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SISTEMAS DE INFORMACIN GEOGRFICAFuentes de geodatos para Costa Rica

Jorge Fallas

2011 GEOAMBINTE UNIVERSIDAD NAIONAL ESCUELA DE CIENCIAS AMBIENTALES

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Contenido1. Fuentes de geodatos............................................................................................................... 1 1.1 Cartografa analgica y digital ....................................................................................... 1 1.1.1. Clasificacin de los mapas .......................................................................................... 4 1.1.2. El concepto de escala .................................................................................................. 7 1.1.3. Generalizacin cartogrfica ....................................................................................... 12 1.1.4. Mapas y sistemas de coordenadas de Costa Rica ...................................................... 15 1.1.5. Cartografa digital y estndares ................................................................................. 16 1.1.6. Cartografa disponible en Costa Rica ........................................................................ 16 1.1.7. Cmo citar material cartogrfico (planos, atlas, mapas...)? .................................... 22 1.1.8. Otras fuentes de geodatos temticos ......................................................................... 23 1.2. Imgenes satelitales y fotos areas ............................................................................... 25 1.2.1. Imgenes satelitales ................................................................................................... 25 1.2.1.1. Resolucin espacial, espectral y temporal .............................................................. 26 1.2.1.2. Satlites Landsat y SPOT ....................................................................................... 28 1.2.1.3. Satlites Terra y Agua: Sensores MODIS y ASTER ............................................. 34 1.2.1.4. Imgenes del satlite EO-1: ALI e Hyperion ........................................................ 38 1.2.1.5. Google Earth y Google Maps: fuentes de geodatos gratuitos ................................. 41 1.2.1.6. Satlites de muy alta resolucin espacial ............................................................... 45 1.2.2. Fotografa area ......................................................................................................... 52 1.2.3. Ortofotos y ortoimgenes .......................................................................................... 55 1.3. Receptores de Posicionamiento Global ........................................................................ 56 1.4. Levantamientos topogrficos ....................................................................................... 57 1.5. Datos Socio-demogrficos ............................................................................................ 58 2. Referencias .......................................................................................................................... 59 Escuela de Ciencias Ambientales http://www.edeca.una.ac.cr/ http://www.edeca.una.ac.cr/index.php/educacion/gm Facultad de Ciencias Tierra y Mar http://www.tierraymar.una.ac.cr/ Universidad Nacional http://www.una.ac.cr/ Heredia, Costa Rica Telfono (506) 277 3290 Fax (506) 277 32 Este material puede descargarse de http://www.smetube.com/smestorage//users/jfallas56 (jfallas56@gmail.com) Para fines no comerciales se concede permiso para copiar y distribuir libremente este documento. Si usted desea hacer un uso comercial del documento debe solicitar permiso al autor.

1 1. Fuentes de geodatos Los geodatos son la materia prima de todo Sistema de Informacin Geogrfico. En el presente documento se describen cuatro fuentes de geodatos utilizados con frecuencia para alimentar a un SIG: mapas analgicos y digitales, imgenes satelitales y fotos areas, registros de receptores de GPS y planos topogrficos. 1.1 Cartografa analgica y digital La cartografa ha desempeado un papel fundamental a lo largo de la historia de la Humanidad. Tradicionalmente, los mapas han existido como lminas de papel individuales o como conjuntos de mapas denominados atlas. Con la llegada de las computadoras en el siglo XX, el concepto de mapa se ha ampliado, incluyendo en la actualidad adems de la versin impresa su homologo en formato digital. Los mapas digitales pueden visualizarse utilizando computadoras e incluso telfonos celulares y ofrecen mayor flexibilidad y portabilidad al usuario(a). Usted pude almacenar una coleccin completa de mapas en un disco compacto, una llave maya un disco duro externo. Otra ventaja de los mapas digitales es que tienen el potencial de ser dinmicos y no estticos como los impresos. GoogleMaps es uno excelente ejemplo de la integracin de cartografa, imgenes satelitales de alta y mediana resolucin y de multimedia En el siglo XX, la cartografa experiment una serie de innovaciones tcnicas y tecnolgicas. La fotografa rea se desarrollada durante la I Guerra Mundial se perfeccion y se utiliz para elaborar y actualizar cartografa durante la II Guerra Mundial. En los ltimos 10 aos diversos pases y consorcios (e.g. Brazil, Estados Unidos, Alemania; DigitalGlobe, RapidEye, Infoterra, SPOT) han puesto en rbita satlites de alta resolucin que permiten crear y actualizar cartografa con gran exactitud temtica y geomtrica. Histricamente, los mapas han sido el medio preferido por los cartgrafos para plasmar y comunicar datos geoespaciales. Los objetos y atributos del mundo real pueden representarse en un mapa utilizando puntos, lneas, polgonos, colores y texto; elementos que cualquier ser humano pude distinguir e interpretar. La palabra cartografa tiene su origen en los vocablos charta del Latn que significa papel que sirve para comunicarse o carta y grapho del griego que significa descripcin, estudio o tratado. La cartografa es la rama del grafismo que se ocupa de los mtodos e instrumentos utilizados para exponer y expresar ideas, formas y relaciones en un espacio bi o tridimensional. La cartografa parte del principio de que los seres vivos, los fenmenos fsicos y sus interrelaciones ocurren en un contexto temporal y espacial y que por lo tanto es posible mapearlos. Tolomeo es considerado el padre de la cartografa y de la geografa. En el siglo II perfeccion los mtodos para la medicin de ngulos y distancias y adopt un sistema de localizacin basado en una cuadrcula de coordenadas ortogonales

2 El mapa es una de las bases de datos ms antiguas que ha persistido hasta nuestros das. A pesar de los avances tecnolgicos, los mapas impresos todava mantienen su vigencia. Por ejemplo, en una ciudad, es frecuente observar un visitante orientarse utilizando un mapa impreso del sitio o un conjunto de mapas en la pared de una institucin mostrando la ubicacin de sus proyectos o territorios de actividad. En la escuela, los nios(as) utilizan mapas para ubicar provincias, montaas, ros y en general aprender sobre la geografa de Costa Rica. El mapear el objeto de estudio (e.g. carreteras, hoteles, sitios de efluentes) es esencial para conocer su ubicacin y entender las interrelaciones entre dicha variable y su entorno. Aun cuando el mapa es esencial para representar la realidad y sus relaciones espaciotemporales, no debemos olvidar que solamente es una aproximacin de dicha realidad y como tal no est exento de distorsiones o errores. Las distorsiones geomtricas en los mapas son el resultado de representar una superficie curvilnea como la Tierra en una lmina de papel plana. Los cartgrafos utilizan un procedimiento matemtico denominado proyeccin para reducir dicho error. El mapa fue creado para facilitar el registro, clculo, exposicin, anlisis y, en general, la comprensin de los hechos geogrficos y sus relaciones geoespaciales. Tcnicamente, un mapa es una representacin grfica a escala reducida de una porcin de la superficie terrestre que muestra slo algunos rasgos o atributos de la realidad. Por esta razn el mapa debe interpretarse como una versin generalizada de una porcin de la superficie terrestre y no como la realidad misma. El mapa fue creado para facilitar el registro, clculo, exposicin, anlisis y, en general, la comprensin de los hechos geogrficos y sus relaciones geoespaciales. Su funcin es representar visualmente un conjunto de elementos de la realidad (e.g. un hotel, la escuela, la carretera y un ro) en una lamina de papel. Geomtricamente, los mapas son una representacin bidimensional de la superficie terrestre que muestra atributos tales como distancia, direccin, tamao y forma. Por ejemplo, un mapa puede mostrar la distribucin de calles y avenidas en un rea urbana las rutas utilizadas por los turistas para desplazarse por los canales de Tortuguero. En un mapa se usan signos convencionales (Fig. 1) para representar detalles de la superficie terrestre que no es posible dibujar al utilizar sus formas y proporciones reales (e.g. tamao y la forma de escuelas y puentes en un mapa 1:10 000). Los mapas son elaborados en muy diferentes estilos y escalas y cada uno de ellos cumple una funcin especfica. Sin embargo, para facilitar su uso todo mapa debe poseer ciertos elementos comunes (cuadro 1). La omisin de cualquiera de estos elementos reduce la utilidad y legibilidad del mapa.

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Figura 1: Ejemplo de smbolos convencionales utilizados en la cartografa 1:10 000 del PRUGRAM. Cuadro 1: Elementos esenciales en un mapa.Ttulo El ttulo expresa la esencia del mapa o su tema principal. Debe incluir el rea o zona geogrfica que representa y el objeto de estudio. Por ejemplo, Vas de comunicacin nacionales de Costa Rica o Distribucin de puntos ciegos en la frontera norte de Costa Rica. Fecha de los datos Fecha de publicaci n del mapa Leyenda Los mapas son representaciones estticas de un fenmeno temporal y por lo tanto debe indicarse claramente la fecha en que fueron recolectados los datos. En la gran mayora de los casos, la fecha de publicacin del mapa no es la misma que la fecha de adquisicin de los datos y por esta razn debe indicarse claramente el da, mes y ao de publicacin del mapa. Con frecuencia esta es una fuente de confusin que lleva a interpretaciones errneas del fenmeno que se pretende mapear. Los mapas impresos utilizan smbolos, tramados, colores o tonos de grises para representar elementos del mundo real, cantidades, gradientes o proporciones (Por ejemplo, la escuela, el templo, la plaza y la densidad de poblacin). An cuando algunos smbolos se explican por s mismos es necesario incluir una leyenda explicativa en una esquina del mapa. La proyeccin y el datum son dos atributos del mapa que definen sus caractersticas y propiedades geomtricas. Esta informacin es esencial para referenciar y posteriormente procesar un mapa que utilice un software de SIG. Todo mapa impreso debe incluir una escala grfica y/o numrica. Todo mapa tiene un autor(a) y por tanto debe incluirse en la cartula explicativa del mapa. Cuando utilice mapas o secciones elaborados por otras personas o instituciones debe dar el respectivo crdito al autor(es).

Proyeccin y datum Escala Autor(a) Fuente

4 Algunos otros trminos utilizados en cartografa son: Plano: Representa un rea reducida de la superficie terrestre y por tanto asume que la superficie de la Tierra es plana. Con frecuencia son elaborados por agrimensores o topgrafos utilizando brjulas, teodolitos, estdias y cintas mtricas. A diferencia de los mapas, los planos no utilizan ningn sistema de coordenadas cartogrfico ni tampoco requieren de una proyeccin (procedimiento matemtico que permite representar una superficie curva en una plana). Algunos ejemplos de planos son los linderos de una finca, un plano de una casa o el trazado del casco urbano de una ciudad pequea. Carta: Representa el espacio martimo o areo de un pas y se utiliza con fines de navegacin (e.g. cartas nuticas y aeronuticas). El diseo de las cartas tiene como fin facilitar su lectura por parte del navegante y por esta razn, no todas tienen la misma escala. Dependiendo de su uso resaltarn estructuras tales como puertos (areos y nuticos), ciudades, carreteras, lneas frreas, encalladeros, topografa y torres entre otros. 1.1.1. Clasificacin de los mapas La informacin contenida en los mapas es muy diversa, sin embargo puede clasificarse de la siguiente manera (Robinson, Sale and Morrison, 1978): Mapas generales, base o topogrficos Los mapas generales muestran diversos atributos de un rea geogrfica y su funcin es ubicar al lector en su rea de trabajo. Los mapas topogrficos son un ejemplo de mapas de uso general ya que muestran tanto detalles planimtricos como altimtricos de una determina zona. Elementos tpicos de estos mapas son: carreteras, elevaciones, ros, lagos y asentamientos humanos (Fig. 2). Su elaboracin es mediante mtodos y tcnicas fotogramtricas de alta precisin. En Costa Rica, los mapas topogrficos de uso ms frecuentes son 1:10.000, 1:25.000, 1:50.000 y 1:200.000.

