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Profesores: Serafin ojeda, Macarena tejeda...

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SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y CARTOGRAFÍA AMBIENTAL BLOQUE D. CARTOGRAFÍA TEMÁTICA AMBIENTAL 1. Introducción: Concepto de Cartografía, el mapa como modelo de la realidad ►Introducción El diseño, producción y uso de un mapa como forma de comunicación conforma lo que se conoce como proceso cartográfico. Más concretamente, el proceso cartográfico conlleva cuatro etapas o subprocesos: - Recoger los datos. - Manipular y generalizar los datos para diseñar y construir mapas. - Visualizar el mapa. - Interpretar la información. ►El propósito del mapa. El mapa como modelo de la realidad. Como elemento de comunicación, un mapa tiene siempre un propósito, de manera que cuando creamos un mapa estamos empleando un lenguaje gráfico para transmitir una determinada información geográfica que será interpretada. Entre los elementos fundamentales tenemos que elegir en función del propósito del mapa se encuentran los correspondientes a la base matemática del mapa: escala y proyección. La escala condicionará el tipo de estudios que será posible llevar a cabo con el mapa, y establecerá el nivel de detalle que se desea comunicar a través de este. La proyección debe considerarse en función de sus propiedades, porque toda proyección implica algún tipo de distorsión, por eso existen proyecciones que mantienen las áreas, las distancias o los ángulos. Según qué trabajo se espere con el mapa será más indicado hacer uso de una u otra, ya que no es lo mismo un mapa catastral que una carta de navegación, y la elección de una proyección inadecuada puede convertir un mapa en una herramienta inútil para la tarea que se pretende realizar. El otro aspecto importante a considerar es la forma en que transmitimos la información a través del mapa, es decir, el tipo de mapa, como hemos visto en el ejemplo propuesto. Dentro de este capítulo estudiaremos los tipos de mapas más habituales y las características que los definen, así como la forma de crearlos correctamente. 2. Fundamentos cartográficos y geodésicos: Datum, geoide, sistemas de referencia y escala. ►Fundamentos cartográficos y geodésicos. Trabajar con información georreferenciada requiere conocer una serie de conceptos previos necesarios para poder realizar correctamente todo tipo de operaciones. Los datos georreferenciados tienen además una peculiaridad como datos espaciales, pues son datos que se sitúan sobre la superficie de la Tierra. Por ello, es necesario tener un conocimiento preciso de la forma de esta, para así tratar con exactitud y rigor la información con que se trabaja en un SIG. La geodesia es la ciencia que se encarga del estudio de la forma de la Tierra, y sus fundamentos se encuentran 1

SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y CARTOGRAFÍA AMBIENTAL entre los conceptos base de todo SIG, siendo por tanto necesario conocerlos para poder hacer uso de estos. La característica principal de la información georreferenciada es que tiene una localización en el espacio, particularmente en el espacio terrestre. Esta localización se da por medio de unas coordenadas que la definan de forma adecuada, y eso exige que previamente hayamos definido un sistema de referencia en el que vamos a expresar la situación. Esto no es tarea fácil y para establecer ese sistema debemos tener un conocimiento amplio que va desde ideas físicas hasta complejos desarrollos matemáticos y geométricos. La geodesia es la ciencia que nos da el marco que engloba todo esto. Así, la determinación de la forma y dimensiones de la Tierra es tarea de la denominada geodesia esferoidal, cuyo cometido coincide con el del concepto clásico de geodesia, esto es, la definición de la figura terrestre. No obstante, en la actualidad encontramos otras ramas como la geodesia física, encargada de analizar el campo gravitatorio terrestre y sus variaciones, o la astronomía geodésica, que utiliza métodos astronómicos para determinar ciertos elementos geodésicos muy importantes... La necesidad del estudio geodésico surge por el hecho de que la Tierra no es plana, y cuando el territorio que pretendemos estudiar es lo suficientemente extenso, no podemos pasar por alto la curvatura de la Tierra. Este es el caso que vamos a encontrar cuando trabajemos con un SIG, y es por ello que los SIG trabajan acorde con los conceptos de la geodesia. Vimos anteriormente que, además de los SIG, existen otras aplicaciones que trabajan con información georreferenciada, entre las cuales estaban los programas de diseño asistido por ordenador (CAD) y que una de sus principales limitaciones era su mala disposición al trabajo con zonas extensas, ya que han sido diseñados para operar con zonas de unas dimensiones reducidas. Cuando un arquitecto diseña el plano de una casa con una aplicación CAD, no necesita emplear los conceptos de la geodesia, puesto que a esa escala la forma de la Tierra no tiene relevancia, y prescindiendo de ella puede expresar las coordenadas de los distintos elementos (un muro, un pilar, etc.) con la suficiente precisión y corrección como para que luego pueda construirse esa casa. Sin embargo, cuando un usuario de SIG estudia la cuenca vertiente de un río o bien analiza las rutas migratorias de un ave entre dos continentes, los conceptos de la geodesia resultan fundamentales. En la actualidad, los SIG han hecho que la información geográfica cubra grandes extensiones o incluso la totalidad del planeta. Esto obliga más que nunca a hacer hincapié en los fundamentos geodésicos que resultan básicos para que toda esa información pueda manejarse correctamente. Otro aspecto básico a la hora de trabajar en un SIG son las denominadas proyecciones cartográficas. Estas permiten transformar las coordenadas sobre la superficie curva de la Tierra en coordenadas sobre una superficie plana. Esto es necesario para poder representarlas en un soporte plano tal como puede ser un mapa o la pantalla del ordenador, o para poder analizarlas de forma más sencilla. Con los elementos de la geodesia y las proyecciones cartográficas ya podemos elaborar cartografía y estamos en condiciones de trabajar con la información georreferenciada, pero hay algunos conceptos relativos a esa cartografía importantísimos que tenemos que conocer. El más importante, como ya adelantamos, es la escala: la relación entre el tamaño real de aquello que representamos y su tamaño en la representación, pero hay más y vamos a verlos a continuación. 2

SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y CARTOGRAFÍA AMBIENTAL ►Conceptos geodésicos básicos A la hora de definir la forma y dimensiones de la Tierra, la geodesia plantea modelos que recogen la complejidad de la superficie terrestre y la expresan de una forma más simple y fácil de manejar. Con estos modelos, lo que la geodesia está haciendo es establecer un sistema de referencia y definir un conjunto de puntos (los vértices geodésicos) cuyas coordenadas en dicho sistema sean conocidas con gran precisión. Después, en base a esos puntos, que forman una red geodésica, se pueden calcular las coordenadas de cualquier punto en el sistema de referencia que hemos definido. ¿Cómo se establecen los vértices geodésicos? Por el procedimiento que llamamos triangulación a partir de un punto único determinado por métodos astronómicos. En función de la longitud de los lados de los triángulos empleados en dicha triangulación, tenemos redes de mayor o menor precisión. ►Elipsoide de referencia y geoide.- Cuando tenemos que tomar un modelo al que asimilar la forma de la Tierra, existen dos conceptos básicos, que son el elipsoide de referencia y el geoide, dado que como ya sabemos la Tierra no es una esfera perfecta porque su propia rotación ha modificado esa forma y ha provocado un achatamiento en los polos. Entonces, debemos elegir un modelo elíptico, lo que en matemáticas llamamos elipse y que adaptado a las tres dimensiones se llama elipsoide. Un elipsoide viene definido por dos parámetros: el semieje mayor y el semieje menor. En el caso de la Tierra estos se corresponderían con el radio ecuatorial y el radio polar respectivamente. La relación existente entre estas dos medidas es la que nos da el grado de achatamiento del elipsoide. El elipsoide es la forma geométrica que mejor se adapta a la forma real de la Tierra, y por tanto la que mejor permite idealizar. Ahora que ya tenemos un modelo de la Tierra hay que determina qué parámetros la definen. Si fuera una esfera, tendríamos que mirar su radio, pero en el caso del elipsoide hay que conocer cuánto miden el semieje mayor y el menor. El elipsoide más empleado en la actualidad es el WGS–84 que es el que usa el sistema GPS.

El geoide es la otra superficie de referencia, definida como la superficie tridimensional en cuyos puntos la atracción gravitatoria es constante. Se trata de una superficie que resulta de suponer los océanos en reposo y a un nivel medio (el nivel es en realidad variable como consecuencia de las mareas, corrientes y otros fenómenos) La particularidad del geoide reside en que en todos sus puntos la dirección de la gravedad 3

SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y CARTOGRAFÍA AMBIENTAL es perpendicular a su superficie. El geoide no es, sin embargo, una superficie regular como el elipsoide, y presenta protuberancias y depresiones, la densidad de la Tierra no es constante en todos sus puntos, y ello da lugar a que el geoide sea una superficie irregular. Lógicamente, el elipsoide, por su naturaleza más simple, no puede recoger toda la variabilidad del geoide, por lo que estas dos superficies presentan diferencias, cuyo máximo es generalmente del orden de ±100 metros. Estas diferencias se conocen como alturas geoidales. Al igual que en el caso de los elipsoides, existen diversos geoides de referencia, y estos no son constantes en el tiempo sino que evolucionan para adaptarse a las modificaciones que tienen lugar sobre la superficie terrestre. ►El datum geodésico Cuando se trabaja con un elipsoide general, se sitúa de modo que tanto la posición de su centro de gravedad como su plano ecuatorial coincidan con los terrestres. Por el contrario, cuando el elipsoide es local, estas propiedades puede que no se cumplan y entonces nos encontramos con un elipsoide insuficiente ya que carecemos de información sobre su posicionamiento con respecto a la superficie terrestre. Surge así el concepto de datum, que es el conjunto formado por una superficie de referencia (el elipsoide) y un punto en el que «enlazar» este al geoide. Este punto se denomina punto astronómico fundamental (para su cálculo se emplean métodos astronómicos), o simplemente punto fundamental, Para un mismo elipsoide pueden utilizarse distintos puntos fundamentales, que darán lugar a distintos datum y a distintas coordenadas para un mismo punto. ►Sistemas de coordenadas Si después de todo esto ya disponemos de un modelo preciso para definir la forma de la Tierra, podemos establecer ya un sistema de codificar cada una de las posiciones sobre su superficie y asignar a estas las correspondientes coordenadas. Puesto que la superficie de referencia que consideramos es un elipsoide, lo más lógico es recurrir a los elementos de la geometría esférica y utilizar estos para definir el sistema de referencia. Son los conocidos conceptos de latitud y longitud, empleados para establecer las coordenadas geográficas de un punto. * Coordenadas geográficas.- El sistema de coordenadas geográficas es un sistema de coordenadas mediante el cual un punto se localiza con dos valores angulares que son la latitud y la longitud.

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Las líneas formadas por puntos de la misma latitud se denominan paralelos y forman círculos concéntricos paralelos al ecuador. Por definición la latitud es de 0 en el ecuador, que divide el globo en los hemisferios norte y sur. La longitud es el ángulo formado entre dos de los planos que contienen la línea de los Polos. Las líneas formadas por puntos de igual longitud se denominan meridianos y convergen en los polos. Como meridiano de referencia internacional se toma aquel que pasa por el observatorio de Greenwich, en el Reino Unido. Este divide a su vez el globo en dos hemisferios: el Este y el Oeste.

Las coordenadas geográficas resultan de gran utilidad, especialmente cuando se trabaja con grandes regiones, aunque pueden surgirnos dificultades como por ejemplo, aunque la distancia entre dos paralelos es prácticamente constante (es decir, un grado de latitud equivale más o menos a una misma distancia en todos los puntos), la distancia 5

SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y CARTOGRAFÍA AMBIENTAL entre dos meridianos no lo es, y varía entre unos 11,3 kilómetros en el Ecuador hasta los cero kilómetros en los polos, donde los meridianos convergen. * Proyecciones cartográficas.- A pesar de la gran utilidad de los sistemas de coordinadas esféricas, no podemos obviar ciertos inconvenientes: por una parte, estamos más acostumbrados a la utilización de sistemas cartesianos en los cuales la posición de un punto se define mediante un par de medidas de distancia x e y y de hecho, cuando necesitamos crear una representación visual de la información cartográfica, lo habitual es hacerlo en una superficie plana, ya sea a la manera clásica en un pliego de papel o, usando las tecnologías actuales, en un dispositivo tal como una pantalla. Por eso, sentimos la necesidad de que la información geográfica se plasme en un plano, y de ahí el proceso de asignar una coordenada plana a cada punto de la superficie de la Tierra (que no es plana). Esto se llama proyección cartográfica. La forma en que se hace esto es usando la proyección: a partir de un foco se trazan las trayectorias de una serie de rayos que unen dicho foco con los puntos a proyectar, y después se determina el punto de contacto de esos rayos con la superficie plana. Puede ocurrir también que se produzcan distorsiones al realizar la proyección, es decir, que ciertas propiedades no se reproduzcan con fidelidad al pasar algunos puntos desde la superficie curva al plano. - Tipos de proyecciones-

Las proyecciones se clasifican según la superficie sobre la que se proyectan los puntos. Las superficies más habituales son el cono y el cilindro (junto con, por supuesto, el plano), las cuales, situadas en una posición dada en relación al objeto a proyectar (esto es, la Tierra), definen un tipo dado de proyección. Distinguimos así los siguientes tipos de proyecciones: a) Cónicas. La superficie desarrollable es un cono. Se utiliza, preferentemente, para representar aquellos países que se encuentran en las regiones de latitudes medias, por ser menor la distorsión resultante.

b) Cilíndricas. La superficie desarrollable es un cilindro el mapa resultante presenta una red de paralelos y meridianos perpendiculares

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c) Planas o azimutales. En este caso se proyecta una porción de la Tierra sobre un plano tangente al globo en un punto seleccionado, obteniéndose una imagen similar a la visión de la Tierra desde un punto interior o exterior. Si la proyección es del primer tipo se llama proyección gnomónica; si es del segundo, ortográfica.

