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MDE y Análisis del terreno.
Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental - 2013
Sistemas de Información Geográfica 2-2013
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Análisis del terreno.
- El estudio del terreno es un tema muy estudiado por los SIG.
- El estudio del terreno tiene un ámbito de utilidad amplísimo, por la cantidad de información que se puede derivar de capas con información del terreno.
- Muchas aplicaciones en muchas ramas de interés para la Ingeniería ambiental (Civil).
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Aplicación de un MDE (Olaya, 2012).
- Toma de datos de elevación (muestreo).
- Generación de un modelo de superficie con los datos tomados (Modelos generados).
- Corrección de errores.
- Cálculo de parámetros y elementos derivados.
- Empleo de los parámetros derivados.
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Modelo Digital de Elevaciones.
- Equivalente informatizado de las curvas de nivel clásicas.
- El MDE es un caso específico de los MDT.
- MDT (modelo digital del terreno): «estructura numérica de datos que representa la distribución espacial de una variable cuantitativa y continua».
- Algunas veces se suele asumir que MDT es un modelo de elevaciones incluyendo elementos de la superficie (casas, árboles…) y MDE es la altura a nivel del suelo.
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Sistemas de Información Geográfica 2-2013Olaya, 2012.
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Modelo Digital de Elevaciones.
- Describe la altimetría de una zona mediante un conjunto de cotas.
- Permite la construcción de modelos derivados.
- Modelos derivados: pendiente, aspecto…
- Se puede complementar con información auxiliar para elaborar modelos más complejos y simulaciones físicas.
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Felicísimo, 2012.
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- Un MDE es un campo escalar, no es como tal un modelo tridimensional, no puede representar cuevas por ejemplo.
- Idealmente es derivable en cada punto por ende permite obtener modelos derivados.
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MDE
- Usualmente ráster, mayores prestaciones para el análisis.
- Tamaño de celda.
- Distribución regular.
- «Representación matricial regular de la variación continua del relieve en el espacio»
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Estructuras de datos.
- De forma general la unidad básica de un MDE es un punto acotado.
- Se pueden encontrar MDE en los dos formatos:
- Vectorial
- Raster.
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Enfoque vectorial.
- Los atributos del terreno se representan con puntos, líneas o polígonos.
- Con puntos se define la posición (X, Y) y un atributo de altura (Z).
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Líneas y polígonos.
- Se representa la altura como una serie de puntos de altura única.
- Los polígonos son agrupaciones de líneas.
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Problemas del enfoque vectorial.
- Problemas de interpretación del relleno.
- ¿Cuál es el método de interpolación a emplear?
- En el caso de las isolíneas, en zonas planas, tienen una distribución espacial poco realista.
- Lo que ocasiona problemas al interpolar y crea superficies que no son reales y que podrían complicar el empleo de modelos derivados en estas zonas.
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Artefactos de interpolación en zonas planas.
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El modelo TIN.
- Se compone de una red de triángulos contiguos.
- Triangulated Irregular Network.
- Es el principio de la triangulación de Delaunay.
- Se trata de una estructura en que se representa el terreno por un conjunto de superficies planas que se ajusta al conjunto de puntos.
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Revisado en la clase de Interpolación.Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental - 2013
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TIN
- Esta representación presenta resultados razonables.
- Aunque la interpretación del relleno es un poco ambigua.
- Al ser de tipo vectorial, respeta accidentes geográficos, fondos de valles, cimas….
- Se ajusta a la envolvente geográfica.
- Como tal no es un método de interpolación, sino mas bien un modelo de datos.
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Desventajas.
- Importante consumo de memoria.
- Tiempo de cálculo elevado, con muchos puntos de datos (inclusive para hacer un zoom).
- Si se derivan Isolíneas a partir de un TIN, las curvas presentan angulosidades.
- Las variables derivadas, presentan cambios bruscos.
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Modelo raster.
- Celdas con valores.
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¿Cómo se crean?
- Captura de datos.
- Directos.
- Altimetría: radar, LIDAR…..
- GPS.
- Topografía.
- Indirectos.
- Restitución de fotografía aérea.
- Digitalización manual.
- Digitalización automática.
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¿Cómo se crean?
- Interpolación:
- IDW: no es adecuado por los artefactos que genera.
- Kriging: Es un buen interpolador, pero genera superficies suaves, alta precisión pero no refleja la configuración del relieve.
- Kriging es sensible a valores extremos.
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MDE-Interpolación.
- Splines: Se recomienda su aplicación pero con consideraciones respecto a la forma de la zona a la cual se aplica. Como se ha visto se generan superficies suavizadas que podrían en ciertos casos no ser reales.
- Métodos globales: No es adecuado.
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MDE-Interpolación.
- Generación de un MDE a partir de curvas de nivel.- IDW.
- V.surf.contour
- Generar los modelos de hillshade en cada caso
- ¿Visualmente qué modelo presenta mejores resultados?
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MDE – Interpolación.
- Cada método de interpolación tiene características que pueden ser ventajosas o desventajosas en función de la zona en donde se quiera aplicar.
- El conocimiento de la zona es imprescindible para la selección del método de interpolación.
- Existen métodos específicos para obtener resultados coherentes (ANUDEM).
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Preparación del MDE.
- Eliminación de errores.
- Descripción precisa del relieve.
- Descripción de los procesos que se llevan a cabo (hidrológicos, ecológicos).
En algunos casos se deben hacer correcciones previa la derivación de modelos a partir del MDE: relleno de vacíos…..
Ejemplo: r.fill.dir: crea un MDE nuevo sin depresiones.
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Modelos derivados del MDE.
- Mapas de pendientes.
- Mapas de dirección de la pendiente (aspecto).
- Mapas de sombreado.
- Mapas de visibilidad (cuencas de visibilidad).
- Perfiles topográficos.
- Volúmenes.
- Modelación SIG.
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Modelos derivados.- A partir de los MDE, es posible construir un
conjunto de modelos digitales que representen variables derivadas de la topografía, sin la intervención de información externa.
- Pendiente, orientación, curvatura, rugosidad.
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Pendiente.
- Calcula la tasa máxima de variación entre una celda y sus adyacentes.
- Cada celda tiene un valor de pendiente.
- Valores de pendiente bajos, indican terrenos planos y viceversa.
- Se puede expresar la pendiente en grados o en porcentaje.
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Pendiente.
- Felicísimo define a la pendiente como el ángulo existente entre el vector gradiente en ese punto (P) y eje vertical (z).
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- Cuando la inclinación es 45 grados, la pendiente es 100%.
- Conforme la pendiente tiende a 90 grados, el porcentaje tiende a infinito.
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Pendiente – Aplicaciones.
- Aplicación de modelos de riesgo de erosión.
- Modelos de inundación.
- Peligros de deslizamientos.
- Análisis de unidades geomorfológicas.
- Apoyo a otra cartografía.
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Orientación.
- Calcula la orientación de una superficie raster.
- Puede pensarse como la dirección de la pendiente, expresada en grados, medidos desde el norte, en sentido horario.
- Las áreas planas tiene valor de orientación de -1.
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Aplicaciones.
- Cálculo de la iluminación solar.
- Identificar pendientes específicas, para ubicar o zonificar zonas con riesgo de avalanchas o crecidas.
- Identificar zonas planas.
- Cálculo de la irradiación solar.
- Modelos de vegetación.
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Herramientas de visualización.
- NVIZ.
- QGIS2threejs.
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Aplicaciones:
- Próxima clase:
- Aplicaciones: visibilidad.
- Aplicaciones: hidrología.
- Aplicaciones: Ambientales.
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