Saltar al contenido

Utilidades y principales diferencias entre SIG, GPS, LIDAR y teledetección

julio 25, 2022
Sistemas de información geográfica

Los problemas medioambientales cada día que pasa son más preocupantes, por ello la innovación tecnológica puede ayudar a frenar el cambio climático.

Hay que tener en cuenta que para ello necesitaríamos también un cambio de sistema y de modo de vida, en el cual se transformase por completo el modelo económico, los hábitos, el consumo, etc.

¿Que es la EIONET?

La Agencia Europea del Medio Ambiente cuenta con una red informativa denominada Red Europea de Información y Observación del Medio Ambiente (EIONET) la cual participan más de 600 organismos y agencias involucrados en temas medioambientales, centros de investigación públicos y privados en toda Europa.

Algunas de estas soluciones tecnológicas que se usarían para capturar, procesar y analizar la información territorial serían:

Los satélites y el GNSS

El Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) es un conjunto de satélites que transmiten señales utilizadas para el posicionamiento y localización en cualquier parte del globo terrestre., tanto por mar, aire y tierra.

Esto nos permite conocer las coordenadas geográficas en un punto como señal de estos satélites artificiales, ya sea con el objetivo de navegación, transporte, actividades agrícolas, hidrográficas, etc.

Satélite en órbita

Es un sistema mundial que integra todos los sistemas de navegación por satélites, los que están en uso GPS, GLONASS, GALILEO, ETC.

El GPS (Global Positioning System) posiblemente es el que más usamos a nivel usuario, ya sea con aplicaciones como Google Maps o Apple Maps.

Orígenes y cómo funciona un GPS

El GPS fue desarrollado por el Departamento de Defensa de los EE. UU a partir de 1973, aunque este no fue completamente funcional hasta 1994. Actualmente este conjunto de satélites consta de 28 operativos y sus correspondientes estaciones terrestres.

De manera más precisa, un GPS funciona de la siguiente manera:

Triangulación conociendo la distancia a tres satélites

Si se calcula la distancia a tres transmisores de posición conocida, podemos triangular nuestra posición en cualquier lugar de la Tierra, por ende, es necesario que el receptor de GPS que se utilice conozca la posición exacta de los satélites.

Que es un GPS y como funciona

 

Por ejemplo, si estamos a una distancia de 19000 km de un satélite, ese satélite por así decirlo sabrá que nos encontramos en un punto de una esfera imaginaria de un radio de 19000km.

Del segundo satélite nos encontramos a 16000 km por lo que los dos satélites acotan con más precisión nuestra posición.

Esto es debido a que se trazarían dos esferas de respectivos radios, por ende, nos encontraremos en un punto donde se corten esas dos esferas.

No obstante sigue sin ser lo suficientemente preciso, por lo requerimos de un tercer satélite, hipotéticamente a 10000 km de nosotros.

De esta manera habría tres esferas que se cortan y en ese punto es donde nos encontramos nosotros.

Aunque más adelante veremos que se requiere de un cuarto satélite para conocer la posición exacta de nuestra altitud.

Forma de medir la distancia respecto a un satélite

Se medirá el tiempo de propagación de la señal electromagnética suponiendo que, idealmente, viaja a la velocidad de la luz.

Aunque esto es más complejo, y la precisión requiere de otros instrumentos, aproximadamente, así escomo se mide a que distancia se esta del satélite.

Sincronización de un satélite

Es necesaria una sincronización del satélite y de nuestro aparato de recepción, lógicamente los satélites cuentan con elementos muy precisos, mientras que nuestros receptores de GPS son mucho más imprecisos (si no se elevaría el coste de estos) y por eso hay un margen de error.

Gps y coordenadas geográficas

Por lo tanto hay 4 incógnitas a determinar:

  • Longitud
  • Latitud
  • Altitud
  • Error

Por eso es necesario un cuarto satélite que ayude a determinar las variables que se buscan, con ayuda de los elementos orbitales transmitidos por cada satélite.

Por ello la sincronización es un punto muy importante a la hora de que nuestro GPS funcione correctamente.

¿Qué es un GIS? Sistemas de información geográfica

El complemento ideal de un receptor GPS son los Sistemas de Información Geográfica (GIS).

Un GIS es un programa de ordenador que proporciona una base cartográfica digital sobre la que establecer posiciones y rumbos gracias al GPS.

Los Sistemas de Información Geográfica (GIS) son herramientas para el análisis y representación de cualquier tipo de información espacial, muy utilizada en una amplia variedad de campos.

Con el GIS se recopilan, gestionan y analizan datos.

El GIS integra muchos tipos de datos, analizando la ubicación espacial, organizando capas de mapas y escenas 3D.

Básicamente, los GIS son un sistema para organizar, comunicar y comprender la ciencia de este mundo.

Satelites y SIG

Con estas herramientas se pueden crear mapas que comuniquen lo que el emisor quiere transmitir, ya sea en aplicaciones de uso agrario, para conocer áreas forestales, reconocimientos de cultivos, estudios de incendios, cálculo de la biomasa, etc.

También se utilizan para usos de edificación a la hora de planificar el territorio y en otras múltiples aplicaciones.

Objetivo Principal de los SIG

Más allá de las anteriores funciones nombradas, los Sistemas de Información Geográfica son una herramienta clave para el medio ambiente, para la gestión de cualquier recurso (natural o antrópico), dado que este permite desarrollar la cartografía para gestionar los recursos para analizar, representar y realizar una planificación de las mejores estrategias.

Hay GIS al alcance de todos, como puede ser “Google Earth”, gratuito y de fácil uso a nivel usuario.

Vista en earth de las médulas

También existen aplicaciones más profesionales para estos usos como puede ser “QGIS”.