Estas proyecciones ofrecen una mayor distorsión cuanto mayor sea la distancia al punto tangencial de la esfera y el plano. Este tipo de proyección se relaciona principalmente con los polos y hemisferios. Tipos de proyecciones: Proyección ortográfica Proyección estereográfica Proyección gnomónica Proyección acimutal de Lambert En la actualidad la mayoría de los mapas se hacen con base en proyecciones modificadas o en base a una combinación de las anteriores, a veces, con varios puntos focales, a fin de corregir en lo posible las distorsiones en ciertas áreas. Por ejemplo, las proyecciones policónicas utilizan la misma filosofía que las cónicas, empleando conos, pero en lugar de ser este único, se usan varios conos, cada uno de los cuales se aplica a una franja concreta de la zona proyectada. La unión de todas esas franjas, cada una de 7

SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y CARTOGRAFÍA AMBIENTAL ellas proyectada de forma distinta (aunque siempre con una proyección cónica), forma el resultado de la proyección.

Del mismo modo, encontramos proyecciones como la proyección sinusoidal, una proyección de tipo pseudocilíndrico,

o la proyección de Werner, cuya superficie desarrollable tiene forma de corazón

Otra forma distinta de clasificar las proyecciones es según las propiedades métricas que conserven. Toda proyección implica alguna distorsión (denominada anamorfosis), y según cómo sea esta y a qué propiedad métrica afecte o no, podemos definir los siguientes tipos de proyecciones:

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SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y CARTOGRAFÍA AMBIENTAL a) Equiárea. En este tipo de proyecciones se mantiene una escala constante. Es decir, la relación entre un área terrestre y el área proyectada es la misma con lo que la representación proyectada puede emplearse para comparar superficies. b) Conformes. Estas proyecciones mantienen la forma de los objetos, ya que no provocan distorsión de los ángulos. Su principal desventaja es que introducen una gran distorsión en el tamaño, y objetos que aparecen proyectados con un tamaño mucho mayor que otros pueden ser en la realidad mucho menores que estos. c) Equidistantes. En estas proyecciones se mantienen las distancias. La elección de una u otra proyección es función de las necesidades particulares. Y asi, cuando se trabaja con regiones polares, se suele utilizar la proyección estereográfica polar porque es una proyección que produce muy poca distorsión en la escala de distancias en los mapas de los casquetes polares. Asimismo, hay proyecciones que no pueden recoger todo el globo, sino solo una parte de este, por lo que no se pueden aplicar a gran escala. Podemos decir que han ido surgiendo tantas proyecciones como necesidades han surgido a la hora de trabajar con cartografía. 3. Conceptos básicos de visualización: Variables visuales, propiedades. ►Introducción Cuando visualizamos cualquier tipo de información geográfica, ya sea a través de un mapa clásico o en la pantalla de un ordenador, estamos utilizando un lenguaje visual, pero el lenguaje visual implica la existencia de unas limitaciones, es decir, que un mapa nunca puede contener y transmitir fielmente toda la realidad de una zona o de un fenómeno espacial dado. Sin embargo, un correcto uso del lenguaje permite comunicar gran cantidad de información y hacer de este una herramienta de gran utilidad, más allá de sus limitaciones, esto es lo que estudia la semiología (el estudio de los signos de un lenguaje). En el caso de los elementos del lenguaje visual, encontramos una semiología gráfica, tal y como la definió el cartógrafo francés Jacques Bertin, que definió una lingüística visual que nos ayuda a comprender cómo una representación gráfica cumple su propósito de transmitir la información que contiene. ►Las variables visuales Cada lenguaje tiene sus propiedades particulares y permite expresar unas u otras ideas de distintas maneras. Por ejemplo, podemos plasmar la música en una partitura, utilizando un lenguaje de signos musicales. Este lenguaje musical permite recoger y transmitir una canción a través de una partitura, expresando mediante un conjunto de símbolos las distintas notas que la componen, su duración o los elementos expresivos que deben incorporarse en la interpretación de esta.

Puesto que nuestro objetivo es ser capaces de crear mapas y otros elementos visuales que transmitan la información geográfica, debemos estudiar qué clase de información vamos a transmitir y, sobre todo, qué es lo que nos permite transmitir el lenguaje visual. Además, debemos ver si los elementos del lenguaje visual van a ser capaces de, por 9

SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y CARTOGRAFÍA AMBIENTAL ejemplo, transmitir las diferencias entre dos zonas distintas o la relación entre los valores de una variable en dos puntos y cómo tenemos que emplear esos elementos del lenguaje visual para que esa información se transmita mejor, ya que los elementos visuales tienen ciertas propiedades que podemos emplear según la que sea más adecuada en cada circunstancia. Estas propiedades son las que se llaman variab...