Memoria de prácticas realizadas en el ICV

Máster en planificación y gestión de riesgos naturales 2012/2013

Alejandro Ruiz Cabrera / William Hernández Ramos

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Indice:

1-Objetivos y metodología 1

1.1-Objetivos 1

1.2-Metodologia 4

2-Ruiz de Alda 4

3-Problemas y proceso de georreferenciado 6

3.1-Problemas Surgidos 6

3.1.1-Fallo de Java 6

3.1.2-Resolución del vuelo de referencia 6

3.1.3-RMS excesivo 7

3.1.4-Sistema de referencia 8

3.1.5-Problemas de red 8

3.2-Proceso de georreferenciado 8

3.2.1-El vuelo americano de 1956 8

3.2.2-Distribucion de los puntos 9

3.2.3-Añadir capa WMS 9

3.2.4-Añadir capa PostGIS 12

3.2.5-Elección del fotograma 12

3.2.6-Antes de georreferenciar 12

3.2.7-Durante la georreferenciación 14

3.2.8-Despues de la georreferenciación 15

4-Importancia de este trabajo con respecto a los riesgos naturales 16

5-Bibliografia 16

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1-Objetivos y metodología

1.1.- Objetivos

El Instituto Cartográfico Valenciano (ICV) posee una vasta colección de varios

cientos de ortofotografías del aviador Ruiz de Alda, cuyo valor documental,

gráfico y geográfico es incuestionable. Sin embargo, estos fotogramas tienen un

gran defecto: no tiene sistema de coordenadas asociadas; con este hándicap,

este vuelo se hace complejo y casi de imposible tomar como referencia.

Además cada fotograma no era liso, sino que las tomas tenían deformaciones de

todo tipo debido a los obstáculos y problemas de volar a tan baja altitud. De esta

forma las deformaciones suponen un problema añadido para poder tomar

referencias. Así pues, dadas las características de la colección el objeto pasó a

ser de forma clara, la ortoreferenciación y con ella, la ortorectificación de las

mismas para corregir las deformaciones que llevan consigo. Deformaciones que

nunca son las mismas ni son iguales.

El objetivo inicial también se traduce en establecer un método de trabajo que

resultara eficaz para poder realizar la correcta ortorectificación y que ello no

supusiera una rémora temporal a la hora de llevarlo a cabo. No se trataba tanto

de la destreza sino de la elección idónea de la función polinómica que cada

programa nos pudiera proporcionar. En un principio se planteó la ‘Helmer

gerectification’, sin embargo, esta transformación se hizo insuficiente para este

trabajo ya que se suele utilizar para fotografías aéreas ya orientadas y con su

correcta inclinación.

Una mejor opción es la Función Polinomial de Grado 3, cuya transformación

permite correcciones de imágenes con deformaciones en diferentes ángulos, con

el cabeceo o rotación del avión, propicio para las pasadas del Ruiz de Alda.

Según el manual de usuarios de Quantum GIS, las funciones polinomiales de

grados 1, 2 y 3 “se encuentran entre los algoritmos más utilizados para la

georeferenciación, y cada uno es diferente por el grado de distorsión presente

para hacer que coincida los puntos de control de origen y de destino. El

algoritmo más utilizado es el de polinomio de segundo orden, lo que permite

cierta curvatura. En transformaciones de primer orden se conserva la

colinealidad y permite solo la ampliación, traslación y rotación”.

Dentro de la Función Polinomial de Grado 3 hay otro algoritmo llamado Thin

Plate Splane. Se trata de otra función polinómica que actúa según la

distribución geométrica de los puntos de control. Para el manual de usuario de

Quantum GIS pasa por ser el más moderno “es capaz de introducir

deformaciones locales en los datos. Este algoritmo es muy útil cuando es muy

baja la calidad de los originales que se están georeferenciados”.

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1.2.- Metodología

Aunque al hablar de algoritmos en cierta parte ya comenzamos a hablar de

metodología, lo cierto es que el método utilizado consistió sobre todo en la

elección del programa de tratamiento de la información. Escogimos el software

libre GvSIG, con el que a priori podíamos trabajar mejor con la Función

Polinomial de Grado 3 y sobre todo nos permitía cuantificar nuestro error

gracias al RMS o “Error medio cuadrático”, cuyo valor no debía sobrepasar los

cuatro metros.