Figura 2: Segmentos de la hoja Berrugate del IGN-CR. Isla, Chira. Golfo de Nicoya. Este mapa permite ubicar tanto elementos naturales tales como ros, bosques, manglares como elementos culturales (Ej. plaza, poblados, templo catlico. Tambin pueden observarse las curvas de nivel.

5 Mapas cualitativos Estos mapas expresan variables de carcter nominal u ordinal y normalmente se utilizan para representar caractersticas del paisaje tales como uso-cobertura de la tierra, geologa, geomorfologa, suelos o clases de precipitacin (Fig.3).

Figura 3: Clases de precipitacin media anual de Costa Rica. Fuente: Elaborado a partir de datos Fallas y Valverde, 2009. Mapas cuantitativos de superficie Los mapas cuantitativos de superficie proporcionan tanto informacin cuantitativa del fenmeno es estudio, como sobre su distribucin espacial. La informacin puede mapearse utilizando lneas de igual valor denominadas isopletas, isoaritmas o isolneas valores medios por unidad de rea (coropletas). Los mapas coroplticos muestran valores por unidad de rea y se utilizan frecuentemente con unidades administrativas tales como fincas, distritos, cantones, provincias o pases (unidades estadsticas). Los mapas coroplticos exhiben las caractersticas del rea en forma simple y concisa y tienen como objetivo transmitir una impresin concreta de la realidad a partir del mapa (Fig. 4).

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Figura 4: Area culivada de caf por subvertiente.2000. Fuente: Elaborado a partir de datos de Snchez et al. 2002. Los mapas isoplticos se elaboran a partir de puntos o centros de observacin y muestran lneas con un valor constante. El valor de cada lnea es estimado utilizando tcnicas estadsticas tales como la interpolacin lineal, el inverso cuadrtico de la distancia Kriging y su trazado puede hacerse manualmente o asistido por programas de computacin tales como Surfer (2008), IDRISI, ILWIS ArcGIS (Fig. 5). Cuando se elaboren mapas que muestren densidades por unidad de superficie o relaciones entre atributos (e.g.porcentaje de bosque por distrito) debe ponerse especial cuidado en la distribucin espacial de la variable a mapear. El investigador debe asegurarse mediante un sistema de muestreo apropiado que los valores puntales a partir de los cuales se realiza la interpolacin representan a cabalidad la realidad.

Figura 5: Isoyetas de precipitacin media anual (mm) para la pennsula de Nicoya, Costa Rica. Fuente: Elaborado a partir de datos Fallas y Valverde, 2009.

7 En resumen, los mapas generales o temticos deben utilizarse en forma conjunta y seleccionarse en funcin de su uso; ya que es prcticamente imposible lograr una comunicacin eficiente utilizando en forma aislada los elementos de cada uno de ellos. Los mapas son considerados por especialistas de diversas reas del saber como un excelente medio para organizar, analizar y expresar datos y conceptos. 1.1.2. El concepto de escala La superficie de la Tierra es sumamente compleja, revelando su detalle conforme nos acercamos a ella. Por esta razn no es posible reproducir en un mapa cada detalle de dicha superficie. Por ejemplo, al crear el mapa de una ciudad no es posible polgonos para representar cada edificio, casa, supermercado y farmacia. En sntesis no es posible mapear cada detalle de la ciudad y por tanto se debe decidir qu incluir y qu excluir. El trmino resolucin espacial es utilizado para designar la distancia mnima que debe existir entre dos objetos o elementos cualesquiera de la realidad para que sean mapeados. Todos aquellos objetos separados por una distancia menor se consideran innecesarios o irrelevantes y para fines prcticos inexistentes. Por ejemplo, al crear el mapa de la ciudad se pude decidir que cualquier edificacin cuya rea sea menor a 2 500 m2 (50*50 m) no ser incluido en el mapa. Los cartgrafos utilizan el concepto de escala para indicar la relacin que existe entre lo dibujado en una lmina de papel (e.g. mapa) y el objeto en el mundo real. Por esta razn, es esencial entender el concepto de escala para seleccionar el mapa requerido para diferentes aplicaciones y utilizar correctamente las relaciones de distancia y tamao que muestra el mapa. La escala expresa indirectamente el grado de omisin/generalizacin de los elementos del mundo real representados en el mapa y permite medir distancias, determinar reas y realizar comparaciones entre diferentes objetos o fechas. Dada la naturaleza tridimensional de la Tierra, la escala no puede representarse sin errores o distorsiones y por tanto no es constante a lo largo y ancho del mapa. En algunos sistemas de referencia como el UTM y otros basados en la proyeccin Transversal de Mercator se utiliza un factor de escala para reducir el error de dicha diferencia. Este factor refleja el hecho de que no es posible transformar una superficie esfrica en una plana sin encoger o alargar los elementos que se encuentran sobre ella. El factor de escala es igual a: FE: escala verdadera / escala principal o nominal. Sin embargo, cuando el rea representada es pequea las distorsiones son tan pequeas que el mapa es aceptado como libre de errores En un mapa impreso, la escala puede expresarse de la siguiente manera: Escala numrica: Es una fraccin o razn como se muestra a continuacin en donde el numerador se denomina mdulo y el denominador fraccin representativa: 1:10 000 o 1/10 000 En ambos casos la escala se lee uno en diez mil y su interpretacin es la siguiente: una unidad de distancia en el mapa (por ejemplo 1 mm) equivale a 10 000 unidades en el terreno (e.g.1 mm es igual a 10.000 mm en el terreno o sea 10 m).

8 Escala grfica lineal: Este tipo de escala se expresa como una lnea o una barra que se ubica en la cartula explicativa del mapa. La lnea se subdivide en segmentos de igual longitud para indicar la distancia en el mapa (Fig. 6). La escala grfica es til cuando se desea reducir o ampliar un mapa ya que la relacin de escala se mantiene.

Figura 6: Escala grafica de la cartografa 1:10 000 del PRUGRAM. Los tamaos relativos con que se representan los objetos en el mapa indican si la escala es pequea grande. Por ejemplo, si se dibuja Centroamrica en una hoja tamao carta, la escala del mapa es pequea; ya que se representa una gran superficie en un rea pequea. Por otra parte, si se dibuja la plaza, la escuela y un hotel de un pequeo poblado en la misma hoja tamao carta entonces la escala ser grande. En los mapas de escala pequea la realidad se representa muy simplificada o generalizada y se omiten muchos de sus detalles. Por otro lado, los mapas de gran escala, aunque tambin representan la realidad en forma selectiva, permiten mostrarla con un mayor grado de detalle como puede apreciarse en las figuras 21 y 22. Esta limitacin en el detalle que se puede mostrar tiene su explicacin en el rea disponible y en las tcnicas utilizadas para dibujar los elementos de la realidad. Por ejemplo, trate de dibujar el tramado urbano de la ciudad de Heredia con el detalle de la escala 1: 10 000 en el rea correspondiente a la escala 1:200 000 de la figura 7.

9 Recuadro 3: Calculando la escala de un mapa Para determinar la escala de un mapa o plano con escala desconocida proceda de la siguiente manera: 1. Seleccione dos puntos prominentes en el mapa (e.g. cruce de carreteras, unin de dos ros) y mida la distancia entre dichos puntos utilizando una regla o un escalmetro. 2. Determine la distancia en metros o kilmetros entre los puntos seleccionados en el paso anterior. Este dato puede obtenerse de otro mapa de escala conocida o directamente en el terreno. 3. Calcule la escala del mapa utilizando la siguiente relacin: Escala = distancia en el terreno (m) / distancia en el mapa (m) Por ejemplo si la distancia entre los dos puntos en el mapa es 10 mm y la distancia en el terreno es de 1 000 metros; la escala es: Escala = 1 000 m / 0.010m Escala = 1 / 100 000 y por lo tanto la escala del mapa es 1:100 000. La escala tambin permite determinar reas, permetros, longitudes y otras variables derivadas a partir de dichas observaciones. En general, no existe un lmite entre los trminos grande, mediano y pequeo cuando se aplica a la escala de un mapa. Sin embargo, en aplicaciones cartogrficas se considera que un mapa a escala 1:50 000 o mayor (e.g 1:25 000) es de gran escala y que inferior a dicha escala (e.g. 1:100 000) es de pequea escala (Figuras 7 y 8). En el primer mapa (1:10 000) es posible observar con claridad las calles y avenidas de la ciudad de Heredia; en el segundo caso (1:50 000) las carreteras y ros son representados como lneas sobredimensionadas; a escala 1:200 000 se observan los rasgos generalizados del embalse Arenal y finalmente a escala 1,5 millones se observa el embalse como un polgono sin ningn grado de detalle. Como puede apreciarse en la imagen no es posible crear un mapa a escala 1:10 000 (ampliar) a partir de un mapa escala 1:50 000; en otras palabras usted no puede recrear el detalle del mapa 1:10 000 a partir del mapa 1:50 000.

10 rea equivalente a diferentes escalas Escala 1:200 000 1:100 000. Equivale a 4 veces el rea a escala 1:200 000 1:50 000. Equivale a 4 veces el rea a escala 1:100 000

1:25 000. Equivale a 4 veces el rea a escala 1:50 000

1:10 000. Equivale a 6,25 veces el rea a escala 1:25 000.

Figura 7: Espacio disponible para dibujar los elementos del mundo real a diferentes escalas. Los mapas de escala pequea (e.g. 1:200 000) representan la realidad muy simplificada o generalizada y omiten muchos detalles en tanto que los mapas de mayor escala (e.g. 1: 10 000) muestran un mayor grado de detalle. La limitacin en el detalle que se puede mostrar tiene su explicacin en el rea disponible y en las tcnicas utilizadas para dibujar los elementos de la realidad.

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Escala 1: 10 000. Escala grande.

Escala 1: 50 000. Escala grande.

Escala 1: 200 000. Escala pequea.

Escala 1: 1 500 000. Escala muy pequea.

Figura 8: Escala y detalle que puede observarse en el mapa. Fuente: Cartografa del Instituto Geogrfico Nacional. Escala y archivos digitales La definicin recin expuesta de escala es problemtica cuando se utiliza con mapas digitales. Si un mapa impreso es digitado y posteriormente visualizado en una pantalla de computadora dicho mapa no tiene una fraccin representativa per se y el detalle que usted observa depende de las dimensiones y resolucin de su pantalla. Por ejemplo, usted puede visualizar un mapa a escala 1:50 000 utilizando una escala visual de 1:10 000, sin embargo la escala original del mapa no ha cambiado. Para evitar esta ambigedad al utilizar mapas digitales se recomienda que usted distinga entre: 1. Escala original del mapa: Escala que aparece en la caratula del mapa e.g. 1:50 000. 2. Escala de visualizacin: Escala a la cual usted visualiza el mapa utilizando un software de SIG. 3. Escala de impresin: Escala a la cual usted imprime el mapa digital. Aun cuando no existe un estndar en cuanto a la resolucin espacial de los mapas impresos, se puede asumir como valor aproximado 0.5 mm a escala del mapa (Fallas, 2007). En otras palabras, se asume que dicho valor representa la distancia mnima entre elementos de la realidad que sern representados en el mapa. Por ejemplo, en un mapa 1:50 000 no se mapearan elementos a escala con

12 una separacin inferior a 25 m. Esto explica porqu en un mapa 1:50 000 las casas son representadas por smbolos y las carreteras por polilneas. 1.1.3. Generalizacin cartogrfica Al observar un mapa debemos reconocer que representa la realidad, sin embargo no es la realidad. La escala representa el valor por el cual reducimos el tamao de lo que se desea mapear. Al seleccionar la escala estamos definiendo el grado de generalizacin que aplicaremos a nuestro objeto de estudio. La generalizacin cartogrfica est en funcin de cuatro elementos (Muehrcke and Muehrcke, 1992; Robinson, Sale and Morrison, 1978): 1. Simplificacin El concepto de simplificacin involucra el determinar lo esencial o importante de los datos a mapear, eliminando los detalles que no interesan y en algunos casos exagerando las caractersticas que deseamos resaltar. Por ejemplo, una carretera de 20 metros de ancho estar representada por una lnea de 0,6mm de ancho en un mapa a escala 1:25.000; por 0,2mm en un mapa a escala 1:100.000 y por una lnea prcticamente invisible a una escala 1:500.000. Un objetivo de la simplificacin cartogrfica es adaptar los rasgos y caractersticas del mundo real a la escala elegida del mapa, manteniendo cuanto sea posible los fenmeno representados en el mapa. Por esta razn los datos a representar en el mapa deben seleccionarse cuidadosamente. Recordemos que el rea disponible para representar la realidad en un mapa es funcin de la escala y que la diferencia en reas entre dos escalas es una funcin del cuadrado de la diferencia en escalas. Por ejemplo, la diferencia lineal entre un mapa a escala 1:50.000 y otro a escala 1:200.000 es 4, sin embargo la diferencia en trminos de rea es de 16 veces. La figura 9 muestra el detalle de la silueta de la isla chira a escalas 1:50.000 y 1:1.000.000 as como el fecto de la generalizacin sobre el detalle de la lnea de costa en el Caribe sur de Costa Rica (escala 1:1 000 000 Vs 1: 3 000 000).

