Datos Raster

Las imágenes de satélite son una fuente importante de datos en los mapas. Estas imágenes brindan una descripción general regional de las características de la superficie terrestre, como accidentes geográficos, uso de la tierra, tipos de vegetación y cuestiones ambientales. Los datos ráster son una herramienta importante en cartografía porque permiten representar información sobre la superficie de la Tierra como una matriz de celdas o píxeles. Estos datos se utilizan para crear mapas topográficos, mapas temáticos y otros productos cartográficos.

Pero... ¿qué es un píxel?

Un píxel es el componente más pequeño de una imagen digital y se utiliza para representar y almacenar datos visuales. Un píxel es un punto en la cuadrícula bidimensional que forma una imagen. Las imágenes se pueden crear en una pantalla o en un archivo de imagen porque cada píxel tiene un valor de color y brillo.

Los píxeles están dispuestos en una cuadrícula y se pueden representar en una imagen de dos maneras en las imágenes digitales:

• Cada píxel en escala de grises está representado por un valor único que representa el grado de luz en esa ubicación en particular.

• En una imagen en color, cada píxel está simbolizado por tres valores que representan el brillo de los componentes rojo, verde y azul (RGB) de ese punto.

Cabe señalar que la resolución de una imagen está determinada por la cantidad de píxeles tanto en su alto como en su ancho. Cuantos más detalles se puedan ver en la imagen, mayor será la resolución.

Propiedades y estilos de un píxel

El píxel tiene atributos y características únicos que influyen en su comportamiento y apariencia. Estas características incluyen:

• Se pueden utilizar combinaciones de componentes rojo, verde y azul (RGB) o un valor de brillo en escala de grises para representar los distintos valores de color que pueden existir en un píxel. El color de un píxel puede ser sólido o transparente, lo que permite que aparezcan otros píxeles debajo de él.

• Las áreas de los píxeles en las pantallas o en las imágenes impresas se denominan en este contexto tamaño. La resolución de la pantalla o imagen determina el tamaño de un píxel, que suele ser constante.

• Los píxeles suelen tener una forma cuadrada o rectangular, pero según el sistema de visualización o el software que se utilice, ocasionalmente adoptan otras formas irregulares.

• La densidad de píxeles es la medida de cuántos píxeles hay por pulgada de una pantalla o imagen. La nitidez y el detalle de una imagen suelen aumentar con una mayor densidad de píxeles.

• los píxeles pueden actuar de diversas formas, como estar animados o estáticos, interactuar con el usuario o reaccionar ante determinados eventos. Las reglas de codificación utilizadas en aplicaciones y sitios web interactivos definen estos comportamientos.

• Pueden aplicar estilos, como bordes, sombras, degradados o efectos de transición para mejorar el atractivo visual de los elementos de la interfaz.

Las resoluciones en los archivos raster

La calidad y el detalle de una imagen o mapa digital se miden por la resolución de los archivos rasterizados. Estas resoluciones se describen en términos de píxeles por unidad de longitud, como píxeles por pulgada (ppi) o píxeles por metro (ppm). En general, los archivos con resoluciones más altas tienden a ser más grandes y pueden requerir más recursos de almacenamiento y procesamiento para visualizarlos y manipularlos, y viceversa. Cuanto mayor sea la resolución, más detalles se podrán ver en la imagen o mapa. Existen tres soluciones importantes que se deben tener en cuenta para los datos raster que son:

• Resolución espacial: La capacidad de un sensor para registrar detalles finos en una imagen o mapa se conoce como resolución espacial. Se expresa en términos de píxeles por unidad de longitud, como píxeles por pulgada (ppi) o píxeles por metro (ppm). Cuando una imagen o mapa tiene una resolución espacial alta, se pueden ver más detalles en los objetos y características, mientras que una resolución baja puede hacer que la imagen o el mapa aparezcan más borrosos o más pixelados. En un mapa de cobertura vegetal, una resolución espacial alta permitirá distinguir diferentes tipos de vegetación, como bosques, praderas y cultivos, lo que es útil para el monitoreo ambiental y la gestión de recursos.

• Resolución temporal: La frecuencia con la que se recopilan imágenes o datos de un área particular se denomina resolución temporal. Al realizar un seguimiento de cambios y eventos a lo largo del tiempo, una resolución temporal alta permite un seguimiento más preciso, mientras que una resolución baja puede conducir a una representación más generalizada. En un mapa de incendios forestales, una resolución temporal alta permitirá detectar y monitorear la propagación del fuego en tiempo real, lo que es útil para la gestión de emergencias y la protección del medio ambiente.