Logotipo del software libre GvSIG

Sin embargo, debido a los problemas que nos planteó esta aplicación y que

analizaremos en el Punto 4 de este trabajo, tuvimos que optar por trabajar

definitivamente con el Quantum GIS que no nos daba el RMS pero que en el

cambio entre Polinomial de Grado 3 y Thin Plate Splane podríamos sacar de

alguna manera el mayor o menor error.

Imagen de entrada al programa de software libre Quantum GIS

2-Ruiz de Alda

La fotografía aérea, u ortofotografia, resulta útil para cualquier rama de la

geografía, tanto la humana como la física. Por un lado, podemos obtener

imágenes fidedignas de la morfología de las ciudades, y en sucesivos años,

conocer el crecimiento que en estas se ha ido dando. Por otro, tener una visión

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cenital de territorio nos ayuda a conocer mejor cualquier modificación física que

se pueda dar en él –por ejemplo, la desecación progresiva de un lago o la

extensión de un deslizamiento de tierra-. La importancia de conocer cada rincón

del territorio en el que nos asentamos ha existido desde siempre, ya fuera con

intenciones militares de cara a permitir un mejor movimiento por el terreno, o

sociales con la necesidad de hacer una buena planificación territorial.

Esa idea fue la que tuvo la Confederación Hidrográfica del Segura a la hora de

solicitar a la CETFA -Compañía Española de Trabajos Fotogramétricos Aéreos-

los fotogramas de toda la cuenca. Se necesitaba tener un mayor conocimiento de

esta zona de cara a las actuaciones que se harían en ella y se requería de este

material. De hecho, los primeros vuelos aéreos realizados en España provienen

de solicitudes de las propias Confederaciones Hidrográficas pero también del

Catastro español, que fue el primero en interesarse en este sistema gracias a la

observación de la forma de funcionar de sus homólogos franceses –los primeros

trabajos fueron realizados por entes públicos-.

La CETFA –ya entrando en la aportación de las empresas privadas a los inicios

de la fotografía aérea española-, creada por Julio Ruiz de Alda, José María

Ansaldo Vejarano y Fernando Rein Loring en abril de 1927, antes de trabajar

para la CHS –Confederación Hidrográfica del Segura- lo hará para la del Ebro,

además de algunos levantamientos de municipios buscando lograr la

aprobación del Instituto Geográfico Nacional de cara a la realización del

Catastro –que había tenido muchas dificultades tanto económicas como por

parte de propietarios de la tierra que no querían que se conocieran con exactitud

sus riquezas terrenales-. El trabajo que realizan en la cuenca del Rio Segura se

traduce en unos 5463 fotogramas a una escala 1:10000 que poseen mucho

detalle y se conservan con buena calidad en su práctica totalidad. El vuelo se

realiza de forma desorganizada, con pasadas atendiendo a criterios que serían

más próximos a los designados por las capacidades del aparato y las condiciones

atmosféricas que a logísticos.

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Diferencias visibles en el orden de las pasadas del vuelo de Ruiz de Alda (1929-1930) y las que

realizo sobre la misma zona el ejército estadounidense (1956-1957). Fuente: Fototeca IGN.

Por parte de Ruiz de Alda, fue un pionero de la aviación en España, militar y

también político, que vivió entre el 7 de octubre de 1897 y el 22 de agosto de

1936, y cuya figura da nombre popular a este vuelo que trabajamos.

3.- Problemas y proceso de georreferenciación

3.1.- Problemas surgidos

3.1.1.- Fallo de Java

La consola Java dio un problema persistente en GvSIG que hacía que antes de

introducir todos los puntos de referencia o incluso habiendo logrado situar en el

fotograma todos los puntos de referencia, no se llevaba a cabo el procesamiento

de los datos con la función Polinomial 3 o por cualquier otro algoritmo o

función. Se barajó que fuera un problema de la versión del software escogido,

sin embargo, se utilizaron versiones tanto posteriores como anteriores a la

utilizada, la V.1.10, pero ninguna de ellas dio el resultado requerido. En algún

caso ni tan siquiera dejaba comenzar la tarea ya que existían problemas al

cargar las capas. Esto provocó que definitivamente, y al poco de comenzar

nuestro proyecto, tuviéramos que cambiar de programa, el Quantum GIS,

también de software libre, fue el elegido.