A.

A.

13 La discrepancia entre los elementos de ambos mapas es de aproximadamente 1,2 Km.

B. Figura 9: Efecto de la generalizacin. A. Silueta de la isla Chira a escala 1:1.000.000. B. Efecto de la escala en el contorno de Costa Rica. Fuente: Digital Chart of The World. ESRI, 1993. 2. Clasificacin La clasificacin consiste en agrupar los datos utilizando una escala de medicin y un conjunto de criterios. Por ejemplo, podemos designar a las vas terrestres como carreteras y a los cuerpos de agua como lagos. Los datos numricos pueden reducirse utilizando estadsticos tales como la media la desviacin estndar. Un mtodo comn de clasificar variables cualitativas consiste en agrupar los datos en categoras. Por ejemplo los usos del suelo pueden clasificarse como tierras agrcolas, bosques y reas urbanas (Fig. 10).

Figura 10: Clasificacin del uso-cobertura de la isla Chira. Fuente: Basado en cartografa del IGN; hoja Berrugate, escla 1: 50.000 de 1989. 3. Simbolizacin La simbolizacin consiste en asignar diversos tipos de signos a la informacin que hemos simplificado y clasificado (Fig. 11). Por ejemplo, se puede utilizar un punto para representar una

14 ciudad o a un pueblo y una pala y un pico para representar un rea minera. El objeto de la simbolizacin es comunicar al lector la informacin contenida en el mapa.

Figura 11: Librera de smbolos tpica de un software de SIG. 4. Induccin La induccin es el proceso mediante el cual analizamos la informacin contenida en el mapa. Por ejemplo a partir de las observaciones puntuales de precipitacin es posible elaborar un mapa de isoyetas, el cual provee mayor informacin que las observaciones puntuales. El mapa final es una mezcla de los factores anteriores y depende de los siguientes aspectos: Objetivo del mapa: EL objetivo del mapa expresa la razn o finalidad por la cual se elabor. Por ejemplo est el mapa dirigido a nios, adultos, cartgrafos? En qu ambiente se utilizar el mapa? Por ejemplo es un mapa de referencia para estudios detallados se utilizar por unos cuantos segundos en una conferencia para ilustrar un aspecto especfico de la presentacin. Escala: La escala es la relacin entre el mundo real y su representacin en el mapa. Cuanto menor sea la escala del mapa mayor ser el grado de generalizacin necesario para representar el mundo real y por lo tanto menor ser su contenido de informacin. Limitaciones grficas: Para lograr el objetivo de comunicar de manera eficiente la informacin contenida en el mapa el cartgrafo utiliza uno o ms de los siguientes elementos grficos bsicos: color, tono, tamao, forma, espaciado, orientacin y localizacin de los elementos grficos. Por ejemplo una lnea que sea el doble de otra ser percibida como tal por el lector, sin embargo un crculo cuya rea sea el doble de otro ser percibido como ms pequeo de lo que es en realidad. El detalle con que se presentan los datos en el mapa es una funcin de la calidad de la informacin utilizada para elaboralo y debe reflejarse en el grado de generalizacin utilizado. El ofrecer mayor detalle que el permitido por la informacin original transmite al lector una idea de exactitud y confianza ms alla de la que los datos originales permiten. Al elaborar nuevos mapas a partir de cartografa ya existente debemos recordar quepara mantener la calidad y la exactitud del material

15 original siempre debe compilarse de mapas de gran escala (e.g. 1:25 000) a mapas de pequea escala (e.g. 1:50 000). El efecto de la generalizacin cartogrfica es la prdida de detalle en la forma y el tamao propios de las lneas o polgonos a mapear. Cuanto mayor sea la escala mayor ser el grado de detalles que mostrar el mapa y por lo tanto mayor ser su exactitud geomtrica. 1.1.4. Mapas y sistemas de coordenadas de Costa Rica Todo mapa utiliza un sistema de coordenadas para representar los elementos que encontramos en la superficie terrestre (e.g. carreteras, bosques). Los sistemas de coordenadas utilizados en Costa Rica (Fallas, 2008a) son Lambert Norte (CRLN), Lambert Sur(CRLS), Costa Rica Transversal de Mercator 1998 (CRTM98) y Costa Rica Transversal de Mercator 2005 (CRTM05). A partir de junio del 2007 el sistema de referencia oficial es el CRTM05 (Gobierno de Costa Rica, 2007)1. Es obligatorio el uso del nuevo sistema de referencia? Aun cuando el decreto estable como oficial la proyeccin CRTM05, elipsoide WGS84, datum horizontal CR05, las instituciones y los profesionales no estn obligados a utilizarla hasta tanto el Instituto Geogrfico Nacional no publique cartografa oficial utilizando dicho sistema de coordenadas. El decreto establece en su transitorio I que el Instituto Geogrfico Nacional tendr un perodo de nuevo (9) aos, contados a partir de la promulgacin del Decreto, para la implementacin completa del nuevo sistema oficial de coordenadas en la cartografa bsica oficial. Por otro lado, el transitorio III establece que una vez publicada y oficializada la cartografa en el sistema de proyeccin cartogrfica CRTM05 para una determinada zona del pas, para esa zona se dar un plazo mximo de tres (3) aos, prorrogables a dos (2) perodos iguales, para que todos los trabajos geodsicos y cartogrficos oficiales, puedan trasladarse al nuevo sistema. Quin debe transformar los antiguos geodatos al nuevo sistema de referencia? El transitorio II del decreto estable que es responsabilidad de cada dependencia pblica, la transformacin de datos referenciados atinentes a sus tareas de competencia institucional en los anteriores sistemas de proyeccin cartogrfica Lambert Costa Rica Norte (CRLN) y Lambert Costa Rica Sur (CRLS), al nuevo sistema de proyeccin cartogrfica CRTM05. Si usted utiliza ArcView GIS puede utilizar la extensin cr_proy_datum_2008.avx (Fallas, 2008) para realizar la transformacin de archivos de Lambert a CRTM 05. Si usted est realizando un mapeo geogrfico utilizando cartografa (impresa digital) debe conocer el sistema de coordenadas utilizado ya que un mismo objeto en la superficie terrestre se ubicar en un lugar diferente en un mapa dependiendo del sistema de coordenadas utilizado. Esto pude parecer ilgico ya que el sitio u objeto no cambia de posicin en la Tierra, sin embargo debemos recordar que los mapas representan una superficie tridimensional en una superficie bidimensional y para esto requieren de un sistema de coordenadas planas. Dicho sistema funciona1

Gobierno de Costa Rica. 2007. Decreto N 33797-MJ-MOPT. La Gaceta N 108, Mircoles 6 de junio del 2007.

16 como un traductor entre el real mundo en tres dimensiones y el mundo de papel en dos dimensiones. 1.1.5. Cartografa digital y estndares Costa Rica cuenta con cartografa oficial desde hace ms de 50 aos, sin embargo todava no existe un estndar que defina el error (horizontal y vertical) esperado por el usuario para mapas de diferentes escalas. Por esta razn se transcribe a continuacin, con una referencia, los estndares de exactitud horizontal de la cartografa del USGS de los Estados Unidos de Amrica (Bureau of the Budget, 19472). Para un mapa con una escala mayor o igual a 1:20 000, el estndar establece que el 90% de los puntos evaluados debe tener un error planimtrico inferior 0.85 mm a escala del mapa. Por ejemplo, para un mapa escala 1:2 000 esto equivale a 1.7 metros y para un mapa escala 1: 20 000 a 17 metros. Para un mapa con una escala menor a 1:20 000, el estndar establece que el 90% de los puntos evaluados debe tener un error planimtrico inferior 0.51 mm a escala del mapa. Por ejemplo, para un mapa escala 1:50 000 esto equivale a 25.4 metros y para un mapa escala 1: 200 000 a 101.6 metros.

Exactitud vertical El estndar propuesto por la Oficina de Presupuesto de los Estados Unidos de Amrica en 1947 (Bureau of the Budget, 1947 10) y todava utilizados en dicho pas establece que un mximo de 10% de las elevaciones evaluados podrn tener un error superior a 0,5 del intervalo de la curva de nivel. Por ejemplo, para los mapas 1:50 000 de Costa Rica con curvas de nivel cada 20 metros, el error permisible sera de 10 metros. El estndar no emiti criterio en cuanto a la exactitud posicional de la curva de nivel ya que es variable y depender de la topografa. Para reas con topografa relativamente plana la ubicacin real de la curva de nivel se encontrar en un rea mayor. Por el contrario, para un rea de topografa muy escarpada la posicin de la curva de nivel deber poseer una mayor exactitud. Dependiendo del equipo y de la tecnologa utilizada para elaborar los mapas topogrficos, la ubicacin de las curvas de nivel en reas muy escarpadas ser menos precisa que aquella ubicada en reas ms planas. Si usted desea mayores detalles sobre este tema se le remite al siguiente documento: Fallas, Jorge. 2007. Normas y estndares en datos geoespaciales. Ponencia Congreso Geopro2007. Noviembre 21-22, 2007. Paraninfo Universidad Estatal a Distancia. San Jos, Costa Rica. Disponible en: http://smestorage.com/files/d91686abc885e3140601082eccae751b.pdf. 1.1.6. Cartografa disponible en Costa Rica En Costa Rica, la entidad encargada por ley de crear y/o autorizar cartografa oficial es el Instituto Geogrfico Nacional (IGN-CR; Ley Orgnica del Instituto Geogrfico Nacional N 59 del 3 de julio de 1944).2

http://erg.usgs.gov/isb/pubs/factsheets/fs17199.pdf

17 A la fecha, el IGN ha publicado mapas topogrficos, temticos y aeronuticos a diferentes escalas. Para los fines del presente documento los ms importantes son los de escala 1:10 000 del Gran rea Metropolitana (figura 12); 1:50 000 y 1:200 000 a nivel nacional (figura 13). Tambin existen mapas temticos (e.g. uso-cobertura de la tierra, geologa y geomorfologa) elaborados por dependencias especializadas del Ministerio de Ambiente, Energa y Telecomunicaciones, El Instituto Costarricense de Electricidad y las universidades pblicas.

Mapa Gran rea Metropolitana, GAM, escala 1:10 000 (80 hojas) Gua de hojas Topogrficos y de Uso de la Tierra. Fuente: http://www.mopt.go.cr/ign/IGN-Mapas-Guias.html Figura 12: Cartografa del Gran rea Metropolitana (GAM) de Costa Rica. Fuente: Instituto Geogrfico Nacional.

Detalle observado en la cartografa escala 1:50 000 del Instituto Geogrfico Nacional.