• Resolución espectral: La capacidad de un sensor para registrar varias longitudes de onda del espectro electromagnético se denomina resolución espectral. En una imagen o mapa, cada longitud de onda corresponde a un color o característica particular. Mientras que una resolución baja puede conducir a una

¿Cómo se gestionan los sistemas de referencia en los archivos raster?

En referencia a cómo se crean y utilizan los sistemas de coordenadas y las proyecciones espaciales en datos ráster, la gestión de sistemas de referencia en archivos ráster describe este proceso. Para garantizar la precisión y la interoperabilidad de los datos geoespaciales, estos sistemas de referencia son cruciales. La gestión de sistemas de referencia se produce en el contexto de archivos rasterizados, como mapas digitales o imágenes de satélite de la siguiente forma:

• Seleccione la proyección y el sistema de coordenadas correctos para los datos ráster. Esto se puede lograr eligiendo el sistema de referencia espacial (SRS) apropiado, que puede ser proyectado (X e Y en un plano) o geográfico (latitud y longitud). En función de la ubicación geográfica de los datos y el uso previsto, se selecciona el SNS.

• Asigne a los datos ráster el sistema de coordenadas y la proyección. Para ello, es necesario configurar los metadatos adecuados en el archivo ráster para indicar el SRS utilizado. El elipsoide de referencia, el dato, la proyección y los parámetros de proyección podrían mencionarse en los metadatos.

• Transforme datos ráster entre varios sistemas de referencia. En ocasiones, es posible que sea necesario convertir datos ráster de un sistema de referencia a otro para que sean compatibles con otros conjuntos de datos o aplicaciones. Para lograr esto, se pueden utilizar herramientas de software SIG con capacidades de transformación de coordenadas.

Mosaico

Es la fusión de varias imágenes o mapas separados en una imagen o mapa único, más sustancial y coherente. Las limitaciones de las imágenes individuales se superan utilizándolas para producir representaciones más completas y precisas de grandes áreas. Para que encajen perfectamente y formen una imagen continua, las imágenes individuales deben alinearse y combinarse durante el proceso de creación del mosaico.

Hay muchos usos para los mosaicos en cartografía, que incluyen:

1. Producir mapas base completos que representan con precisión la superficie de la Tierra. Estos mapas base sirven como guía al superponer diferentes tipos de datos, como límites administrativos o información sobre la cobertura del suelo.

2. Análisis de cambios: utilizando mosaicos, se pueden examinar cambios en la superficie de la tierra, como urbanización, deforestación o erosión, comparando imágenes tomadas en varios momentos.

3. Visualización de grandes áreas: los mosaicos permiten una visualización eficaz de grandes áreas, lo que resulta útil para la gestión de recursos, la planificación urbana y la toma de decisiones generales.

Regiones y zonas

Zonas

Se desarrollan cuando más de dos cuadrículas en un área determinada comparten el mismo valor, ya sean adyacentes, discontinuas o ambas, las celdas pueden formar una zona. Las zonas con celdas adyacentes suelen representar un único objeto en un espacio, como una estructura, una carretera o una masa de agua. Es probable que las zonas formadas por varios grupos desconectados de celdas (regiones) conectadas representen conjuntos de características, como masas forestales en un estado, tipos de suelo en un condado o viviendas unifamiliares en una ciudad.

Regiones

Una región se define como cada colección de celdas conectadas en una zona. Una zona con una sola región está formada por un único grupo de celdas conectadas. Las regiones necesarias para representar una entidad se pueden combinar para crear zonas, por lo que no existen restricciones prácticas sobre cuántas celdas se pueden incluir en una región.

Operadores globales, locales, zonales y focales

Existen cinco categorías principales en las que se incluyen las operaciones del analista espacial, donde la representación espacial o geométrica de los datos en lugar de solo representar los atributos de las celdas, pueden generar un impacto en cada una de estas categorías o basarse en ellas.

• Local: estas operaciones se llevan a cabo en cada celda de la cuadrícula y dependen únicamente de los valores de las celdas adyacentes. El suavizado es una ilustración de una operación local que se puede utilizar para reducir el ruido en un mapa promediando los valores de las celdas cercanas.