3.1.2.- Resolución del vuelo de referencia

El vuelo americano de 1956 era demasiado grosero, tenía muy poca

resolución en comparación con el vuelo de 1929. En este último se obtenían un

gran número de detalles importantes para poder realizar la georreferenciación

pero lo que muchas veces se veía en el fotograma de Ruiz de Alda, no se veía en

el vuelo americano por la falta de resolución de este último. Este problema se

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vio sobre todo en terreno geológico sin uso, es decir, sobre roca viva que

provocaba que la georreferenciación fuera absolutamente imposible de llevar a

cabo si no se tenían referencias de usos alrededor y que pudiera ser captado por

el vuelo americano de 1956.

La imagen completa del vuelo americano de 1956 en Elche y Sureste de Murcia. Fuente: CHS.

3.1.3.- RMS excesivo

En el Q GIS uno de los errores más comunes y que hasta el final ocurrió fueron

los llamados RMS en GvSIG. Al colocar un punto de referencia en el fotograma

de 1929, sabiendo con total y racional exactitud que ese punto era el mismo que

se veía en el vuelo americano de 1956, el punto se iba dibujando una trayectoria

alejada del punto inicial donde ubicamos la referencia. En algunos casos

pudimos resolver el problema moviendo el punto de referencia en la imagen del

vuelo americano hasta que la proyección errática se anexaba y desaparecía con

el punto. En otros casos el error proyectado era escaso y se resolvía moviendo el

punto de referencia en la ortofoto de 1929 hasta que el punto se unía con el final

de la proyección errática. En otras muchas ocasiones por más que se moviera el

punto de referencia en el vuelo americano, no se hallaba solución.

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3.1.4.- Sistema de referencia

Un problema puntual, vago pero importante era la elección del sistema de

referencia en el vuelo de Ruiz de Alda. Puntualmente esto no se tuvo en cuenta y

todo el trabajo que se llevaba a cabo con un fotograma no servía porque al no

elegir el sistema de referencia adecuado, que era el ESPG 25830, al no tener una

referencia válida, las referencias en el vuelo americano tampoco valían y no se

podía procesar.

3.1.5.- Problemas de red

Uno de los problemas ajenos a nosotros mismos y que fue recurrente durante

alguna semana de los dos meses de prácticas fueron los servidores. Durante

varios días el problema con el servidor provocó que el servicio World Map

Service (WMS) no apareciera y que tampoco lo hiciera su base de datos. Esta

cuestión no es baladí, ya que sin ese WMS no sabíamos el número de referencia

de las ortofotos y por tanto no sabíamos en qué lugar nos encontrábamos

3.2.- Proceso de georreferenciación

3.2.1.- El vuelo americano de 1956

En el Punto 2 de este trabajo hablábamos del objetivo de estas prácticas que no

eran sino la georreferenciación y georectificación de las ortofotos del vuelo de

Ruiz de Alda de 1929. Ahora bien, toda georreferenciación necesita puntos de

referencia con un adecuado sistema de coordenadas. En este caso escogimos el

vuelo que realizó el ejército americano en 1956.

En la ventana del Georreferenciador se ven

los puntos de fuga que nos indica que la

referencia no es válida o que el error es

considerable.

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Según la Confederación Hidrográfica del Segura el origen del vuelo americano

fue: “la necesidad de cartografía militar, el interés estratégico España-EEUU

durante la Guerra Fría, el atraso tecnológico y económico del país, el Convenio

de defensa de 23 de septiembre de 1953. A cambio Estados Unidos “consolidaba

sus bases aéreas en Morón de la Frontera, Torrejón de Ardoz, Zaragoza y Rota,

Obtenía derechos de tránsito y aterrizaje”. A su vez, “España obtendría: Material

militar y armamento, Cartografía actualizada, Modernización de bases aéreas”.

3.2.2.- Distribución de los puntos

Una de las premisas básicas para comenzar el trabajo era saber cuántos puntos

debíamos colocar y de qué manera. Las sugerencias que nos emitieron nos

decían que habría que añadir entre 30 y 40 puntos, aunque dependiendo del

fotograma teníamos la libertad para poner puntos de referencia de más o de

menos. Era imprescindible sobre todo realizar una distribución de los puntos lo

más homogénea posible, algo que no siempre se cumplió pero que en la medida

de cada uno sí se consiguió en la mayoría de las veces.

Una imagen del vuelo de Ruiz de Alda con una distribución de puntos más o menos homogénea.

Elaboración propia.

3.2.3.- Añadir capa WMS

La siguiente misión es cargar la imagen World Map Service (WMS) del vuelo

americano de 1956, pero Quantum GIS no lo hace automáticamente. Para

realizar el proceso hay que picar en el icono “Añadir Capa WMS”.