18

Mapa bsico de Costa Rica. Gua de hojas Mapa Regional de Costa Rica. Gua de hojas topogrficas escala 1:50 000. (133 hojas) topogrficas escala 1:200 000. (9 hojas). Fuente: http://www.mopt.go.cr/ign/IGN-Mapas-Guias.html Fuente: http://www.mopt.go.cr/ign/IGN-Mapas-Guias.html Figura 13: Cartografa bsica de Costa Rica. Fuente: Instituto Geogrfico Nacional. Las series a escala 1:50 000 y 1:200 000 conforman la cartografa bsica oficial del Estado costarricense (Fig. 14). De esta cartografa se pueden obtener datos de relieve, hidrografa, usocobertura de la tierra (bosque y no bosque, urbano), lugares poblados, infraestructura vial, la divisin poltico-administrativa y la toponimia (nombre de lugares). El mapa topogrfico es una representacin del relieve de una porcin o seccin de la superficie terrestre a una escala dada. La caracterstica distintiva de estos mapas es que incluyen curvas de nivel, las cuales permiten apreciar la irregularidad de la superficie terrestre. La utilizacin de colores y smbolos especiales permiten reconocer volcanes, cadenas montaosas, pasos, valles, ros y acantilados, tambin se incluye la ubicacin de construcciones humanas, tales como: poblados, carreteras, puentes y lneas de transmisin elctrica. Todo mapa topogrfico incluye una escala, la direccin del norte magntico y geogrfico, smbolos, relacin con otros mapas de la serie, el organismo o autor que hizo el mapa y el ao de su elaboracin y publicacin.

Escala 1:10 000.

Escala 1:50 000

19

Figura 14: Elementos descriptivos de la cartografa bsica de Costa Rica. Nota: observe que el mapa fue publicado en 1981 sin embargo los datos utilizados para elaborar el mapa datan de 1978-80. La cartografa digital a escala 1:25 000 elaborada entre 1997-98 como parte del Convenio MINAERECOPE Desarrollo del Programa de Accin Territorial para la toma de Decisiones en el Sector Energa conocido como Proyecto Tierra y que cubre aproximadamente el 80% del territorio nacional, sin embargo, no cuenta con el aval del IGN y por tanto no es oficial. Dicha cartografa puede obtenerse del Centro Nacional de Informacin Geoambiental (CENIGAMINAET). Otros mapas de inters son el Mapa Mural de Costa Rica, a escala 1:350 000 y el mapa de Costa Rica a escala 1:500 000. La nueva carta aeronutica (versin Setiembre 2008, proyeccin oficial CRTM05) a escala 1:500 000 incluye la siguiente informacin: CTR= Zonas de Control de Trnsito ATZ= Zona de Control de Aerdromo TMA= reas de Control Terminal Helipuertos Puntos de Reporte de Notificacin de las Aeronaves Corredores Visuales y Helicorredores con su ngulo de entrada y salida en el CRT Coco y el ATZ Pavas Distribucin y Control de los Servicios de Trnsito Areo Identificador de aerova con su respectiva distancia y radial Lneas FIR (Delimitacin de la Regin de Informacin de Vuelo para Costa Rica

Nueva cartografa escala 1:10 000 del Gran rea Metropolitana En el marco del Proyecto de Planificacin Regional y Urbana de la Gran rea Metropolitana (PRUGAM), el Ministerio de Vivienda y Asentamientos Humanos (MIVAH) y el Instituto Geogrfico Nacional (IGN) crearon nueva cartografa digital a escala 1:10 000. Esta nueva serie consta de 139 hojas cartogrficas y fue elaborada utilizando fotografas areas adquiridas en 2005 (Figura 15). En esta nueva cartografa pueden observarse lneas de alta tensin, poliductos, infraestructura vial y nueve categoras de uso-cobertura de la tierra, as como ros y curvas de nivel (Figura 16). La cartografa y las ortofotos pueden descargarse sin costo alguno y en formato PDF de la siguiente direccin: http://201.198.231.3/cartografia/PRUGAM_Cartografia_Cantones.htm. La figura 17 ilustra el desplazamiento entre la cartografa TERRA 98 (escala 1:25 000) y la ortofoto del ao 2005 de la cartografa digital PRUGAM-ING-2008 (escala 1:10 000, edicin 1).

20

Figura 15: rea cubierta por la cartografa escala 1:10 000 del PRUGAM. Fuente: PRUGAMInstituto Geogrfico Nacional- MIVAH.

21

A.

B.A. Serie Costa Rica 1:10 000. Hoja 3345-I-10. Edicin 1-IGNCR 1991, basado en fotos areas de 1989. B. Escala 1: 10 000 (PRUGAN) Serie Costa Rica 1:10 000. Hoja 3345-I-10 Edicin 2-IGNCR 2008, basado en fotos areas de 2005. C. PRUGAN Ortofo 2005. D. Serie Costa Rica 1:10 000. Hoja 3345-I-10. Edicin 1-IGNCR 1991, basado en fotos areas de 1989. E. Imagen de Google Earth.

C.

D. E. Figura 16: Detalle de mapa escala 1:10 000 y de ortofoto del ao 2005. Fuente: Cartografa digital PRUGAM-ING-2008 y cartografa ING-1991.

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Cartografa TERRA98 desplazada -2 m en X y -10 m en Y y ortofoto PRUGAM. Figura 17: Desplazamiento entre cartografa TERRA 98 (escala 1:25 000) y ortofotos del ao 2005 de la cartografa digital PRUGAM-ING-2008 (escala 1:10 000). Cartografa TERRA98 y ortofoto PRUGAM. 1.1.7. Cmo citar material cartogrfico (planos, atlas, mapas...)? La norma ISO690 y 690-2 3 indica que los mapas, planos, bases de datos y software debe citarse de la siguiente manera: Mapa La cita se construye con los siguientes elementos: 1. Ttulo del mapa y autor(es) (ya sea una institucin o una persona). 2. Nmero de la edicin (excepto la primera). 3. Datos matemticos (escala, proyecciones, etc.). 4. Lugar de publicacin. 5. Editor. 6. Ao de publicacin. 7. Nmero de mapas, color, dimensin. Ejemplo: Istar Hoja 3445V. Instituto Geogrfico Nacional (Costa Rica). Escala 1:50.000. Edicin 2-IGNCR. Proyeccin Lambert Norte, datum Ocotepeque. San Jos, Costa Rica: Instituto Geogrfico Nacional, 1981. 1mapa, col., 55 x 62 cm. Plano 1. Ttulo del plano y autor(es) (ya sea institucional o personal). 2. Nmero de la edicin (excepto la primera). 3. Datos matemticos (escala, proyecciones, etc.). 4. Lugar de publicacin. 5. Editor.3

http://www.nuevamuseologia.com.ar/images/stories/pdfs/ISO690.pdf

23 6. Ao de publicacin. 7. Nmero de planos, dimensin, color (cuando lo tiene). Ejemplo: COMUNA de Santiago. Chile, Fuerza Area de Chile, Servicio Aerofotogramtrico. Escala 1:1000. Santiago, Chile: Fuerza Area de Chile, 1979. 1 plano, 100 x 0,90 cm. Bases de datos La cita se construye con los siguientes elementos: 1. Autor(es), ya sea institucional o personal. 2. Ttulo del documento. 3. Tipo de medio [entre corchetes]. 4. Edicin y/o versin 5. Lugar de publicacin. 6. Editor. 7. Fecha de publicacin. 8. Fecha de revisin /actualizacin. 9. Fecha de consulta [requerido para documentos en lnea; entre corchetes]. 10. Disponibilidad y acceso (si se trata de un documento electrnico). 11. Nmero internacional normalizado (ISBN). Ejemplo: CITIES and Buildings Database [en lnea]. Washington, D.C. : University of Washington, [fecha de consulta: 18 Octubre 2005]. Disponible en: http://content.lib.washington.edu/buildingsweb/index.html 1.1.8. Otras fuentes de geodatos temticos La direccin de Investigacin y Gestin Hdrica del Servicio Nacional de Riego y Avenamiento (SENARA) puso a la disposicin del pblico 19 mapas hidrogeolgicos cantonales del Gran rea Metropolitana (GAM) escala 1:50 000 en formato JPG (Edicin I-Julio 2005) (Fig. 18). Los mapas pueden incluir uno o ms de los siguientes elementos: manantiales o nacientes, pozos, rea de proteccin de pozos y manantiales, acuferos, isofreticas y geologa. Los archivos pueden descargarse de: http://www.senara.or.cr/direccion de investigacion y gestion hidrica/mapas_hidrogeologicos.html haciendo un clic sobre cualquiera de los siguientes nombres de los cantones. Barva Beln Flores Santa Brbara San Isidro Santo Domingo San Pablo Heredia San Rafael Alajuela El Guarco Atenas Alvarado Cartago La Unin Oreamuno Paraso Coronado Moravia

24

Figura 18: Ejemplo de http://www.senara.or.cr/

mapa

hidrogeolgico

del

cantn

de

San

Isidro.

Fuente:

Malavasi y Montoya (2008) compilaron 64 mapas digitales y los publicaron como el Atlas Digital de Costa Rica. Los archivos incluidos en el Atlas se listan en el cuadro 2 y pueden descargarse de http://rapidshare.com/users/ZC9Y4E# o haciendo un clic sobre cualquiera de los archivos. Cuadro 2: Capas de geodatos disponibles en el atlas Atlas Digital de Costa Rica de Malavasi y Montoya (2008).TemaCobertura2005.zip Tierraskyoto2006.zip Cobertura1997.zip Humedales50000.zip zonasdevida.zip ubioticas.zip suelos2008.zip Aconservacion.zip reservasindigenas.zip corrbiologicosSINAC.zip Areaprotegidas.zip capacidaddeuso.zip SismosRedSismologica.zip SismosOVSICORI.zip RiesgoInundacion.zip RiesgoIncendios.zip

TemaRiesgoErupciones.zip redcaminos2008.zip LineaContinental.zip Playas.zip Isla_del_coco.zip RedNacGCPrimerOrden.zip IndiceHojas50000.zip Indicefotosterra1997.zip IndiceFotoscarta2005.zip IndiceFotoscarta2003.zip ImportanciaHidrica.zip IDScanton2001.zip IDS2007.zip SistemaEcuativoCR.zip Aereopuertos.zip MEDigital30CR.zip

Temarelieve2008.zip volcanes.zip Cerros.zip geomorfologico.zip Geologico.zip Fallas.zip GenerElectrica2008.zip precipitacion.zip mesecos.zip Estaciontemperatura.zip Estacionprecipitacion.zip brillosolar.zip Elecciones2006.zip Elecciones2002.zip ReferendunTLC.zip provincias.zip

Temacantones.zip distritos.zip Poblados2008.zip Cuencas2008.zip riosCR150000.zip Lagunas.zip Pozos.zip Acuiferos.zip Acueductos.zip Clinicas.zip Bomberos.zip EstacioCombustible.zip Hoteles2008.zip Hospitales.zip Agenbancos2008.zip Aserraderos.zip

Fuente: http://rapidshare.com/users/ZC9Y4E# El sitio Mapas y Lugares (http://www.mapasdecostarica.info/) permite descargar mapas sobre los temas que se indican a continuacin:

25 Cuadro 3: Capas de geodatos disponibles en el sitoMapas y Lugares. Mapas en escala 1:50,000 Atlas cantonal Gran rea metropolitana Red vial nacional reas protegidas Mapas histricos Red ferroviaria Divisin administrativa Mapa de fallas geolgicas Mapa interactivo (google) Fuente: (http://www.mapasdecostarica.info/). 1.2. Imgenes satelitales y fotos areas 1.2.1. Imgenes satelitales La palabra teledeteccin en un trmino acuado en los aos 60's y designa a cualquier medio o proceso utilizado para obtener informacin de un objeto (e.g. cultivo, rea urbana) sin entrar en contacto fsico con el (Lillesand, Kiefer and Chipman, 2008). La teledeteccin es el arte-ciencia que provee la teora y los instrumentos que nos permiten entender la forma en que los objetos y los fenmenos son detectados, registrados, almacenados y procesados por un sistema-sensor. En la presente seccin se trata muy brevemente el tema de los sensores remotos civiles que operan desde plataformas espaciales y que se utilizan con frecuencia en aplicaciones en medio ambiente y recursos naturales. Si usted desea mayores detalles sobre esta temtica se le remite al siguiente documento: Fallas, Jorge. 2003. Teledeteccin espacial. Laboratorio de Teledeteccin y Sistemas de Informacin Geogrfica, Escuela de Ciencias Ambientales y Programa Regional en Manejo de Vida Silvestre. Universidad Nacional. Heredia, Costa Rica. 113p. Disponible en: http://smestorage.com/files/804215e24904d5efa7cdc6b1bf9ecdb5.pdf Las imgenes de satlite pueden utilizarse para analizar el entorno (Fig. 19), crear y/o actualizar capas de geodatos, verificar la exactitud de mapas de uso-cobertura antiguos y realizar anlisis de cambio de uso-cobertura de la tierra como se ilustra en la figura 20. Esta tcnica de anlisis permite valorar la perdida/regeneracin de cobertura forestal, cambio en el rea de cultivos, la expansin del rea urbana y establecer polticas de desarrollo sostenible acorde con dichos patrones. En las imgenes digitales la energa reflejada y/o emitida por un objeto es convertida a valores digitales utilizando una escala binaria (2x), la cual facilita su anlisis utilizando software y computadoras. La extraccin de informacin de las imgenes puede hacerse mediante medios visuales y/o digitales. En el primer caso, el intrprete utiliza su sistema visual y de su cerebro para identificar y clasificar patrones presentes en la imagen. Por ejemplo, un profesional entrenado puede distinguir entre una plantacin de caf y un rea urbana un potrero. En el segundo caso, utilizamos una computadora y software especializado para detectar y clasificar los patrones espectrales de la imagen. Posteriormente, el (la) analista le asignan una clase de uso-cobertura a cada clase. Ciudades principales Regiones geogrficas Mapa fsico Base de datos de sitios Nuestras rutas

26

Figura 19: Vista en perspectiva creada con Google Earth. En el centro se observa el embalse Angostura, cuenca del ro Reventazn. Fuente: Google Earth.

