecmin, como usuario final de los mapas y apoyo log�stico
• Cartograf�a Nacional, en la revisi�n y aprobaci�n final de los resultados.

El equipo de trabajo realiz� las tareas relativas a la selecci�n de los sensores, recolecci�n y procesamiento de datos, generaci�n de los mapas y an�lisis final de los resultados.

Basados en un an�lisis comparativo de los sistemas disponibles, se decidi� la adquisici�n de un grupo de sensores diferentes. La lista de los mismos se limit� a aquellos comercialmente disponibles que ya estuviesen adquiridos y a sensores que podr�an ser programados para adquisiciones nuevas. La lista inicial incluy� tanto sistemas aerotransportados como orbitales disponibles. Se analizaron y compararon las especificaciones t�cnicas del funcionamiento de estos sensores para determinar cuales podr�an cumplir con los requerimientos cartogr�ficos de Venezuela; ya fuese individualmente o en una combinaci�n de dos o m�s de estos.

La recolecci�n de datos consisti� en la obtenci�n de las im�genes y los puntos de control terrestre con GPS en el �rea de estudio de Santa Elena.

Se contact� a los proveedores de datos que cumplieron con los criterios de selecci�n, a fin de iniciar la adquisici�n. Se investig� la disponibilidad y utilidad de datos existentes en los archivos. Se programaron nuevas adquisiciones de aquellos sensores de los que no hubiese datos adquiridos. Se ordenaron las im�genes que tuviesen coberturas adecuadas. La cobertura de nubes predominante en la regi�n de Santa Elena jug� un papel importante en la adquisici�n de nuevos datos.

Se requiri� la adquisici�n de Puntos de Control Terrestre (PCT) sobre el �rea piloto, para apoyar la aerotriangulaci�n y la evaluaci�n de la precisi�n de cada tipo de sensor. Se realiz� el trabajo de campo necesario para colectar dichos PCT. Esta informaci�n consisti� de coordenadas X,Y,Z grabadas por un posicionador GPS sobre localidades espec�ficas del �rea de estudio. Los datos de los PCT fueron usados para geo-referenciar en forma precisa las im�genes con respecto a puntos conocidos en el terreno, as� como proveer un est�ndar comparativo para medir la precisi�n vertical y horizontal de los mapas.

Se planific� el procesamiento de los datos con el objetivo de elaborar mapas de la zona de estudio, a partir de cada uno de los sensores disponibles. Al irse recibiendo las im�genes, los correspondientes grupos de trabajo se dedicaron a generar Modelos de Elevaci�n Digital (DEM) e im�genes orto-rectificadas por cada tipo de sensor. En cada caso, el procesamiento de los datos se hizo de acuerdo a los requerimientos de precisi�n de la imagen. Los DEM y las orto-im�genes sirvieron posteriormente para la extracci�n de elementos planim�tricos y altim�tricos.

La extracci�n de elementos planim�tricos de las orto-im�genes permiti� generar las capas vectoriales relativas a cobertura vegetal, �reas urbanas y tipos de vialidad. Los DEM a su vez, fueron procesados para producir las curvas de nivel con un intervalo de 40 metros. Todos los detalles relativos a leyendas, t�tulos, toponimia y marginalia, fueron seleccionados de acuerdo a est�ndares cartogr�ficos oficiales. Todos los DEM y ortoim�genes fueron enviados al Instituto de Ingenier�a (CPDI) para ser convertidos en mapas, de acuerdo a los requerimientos de Cartograf�a Nacional.

Se evaluaron todos los sensores comerciales posibles, con el fin de determinar los candidatos m�s factibles a ser utilizados en el marco de este proyecto. As� tenemos: �stos y sus caracter�sticas:

Dos mapas topogr�ficos con sus elementos altim�tricos y planim�tricos (curvas de nivel, carreteras, r�os, centros poblados, y cobertura natural), fueron producidos a partir de los datos de los sat�lites SPOT y Radarsat.

Mapa a partir de SPOT: Una escena Spot-Pancrom�tica orto-rectificada fue usada para hacer la interpretaci�n de aquellos elementos planim�tricos requeridos en un mapa topogr�fico standard a escala 1:50.000, tales como red hidrogr�fica, cuerpos de agua, cobertura natural, vialidad y areas urbanas. (ver figura N� 2).

Fig. 2: Imagen SPOT-P con planimetr�a

Este procedimiento involucr� el uso del software PCI para visualizar la imagen y hacer la captura en pantalla de dichos elementos. Se utiliz� la leyenda establecida por Cartograf�a Nacional-MARNR como el modelo a seguir.