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Imagen del Quantum GIS, se señala el icono para comenzar a cargar la capa WMS

Sin embargo esto sólo es un paso. Luego nos aparecería una ventana en la que

tendremos que ir donde dice “Nuevo”

Imagen del QGIS en el proceso de carga del servicio WMS

Esto a su vez nos abrirá una ventana. En la misma ya podremos poner la

dirección del WMS, sacada del Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio

Ambiente. El nombre que le daremos a la capa será el que queramos pero será

obvio que debe tener referencia a la capa que vamos a abrir, en este caso el vuelo

americano de 1956. En la URL pondremos la dirección que hemos visto en la

página del Ministerio donde se hace referencia del WMS:

http://www.chsegura.es/chswmsserver/USAF56?

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Imagen del QGIS en el que se pone la URL donde se hospeda el WMS del vuelo americano

Hecho esto, Quantum GIS nos pide que especifiquemos el sistema de referencia

con el que vamos a abrir la capa WMS. En la búsqueda simplemente ponemos

los dígitos de la ESPG, 25830, que es la proyección ETRS89. Una vez elegido,

picamos en el botón “Ok” y al volver a la ventana antes de invocar al WMS. Ya

con el sistema de referencia correcto picamos en el botón “Añadir”. Con esto ya

tendremos cargada la capa WMS del vuelo americano de 1956 que es de donde

procederán nuestros puntos de referencia que trasladaremos al fotograma de

1929, o para ser más exactos, tomaremos el punto de control de este último y lo

vincularemos con un lugar concreto del vuelo de 1956.

Imagen de QGIS donde nos pide el sistema de referencia con el que veremos la capa.

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3.2.4.- Añadir capa PostGis

La capa PostGis es el conjunto de shapefiles que enmarcan las ortofotos que

tendremos que georreferenciar. Está ubicada en un servidor interno del ICV,

gisandchips.org. Para cargar dicha capa vamos al botón “Añadir capa PostGis”,

donde nos saldrá una ventana parecida a cuando invocamos el servicio WMS. Al

igual que entonces crearemos una “Nueva” conexión. Al clicar sobre este botón

tendremos que poner todos los datos que nos pide: el nombre (el que queramos

pero que nosotros hemos puesto intuitivamente ICV), el servicio, el servidor que

será el servidor www.gisandchips.org, el puerto que es el 5437 y poco más.

Clicamos primero a “Ok” y luego añadir. Se nos abrirán todas las capas de

shapefile con una base de datos asociadas donde tendremos que marcar en la

georreferenciación, quién lo hizo, el tiempo que tardó en hacerlo, si está o no

hecho, si está o no revisado.

3.2.5.- Elección del fotograma

Al tratarse de un proyecto en equipos, tendremos que evitar que el fotograma

que haga uno, no lo haga el otro. Por esa razón decidimos abortar la misión

desde diferentes puntos cardinales. Unos comenzamos por la costa, otros por la

montaña, y otros por la franja costera superior. De esta forma consideramos que

no íbamos a coincidir ni a solapar el trabajo personal con el de nuestro

compañero. Establecido esto de partida, fuimos al servidor del ICV, a la carpeta

Digitalización y elegimos el nombre de serie de un fotograma, por ejemplo,

m295_025.

3.2.6.- Antes de georreferenciar

Es muy normal que en la barra de herramientas del Quantum GIS, dentro del

menú Raster, no esté el georreferenciador. Por eso, antes de nada tenemos que

ir al menú Complementos, al Administrador de Complementos y marcar el

Georreferenciador para que aparezca en el menú Raster.

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Tenemos que abrir el georrefenciador. Desde allí abrimos el TIFF que escogimos

con la serie m295_025. Al igual que al abrir el WMS, nos pedirá el sistema de

referencia en el que queremos ver la imagen. Para realizar una correcta

georreferenciación elegimos la misma que antes, es decir, ESPG 25830,

correspondiente a la ETRS89.

El Georreferenciador del QGIS también nos pide con qué sistema de referencia ver la imagen de

Ruiz de Alda.

Imagen del Administrador de

elementos de QGIS desde donde

añadiremos el Georreferenciador.

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Configuramos la vista como nos sea más cómodo para establecer los puntos de

control. Como vemos en la siguiente imagen, se puede conseguir que ambos

fotogramas se vean al unísono prácticamente. Hecho todos los pasos hasta aquí,

podemos iniciar la colocación de los primeros puntos.