Enero 2001. Imagen Landsat. Enero 1979. Imagen Landsat. Figura 20: Deteccin de cambios en uso-cobertura de la tierra utilizando imgenes Landsat coregistradas de enero 1979 y enero 2001. rea en la vecindad de Ticabn, ros Chirrip y Sucio, Vertiente Caribe. Resolucin espacial 30 m. 1.2.1.1. Resolucin espacial, espectral y temporal La resolucin espacial de un sensor se define como su capacidad para producir una imagen con un determinado grado de definicin. En fotogrametra, la resolucin se mide como el nmero de lneas por milmetro que pueden distinguirse en una imagen con un patrn estandarizado; en tanto que en el rea de teledeteccin espacial la resolucin espacial se mide en trminos de la dimensin del pxel que puede resolver el sensor; la cual es igual al campo de visin instantnea (IFOV, por sus siglas en ingls) multiplicada por distancia del sensor a la superficie. La resolucin espacial del sensor nos permite inferir sobre el objeto ms pequeo que puede distinguirse o detectarse en una imagen. Bajo condiciones normales, solo detectaremos aquellos elementos cuyo tamao sea igual o

27 superior a la resolucin del sensor; sin embargo en algunos casos es posible detectar elementos de menor tamao si su reflectancia domina en un pixel o celda particular (deteccin a nivel de subpixel). Un objeto puede detectarse en el terreno si existe en la imagen evidencia de que es diferente de sus vecinos. Por ejemplo, a partir del contraste entre un objeto y su entorno es posible determinar que existe un rea en un cafetal que no es "caf". Sin embargo este primer grado de deteccin no es suficiente y la meta es asignarle a dicha rea una categora de uso-cobertura de la tierra. En el nivel de reconocimiento distinguimos entre diferentes objetos en la imagen. Para el caso anterior el "rea que no es caf" puede ser un parche de vegetacin, una construccin un cuerpo de agua. Finalmente en el nivel de identificacin definimos con mayor detalle las caractersticas del "objeto" identificado, por ejemplo "bosque segundario". Estos tres niveles de resolucin son complementarios y en algunos casos se traslapan. Como norma se puede esperar que un aumento de 3X en el nivel de resolucin espacial es necesario para pasar del nivel de deteccin al nivel de reconocimiento y un aumento de 10X para pasar al nivel de identificacin. Para cada uno de los niveles de resolucin enunciados previamente existen otros factores, a parte del tamao del objeto, que influyen en su correcta identificacin. Los satlites generan datos digitales para celdas denominadas pixeles o elementos pictricos, los cuales representan el rea ms pequea susceptible de ser procesada. Por ejemplo, el sensor del mapeador temtico del satlite Landsat 5 (TM, Thematic Mapper por sus siglas en ingls) tiene una resolucin espacial de 30*30 metros en las bandas 1, 2, 3, 4, 5, y 7 y 120*120 metros en la banda 6. Esta unidad mnima de resolucin nos brinda una idea aproximada del tamao de los objetos que pueden resolverse. Otro factor que afecta la resolucin es el contraste. Como norma general a mayor contraste entre el objeto y sus alrededores menor ser el tamao requerido para resolverlo. Otros aspectos tales como ngulo solar, efectos atmosfricos y pendiente del terreno tambin determinan que un objeto sea o no visible en la imagen. Aronoff (1989) reporta la identificacin de caminos de grava de 20 metros de ancho en imgenes MSS (pixeles de 80*80 m) en reas boscosa del norte de Canad. En este caso el color claro de la arena y la grava contrastan fuertemente con el bosque y los humedales de la zona. El satlite SPOT 5 (Satellite Pour l'Observation de la Terre) utiliza pixeles de 10*10 m en su modo multibanda y 5*5 metros en el modo pancromtico. En estas imgenes es posible observar aeropuertos, carreteras y hasta edificios en reas urbanas. La resolucin temporal define la frecuencia con que el sensor visita una determinada rea geogrfica. Para monitorear fenmenos efmeros o de corta duracin (e.g. inundaciones) se requiere de un sistema-sensor con alta resolucin temporal (e.g. a nivel de horas) en tanto que para fenmenos estacionales o poco sensibles al efecto del tiempo podemos utilizar sensores con menor resolucin temporal. La resolucin espectral o radiomtrica se refiere a las longitudes de onda que puede registrar el sensor (Fig. 21). Un aumento en el nmero de bandas brinda mayor potencial de anlisis y aumenta su probabilidad de realizar una clasificacin de mayor detalle. En la prxima seccin usted

28 encontrar informacin sobre la resolucin de los diferentes sensores disponibles para aplicaciones en el rea de medio ambiente y recursos naturales. Debido a restricciones tcnicas (e.g. espacio de almacenamiento de datos a bordo del satlite, complejidad del sistema de detectores) el sistema de teledeteccin solo puede ofrecer una resolucin espectral alta a una baja resolucin espacial y viceversa. Esto implica que un sistema con una alta resolucin espectral como el solo puede ofrecer una baja a moderada resolucin espectral. Resolucin espectral Baja Moderada Alta No. de bandas dos o menos bandas (e.g. imagen pancromtica) de 3 a 15 bandas (e.g. imagen Landsat) ms de 15 bandas (e.g. imagen hiperespectral (ver Hyperion con 220 bandas y 30 m de pixel http://eo1.usgs.gov/hyperion.php)

Figura 21: Resolucin espectral. La energa electromagntica refleja y/o emitida por lo superficie terrestre es registrada por los sensores a bordo de los satlites. Fuente: http://www.satimagingcorp.com/characterization-of-satellite-remote-sensing-systems.html. 1.2.1.2. Satlites Landsat y SPOT Las imgenes de los satlites Landsat y SPOT son posiblemente las ms utilizadas a nivel mundial para realizar estudios de uso-cobertura de la Tierra. Para Costa Rica, las primeras imgenes del sensor MSS de Landsat datan de 1974 en tanto que las imgenes ms antiguas de SPOT se remontan a 1990. Los cuadros 4 y 5 ofrecen una descripcin de la resolucin radiomtrica, espacial y temporal los satlites Landsat (1 a 7) y Spot (1-5), respectivamente.

29 Cuadro 4: Resolucin radiomtrica, espacial y temporal los satlites Landsat (1 a 7). Satlite Sensor/RadiomtriaLANDSAT 1 a 3 LANDSAT 4-5 LANDSAT 7

Resolucin Espacial (m)68 m x 83 m (remuestreada a 57 m). 30 color 120 trmico 30 color 15 pancromtico 60 trmico

Temporal (das)28 16 16

Orbita (Km)920 185 705

MSS (multispectral scanner) Resolucin: moderada MSS y TM (Thematic Mapper) Resolucin: moderada Moderada: ETM+ (Enhanced Thematic Mapper) Resolucin: moderada

Exactitud horizontal: mxima 0.5 pixel. VIS (Visible): visible (azul, verde y rojo) NIR (Near Infrared): Infrarrojo cercano SWIR (Short Wave Infrared): infrarrojo de onda corta TIR (Thermal Infrared): Infrarrojo trmico Bandas del sensor MSS (L1-L3) y su equivalencia aproximada en el sensor TM (L4-L5) Nmero de banda (L1-L3) 4 5 6 7 8 L1 a L5: Landsat 1 a 5. Nmero de banda (L4-L5) ~ 2 (0.520.60 m) ~ 3 (0.630.69 m) ~ 4 (0.760.90 m) ~4 ~ 6 (2.082.35 m) m 0.5-0.6 0.6-0.7 0.7-0.8 0.8-1.1 10.41-12.6 Resolucin espacial* 68 m x 83 m 68 m x 83 m 68 m x 83 m 68 m x 83 m 68 m x 83 m

* MSS Campo de Visin Instantnea (IFOV, por sus siglas en ingls) 68 m x 83 m (remuestreado a 57 m). Fuente: http://landsat.gsfc.nasa.gov/about/mss.html ~ indica el equivalente aproximado en las imgenes L1 a L3. Bandas del sensor TM TM (L4-5) Longitud Resolucin ETM+ (L7) Longitud Resolucin de onda (m) espacial (m) de onda (m) espacial (m) 1 0.45-0.52 30 0.45-0.515 30 2 0.52-0.60 30 0.525-0.605 30 3 0.63-0.69 30 0.63-0.69 30 4 0.76-0.90 30 0.75-0.90 30 5 1.55-1.75 30 1.55-1.75 30 6 10.4-12.5 120 10.4-12.5 60 7 2.08-2.35 30 2.09-2.35 30 8 No existe No existe 0.52-0.9 15 Fuente: http://landsat.gsfc.nasa.gov/about/tm.html, http://landsat.gsfc.nasa.gov/about/etm+.html Campo de Visin Instantnea (IFOV, por sus siglas en ingls). Banda

30 Cuadro 5: Resolucin radiomtrica, espacial y temporal de los satlites SPOT (1-5). Satlite Sensor/RadiomtriaSPOT 1 (1986-2003) SPOT 2 (1990- 2009)

Resolucin Espacial 10 m pancromtico 20m color.

SPOT 3 (19931996)* SPOT 4 (1998presente)

HHV (High-Resolution Visible) VIS Resolucin: moderada HRVIR (High-Resolution Visible and Infrared). VIS, SWIR. Resolucin: moderadaHRVIR (High-Resolution Visible and Infrared) VIS, NIR y SWIR Resolucin: moderada

Orbita Temporal (Km) (das) 26 das 832

SPOT 5 (2002-

presente)

10 m pancromtico 26 das 20 m Visible e Infrarrojo cercano 20 m Infrarrojo medio (SWIR) 2,5 m obtenida a 2-3 das partir de 2 imgenes de 5 m, 5 m (pancromtico), 10 m (color) y 20 m SWIR.