• Focal: Estas acciones se llevan a cabo en un área predeterminada que rodea cada celda de la cuadrícula. El cálculo de la pendiente es un ejemplo de una operación focal. Se puede utilizar para calcular la pendiente del terreno en cada celda en función de los valores de las celdas vecinas.

• Zonal: Una capa de polígonos define las zonas en las que se realizan estas operaciones. Calcular el área promedio de cada zona, que puede usarse para medir las densidades de población en varias regiones, es un ejemplo de una operación zonal.

• Global: independientemente de la ubicación espacial de un valor, estas operaciones se aplican a todos los valores de una cuadrícula. Calcular el área total de un mapa, que puede usarse para estimar el tamaño total de una región, es un ejemplo de una operación global.

• Específico de la aplicación: en varios campos de aplicación, estas operaciones se utilizan para abordar problemas particulares. La detección de cambios en el uso del suelo, que se puede utilizar para detectar áreas que han sufrido cambios significativos en su cobertura terrestre a lo largo del tiempo, es un ejemplo de una operación de aplicación específica.

¿Qué beneficios tiene la superposición?

Para analizar y comprender mejor un área específica, la superposición cartográfica es una técnica utilizada en cartografía para combinar y comparar varios mapas o capas de información geográfica. Con la ayuda de esta técnica, se pueden ver y analizar las conexiones entre diversas características geográficas, incluida la topografía, la vegetación, los usos del suelo y las áreas protegidas, entre otros.

En cartografía, la superposición se utiliza para una variedad de tareas que incluyen análisis morfológico, toma de decisiones urbanas, evaluación de la degradación de la tierra e investigación. Los cartógrafos y planificadores pueden detectar patrones, tendencias y relaciones espaciales que no serían obvios al examinar mapas por separado combinando varias capas de datos. Al combinar y analizar varias capas de datos, se utiliza software especializado para crear la superposición cartográfica, lo que facilita la visualización y el análisis de datos geográficos.

Sin embargo, es posible cometer errores durante una superposición cartográfica que comprometan la precisión y la calidad de los resultados.

• Se emplean proyecciones espaciales incompatibles para una superposición precisa de capas de datos, lo que puede generar distorsiones y desalineaciones en la superposición si las capas tienen proyecciones diferentes.

• Pueden surgir problemas con la precisión y la alineación de la superposición cuando las capas tienen diferentes resoluciones espaciales. Es fundamental comprobar que las capas tengan la misma resolución espacial o aplicar la interpolación adecuada para tener en cuenta las variaciones.

• La superposición puede verse afectada por errores de digitalización, como límites incorrectos de entidades geográficas. Antes de superponer, es importante revisar y corregir cualquier error de escaneo.

• Se presenta una discrepancia de escala en la superposición como consecuencia de la empleabilidad de escalas de capas de datos diferentes.

• Resultará complicado obtener resultados significativos si las capas de datos no tienen atributos comunes para superponer, por lo que es fundamental comprobar que las capas comparten atributos o agregar los atributos requeridos mediante una combinación de tablas.

• Si los datos de entrada de la superposición son inexactos, los resultados también podrían serlo. Para que una superposición cartográfica produzca resultados precisos, se deben utilizar datos precisos y de alta calidad.

Y en QGIS... ¿Cómo se puede cargar y georreferenciar una imagen o plano?

En QGIS se puede georreferenciar un plano o mapa en formato de imagen (.png, .jpeg, .jpg, .tiff, etc.). Para ello, primero se debe buscar un mapa en formato pdf (preferiblemente que tenga construcciones o estructuras que se puedan visualizar e identificar fácilmente); para este caso se usará un mapa correspondiente a un P.O.T (en Colombia es la herramienta fundamental trazada en la Ley 388 de 1997, que habilita a los municipios y distritos de una nación para planificar el ordenamiento del territorio) de cualquier municipio que se podrá descargar de los datos abiertos del gobierno nacional colombiano denominado Colombia OT, en donde se debe iniciar sesión con una cuenta de Gmail (Google) o Facebook para poder acceder y descargar la información.

En esta página se bajará un poco con el cursor hasta la sección ¿Qué estás buscando? y se dará clic sobre el apartado Los POT del país... en la parte inferior.

Esto se redirigirá al buscador de la página. En la parte izquierda aparecerá el filtro de búsqueda. Aquí se buscará el municipio y demás información de los datos a emplear. Para este caso práctico, se descargará el mapa o plano urbano del municipio de Tibaná - Boyacá, en el cual se diligenciará de la siguiente forma:

Una vez aplicado los filtros, aparecerán los diferentes mapas que tiene a disposición el municipio. Dentro de los resultados obtenidos, se seleccionará el insumo Usos propuestos del suelo urbano dando clic en la opción ver.