QGIS, ArcGis  y otros programas de SIG

QGIS es un Sistema de Información Geográfica de Código Abierto licenciado bajo una GNU-General Public License que crea, edita, visualiza, analiza y publica información geoespacial.

Luego también está el ArcGis, un software en el campo de los GIS producido y comercializado por ESRI, que agrupa varias aplicaciones para la captura, edición, análisis, tratamiento, diseño, publicación e impresión de información geográfica.

Ejemplo de mapa en QGIS

A continuación, te adjunto una imagen como ejemplo de aplicación sencilla con el QGIS, en el que se ve representado en el PNOA de máxima actualidad Ponferrada y parte del Bierzo, la Red de Espacios Naturales (REN), Montes de Utilidad Pública (MUP), Bien de Interés Cultural (BIC) y un Árbol notorio.

Mapa satelital del bierzo

Con el Google Earth se pueden hacer cosas similares, con capas con el formato “.kmz”.

Estas capas están a disposición pública pudiendo ser descargadas a través de portales como el Centro de Descargas del CNIG (Centro de Descargas del CNIG (IGN) a nivel nacional.

También se pueden realizar otras actividades como crear curvas de nivel, calcular el índice de vegetación normalizada (NDVI), las pendientes, orientación, georreferenciar, etc.

Los Sensores remotos y la teledetección

Las técnicas de observación remota de la superficie de la Tierra son esenciales para ayudar en la gestión y planificación de muchos sectores y ámbitos.

La teledetección según el Instituto Geográfico Nacional (IGN) es la técnica de adquisición de datos de la superficie terrestre desde sensores instalados en plataformas espaciales.

La interacción electromagnética entre el terreno y el sensor genera unos datos que son procesados posteriormente para obtener información interpretable de la Tierra.

La teledetección

Por lo tanto, los sensores remotos son sistemas o instrumentos que captan la información de un objeto a distancia.

Estos sensores permiten obtener las imágenes reales y actualizadas de la superficie de la Tierra, denominadas comúnmente como fotografías aéreas o imágenes satelitales.

La fotografía aérea o imagen satelital de un punto

Una fotografía aérea permite la confección de la cartografía de un punto de la Tierra con mayor precisión.

En España existe el Plan Nacional de Ortofotografía Aérea (PNOA) iniciado en 2004, obteniendo ortofotografías del territorio español, actualizándose cada 3 años.

En España existen multitud de vuelos fotogramétricos desde los años 20 del siglo pasado de valor incalculable dada su antigüedad.

Por eso en 2008 se puso en marcha el proyecto PNOA Histórico, como objetivo es trabajar y guardar esta valiosa información.

A continuación, se presentan tres ortofotos en diferentes épocas, de la cuadrícula 158, que representa una parte del Bierzo, en concreto, Ponferrada.

Se pueden observar los cambios con los años y como la ciudad fue creciendo.

fotografía aérea de la ciudad de ponferrada

La primera foto es de un PNOA histórico, en concreto del vuelo Interministeral (1973-1986), fue un trabajo de carácter nacional que constituyó el primer caso de colaboración entre organismos de la AGE para la realización de vuelos fotogramétricos, ya que participaron los Ministerios de Agricultura, Obras Públicas y Urbanismo, Hacienda y del Aire.

Ortofoto de ponferrada

La segunda imagen fue tomada en 2004 mientras que la tercera es una foto actual (2022).

fotografía aérea actual

¿Qué es un LIDAR? (Light Detection and Ranging)

Se trata de un sistema láser que permite medir la distancia entre el punto de emisión del láser hasta un objeto o superficie.

Lo que realmente se esta midiendo es el tiempo que tarda en llegar ese láser al objetivo y volver.

Este sistema está compuesto por:

  • Una plataforma: un avión, un coche, un trípode, un barco, etc.,
  • Un sistema de escáner laser
  • El sistema GNSS (mencionado en anteriores apartados)
  • Un sistema de navegación por inercia (INS).

El escáner trabaja con dos movimientos para recolectar una nube de puntos, con la trayectoria longitudinal de la plataforma y con la luz reflejada por el espejo que llega desde el láser de manera transversal.

Resultando por ende unas coordenadas 3D de puntos de múltiples retornos sobre la superficie para conocer el terreno.

LIDAR

Cada punto LIDAR tiene una clasificación asignada definiendo el tipo de objeto que reflejó el láser.

Con ello se puede diferenciar la vegetación, del suelo, etc.

El programa da diferentes opciones de visualización como vemos as continuación:

Aplicaciones de los LIDAR

Son muchas las aplicaciones de los LIDAR en el medio ambiente ya que estas nubes de puntos obtenidas por los LIDAR, son una gran fuente de información y protección del medio ambiente.

Con ellos podemos:

  • Detectar cambios: al ser un proyecto cíclico se pueden hacer análisis multitemporales de la evolución de las líneas de costa, de las dunas, glaciares, cambios en zonas protegidas, etc.
  • Calcular el volumen de escombros o basuras en vertederos legales.

Los LIDAR son muy importantes a nivel forestal, ya que es donde mayor potencial tienen.

Puntos lidar de una zona

Esta tecnología permite penetrar en la vegetación, obteniendo diferentes retornos de la señal emitida (copas de los árboles, del terreno y de la vegetación intermedia).

 

Todo lo visto y mucho más lo podemos hacer con las nuevas tecnologías en lo referido a los sistemas de información geográfica, poder conocer nuestro entorno, saber de la posición en la que se encuentran personas y objetos, hacer un análisis territorial exhaustivo, prever, prevenir y controlar situaciones ambientales.

Por ello es importante conocer todas estas opciones que la tecnología nos brinda, siempre y cuando se utilicen de una manera adecuada.