832

822

* Sufri desperfecto en sistema de estabilizacin. Fuente: http://www.satimagingcorp.com/satellite-sensors/spot-5.html http://www.cnes.fr/web/CNES-en/1415-spot.php Estatus de los satlites Landsat y SPOT Al ao 2010, los satlites Landsat 5 y 7 as como los SPOT 4 y 4 se encuentran operacionales. Sin embargo, el 31 de mayo de 2003, el corrector de lnea de escaneo (SLC, por sus siglas en ingls) del sensor ETM + fall y por tanto perdi su capacidad de compensar por el movimiento en direccin de la rbita de la nave espacial, resultando en imgenes con lneas de escaneo en forma de "zig-zag", en las cuales algunas reas se escanean en dos ocasiones y otras no se escanean del todo (Fig. 22). El efecto neto es la prdida de aproximadamente una cuarta parte de los datos en cada escena Landsat 7. A pesar de este problema, los datos de Landsat 7 siguen siendo utilizados en aplicaciones cientficas. Si desea mayores detalles sobre el estatus de los satlites Lansat 5 y 7 viste http://landsat.usgs.gov/.

31

Figura 22: Efecto de la ausencia del corrector de lnea de escaneo en la imagen Landsat del 7 del 24 febrero 2007. Fuente: http://glovis.usgs.gov/. Descarga de imgenes Landsat gratuitas Las imgenes Landsat (MSS, TM, ETM+) pueden descargarse gratuitamente desde el sitio web del Servicio Geolgico de los Estados Unidos de Amrica (USGS, por sus siglas en ingls, http://glovis.usgs.gov/, Fig. 23), el cual ofrece una interfaz grafica denominada Global Visualization Viewer4. Usted puede elegir el tipo de sensor as como la coleccin de imgenes que desea explorar y descargar (Figs. 24 y 25). Al descargar una imagen lea los metadatos para conocer las caractersticas tcnicas de la imagen. La mayora de las imgenes Landsat MSS (L1 a L5) as como un buen nmero de las imgenes Landsat TM (L4 y L5) son procesadas solo a nivel 1G (sistemticas). Las escenas Landsat se procesan con los siguientes parmetros: Formato de archivo: GeoTIFF Mtodo de remuestreo: Convolucin cbica (CC) Resolucin espacial (tamao de pixel): 30-metros (TM, ETM +) y 60-metros (MSS, energa reflejada), 15 m banda pancromtia de ETM+. Proyeccin: Universal Transversa de Mercator (UTM), WGS84 Nivel de proceso: o Estndar corregida por terreno (Standard Terrain Correction) (Level 1T): correccin radiomtrica y geomtrica utilizando puntos de control y valores de elevacin para corregir el desplazamiento del relieve. o Correccin sistemtica por terreno (Systematic Terrain Correction) (Level 1Gt): correccin radiomtrica y geomtrica utilizando valores de elevacin para corregir el desplazamiento del relieve. o Correccin sistemtica (Systematic Correction) (Level 1G): Correccin radiomtrica y geomtrica derivada de datos colectados por el sensor y el satlite. La exactitud geomtrica esperada de la imagen es de 250 m (1sigma) para zonas con poco relieve al nivel del mar. La mayora de las imgenes Landsat 1 a 5 (MSS) y algunas imgenes landsat 4-5 (TM) son procesadas a este nivel.

4

http://glovis.usgs.gov/ImgViewer/Java2ImgViewer.html

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Figura 23: Catlogo en lnea de USGS de Estados Unidos de Amrica. http://glovis.usgs.gov/

Figura 24: Imgenes gratuitas disponibles en el sitio web del Servicio Geolgico de los Estados Unidos de Amrica. http://glovis.usgs.gov/ImgViewer/Java2ImgViewer.html.

Figura 25: Interfaz visual de Global Visualization Viewer; GLOVIS mostrando las imgenes Landsat 7 disponibles para Costa Rica para el periodo 1999-2001. Fuente: http://glovis.usgs.gov/.

33 SPOT Si usted est interesado (a) en imgenes SPOT puede realizar una bsqueda en lnea utilizando su catlogo digital http://sirius.spotimage.fr/ (Fig. 26), el cual ofrece una interfaz grafica que le permite seleccionar el rea de inters (Fig. 27). Para acceder al catalogo usted debe registrarse (es gratuito).

Figura 26: Catlogo en lnea de SPOT. http://sirius.spotimage.fr/.

23 julio 2010. SPOT 5. Resolucin 2,5m.

Figura 27: Interfaz grafica para la bsqueda de imgenes SPOT. http://sirius.spotimage.fr/.

34 1.2.1.3. Satlites Terra y Agua: Sensores MODIS y ASTER El sensor ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) es uno de los cinco sistemas de instrumentos a bordo del primer satlite del Sistema de Observacin de la Tierra (EOS) denominado Terra (antes AM-1) lanzado el 18 de diciembre de 1999. El instrumento consta de tres telescopios que obtienen imgenes de la Tierra en tres resoluciones espaciales (15, 30 y 90 metros) y 14 bandas del espectro electromagntico que van desde el visible hasta el infrarrojo trmico (http://eros.usgs.gov/products/satellite/aster.html) (cuadros 6 y 7). Las imgenes ASTER son apropiadas para elaborar modelos de elevacin digital (DEM, por sus siglas en ingls) y realizar estudios de uso-cobertura de la tierra, los cuales a su vez se pueden utilizar como insumos en estudios hidrolgicos, ecolgicos y de planificacin territorial. Cuadro 6: Resolucin radiomtrica, espacial y temporal de los sensores MODIS y ASTER a bordo de los satlites Terra y Agua. Satlite Sensor/Radiomtria Terra (EOS AM) ASTER 14 bandas. VNIR (bandas 1-3, 15 m, 8bits por pixel). SWIR (bandas 4-9, 30 m, 8bits por pixel) y TIR (bandas 10-14, 90m, 12bits por pixel). Resolucin: alta Terra (EOS MODIS AM) y Aqua 36 bandas espectrales (EOS PM) (VIS, IRC, IRM, TIR). Reflejada: 0,405-0,965 m Emitida: 3,660 a 14,385nm Resolucin: alta Resolucin Espacial Orbita (Km) Temporal (das) 15 a 90 m, ancho de barrido 16 705 60 Km.

Banda 1 (0,6200,670 m) 1a2 705 Banda 2 (0,8410,876 m) Banda 3 (0,4590,479 m) Banda 4 (0, 5450,565 m) Banda 5 (1,2301,250 m) Banda 6 (1,6281,652 m) Banda 7 (2,1052,155 m) Bandas836, 1000 m. Bandas 1 y 2: pixel 250m, bandas 3 a 7: pixel 500m. VNIS (Visible Near Infrared): Visible e infrarrojo cercano (azul, verde y rojo, infrarrojo). SWIR (Short Wave Infrared): Infrarrojo de onda corta; TIR (Thermal Infrared): Infrarrojo trmico. Fuentes: https://lpdaac.usgs.gov/lpdaac/products/aster_overview, https://lpdaac.usgs.gov/lpdaac/products/modis_overview

35 Cuadro 7: Resolucin radiomtrica y espacial del sensores ASTER a bordo del satlite Terra (EOS AM). Band No.* 1 2 3N 3B Band No.** 4 5 6 7 8 9 Band No. *** mbito espectral (m) 0.520.60 0.630.69 0.780.86 0.780.86 mbito espectral (m) 1.6001.700 2.1452.185 2.1852.225 2.2352.285 2.2952.365 2.3602.430 mbito espectral (m) Resolucin radiomtrica NE 0.5% NE 0.5% NE 0.5% NE 0.5% Resolucin radiomtrica NE 0.5% NE 1.3% NE 1.3% NE 1.3% NE 1.0% NE 1.3% Resolucin radiomtrica Exactitud absoluta () 4% 4% 4% 4% Exactitud absoluta () 4% 4% 4% 4% 4% 4% Exactitud absoluta () -3K (200240K) 2K (240270K) 1K (270340) 2K (340370)

10 8.1258.475 NE 0.3% 11 8.4758.825 NE 0.3% 12 8.9259.275 NE 0.3% 13 10.2510.95 NE 0.3% 14 10.9511.65 NE 0.3% Fuente: https://lpdaac.usgs.gov/lpdaac/products/aster_overview *: Resolucin espacial 15 m. Octetos por pixel: 8. **: Resolucin espacial 30 m. Octetos por pixel: 8 ***: Resolucin espacial 90 m. Octetos por pixel: 12

Las imgenes ASTER pueden visualizarse y comprarse desde el sitio web del Servicio Geolgico de los Estados Unidos de Amrica (USGS, por sus siglas en ingls) denominado Global Visualization Viewer 5 (GloVis) (Fig. 28). Para mayores detalles sobre los productos ASTER ver: https://lpdaac.usgs.gov/lpdaac/products/aster_products_table.

5

http://glovis.usgs.gov/ImgViewer/Java2ImgViewer.html

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Figura 28: Catalogo de imgenes ASTER disponibles para Costa Rica. Fuente: http://glovis.usgs.gov/ MODIS El sensor MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) es uno de los instrumentos a bordo de los satlites Terra (EOS AM) y Aqua (EOS PM) de la NASA puestos en rbita en 1999 y 2002, respectivamente. Las orbitas de los estos satlites estn diseadas de tal forma que Terra pasa de norte a sur sobre el Ecuador por la maana (10:30 am) en tanto que Agua pasa de sur a norte sobre el ecuador por la tarde (1:30 pm). La superficie terrestre es escaneada cada 24-48hr utilizando 36 bandas espectrales que cubren desde el espectro visible hasta el trmico (0,4 a 14,4 m) y con una resolucin de 1,000, 500 y 250 m. Las imgenes (Fig. 31) son utilizadas en estudios globales sobre procesos y dinmica terrestre, ocenica y de la baja atmsfera (http://modis.gsfc.nasa.gov/). Las imgenes son digitalizadas con una sensibilidad radiomtrica de 12 octetos y utilizando 36 bandas espectrales que cubren desde 0,4 m hasta 14,4 m. Las bandas 1 (0,620-0,670 m) y 2 (0,841-0,876m) tienen una resolucin espacial nominal de 250 m al nadir, las bandas 3 (0,4590,479 m), 4 (0,545-0,565m), 5 (1,230-1,250m), 6 (1,628-1,652 m) y 7 (2,105-2,155m) tienen una resolucin espacial de 500 m y las otras 29 bandas (8 a 36) tienen una resolucin espacial de 1000 metros. El ngulo de escaneo es de 55 y cada imagen tiene 2330 km de ancho por 10 km de largo. Las imgenes MODIS pueden visualizarse y descargarse gratuitamente de los siguientes sitios web: CATHALAC http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/servir/?CostaRica (Fig. 29). NASA http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/subsets/?subset=SERVIR_CostaRica (Fig. 30)

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Para mayores detalles sobre los productos MODIS ver: https://lpdaac.usgs.gov/lpdaac/produ cts/modis_products_table.

Figura 29: Interfaz grafica disponible en CATHALAC para visualizar imgenes MODIS de Costa Rica. Haga un clic sobre Display alternate dates available for this subset para obtener un listado de las imgenes disponibles para Costa Rica. Fuente: http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/servir/?CostaRica.

Este sitio le permite descargar imgenes Terra y Agua en formato GEOTIF en color verdadero (bandas 143, True color); falso color (bandas721) e ndice normalizado de vegetacin (NDVI) (Fig. 45). Las resoluciones disponibles son: 250, 500 y 1 000 metros.

El archivo de metadata que acompaa a la imagen le indica el satlite, fecha de la imagen y su proyeccin.

Figura 30: Interfaz grafica del sitio web de NASA mostrando las imgenes MODIS disponible para Costa Rica. Haga un clic sobre Display alternate dates (may load slowly) para obtener una lista de las imgenes disponibles para Costa Rica. Fuente: http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/subsets/?subset=SERVIR_CostaRica.