Inmediatamente aparecerá el mapa del municipio en formato PDF. Para ello se descargará el archivo y se almacenará en una carpeta donde se pueda consultar posteriormente.

Como ya se mencionó, el mapa se descargó en formato .pdf, por lo cual se debe convertir este insumo en un formato de imagen como los que se mencionaron anteriormente. Para ello, se debe abrir Convertio - PDF a PNG donde se podrá cargar el mapa y realizar este proceso, en el cual, la imagen resultante se almacenará en una carpeta donde se pueda consultar el archivo.

Una vez realizado todo esto, se abrirá QGIS para poder cargar y georreferenciar la imagen. En la pestaña Web se agregará un mapa base de imagen satelital o híbrido, siendo recomendado utilizar el mapa base Google Satellite. Allí se buscará el municipio o la zona de estudio donde se realizará la georreferenciación. En seguida, se subirá la imagen raster de la siguiente forma. En la pestaña Capa se desplegará una cinta de opciones donde se seleccionará la herramienta Georreferenciador....

Se desplegará una ventana emergente con las diferentes opciones para ejecutar el proceso tal y como se describen a continuación.

Donde,

Para iniciar la georreferenciación, se debe dar clic sobre la opción 3 (abrir archivo raster), donde se cargará la imagen convertida.

La imagen se cargará sobre el lienzo de trabajo tal y como se muestra en la siguiente imagen.

Ahora, para poder añadir la imagen dentro del lienzo de QGIS, primero se deben asignar puntos de control o de referencia a la imagen. Esta operación se puede realizar de dos formas. Primero, asignando coordenadas (cuando se conocen) X e Y al punto de control; y la segunda es realizarlo manualmente. Para este caso, a pesar de que la imagen tiene una grilla con las coordenadas de referencia, en el insumo no se especifica qué tipo de proyección se utiliza, por lo que se georreferenciará de la segunda forma. Para ello, con ayuda del scroll del mouse, se va a dar clic sobre un punto de referencia (la esquina de una construcción, un árbol, una estatua, ...). Una vez hecho esto, se desplegará una ventana que solicitará ingresar las coordenadas conocidas del punto o agregarlas a partir del lienzo, se seleccionará esta última opción como se muestra a continuación.

La ventana se ocultará y se deberá dar clic en el mapa base sobre el punto de referencia. Cuando se realice esta operación, esta ventana volverá a aparecer pero ahora con la información de la coordenada X e Y junto con el sistema de proyección empleado por lo que se le aceptará la captura del punto.

Este proceso se debe replicar con al menos 4 puntos más. Cuando ya se hayan capturado los puntos, en la parte inferior de la ventana aparecerá la información correspondiente (coordenada X e Y de origen y de destino, diferencia X e Y entre las coordenadas y los valores residuales).

Para finalmente añadir la imagen dentro del lienzo se debe efectuar una configuración para la transformación a ejecutar; para ello se debe seleccionar la opción Transformation settings... ubicada en la parte superior. Se desplegará una ventana emergente para la respectiva configuración. En ella se podrá seleccionar el tipo de transformación (que puede ser lineal, Helmert, polinomial 1, 2 o 3, thin plate spline o proyectiva) que para el caso práctico será lineal, el sistema de proyección (se puede cambiar o dejar la misma con la que se ha venido trabajando por defecto), el método de remuestreo (que puede ser vecino más cercano, lineal, cúbica, spline cúbica, Lanczos) donde para este caso se manejará vecino más cercano, etc., y finalmente, configurado este apartado se aceptarán los cambios.

En este punto, ya se puede ejecutar la georreferenciación dando clic sobre el ícono Comenzar georreferenciado.

El resultado obtenido será el siguiente.

Seleccionando con doble clic en la capa raster generada (ubicado en la parte izquierda sobre el panel de capas) se podrán visualizar las componentes de esta, como su información, fuente, simbología, transparencia, histograma entre otros. Para poder obtener el histograma de las bandas RGB se debe dar clic en Generar histograma y este aparecerá con los respectivos valores de frecuencia de los colores.

Así mismo, sobre la pestaña Raster se podrán efectuar otras operaciones como generar una nueva capa a partir de las diferentes bandas (Calculadora raster), hacer recortes, etc.