3.2.7.- Durante la georreferenciación

Al tomar los primeros diez puntos de referencia, podemos ir al icono

Herramientas para cambiar el algoritmo a Polinomial de Grado 3. Esto nos

permitirá, de una forma grosera, ver el posible error en el que estaremos

incurriendo.

Imagen donde se aprecia la

ventana general de QGIS

(superior) y la ventana del

Georrefenciador (inferior)

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Debajo de la ventana del Georreferenciador y con la función Polinomial 3 podremos ir viendo el

error.

3.2.8.- Después de la georreferenciación

Corregimos los fallos cometidos y que sabremos gracias a la “fuga” con respecto

al punto que nos marcará el georreferenciador si apuntamos la función

Polinomial 3. La corrección del fallo debe alcanzar valores iguales o inferiores a

cuatro como vimos en la imagen anterior.

En la imagen, con el cursor realizamos la corrección del punto tomado como referencia.

Tras esto volvemos a abrir las herramientas, en este caso para aplicar

definitivamente el algoritmo Thin Plate Splane, con el nombre que le vamos a

dar al archivo de salida, que será el mismo pero con el cambio de letra inicial, de

tal manera que ahora el archivo georreferenciado se llamará “o295_025”.

Asimismo creamos un informe en PDF en la misma carpeta con el nombre

“i295_025”.

Antes de finalizar guardamos los puntos de referencia que hemos creado. Es

esto realmente lo importante de todo el trabajo que hemos hecho, ya que

tendrán unas coordenadas específicas que podremos leer en un bloc de notas o

con una extensión .csv. Comprobado que todo está correctamente, clicamos al

botón de “Comenzar la georreferenciación” del georreferenciador. Este proceso

tardará poco más de dos ó tres minutos.

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4- Importancia de este trabajo con respecto a los riesgos naturales

La importancia que se le puede dar a esta clase de trabajo con los fotogramas

antiguos de cara a los riesgos naturales se encuentra en la posibilidad de

observar, haciendo comparaciones entre las imágenes obtenidas en este vuelo y

las de sus sucesores –vuelo americano del 56, vuelo IRYDA del 78, vuelo de la

CECAF del 86, vuelo del IGN del 2002, etc.-, distintos fenómenos naturales que

son propensos a generar riesgo.

Por poner algunos casos –no incluimos imágenes ya que, con tal cantidad de

fotogramas procesados, no recordamos exactamente a la hora de generar esta

memoria en cuales se hallaban estos procesos- es posible ver ejemplos de

deslizamientos en una zona, atendiendo a que en ella se pudo dar una lluvia de

gran intensidad en fechas recientes a la del vuelo o que es más antiguo, y

compararlo con fechas posteriores para ver si ha desaparecido o si la masa ha

aumentado su tamaño; podemos observar acumulaciones de material

transportado por acción del agua, que se ha depositado en un punto aguas abajo

y que tenderá a ir en aumento en años sucesivos, por lo que de tal forma

podremos hacer una estimación de cuál es su crecimiento en el pasado; también

podemos visualizar los efectos de la erosión marina, que en esta zona es capaz

de sedimentar un espacio y excavar en otro; podemos observar el cambio en el

cauce de una rambla, visible en las tonalidades que presenta la propia fotografía

–como ya hemos dicho, la escala de detalle con la que está realizada permite una

calidad de las imágenes excelente-, etc.

En definitiva, es un trabajo que sirve de retrospectiva para bastantes elementos

dentro de los riesgos naturales, comentando nosotros solamente algunos de los

que hemos avistado, pero estando abierto a muchos otros que pueden o no

darse en esta zona, o no haber sido visto por nosotros –ya sea porque se nos

pasaron por alto o porque no trabajamos con ese fotograma en concreto-.

5-Bibliografia

FERNANDEZ GARCIA, F. (1998): Las primeras aplicaciones civiles de la

fotografía aérea en España. Revista Ería, nº46, pp.117-130

Manual QGIS 1.6 (único disponible en castellano).

https://www.chsegura.es/export/descargas/cuenca/resumendedatosbasicos/la

minasymapas/docdescarga/OrtoUSAF1956CHS_AlbaceteAlicante.pdf

http://www.chsegura.es/chs/cuenca/resumendedatosbasicos/laminasymapas/

wms/usaf56.html

http://download.osgeo.org/qgis/doc/manual/qgis-1.6.0_user_guide_es.pdf