38

Imagen MODIS: bandas 1 (0,6200,670 m), 4 Imagen MODIS: bandas 7 (2,1052,155m), 2 (0,5450,565 m) y 3 (0,4590,479 m). Pixel (0,8410,876 m) y 1 (0,6200,670 m). Pixel 250 m. 250 m). Figura 31: Imgenes MODIS en color natural y falso color del 24 de marzo del 2009. La imagen permite discriminar entre el bosque verde y el caducifolio. 1.2.1.4. Imgenes del satlite EO-1: ALI e Hyperion El sensor multiespectral ALI (Advanced Land Imager) es uno de los tres instrumentos a bordo del satlite Earth Observing-1 (EO-1) de la NASA, puesto en rbita el 21 de noviembre 2000 como parte de una misin para validar y demostrar la nueva tecnologa que sera utilizada por NASA en la "Misin de Continuidad de Datos de Landsat" (LDCM, por sus siglas en ingls) (http://edcsns17.cr.usgs.gov/eo1/index.php). EO-1 ocupa una rbita circular de 705 Km y se desplaza en formacin con el satlite Landsat con un minuto de diferencia, lo que asegura idnticas condiciones atmosfricas y por tanto la posibilidad de comparar directamente las imgenes de ambos sensores. La misin fue completada con xito en el ao 2001; sin embargo a solicitud de la comunidad cientfica se ha continuado con la adquisicin de imgenes ALI e Hyperion. ALI es un instrumento superior al ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus) a bordo de Landsat 7 por las siguientes razones (http://edcsns17.cr.usgs.gov/eo1/ali.php): Registra imgenes con una resolucin de 10 metros en la banda pancromtica y 30 m en las bandas multiespectrales (cuadro 8). Tiene mayor resolucin espectral en la zona del espectro visible e infrarrojo cercano comparado con Landsat. La banda del azul del ETM+ est dividida en dos bandas en ALI as como las bandas del infrarrojo cercano (cuadro 8). El sensor tiene una nueva banda que cubre el espectro infrarrojo entre 1,2 m y 1,3 m (cuadro 8). Las imgenes de ALI poseen una mejor relacin ruido/seal (S/N, por sus siglas en ingls) y son digitalizadas utilizando 12 octetos versus los 8 utilizados en Landsat.

39 Sin embargo tambin posen una gran similitud espectral y radiomtrica con las imgenes TM y ETM+ (cubre siete de las ocho bandas presentes en los instrumentos de los satlites Landsat).

Las imgenes ALI, al igual que las Landsat y SPOT, son apropiadas para realizar estudios de uso-cobertura, geologa, agricultura y ordenamiento territorial (cuadro 9 y fig. 32). Hyperion (Hyperspectral Imager) es el segundo instrumento a bordo de EO-1 y es el primer sensor civil satelital hiperespectral. Este sensor registra al energa electromagntica proveniente de la superficie terrestre utilizando 242 bandas con longitudes de onda entre 0.4 m y 2.5 m y con una resolucin espectral de aproximadamente 10-nm y una resolucin espacial de 30 m. Las imgenes de Hyperion (7.5 km por 100 km) son apropiadas para estudios detallados de vegetacin, sucesin vegetal, distribuciones de temperatura en flujos de lava e identificacin de especies (http://edcsns17.cr.usgs.gov/eo1/hyperion.php). El tercer instrumento es un Corrector Atmosfrico (Atmospheric Corrector-AC), el cual, como su nombre lo indica tiene la misin de compensar las lecturas de energa electromagntica de los sensores ALI e Hyperion por los efectos adversos de la atmosfera (absorcin atmosfrica por presencia de vapor de agua o degradacin de la reflectancia de los objetos en la superficie terrestre debido a la presencia de aerosoles). Las imgenes ALI e Hyperion pueden visualizarse y descargarse gratuitamente desde el sitio web del Servicio Geolgico de los Estados Unidos de Amrica (USGS, por sus siglas en ingls) denominado Global Visualization Viewer 6 (GloVis) ). Para mayores detalles sobre los productos ASTER ver: https://lpdaac.usgs.gov/lpdaac/products/aster_products_table. Cada imagen incluye sus respectivos metadatos. Cuadro 8: Resolucin radiomtrica y espacial del sensores ALI a bordo del satlite EO-1. Banda Banda Longitud de onda (m) Pancromtico 1 0.48 - 0.69 MS - 1' 2 0.433 - 0.453 MS - 1 3 0.45 - 0.515 MS - 2 4 0.525 - 0.605 MS - 3 5 0.63 - 0.69 MS - 4 6 0.775 - 0.805 MS - 4' 7 0.845 - 0.89 MS - 5' 8 1.2 - 1.3 MS - 5 9 1.55 - 1.75 MS - 7 10 2.08 - 2.35 Imgenes disponibles desde el ao 2001 presente. Fuente: http://edcsns17.cr.usgs.gov/eo1/ali.php Pixel (m) 10 30 30 30 30 30 30 30 30 30

6

http://glovis.usgs.gov/ImgViewer/Java2ImgViewer.html

40

ALI: Julio 2010.

TM5: 14 enero 2001.

TM4: 6 febrero 1986

Ubicacin de rea en Zona Norte. Figura 32: Comparacin entre imgenes ALI (EO-1, 2010), Landsat TM5 (2001) y Landsat TM4 (1986). Cuadro 9: Comparacin entre sensores ETM+, Ali e Hyperion. Parmetros mbito espectral Resolucin especial Ancho imagen Resolucin espectral Resolucin banda pancromtica No. de bandas Landsat 7 ETM+ 0.4 - 2.4 m 30 m 185 Km variable 15 m 7 EO-1 ALI 0.4 - 2.4 m 30 m 37 Km variable 10 m 10 EO-1 HYPERION 0.4 - 2.5 m 30 m 7,7 Km 10 nm N/D 220

41 1.2.1.5. Imgenes multiespectrales MASTER Las imgenes multiespectrales MASTER (simulador MODIS/ASTER) cubren aproximadamente el 90% del territorio nacional. El sensor registra la energa reflejada y emitida por la superficie terrestre entre 0,440 m (visible) y 13,000 m (trmico) utilizando 50 bandas con una amplitud espectral que vara entre 0,04 para las bandas del espectro visible (VIS) e infrarrojo cercano (NIR) y 0,7 para el infrarrojo trmico (IT). La resolucin espectral de MASTER es similar a los sensores MODIS y ASTER a bordo del satlite Terra EOS de la NASA. La resolucin espacial de las imgenes vara entre 5 y 75 metros (Fig. 33). El PRIAS-CENAT venda cada km2 por 500 (http://www.cenat.ac.cr/archivos/prias/servicios/Catalogo09.pdf ). Las universidades pblicas tienen libre acceso a estas imgenes. Si desea conocer ms sobre las imgenes MASTER le remito al siguiente documento: Fallas, Jorge. 2004. Uso de imgenes multiespectrales MASTER. Laboratorio de Teledeteccin y Sistemas de Informacin Geogrfica, Escuela de Ciencias Ambientales y Programa Regional en Manejo de Vida Silvestre. Universidad Nacional. Heredia, Costa Rica. 34p. Disponible en: http://www.mapealo.com/Costaricageodigital/Documentos/alfabetizacion/uso_imagenes_master.PD F.

B. A. Figura 33: Compuestas en falso color (bandas 11,3,1) de imgenes MASTER. Cuenca del ro Chiquito, Cordillera de Tilarn; marzo 2003. A. Resolucin 43m. B. Resolucin 5m. 1.2.1.5. Google Earth y Google Maps: fuentes de geodatos gratuitos Google Earth (http://earth.google.com/) y Google Maps (http://maps.google.es/) son una excelente fuente de imgenes y cartografa digital actualizada (Figura 34). Google Maps naci en febrero del 2005 y es uno de los servicios que facilita la empresa Google. Al inicio solo mostraba mapas pero a partir de abril de 2005 incorpor imgenes de satlite provenientes de la firma Keyhole Corp, compaa californiana adquirida por Google en el 2004. De esta manera, en la actualidad es posible visualizar y descargar imgenes satelitales de mediana y alta resolucin de todo el planeta. Estas imgenes son las mismas que utiliza el software Google Earth. En junio de 2005 se present el API de Google Maps que permite a los programadores crear sus propias aplicaciones Web al utilizar

42 las imgenes y mapas de Google. Los trminos y condiciones bajo los cuales se utilizan los datos e informacin de Google Maps se pueden leer en http://maps.google.es/help/terms_maps.html.

Figura 34: Detalle que puede observarse en la cartografa e imgenes de alta resolucin de Google Maps (Nivel 18). Fuente: Google Maps. La interfaz grfica de Google Maps Google Maps es un programa muy popular y por tanto es muy probable que usted ya se encuentre familiarizado con su uso; sin embargo, en caso de no estarlo, a continuacin se describen los elementos bsicos de su interfaz grfica (Figura 35).

A. B. Figura 35: Interfaz grafica de Google Maps. A. Mapa. B. Imagen satelital. Fuente: Google Maps.

En la esquina superior derecha del mapa encontrar cuatro mens.

Muestra el mapa del rea que est visualizando. El detalle del mapa depender del nivel seleccionado.

43 Muestra la imagen satelital y las carreteras del rea que usted est visualizando. El detalle de la imagen depender del nivel seleccionado. Para visualizar las carreteras active la casilla Superponer callejero Muestra un mapa del relieve del rea que est visualizando. El detalle de la imagen depender del nivel seleccionado.

Este men le permite visualizar las fotografas, videos disponibles y descripciones en Wikipedia para el rea que est visualizando.

En la esquina superior izquierda el programa le mostrar esta herramienta que le permite desplazarse en la imagen hacia el norte (arriba), sur (abajo), derecha (este) e izquierda (oeste).

La resolucin de la imagen visualizada se controla con los smbolos - y +. Para aumentar la resolucin de la imagen haga un clic sobre el smbolo + y para reducirla haga un clic sobre el smbolo -. Cada una de las divisiones en esta barra vertical corresponde a un nivel de visualizacin de las imgenes en Google Maps. En nivel ms general y de menor detalle es el 0 y el ms detallado es el 19. Para Costa Rica solo es posible visualizar imgenes hasta el nivel 18. Si lo desea, puede cargar Google Maps y utilizar esta herramienta para acercase hasta visualizar San Jos y alejarse hasta visualizar Centro Amrica.

Resolucin de las imgenes en Google Maps Las imgenes en Google Maps (as como en Google Earth) estn organizadas en segmentos que conforman un mosaico de diferentes resoluciones. A continuacin se describen los niveles de Google Maps y su cobertura espacial.

44 Niveles de Google Maps Los primeros cinco niveles (0 a 4) le permiten visualizar continentes y pases. Los niveles 5 a 9 son apropiados para visualizar regiones (e.g. Valle Central). Los niveles 10 al 15 son apropiados para visualizar ciudades y barrios. Los niveles 16 al 19 son apropiados para visualizar detalles tales como edificaciones, vas y puertos (Fig. 36). La extensin Screengrab (http://www.screengrab.org/) del navegador Mozilla Firefox (http://eses. www.mozilla.com) permite descargar imgenes de alta resolucin y mapas en formato raster desde Google Maps. Una vez descargada la imagen a su disco duro usted puede georeferenciarla e integrarla a su geobase de datos. Si usted desea mayores detalles sobre esta temtica se le remite al siguiente documento: Fallas, Jorge. 2009. Descarga de imgenes de alta resolucin desde Google Maps. GeoAmbiente. Escuela de Ciencias Ambientales. Universidad Nacional. 27p. Disponible en: http://smestorage.com/files/1fcea3b9cdbec91a5599505a37d7fd9f.pdf

Figura 36: Detalle que pude observarse en las imgenes de Google Maps en el nivel 18. En esta imagen usted puede observar el Parque Nacional, la Biblioteca Nacional, el Tribunal Supremo de elecciones as como las calles y avenidas. Fuente: Google Maps. Visualizando sus geodatos en GoogleEarth El programa Google Earth utiliza un formato de archivo denominado KML (del acrnimo en ingls Keyhole Markup Language). Este es un lenguaje de programacin que permite representar