Durante el proceso de interpretaci�n o captura de los elementos planim�tricos antes se�alados, se asign� a cada uno de �stos un c�digo, tal que cuando los datos fueran transferidos hacia el ambiente de edici�n cartogr�fica digital, �stos ya tuviesen su identificaci�n respectiva y as� hacer el proceso de edici�n m�s eficiente. Se demostr� que una de las ventajas de interpretar en pantalla directamente sobre la imagen, est� en el hecho de que permite mejorar los contrastes de esta donde y cuando se requiere, as� como hacer los acercamientos o ampliaciones necesarias para obtener el mejor detalle posible.

Adicionalmente, utilizando un Modelo de Elevaci�n Digital (DEM) generado con dos im�genes estereosc�picas del sat�lite SPOT-P, se produjeron las curvas de nivel con intervalos de curvas cada 40 metros (ver figura N� 3) . Es evidente la presencia de "huecos" los cuales se deben a la presencia de nubes en las im�genes.

Fig. 3: DEM generado a partir de im�genes est�reo SPOT-P

La integraci�n de las curvas de nivel (altimetr�a) y de la planimetr�a (r�os, v�as, ciudades, vegetaci�n) permiti�, a trav�s de un proceso de edici�n cartogr�fica digital, hacer la producc��n del mapa final (ver figura 4).

Fig. 4: Mapa con planimetr�a a partir de im�genes SPOT-P

Mapa a partir de Radarsat: Se utiliz� un par de im�genes adquiridas en modo standard-3 (ver figura 5).

 Fig. 5: Imagen Radarsat del �rea de estudio

Los datos de este sat�lite son sustancialmente distintos a aquellos de SPOT. Por tratarse de un sensor de microondas, las im�genes no se ven afectadas por las condiciones clim�ticas o de iluminaci�n. En este sentido, las im�genes de radar captan datos tanto en horas diurnas (orbita descendente), como nocturnas (�rbita ascendente) y tienen la capacidad de penetrar la cobertura de nubes. Esta caracter�stica las hace particularmente �tiles en medios como los del �rea de estudio, donde la presencia cuasi-permanente de �stas impide la toma de datos por sensores �pticos durante la mayor parte del a�o.

La adquisici�n de dos im�genes estereosc�picas del sat�lite Radarsat permiti� generar un DEM (ver figura 6),

Fig. 6: DEM de Radarsat

del cual se produjo a su vez, el archivo de curvas de nivel con intervalo de 40 metros, usando el m�dulo TIN (triangular Irregular Network) de Arc/Info (ver figura 7). Aqu� se observa la ventaja derivada de la utilizaci�n de datos de radar, los cuales no se ven afectados por la interferencia nubosa.

Fig. 7: curvas de nivel a partir del DEM Radarsat

La planimetr�a para este mapa no se extrajo de la imagen de radar por cuanto este sensor no permite una �ptima identificaci�n de este tipo de elementos. En consecuencia, se tom� la producida a partir de SPOT-P y se integr� a las curvas de nivel derivadas del DEM de Radarsat. El mapa as� producido es el resultado de la utilizaci�n de lo mejor de las dos plataformas (ver figura 8).

Fig. 8: Mapa resultante de Radarsat y SPOT

Se realiz� un an�lisis para evaluar las distintas fuentes de datos, en t�rminos de calidad de las im�genes y su interpretabilidad; errores verticales y horizontales de los DEM y ortoim�genes.

• Los errores cuadr�ticos medios (RMSE) obtenidos tanto en planimetr�a como en altimetr�a, con los datos SPOT y Radarsat no estuvieron dentro de los requerimientos para la escala 1:50.000
• La cobertura de nubes impone serias limitaciones a los sensores �pticos en �reas tropicales, pero presentan la mejor opci�n para identificar y extraer los elementos que componen la planimetr�a.
• Las im�genes de radar presentan la mejor opci�n en el tr�pico para generar DEM’s y de �stos las curvas de nivel.
• La geodesia satelital (GPS) es herramienta imprescindible para producci�n cartogr�fica digital.
• Se demostr� la utilidad de hacer uso combinado de sensores �pticos y de radar para obtener una mayor eficiencia en los costos; combinando los mejores atributos de distintas tecnolog�as.
• En la actualidad, solamente con sensores aerotransportados es posible producir cartograf�a topogr�fica a escala 1:50.000.