45 elementos geogrficos en tres dimensiones (X, Y, Z). El procedimiento utilizado para convertir archivos vectoriales a dicho formato es simple, sin embargo usted debe recordar que Google Earth utiliza geodatos en coordenadas geogrficas y con el elipsoide WGS84. Los programas ArcView, ArcGIS, Quantum GIS (1.6.0) y gvSig (1.10) convierten archivos en formato KML a Shapes y viceversa. 1.2.1.6. Satlites de muy alta resolucin espacial Hasta el ao 1998, las imgenes satelitales eran adquiridas y comercializadas por entes estatales (e.g. NASA, ESA, JAXA y CNES) y/o consorcios formados por instituciones de varios pases (e.g. SPOT). El primer esfuerzo privado para incursionar en el mercado de las imgenes de alta resolucin lo realiz la compaa EarthWatch, Inc. (actualmente DigitalGlobe) con su satlite Early Bird 1, el cual fue puesto en rbita exitosamente desde el Cosmdromo Svobodny en Rusia el 24 de diciembre de 1997, sin embargo la compaa perdi contacto con el satlite 4 das despus de su lanzamiento. Se esperaba que dicho satlite adquiriera imgenes pancromticas con 3m de resolucin y multiespectrales con 15m de resolucin7. Early Bird 1 reentr en la atmsfera terrestre el 27 de julio de 20008. Un segundo intento, tambin fallido, fue realizado por la misma compaa con el lanzamiento del satlite QuickBird1desde Plesetsk, Rusia. Finalmente, el 18 de octubre de 2001 EarthWatch (actualmente DigitalGlobe) logr poner en rbita de manera exitosa el satlite QuickBird2 (denominado actualmente QuickBird), el cual se convirti en el primer satlite comercial de alta resolucin capaz de adquirir imgenes con una resolucin de 0,61 cm en modo pancromtico y 2,4 metros en modo multiespectral. La empresa Space Image Inc. (acualmente GeoEye), controlada por Raytheon (http://www.raytheon.com/) y Lockheed Martin (http://www.lockheedmartin.com/), eligi la palabra IKONOS (imagen en griego) para designar a sus satlites de muy alta resolucin. El lanzamiento fallido de Ikonos-1 se realiz en 1998. Ikonos-2 fue puesto en rbita exitosamente el 24 de septiembre de 1999 desde la Base de la Fuerza Area de Vandenberg en California, EE. UU. Este fue el primer satlite comercial capaz de adquirir imgenes de muy alta resolucin en modo pancromtico (0,8 m) y multiespectral (4 m). Las primeras imgenes de IKONOS se vendieron en enero de 2000. Suplidores de imgenes satelitales de muy alta resolucin En la actualidad existen dos empresas que poseen satlites de muy alta resolucin espacial: GeoEye Inc. (http://www.geoeye.com/) y DigitalGlobe (http://www.digitalglobe.com/). En Costa Rica, usted puede contactar a la compaa INGEO (http://ingeocr.com/).

7

http://space.skyrocket.de/index_frame.htm?http://space.skyrocket.de/doc_sdat/earlybird.htm

8

Real time satellite tracking. early bird (en ingls). Consultado el 9 de setiembre de 2010. http://www.n2yo.com/satellite/?s=25123

46 GeoEye La empresa GeoEye Inc. (antes Orbital Imaging Corporation o ORBIMAGE) tiene su sede en Dulles, Virginia USA y es duea de los satlites OrbiView2, IKONOS y GeoEye-1. El primero tiene una resolucin espacial de 1,13km y 8 bandas espectrales que van desde el violeta (402-422 nm) hasta el infrarrojo cercano (845-885 nm) y fue diseado para aplicaciones de pesca y operaciones navales. En tanto que IKONOS y GeoEye-1 son sus satlites de muy alta resolucin espacial (cuadro 10). Fuentes alternas de imgenes de super alta resolucin son DigitalGlobe y Spot Image. Cuadro 10: Caractersticas tcnicas de las imgenes adquiridas por los satlites IKONOS, GeoEye1 de la compaa GeoEye

Cartografa, infraestructura, uso-cobertura de la tierra, ordenamiento territorial. Resolucin en el nadir 0,45 m blanco y negro 0,82 m blanco y negro 1,65 m color (VIS) 3,2 m color (VIS, NIR) Exactitud 2-3 m 7,8 m Escena Ancho o barrido 15,2 Km 11 Km Re visitacin 8,3 das (0,42 m) 3 das a 40o de Latitud Altura rbita 681 Km 681 Km Fecha lanzamiento Setiembre 2008 Setiembre 1999 Vida til 2018 2010 VIS (Visible): visible (azul, verde y rojo) NIR (Near Infrared): Infrarrojo cercano Fuente: http://www.geoeye.com/ Usted puede realizar bsquedas en los archivos de la compaa utilizando las siguientes herramientas: GeoFUSE Herramienta para ArcMap (http://geofuse.geoeye.com/toolbar/) Esta es una herramienta desarrollada por GeoEye en cooperacin con ESRI que le permite buscar imgenes en los archivos de la compaa desde ARCmap (Fig. 37). Para mayores detalles sobre la funcionalidad de la herramienta ver: http://geofuse.geoeye.com/help/Toolbar.aspx.

Aplicaciones

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Figura 37: La herramienta GeoFUSE de GeoEye le permite buscar imgenes disponibles en los archivos de GeoEye desde ArcMap. Google Earth Integration Tools (http://geofuse.geoeye.com/earth/) Este es un archivo Kml que le permite buscar imgenes en los archivos de la compaa desde Google Earth. Usted puede descargar el archivo en: http://geofuse.geoeye.com/earth/.

GOnline Maps (http://geofuse.geoeye.com/maps/) Esta es una interfaz grafica basada en Google Maps que le permite realizar bsquedas de imgenes desde cualquier computadora con acceso a Internet (Fig. 38). Usted puede realizar la bsqueda utilizando nombres un rea de inters como se muestra en la figura 51. El resultado de la bsqueda puede descargarse como un archivo shape de ESRI y como un documento de mapa (*.mxd).

48

Figura 38: Interfaz grafica de GeoEye para la bsqueda de imgenes IKONOS y GeoEye-1. Online Resource Center (http://geofuse.geoeye.com/resources/) Desde este sitio usted puede descargar archivos compatibles con software de ESRI (ArcMap, ArcExplorer, ArcView) que contienen todas las imgenes IKONOS y GeoEye-1 disponibles en los archivos de GeoEye. Los archivos _2009 and _all shapefiles son actualizados diariamente y los dems archivos son actualizados semanalmente. Desde este sitio usted puede descargar los siguientes archivos: Archivos comprimidos en formato shape de ESRI (SHP) Archivos de projecto de ArcMap (MXD) Capas de ArcGIS (LYR) Archivos de ArcGIS Explorer (NMF)

Advanced Search Options Esta modalidad le permite buscar imgenes en el catlogo de GeoEye especificando sus criterios de seleccin (e.g rea de inters, resolucin de la imagen). El resultado de la bsqueda puede visualizarse en la aplicacin Online Maps descargarse como un archivo Shapefile, Google Earth KML, Valores delimitados por comas en formato HTML. DigitalGlobe DigitalGlobe tiene sus inicios en la empresa Worldview Imaging Corporation, la cual fue fundada en enero de 1992 en Oakland, California. Posteriormente, en 1995, adopt el nombre de EarthWatch Incorporated al fusionarse con la empresa Ball Aerospace & Technologies Corp. y en setiembre de 2001, EarthWatch se convirti en DigitalGlobe.

49 La empresa es duea de los satlites QuickBird (Octubre 2001), WorldView-1 (setiembre 2007) y WorldView-2 (Octubre 2009) (Cuadro 11). WorldView-2 es el nico satlite comercial con capacidad de adquirir imgenes con una resolucin de 1,84 m utilizando 8 bandas espectrales (Fig. 39). Las imgenes de DigitalGlobe son apropiadas para estudios que requieran de gran exactitud planimtrica tales como cartografa urbana y planificacin de infraestructura local (e.g. desarrollos hoteleros, embalses, carreteras). La mayora de las imgenes de alta resolucin utilizadas por Google Earth y Google Maps son suministradas por DigitalGlobe. Fuentes alternas de imgenes de super alta resolucin son GeoEye y Spot Image. La compaa DigitalGlobe ofrece un catlogo en lnea (ImageFinder) que permite realizar bsquedas de las imgenes disponibles para una determinada localidad (Fig. 40 y 41).

Figura 39: Resolucin radiomtrica de los satlites QuickBird, WorldWiew-1 y WorldWiew-2. Fuente: http://browse.digitalglobe.com. Digital Globe comercializa sus imgenes como tres productos: Imagen bsica: Producto diseado para usuarios(as) con capacidad crear sus propias orotofotos. Imagen corregida por distorsiones radiomtricas y geomtricas del sensor-satlite. Cada imagen incluye los datos del sensor y de la plataforma. Imagen estndar: Imagen corregida por distorsiones radiomtricas y geomtricas del sensor-satlite. Esta es una pseudo-ortoimagen ya que la empresa corrige por las distorsiones del relieve utilizando un DEM de baja precisin. La geometra original del producto (satlite-sensor-Tierra) se pierde y por tanto la imagen no se puede volver a corregir. Se proporciona en coordenadas UTM con WGS84 como sistema geodsico de referencia. La exactitud planimtrica de las imgenes es variable como puede apreciarse en el cuadro 11. Pares estereoscpicos bsicos: Imgenes estereoscpicas corregidas por distorsiones radiomtricas y geomtricas del sensor-satlite. Este producto est diseado para usuarios(as) con capacidad de procesar las imgenes y crear sus propias ortofotos. El producto es apropiado para crear modelos digitales de elevacin (MDE), visualizacin en 3D y extraccin de elementos.

50 Cuadro 11: Caractersticas tcnicas de las imgenes adquiridas por los satlites QuickBird, WorldView1 y WorldView2 de la compaa DigitalGlobe. Satlite

Aplicaciones

Cartografa, infraestructura, uso-cobertura de la tierra, ordenamiento territorial. Area minima por orden de compra 25 km2. La distribucin de imgenes pancromticas con un GSD inferior a 0,5 m multiespectrales con un GSD inferior a 2.0 m requiere de la aprobacin del Gobierno de los Estados Unidos de Amrica (DigitalGlobe 2010).

Resolucin en el nadir

Exactitud horizontal*

61 cm blanco y negro (450 - 900 nm). 2,4 m color (VIS, NIR) (450-900 nm). 23 m (CE90%)

50 cm blanco y negro (400 - 900 nm ) 59 cm GSD a 25 offnadir 6,5 m CE90% en nadir, exactitud actual entre 4,0 y 5,5 m CE 90% en nadir.

Escena Re visitacin

16,5km2 (nadir). 2-3 das

Altura rbita 450 Km Fecha Octubre 2001 lanzamiento Vida til 2010 2018 2016 CE 90%: Error circular probable al 90%. GSD (Ground Sampling Distance): Distancia de muestreo terrestre expresada como la distancia entre pixeles adyacentes. El muestreo es el proceso mediante el cual una seal continua (e.g. una funcin continua en espacio o tiempo) es convertida en una secuencia numrica (e.g. una funcin discreta en tiempo o espacio). Fuentes: http://www.digitalglobe.com/index.php/48/Products?product_id=1 http://www.digitalglobe.com/index.php/85/QuickBird

46 cm blanco y negro (450 - 900 nm) 52 cm a 20 del nadir 1,84 m color (40-1040nm). 6,5 m CE90%, exactitud esperada de 4,6 a 10,7 m CE90%. Con uso de puntos de control terrestre: 2,0 m CE90%. 17.6 km x 14km (nadir). 16.4km x 14km (nadir). 1,7 das a 1 m o menos 1,1 a 1 m o menos GSD GSD 3.7 das a 20 off-nadir o 5,4 das a 25 off-nadir menos de 0.52 m GSD (mximo 59 cm GSD) 496 Km 770 Km Setiembre 2007 Octubre 2009

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Figura 40: Catlogo en lnea de DigitalGlobe. http://glovis.usgs.gov/Fuente: http://browse.digitalglobe.com/imagefinder/. La imagen superior muestra la interfaz grafica, la del medio el resultado de una bsqueda y la inferior la ubicacin de las imgenes.

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Figura 41: Trcoles, Costa Rica. El rea boscosa corresponde al Parque Nacional Carara. Imagen en color verdadero adquirida por el satlite QuickBird el 26 marzo del 2002. Resolucin